Brevet FR2600173A1 — publié le 19871218

- 1 L'invention a pour objet un procédé de détermination de la géométrie d'un dispositif d'émission d'ondes sismiques multi-sources. Un dispositif d'émission d'ondes sismiques est utilisé pour engendrer dans une masse d'eau des ébranlements sismiques qui se propagent vers 5 le fond et sont réfléchis ou diffractés par les discontinuités du sous- sol immergé. Les ondes renvoyées vers la surface, sont captées par des ensembles d'hydrophones répartis le long d'une ou plusieurs flûtes sismiques remorquées derrière un navire. Les signaux sismiques qu'ils produisent sont transférés à un laboratoire sismique, dans le 10 but d'obtenir des enregistrements représentatifs de la configuration du sous-sol. Les sources sismiques utilisées sont par exemple des canons à air, des canons à eau ou d'autres sources que l'on déclenche simultanément ou 15 successivement. On cherche par ces déclenchements combinés, à augmenter la puissance acoustique dissipée, à améliorer la forme de l'impulsion résultante émise ou signature ou encore à obtenir un diagramme d'émission plus directionnel. L'effet obtenu par un déclenchement en séquence, dépend très précisément de la configuration 20 des sources employées et des intervalles de temps séparant leurs déclenchements. Il est donc important de connaitre la géométrie du dispositif d'émission c'est-à-dire la disposition relative de toutes les sources 25 sismiques les unes par rapport aux autres. Les dispositifs d'émission comportent par exemple plusieurs sousensembles constitués chacun d'un alignement de plusieurs sources sismiques disposées à intervalles choisis le long d'un "ombilic" de 26 0 0 1 73 - 2 remorquage comportant généralement des câbles de remorquage, des canalisations d'amenée de fluides gazeux et/ou de liquides, des câbles d'alimentation électrique, des lignes de transmission de signaux etc. Les différents sous-ensembles sont remorqués parallèlement les uns aux 5 autres et des moyens de déflexion tels que- des paravanes, sont employés pour les maintenir écartés latéralement les uns par rapport aux autres. Différents systèmes de contrôle d'immersion comportant par exemple des plateformes suspendues à des flotteurs ou des plateformes munies d'ailerons à orientation réglable et de flotteurs, permettent 10 d'immerger les sources à des profondeurs choisies. De tels systèmes de déflexion et d'immersion contrôlée, sont décrits par exemple dans les brevets français 2.397.974, 2.420.478 et 2.523.542. Il est facile de mesurer la distance longitudinale séparant les 15 différentes sources le long d'un même ombilic. Par contre, il est beaucoup plus difficile de connaître avec précision l'écartement réel de chaque source par rapport à la trajectoire du navire pendant sa progression ainsi que sa profondeur d'immersion, au moment o, la vitesse d'évolution s'étant stabilisée et le dispositif 20 d'émission-réception ayant pris une disposition stable dans l'eau, les opérations de prospection sismique peuvent commencer. Cependant, l'état de la mer, les courants, les conditions de remorquage peuvent changer et modifier ainsi la disposition réelle de l'ensemble d'émission-réception d'une série de déclenchements à l'autre. Il en 25 résulte que la signature et/ou le diagramme directif de l'ensemble sont différents pour une chronologie identique de déclenchements. Les enregistrements obtenus à partir de ces émissions sont rendus plus lisibles de façon classique, par des corrélation effectuées entre les 30 signaux captés par le dispositif de réception et la "signature" globale du dispositif. Pour déterminer celle-ci en tous points de l'espace, il est nécessaire de combiner d'une façon particulière les signatures individuelles de chacune des sources, en tenant compte de leur disposition relative les unes par rapport aux autres. Un premier 2600 1 73 - 3 procédé, décrit dans la demande de brevet français EN. 85/07582 consiste à établir un catalogue préalable contenant les signatures de chacune des sources du dispositif d'émission déclenchée isolément, pour un grand nombre de valeurs des paramètres intervenant dans le fonctionnement des sources, notamment de la profondeur d'immersion et, 5 en opération, compte-tenu des valeurs réelles des paramètres mesurées au moment des "tirs", à combiner les signatures correspondantes prélevées dans le catalogue, éventuellement corrigées, de manière à reconstituer par synthèse la signature globale à l'infini dans toutes les directions de l'espace. La signature globale du dispositif d'émission peut aussi être obtenue en mesurant la signature de chacune des sources du dispositif d'émission, au voisinage de celle-ci et à les combiner après avoir corrigé chacune d'elles pour tenir compte des interactions de 15 fonctionnement. Les corrections que l'on apporte aux signatures dépendent étroitement de la disposition relative des différentes sources les unes par rapport aux autres. Un procédé de ce type est décrit par exemple dans la demande de brevet européen publiée n 66.423. Le procédé selon l'invention permet de connaître avec précision la géométrie d'un dispositif d'émission sismique multi-sources quelle que soit sa configuration, et permet donc la mise en oeuvre des procédés antérieurs de reconstitution de signatures. 25 Le procédé comporte l'immersion de plusieurs capteurs à des distances déterminées des différentes sources. Il est caractérisé en ce qu'il comporte le déclenchement isolé d'une première source sismique, la détection, par les capteurs, des ondes acoustiques émanant de la 30 source sismique déclenchée, la répétition des deux étapes précédentes successivement pour chacune des autres sources sismiques du dispositif d'émission, la mesure, à partir des signaux captés, des valeurs prises par au moins un paramètre et représentatives de la distance parcourue par les ondes acoustiques depuis chacune des sources déclenchées 35 successivement jusqu'aux différents capteurs, la combinaison des 26 0 0 1 73 - 4 valeurs des différents paramètres mesurés, de manière à déterminer la position relative des différentes sources sismiques les unes par rapport aux autres. Le procédé peut comporter la mesure de la profondeur d'immersion de 5 plusieurs sources sismiques du dispositif d'émission et la détermination des coordonnées de toutes les sources sismiques relativement à l'une d'entre elles. Il peut comporter aussi l'immersion d'au moins un capteur de 10 référence, à une distance fixe prédéterminée du navire, la détermination des valeurs successives prises par le paramètre mesuré lors du déclenchement des différentes sources sismiques, et le calcul de la position des différentes sources sismiques relativement au(x) capteur(s) de référence. Le procédé peut encore comporter le positionnement d'au moins un capteur en position fixe par rapport à un objet remorqué par le navire, une flûte sismique par exemple, la détermination des valeurs successives prises par le paramètre représentatif lors des 20 déclenchements successifs des différentes sources sismiques et le calcul de la position des différentes sources sismiques relativement au capteur associé à l'objet. Le paramètre représentatif de la distance peut être le temps de 25 propagation des ondes acoustiques ou encore le déphasage des ondes captées par rapport aux ondes émises. D'autres caractéristiques et avantages du procédé apparaitront à la lecture de la description d'un mode de réalisation donné à titre 30 d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés o: - la figure 1 représente une vue de dessus schématique d'une disposition des différentes sources sismiques d'un dispositif d'émission remorqué par un navire; 2600 1 73 - 5 - la figure 2 représente de façon très schématique deux sources disposées en ligne le long d'un même "ombilic" d'alimentation; et - la figure 3 représente schématiquement les différents trajets acoustiques mesurés entre deux alignements de deux sources. Un dispositif d'émission, décrit à titre d'exemple, comporte selon la figure 1 plusieurs alignements de sources 1l, 12,... 16 déployés derrière un navire 1 qui les remorque. Chaque alignement comporte - plusieurs sources S réunies par un ensemble de liaison ou "ombilic" 2 10 (fig. 2) comportant des câbles de remorquage, des canalisations de gaz comprimé ou de liquide sous pression nécessaires au fonctionnement des sources notamment des canons à air ou à eau, des câbles d'alimentation électrique, des lignes de transmission de signaux etc. Un agencement de sources sismiques remorquées en ligne, est décrit de manière plus 15 précise dans la demande de brevet français 85/09871 par exemple. Le déploiement des sources est effectué en fixant les câbles de remorquage associés à chaque ligne de sources sismiques (11 à 16) à un ou deux câble R1, R2 fixés au navire et déportés latéralement par 20 rapport à l'axe longitudinal de celui-ci. L'écartement latéral de chaque câble R1, R2 est obtenu au moyen d'un paravane d'un type connu fixé à son extrémité. On peut utiliser par exemple le divergent profilé décrit dans le brevet français n 2.523.542. Le procédé selon l'invention comporte l'utilisation de capteurs (C) disposés à proximité immédiate de chacune des sources sismiques, à 1 m audessus par exemple ou encore au-dessous, comme il est représenté. Un tel capteur dit capteur de proximité est généralement utilisé pour détecter l'instant de déclenchement effectif d'une source sismique ou 30 bien obtenir la forme de l'impulsion qu'elle émet (signature). Le procédé comporte le déclenchement d'une première source sismique de dispositif d'émission et la détection par les capteurs C associés respectivement aux autres sources, d'au moins un paramètre 35 représentatif de la distance parcourue par les ondes acoustiques 26 0 0 173 - 6 émanant de la source sismique déclenchée. Pour faciliter la représentation, quatre sources S1, S2, S3, S4 ont été représentées sur la figure 3. La source S1 étant déclenchée, les capteurs C détectent les ondes acoustiques qui se sont propagées jusqu'aux autres sources S2, S3, S4. La vitesse de propagation dans l'eau des ondes étant 5 connue, on peut donc, en mesurant les retards des signaux captés par rapport aux signaux émis, connaitre la distance dl2, d13, dl4,séparant la source S1 des sources S2, 53 et S4. Les signaux détectés par les différents capteurs C sont transmis à un 10 système d'acquisition disposé sur la navire (et non représenté) par des lignes de transmission associées aux "ombilics" de liaison 2 et enregistrés. On peut utiliser un système d'acquisition indépendant ou éventuellement le laboratoire sismique de bord. L'opération précédente est répétée successivement pour les autres sources S2, S3, S4. Chacune 15 d'elle étant déclenchée isolément, l'on détecte l'arrivée aux capteurs C associés aux autres sources, des ondes acoustiques qu'elle émet et l'on transmet les signaux reçus au système d'acquisition sur le navire. Lorsque toutes les sources sismiques du dispositif d'émission ont été successivement actionnées et que tous les signaux détectés ont été enregistrés, on procède à diverses corrections pour tenir compte du fait que chaque source sismique ne coïncide pas tout à fait avec le capteur de proximité associé C et aussi pour tenir compte de 25 l'emplacement réel du centre d'émission de la source déclenchée. Dans le cas d'un canon à air lâchant dans l'eau un certain volume de gaz sous pression, le centre d'émission sera le centre de la bulle qui implose en produisant des ondes acoustiques. Pour faciliter le repérage exact de-l'instant d'arrivée des ondes acoustiques on effectue de préférence une corrélation entre le signal produit par chaque capteur C en réponse aux ondes acoustiques reçues avec le signal correspondant émis tel qu'il est détecté par le capteur C associé à la source déclenchée. - 2600 1 73 - 7 Les intervalles de temps corrigés ayant été déterminés, on dispose d'autant d'ensembles de valeurs de distance qu'il y a de sources sismiques. A la source S2 se trouvent associées les distances d21, d23, d24 qui la séparent des sources S1, S3, S4. Deux autres triplets de valeurs d31, D32 et D34 d'une part et d41, d42 et d43 d'autre part, se trouvent associés respectivement aux sources S3 et S4. On utilise alors une méthode connue de triangulation telle que la méthode des moindres carrés bien connue des spécialistes, pour déterminer les coordonnées relatives de toutes les sources par rapport 10 à l'une d'entre elles. La détermination de la position de toutes les sources par rapport au navire est possible si l'on associe à celui-ci un ou plusieurs capteurs C (Fig. 1). On dispose alors à chaque déclenchement de source 15 sismique, d'au moins une mesure de la distance séparant celle-ci du navire. Avec deux capteurs C en position fixe par rapport au navire, on peut déterminer les coordonnées de toutes les sources sismiques du dispositif d'émission. On peut aussi déterminer la position du dispositif d'émission relativement à d'autres objets et notamment à la tête d'une flûte sismique également remorquée par le navire. D'autres capteurs contenus dans les sections de tête de la flûte sont alors utilisés pour recevoir les impulsions émanant successivement des différentes 25 sources. Si les sources sismiques du dispositif d'émission ne sont pas immergés à une profondeur identique, on mesure leurs profondeurs d'immersion respectives et on les transmet au système d'acquisition. 30 L'exploitation des données télémétriques et des valeurs de profondeur permet de déterminer les coordonnées dans l'espace de toutes les sources. La mesure des profondeurs d'immersion est effectuée avantageusement en 35 utilisant les capteurs de proximité des différentes sources sismiques, 2600 1 7 3 de la manière indiquée dans la demande de brevet français EN 85/07582 précitée. Chaque capteur de proximité est associé à une chaîne d'amplification dont le gain est susceptible de prendre deux valeurs de gain très différentes, une première pour la mesure de la profondeur d'immersion, une seconde plus faible pour la détection des ondes acoustiques provenant des sources successivement actionnées. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre conjointement avec celui décrit dans la demande de brevet précitée et relatif à la détermination de la "signature" globale à grande distance d'un 10 dispositif d'émission multisources. Cette signature globale est obtenue en établissant un catalogue des signatures particulières de toutes les sources déclenchées l'une après l'autre, ces signatures étant détectées au moyen de capteurs de proximité tels que les capteurs C. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en remplaçant la mesure des temps, de propagation des ondes acoustiques par celle du déphasage des signaux reçus par les différents capteurs de proximité par rapport aux signaux émis successivement par chacune des sources. Cette 20 variante peut s'appliquer notamment aux sources vibratoires. On ne sortirait pas non plus du cadre de l'invention en utilisant un nombre de capteurs différent de celui des sources sismiques. Un même capteur pourra être associé par exemple à plusieurs sources à 25 condition que les distances qui le séparent de celles-ci soient bien déterminées. De la même façon que précédemment le calcul des distances inter-sources est effectué après introduction des corrections pour tenir compte de l'éloignement réel de chaque capteur par rapport aux sources sismiques associées. 2600 1 73 -9 REVENDICATIONS 1. - Procédé de détermination de la géométrie d'un dispositif d'émission sismique constitué d'une pluralité de sources sismiques immergées dans l'eau à distance les unes des autres et remorquées par un navire comportant l'immersion de plusieurs capteurs (C) à des distances déterminées des différentes sources sismiques caractérisé en C qu'il comporte les étapes suivantes: - le déclenchement isolé d'une première source sismique (Sll.... S61); - la détection par les capteurs (C) des ondes acoustiques émanant de la source sismique déclenchée; - la répétition des deux étapes précédentes successivement pour chacune des autres sources sismiques du dispositif d'émission; 15 - la mesure, à partir des signaux captés, des valeurs prises par au moins un paramètre et représentatives de la distance parcourue par les ondes acoustiques depuis chacune des sources déclenchées successivement jusqu'aux différents capteurs; et 20 - la combinaison des valeurs de différents paramètres mesurés de manière à déterminer la position relative des différentes sources sismiques les unes par rapport aux autres. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte la mesure de la profondeur d'immersion de plusieurs sources sismiques du dispositif d'émission et la détermination des coordonnées de toutes les sources sismiques relativement à l'une d'entre elles. 3. - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on 26 0 0 1 73 - 10 dispose au moins un capteur de référence en position fixe par rapport au navire, on détermine les valeurs successives prises par ledit paramètre lors des déclenchements successifs des différentes sources sismiques, et l'on calcule la position des différentes sources sismiques relativement au capteur de référence. 4. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre représentatif de la distance est le temps de propagation des ondes acoustiques. 5. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre représentatif de la distance est le déphasage, entre les ondes captées et les ondes émises par la source sismique déclenchée. 6. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque 15 capteur est adapté à détecter les ondes acoustiques reçues et la profondeur d'immersion de la source sismique associée. 7. - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque capteur de référence est fixé à la coque du navire. 20 8. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on dispose au moins un capteur en position fixe par rapport à un objet remorqué par le navire, on détermine les valeurs successives prises par ledit paramètre lors des déclenchements successifs des 25 différentes sources et l'on calcule la position des différentes sources sismiques relativement au capteur associé audit objet. 9. - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en-ce que ledit objet est une flûte sismique.