Brevet FR2378291A1 — publié le 19780818

L'invention concerne un procédé de reconnaissance géophysique avec utilisation d'au moins un générateur d'oscillations qui transmet au sous-sol de l'énergie d'oscillation, par un élément de couplage dispose à la surface, conformément à un signal de commande limité dans le temps et formé par la combinaison de plusieurs signaux, l'énergie d'oscillation qui traverse le sous-sol étant captée par des détecteurs. Des procédés de ce genre sont utilisés dans une mesure croissante depuis deux décennies, surtout pour les études sismiques par réflexion, les détecteurs ou geophones étant posés de façon usuelle à la surface du sol. On effectue aussi de cette façon des mesures de forages, énergie qui traverse le soussol étant captée dans le forage par au moins un récepteur de son. Les signaux de commande généralement continus ont une durée déterminée, en général de 4 à 18 secondes, et une fréquence qui varie continuellement. Ils servent à exciter de façon correspondante l'élément de couplage qui est généralement une plaque vibrante. L'amplitude des signaux de commande et des oscillations effectuées en vertu de ceux-ci par la plaque vibrante est constante sur toute la longueur du signal de commande si l'on fait abstraction des états transitoires de croissance et disparition des oscillations que l'on prévoit pour éviter les distorsions de signal et qui ne dépassent généralement pas 250 ms. Les signaux de commande sont émis sous forme de balayage ascendant ou descendant, c'est-à-dire avec une succession de fréquences croissantes ou décroissantes.L'augmentation et la diminution de fréquence s'effectuent en général de façon linéaire I1 a été proposé aussi (voir rapport de Pierre L. Goupillaud, Congrès SEG, 12 novembre 1974, Dallas, Texas, et publ;cations dans Geophysics, décembre 1976) d'utiliser des balayages dans lesquels la fréquence varie suivant une fonction monotone non linéaire, voir encore B.M. Gurbuz, "Signal Enhancement of Vibratory Source Data in the Presence of Attenuation", Geophys. Prosp. 20 (1972, 421 à 438). En général, on pose sur le sol une plaque chargée de manière à obtenir un bon couplage, puis on transmet de l'énergie d'oscillation au sol, au moyen de la plaque, conformément au signal de commande. On capte au moyen de détecteurs (géophones) l'énergie réfléchie par des surfaces de discontinuité du sous-sol. Pour un point de mesure, on capte en général 8 à 32 mesures indi viduelles, avec décalage du générateur d'oscillations technique de réseau) et on les additionne. Leur somme est enregistrée sous forme numérique, avant et/ou après un processus de corrélation typique de ce procédé, sur la bande magnétique de champ d'un appareil numérique sur lequel s'enregistre en outre le signal de commande. En général, il est important de choisir le signal de commande de façon telle que l'on obtienne un rapport aussi avantageux que possible entre énergie utile et énergie parasite. En général, pour apprécier la qualité de l'enregistrement, on effectue déjà lors du travail sur le terrain une corrélation croisée entre signal de commande et relevés simples et combinés. L'invention a pour but d'améliorer le rapport entre énergie utile et énergie parasite, sans supplément notable de moyens, en utilisant des générateurs d'oscillations, générateurs de signaux et appareils capteurs généralement usuels. Selon l'invention, pour le procédé mentionné plus haut, ce problème est résolu par le fait que l'on compose le signal de commande avec plusieurs fractions se succédant dans le temps et dont au moins deux fractions immédiatement successives sont soumises, quant à leur fréquence et/ou à leur amplitude et/ou à leur phase, à différentes fonctions liées au temps. En particulier, pour au moins deux fractions immédiatement successives, la fréquence et/ou lgamplitude et/ou la phase doivent différer notablement à la fin de la fraction précédente et au début de la fraction suivante. L'invention prévoit encore que le signal de commande comporte plusieurs signaux partiels ayant une amplitude différente de zéro. Dans un mode d'exécution particulier de l'invention, on utilise un signal de commande avec lequel on tire pleinement parti, pratiquement, de la durée totale d'enregistrement disponible et on la divise en signaux partiels ayateneux-mAmes une longueur égale et en intervalles d'amplitude nulle ayant en eux-m8mes une longueur égale. On choisit la longueur des intervalles d'amplitude nulle conformément à la gamme de temps de propagation de l'évène- ment le plus tardif qui soit encore intéressant, en particulier de la réflexion, afin d'éviter des interférences avec le signal partiel de balayage qui suit immédiatement, En général, on peut adopter pour les intervalles d'amplitude nulle une longueur égale au temps maximal de propagation du signal utile moins le temps de propagation des mises en action initiales.Toutefois, dans des cas déterminés, on peut admettre des chevauchements entre signaux partiels réfléchis successifs. L'invention permet, par les moyens les plus simples, d'améliorer et d'optimiser de façon immédiatement visible la qualité des résultats sismiques de mesure dans le travail sur le terrain. D'autres possibilités antérieurement connues, par exemple des balayages non linéaires, n'ont pas encore pu s'implanter dans le travail courant de mesure numérique parce que les traitements de données nécessaires à cet effet ne peuvent pas être exécutés sur le terrain. Par contre, le procédé proposé est très simple. Toutefois, cette application n'est pas prévue pour les systèmes de mesure répandus actuellement sur le marché à l'échelle mondiale. Elle devient cependant possible avec un dispositif de commutation supplémentaire nécessitant des moyens techniques extrêmement réduits. Dans les commandes antérieures de vibrateur, on prévoit généralement un blocage qui entre en action à la fin de chaque fraction de signal et peut seulement être supprimé par un signal de déclenchement, pour un nouveau captage, après écoulement de la durée d'enregistrement réglée, qui peut atteindre 32 secondes dans un appareillage type. Dans des commandes de ce genre, pour des signaux de commande selon l'invention comportant des intervalles d'amplitude nulle, il faut assurer la suppression du blocage par un circuit qui est déclenché aux moments de démarrage des différentes fractions de signal. L'invention permet d'améliorer les résultats de mesures sismiques par différentes mesures simples. En principe, on peut améliorer la qualité en rendant aussi grande que possible l'éner- gie utile des réflexions sismiques servant à l'exploration et aussi petite que possible la somme de toutes les énergies parasites qui se produisent. Toutefois, étant donné que la solution de ce problème dépend fortement des couches de terrain à étudier, il faut déterminer sur le terrain les paramètres les plus avantageux. Grâce à l'invention , on obtient cette adaptation de façon simple par la combinaison de différents signaux partiels appro priés, Par l'action acoustique de filtrage des couches de terrain parcourues par les ondes sismiques, des gammes de fréquence déterminées sont particulièrement affaiblies. On peut s'y opposer, par le procédé selon l'invention, par une plus forte émission d'énergie précisément dans ces gammes. Pour que les réflexions sismiques soient bien reconnaissables, il faut que l'énergie émise ait une largeur de bande de fréquence qui ne soit pas trop petite, mais qui soit au moins supérieure à une octave. On obtient ainsi, lors de la corrélation des balayages longs, ce qu'on appelle des "fantômes" parce que la corrélation du mode fondamental et des harmoniques donne des signaux en principe indésirables. Or on peut éviter cela avec les signaux partiels proposés si la largeur de bande de chacun de tous les signaux partiels est choisie inférieure à une octave. En outre, on peut éliminer de façon simple des gammes de fréquence dans lesquelles existent de fortes perturbations, dues par exemple à la fréquence de réseau des lignes à haute tension et à ses harmoniques, si ces fréquences ne sont contenues dans aucun signal partIel. En partie de ce qu'on appelle le bruit de corrélation tient au fait que les signaux de réflexion reconnaissables après la corrélation apparaissent prolongés, c'estèà-dire présentent un temps de montée et de descente plus long. Dans la technique usuelle antérieurement, on pouvait diminuer cet effet en donnant au balayage une allure oblique. Autrement dit, on fait en sorte que l'amplitude, avec variation linéaire simultanée de la fréquence, augmente lentement, atteigne plus ou moins longtemps le maximum et ensuite diminue à nouveau lentement. Il apparaît souvent avantageux d'appliquer une oblicité asymétrique, c'est-à-dire des pentes ascendante et descendante différentes. Nais l'inconvénient de cette technique est que dans l'ensemble, les vibrateurs émettent beaucoup moins d'énergie que dans le cas d'un signal de même longueur ayant une amplitude constante.Par le procédé proposé, on peut éviter cet inconvénient, Grâce à une constitution appro priée des signaux partiels, on peut obtenir une oblicité approximative présentant une asymétrie quelconque. En outre, le procédé selon l'invention peut servir très avantageusement à compenser les effets désavantageux de la nonlinéarité du sol en dessous de la plaque vibrante. I1 est connu que cette non-linéarité donne lieu à des harmoniques qui, lors de la corrélation, engendrent des "fantômes", C'est pourquoi, selon une technique connue, dans des balayages successifs et par ailleurs semblables, on fait tout d'abord varier de 180e la phase de chaque signal de commande, puis, lors de la superposition, on inverse la polarité de façon correspondante. Dans le procédé selon l'invention, cette opération est réalisée beaucoup plus simplement, en ce sens que l'on applique à des signaux partiels successifs un déphasage de 1800. Ici, une inversion de polarité n'est pas nécessaire à la superposition. Dans des cas spéciaux, il peut être avantageux de choisir des déphasages inférieurs à + 180e, par exemple une phase dépendant de la fréquence, ce qui est d'exécution particulièrement simple dans le procédé proposé. De façon correspondante, on peut constituer des signaux de commande à partir de balayages alternativement ascendants et descendants. Là encore, on obtient le grand avantage de la superposition simple en une seule étape. La combinaison de balayages ascendants et descendants est de nature à diminuer certaines perturbations dues à des harmoniques en améliorant ainsi la symétrie de l'impulsion d'autocorrélation. Cela entrasse à nouveau une amélioration du rapport entre énergie utile et énergie parasite. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparattront dans la description ci-après, portant sur des exemples de l'invention qui sont représentés par les dessins sur lesquels la figure 1 est un schéma simplifié par blocs d'une installation pour la mise en oeuvre de l'invention ; les figures 2 et 3 sont deux modes de représentation différents d'un signal de commande selon l'invention ;; les figures 4 et 5 sont des vues correspondant aux figures 2 et 3 et montrant un deuxième exemple d'exécution la figure 6 un schéma illustrant le procédé selon l'inven- tion, jusqu'à l'établissement de sismogrammes interprétables les figures 7 et 8 montrent des exemples d'exécution schématiques de signaux de commande selon l'invention, comparés chaque fois à un signal de commande de type classique et les figures 9A à 9D comparent des résultats obtenus avec des signaux de commande classiques et selon l'invention. Le schéma simplifié par blocs de la figure 1 représente un appareillage de mesure 10 comportant un dispositif de déclenchement 11 servant à déclencher un cycle d'enregistrement, un générateur de signal de commande 12 et une mémoire de signal de commande 13 de laquelle le signal de commande est appelé. A l'appa- reillage de mesure sont raccordés, comme unités périphériques, un modulateur avec transmetteur de signal de déclenchement 14, un commutateur à programme 15 et un appareil radioélectrique 16. Ceuxci sont reliés à une commande de vibrateur 17, à un vibrateur usuel 18 et à une plaque 19 qui transmet les oscillations à la surface du sol ou au sous-sol. L'énergie d'oscillation émise par la plaque est reçue par les géophones 20 posés sur le sol et transmise, par de multiples canaux d'entrée 21, à l'appareillage de mesure 10.Entre les appareils 10, 11, 12, 13 à 18 sont prévues des liaisons. La liaison entre 16 et 17 peut être une ligne, mais la transmission peut aussi s'effectuer sans fil. Le modulateur avec transmetteur de signal de déclenchement 14, prévu en outre, émet un signal de déclenchement qui amène la commande de vibrateur 17 à l'état prévu pour le captage d'un signal de commande et la maintient dans cet état jusqu ' à la fin du signal de commande. Alors que les commandes usuelles de vibrateur 17 ntaccep- tent aucun autre signal, lorsque l'amplitude du balayage émis par la mémoire de signal de commande 13 et passant par le modulateur 14 et l'appareil radioélectrique 16 est tombée à zéro, et jusqu'à ce qu'elles reçoivent après écoulement de la durée de captage établie un nouveau signal défini de démarrage ou de code, le transmetteur de signal de déclenchement 14, en combinaison avec un commutateur à programme 15 typique de ce procédé, fait en sorte que la commande de vibrateur 17 reste dans son état de travail pendant tout le balayage selon l'invention. Les figures 2 et 3 montrent un premier exemple d'exécution d'un signal de commande selon 1'invention ; plus précisément, la figure 2 représente graphiquement la variation d la fréquence et la figure 3 est une représentation simplifiée. Dans les deux cas, il faut que la fréquence des trois signaux partiels représentés varie de façon linéaire entre les limites indiquées, le temps étant porté en abscisses. Par suite, le signal de commande se compose de trois fractions de signal, d'égale longueur dans le temps, séparées par deux intervalles d'amplitude nulle qui ont une égale longueur, mais inférieure à celle des fractions de signal. Le signal de commande global a une durée de 26 secondes, si la durée totale de captage disponible au maximum est, typiquement, de 32 secondes. Chaque signal partiel dure 6 secondes. Le premier signal partiel va de 12 à 44 Hz, le deuxième de 44 à 66 et le troisième de 66 à 80 Hz. Les intervalles d'amplitude nulle et le reste du temps d'enregistrement disponible suffisent, dans le cas présent, à détecter même des réflexions profondes. Si par contre le captage doit être adapté à des profondeurs inférieures ou supérieures, on peut modifier en conséquence la durée et le nombre de signaux partiels et des intervalles d'amplitude nulle. Les figures 4 et 5 montrent, de façon analogue aux figures 2 et 3, un deuxième mode d'exécution d'un signal de commande selon l'invention qui ne comporte pas d'intervalles d'amplitude nulle mais se compose seulement de signaux partiels de différentes gammes de fréquence présentant différentes variations linéaires de fréquen ce, Le signal de commande, d'une durée totale de 24 secondes, se compose de quatre signaux partiels qui, comme l'indiquent aussi les chiffres, vont de 12 à 40 Hz, de 12 à 60 Hz, de 40 à 80 Hz et de 24 à 40 Hz. Ici, à la différence de l'exemple des figures 2 et 3, on a renoncé aux intervalles d'amplitude nulle. Par suite, on ne profite pas de l'avantage de ces intervalles qui est d'éviter la superposition de signaux de réception tirés de différentes fractions de signal.Cependant, dans l'exemple des figures 4 et 5, on obtient un avantage notable relativement au procédé usuel comportant un signal de commande de même longueur à variation linéaire de fréquence. Après corrélation entre l'enregistrement superposé à plusieurs pistes réalisé dans l'appareil 10 et le signal de commande formé des différents signaux partiels1 on obtient une pondération particulière de gammes de fréquence déterminées. Dans 1 'exemple des figures 4 et 5, c 'est dans la gamme de 24 à 40 Hz que la plus grande quantité d'énergie est émise, ensuite viennent dune part la gamme de 12 à 24 Hz, d'autre part celle de 40 à 60 Hz, puis, avec une transmission d'énergie encore plus faible, cel- le de 60 à 80 Hz. L'interprétation est illustrée par le schéma de la figure 6. En haut de la figure, on a porté horizontalement une échelle de temps, en dessous le signal de commande formé de trois signaux partiels d'une durée de 7 secondes chacun, séparés par des intervalles d'amplitude nulle de 3 secondes. En dessous, on a indiqué l'enregistrement fourni par l'appareillage de mesure 10 et plus precisement, sous forme simplifiée, six pistes provenant de géo- phones 20 situés à une distance différente du vibrateur 19, le vibrateur étant séparé du géophone le plus proche par un espacement de démarrage déterminé qui se traduit par un intervalle de temps d'une seconde entre le début du signal de commande et l'en- registrement sur la piste la plus proche.Conformément aux signaux partiels A, B et C, on obtient des segments d'enregistrement Al, Bl et C'. Pour le processus de corrélation, on opère d'une part pour le contrale-une autocorrélation du balayage mémorisé dans l'appareil avec le balayage enregistré sur bande, voir la ligne située tout en bas, l'astérisque entre les lettres qui désignent les signaux partiels définissant chaque fois le processus de convolution. D'autre part, à partir du balayage mémorisé et des pistes sismiques correspondantes, on forme de façon usuelle les fonctions de corrélation croisée, voir l'avant dernière ligne. La représentation graphique qui se trouve au-dessus montre, pour trois moments du processus de corrélation, la position du balayage relativement aux enregistrements de signaux sismiques. Le premier temps d'application correspond au démarrage, le troisième à la fin et celui du milieu à un moment intermédiaire.La durée de corrélation est choisie par exemple égale à la durée de l'intervalle d'amplitude nulle augmentée du temps qui découle jusqu'à la mise en action initiale de la première piste sismique. Les corrélogram mes des différentes pistes sont représentés schématiquement au début de la ligne du corrélogramme, le signal correspondant à l'autocorrélation du signal de commande selon l'invention est représenté en dessous à gauche. La figure 7 montre une série d'exemples du signal de commande selon l'invention, dans la représentation simplifiée des figures 3 et 5, comparés à un signal de commande usuel, voir figure 7a, Les figures 7b et 7c montrent nettement la possibilité de donner un poids particulier à des gammes de frequence déterminées lorsqu'on combine le signal de commande formé d'une série de fractions de signal d'égale longueur. Cela est indiqué plus nettement sur les figures 8a, 8b et 8c où l'on a chaque fois porté les fréquences en abscisses et l'énergie en ordonnées. Ainsi, le signal selon l'invention, figures 7b et 8b, correspond dans la distribution d'énergie à un signal classique, voir figures 7a et 8a, mais avec le signal selon l'invention on peut obtenir des résultats plus avantageux.Le signal de la figure 7c montre une émission d'énergie renforcée aux plus hautes fréquences, la gamme de 66 à 80 Hz ayant le plus grand poids. Dans l'exemple des figures 7d et 8d, un effet analogue est obtenu par le fait que chacune des fractions de signal recouvre une différence de fréquence de 52 Hz, mais que les fréquences initiales s'élèvent de 12 à 28 Hz en passant par 20 Hzo Sur la figure 8d, les fractions de signal, en particulier la troisième sont disposées de telle sorte que la préférence énergétique particulière accordée à la gamme de 28 à 64 Hz apparatt nettement. La pondération de la gamme moyenne de fréquence, obtenue avec le signal de commande, a un effet similaire à celui d'une oblicité prévoyant un rognage des amplitudes, mais évite les inconvénients et difficultés d'une telle oblicité, car les fractions de signal assurent chacune séparément la transmission de toute l'énergie au sous-sol. Les figures 7e et 8e montrent un signal de commande dans lequel la gamme critique voisine de 50 Hz et son premier harmonique voisin de 100 Hz ont été laissés libres. Avec ce signal, on arrive à souligner d'une part la gamme inférieure et d'autre part la gamme supérieure de fréquence. Les figures 7f et 8f montrent un signal dans leçlel les fractions de signal ont la même largeur de banderais une dure différente1 de sorte que l'énergie émise augmente de la première à la troisième fraction de signal. Les figures 7g et 71i et les figures Eg et 8h montrent d'au- tres possibilités de combinaison permettant de réaliser des signaux de commande selon l'invention. Des rlèches indiquent en détail la variation ascendante ou descendante de la fréquence. Dans tous les cas, on obtient en pratique, mais sous la dépendance du sous-sol, une amélioration de l'énergie utile relativement à l'é- nergie parasite, ou une diminution du bruit de corrélation. Dans l'exemple des figures 7h et 8h, l'effet d'un signal global pyramidal, voir figure 8d, est combiné à la possibilité de variation opposée de la fréquence des signaux. Les figures 7i et 8i montrent une autre possibilité de combinaison pour 11 obtention de signaux de commande selon l'inven- tion. Avec une même fréquence initiale et finale, les quatre signaux partiels représentés ont une caractéristique de phase différente. Pour imprimer celle-ci aux différentes fractions de signal, on peut par exemple, après les avoir engendrés dans le générateur de signal de commande et avant de les mémoriser dans la mémoire de signal de commande, les faire passer par un filtre analogique que l'on règle différemment pour chaque fraction de signal, par exemple filtre passe-bas supprimé ; filtre passe-bas 8 Hz, filtre passe-bas 12 Hz, filtre passe-bas 27 Hz. En outre, on peut encore régler différemment la raideur de flancs des filtres.Dans ce cas aussi, on obtient en pratique une amélioration du rapport entre énergie utile et énergie parasite. Sur chacune des figures 9 à 9D, un sismogramme réalisé avec balayage usuel et un sismogramme réalisé avec un balayage selon la invention sont chaque fois comparés. Dans des conditions d'énergie pratiquement semblables, pour les enregistrements classiques appelés I, la durée du balayage est de 12 secondes et celle de l'enregistrement de 14 secondes Dans les enregistrements appelés II, selon l'invention, les signaux partiels sent chaque fois séparés par des intervalles d'amplitude nulle de 2 secondes. Le balayage dure au total 30 secondes et l'enregistrement 32 se condés. La durée différente de balayage pour I et II est compensée par le fait que pour les sismogrammes I, on utilise chaque fois deux vibrateurs. Les sismogrammes présentent de façon générale l'amélioration réalisable selon l'invention. Dans une bande de fréquences qui n'est en principe pas avantageuse pour la zone étudiée, voir figure 9A, l'amélioration n'est que faible, mais en faisant une comparaison exacte on peut parfaitement la constater. Pour des bandes de fréquence plus avantageuses, voir figures 9C et 9D, l'amélioration apparaît nettement. RVTDICATIOPJS 1. Procédé de reconnaissance géophysique avec utilisation d'au moins un générateur d'oscillations qui transmet au sous-sol de l'énergie d'oscillation, par un élément de couplage dispos à la surface, conformément à un signal de commande limité dans le temps et formé par la combinaison de plusieurs signaux, l'énergie d'oscillation qui traverse le sous-sol étant captée par des détecteurs, procédé caractérisé par le fait que l'on compose le signal de commande avec plusieurs fractions se succédant dans le temps et dont au moins deux fractions immédiatement successives sont soumises, quant à leur fréquence et/ou à leur amplitude et/cu à leur phase, à différentes fonctions liées au temps. 2. Procédé selon la revendication 1,caractérisé par le fait que pour au moins deux fractions immédiatement successives, la fréquence et/ou l'amplitude et/ou la phase d stèrent notablement à la fin de la fraction précédente et au début de la fraction suivante. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'au moins deux signaux partiels ayant une amplitude différente de zéro sont séparés par un intervalle d'amplitude nulle. 4. Procédé selon la revendication 3,caractérisé par le fait que les signaux partiels ont pratiquement la même longueur. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que les intervalles d'amplitude nulle ont pratiquement la meme longueur. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que lon subdivise la durée totale d'enregistrement disponible en laps de temps de longueur pratiquement égale, comprenant chacun un signal partiel et un intervalle d'amplitude nulle. 7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que l'on utilise des signaux partiels présentant des gammes de fréquence qui se chevauchent. 8. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que les signaux partiels se succèdent avec des lacunes de fréquence 9. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que chaque signal partiel indépendamment porte sur une gamme de fréquence inférieure à une octave. 10. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé par le Lait que dans la somme de tous les signaux partiels, la distribution d'énergie est non uniforme en fonction de la fréquence. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait que l'on applique une oblicité en vertu d'une pondération dans la gamme moyenne de fréquence. 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait que l'on applique une oblicité asymétrique. 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que les signaux partiels à fréquence croissante et des signaux partiels à fréquence décroissante se succèdent. 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que des signaux partiels successifs, égaux deux à deux, présentent un déphasage de 1800.