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3~2~ B7
La présente invention a pour objet une nouvelle methode de prospection
sismique utilisable en particulier en prospection sismique marine.
.
La prospection sismique en mer s'effectue generalement en remorquant
S derriere un navire une source sismique adaptee a emettre par
intermittence des impulsions sismiques et un ensemble de reception ou
flûte sismique adapte a capter les signaux acoustiques reflechis ou
~: ~ réfractés par les différentes couches du sous-sol en reponse aux
impulsions acoustiques émises. D'une façon generale, la pratique
consiste a remorquer l'ensemble source-flûte comme si ces deux
~u : éléments étaient rigidement lies (a la derive laterale de la flute
pres).
Les signaux captes sont transmis a un laboratoire central
d'enregistrement disposé sur le navire et l'on établit des coupes
sismiques a partir des enregistrements obtenus sur les profils, apres
~ leur avoir apporté divers corrections et traitements.
: ~
Un procédé classique de traitement consiste a établir une couverture
multiple des différents points des horizons ou miroirs reflechissant
les ondes sismiques.
~' '''': :
'
~L2~
- 2 -
Une flate sismique comporte un certain nombre N de récepteurs
constitués chacun d'un capteur ou plus généralement d'une pluralité de
capteurs interconnectés dont les signaux combinés forment une trace
distincte a l'enregistrernent. Les N récepteurs sont répartis le long
de la flate sismique avec un espacement constant e.
La flute sismique et la source étant remorquées le long du profil a
explorer, on effectue un cycle d'émission sismique et de réception en
chacun des emplacements d'une succession d'emplacements différents du
profil, et pour chacun d'eux on enregistre N traces distinctes. On
sélectionne alors parmi les traces d'enreyistrement obtenues a l'issue
de cette succession de cycles, celles qui correspondent a des
réflexions sur des points-miroirs identiques. Apres carrection des
différences de temps de parcours des ondes dues aux différences
d'obliquité des rayons acoustiques, on combine ces traces de maniere a
obtenir par un effet de redondance une plus grande netteté dans la
représentation des différents miroirs.
L'ordre maximal de couverture multiple, c'est-a-dire le nombre de
traces maximal qu'il est possible de combiner, est égal au nombre N de
récepteurs de la flute. Il ne peut etre atteint que si d'un tir au
suivant, le dispositif d'emission et de reception n'a avance que d'une
distance egale a la moitie de l'espacement e des recepteurs, du fait
que les points d'emission et les points de réception correspondants,
relatifs a des points reflecteurs fixes, s'ecartent symetriquement les
uns des autres, un deplacement des points d'emission se traduisant par
un deplacement egal, mais en sens contraire, des points de reception.
Pour un meme point-miroir, la distance qui separe point de tir et
capteur croit donc d'un tir a l'autre, du double de la distance que
l'ensemble source-flate a parcouru pendant la duree de chaque cycle
d'emission. Si le nombre N est trop grand, ceci n'est pas realisable
dans la pratique du fait de la durée nécessaire a l'enregistrement de
tous les échos utiles et des contraintes techniques et economiques qui
empêchent de naviguer au-dessous d'une certaine vitesse
minimale de quelques noeuds~ Des points réflichissants
espacés d'un intervalle e/2 peuvent être restitués,
mais avec un degré de couverture moindre.
La méthode de prospection sismique selon
l'invention permet d'augmenter très sensiblement l'ordre
de couverture multiple qu'il est possible d'obtenir
avec une flûte déterminée ou de le maintenir à un niveau
élevé en utilisant une ou plusieurs flûtes bien plus
courtes.
Selon la présente invention, il est prévu
une méthode de prospection sismique adaptée en particulier
à la prospection sismique marine, comportant la réalisa-
tion d'une pluralité de cycles d'émission et de réception
constitués chacun d'une étape d'émission d'ondes acous-~-
tiques par au moins une source d'ondes acoustiques déclen-
chée en chaque emplacement d'une série d'emplacements
successifs distincts, d'une étape de réception des ondes
acoustiques renvoyées par les diftérentes couches réflé-
chissantes du sous-sol par au moins un dispositif de
réception déplaçable comportant un ensemble de récepteurs
distincts et d'une étape d'enregistrement des ondes
acoustiques reçues et de combinaison des enregistrements
relati~s à des réflexions sur des emplacements identiques
desdites couches réfléchissantes, pour obtenir une couver-
ture multiple de celles-ci, dans laquelle les différents
cycles successifs d'émission et de réception sont réalisés
en associant la source et le dispositif de réception
à des véhicules se déplaçant à vitesses inégales suivant
des trajectoires telles que l'angle fait par leurs direc-
tions d'avancement respectives est supérieur en valeur
absolue, à 90.
~- Les vitesses de déplacement de la source
et du dispositif de réception sur leurs trajectoires
,,, .",
- 3~ -
~2~
respectives sont choisies différentes l'une de l'autre
de préférence, et la différence entre leurs vitesses
ainsi que l'intervalle de temps entre les cycles d'émis-
sion et de réception sont déterminés, par exemple, de
manière que le rapport entre les déplacements des points
de réflexion sur les couches réfléchissantes, entre
deux cycles success.ifs quelconques, et l'espacement
entre les
. . .
, ~
récepteurs du dispositif de réception, correspondent a un degré de
couverture multiple présélectionné.
D'autres caractéristiques et avantages de la méthode selon l'invention
apparaîtront à la lecture de la description de plusieurs modes de
réalisation donnés a titre d'exemples non limitatifs, en se référant
aux dessins annexés ou :
- la figure 1 represente un ensemble d'émission et de réception
remorqué par un navire, pour la mise en oeuvre de methodes connues
de prospection sismique,
.
- la figure 2 represente schematiquement des dispositions successives
d'un ensemble d'emission et de reception, des parties de miroirs ou
interfaces réflechissants du sous-sol associees respectivement aux
differentes dispositions dudit ensemble, et le recouvrement partiel
de ces parties, dans le cas classique ou l'ensemble d'emission et de
reception est remorque par un navire unique. Pour faciliter la
comprehension, les positions successives de l'ensemble de reception
ou flûte sismique aux instants successifs de tir et les parties de
miroir participant pour chacune d'elles aux reflexions captees par
les récepteurs, ont été representees les unes au-dessous des autres,
- la figure 3 représente la disposition de couples de points
d'émission et de réception des ondes acoustiques associés a des
points de réflexion fixes, sur un miroir déterminé,
- la figure 4 represente un ensemble d'emission et de réception
associés a deux véhicules distincts pour la mise en oeuvre de la
methode selon l'invention,
- la figure 5 est analogue à la figure 2 et s'applique au cas ou, en
accord avec la methode selon l'invention, le dispositif d'emission
et le dispositif de réception s'éloignent en sens contraire l'un de
l'autre. Les mêmes conventions ont ete utilisées pour la
representation, et
- la figure 6 represente un mode de realisation de la methode
permettant de combiner un ordre de couverture multiple elevé et une
representation en trois dimensions du sous-sol. Pour plus de clarte,
les positions respectives de la flûte sismique correspondant a des
instants successifs de tir sont aussi representees avec des
decalages lateraux de part et d'autre de la trajectoire ree11e
suivie par la navire qui la remorque.
Un systeme d'emission-reception classique comporte (Fig. 1) une source
d'emission d'ondes sismiques S et un ensemble de reception ou flûte
sismique F comportant une pluralite de recepteurs sismiques Rl, R2,
R3, R4...RN repartis a intervalles reguliers e le long dudit ensemble.
La source et l'ensemble de reception sont remorqués dans le cas de la
figure 1 par un même navire 1 se deplaçant de maniere continue le long
d'un profil sismique a etudier. La source S est activée a intervalles
reguliers. Les ondes acoustiques qu'elle engendre vont se reflechir
sur les differentes interfaces reflechissantes ou miroirs du sous-sol
immerge et sont captees par les differents recepteurs de la flûte
sismique. Les signaux engendres par les recepteurs en reponse aux
ondes sismiques sont transmises a un systeme enregistreur sur le
navire pour constituer les traces d'enregistrement.
Un procedé bien connu pour ameliorer la lisibilite des enregistrements
consiste à effectuer une couverture multiple des differentes parties
des differents miroirs sous-jacents par une combinaison entre elles
des traces d'enregistrement obtenues au cours de cycles
d'emission-reception successifs et correspondant a des réflexions sur
une partie identique quelconque d'un des differents miroirs.
Dans la position I (Fig. 2) du systeme d'emission-reception les
reflexions captees par les recepteurs Rl a RN de la flûte, en reponse
. "
.,
...
,
12~
a une émission de la source S (ou de son image S' dans le miroir M),
proviennent d'une par-tie Al de celui-c;. Dans les positions
respectives II, III, IV du systeme d'émission-réception, décalées les
unes par rapport aux autres du fait de l'avancement du navire, les
parties du même miroir M réfléchissant l'énergie sismique captée par
les différents récepteurs Rl a RN de la fl&te seront respectivement
A2, A3 et A4. Ces différents parties se recouvrent partiellement. La
partie commune B du miroir apporte sa contribution a quatre jeux
d'enregistrement successifs.
Si un même point m du miroir M renvoie des ondes acoustiques émises
par la source S en quatre points Sj, Sj, Sk, Sl du profil sismique
(Fig. 3) et reçues au cours de quatre cycles d'émission-réception
différents par les récepteurs Rj, Rj, Rk, Rl de l'ensemble récepteur,
on effectue la combinaison des traces d'enregistrement correspondantes
après les avoir convenablement décalées en temps les unes par rapport
aux autres pour tenir compte des obliquités différentes des trajets
acoustiques passant par le même point miroir.
Le degré de couverture ou recouvrement dépend, on le sait, de la
vitesse d'avancement du navire et/ou de l'intervalle de temps entre
les tirs successifs. La valeur minimale qu'il est possible d'obtenir
par les méthodes classiques de prospection sismique marine est égale
au nombre N de récepteurs de la flûte. Il correspond au cas où un même
point m d'un miroir apporte sa contribution a l'énergie acoustique
reçue successivement par les N récepteurs de la flute sismique au
cours de N cycles successifs.
Comme on l'a déjâ vu, des raisons d'ordre techniques ou êconomiques
rendent impossible d'obtenir le degré de couverture maximal en
utilisant un systeme classique d'émission-réception remorqué par un
navire. Dans un cas pratique ou l'on utilise une flGte sismique
comportant 192 récepteurs distincts dont l'espacement e est égal a
12,5 metres, qui est remorquée, ainsi qu'une source 5, par un navire
2~37
avançant a une vitesse de 5 noeuds, et les intervalles de temps entre
tirs etant egaux à lO secondes, les deplacements dS de la source, dM
du point-image de la source et dR des récepteurs entre deux tirs
sismiques sont égaux a 25 metres. On pourra restituer des points
différents du miroir espacés de e/2 soit 6,25 metres mais l'ordre de
couverture sera égal a 48. Une telle flûte sismique, dans ces
conditions d'utilisation, permet d'obtenir quatre couvertures d'ordre
48.
On appelle facteur de recouvrement f le rapport du déplacement dM des
points miroirs entre deux tirs au demi-espacement entre les récepteurs
f = M (l)
e/2
Le degre de couverture c qu'il est possible d'obtenir avec une flu-te
sismique a N récepteurs peut s'exprimer par la relation :
N
c = - (2)
f
Si l'on considere que la distance dM est la demi-somme des
déplacements d5 et dR, le facteur f s'exprime encore par la relation :
: d + d
.f = S R (3)
e
Dans le cas pratique cite plus haut, le facteur f est égal a ~. Sa
valeur minimale fO dans le cas irréalisable si N est grand par les
methodes classiques, ou l'ordre de couverture multiple est égal au
nombre de traces d'enregistremen-t, serait égale a l.
La méthode selon l'invention permet non seulement de donner a f une
valeur égale a la valeur fO m1nimale, mais meme de faire descendre a
.
~Z6~ 7
- 8 -
volonte la valeur de f au-dessous de la valeur fO, c'est-a-dire de
rendre le degré de couverture multiple égal ou supérieur au nombre des
recepteurs de la flûte.
A cet effet, on dissocie le remorquage de la source de celui de
l'ensemble de reception. La source S (Fig. 4) est remorquee par
exemple par un navire 1 et l'ensemble de reception F est remorque par
un autre bateau 2 navigant en sens inverse du premier.
Le deplacement dR de l'ensemble de reception se retranche de celui dS
de la source et par consequent leur somme (dS + dR) peut etre rendue,
si besoin est, inferieure a l'espacement e des recepteurs. Une
selection appropriee des vitesses de deplacement des deux vehicules
permet d'obtenir un facteur de recouvrement f determine.
On voit bien sur la figure 5 que les quatre parties Al, A2, A3, A4
d'un meme miroir M reflechissant l'energie acoustique emise par une
meme source S en quatre emplacements differents, est captee par les
recepteurs Rl a RN d'une meme flute circulant en sens inverse, dans
quatre positions I, II, III, IV de celle-ci, sont moins decalees les
unes par rapport aux autres que les parties correspondantes de la
figure 2 et par consequent que le degre de recouvrement obtenu est
plus grand.
Pour reprendre l'exemple deja cite, un ordre de couverture de 192 peut
etre obtenu en rendant dR egal a -12,5 mètres, c'est-a-dire en
imposant au bateau remorquant la flute d'aller en sens contraire du
navire tractant la source (bateau boutefeu) a une vitesse de 1,25m/s
correspondant sensiblement a 2,5 noeuds.
La methode selon l'invention permet d'accroitre la vitesse du bateau
boutefeu, de maniere a diminuer les cou-ts d'exploitation, en
augmentant parallelement la vitesse d'eloignement du navire tractant
la flute. En reprenant le meme exemple, on peut porter la vitesse du
2~
bateau boutefeu à 7,5 noeuds en faisant naviguer I'autre bateau a 5
noeuds en sens inverse.
Dans tous les cas, les points m des miroirs se déplacent dans le même
sens que ce dernier. Pour la commodité, on donne a f une valeur telle
que son inverse soit un nombre entier.
La méthode permet également de maintenir un ordre de recouvrement
élevé tout en utilisant des flûtes comportant moins de récepteurs, en
jouant sur la redondance de l'information sismique obtenue avec un
facteur f tres inférieur a l'unité. Dans l'exemple précédent, trois
couvertures d'ordre 48 au pas dM = e/6 peuvent être obtenues avec une
flûte à 48 récepteurs dont les récepteurs sont espacés de 25 mètres,
en déplacant la source de 27 mètres entre tirs ce qui correspond à une
vitesse de 6 noeuds et un intervalle de temps de 9 secondes, et en
déplacant la flûte en sens inverse â 4,15 noeuds (dR = -18,7m). Ces
trois couvertures permettent d'obtenir un rapport du signal au bruit
S/B aussi elevé qu'une couverture d'ordre 100 a 150 dans de bonnes
conditions d'exploitation.
L'emploi de telles fl&tes a plus faible nombre de récepteurs est plus
économique et rend plus facile la mise en oeuvre d'un mode de
réalisation possible de la methode ou l'on utilise plusieurs flûtes
remorquées par plusieurs bateaux télécommandés.
L'un d'entre eux s'éloigne du bateau boutefeu en remorquant une flûte
sismique qui fournit des enreyistrements. Dans le même temps, un
bateau (ou plusieurs autres) ramène à proximité du bateau boutefeu une
ou plusieurs flûtes sismiques qui ont servi au cours de cycles
d'émission-réception précédents et que les manoeuvres ont conduit
au-delà de leur portée pratique d'utilisation
Suivant un autre mode de réalisation, on utilise un navire remorquant
une flûte sismique comportant un grand nombre de récepteurs et
~Z~2~7
10 -
plusieurs bateaux pour remorquer en sens inverse chacun a son tour une
source sismique et la ramener ensuite à proximité du navire.
Les sources sismiques utilisées dans ce cas peuvent être relativement
moins puissantes, car on a toute liberté pour accélérer notablement
les bateaux boutefeux afin d~augmenter le degré de couverture
équivalent. Ces sources pourront être par exemple des vibrateurs.
Suivant l'exemple pratique déja considéré, une flûte sismique a 96
récepteurs espacés de 12,5 mètres, tractée par un navire navigant a la
vitesse de 5 noeuds avec un intervalle de temps de 10 secondes entre
deux tirs qui rend dR égal a -25 metres, permet d'obtenir une double
couverture d'ordre 96 si le bateau boutefeu evolue a 2,5 noeuds en
sens inverse (dS est egal a 12,5 metres et dM a meme valeur que -e/4).
L'ordre des deux couvertures peut être porté a 192 si le bateau
boutefeu avance a 3,75 noeuds et le navire remorque une flûte a 192
recepteurs (dS est egal ici a 18,75 metres et dM a aussi même valeur
que -e/4).
Le fait de pouvoir utiliser des sources relativement faibles facilite
la mise en oeuvre du systeme d'emission. Les sources puissantes sont
généralement constituees d'une pluralité d'unités d'émission
déclenchées simultanément ou en séquence, de maniere a obtenir une
onde sismique résultante de forme ou signature particuliere et l'on
sait qu'il est souvent difficile d'obtenir une bonne répetitivité en
raison de la houle et des vagues par exemple qui modifient la position
dans l'eau des sources elementaires. A cet egard, les variations
d'attitude de sources simples ou de petits groupes de sources sont
plus faciles a compenser.
Suivant un autre mode de realisation (Fig. 6), le navire 2 remorquant
la flûte sismique F suit une trajectoire rectiligne P avec une vitesse
réguliere. Les differentes positions de la flûte représentée,
correspondent a dix instants tl, t2...tlo successifs de déclenchement
~2~
de la source sismique (les déports latéraux ne sont introduits ici, on
le rappelle, que pour la clarté du dessin). Le pas d'avancement dR des
récepteurs entre deux tirs successifs est constant.
Le bateau l qui remorque la source sismique, se déplace en sens
inverse suivant une trajectoire zigzagant de part et d'autre d'une
direction fixe qui peut être parallele a la route suivie par navire 2
par exemple. Les points sl, s2...sl0, représentent les positions
successives de la source aux dix instants tl a tlo. L'angle ~ entre
les directions d'avancement des deux bateaux l, 2 prend alternative-
ment deux valeurs ~l et ~2 supérieures ou égales en valeur absolue a
9oo .
Le nombre de pas d'avancement du bateau boutefeu l entre deux virages
successifs dépend du deport lateral recherche et bien sûr de ses
capacités de manoeuvre.
On se ramene, pour calculer le degre de couverture multiple c (cf.
relation 2), au cas précédent des trajectoires paralleles et opposées,
en considérant non plus le pas d'avancement dS de la source mais sa
projection sur la direction d'avancement P.
On ne sortirait pas du cadre de l'invention en faisant suivre au
bateau boutefeu plus généralement une trajectoire quelconque
alternativement d'un coté et de l'autre d'une direction fixe. Cette
trajectoire peu-t en particulier avoir une forme de créneau.
La misè en oeuvre de la~methode est facilitée si l'on utilise -le,,système
de conduite d'opérations sismiques décrit dans la demande de brevet canadienne
497,0~3 déposée le 9 décembre 1985. Ce système de conduite comporte
un ou plusieurs véhicules de faible tonnage tels que des vedettes, ces
vfihicules étant,,,télécommandes depuis un navire principal au moyen d'un
ensemble de radio-commande combine a un dispositif de navigation
adapte a déterminer la position du navire et la position relative des
,....
~z~
- 12 -
vehicules par rapport 3 celui-ci. Les données sismiques captées par
les récepteurs de la flûte sismique son~, transférées 3 un laboratoire
central d'enregistrement installé sur le navire par un ensemble de
transmission a grand débit.
Selon les cas, les vedettes télecommandees pourront être utilisees
dans le cadre de la presente methode de prospection, pour remorquer
une ou plusieurs sources sismiques ou bien un ou plusieurs ensembles
de reception.
Les exemples de mise en oeuvre mentionnes ci-dessus ne sont bien sûr
pas limitatifs. La methode peut tout aussi bien être conduite en
utilisant des bateaux pilotés.
On ne sortirait pas non plus du cadre de l'invention en utilisant au
moins deux vehicules terrestres eloignant les unes des autres les
parties d'un dispositif d'emission et de reception.
