Brevet FR2577686A1 — publié le 19860822

La présente invention a pour objet une nouvelle méthode de prospection sismique utilisable en particulier en prospection sismique marine. La prospection sismique en mer s'effectue généralement en remorquant derrière un navire une source sismique adaptée à émettre par intermittence des impulsions sismiques et un ensemble de réception ou flûte sismique adapté à capter les signaux acoustiques réfléchis ou réfractés par les différentes couches du sous-sol en réponse aux impulsions acoustiques émises. D'une façon générale, la pratique consiste à remorquer l'ensemble source-flûte comme si ces deux éléments étaient rigidement liés (à la dérive latérale de la flûte près). Les signaux captés sont transmis à un laboratoire central d'enregistrement disposé sur le navire et l'on établit des coupes sismiques à partir des enregistrements obtenus sur les profils, après leur avoir apporté divers corrections et traitements. Un procédé classique de traitement consiste à établir une couverture multiple des différents points des horizons ou miroirs réfléchissant les ondes sismiques. -2- Une flûte 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 à l'enregistrement. Les N récepteurs sont répartis le long de la flûte sismique avec un espacement constant e. La flûte sismique et la source étant remorquées le long du profil à 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'enregistrement obtenues à l'issue de cette succession de cycles, celles qui correspondent à des réflexions sur des points-miroirs identiques. Après correction des différences de temps de parcours des ondes dues aux différences d'obliquité des rayons acoustiques, on combine ces traces de manière à obtenir par un effet de redondance une plus grande netteté dans la représentation des différents miroirs. L'ordre maximal de couverture multiple, c'est-à-dire le nombre de traces maximal qu'il est possible de combiner, est égal au nombre N de récepteurs de la flûte. I1 ne peut être atteint que si d'un tir au suivant, le dispositif d'émission et de réception n'a avancé que d'une distance égale à la moitié de l'espacement e des récepteurs, du fait que les points d'émission et les points de réception correspondants, relatifs à des points réflecteurs fixes, s'écartent symétriquement les uns des autres, un déplacement des points d'émission se traduisant par un déplacement égal, mais en sens contraire, des points de réception. Pour un même point-miroir, la distance qui sépare point de tir et capteur croit donc d'un tir à l'autre, du double de la distance que l'ensemble source-flûte a parcouru pendant la durée de chaque cycle d'émission. Si le nombre N est trop grand, ceci n'est pas réalisable dans la pratique du fait de la durée nécessaire à l'enregistrement de tous les échos utiles et des contraintes techniques et économiques qui 3- empêchent de naviguer au-dessous d'une certaine vitesse minimale de quelques noeuds. Des points réfléchissants 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. Elle comporte la réalisation d'un pluralité de cycles d'émission et de réception constitués chacun d'une étape d'émission d'ondes acoustiques par au moins une source d'ondes acoustiques déclenchée en chaque emplacement d'une série d'emplacements successifs distincts, d'une étape de réception des ondes acoustiques renvoyées par les différentes couches réfléchissantes du sous-sol par au moins un dispositif de réception déplaçable comportant un ensemble de récepteurs distincts et une étape d'enregistrement des ondes acoustiques reçues et de combinaison des enregistrements relatifs à des réflexions sur des emplacements identiques desdites couches pour obtenir une couverture multiple de celles-ci. Elle est caractérisée en ce que les différents cycles sont réalisés en associant la source et le dispositif de réception à des véhicules se déplaçant suivant des trajectoires telles que l'angle fait par leurs directions d'avancement respectives soit supérieur ou égal en valeur absolue, à 90 . Les vitesses de déplacement de la source et du dispositif de réception sur leurs trajectoires 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'émission 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 successifs quelconques, et l'espacement entre les -4 - récepteurs du dispositif de réception, correspondent à 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 à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés o: - la figure 1 représente un ensemble d'émission et de réception remorqué par un navire, pour la mise en oeuvre de méthodes connues de prospection sismique, - la figure 2 représente schématiquement des dispositions successives d'un ensemble d'émission. et de réception, des parties de miroirs ou interfaces réfléchissants du sous-sol associées respectivement aux différentes dispositions dudit ensemble, et le recouvrement partiel de ces parties, dans le cas classique o l'ensemble d'émission et de réception est remorqué par un navire unique. Pour faciliter la compréhension, les positions successives de l'ensemble de réception ou flûte sismique aux instants successifs de tir et les parties de miroir participant pour chacune d'elles aux réflexions captées par les récepteurs, ont été représentées 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 à des points de réflexion fixes, sur un miroir déterminé, - la figure 4 représente un ensemble d'émission et de réception associés à deux véhicules distincts pour la mise en oeuvre de la méthode selon l'invention, - la figure 5 est analogue à la figure 2 et s'applique au cas o, en accord avec la méthode selon l'invention, le dispositif d'émission et le dispositif de réception s'éloignent en sens contraire l'un de - 5- l'autre. Les mêmes conventions ont été utilisées pour la représentation, et - la figure 6 représente un mode de réalisation de la méthode permettant de combiner un ordre de couverture multiple élevé et une représentation en trois dimensions du sous-sol. Pour plus de clarté, les positions respectives de la flûte sismique correspondant à des instants successifs de tir sont aussi représentées avec des décalages latéraux de part et d'autre de la trajectoire réelle suivie par la navire qui la remorque. Un système d'émission-réception classique comporte (Fig. 1) une source d'émission d'ondes sismiques S et un ensemble de réception ou flûte sismique F comportant une pluralité de récepteurs sismiques R1, R2, R3, R4...RN répartis à intervalles réguliers e le long dudit ensemble. La source et l'ensemble de réception sont remorqués dans le cas de la figure 1 par un même navire 1 se déplaçant de manière continue le long d'un profil sismique à étudier. La source S est activée à intervalles réguliers. Les ondes acoustiques qu'elle engendre vont se réfléchir sur les différentes interfaces réfléchissantes ou miroirs du sous-sol immergé et sont captées par les différents récepteurs de la flûte sismique. Les signaux engendrés par les récepteurs en réponse aux ondes sismiques sont transmises à un système enregistreur sur le navire pour constituer les traces d'enregistrement. Un procédé bien connu pour améliorer la lisibilité des enregistrements consiste à effectuer une couverture multiple des différentes parties des différents miroirs sous-jacents par une combinaison entre elles des traces d'enregistrement obtenues au cours de cycles d'émission-réception successifs et correspondant à des réflexions sur une partie identique quelconque d'un des différents miroirs. Dans la position I (Fig. 2) du système d'émission-réception les réflexions captées par les récepteurs R1 à RN de la flûte, en réponse 6 - à une émission de la source S (ou de son image S' dans le miroir M), proviennent d'une partie A1 de celui-ci. Dans les positions respectives II, III, IV du système 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 R1 à RN de la flûte seront respectivement A2, A3 et A4. Ces différents parties se recouvrent partiellement. La partie commune B du miroir apporte sa contribution à 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 Si, Sj, Sk, S1 du profil sismique (Fig. 3) et reçues au cours de quatre cycles d'émission-réception différents par les récepteurs Ri, Rj, Rk, R1 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 o un même point m d'un miroir apporte sa contribution à l'énergie acoustique reçue successivement par les N récepteurs de la flûte sismique au cours de N cycles successifs. Comme on l'a déjà vu, des raisons d'ordre techniques ou économiques rendent impossible d'obtenir le degré de couverture maximal en utilisant un système classique d'émission-réception remorqué par un navire. Dans un cas pratique o l'on utilise une flûte sismique comportant 192 récepteurs distincts dont l'espacement e est égal à 12,5 mètres, qui est remorquée, ainsi qu'une source 5, par un navire 7 7 avançant à une vitesse de 5 noeuds, et les intervalles de temps entre tirs étant égaux à 10 secondes, les déplacements dS de la source, dM du point-image de la source et dR des récepteurs entre deux tirs sismiques sont égaux à 25 mètres. On pourra restituer des points différents du miroir espacés de e/2 soit 6,25 mètres mais l'ordre de couverture sera égal à 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 dM f = M (1) e/2 Le degré de couverture c qu'il est possible d'obtenir avec une flûte sismique à N récepteurs peut s'exprimer par la relation: c (2) f Si l'on considère que la distance dM est la demi-somme des déplacements dS et dR, le facteur f s'exprime encore par la relation: f = dS + dR (3) e Dans le cas pratique cité plus haut, le facteur f est égal à 4. Sa valeur minimale f dans le cas irréalisable si N est grand par les o méthodes classiques, o l'ordre de couverture multiple est égal au nombre de traces d'enregistrement, serait égale à 1. La méthode selon l'invention permet non seulement de donner à f une valeur égale à la valeur fo minimale, mais même de faire descendre à - 8- volonté la valeur de f au-dessous de la valeur fo, c'est-à-dire de rendre le degré de couverture multiple égal ou supérieur au nombre des récepteurs de la flûte. A cet effet, on dissocie le remorquage de la source de celui de l'ensemble de réception. La source S (Fig. 4) est remorquée par exemple par un navire 1 et l'ensemble de réception F est remorqué par un autre bateau 2 navigant en sens inverse du premier. Le déplacement dR de l'ensemble de réception se retranche de celui d de la source et par conséquent leur somme (d5 + dR) peut être rendue, si besoin est, inférieure à l'espacement e des récepteurs. Une sélection appropriée des vitesses de déplacement des deux véhicules permet d'obtenir un facteur de recouvrement f déterminé. On voit bien sur la figure 5 que les quatre parties A1, A2, A3, A4 d'un même miroir M réfléchissant l'énergie acoustique émise par une même source S en quatre emplacements différents, est captée par les récepteurs R1 à RN d'une même flûte circulant en sens inverse, dans quatre positions I, II, III, IV de celle-ci, sont moins décalées les unes par rapport aux autres que les parties correspondantes de la figure 2 et par conséquent que le degré de recouvrement obtenu est plus grand. Pour reprendre l'exemple déjà cité, un ordre de couverture de 192 peut être obtenu en rendant dR égal à -12,5 mètres, c'est-à-dire en imposant au bateau remorquant la flûte d'aller en sens contraire du navire tractant la source (bateau boutefeu) à une vitesse de 1,25m/s correspondant sensiblement à 2,5 noeuds. La méthode selon l'invention permet d'accroître la vitesse du bateau boutefeu, de manière à diminuer les coûts d'exploitation, en augmentant parallèlement la vitesse d'éloignement du navire tractant la flûte. En reprenant le même exemple, on peut porter la vitesse du 9- bateau boutefeu à 7,5 noeuds en faisant naviguer l'autre bateau à 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 à -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 très inférieur à 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 déplaçant 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 déplaçant la flûte en sens inverse à 4,15 noeuds (dR = -18,7m). Ces trois couvertures permettent d'obtenir un rapport du signal au bruit S/B aussi élevé qu'une couverture d'ordre 100 à 150 dans de bonnes conditions d'exploitation. L'emploi de telles flûtes à plus faible nombre de récepteurs est plus économique et rend plus facile la mise en oeuvre d'un mode de réalisation possible de la méthode o 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 enregistrements. 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'émissionréception 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 - 10 - plusieurs bateaux pour remorquer en sens inverse chacun à 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 déjà considéré, une flûte sismique à 96 récepteurs espacés de 12,5 mètres, tractée par un navire navigant à la vitesse de 5 noeuds avec un intervalle de temps de 10 secondes entre deux tirs qui rend dR égal à -25 mètres, permet d'obtenir une double couverture d'ordre 96 si le bateau boutefeu évolue à 2,5 noeuds en sens inverse (dS est égal à 12,5 mètres et dM a même valeur que -e/4). L'ordre des deux couvertures peut être porté à 192 si le bateau boutefeu avance à 3,75 noeuds et le navire remorque une flûte à 192 récepteurs (dS est égal ici à 18,75 mètres et dM a aussi même valeur que -e/4). Le fait de pouvoir utiliser des sources relativement faibles facilite la mise en oeuvre du système d'émission. Les sources puissantes sont généralement constituées d'une pluralité d'unités d'émission déclenchées simultanément ou en séquence, de manière à obtenir une onde sismique résultante de forme ou signature particulière et l'on sait qu'il est souvent difficile d'obtenir une bonne répétitivité en raison de la houle et des vagues par exemple qui modifient la position dans l'eau des sources élémentaires. A cet égard, les variations d'attitude de sources simples ou de petits groupes de sources sont plus faciles à compenser. Suivant un autre mode de réalisation (Fig. 6), le navire 2 remorquant la flûte sismique F suit une trajectoire rectiligne P avec une vitesse régulière. Les différentes positions de la flûte représentée, correspondent à dix instants tl, t2...t10 successifs de déclenchement - 11 - 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 1 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 parallèle à la route suivie par navire 2 par exemple. Les points s, s2...s1o, représentent les positions successives de la source aux dix instants t1 à tio. L'angle V.entre les directions d'avancement des deux bateaux 1, 2 prend alternative- ment deux valeurs t1 et O2 supérieures ou égales en valeur absolue à 900. Le nombre de pas d'avancement du bateau boutefeu I entre deux virages successifs dépend du déport latéral recherché et bien sûr de ses capacités de manoeuvre. On se ramène, pour calculer le degré de couverture multiple c (cf. relation 2), au cas précédent des trajectoires parallèles 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 côté et de l'autre d'une direction fixe. Cette trajectoire peut en particulier avoir une forme de créneau. La mise en oeuvre de la méthode est facilitée si l'on utilise le système de conduite d'opérations sismiques décrit dans la demande de brevet français EN 84/18.590. Ce système de conduite comporte un ou plusieurs véhicules de faible tonnage tels que des vedettes, ces véhicules étant télécommandés depuis un navire principal au moyen d'un ensemble de radiocommande combiné à un dispositif de navigation adapté à déterminer la position du navire et la position relative des - 12 - véhicules par rapport à celui-ci. Les données sismiques captées -par les récepteurs de la flûte sismique sont transférées à un laboratoire central d'enregistrement installé sur le navire par un ensemble de - transmission à grand débit. Selon les cas, les vedettes télécommandées pourront être utilisées dans le cadre de la présente méthode de prospection, pour remorquer une ou plusieurs sources sismiques ou bien un ou plusieurs ensembles de réception. Les exemples de mise en oeuvre mentionnés ci-dessus ne sont bien sûr pas limitatifs. La méthode 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 véhicules terrestres éloignant les unes des autres les parties d'un dispositif d'émission et de réception. - 13 - REVENDICATIONS 1. - Méthode de prospection sismique adaptée en particulier à la pros- pection sismique marine, comportant la réalisation d'une pluralité de cycles d'émission et de réception constitués chacun d'une étape d'émission d'ondes acoustiques par au moins une source d'ondes acous- tiques déclenchée en chaque emplacement d'une série d'emplacements successifs distincts, d'une étape de réception des ondes acoustiques renvoyées par les différentes couches réfléchissantes du sous-sol par au moins un dispositif de réception déplaçable comportant un ensemble de récepteurs distincts (R1 à RN) et d'une étape d'enregistrement des ondes acoustiques reçues et de combinaison des enregistrements rela- tifs à des réflexions sur des emplacements identiques desdites couches réfléchissantes, pour obtenir une couverture multiple de celles-ci, caractérisée en ce que 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 suivant des trajectoires telles que l'angle fait par leurs directions d'avancement respectives est supérieur ou égal en valeur absolue, à 90 . 2. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que les vitesses de déplacement de chaque source et de chaque dispositif de réception sur leurs trajectoires respectives sont différentes les unes des autres et en ce que la différence entre les vitesses d'une part et l'intervalle de temps entre les cycles d'émission et de réception d'autre part, sont déterminés de manière que le rapport entre les déplacements (dM) des points de réflexion sur les couches réfléchis- santes, entre deux cycles successifs quelconques, et l'espacement (e) entre les récepteurs du dispositif de réception, corresponde à un degré de couverture multiple présélectionné. 257768-6 - 14 - 3. - Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite différence des vitesses et ledit intervalle de temps, sont déterminés de manière que les déplacements (dM) des points de réflexion, soient au plus égaux à la moitié dudit écartement (e) entre les récepteurs. 4. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on utilise un dispositif de réception unique comportant un grand nombre de traces. 5. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on utilise plusieurs dispositifs de réception déplacés par plusieurs véhicules qui s'éloignent successivement du véhicule déplaçant la source sismique. 6. - Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins un des véhicules est télécommandé depuis un autre véhicule. 7. - Méthode selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque véhicule télécommandé déplace au moins un ensemble de réception. 8. - Méthode selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque véhicule télécommandé déplace au moins une source sismique. 9. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cycles d'émission et de réception sont réalisés en associant au moins une source à un véhicule se déplaçant alternativement d'un côté et de l'autre d'une direction fixe. 10. - Méthode selon la revendication 9, caractérisée en ce que les vitesses de déplacement de chaque source et de chaque dispositif de réception sur leurs trajectoires respectives sont différentes les unes des autres, et en ce que la différence entre les vitesses d'une part et l'intervalle de temps entre les cycles d'émission et de réception - 15 - d'autre part, sont déterminées, de manière que le rapport entre la composante longitudinale des déplacements (dM) des points de réflexion sur les couches réfléchissantes, entre deux cycles successifs quelcon- ques et l'espacement (e) entre les récepteurs du dispositif de récep- tion, corresponde à au moins une valeur présélectionnée.