Brevet FR2608780A1 — publié le 19880624

- 1 - L'invention a pour objet un procédé de transmission a un système central d'enregistrement, de données sismiques collectées par des dispositifs d'acquisition de données répartis dans une zone à prospecter, et le dispositif pour sa mise en oeuvre. Les méthodes modernes de prospection sismique comportent l'utilisation de dispositifs de données repartis à intervalles réguliers sur une distance de parfois plusieurs kilomètres. Ils sont adaptes chacun à collecter des signaux sismiques captés par un ou plusieurs récepteurs appropriés (hydrophones ou géophones) en réponse a des ébranlements transmis dans le sol par une source sismique et renvoyés par les discontinuités du soussol. les signaux qu'ils collectent sont échantillonnés, numérisés et stockés dans une mémoire avant leur transmission en temps réel ou différé à un laboratoire central de commande et d'enregistrement. Les différents dispositifs d'acquisition peuvent être connectés au laboratoire central de commande et d'enregistrement par des câbles communs adaptés à la transmission d'une part de signaux d'ordre ou de test et d'autre part à celle des données sismiques accumulées. Les différents dispositifs d'acquisition sont interroges en séquence par le laboratoire central et en réponse, lui transmettent les données numériques mémorisees. Un tel système est décrit par exemple dans le brevet francais n 2.471.088. n 2.471.088. -2 Les différents dispositifs d'acquisition peuvent être reliés au laboratoire central par voie hertzienne. Chacun d'eux est alors associé à un équipement radio. La transmission au laboratoire central des données collectées peut être effectué en temps réel et simultanément pour tous les dispositifs d'acquisition. Cela requiert l'emploi et donc la disponibilité d'un grand nombre de canaux de transmission hertzienne a large bande ou à bande étroite de fréquences différentes. La transmission des données recueillies par les dispositifs d'acquisition peut aussi être effectuée sequentiellement, chacun d'eux transmettant a son tour ses propres données soit directement au laboratoire central soit par l'intermédiaire d'autres dispositifs d'acquisition intermédiaires ou d'éléments-relais. Des moyens d'enregistrement sont utilises alors pour mémoriser les données recueillies, le temps nécessaire à leur transfert séquentiel au laboratoire centraL. Des systèmes de transmission de données sismiques par voie hertzienne sont décrits par exemple dans les brevets français n 2.511.772 ou 2.538.561. On connait aussi notamment par le brevet US n 3.946.357 et le brevet européen EP n 10 660, des systèmes de transmission différée o les données sismiques collectées sont stockées sur des enregistreurs à cassette contenus dans les différents appareils d'acquisition. A la fin de chaque séance d'enregistrement sur le terrain ou à intervalles réguliers, l'équipe de terrain procède au remplacement de toutes les cassettes d'enregistrement et rapporte les cassettes enregistrées au laboratoire central o leurs contenus sont transferés sur un appareil d'enregistrement a grande capacité. Lorsqu'une liaison hertzienne est disponible entre chaque dispositif d'acquisition et le laboratoire central, celui-ci peut commander tour à tour la lecture des cassettes -3- de tous les enregistreurs et le transfert des données qu'elles contiennent à l'appareil d'enregistrement central. Les systèmes de transmission antérieurs cités présentent des inconvénients liés autant au mode de liaison e.,ec le laboratoire central qu'au type d'enregistreur disponible dan chaque dispositif d'acquisition. En effet les opérations de prospection sismique sont souvent conduites dans des zones o la réglementation locale concernant l'emploi de canaux de transmission impose des restrictions gênantes. La transmission des données sismiques, lorsqu'elle est effectuée par voie hertzienne, réclame un ou plusieurs canaux de transmission à large bande qu'il est parfois difficile d'obtenir. L'utilisation d'enregistreur dans chaque dispositif d'acquisition permet d'éviter le recours permanent sinon total aux transmissions hertziennes en cas de transmission différée et donc facilite la préparation d'une campagne de tirs. Mais de ce fait, on se prive des avantages apportés par un contrôle permanent. Les enregistreurs à cassette n'étant pas toujours d'une très grande fiabilité, le personnel du laboratoire central ne peut contrôler si leur fonctionnement est correct ou détecter une éventuelle défaillance. Des tests sont parfois conduits avant le début de chaque séance d'enregistrement sur un profil sismique, depuis le laboratoire central et par voie hertzienne, pour contrôler le bon fonctionnement des enregistreurs. Mais ces tests souvent très longs en raison du nombre d'appareils d'acquisition à interroger, ne peuvent être effectués de façon systématique. Les défaillances éventuelles d'enregistreurs et plus généralement des appareils d'acquisition peuvent donc rester ignorées du personnel de terrain, et cela conduit parfois à une perte importante de données sismiques. -4- Les enregistreurs à cassette étant relativement Lents, le transfert des données sismiques à l'enregistreur central prend souvent un temps considérable. C'est vrai si le transfert a lieu par voie hertzienne depuis chacun des dispositifs d'acquisition. Cela l'est aussi dans le cas ou Les cassettes de stockage une fois chargées, F:nt ramenées au laboratoire central et relues les unes après les autres. Le procédé et le dispositif selon l'invention permettent d'éviter les inconvénients ci-dessus mentionnés. Le procédé s'applique au transfert à un dispositif central d'enregistrements des données correspondant a des signaux reçus par un ensemble de capteurs sismiques répartis le long d'un profil sismique à prospecter, en réponse à des ébranlements transmis et renvoyés par des discontinuités du sous-sol, au cours de cycles successifs d'émissionréception, ces signaux étant collectés par une pluralité d'appareils d'acquisition adaptés a échantillonner, numériser et mémoriser des signaux reçus. Il est caractérisé en ce qu'il comporte la mémorisation, dans chaque appareils d'acquisition sur une mémoire statique, des données collectées au cours d'une même séance d'exploration sismique constituée d'un nombre déterminé de cycles d'émission-réception, le déplacement, jusqu'au voisinage de chacun des appareils d'acquisition successivement, d'un dispositif de mémorisation de masse a grande vitesse, le transfert sur celui-ci des données mémorisées par chacun des appareils d'acquisition par une liaison à grand débit, et le report de toutes les données stockées dans le dispositif de mémorisation de masse, au dispositif central d'enregistrement. Le transfert des données depuis chacun des appareils d'acquisition jusqu'au dispositif de mémorisation de masse peut être effectue par un câble de transmission à grand débit. Il peut aussi être realisé au moyen d'une liaison hertzienne à courte portée et large bande ou bien -5- encore au moyen d'un faisceau lumineux modulé. Le procédé selon l'invention peut comporter aussi, à des fins de contrôle, le transfert au dispositif central d'enregistrement, d'une partie des données collectées par chacun des appareils d'acquisition successivement, par une voie de transmission hertzienne à bande passante relativement étroite. L'utilisation d'une mémoire statique est avantageuse Elle est fiable. Son temps d'accès très court facilite la gestion des données mémorisées ainsi que leur transfert. Sa consommation électrique faible convient bien pour des appareils d'acquisition autonomes alimentés par des accumulateurs. D'une grande capacité, elle peut mémoriser toutes les données recueillies au cours d'une même seance d'exploration sismique. Les données devant être transmises au dispositif central d'enregistrement à des fins de contrôle, peuvent être facilement extraites sequentiellement de la mémoire vive à n'importe quel moment des cycles d'enregistrement et transférées aux moyens d'émission-reception radio à un rythme adapte au débit de transfert possible du canal radio employé. L'emploi combiné d'une mémoire de masse à grande capacité et grand débit permet de faciliter et d'accélérer, en fin de séance, la collecte des données mémorisees par les différents appareils d'acquisition et la restauration de leur capacité de mémorisation pour une seance d'enregistrement ultérieure. L'opération est encore accélérée si l'on utilise un système de transmission à grand débit tel qu'un émetteur-récepteur de rayons lumineux modulés, ou d'ondes de radio à large bande, éventuellement un câble de transmission ou bien encore une liaison magnétique au travers du boîtier de l'appareil d'acquisition. On doit souligner que la - 6 - faibLe portée requise pour Le transfert par radio du fait que La mémoire de masse est amenée à proximité de chaque boîtier d'acquisition, rend possible l'emploi de moyens de transmission radio à large bande et à très faible puissance qui ne nécessitent pas d'autorisation administrative particulière. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexes o: - La figure 1 représente le schéma synoptique d'un mode de réalisation d'un boîtier d'acquisition sismique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et d'un système de mémoire pour recueillir les données; et - la figure 2 représente un système de mémoire de masse déplaçable pour recueillir sur le terrain les données accumulées par chacun des boîtiers d'acquisition. Le dispositif selon l'invention est adapte au transfert a un laboratoire central d'enregistrement, de signaux sismiques captés par des récepteurs sismiques disposés le long d'un profil sismique à explorer et collectes par des appareils d'acquisition de données sismiques adaptés à amplifier, numériser et mémoriser les signaux. Un même appareil d'acquisition peut collecter les signaux provenant soit d'un récepteur unique, soit de plusieurs récepteurs. Dans ce cas, les différents signaux sont collectés par multiplexage et échantillonnage comme il est bien connu. Ces appareils d'acquisition sont contenus dans des boîtiers étanches et éventuellement associés à des bouées lorsqu'ils sont déposés sur des terrains inondés. L'appareil d'acquisition A représenté à la figure 1 à titre d'exemple comporte une seule voie d'entrée à laquelle est connecté un récepteur sismique R. Le récepteur est connecte à l'entrée d'une chaîrne -7d'acquisition comportant, connectés en série, un amplificateur 1, des moyens de filtrage 2 pour sélectionner une bande de fréquence utile et un convertisseur analogique-numérique 3. Les signaux numérisés issus du convertisseur, sont introduits dans une mémoire 4. On utilise de preférence une mémoire statique d'un type connu (EEPROM) à grande capacité. Cette mémoire est réalisée par association de circuits intégres en nombre tel que tous les signaux reçus au cours d'une même séance d'exploration sismique, puissent être mémorisés. La capacité des éléments de mémoire à circuits intégres ne cesse d'augmenter. Actuellement de plusieurs centaines de kilobits, elle devrait atteindre bientôt plusieurs mégabits voire même dix à vingt mégabits. Comme on l'a déjà indique, ce type de mémoire est à la fois, fiable, rapide, économe en énergie et occupe un faible volume. Un calculateur programmable 5 est connecté à la mémoire vive 4 et au convertisseur analogique-numérique 3. Il est adapté a gérer la conversion des signaux en mots numériques, leur transfert dans la mémoire 4 et leur relecture ultérieure. Le calculateur 5 est connecté à un récepteur d'ondes de radio 6 adapte a démoduler des signaux de commande ou d'interrogation provenant du laboratoire central et captées par une antenne 7. A cette même antenne est connectée un émetteur d'ondes de radio 8 qui reçoit du calculateur 5 les réponses à transmettre au laboratoire central en réponse aux signaux de commande ou d'interrogation reçus. Les signaux échanges entre chaque appareil d'acquisition et le laboratoire central peuvent être plus ou moins importants selon les cas. Dans le cas o le laboratoire central n'exerce aucun contrôle sur le fonctionnement des appareils d'acquisition durant une seance d'acquisition de données, les signaux échangés sont constitues essentiellement par les signaux d'initialisation au moment du déclenchement de la source sismique (TB) et par divers signaux d'acquisition réémis à la réception de ces signaux. Dans le cas o l'on veut exercer un contrôle du bon fonctionnement de chaque appareil d'acquisition durant chaque séance d'acquisition, on peut utiliser l'intervalle de temps entre deux "tirs" successifs ou des interruptions momentanées plus longues, pour commander un transfert, vers le laboratoire central, de données de contrôle ou éventuellement, en tout ou en partie, les données sismiques recueillies au cours d'un "tir" quelconque. Ce transfert est effectué au moyen de un ou plusieurs canaux hertziens standards dont l'usage est plus facile a obtenir que celui de canaux a très large bande souvent nécessaires en prospection sismique. En restreignant l'information rééeemise par chaque appareil d'acauisition en réponse aux signaux d'interrogation émanant du laboratoire central, a un nombre limité de paramètres, on peut s'organiser pour les interroger tous durant l'intervalle de temps entre deux séquences d'émissionréception successives. Ces paramètres peuvent être une ou plusieurs valeurs du rapport du signal au bruit ou de l'énergie moyenne des signaux sismiques mémorises, des mots numériques codant la qualité de fonctionnement de l'électronique de l'appareil d'acquisition, de l'équipement radio ou encore la température ou l'humidité à l'intérieur du boîtier etc. On considère à titre d'exmeple, un système de réception comportant 600 appareils d'acquisition interrogés successivement. Si chacun d'eux reeéémet 120 octets traduisant les valeurs de différents paramètres de fonctionnement, on peut très facilement transmettre leurs réponses durant l'intervalle de temps de quelques secondes séparant deux "tirs" consécutifs, en utilisant 4 ou 5 canaux hertziens standards. Dans certains cas o l'on souhaite connaître plus précisément la qualité de l'acquisition des données, on peut interrompre momentanément la succession des cycles d'emission-reception ou profiter d'une interruption quelconque intervenant au cours d'une séance d'exploration et transférer les données recueillies au cours d'un "tir" par tous les appareils d'acquisition, au laboratoire central. Celui-ci interroge successivement les différents appareils d'acquisition. Le calculateur 5 à l'intérieur de chaque appareil, à la réception d'un ordre de transfert, commande le transfert à l'émetteur radio 8 des données lues dans la mémoire statique 4 et relatives au cycle d'émission-reception particulier. A titre d'exemple, le transfert des données relatives à un même tir, sur un canal hertzien standard d'une capacité de transmission de 6000 bits/seconde, prend moins de 15 secondes. Si l'on dispose par exemple de 4 canaux hertziens différents, un peu plus de 10 minutes suffisent à transférer au laboratoire les données recueillies par 200 appareils d'acquisition au cours d'un même cycle d'emission-reception. Après chaque séance d'enregistrement, la mémoire statique 4 de chaque appareil d'acquisition contient plusieurs dizaines de rMbits. A titre d'exemple, si le volume de données correspondant à un même tir est de l'ordre de 80 000 bits, après une séance ayant comporte 400 cycles d'émission-réception successifs, le volume de données sera de l'ordre de 64 Mbits. A la fin de chaque séance d'exploration sismique, on procède alors à la collecte des données mémorisées. On déplace (fig. 2) un système d'enregistrement à grande vitesse 9 jusqu'au voisinage successivement de tous les appareils (au moyen d'un véhicule quelconque adapte au site, un bateau par exemple si les boîtiers d'acquisition sont installés sur des terrains immerges). - 10 - Le système d'enregistrement 9 comporte par exemple un enregistreur à disque optique numérique 10 associé à un ensemble de transfert 11 comportant un émetteur-récepteur de rayons lumineux modulés piloté par un organe de commande. On utilise par exemple un ensemble de transfert analogue à celui décrit dans la demande de brevet français EN 86/11 876. L'appareil d'acquisition comporte alors également un émetteur-récepteur de rayons lumineux 12 piloté par le calculateur 5. Les moyens optiques de transmission peuvent être remplaces dans l'ensemble de transfert 11, 12, par un émetteur-récepteur radio à large bande dont la puissance d'émission est suffisamment faible pour qu'il puisse être employé sans autorisation particulière. Un émetteur-récepteur a 1 GHz dont la puissance est limitée à 100 mW, convient par exemple pour cette application. Une transmission magnétique entre des émetteurs- récepteurs disposés dans l'ensemble de transfert et l'appareil d'acquisition peut encore être réalisée au travers de la paroi du boîtier de celui-ci. Les modes de réalisation précédents conviennent particulièrement pour le cas ou les boYtiers d'acquisition sont employés en zone humide. Mais on peut effectuer cependant les transmissions en réalisant une liaison physique au moyen d'un câble de transmission à large bande cue l'on vient connecter sur une prise appropriée du boîtier d'acquisition B. Avec de telles voies de transmission à large bande dont le débit est de plusieurs Mbits/sec, on peut transférer en quelques secondes le contenu entier de chaque mémoire statique 4 dans le système d'enregistrement 9. Si l'on utilise par exemple un système à disque optique numérique capable d'acquérir des données avec une vitesse de 4 Mbits/sec, il suffit de 8 secondes pour transférer les 64 Mbits que peut contenir, on l'a vu, une mémoire statique d'appareil d'acquisition, à la fin d'une séance d'enregistrement. - 1il - Le système d'enregistrement portatif (9) ayant collecté successivement les données accumulées par l'ensemble des appareils d'acquisition, est ramené au laboratoire central et son contenu transféré dans une mémoire de masse et traité pour obtenir des enregistrements sismiques. - 12 - R E V E N D I C AT I 0 N S 1. - Procéde pour transférer à un dispositif central d'enregistrement des données correspondant à des signaux reçus par un ensemble de capteurs sismiques (R) répartis le long d'un profil sismique à prospecter, en réponse à des ébranlements transmis et renvoyés par les discontinuités du sous-sol, au cours de cycles successifs d'émission-réception, ces signaux étant collectes par une pluralité d'appareils d'acquisition (A) adaztés à échantillonner, numériser et mémoriser les signaux reçus, caractérisé en ce qu'il comporte la mémorisation dans chaque appareil d'acquisition, sur une mémoire vive statique (4), des données collectées au cours d'une séance d'exploration sismique constituée d'un nombre déterminé de cycles d'émission-réception, le déplacement jusqu'au voisinage de chacun des appareils d'acquisition d'un dispositif de mémorisation de masse à grande vitesse (9), le transfert sur celui-ci des données mémorisees par chacun des appareils d'acquisition par une liaison a grand débit et le report de toutes les données stockées dans le dispositif de mémorisation de masse au dispositif central d'enregistrement. 2. - Procéde selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue le transfert des données depuis chaque appareil d'acquisition jusqu'au dispositif de mémorisation de masse par un câble de transmission à grand débit. 3. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue le transfert des données de chacun des appareils d'acquisition au dispositif de mémorisation de masse par une liaison hertzienne à courte portée et large bande passante. 4. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue le transfert des données de chacun des appareils - 13 - d'acquisition au dispositif de mémorisation de masse par un faisceau lumineux modulé. 5. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte à des fins de contrôle, le transfert au dispositif central d'enregistrement d'une partie des données collectées par chacun des appareils d'acquisition successivement, par une voie hertzienne à bande passante relativement étroite. 6. - Procédé selon la revendication 5, caractérise en ce qu'il comporte le transfert de toutes les données collectées relatives a un même cycle d'émission-réception durant des interruptions d'une séance d'enregistrement sismique. 7. - Procéde selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte le transfert de données limitées représentant le résultat de tests de bon fonctionnement de chaque appareil d'acquisition et de la qualité de l'acquisition sismique, ledit transfert étant effectue dans l'intervalle normal entre les cycles successifs d'emission-réception. 8. - Dispositif pour transférer à un dispositif central de commande d'enregistrement des données correspondant à des signaux reçus par un ensemble de capteurs sismiques (R) répartis le long d'un profil sismique à prospecter, en réponse à des ébranlements transmis et renvoyés par les discontinuités du sous-sol, au cours de cycles successifs d'émissionréception, comportant une pluralité d'appareils d'acquisition (A) répartis sur le terrain adaptés à échantilloner, numériser et mémoriser des signaux reçus, chaque appareil d'acquisition étant pourvu d'un émetteur-récepteur d'ondes radio (18) de moyens de mémorisation des données correspondant aux signaux reçus et un ensemble de commande et de synchronisation (5) pour la gestion des communications avec le dispositif central de commande et d'enregistrement, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mémorisation de masse à grande vitesse (9) déplaçable au voisinage de ?608780 - 14 - chacun des appareils d'acquisition disposés sur Le terrain, des moyens de transmission à courte portée et grand débit de transmission (11, 12) associés au dispositif de mémorisation de masse et aux appareils d'acquisition et en ce que les moyens de mémorisation des données dans chacun des appareils d'acquisition comportent une mémoire statique (4) contrôlée par l'ensemble de commande et de synchronisation (5). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de mémorisation de masse comporte un enregistreur à disque optique numérique (10). 10. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de transmission à courte portée et grand débit comportent des émetteurs-récepteurs radio à large bande de fréquence associés à chaque appareil d'acquisition et au dispositif de mémorisation de masse. 11. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de transmission à courte portée et grand débit comportent des émetteurs-recepteurs de rayons lumineux, des moyens pour moduler les rayons lumineux en fonction des données à transmettre et des moyens pour détecter les modulations affectant les rayons lumineux transmis.