陆上近地表对地震有效信号有很强的衰减作用,由于近地表的Q值估计相对困难以及现行Q值估计与补偿方法存在的适应性问题,目前对地震波的衰减估计和补偿处理并未有效地考虑近地表的衰减影响。本论文利用具有高分辨率时频谱特征的广义S变换,结合基于整形正则化反演的对数谱比法实现了较为准确的近地表Q值估计;其中广义S变换保证了较高的时频分析精度,有利于频率域Q值估计的准确性。然后,通过实际数据建立了层Q值和层速度的统计关系,进而实现了近地表三维Q值建模。最后,基于建立的近地表Q值模型,利用时变Q值的衰减补偿算法实现近地表地震资料衰减补偿,在保持地震记录信噪比与频谱相对特征的情况下,有效提高了地震资料的纵向分辨率。在众多Q值估计方法中,对数谱比法(LSR)具有较高的理论精度,但是由于抗噪性较弱,在实际问题的处理中稳定性较差,获得的Q值的可靠性不高,而对数谱面积差(LSAD)法则拥有较好的抗噪性。通过分析对比两种方法的优缺点,我们发现其本质区别在于权重因子的选择。因此,本论文又提出了一个Q值估计的新方法,即广义对数谱比(GLSR)法,其结合了LSR和LSAD的优势,因而准确度更高,并且对噪声的敏感度更低。模型资料和实际资料的处理试验与分析均表明了本论文研究方法的有效性。