地震波在地下介质传播的过程中,其频率成分会不断地变化,而不同的频率成分揭示了地下地层不同构造特征、岩性、断裂等重要信息,因此需要自适应的根据地震信号的特点对其分解,以得到不同时刻的频率成分,提取地震信号中蕴含的重要信息。匹配追踪(MP)算法被认为就是具有这种特性的分析方法,能够较好的揭示非平稳信号的的时频特征。动态匹配追踪算法将原始信号中蕴含的瞬时属性作为其自适应贪婪分解的先验信息,进而减少每次迭代搜素最佳匹配原子的时间。但经典Hilbert变换求取的瞬时频率计算结果极其不稳定,并且会出现“负频率”干扰,对于负频率点需要对时频原子的频率属性进行全局搜索,将降低搜索邻域精度,并不属于真正意义的动态匹配追踪搜索策略。考虑到局部频率采用最小二乘反演策略,克服了瞬时频率过渡依赖单一数据点位置瞬时值的问题,综合了该数据点局部邻域内的瞬时信息,进而避免了局部频率计算结果出现负异常现象,计算结果稳定,抗噪性较强。局部频率已在各领域得到了广泛的应用,能够较好的用于检测天然油气藏和刻画沉积地质现象等。本文首次将局部频率计算模式引用到匹配追踪算法领域,用于替代瞬时频率来作为动态匹配搜索参数,并对局部频率提出优化改进。将整形正则化算子中平滑因子由常数变为向量,能够对不同数据点进行不同尺度的平滑,克服了由于分母过小对解带来的扰动现象,使得局部频率计算结果更加合理,避免了过度平滑现象。即使是信号的信噪比过低或缺失部分信号,优化局部频率也能得到合理的频率计算结果。本文提出的基于优化局部频率的快速匹配追踪算法其抗噪性得到增强,并采用多原子搜索策略,即每次迭代过程会搜索得到多个最优时频原子,因此对于信号的分解效率得到加快。本文首先研究基于优化局部频率的快速匹配追踪方法用于强反射背景的识别与分离,通过构建时频原子库来确认最佳匹配强反射信号的原子,削弱强反射能量从而凸显出强反射上下目标储层的弱小反射信息;并将该方法用于刻画沉积体的边界,利用改进的匹配追踪Wigner-Ville分布对信号进行时频表征,得到薄层砂体附近的单频瞬时谱信息,从而确定砂体的尖灭位置;发展基于优化局部频率约束的快速匹配追踪稀疏反演方法,对反演目标函数进行快速求解,并通过模型约束增加反演结果的分辨率,实现反射系数精确估计。