近年来,随着油区勘探的进一步加大,勘探目标已经由常规油气藏逐渐转移到薄互层,小砂体、微裂缝等隐蔽性油气藏。地震反射弱信号的研究是不可避免的,地震弱信号的增强方法研究成为一种新的课题。本文提出了三种地震弱信号增强方法:第一种方法通过结合独立变量分析理论和卡尔曼最优估计理论,求取出地震资料的反射系数信息,提高地震资料的分辨率,增强地震弱反射信号;第二种方法应用了压缩感知理论求取反射系数信息,进行地震弱信号的增强;第三种方法通过求取瞬时属性,反映地下地层信息,达到增强弱信号的目的。本文研究的第一种方法:基于独立变量分析理论和卡尔曼最优估计理论的地震弱信号增强方法。该方法结合了两种重要理论:独立变量分析理论和卡尔曼最优估计理论。独立变量分析理论可以将混合信号分解成为相互独立的源信号形式。卡尔曼最优估计理论可以对估计值进行递推计算,使其无限接近实际值,结果变得更加准确。结合两者的优点得到的方法,在不同工区数据的应用效果显著。本文研究的第二种方法为基于压缩感知理论的地震弱信号增强方法,该方法将压缩感知理论应用于地震勘探弱信号处理领域。压缩感知理论作为一种新的采样定理,相比于奈奎斯特定理,其在信号处理方面有其特有的优势。首先将信号经过四参数B样条小波基进行稀疏化表示,然后设计出非奇异的观测矩阵,最后应用范数计算实现信号的重构。我们将该方法应用于模型和工区数据上,其应用效果说明了该方法的有效性。本文研究的第三种方法为基于经验模态分解的瞬时属性求取方法。经验模态分解是一种信号分解算法,它可以将信号分解为频率从高到低的固有模态函数分量叠加的形式,然后对求得的固有模态函数分量进行正交变换和反正切变换,得到地震资料的瞬时属性。相比较于传统的希尔伯特变换,基于经验模态分解的归一化直接正交法避开了希尔伯特变换法受到的限制,得到了更加准确的地震瞬时属性。