时频分析方法作为分析非平稳信号的有力工具,成为了现代信号处理研究的一个热点。本论文系统地介绍时频分析的基本概念,给出几种常用的时频分析方法的公式,详细分析了短时傅立叶变换、小波变换、S变换、广义S变换、Wigner-Ville分布几种方法的性质特征；并在Mansinha提出的广义S变换的基础上,发展了一种新的时频分析方法——含可变因子的广义S变换。通过对相同的非平稳信号的分析处理,对比研究了几种时频分析方法的应用效果。结果表明,相比其它方法,含可变因子的广义S变换更能细致地反映非平稳信号的局部特征,也更具目的性和实用性。地震信号是一种非平稳信号,时频分析方法提供了时间域与频率域的联合分布信息,清楚地描述了地震信号频率随时间变化的关系。本文把时频分析方法应用到地震资料的处理过程中,通过对模型数据的分析处理,对比研究了短时傅立叶变换、连续小波变换、含可变因子的广义s变换在探测薄层分界中的应用效果；同时,把含可变因子的广义S变换应用到地震剖面的分频处理和时频滤波过程中,也达到了预期的效果。本论文还分析了薄层的层厚、品质因子、波速、震源主频等因素对地震波峰值频率的影响情况。在实际的地震资料处理过程中,结合谱分解与时频分析技术,利用低频率异常探测油气藏储层的位置,取得了理想的效果。