品质因子(Q值)作为岩石的一种固有属性参数在地震勘探中发挥着重要的作用。处理中,可以利用准确的Q值估计结果通过反Q滤波方法提高深层地震资料的分辨率,进而有利于解决深层地质问题;地震解释中,准确的Q值估计结果可对岩石弹塑性做出合理的评价,而岩石弹塑性与储层含油气性、孔隙裂缝发育程度及泥页岩脆性等存在很强的内在联系,进而可以通过Q值对上述岩石性质做出有效评价。因此,提高Q值计算的精度在油气勘探中十分有意义。目前最为常用的Q值估计方法是谱比法,但该方法在用于反射地震资料Q值估计时存在很多限制,总结起来包括两个方面:一、地震调谐效应,这是限制谱比法应用的最大因素,地震波发生调谐后子波频谱互相叠置,难以提取单一反射子波的振幅谱,导致谱比法无法应用;二、稳定性问题,自然对数谱比值对地震数据中的噪声十分敏感,特别是叠前地震数据噪声水平较高,传统谱比法无法得到稳定的计算结果。本文首先研究了常用粘弹性模型──KF模型的性质,并结合该模型实现了粘弹性地震波VSP模拟和叠后模拟的算法,为后续理论数值试算工作打下了基础。本文为解决上述限制谱比法应用的两方面问题,基于叠前和叠后数据的Q值反演方法做了如下的算法研究和改进:(1)为了适应调谐地震波引入了两参数广义S变换进行时频谱提取,但此时广义S变换窗函数的频率响应污染了地震信号的振幅谱,为消除这种不利因素,在震源傅里叶谱为高斯函数的假设条件下推导了新的谱比法公式(GSQI公式),并在公式中定义了一个新的参数γ,使谱比值与该参数呈线性关系。合成数据分析试算以及实际数据检验都表明,广义S变换后谱比值与频率呈非线性关系而与参数γ呈较好的线性关系,证实了GSQI公式的正确性;(2)GSQI公式需要利用时-频谱上局部极大值处的频谱进行谱比值的计算,但由于时频谱上可能存在噪声对局部极大值处的振幅谱选取十分不利,数值实验表明,一般不同的阈值设置可以得到不同的分析结果。为了解决上述不确定性,本文将基追踪高分辨反演(BPI)方法引入GSQI提取Q值的过程,实现用BPI方法对地震数据进行反演,得到高分辨的层位信息用于约束时频谱上振幅谱的选择,形成层位约束Q值估计方法(BP-GSQI)。合成数据实验和实际地震数据的试算都表明,BP-GSQI方法可以有效提高GSQI方法的精度;(3)一般叠前数据的噪声水平较高,为进一步提高叠前Q值估计常用的两步QVO方法的抗噪性,本文发展了单步QVO方法。传统两步QVO方法的实质是两步线性拟合过程,对噪声的适应能力不足,而本文单步QVO方法将叠前谱比值视为与频率和旅行时差(或偏移距的平方)相关的二维曲面,通过对两步QVO公式的改造得到该曲面满足的表达式,然后通过一步曲面拟合方式直接得到Q值。单步QVO方法利用了整个谱比曲面的信息,两步QVO法只利用了频率和时差(或偏移距的平方)两个方向的信息,因此,单步QVO比两步QVO的抗噪性更强。数值实验结果证实了单步QVO方法的抗噪性明显优于传统两步QVO方法,提高了叠前Q值估计的精度。