Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
L'invention a pour objet un procédé d'améliora-
tion du couplage avec le sol de sources sismiques terrestres.
Les sources terres-tres comportent généralement
des moyens de création de forces oscillantes ou impulsion-
nelles et des moyens d'application au sol des forces ainsicréées. Parmi les sources connues, on peut citer par
exemple celles qui comportent un élément-cible couplé
avec le sol, une masse adaptée à chuter en direction des
surfaces d'impacts de l'élément-cible, et des moyens pour
élever la masse et guider sa chute en direction des surfaces
d'impact.
La masse peut 8tre guidée par un élément de
guidage rectiligne disposé verticalement, vers une face
d'impact parallèle à la surface du sol, de manière à produire
des ondes P ou ondes.longitudinales. Un dispositif fonction-
nant suivant ce principe est décrit dans le brevet canadien
1,114,938 ayant comme inventeurs Jacques CHOLET et André
PAUC et délivré le 22 décembre 1981.
La masse peut être également guidée dans sa
chute par des câbles ou un bras pivotant, vers une face
d'impact latérale d'un élément-cible couplé avec le sol,
de manière à produire des ondes transversales ou de cisail-
lement (ondes S). Un tel dispositif est décrit, par exem-
ple, dans le brevet canadien 1,047,157 ayant comme inven-
teurs Pierre-Claude LAYOTTE et Jacques CHOLET et délivré
le 23 janvier 1979.
Un procédé connu pour améliorer le couplage
d'une source sismique consiste à fixer des éléments de
couplage dentelés ou pointus sous l'élément-cible. Leur
enfoncement dans le sol, facilité si l'on fait peser par
exemple une partie du poids d'un véhicule sur l'élément-
cible disposé en un poin-t de "tir" choisi, contribue à
accroître le coefficient de couplage de la source sismique.
Un autre procédé connu pouvant être éventuelle-
ment associé au précédent, consiste à isoler la face infé-
~, ~Y
:
rieure de l'élément-cible par une jupe péripherique et
à mettre ladite face en position d'application sur le
sol au moyen d'une pompe ~ vide.
Les procédés connus permettent d'accroitre
très sensiblement le coefficient de couplage des sources
sismiques avec le sol et, par conséquent, leur rendement
énergétique. Cependant, comme on le verra plus en détail
dans la description, les procédés connus ne perme-ttent
pas d'obtenir une bonne homogénéité dans la transmission
au sol de toutes les fréquences du spectre de fréquence
émis au moment du tir.
Le procédé de couplage selon l'invention permet
d'élargir dans de notables proportions le spectre de fréquence
des ondes sismiques effectivement transmises dans le sol.
Selon la présente invention, il est prévu un
procédé pour améliorer le couplage avec le sol d'une source
sismique terrestre, comportant l'injection d'une substance
réfrigérante dans le sol et le positionnement d'une source
sismique contre le sol gelé, de manière à augmenter le~
coefficient de transmission au sol, des ondes émises par
ladite source.
D'autres caractéristiques et avantages apparaî-
tront à la leature de la description ci-après de modes
de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs
et en se reportant aux dessins annexés où~
~ ,
.
~ .~
5~
- la figure 1 represente l'allure generale, apres lissage, du
spectre de frequence des ondes sismiques transmises dans le sol,
par un procede classique de couplage comportant l'application
d'une force d'appui pour l'amelioration de l'ancrage d'une source
sismique, et
- la figure 2 represente une disposition de points d'injection dans
le sol d'un fluide refrigerant.
On peut assimiler la loi de variation du module du spectre de
l'energie transmise par une source sismique donnee aans le sol, en
considerant celui-ci comme un milieu visco-elastique, a une loi du
type parabolique :
S(f) = - bf2
ou b est un coefficient de proportionnalite dependant de la source
d'ondes acoustiques U ti lisees, du terrain et des conditions
operatoires. Le module du spectre de l'energie transmise est maximal
pour les frequences inferieures a quelques dizaines de Hertz et
decroit rapidement pour les frequences plus grandes. Selon les cas, le
facteur d'attenuation à 100 H~ peut varier de 10 a 30 dB et meme plus.
Il en resulte que le pouvoir de resolution des sources sismiques
terrestres qui est lie a la largeur de la bande de frequences qu'elles
sont susceptibles de transmettre dans le sol, est relativement faible.
Le procede selon l'invention permet d'accroitre le coefficient de
couplage des sources sismiques terrestres et d'ameliorer dans de
notables proportions la largeur de leur spectre d'emission et par
consequent leur pouvoir de resolution.
La position des emplacements de declenchement de la source utilisee
ayant ete prealablement fixee, on injecte dans le sol une substance
refrigerante telle que l'azote liquide par exemple, de maniere a geler
jusqu'a une profondeur determinee une certaine zone autour de chacun
desdits emplacements. La surface de chaque zone depend de la forme et
de l'aire de l'element de couplage au moyen duquel les ondes
acoustiques sont appliquees au sol.
Dans le cas de la source a impacts dirigés verticalement, décrite dans
la demande de brevet français n 2 398 316 déja citée ou l'élément de
couplage est la plaque de base circulaire d'un element-cible depose
sur le sol, on injecte une substance refrigérante de maniere a obtenir
une zone gelée a symétrie cylindrique centrée sur l'axe de
l'élément-cible.
Suivant un premier mode de réalisation (Fig.2), on perce plusieurs
trous a la péripherie de l'emplacement S ou l'on compte deposer la
plaque de base de l'element de couplage ou l'elément-cible de la
source utilisée, et l'on y injecte une certaine quancité de liquide
réfrigérant au moyen d'une canne d'injection appropriée. La quantité
de liquide introduite dans les trous est suffisante pour que les
différents volumes V de terrain centrés autour de ceux-ci se recoupent
et que l'on obtienne un volume tocal gelé de façon bien homogene. Pour
accroître l'effet réfrigérant a l'emplacemen'c S de l'element de
couplage de la source sismique, on peut egalement percer un trou en
son centre et y injecter du produit réfrigérant. Dans l'exemple
représenté, six trous Tl a T6 sont forés au centre et a la périphérie
de chaque emplacement S. Leur diametre est de quelques centimètres et
leur profondeur varie par exemple entre 60 cm et 120 cm.
Suivant un autre mode de réalisation permettant de simplifier l'étape
de préparation des emplacements de "tir", on peut également geler le
volume de terrain au dessous de l'élément de couplage ou de
l'élément-cible de la source, en forant un trou d'injection unique tel
que T6, au centre de chaque emplacement S.
os~
Le delai d'attente apres les injections de liquide réfrigerant pour
obtenir une zone de terrain suffisamment gele depend du nombre de
trous d'injection et la quantite de produits refrigerants injectes, de
la nature du terrain, de la temperature, etc. L'humidite a une
influence essentielle dans l'amelioration du coefficient de
transmission du fait que la glace qui se forme par action des produits
refrigerants soude les particules de terrain et augmente la résistance
du sol à la compression et au cisaillement.
On determine experimentalement l'influence des differents parametres
influant sur la vitesse de gel de maniere a optimiser le delai
d'attente et le coefficient de transmission du sol gele. L'injection
de liquide refrigerant est effectuee par exemple, et selon les cas,
entre 12 heures et 24 heures avant les instants ou les "tirs" sont
effectues aux emplacemen~s geles.
L'application du procede selon l'invention permet d'augmenter tres
sensiblement le coefficient de transmission du sol pour les frequences
relativement elevees et d'obtenir ainsi un spectre d'emission plus
homogene.
Un avantage secondaire, mais tres important, du procede tient au
caractere provisoire de la consolidation apportee par le gel. Lorsque
le sol qui a ete gele est revenu a sa temperature premiere, il peut
être restitue à son usage normal. L'organisation de campagnes de
prospection dans des régions agricoles ou des zones urbaines s'en
trouve facilitee.
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