分数阶傅里叶变换被视为时频面上的旋转，通过旋转可以打破时频带宽积对信号时频聚集性的制约。本文将常规频谱成像理论延伸到分数域频谱成像的理论方法，更精确地刻画地震信号的时频分布。地震信号作为一种典型的非平稳信号，在油气层中传播时，频谱特征不同于其他介质，利用谱分解技术能有效识别油气层所在位置，本文结合分数阶傅里叶变换，提出分数阶时频分析（FractionalTime-Frequency Analysis, FrTFA）及自适应分数域Gabor变换技术(AdaptiveOptimal Gabor Transform in Fractional Domain, AOGTFD)，同时深入研究了分数域时频分析快速算法，并深入研究了地震信号频率属性提取的方法，本文主要研究工作如下：（1）总结了分数阶傅里叶变换的定义、性质和数值算法，并总结两种数值算法的关系，给出相应仿真。（2）结合经典时频分析与分数阶傅里叶变换，提出分数域时频分析。（3）首次提出分数阶Cohen类分布（Fractional Cohen Distribution, FrCD），深入研究分数域中交叉项的去除问题，并给出相应仿真。（4）深入研究FrFT和Gabor变换的内在联系，首次提出自适应分数域最优Gabor变换，并做了相应的仿真。（5）提出FrTFA的优化方案，有效降低的算法复杂度。（6）深入研究地震信号的频率属性提取问题，具体研究了地震信号的单频属性、均方根频率、中心频率、能量衰减梯度等频率属性。