Brevet FR2446494A1 — publié le 19800808

La présente invention concerne la détection d'ébranlements sismiques à l'aide de détecteurs de type "geophone", ainsi que l'enregistrement des ondes ainsi détectées. On sait que les géophones ou "sismomètres" servent a détecter les ébranlements issus d'une source sismique (explosifs par exemple) et renvoyés (réfléchis ou réfractés) par les couches profondes du sous-sol. Il s'agit le plus souvent de capteurs électromagnétiques comportant essentiellement au moins une bobine constituant le circuit électrique du géophone et au noins un aimant susceptible de coopérer avec la bobine, un déplacement relatif de ces deux éléments provoquant l'apparition d'une force électromotrice induite dans la bobine ;; l'un des deux éléments est en général lie à un bâti de façon rigide, alors que l'autre est relié au bati par une suspension déformable. lors de la réception d'un ébranlement, tous les éléments du géophone ont tendance à être entraînés avec son bati, mais l'élément suspendu, sous l'effet de l'inertie, a tendance à prendre du retard par rapport à l'élément non suspendu, ce qui crée un déplacement relatif, puis une oscillation, un signal induit apparaissant ainsi dans la bobine qui constitue le signal de sortie du géophone. A partir de cette structure de base, de nombreux perfection- nements ont été réalisés ; on connaît en particulier des géophones "omni-tilt", qui ont une amplitude de sortie indépendante de leur inclinaison ; de tels systèmes sont par exemple commercialisés sous les dénominations "Geospace" ou "Sensor". Dans tous les cas, on peut définir l'axe du géophone comme etant l'axe du mouvement relatif qui donne lieu au signal de sortie. Dans la plupart des dispositifs geophysiques utilisés jusqu'S présent, on utilise soit des géophones à axe vertical, soit des géophones a axe horizontal. Lorsque l'on est amené a utiliser ensemble des géopho- nes des deux types, on se heurte a deux difficultes qui rendent la combi- naison des composantes aléatoire : d'une part deux géophones, aussi près soient-ils l'un de l'autre, risquent de ne pas avoir un couplage identique avec le sol, d'autre part la nature des géophones étant différente une onde inclinée suivant la bissectrice des deux axes ne donnera pas nécessairement la neume réponse électrique sur les deux géophones. La présente invention propose un nouveau dispositif de prospec- tion sismique, caractérisé par un nouveau mode de groupements de géophones. Le nouveau groupement de geophones se caractérise essentiellement par le fait que n géophones identiques sont régulièreeent montés en "bouquet'dans une synetrie d'ordre n autour d'un axe vertical. Dans un bouquet préférentiel, n est égal a 3 et les axes des trois gécohones sont disposés selon un trièdre trirectangle dont la direction verticale constitue la trisectrice. En pratique, on réalise, pour le montage du bouquet, un support de géophones unitaire comportant une face centrale horizontale, munie de moyens de contrôle de son horizontalité, et n faces latérales régulièrement disposées autour de la face centrale. Avantageusement, aussi, un n + 1ème géophone à axe vertical peut être disposé au centre du bouquet. les bouquets ou nouveaux groupements ainsi réalisés enregistrent des informations sismiques qui représentent les diverses composan- tes de l'ébranlement reçu selon les diverses directions des axes des géophones. Une telle détection permet de déterminer sans distorsion par traitement sur ordinateur la forme et la direction d'une onde, quelle que soit cette direction. En effet, les composantes homogènes ainsi enregistrées permettent en les associant vectoriellement d'obtenir sans distorsion . la forme et la direction de l'onde incidente, . la composante de l'onde incidente dans une direction quelconque. Selon une autre caractéristique de l'invention, on utilise plusieurs bouquets de géophones ainsi constitués, les supports des dif férents bouquets étant orientés parallelement, et les divers géobones à axes parallèles des différents bouquets étant montés en série. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre, en se référant aux dessins annexés donnés à titre d'exenples non limitatifs. Sur les dessins annexés: - la figure 1 représeene un bouquet de géophones selon l'in- vention ; - la figure 2 représente le montage en série de plusieurs bouquets de géophones du type représenté à la figure 1. Sur la figure 1, on voit le montage de différents géophones, identiques entre eux, sur un support 100 carrportant une face centrale 110 et trois faces latérales 120, 130, et 140 identiquement inclinées par rapport à la face centrale 110 et formant pied de support selon leurs bords d'appui 120a, 130a, 140a. Un tel ensemble est avantageusement réalisé en tôle épaisse précisément découpée et pliée.En leur centre, les faces comportent un trou central servant au montage des géophones, de tels trous étant référencés respectivement 111, 121, 131, 141. tes geophones sont montés par tout moyen connu dans l'axe de ces trous on monte trois géophones 122, 132 et 142, d'axes respectifs 123, 133 et 143, sur les trois faces 120, 130 et 140. De préférence aussi, on monte un géophone 112 d'axe 113 sur le trou 111 de la face 110. Les géophones 112, 122, 132, 142, sont identiques. La face centrale 110 est munie d'un niveau à bulle 116 pour qu'on puisse au montage s'assurer de son horizontalité. Dans cette position, l'axe 113 est vertical.Dans cette position aussi, et conformément à l'invention, les axes 123, 133 et 143 se rencontrent en un point 0 et forment un trièdre trirectangle dont la trisectrice est l'axe verticale 113. Cela revient à dire que les axes 123, 133 et 143, sont concourants et forment deux ê deux un angle de 900, leur trisectrice étant l'axe 113 ; les faces 120, 130, 140, sont symétrique- nent disposées dans une symetrie de rotation de 1200 autour de l'axe 113. Avec une telle disposition, on peut par exemple mesurer les valeurs absolues en amplitude et en direction d'une onde quelconque, à l'aide des trois géophones 122, 132, 142, qui décomposent l'onde horizontale de surface selon ses trois composantes orthogonales dans le trièdre de référence 123, 133, 143. Le traitement des enregistrements dans un ordinateur se trouve ainsi réalisable. De son cote, le détecteur 112 détecte les composantes verticales des ondes reçues. Il sert de contrôle au bon état du bouquet puisque la simple addition des signaux reçus par les trois autres doit être identique au signal reçu par le détecteur. De préférence, comme représenté à la figure 2, on utilise un montage en série de plusieurs bouquets tel qu'un montage des bouquets 100A, 100B, représentés à la figure 2. Sur la figure 2, on a utilisé pour le bouquet 1OO les mêmes références qu'à la figure 1, en ajoutant l'indice A, et pour le bouquet 100B en ajoutant l'indice B. On voit que, conformément à l'invention, les bouquets 100A et 100B sont disposés sur le terrain dans des positions rigoureusement parallèles, et que les géophones homologues des différents bouquets sont montés en série sur le plan électrique : le circuit 212 réunit en série les circuits électriques des géophones 112A et 112B,... le circuit 222 réunit en série les géophones 122A et 122B,... le circuit 232 réunit en série les géophones 132A et 132B,... le circuit 242 réunit en série les geophones 142R et 142B,... Bien entendu, les bornes 212a, 212b, 222a, 222b, 232a, 232b, 242a, 242b, des différents circuits sont opérationnellernent reliées à des appareils enregistreurs classiquement utilisés. ta mise en série, conformément à l'invention, de plusieurs bouquets de géophones, permet une amélioration du rapport signal/bruit tout en éliminant l'effet d'anomalies purement locales. On emploie par exemple sur le terrain une grappe de quatre bouquets montés en ligne sur un developpenent total de l'ordre d'une trentaine de mètres. Malgré sa simplicité, le nouveau groupement de géophones selon l'invention, procure très facilement et avec une grande précision des données sismiques tridimensionnelles extrêmement fiables et facilitant grandement le traitement ultérieur en ordinateur. On traite les enregistrements en tenant ccnpte de l'orientation commune des bouquets et de leur structure propre. De plus, les coupes sismiques finalement obtenues sont plus précises et plus riches d'informations que celles que l'on obtient par les données habituelles. Bien entendu, la disposition de trois sismcgraphes selon les trois directions d'un trièdre dont la trisettrice est une verticale, si elle est très préférentielle, ne constitue néanmoins qu'un exemple de l'invention. REVENDICATIONS 1. Un bouquet de géophones, du type dans lequel plusieurs géophones sont groupes pour détecter les arrivées sismiques en un même point de réception, caractérisé en ce qu'il comporte n geophones identiques à axe incliné, et en ce que les n géophones sont montes sur un mNme support, dans une symétrie d'ordre n tout autour d'un axe vertical central recoupant les axes des géophones en un mêne point central. 2. Un bouquet selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bouquet comporte trois geophones sont les axes forment un trièdre trirectangle dont la trisectrice est l'axe central précité. 3. Un bouquet selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le support comporte une face horizontale et des faces latérales, dans une symétrie d'ordre n autour de l'axe central de la face centrale, les faces latérales formant pieds supports. 4. Un bouquet selon la revEndication 3, re- glage d'horizontalité. 5. Un bouquet selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la face centrale est elle-même munie d'un gécohone à axe vertical. 6. Un procédé de détection d'arrivées sismiques, caractérisé en ce que l'on dispose sur le sol au moins un bouquet selon l'une des revendications 1 à 5, la face centrale du bouquet étant montée à l'ho- rizontale, et l'orientation latérale du bouquet étant exactement repérée, et on enregistre les signaux des différents géophones du bouquet, et on les traite en tenant compte de l'orientation et de la constitution du bouquet. 7. Un procédé selon la revendication 6, caractérisé par la mise en oeuvre de plusieurs bouquets orientés parallèlement, et dont les géophones homologues à axes parallèles ont leurs circuits électriques montés en série.