地震信号的各种频率成分及其统计特性会随着时间发生不稳定的变化，这些变化和异常记载了反映地下反射介质特性的丰富地信息。地震资料通过谱分解后，可用来分析储层的厚度以及储层识别等。本文从线性时频分析的理论出发，介绍了非平稳信号与时频分析的基本概念和主要数学工具，介绍了各种线性时频分析方法之间的关系和各自的优缺点。重点阐述了S变换以及广义S变换，及其实现算法。通过对比总结出广义S变换具有较高的时频分辨率，且具有灵活可变的时窗以适用于各种复杂信号。介绍了基于希尔伯特变换求取的瞬时属性及其在地震解释中的应用，分析了基于希尔伯特变换的瞬时频率的不足，说明其不适合频率变化比较复杂的地震信号。根据概率论的瞬时属性的概念引入基于时频分析的瞬时属性，使提取的瞬时参数更能说明地下构造和岩性信息，并建立模型分析了瞬时属性与薄层厚度的关系，为实际资料解释中分析储层厚度提供了依据。本论文选用小波变换时频分析方法对地震信号进行拓频处理，从而达到提高地震资料分辨率的目的。该方法结合了小波变换与谱均衡的优点，把小波变换与谱均衡相结合，对小波变换后不同尺度的信号进行谱均衡处理，使最终得到的地震信号达到提高分辨率的目的。并用实际地震资料说明该方法在提高分辨率方面是有效并且可靠的。利用粘滞型波动方程模拟了孔隙介质流体的粘滞性、弥散性以及低Q引起的低频阴影现象，为揭示低频阴影的产生机理提供了新的途径。通过分析实际储层地震资料观察到了低频阴影现象，验证了低频阴影现象与储层含油气性有关，最后总结了利用地震反射的低、中、高频谱能量大小的相对变化识别油气储层的有利标志