傅立叶变换及其反变换建立了信号时域与频域的映射关系。虽然傅立叶变换可以分别从时域或频域的角度分析信号，但却无法直接将两者有机结合起来。对于非平稳的地震信号，了解不同时刻附近的频域特征是至关重要的，因此采用时间一频率联合表示描述时变信号，将一维时域信号映像到二维的时频平面，全面反映地震信号的时频联合特征。由于传统时频分析方法具有方法本身的缺陷(短时窗傅立叶变换的窗函数是固定的，而小波变换不是一种真正的时频谱)，本文引进了一种较新的时频分析方法—S-变换。 本文综述了传统的时频分析方法。对S-变换的定义、推导、特性进行了详细阐述，并介绍了二维S-变换和广义S-变换。S-变换可以分别由短时窗傅立叶变换和连续小波变换导出，它综合了两种变换的优点，而避免了它们的不足：它与傅立叶变换有着直接的联系，具有无损可逆性；与短时窗傅立叶变换和小波变换一样，是一种线性时频表示，因此不存在交义项的干扰；S-变换具有多种分辩率，克服了短时窗傅立叶变换固定分辩率的不足：另外，S-变换中含有相位因子，这是小波变换所不具备的特性。为了进一步理解S-变换的特性，我们设计一些理论模型，将S-变换与短时窗傅立叶变换和wigner-Ville分布进行比较分析。 基于上述基本理论，本文首次将S-变换应用到地震勘探的某些处理和解释中。 在地震处理方面：由于S-变换具有高时频分辩率，首先将S-变换应用于地震波的初至拾取，设置不同信噪比的理论地震记录，检测S-变换识别初至的容噪能力，并应用于信噪比低的山地资料层析静校正的初至拾取；其次，地震面波频率低，在时频面上具有区域性，并且S-变换具有无损可逆性，将S-变换压制面波技术应用于设置的理论记录和实际资料中。 在地震解释方面：首先将S-变换应用于地质旋回体识别。由于构造运动具有周期性，