改善地震资料的信噪比是目前急切解决的关键问题之一。本文利用图像处理和系列图像分析技术进行研究，探索解决这一问题的新的技术途径。首先完成由原地震资料获取地震图像序列数据格式转换方法的研究。但由于地震图像帧间位移是空变的且有的位移很大，图像序列积累技术不能直接用于地震图像序列。通过引入系列图像分析的多尺度微分光流算法，其中利用非线性各向异性扩散，实现相邻图像的逐点精确配准，并采取双线性插值精确计算匹配点的灰度值，进而实施有效积累，完成基于光流的三维地震图像积累去噪算法。该算法可使剖面图像的信噪比提高。为了在消除噪声的同时还可以有效地保护甚至增强地震图像线性结构，将基于偏微分方程的扩散技术应用于地震图像。利用其扩散矩阵可以控制扩散方向和扩散程度达到实现噪声的消除和纹线结构的保护甚至增强的目的，其中改进的二维扩散充分利用了光流配准后的三维信息，还具有消除假象的功能。根据地震图像的实际结构特点和实验分析，建立了完整的二维地震图像扩散去噪算法。实验取得了与理论分析一致的结果，在不失真的前提下，这种算法可使剖面图像的信噪比得到提高。