分数域时频分析方法由于其独特的优点,为传统时频分析带来新思路,成为目前时频分析研究的一个热点。分数阶傅立叶变换可以看作是对时频面的旋转,通过旋转来突破传统时频带宽积对时频分辨率的最小值限制,得到聚集性更好的时频分析结果。目前已有很多将传统时频分析方法和分数阶傅立叶变换结合的例子,使的新的时频分析方法具有两者的优点。由于分数阶傅立叶变换的特点,分数域时频分析方法对于地震信号的处理具有独特优势,预示了分数域时频分析方法在地震信号处理中的应用前景。借鉴前人的思想,本文在广义S变换的基础上,提出分数阶广义S变换(Fractional Generalized S transform,FrGST),并研究了该方法在高精度地震信号中的应用。本文主要研究内容有:(1)研究了目前常用的几种时频分析方法,如短时傅立叶变换、Cohen类双线性时频分布、S变换及广义S变换、分数阶傅立叶变换等,总结了各时频分析方法的优点与不足。(2)通过研究常见的几种广义S变换,学习其改善方法,在其基础上得到窗函数能量归一化的GST并将其和分数阶傅立叶变换相结合,得到分数阶广义S变换。(3)对FrGST的窗函数进行了详细分析,给出了FrGST的窗函数和未经过归一化的窗函数三维仿真图,证明能量归一化的窗函数可以抑制在未经过归一化的GST窗函数中出现的高频加权现象,即能得到更加准确的时频谱图。(4)通过研究分数域的采样定理以及最优阶定理,将其应用于FrGST。通过对理论信号以及实际地震信号的仿真以及对比,证明了FrGST时频分析效果要优于ST和GST。(5)本文研究了时频分析方法在高精度地震信号的应用,介绍了常见的应用如地层吸收补偿、瑞利面波频散分析和时频域波场分离与去噪。最后主要是将FrGST应用于地震信号的谱分解及属性提取中。针对常用的频率属性——单频属性、瞬时频率属性以及均方根频率,文章给出了计算思路并采用FrGST进行了仿真。