传统AVO理论基于Zoeppritz方程提出,没有考虑弹性波在地层中传播产生的衰减和频散。为了模拟弹性波在地层中传播的真实情况,本文基于Chapman频散介质理论,构建饱和含水砂岩模型,研究了纵横波在地层中传播的衰减和频散情况,并讨论了时间尺度、裂缝密度等模型参数对于纵波衰减和频散的影响。加入频率属性,构建三类常见AVO的数值模型,研究了其各自的反射系数特征与频率的关系,得到三类AVO能量的移动方向。为了选用高“性价比”的时频分析方法,合成了地震单道模型和含噪地震记录,利用常见的时频分析方法,包括STFT、WVD、S变换和广义S变换,对其进行时频分析,决定选用S变换作为本文的时频分析方法,并设计制作了低速饱水和干燥的人工砂岩物理模型,对采集的物理模型数据利用S变换进行频谱分析和分频分析,利用S变换提取物理模型数据的单频剖面来进行流体检测。最后基于Smith&Gidlow公式推导了分频AVO反演的公式,将S变换与AVO技术相结合,对建立的具有第Ⅲ类AVO特征的两层和三层数值模型正演结果进行分频AVO分析,得到弹性情况和频散情况下反映频散程度的频散属性曲线,结果表明分频AVO反演能够很好地识别弹性和频散介质。