品质因子Q是表征介质吸收衰减的重要参数,精确求取地层Q值在提高地震资料分辨率、识别含油气储层等方面具有重要意义。VSP记录中有丰富的波形、旅行时和上、下行波信息,成为求取Q值最准确的方式之一。全波形反演能够充分利用地震资料中的各种信息,在频率域开展正、反演能够更便捷地表征Q值,针对VSP观测方式在频率域开展多参数反演对提高地层品质因子求取精度具有非常重要的现实意义。针对全波形反演的计算效率和反演精度两个关键问题,根据VSP观测方式特点开展了有针对性的正演算子设计和先验信息求取。文中面向VSP观测系统设计了纵横方向不等间距的差分网格,利用平均导数法正演粘弹介质的VSP记录,并对方法的精度和稳定性进行分析,在保证精度的前提下有效提高了正演效率。在此基础上分析了地震记录L2范数目标函数对Q值、速度和密度的敏感性和参数间的耦合性,为后续反演方法的选择和策略的制定提供依据。在先验信息求取方面,针对单一的利用上行波或下行波求取Q值时波场中的信息量不足,容易造成多解性和精度低,且上、下行波之间能量不均衡等问题,提出了上、下行波联合的地层Q值提取方法,利用上、下行波的振幅谱与Q值之间的关系构建目标函数,利用权重系数自适应地控制上、下行波在计算中的权重,通过最小化目标函数求取先验Q值,结合利用VSP记录的初至旅行时提取的先验纵、横波速度为全波形反演提供了更为合理的先验信息,为提高Q值反演的准确性奠定了基础。针对全波形反演中Q值与速度、密度之间耦合严重,直接开展多参数同时反演难以得到可靠结果的问题,提出了一种基于先验信息的分步反演策略。首先基于先验速度信息,用上、下行波求取的Q值开展纵、横波速度和密度的反演,在此基础上进一步开展Q值、速度和密度的同时反演,通过多次迭代提高了纵波速度、横波速度、QP、QS和密度的反演精度。在反演算法方面,结合模拟退火算法改进了NSGA-II算法,在生成子代种群的过程中按照一定接收准则接受子代个体,且可以在不引入权重系数的情况下同时优化多个目标函数。模型测试和实际资料应用的结果表明,纵、横向不等间距采样的正演方式和基于先验信息的分步反演策略可以提高全波形反演的效率和精度,能够获得较为可靠的地层Q值,为反Q滤波,油气预测等奠定基础。