最小二乘偏移成像理论及方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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黄建平，李闯，李庆洋 著

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• 最小二乘
• 偏移成像
• 地球物理
• 反演
• 数值方法
• 信号处理
• 地球物理勘探
• 数据处理
• 成像算法
• 模型参数估计

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030482167

版次：1

商品编码：12035132

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-09-01

用纸：胶版纸

页数：179

字数：290000

正文语种：中文

内容简介

　　《*小二乘偏移成像理论及方法》首先介绍了*小二乘模型匹配理论；然后重点阐述了基于射线理论的*小二乘Kirchhoff偏移、*小二乘高斯束偏移、波动方程的单程波*小二乘偏移、波动方程的双程波*小二乘偏移、黏声波介质的*小二乘偏移、基于编码的*小二乘偏移、双复杂条件下*小二乘偏移及基于先验模型约束的*小二乘逆时偏移方法及应用；*后对*小二乘偏移方法的研究进行展望。
　　《*小二乘偏移成像理论及方法》适合高校、研究院所及石油勘探企业从事地震偏移成像相关工作人员参考使用。

内页插图

目录

总序
前言

第1章 绪论
1．1 Hessian矩阵的求取
1．2 反演空间的选取
1．3 预条件算子的构建
参考文献

第2章 最小二乘模型匹配
2．1 共轭的释义
2．1．1 共轭导数
2．1．2 褶积运算
2．2 点乘实验
2．3 最小二乘解
2．4 任意方向法和最速下降法
2．5 共轭梯度法
2．6 最小二乘模型匹配实例

第3章 最小二乘Kirchhoff偏移
3．1 Kirchhoff偏移方法介绍
3．1．1 Kirchhoff积分公式
3．1．2 Kirchhoff偏移公式
3．2 Kirchhoff偏移和反偏移算子
3．3 最小二乘Kirchhoff偏移
3．4 模型试算
3．4．1 Kirchhoff最小二乘叠后时间偏移
3．4．2 最小二乘叠前深度偏移
3．4．3 局部倾角约束最小二乘偏移
参考文献

第4章 最小二乘高斯束偏移方法
4．1 高斯束反偏移及其共轭算子
4．1．1 方法原理
4．1．2 模型试算
4．1．3 结论与讨论
4．2 最小二乘高斯束偏移
4．2．1 方法原理
4．2．2 模型试算
4．2．3 结论与讨论
参考文献

第5章 单程波最小二乘偏移
5．1 单程波最小二乘偏移基本知识
5．1．1 概述
5．1．2 最小二乘偏移的理论框架
5．2 最小二乘分步DSR偏移
5．2．1 基本原理
5．2．2 模型试算
5．2．3 结论与讨论
5．3 最小二乘傅里叶有限差分偏移
5．3．1 基本原理
5．3．2 模型试算
5．3．3 结论与讨论
5．4 最小二乘广义屏偏移
5．4．1 基本原理
5．4．2 基于照明预条件的广义屏最小二乘偏移
5．4．3 模型试算
5．4．4 结论与讨论
参考文献

第6章 最小二乘逆时偏移
6．1 波动方程逆时偏移理论
6．1．1 一维逆时偏移理论
6．1．2 二维逆时偏移理论
6．1．3 边界条件和成像条件
6．2 最小二乘逆时偏移
6．2．1 双程波波动方程反偏移算子
6．2．2 最小二乘逆时偏移
6．3 模型测试及应用
6．3．1 二维三层介质模型
6．3．2 u汛TM在近地表高精度成像中的应用
6．3．3 LsRTM在断块油气藏高精度成像中的应用
6．4 本章小结
参考文献

第7章 衰减介质Ls删成像方法及应用
7．1 黏声波介质逆时偏移方法及应用
7．1．1 黏声逆时偏移的基本原理
7．1．2 二阶黏声波动方程
7．1．3 规则化处理
7．1．4 模型试算
7．2 黏声介质最小二乘逆时偏移方法及应用
7．2．1 黏声介质最小二乘逆时偏移方法原理
7．2．2 黏声介质波动方程线性化
7．2．3 梯度的求取
7．2．4 模型试算
7．3 衰减介质LSRTM总结
参考文献

第8章 基于编码的最小二乘偏移
8．1 基于编码的最小二乘偏移方法原理
8．1．1 方法原理
8．1．2 实现流程
8．2 基于编码的最小二乘偏移方法实例
8．2．1 基于非线性相位编码的最小二乘（逆时）偏移方法
8．2．2 叠前平面波最小二乘逆时偏移方法
8．2．3 一种基于分频编码的最小二乘裂步偏移方法
8．3 编码策略分析
8．4 本章总结
参考文献

第9章 双复杂条件下最小二乘偏移
9．1 起伏地表最小二乘逆时偏移
9．1．1 起伏地表逆时偏移
9．1．2 起伏地表最小二乘逆时偏移
9．1．3 成像测试
9．2 基于平面波编码的起伏地表最小二乘逆时偏移
9．2．1 起伏地表下平面波合成
9．2．2 起伏地表平面波最小二乘逆时偏移方法
9．2．3 编码策略
9．2．4 成像测试
9．3 本章小结
参考文献

第10章 基于先验模型约束的最小二乘逆时偏移方法
10．1 先验模型约束的最小二乘逆时偏移理论方法
10．1．1 基于先验模型的误差函数
10．1．2 初始模型的选取
10．1．3 井约束最小二乘逆时偏移流程
10．2 模型试算
10．2．1 基于先验模型约束的LSRTM有效性分析
10．2．2 不同约束条件下的LSRTM效果对比
10．2．3 先验模型约束的LSRTM对偏移速度场的敏感性分析
10．2．4 先验模型约束的LSRTM对低信噪比炮记录适应性分析
10．3 本章小结
参考文献

第11章 最小二乘偏移的发展趋势

前言/序言

　　地震勘探是寻找油气资源的主要手段之一。利用地震勘探方法并结合其他地质资料和地球物理资料就可以确定地下岩层的几何形态和物理性质，并进一步判断地下含油气层构造的存在，为之后的钻井提供正确的井位信息。地震勘探方法主要包括野外数字地震信号采集、地震资料处理及地震资料解释三大步骤。其中，地震数据处理的目的是提高反射波数据的信噪比、分辨率和保真度，高质量的处理成果可直接用于油气储层预测和烃类检测。在诸多处理技术中，地震偏移是最重要的环节之一。通过偏移可以使地震信息进行重排，从而使地下界面的反射波和绕射波回归到产生它们的原本位置上去，这样就能获得地下真实构造形态。在实际地震资料处理的过程中，地震偏移处理已经成为确定地下构造形态不可或缺的环节。
　　近年来，随着勘探程度的日益提高，勘探目标日趋复杂（主要表现为地层倾角大、介质横向、纵向速度变化剧烈、储层埋藏深等），对地震偏移技术的计算速度和精度都提出了更高的要求。长期以来，为了适应各种实际情况下复杂的地质构造，研究者们通过修改理论模型，发展并改进了许多偏移方法。地震偏移技术按偏移与叠加的先后次序分有叠前偏移和叠后偏移；按计算方法分有积分法、频率一波数域法和有限差分法等；按对速度的适应能力分有时间偏移和深度偏移；按维数分有二维偏移和三维偏移。上述地震偏移方法通过不同形式的混合或组合可以形成数十种乃至上百种地震偏移方法，在实际生产中，这些地震偏移方法也得到了广泛应用。
　　对炮域偏移方法而言，经典的成像条件认为，正向传播的震源波场与反向传播的接收波场互相关后可以确定反射层的位。事实上，这种成像准则仅是正演算子的共轭转置，而不是它的逆。另外，由于采集孔径的限制、速度模型复杂及波场带宽有限等原因，常规的偏移方法已经无法满足岩性油气藏勘探开发的要求。相比较而言，最小二乘偏移（least-squaresmigration，LSM）技术采用模型匹配数据的思想，将成像看作最小二乘意义下的反演问题，通过共轭梯度法（或最速下降法）使误差函数达到最小。这样就可以解决常规偏移中的模糊成像问题，得到分辨率更高、振幅保真性更好的成像结果。
　　本书主要介绍最小二乘偏移方法及其应用。全书共10章，其中第1章为绪论，简单介绍最小二乘偏移的研究背景及国内外研究现状；第2章主要介绍最小二乘模型匹配理论；第3章主要介绍基于射线理论的最小二乘Kirchhoff偏移方法及应用；第4章主要介绍最小二乘高斯束偏移方法及应用；第5章主要介绍基于波动方程的单程波最小二乘偏移方法及应用；第6章主要介绍基于波动方程的双程波最小二乘偏移方法及应用；第7章介绍基于黏声波介质的最小二乘偏移方法及应用；第8章主要介绍基于编码的最小二乘偏移方法；第9章介绍双复杂条件下最小二乘偏移及应用；第10章介绍基于先验模型约束的最小二乘逆时偏移方法；第11章为最小二乘偏移方法的研究展望。

物理光学基础：波的传播与成像原理 本书聚焦于波动光学领域的核心概念与前沿技术，旨在为物理学、光学工程、精密仪器等相关专业的研究人员与高年级学生提供一套系统、深入的理论框架与实践指导。全书内容紧密围绕光波的本质、传播规律以及在复杂介质中的相互作用展开，不涉及最小二乘法在特定成像模型中的应用。 --- 第一部分：波动光学基础与电磁场理论 本书的开篇建立在经典电磁场理论之上，详细阐述了光作为一种电磁波的物理实在性。 第一章：电磁场基础与麦克斯韦方程组 本章回顾了静电场、静磁场以及时变场的基本描述，重点推导了在无源介质（非导电、非极化）和各向异性介质中适用的麦克斯韦方程组的微分形式和积分形式。我们深入分析了坡印廷矢量（Poynting Vector）的物理意义，阐明了其与能量流密度之间的定量关系，为后续光能传输的分析奠定基础。特别地，引入了亥姆霍兹方程（Helmholtz Equation）作为描述单色平面波和球面波在均匀介质中传播的波动方程，并探讨了其在柱坐标系和球坐标系下的分离变量解法。 第二章：光的偏振态与 Mueller 矩阵分析 光的偏振是其横波特性的直接体现。本章系统梳理了光的偏振描述方法，包括斯托克斯矢量（Stokes Vector）和琼斯矢量（Jones Vector）。详细讨论了自然光、部分偏振光以及完全偏振光的数学表达。随后，本书引入了光学元件（如反射镜、透镜、偏振片、波片）对偏振态的改变效应，并以 Mueller 矩阵的形式来描述这种普遍的线性光学变换。通过大量的实际案例，展示了如何利用 Mueller 矩阵分析复杂光学系统的偏振特性和测量精度。 第三章：光的传播与相干性理论 光束的传播特性是光学成像的基础。本章引入了光束传播因子（Beam Propagation Factor）的概念，分析了高斯光束在自由空间和介质中的横截面强度演化和束腰漂移。重点讨论了光的空间相干性与时间相干性。采用“光场自相关函数”和“互相关函数”来精确量化光源的相干程度。通过对特定光源（如准单色光、激光）的相干性参数进行计算，解释了干涉现象的形成条件和可见度（Visibility）的物理限制。 --- 第二部分：几何光学与光线追迹 在波动光学分析之前，本书提供了一个完整的几何光学模型作为宏观描述的参考。 第四章：费马原理与几何光线传播 本章从变分法的角度阐述了费马最小时间原理，并以此为基础，推导了光线在界面处的反射定律和斯涅尔折射定律。随后，系统地介绍了折射定律在平面、球面和非球面界面上的应用。引入了光线追迹矩阵（Ray Transfer Matrix，或称ABCD矩阵）方法，用于描述一系列光学元件（如薄透镜、厚透镜、自由空间传播）组成的复杂系统的光路变换。详细分析了主平面、焦点、节点等关键光学参数的计算。 第五章：成像系统设计与像差理论 几何光学是理解成像系统局限性的起点。本章集中讨论了理想光学系统的成像规律，包括横向放大率和纵向放大率。随后，系统地引入了五种经典几何像差（球差、彗差、像散、场曲、畸变）的物理成因、数学描述（如光线偏离理想轨迹的量）以及减轻这些像差的设计策略，如双胶合透镜组的使用和非球面表面的引入。 --- 第三部分：衍射理论与成像的波动本质 本部分是全书的核心，深入探讨了光波绕射现象，这是理解成像分辨率和图像形成过程的关键。 第六章：单缝与圆孔衍射 本章从惠更斯-菲涅尔原理出发，推导了单缝（Slit）和圆孔（Aperture）的夫琅禾费衍射（Fraunhofer Diffraction）强度分布公式。详细分析了衍射图样的角分辨率与缝宽、孔径之间的反比关系。特别地，对圆孔衍射（即艾里斑，Airy Pattern）的特点进行了详尽的数学解析和物理阐释，这是理解光学衍射极限的基石。 第七章：光瞳函数与点扩散函数（PSF） 在分析成像系统时，需要将系统视为一个线性空间不变（LSI）系统。本章将系统中的孔径光阑（Aperture Stop）定义为系统的光瞳函数（Pupil Function），并解释了其与系统传递函数的直接关系。重点定义并计算了点扩散函数（Point Spread Function, PSF），阐明了PSF是光学系统对理想点光源响应的强度分布。对于衍射受限的系统，PSF与圆孔衍射的艾里斑直接相关。 第八章：光学传递函数（OTF）与调制传递函数（MTF） 本章是连接波动光学与图像质量评估的桥梁。首先，定义了光学系统的傅里叶变换（Fourier Transform） 及其与光瞳函数之间的关系，导出了系统的光学传递函数（Optical Transfer Function, OTF）。随后，讨论了OTF的模（Magnitude）即调制传递函数（Modulation Transfer Function, MTF） 的物理意义，解释了MTF如何量化系统对不同空间频率（代表图像细节）的对比度恢复能力。通过对比不同设计（如消色差、校正像差）的系统在MTF曲线上的差异，评估了系统的性能优劣。 --- 第四部分：高级主题：非均匀介质中的光传播 本部分探讨光波在折射率随空间变化的介质中传播的复杂情况。 第九章：光束在梯度折射率（GRIN）介质中的传播 针对梯度折射率材料（如光纤、仿透镜），本章介绍了准光线理论和特定坐标系下的波动方程求解。重点分析了抛物线型GRIN介质中光束的周期性传播特性。引入了角谱法（Angular Spectrum Method） 来精确描述平面波谱在复杂介质中的传播和重构过程，该方法是模拟光场传播的有力工具，避免了在传统光线追迹中引入的近似。 第十章：散射理论与辐射传输基础 光与颗粒或粗糙表面的相互作用需要散射理论来描述。本章简要介绍了瑞利散射（Rayleigh Scattering）和米氏散射（Mie Scattering）的基本公式，说明了它们在描述大气光学现象（如天空颜色）中的应用。最后，本书引入了辐射传输方程（Radiative Transfer Equation, RTE），作为描述光能流在吸收、发射和散射介质中传输的积分微分方程，为理解成像过程中介质对信号的衰减和背景噪声的产生提供了理论基础。 --- 全书特点： 本书在理论推导上力求严谨，公式的每一步推导都清晰可见，避免了对复杂数学工具的过度依赖，更侧重于物理图像的建立。内容选材上，紧密围绕经典与现代光学实验和器件设计中的核心物理问题展开，特别强调了衍射与相干性对成像性能的根本性限制。全书不包含任何关于估计、优化或反演算法的讨论。 重点在于理解“光如何变成光”，而非“如何从测量中恢复信息”。

评分☆☆☆☆☆

说实话，这本书的阅读体验是充满挑战性的，它要求读者具备扎实的数学功底，尤其是线性代数和概率论的部分。我不得不经常停下来，翻阅参考书目来回顾一些关键的背景知识。然而，这种“挑战”恰恰是其价值所在。它不像市面上很多通俗读物那样为了迎合大众而稀释深度，而是坚定地站在了学术前沿。作者的行文风格非常凝练，有时甚至有些“冷峻”，但每一个论断背后都有坚实的数学逻辑支撑。我最喜欢的是它对“不适定问题”的讨论，这本书没有回避这些难题，反而深入分析了如何通过正则化手段来稳定解的估计。这对于任何从事精密测量和反演问题的工程师或研究人员来说，都是宝贵的知识财富，它教会我们如何与不确定性共存并从中提取有效信息。

评分☆☆☆☆☆

我阅读了许多关于图像处理和传感器融合的文献，但很少有书籍能像这本一样，将理论与实际应用中的性能瓶颈讨论得如此透彻。书中对“噪声模型”的分类和处理，简直是一本操作手册。它没有停留在理想化的环境假设上，而是详细剖析了真实世界中，例如大气湍流、传感器老化、电子干扰等因素如何系统性地扭曲成像结果。更重要的是，作者没有仅仅停留在“问题描述”层面，而是给出了若干针对性的“误差补偿”策略，这些策略的推导过程详实可靠，可以立即用于指导我们优化现有的实时处理流水线。这本书无疑是为那些真正想把理论转化为高性能系统的工程师量身定做的，它弥补了纯理论书籍和纯应用手册之间的巨大鸿沟。

评分☆☆☆☆☆

这本书的篇幅虽然可观，但结构组织却非常巧妙，逻辑链条环环相扣，从基础的物理模型建立，过渡到信号的数字化表示，再到最终的图像重建，整个过程流畅自然，像一部精心编排的交响乐。我特别欣赏作者在不同章节之间设置的“桥梁”段落，这些小结不仅仅是内容的重复，更是对前文知识点的提炼和对后续内容的预告，使得读者在跨越不同技术层面时，不会感到突兀或迷失方向。对于一个希望系统性构建知识体系的初级研究人员来说，这本书提供了完整的知识地图，能够帮助我们避免走弯路，直接掌握领域内的核心范式。它更像是一位经验丰富的大师，在你耳边细语，告诉你“应该先看这里，再攻克那里”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得非常专业，装帧质量也很可靠，拿在手里沉甸甸的，让人感觉内容一定很扎实。我原本对成像技术只是略有耳闻，但这本厚厚的专著一上手，立刻让我感受到了作者在学术上的严谨态度。书中的排版清晰，图表制作精良，尤其是一些复杂的光路和信号处理流程图，画得非常直观，即便是初次接触这些概念的读者，也能通过图示对整体框架有一个初步的把握。我尤其欣赏作者在细节上的处理，比如公式的推导过程，每一步都标注得非常清晰，让人很容易跟上思路，不会在某个复杂环节卡住。对于想要深入了解成像领域理论基础的读者来说，这本书提供了一个非常好的起点，它不是那种只罗列公式的教科书，而是真正引导你去思考背后的物理意义和数学原理。

评分☆☆☆☆☆

我最近一直在研究如何优化高分辨率图像采集的算法，这本书的出现简直是雪中送炭。它并没有直接给我一个现成的“拿来就用”的软件包，而是从更底层的原理出发，阐述了为什么某些算法在特定噪声环境下表现更优。书中对不同成像模型的对比分析非常到位，特别是对于那些在实际工程中常见的限制条件，作者都有深入的探讨和解决方案的思路。我印象最深的是其中关于系统辨识的部分，它将传统的信号处理方法与现代的迭代优化技术有机地结合了起来，提供了一种看待和解决成像系统误差的全新视角。读完这几章后，我立刻尝试在我的仿真环境中重现了书中的一个关键实验案例，结果发现其预测的性能边界与我实际运行的结果高度吻合，这极大地增强了我对后续研究的信心。