地震信号是一种非常复杂的非平稳信号，而时频分析是非平稳信号分析处理领域中的一种重要方法。本文对时频分析在地震信号分析中的应用进行了研究。全文共分四章。第一章，研究背景，对本文的选题依据，时频分析在国内外的研究现状等做了介绍；第二章，时频分析基本理论，对时频分析的基本理论进行介绍，完成时频分析基本理论的整理及相关的推导工作；第三章，常用时频分析方法，介绍了短时傅立叶变换、小波(包)变换、双线性时频变换(包括Wigner-Ville变换和Affine类变换)等几种常用的时频分析方法，同时在双线性时频变换压制交叉项研究的基础上，提出了同时使用平滑和加窗的方法实现对Wigner-Ville变换中交叉项的压制；第四章，时频分析方法在地震信号分析处理工作中的应用；最后是结论、建议与致谢。通过对时频分析方法在地震信号分析处理中的应用研究，取得以下成果：(1)在对双线性时频变换压制交叉项研究的基础上，提出了同时使用平滑和加窗的方法实现对Wigner—Ville变换中交叉项的压制。(2)通过合成信号模型仿真、实际信号分析应用等方式对上述几种时频分析方法进行对比研究工作，得出以下结论：时间—带宽积达到了Heisenberg不确定性原理给出下界的Wigner-Ville变换在上述几种时频分析方法中拥有最好的时频分辨率，同时也表明通过平滑和加窗能够有效的压制Wigner-Ville变换中的交叉项干扰，提高时频分辨率。(3)将改进后的Wigner-Ville变换应用到实际地震资料分析工作中，如：在地震剖面分频显示、检测与油气藏储集相关的低频阴影现象等方面进行了探索性应用研究。研究的结果表明时频分析方法在地震剖面分频显示、噪声压制、确定感兴趣地层的位置和性质、直接指示油气藏位置等方面的应用是可行的，能够为地震信号分析处理及地质解释等工作提供重要依据。