sismique reflexion : principe mutations techniques et technologiques

7/25/2019 Sismique Reflexion : Principe Mutations Techniques et Technologiques

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SISMIQUE REFLEXION : PRINCIPE , MUTATIONS TECHNIQUES

ET TECHNOLOGIQUES

Introduction Les ondes sismiques Rflexion et rfraction des ondes sismiques Principe de la sismique rflexion Bref historique de la sismique rflexion Acquisition des donnes sismiques Enregistrement des donnes sismiques La couverture multiple La sismique reflexion 3D et 4D

Sismique haute et trs haute rsolution Traitement des donnes sismiques Interprtation des donnes sismiques Inversion sismique Les attributs sismiques Bibliographie

To cite this version.(Pour citer cette version)

Djeddi Mabrouk . Sismique Rflexion : Fondement ,Mutations techniques et technologiques.Dpartement de Gophysique. FHC - Universit MHamed Bougara de Boumerdes .Algrie.06/2016

By Djeddi Mabrouk


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INTRODUCTION

Les mthodes sismiques dexploration sont des mthodes indirectes qui permettent deprospecter sur une vaste chelle et de localiser , partir dtudes de surface ou subsurface , des anomalies du soussol profond .

Il ya deux mthodes sismiques.(fig.1)

1- La sismique de surface ( sismique rflexion et sismique rfraction)

2- La sismique de puits (mthode de sub surface)

Le fondement de base de ces mthodes sismiques est la thorie dlasticit .Celle-ciest la base de la transmission des ondes sismiques.Les matriaux sont caractriss pardes paramtres ou modules lastiques lorsquils sont soumis une contrainte , sans subir

une dformation permanente.Ces proprits lastiques sont dfinies par les modules

ou constantes lastiques permettant dtablir une relation linaire entre la contrainteetla dformation dans les matriaux.Il est utile de rappeler trs brivement certainsdentre eux.

Fig 1 . Les diffrentes mthodes sismiques de surface et sub-surface.

- LE MODULE DYOUNG (MODULE DELASTICITE)

= /// : Contrainte par unit de surface/

: allongement ou raccourcissement par unit de longueur .


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- LE COEFFICIENT DE POISSON

= // Il ne dpasse 0.5 , il est de lordre de 0.25 pour la majorit des matriaux.

/: variation de dimension transverse

- LE MODULE DINCOMPRESSIBILITE

= //Son inverse est appel le module de compressibilit ( = 1)/: variation de volume

- LE MODULE DE COULOMB (MODULE DE RIGIDITE)

=/ : dformation de cisaillementDans un liquide parfait et = 0 = , /: contrainte applique paralllement par unit de surfaceDans leurs principes , les mthodes sismiques utilisent un champ lastique engendrartificiellement.Le sol est branl en un point , laide de puissantes sources (dynamite,

dinoseis , vibroseis, chute de poids etc.) .Il en dcoule un brusque et net dplacementdu milieu consider.Lagitation du sol stale travers les couches du sous-sol une vitesse qui est fonctionde leur nature.Lnergie ainsi produite est transmise sous forme de fronts dondesconcentriques qui dlimitent lensemble des points atteints en phase un instant donnet chaque point fonctionne comme une nouvelle source sismique lementaire(principe de Hugens).

Loin de la source , on peut envisager avec des rsultats acceptables les ondes sismiquescomme tant planes au lieu de sphriques o lnergie se propage radialement prs dela source. Seules les fronts dondes ont une ralit physique, mais pour facilter

linterprtation, il est plus pratique dutiliser des rayons sismiques qui sont les trajetsperpendiculaires aux fronts dondes(fig2)

Dans leurs principes , les mthodes sismiques se basent sur lmission des ondes

(signaux) sismiques verticaux ou obliques laide de puissantes sources (dynamite,dinoseis , vibroseis, chute de poids etc.) se propageant dans le sous sol .Lecomportement de propagation des ondes sismiques dans le sous-sol respecte certains

principes physiques qui sont :

- Le principe de Huyghens ,

- Le principe de Fermat(ou de stationnarit) ,- Les lois de Snell Descartes- Le principe de reciprocit


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Les rflexions ou rfractions des ondes sismiques sur les discontinuits (marqueurs) entre

les milieux sont enregistres laide des gophones disposs en surface ou dans unsondage. .Les mthodes sismiques , indpendamment dautres critres , peuvent tre utilises en

ondes longitudinales, en ondes transversales ou en ondes de conversion .Toutefois , lesondes longitudinales sont actuellement , et de loin , les plus utilises.

Lenregistrement puis ltude des temps darrive de ces ondes permettent deretracer le trajet parcouru par londe sismique et rprer de ce fait la gomtrie dumilieu tudi.

Fig 2 .Propagatiion des fronts des ondes sismiques

LES ONDES SISMIQUES

Il ya 2 types dondes sismiques.

1- LES ONDES DE VOLUME

Les ondes de volume comprennent :

a- Les ondes longitudinales ou de compression(ondes ).Ces ondes sont dfinies par des dformations de compression et de dilatation parallles la direction de propagation, leur vitesse est :

= ()

(+)()

: densit, : modules de Young et de Poisson.


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b- Les ondes transversales ou de cisaillement (ondes ).Ces ondes sont dfinies par une torsion du milieu o la vibration des particules du milieudans lequel se propagent ces ondes est orthogonale la direction de propagation.

.Leur vitesse est .

= (+)

La vitesse des ondes est infrieure celle des ondes .Dans un liquide parfait = 2-LES ONDES DE SURFACE

Les ondes de surface sont :

a- Londe de Rayleigh

Elle se propage au voisinage de la surface libre du sol.Lors de son passage les particules

du milieu vibrent selon des ellipses dont le plan est parallle la direction depropagation et orthogonal cette surface (fig.3)

b- Londe de Love

Elle se propage galemen t au voisinage du sol . Lors de son passage les particules dumilieu vibrent dans un plan parallle la surface et perpendiculairement la direction

de propagation .

La vitesse de propagation des ondes transversales est environ la moiti de celle de

ondes longitudinales.Les ondes de surfaces sont encore plus lentes .

< <

Fig 3.Diffrents types dondes sismiques


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REFLEXION ET REFRACTION DES ONDES SISMIQUES

Quand une onde sismique incidente de volume longitudinale ou transversale atteintavec une vitesse ou la surface de sparation de deux milieux homognes etisotropes I et II, une fraction de lnergie est rflechie suivant une onde longitudinale

de vitesse et une onde transversale de vitesse . Lautre fraction de lnergiesismique est rfracte suivant une onde longitudinale de vitesse et une ondetransversale .(fig4).Les angles dincidence , de reflexion et de rfraction obeissent aux lois de loptique

gomtrique ( lois de Snell Descartes).De ce fait pour une onde incidente on a :

= =

= =

Pour deux milieux I et II de vitesses longitudinales et telles que < larelation entre londe indidente et rfrace scrit alors :

= tant donn que < , il en rsulte que


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Fig 4. Rfraction et reflexion des ondes sismiques

PRINCIPE DE LA SISMIQUE REFLEXION

De lensemble des mthodes de prospection gohysique, la mthode sismique rflexion

est la plus amplement employe.Elle permet de faire une tude prcise des structuresgologiques profondes du sous-sol avec une xactitude que seules peuventdevancer les mesures ralises en forage.La mthode reflexion est un outil dinvestigation moyenne et grande profondeur et

consiste provoquer des perturbations du sol avec une source dexcitation ensurface .Ces perturbations donnent naissance des dondes de dformations ou

ondes lastiques , longitudinales et transversales , lesquelles se propagent de proche enproche dans le sous-sol en samortissant.Parmi ces ondes , on distingue :

-Les ondes de surface

-Les ondes longitudinales ou primaires (P) ou ondes de compression et de dilatation-Les ondes secondaires ou transversales (S)

Sur chaque surface de sparation de deux formations gologiques de nature

diffrente , ces ondes sont reflchies. Le temps necessaire pour que ces rflexionsarrivent aux gophones dpend de la nature et de l agencement des formations

gologiques.


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La profonfeur dune surface de sparation est dtermine grce lenregistrement(mesure) du temps de propagation dune onde sismique reflchie pour arriver aux

capteurs .Langle de rflexion est gale langle dincidence quand les ondes sont toutes les

deux longitudinales ou transversales.Etant donn que seule une faible portion delnergie de londe incidente est rflechie par la surface de sparation, la plus grandeportion tant rfracte dans le niveau infrieur, il sera possible dobtenir des rflexions surdes interfaces plus profondes ; do lintert de la mthode sismique rflexion pour lesinvestigations moyenne et profonde.

Quand on connait la vitessse de propagation des ondes sismiques dans les diffrentescouches gogiques dont les surfaces de sparation ont produit des ondes rflechies ,la dtection et la mesure des temps de propagation par les gophones permettra

daccder au calcul de la profondeur de ces couches gologiques.En mthode dexploration sismique, on nutilise que les ondes longitudinales et trs

rarement les ondes transversales.

BREF HISTORIQUE DE LA SISMIQUE REFLEXION

AUX USA

La tentative dutilisation de la sismique rflexion des ondes sismiques pour imager la

gologie de sous -surface fut aborde pour la premire fois vers 1910 par Reginald .AFessenden.Les travaux de celui-ci dbutrent aprs l engloutissement du Titanic pour

mettre en vidence la dtection des icebergs.Le 18 septembre 1917 le premier brevet est dcroch grce ltude de lapropagation des ondes acoustiques dans leau pour Method and apparatus forlocating ore bodies using acoustic waves aux USA.

1921 est la date de la premire utilisation de la mthode de Fessenden par leGeological Engineering Compagny dOklahoma pour la prospection desHydrocarbures. Karcher J.C employa alors la propagation des ondes sismiques Belle

Isle en Oklahoma (Etats-Unis) et mettra en vidence la configuration de la discontinuitentre une couche d'argile et une couche de calcaire et lexistence d'un dme

anticlinal. Ce fut la ralisation de La premire coupe sismique.

En 1924, le gisement ptrolier d'Orchard Salt Dme au Texas fut dcouvert par lamthode de sismique rfraction.

Historiquement cest vers 1927, que fut la mise au point et lutilisation pour la premirefois la mthode rflexion.

EN EUROPE

Historiquement, les mthodes sismiques ont t appliques pour la premire fois enEurope occidentale avec la tentative dapplication de la sismique par LAllemandLudger Mintrop en 1908 qui procda Gttingen (Allemagne) la mesure parsismique artificielle, en lchant dune hauteur de 14 mtres une charge de 4 tonnes


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.Pendant la premire guerre mondiale les Allemands tentaient de localiser les canonsennemis en mesurant leurs ondes acoustiques (rfractes).

Cest Mintrop qui ralisa la premire application de la prospection sismique terrestre

ds le dbut des annes 1920. En 1924 la compagnie Seismos appliqua la sismiquerfraction la recherche ptrolire pour la mise en vidence des dmes de sels en

Allemagne.Durant la priode 1927 -1929 la sismique rflexion fut utilise commercialement et lesrsultats se sont solds par la dcouverte de quelques piges structuraux.

La sismique reflexion constitue depuis les annes 1920 loutil principal de recherche desgisements dhydrocarbures.Les premires campagnes sismiques menes dans ledomaine de recherche ptrolire et gazire au Sahara algerien ont dbut le 11 mars1951, par la premire application de la sismique rflexion.Celle ci donna des rsultatsdcevants , sinon ngatifs.Car les enregistrements fournis taient trs midiocres enraison du rapport signal sur bruit trs faible caus par plusieurs facteurs .

Depuis la sismique rflexion a connu une volution sans gal de par son applicationdans la prospection des gisements renfermant des hydrocarbures . Elle a mobilis a elleseule un nombre important de travaux de recherche, de dveloppements techniqueset technologiques depuis son application commerciale partir des annes 1920 etson essor se poursuit continuellement.

Lenregistrement numrique , fournissant linformation sismique sous forme chiffre a

permet la sismique reflexion de subir des grandes mutations grce aux progrsraliss dans les traitements de linformation sismique qui sont profondment lis aux

progrs informatiques ( rapidit de calcul, capacit stockage etc). Les traitementsdes donnes sismiques sont de plus en plus sophistiqus ce qui expliquent les progrsconstants et rguliers que connait sans cesse cette mthode .Les exemples de l volution de la sismique moderne (sismique numrique) sontnombreux .Dans ce qui suit nous passerons en revue quelques procds qui ont

marques cette volution.

ACQUISITION DES DONNEES SISMIQUES

Lacquisition des donnes sismiques quelle soit en mer ou terrestre , comprend un

dispositif demission , un dispositif de reception et un laboratoire denregistrementnumerique.

Lacquisition des donnes sismiques terrestres (diffrente de la sismique marine) consiste

produire et enregistrer sur la surface du sol les amplitudes et la dure signauxsismiques rflechies et ou rfractes. Pour explorer une zone par les mthodes sismiques, la premire tape consiste acqurir les donnes sismiques .Il sagit de produire

artificiellement laide dune source dexcitation(explosifs ou vibrateurs) en surfacedes ondes sismiques .Une mission sismique produite donne naissance un signal ()qui se propage dans le sol ou dans leau (sismique marine) , se rflechit ou se rfracte

au niveau des discontinuits entre des milieux gologiques de proprits physiquesdiffrentes (contraste dimpdance acoustique).On enregistre alors () convoluavec la serie des coefficients de rflexion (reflectivit) entach de differents bruits quelonde incidente rencontre au cours de sa propagation.


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Il existe plusieurs types dmission dnergie en prospection sismique .Les sources lesplus utilises sont les proceds vibroseis , le Sosie, le mini-sosie, le Seiscorde,la dynamite,

le dinoseis , le Betsy , la chute de poids , cordeau dtonant , le canon air etc

.Toutefois les sources priviliges en sismique ptrolire sont la dynamite et le vibroseis .

LES SOURCES EXPLOSIVES

Les sources explosives(dynamite) sont des substances ou un mlange de substances qui,soumis une action physique ou mcanique sont susceptibles de se dcomposer en untemps trs court. Elles produisent gnralement des impulsions sismiques trs brves

dans le temps mais trs nergtiques suffisamment approximes par des ondelettes phase minimale.

LES SOURCES VIBROSEISMIQUES

Les sources dexcitation par vibroseis (datant de la decennie 1960 ) engendrentgnralement des ondes sismiques phase nulle(sweep) dont il possible dajuster le

domaine frquentiel , la dure etcLutilisation des vibrateurs prsente de nombreux avantages tels la souplesse dans lamise en uvre, limination des forages , pas de fracturation du sol , choix des signaux

appropris qui permettent de nenvoyer dans le sol que des frquences utiles etcLe dispositif dmission est compos de camions vibrants en phase et aligns suivant ladirection du profil (fig 5)La figure 6 reprsente le principe de lenregistrement vibroseismique .Le signalvibroseismique est un balayage de longue dure ayant une forme sinusoidale modulen frquence ; il est souvent effil aux deux extremits.Le sweep est defini par sa longueur, sa bande frquentielle,la variation frquentiel (up ,

down sweep) , le taper, la phase Initiale.

La trace vibroseismique () est decrite par lexpression suivante:T(t) = S(t) * k(t)* E(t) +B(t)

S(t) :Sweep (signal emis )k(t) : Serie des coefficients de reflexionE(t) : effets du filtrage du sous-sol sur le sweepB(t) :bruit additif


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Fig 5 .Exemple de dispositition des camions vibrateurs sur le terrain


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Fig 6.Le principe denregistrement vibroseismique(R.Lindseth,1968).

LES CAPTEURS

A la rception des gophones ou des hydrophones (mesurant la variation de pression)disposs en surface enregistrent au cours du temps la rponse sismique du milieu cette excitation artificielle.Le nombre de trace dun dispositif terrain est de plus en plusgrand , il est pass de 12 traces dans les toutes premires annes plusieurscentaines voir un millier de traces sismiques par dispositif .Les gophones se composent dun circuit avec un aimant et dune bobine. Le

mouvement vibratoire des particules du sous-sol provoque un mouvement relatif entrelaimant etla bobine induisant ainsi un courant letrique directement proportionnel

ce mouvement.En mer , on utilise les hydrophones contruits sur la base du phnomnede pizo-lectricit, cest la diffrence de pression qui provoque de trs faiblesdformations de leau induisant ainsi un courant lectrique proportionnel celle-ci.Leshydrophones ne captent que les ondes longitudinales car les ondes secondaires nese propagent pas dans les fluides.

En acquisition sismique terrestre des gophones enregistrent une(mono composante)

ou plusieurs composantes du champ du vecteur vitesse des particules du sous-sol.

Les donnes sismiques enregistres au cours du temps par les gophones sont appeles

traces sismiques.Lensemble des traces sismiques enregistres pour un mme point detir constitue un enregistrement sismique appel aussi sismogramme et dessismogrammes de plusieurs tirs d un mme profil( ligne) forme une section sismique .


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Le choix des diffrents paramtres dacquisition sismique tient compte des objectifs etplus partulirement de la profondeur de lobjectif, de laspect structural, de la rsolution

souhaite , de la longueur du dispositif de mesure , de la disposition gometrique dessources et des traces sismiques , du degr de la couverture multiple et bien dautres .

ENREGISTREMENT DES DONNEES SISMIQUES

BREF HISTORIQUE DU MODE DENREGISTREMENT

LEnregistrement optique

La priode de lenregistrement optique se caractrise par lenregistrement sur film

analogique (photographique) .Les donnes sismiques enregistres sur le terrain sontenregistres sur une camra optique . Cette priode a dur jusqu la fin des annescinquante du sicle dernier.

LEnregistrement magntique analogique

La priode de lenregistrement sur bande magntique a trs peu dure , elle avaitcommenc vers la fin des anne cinquante (vers 1957) jusquau milieu des annessoixante.Lenregistrement des signaux sismiques par camra optique a t remplacpar des ttes magntiques sur une bande magntique.Lavantage de lenregistrement

magntique par rapport lenregistrement optique est que les donnes sismiquesenregistres sur bande magntique peuvent tre relues et enregistres en tempsdiffer sur une autre bande magntique. La transcription(le rejeu) des donnessismiques a grandement contribu effectuer des oprations de traitement en temps

diffr sur les donnes sismiques .Il est devenu possible de miniaturiser les documentsdinterprtation (grce la densit et aire variable) ,et de rendre praticable lasommation en temps diffr de plusieurs enregisrements sismiques issus de tirs diffrents(couverture multiple) etc

LEnregistrement magntique numrique

Lenregistrement numrique est apparue vers 1964.Contrairement au codage de lavaleur dune tension par une charge magntique, lenregistrement numrique consiste

linscription magntique dune grandeur numrique .Ce procd permetdenregistrer les donnes sismiques selon le principe du multiplixage (enregistrementsimultane de toutes les traces sismiques) et de permettre un seul canaldamplification de servir pour toutes les traces sismiques.

Lenregistrement numrique prsente de nombreux avantages tels que la prcision ,une dynamique totale denregistrement plus grande , la restitution de la valeur exactede la tension lentre ,elle rend donc les donnes sismiques accessibles directement

assimilables aux ordinateurs. Si la sismique rflexion a connu et connait encore desprogrs constants et rguliers cest bien grce aux ordinateurs.

Les signaux capts par les traces sismiques du dispositif terrain sont enregistrs grce un laboratoire denregistrement numrique voir par un systme denregistrement entlmesure (fig.7).Ce dernier systme comprend un certain nombre de boitiers


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numrateurs disposs le long du dispostif et qui assurent le multiplixage et la converson

A/N (analogique-numrique).

Fig 7 Dispositif terrain (cas dune sismique haute rsolution, document Enageo)

LA COUVERTURE MULTIPLE

La dcouverte de la couverture multiple est lexemple le plus illustrant de lvolutionde la prospection sismique reflexion fig 8. Lutilisation de laddition en couverture

multiple applique ds1962 consisterait a additionner des trajets rflechis dun mmepoint miroir dangles diffrents(Green 1938, W.H Mayser 1956). Lorsque toutes lescorrections statiques et dynamiques ayant t faites, les rflexions simples provenant

dun mme point miroir et enregistres par les diffrentes traces sismiques additionnerseront en phase tandis que les bruits ne le seront pas .Les venements alatoiresenregistrs par les traces empruntant des trajets diffrents verront alors leur amplitude

augmenter de , tant le nombre de traces sommes ,alors que linformationsismique utile provenant du point miroir commun , prsente sur toutes les traces doitsamliorer comme

.De plus la couverture permet dattnuer les ondes sismiques

multiples. Lordre de la couverture multiple dpend du nombre de traces du dispositifutilis et de la densit des sources dmission pa rapport la rpartition des tracessismiques.Le degr de couverture multiple est dfini par la relation := . : lintervalle entre les traces sismiques.: le pas davancement (distance entre deux points de tir successifs) ,il est un multiple de.Les progrs actuels dans lacquisition sismique permettent de raliser une couverture

multiple de lordre de 48 et mme plus.Un tel degr de couverture donne pour chaquepoint miroir un groupement de 48 traces sismiques sommer . Dans un tel dispositif, ilsen suit que les trajets rflechis source dmission trace sismique augmentent

constamment de la premire la dernire trace sismique en raison de laugmentationde la distance X (offset) et donc de langle dincidence sur le reflecteur.


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Fig 8.pincipe de la couverture multiple

LA SISMIQUE REFLEXION 3D

La premire application de la sismique 3D fut rvle par les chinois en 1966 lors ducongrs AAPG en 1981. Elle fait son apparition dans la recherche ptrolire dans lesannes 1980 lorsque la socit Amricaine GSI l appliqua pour la premire fois en 1972 Bell Lake Field.La sismique 3Dest une extension de la sismique 2D.En mthode sismique2Dle sous- solest gnralement partag en lements de surface (x,t) assimils des points fixs mi-chemin entre les couples sources sismiques -traces sismiques ,alors quen sismique 3Dlnergie sismique est rflechie non pas par un CMP(point milieu commun) ouCDPmaispar un lement de volume(x,y,t) appel Bin (ou cells).Limage (x,t) prise dans ladirection des lignes des traces sismiques est dite inline , tandis que limage (y,t) est

appele crossline.Ces lements de volume (x,y,t) sont galement assimils despoints fixs mi-chemin entre les couples sources sismiques -traces sismiques suivant

leurs azimuts respectifs.La sismique 3Dpermet de surmonter certaines insuffisances rencontres par la sismique2Den donnant des images sismiques plus prcises et plus fiables que la sismique 2D.Eneffet, lors de lacquisition en prospection sismique 2D , les venements sismiquesprovenant hors du plan dacquisition sont considers comme des parasites.Enprospection sismique 3D, tous les venements sismiques enregistrs correspondent unsignal qui doit permettre dimager convenablement les structures du sous-sol, lessignaux provenant hors du plan dacquisition peuvent tre focaliss et aident donc

amliorer la rsolution des images sismiques.La sismique 3D est de nos jours une mthode qui permet de fournir une meilleure

dfinition des structures compliques de faibles dimensions .Elle peut mettre envidence les piges stratigraphiques et les rservoirs limits par les failles, amliorer la


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dfinition de lextension ainsi que lvolution ptrophysique dun reservoir ptrolier ,

limiter le nombre de puits inutiles et secs , amliorer la qualit des calages sismiques etbien dautres.Elle est devenue une mthode indispensable grce aux avantages quelle a par

rapport la sismique 2D notamment dans laugmentation considrable du pouvoir dersolution horizontale et verticale, la continuit latrale des images sismiques 3D et bien

dautres.Cest aussi une mthode indispensable pour developper les gisementsdhydrocarbures grce son apport dans la prcision des variations latrales decertaines proprits des reservoirs comme la lithologie, les paisseurs , la porosit , lecontenu en fluide etc

LA SISMIQUE 4D

La Sismique 4D est une sismique utilise en phase de production.Elle est repte desintervalles de temps au mme endroit partir de plusieurs campagnes sismiques 3D .

Comme son nom lindique , il sagit de plusieurs enregistrements des donnes simiquesen 3D , la quatrime dimension est le temps sparant deux campagnes de prospectionsismique .Les donnes de la sismique 4D permettent de faire une analyse des variations

des impdances acoustiques entre deux temps.Dans des conditions favorables , lasismique 4D peut nous fournir des informations sur la distribution et ventuellement sur lemouvement rel des fluides que renferme le rservoir dun gisement ptrolier en

exploitation ce qui peut aider mieux grer les programmes de production desrservoirs ptroliers.

SISMIQUE HAUTE ET TRES HAUTE RESOLUTION

Lexploration sismique rflexion conventionnelle est principalement utilise pourprospecter les gisements dhydrocarbures enterres quelques centaines voire desmilliers de mtres de profondeurs .Elle utilise des signaux sismiques de basses frquencesde bande environ .Elle permet de dtecter des structures gologiquesde dimensions pluridcamtrique plurihectomtrique.La sismique haute et trs haute rsolution emploient des sources sismiques

suffisamment riches en hautes frquences pour explorer des anomalies localises desfaibles profondes (moins dune centaine de mtre) . Ces mthodes utilisent deslongueurs dondes

(=

/) proches lpaisseur des couches que lon veut rep rer .

Plus la frquence est grande et plus la rsolution verticale est aussi grande (la rsolutionverticale dfinit lpaisseur de la plus petite couche que lon peut diffrencier).

TRAITEMENT DES DONNEES SISMIQUES

La sismique moderne actuelle est une sismique numrique qui est en grande partiefonde sur des traitemets de plus en plus labors et de plus en plus sophistiqus.Lasquence de traitement des donnes sismiques acquises sur le terrain forme un champdapplications pour le traitement du signal.Limportance du traitement du signal vient de la ncessit des sismiciens en

exploration ptrolire de dployer des outils mathmatiques danalyse pour imager lastructure du sous-sol.


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Le traitement sismique consiste ffectuer diffrentes oprations mathmatiques au

centre de calcul en vue damliorer le rapport signal sur bruit et permettre daccder des grandeurs qui ne sont quimplicitement renfermes dans les donnes sismiquesbrutes .En effet , la trace sismique enregistre () constitue le log impulsionnel (suite descoefficients de rflexion)

() convolu par londelette mise

() .Celle-ci subit

dimportantes transformations pendant sa propagation dans le sous-sol .De plus, sur latrace sismique, viennent sajouter divers bruits et signaux parasites,quil estindispensable dattnuer.

La trace sismique simplifie telle quelle quon lenregistre a pour expession:

() = () () () + () oprateur de convolution(); loprateur multiple global , cest--dire loprateur rsultant de la convolutiondes diffrentes ondes multiples.

(): le bruit additifLe rsultat du traitement sismique idal sera , partant de la trace sismique (), dobtenirune trace aussi proche que possible du log impulsionnel terrain () cest dire .() = ()

La squence de traitement des donnes sismiques peut varier selon que lobjectif soitstructural ou lithologique. Elle peut tre un traitement classique comme elle peut tre

un traitement damlioration du rapport signal sur bruit soit encore un traitementcomplementaire. La finalit du traitement permet d obtenir un document definitifinterprtable appel section sismique structural et qui consisterait montrerlarrangement des reflecteurs sismiques le long du profil cest-- dire pour distinguer

deux reflecteurs trs rapprochs.Les proceds modernes du traitement des donnessismiques par ordinateurs ont permis de mettre au point des systmes de logiciels deplus en plus performants.

LAPPORT DES TRANSFORMATIONS MATHEMATIQUES

Les signaux sismiques sont enregistrs dans le domaine spatio-temporel (,) .Pourfaciliter les traitements de nombreux domaines de traitement utilisant diversestransformations mathmatiques ont apparu.Parmi ces domaines il ya le domaine,(,),(,), , et bien dautres.A titre dexemple on cite:

1- Le domaine de Fourier()Les donnes sismiques enregisres dans le domaine spatio-temporel

(,) sont

transferes dans le domaine spatio-frquentiel (,)grce la Transforme de Fourier.Celle-ci est la base de lanalayse spectrale et permet de caracteriser le contenufrquentiel dun signal sismique.Il est alors possible de choisir seulement la bandefrquentielle sur laquelle nous avons dun bon rapport signal sur bruit .


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2- Le domaine nombre donde- frquence (,)

Il reprsente la transformation de Fourier bidimentionnelle des donnes sismiquesenregistres dans le domaine spatio-temporel (,).LA DECONVOLUTION

la trace sismique(signal sismique rflchi) est constitue du signal emis () convolupar la rponse impulsionnelle (serie des coefficients de rflexion) du sous-sol , de signauxqui convoluent ce log et des signaux qui sadditionent la trace sismique. Le sous -sol

peut tre consider comme un filtre certain linaire et stationnaire .Donc , la tracesismique est assimile un modle convolutif.La dconvolution vise supprimer les effets de ce filtrage qu subi limpulsion au

cours de sa propagation dans le sol, cest dire supprimer londelette de la tracesismique pour valuer la rponse sismique du sous-sol.

Il ya deux classes de dconvolution

La dconvolution dterministe(cas ou londelette mise par la souce dexcitation estconnue.)

La dconvolution statistiques . Elle est applique pour le cas ou londelette mise estinconnue. Lapplication de ce type de dconvolution necessite certaines hypothses

spcifiques.

Il existe plusieurs types de dconvolution : dconvolution par galisation spectrale ,dconvolution dterministe , dconvolution homomorphique , dconvolution normes, dconvolution surface consistante et bien dautres.En traitement des donnes sismiques , il est utilis essentiellement deux types dedconvolution : la dconvolution spike (compression) et prdictive.

La dconvolution par galisation spectrale

Le signal enregistr par la trace sismique se caractrise gnralement par un contenu

frquentiel dont les basses frquences sont plus marques par une nergie plusgrande que dans les hautes frquences. La dconvolution par galisation spectraledans la bande frquentielle du signal a pour but de remedier cela en rehaussantlnergie localise sur les hautes frquences au niveau moyen des basses frquencestout en prservant les fluctuations (bosses et creux) prsentes dans le spectre dusignal sismique(fig.9) .Ce type de filtrage fond sur une galisation des spectres enfonction de la frquence permet damliorer le rapport signal sur bruit.

La dconvolution par galisation spectrale est utilise avant la sommation comme unprtraitement , elle rend le contenu frquentiel plus homogne et amliore larsolution sismique. Nanmoins, la ralisation de ce filtre est conditionn par

lhypothse selon laquelle la serie des coefficients de rflexion soit blanche dune partet que cette galisation neffecterait pas les phases.


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Fig.9. Egalisation spectrale ralise pour une trace (Juan Martin PI Alperin, 2005)

LA DECONVOLUTION SPIKE

Elle est ralise gnralement avant addition en couverture multiple , elle consiste comprimer le signal sismique en le rapprochant une impulsion de Dirac et ce afin

de recuprer certaines hautes frquences perdues par londelette au cours de sapropagation. Autrement dit elle permet de compenser en quelque sorte lobsorptiondes hautes frquences par le sous-sol ce qui conduit une amlioration de la

rsolution sismique.

La dconvolution prdictive

Cette mthode a t developpe par Robinson dans les annes soixante .Elle estfonde sur la thorie de filtrage optimal de Wiener et qui consiste chercher un filtre

passage entre le signal enregistr et le signal souhait , en minimisant lerreurquadratique moyenne entre la sortie de ce filtre et le signal souhait.Cette mthode de dconvolution consiste utiliser linformation du dbut des traces

sismiques pour prdire et liminer les rverbrations causes par les rflexions multiplesentre la surface et le fond de la mer (en marine ) et attnuer les rflexions multiples ensismque terrestre. Elle utilise lautocorrelation des traces sismiques.


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LA MIGRATION

En prsence dun pendage important , les venements sismiques ayant subi untraitement seront localiss sous un point de la surface qui ne correspondrait pas leurposition relle. Pour remdier ce type de dformation des rflecteurs ,le sismicien

ajoute un traitement complmentaire appel migration. Celle-ci consiste rtablir uneimage sismique du sous sol partir des venements observs en surface en temps enles mettant convenablement leurs emplacements.

Il ya plusieurs mthodes de migration :La migration de Kirchhoff , Mthode pardiffrences finies, migrations dans le domaine (f,k) de Gazdag et Stolt. Il est possible deraliser une migration en temps ou en profondeur. Le choix de la mthode de migration

utiliser dpendra de la connaissance pralable du modle de vitesse, du type demilieu homogne ou non , de la variation latrale ou verticale de la vitesse sismiqueetcLa migration en temps est utilise dans les zones gologie calme( variation lente de

la vitesse ) tandis que la migration en profondeur est employe gnralement dans lesrgions gologie complexe et fortes variations de vitesses.La migration constitue un outil puissant tendant amliorer linformation sismique.Elle

permet daboutir non seulement une image gometrique correcte du sous sol enrepositionnant les rflecteurs sismiques leurs emplacements exacts mais aussidattnuer les diffractions .

L INTERPRETATION DES DONNEES SISMIQUES

Linterprtation sismique quelle soit quantitative(AVO) ou classique permettantdobtenir des informations sur la gometrie des couches gologiques a tgrandement aide par les rcents dveloppements de loutil informatique .Elle a pourbut de valoriser les donnes sismiques issues du traitement et qui consiste aboutir une description spatiale du sous- sol sous forme de modles lithologiques, structuraux et

stratigraphiques ; autrement dit raliser une image la plus exacte pos sible dun modlegologique assez cohrant du sous-sol.Les donnes sismiques issues des traitements interprter doivent intrgrer un

maximum de donnes sismiques et sismiques du puits (, diagraphies, carottes,

sismosondage , PSV, film synthtique, log stratigraphique etc.) qui seront analyses et

interprtes .

Linterprtation sismique associe la fois les donnes de puits permettant le calage des

niveaux gologiques sur les rflecteurs sismiques et de fournir des renseignements sur la

constitution des facis des couches gologiques traverses .Toute interprtation

sismique 2D ou 3D doit tre faite en harmonisant des diffrentes campagnes sismiques

anterieures , en intgrant toutes les donnes des puits, le point des rflecteurs

sismiques et des failles, la ralisation des films synthtiques , la ralisation des cartes

structurales et la conversion temps-profondeur .La transformation temps -profondeur

doit fournir une image gologique crdible et daider limplantation des forages.

Comme lacquisition et le traitement , linterprtation est un domaine trs vaste. Selonlobjectif recherch , il ya linterprtation structruale (tude des variations de formes


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des horizons sismiques ) , stratigraphique(tude des variations latrales de forme des

signaux) et linterptation lithologique.Linterprtation structurale classique des donnes sismiques ne peut pas fournir desrenseignements sur le contenu en fluide dun reservoir petrolier.Elle a t grandement

aide par les rcents dveloppements informatiques et aussi par lutilisation desattributs sismiques.

SISMIQUE DE PUITS

En sismique de puits on utilise une source dexcitation des ondes sismiques (dynamiteou vibroseismique) en surface et on fait un enregistrement en profondeur laide degophones , dans un sondage profond , dont on fait modifier la position .Il existe touteune vari de mthodes tel que le carottage sismique (sismosondage), diagraphiesonique (BHC) ou par diffrents types de sismique de puits(PSV) avec tir en surface etrecepteur dans le puits , tir en puits et recepteur en surface , tir dans un puits avec

recepteur dans un autre puits

Les techiques de sismique de puits sont gnralement de plus hautes rsolution que lasismique de surface et sont trs largement utilises en exploration ptrolire ou pour laconnaisance de gisement. Elles constituent un moyen de calage des enregistrements

de la sismique de surface , mesurer les vitesses et lanisotropie, valuer les paramtresdattnuation , prdire les reflecteurs situs au- dessous de la profondeur finale atteintepar le forage , dtection des failles et bien dautres .

LINVERSION SISMIQUE

En sismique reflexion conventionnelle , on gnre des ondes sismiques en perturbantartificiellement la surface du sol. Les rflexions des ondes mises enregistresrepresentent la rponse du sous-sol .Linversion a pour objet de restituer (retrouver) lesproprits acoustiques et lastiques du sous-sol partir de ces enregistrements.

La trace sismique enregistre nous fournit des informations sur deux composantes,letemps darrive et lamplitude.

- Linversion du temps darrive fournit un modle structural du sous-sol reprsent

par les vitesses sismiques des differentes couches du sous-sol .

- Les amplitudes des traces sismiques permettent de discerner le modlestratigraphique du sous-sol reprsent par les impdances acoustiques (produitde la vitesse par la densit).

Il existe plusieurs mthodes dinversion sismique selon quelles font intervenir les tempsde propagation , les amplitudes des traces sismiques ou galement la forme donde

sismique .La qualit dune invesion sismique est lie amplement la qualit et de la

quantit des donnes sismiques dont on dispose le sismicien.


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LES ATTRIBUTS SISMIQUES

APPORT DES ATTRIBUTS SISMIQUES

La sismique rflexion a pour but dobtenir une image gologique , associe aux types

de dpts , la gnration et la migration au pigeage des hydrocarbures .Elle permet de localiser les structures gologiques( fig 7) susceptibles de piger leshydrocarbures telles que les anticlinaux , les diapirs ,les failles, les biseaux , ainsi que lesanomalies de type stratigraphique comme les variations de facis, les lentilles etc

Les attributs sismiques peuvent tre sensibles directement des venementsgologiques, certaines proprits du rservoir ou bien encore ils permettent de dfinirlenvironnement structural et du type de dpt.


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Fig 10. coupe gologique synoptique montrant les diffrents types de piges hydrocarbures (daprs

Gietka M., 1985)

Les attributs sismiques obtenus partir de la trace sismique permettent de mettre en

relief certaines informations contenues dans les donnes sismiques, qui ne se dvoilentpas nettement linterprtateur sismicien .Ils permettent de fournir des informations

qualitatives sur la gomtrie et les paramtres physiques du sous-sol aidant ainsi conduire une interprtation structurale et stratigraphique plus adquate . Dunemanire gnrale les attributs fournissent des indices sur la lithologie et le contenu enfluides partir des donnes sismiques.

Les attributs sismiques sont trs nombreux et varier et peuvent tre classs de diffrentesmanires( tableau1). Ils peuvent tre calculs avant ou aprs sommation des donnessismiques avant ou aprs migration .Les classifications les plus connues des attributsdans la littrature sont celles de Taner (1994),de Chen (1997) , Brown (2004),Liner(2004).La classification de Taner se rsume comme suit selon :

- les informations sur les paramtres gomtriques tels que loffset et lazimut.Les attributspeuvent tre calculs avant(pr-stack) et aprs ( Post stack) sommation.

-Le mode de calcul ( instantane et ondelette). Selon linformation contenue , il ya lesattributs instantans et les attributs dondelette.Ces derniers attributs sont calculs sur latransforme en ondelettes des traces sismiques.

-La relation des attributs avec la gologie .On distingue les attributs physiques etgomtriques. Les attributs gomtriques expriment les relations spatiales et temporelles


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entre lments alors que les attributs physiques permettent de caractriser le type de

roches traverses par londe sismique.

- Le type de propagation donde . On distingue les attributs de rflectivit et detransmissivit .Les attributs de transmissivit permettent de caractriser la couche

sedimentaire situe entre deux interfaces sedimentaires tandis que les attributs derflectivit permettent de caractriser linterface sedimentaire. Les anomalies derflectivit (bright spots) en sont un exemple le plus impressionnant.Lenveloppeinstantane est sensible aux variations de limpdance acoustique et de ce fait lalithologie, la porosit , aux couches minces etc

-La phase instantane est utile pour suivre la continuit des horizons(rflecteurs)sismiques et de ce fait mettre en vidence les failles et les variations latrales

stratigraphiques.

La frquence instantane est utile pour tudier le phnomne dattnuation anormaleet la prsence de couches minces.

Tableau 1. Classification simplifie des attributs sismiques propose par Brown,1996


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