本发明公开了一种地震勘探薄层识别方法，属于油气物探工程领域。该地震勘探薄层识别方法包括下列步骤(1)将地震叠后信号进行希尔伯特变换以获得该地震叠后信号的瞬时相位；(2)基于该瞬时相位以获得该地震叠后信号的时间‑相位关系图；(3)基于该地震叠后信号的时间‑相位关系图进行小波变换以获得时间‑尺度关系图；(4)基于该时间‑尺度关系图进行异常点提取；(5)基于该异常点获得反射波信号的信息。本发明提供的地震勘探薄层识别方法能够基于相位准则利用希尔伯特变化对地震相位数据重新解释处理以进行层位识别研究，这样能够很好地提高对薄层的识别能力；同时能够在一定程度上可消除余震对结果造成的干扰。