При регистрации малых вариаций пространственно-временных характеристик волнового поля используются вибрационные системы с многократным повторением сеансов зондирования для получения достаточной точности. При этом используются традиционные алгоритмы обработки данных, ориентированные на анализ пространственного распределения неоднородностей сейсмической среды. Возникает необходимость создания специальных методов обработки сигналов, соответствующих содержанию задачи детального наблюдения вариаций среды, структура которой определена предварительным сейсмическим зондированием. Рассматривается алгоритм измерения параметров отдельных типов волн, наиболее информативных для задачи наблюдения вариаций. Он основан на использовании вибрационных сигналов специальной формы, которые позволяют зондирующей системе получить такую же энергетическую эффективность, которая достигается при монохроматическом излучении. В свою очередь этот алгоритм позволяет поставить задачу эффективного разделения вариаций волнового поля, вносимых в наблюдения нестабильностью зоны малых скоростей, и вариаций, обусловленных накоплением деформирующих напряжений на больших глубинах. Приводятся результаты обработки реальной информации и имитационного моделирования.