近地表低速层的高吸收衰减特征严重影响地震资料的分辨率。虽然现有的地震处理方法和软件能够对近地表低速层的衰减效应进行处理,但大部分处理结果只是部分消除地层衰减效应,这主要是由于缺乏对近地表低速层衰减特征更全面、准确、定量的研究与分析。利用地震物理模拟方法参数可控性高、模拟结果真实性强、数据资料信噪比高的特点,可以为全面、准确、定量的研究近地表低速层衰减特征提供高质量的地震物理模拟数据。无论是野外勘探还是实验室研究,准确地估算Q值是进行衰减特征研究的基础,尤其是近地表低速层Q值估算时,会受到近场效应的影响,导致测量获得的Q值存在很大误差。在实验室Q值测量时同样会受到近场效应的影响,由于换能器的近场效应引起的衍射效应严重影响Q值的测量和估算。针对衍射效应对Q值测量影响的问题,通过数值模拟和实验测量方法,研究分析了不同测量情况下衍射效应对Q值测量影响的大小,给出了降低衍射效应的实验方法。实验结果表明,增大换能器主频、换能器半径、换能器之间距离（样品长度）以及降低参考样品与测试样品之间的声学特性差异,可以降低衍射效应对Q值测量计算的影响;相同测试条件下,衍射效应对高Q值样品的影响程度远大于低Q值样品。实验室中有多种Q值的测量方法,各种测量方法都存在较大误差,以标准样品和物理模型样品为研究对象,研究分析不同测量方法Q值测量时的各种影响因素以及其各自的准确性和稳定性,并针对受衍射效应较强时理论校正方法不准确的问题,对现有测量方法进行了改进,提出一种降低衍射效应的实验测量方法。实验结果表明,通过测量方法的改进和理论方法的校正,提高实验室Q值测量的准确性和稳定性。同时针对常规频率域方法求取Q值时的时窗影响问题,将时频分析技术应用到实验室Q值计算中,提出了基于S变换的超声衰减计算方法。实验结果表明,基于S变换的超声衰减计算方法提高了Q值测量的稳定性和准确性。基于已有地震物理模拟技术,研制了不同衰减特性近地表衰减材料,首次对衰减材料的衰减特征开展定量研究,并将模型材料测量获得的Q-V数学关系与野外经验Q-V关系进行对比。基于衰减材料各参数之间的数学关系进行地层衰减定量模拟,实验结果表明,近地表衰减材料具有很高的可控性,并且与野外地层衰减特征具有很高的相似性,同时地层衰减定量模拟的地震物理模拟方法具有很高的准确性。最后将地层衰减定量模拟的地震物理模拟方法,应用于近地表低速层地震物理模拟,设计制作了首个结合实际模拟区的近地表低速层地震物理模型,并对其进行二维和三维地震物理模拟数据采集,同时对数据进行了处理分析。实验结果表明,利用地层衰减定量模拟方法能够有效、准确地进行近地表低速层衰减特征的模拟,模拟获得的地震记录和频谱特征与野外具有很好地相似性,采集获得的地震数据能够为进一步深入研究近地表低速层的衰减特征提供可靠正演数据。