本发明涉及一种基于相位准则的物理探测回波信号识别与提取方法，该方法包括：1)对回波信号进行希尔伯特变换得到相应的解析信号：2)根据相应解析可以得到相位θ(t)的瞬时值；3)对信号的瞬时相位信息做相位补偿，提取初步异常；4)对初步异常提取的信号进行小波变换，准确提取原始波形中的异常信息。本发明中的基于相位准则的物理探测回波信号识别与提取方法，能在相同震源能量的条件下，准确拾取来自地层更深处的回波信息，且较为准确地提取弱反射层的回波信息，并准确分离、提取薄层顶、底面的回波信息，同时还可以有效压制余震，减小多次波的影响。