前人的岩石物理研究证明,纵波(P波)速度在地震频带内的频散现象与地层的含气性有关,会产生频变的纵波反射系数。但是,传统的利用叠前振幅随入射角变化的反演方法,即AVA(amplitude-versus-angle)反演忽略了频散信息,且大部分的AVA反演都选择将具有强非线性特征的正演方程线性化。因此,在对具有明显速度频散现象的地层进行反演时可能会产生不可忽略的误差。考虑到AVA反演的线性化操作带来的误差以及加入速度频散信息的频变AVA反演(AVAF反演)的复杂性,本文以增加计算复杂度和反演不适定性为代价,使用由波动方程导出的传播矩阵正演模型和基于粒子群优化算法的AVAF反演来展开研究。通过试验,在地层的纵波速度存在明显频散现象的情况下,AVAF反演的效果要明显优于AVA反演,但反演问题仍然存在很强的不适定性。为此,基于岩石物理的理论和实验认识,本文向反演过程中添加了限制纵波速度随频率变化的约束,以进一步削弱反演问题的不适定性。并基于多次反演得到的频散纵波速度,提出了平均速度频散曲线、频散强度以及特征频率这三个统计性的流体指示因子,分别用于宏观认识速度频散规律、识别部分含气区域以及区分高含气和低含气的区域。考虑到加入岩石物理约束后,AVAF反演还是存在较强不适定性,本文从噪声干扰、子波主频和相位估计不准、储层厚度以及反演频带四个方面来进行分析。经过大量试验可知,它们均会对反演得到的速度频散规律产生影响,从而干扰含气性解释。最后,基于以上研究,将提出的反演方法和统计属性用于三维数值模型和实际叠前地震数据,并通过计算流体指示因子来解释目标层的含气性来证明方法的有效性。结果显示,通过多次反演计算得到的流体指示因子能够较好地预测地层的含气性。