Brevet FR2662818A1 — publié le 19911206

I La présente invention concerne un procédé de correction d'un signal sismique s(t) fourni par un capteur de vibrations en réponse à un signal d'émission F(t) produit par au moins un générateur de vibrations sismiques, ledit signal d'émission F(t) présentant des écarts de phase et d'amplitude avec un signal d'émission de référence F(t). Elle concerne également un dispositif de correction d'un signal sismique s(t) fourni par un capteur de vibrations en réponse à un signal d'émission F(t) produit par au moins un générateur de vibrations sismiques comportant, d'une part, une plaque vibrante reposant sur le sol et reliée à une masse de réaction mise en mouvement par un circuit hydraulique auquel est appliqué un signal pilote P(t), représentatif d'un signal d'émission de référence F(t), le signal d'émission F(t) présentant des écarts de phase et d'amplitude avec le signal d'émission de référence F(t). Le procédé et le dispositif selon l'invention trouvent une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la prospection géophysique en sismique terrestre. Du brevet américain N O 4 724 532, on connaît un générateur de vibrations sismiques, du type de celui décrit dans le préambule, fonctionnant en appliquant au circuit hydraulique agissant sur la masse de réaction une loi de variation de pression définie par un signal pilote P(t) prédéterminé, homothétique du signal d'émission de référence F(t) que l'opérateur souhaite appliquer à la surface du sol D'une façon générale, le signal pilote P(t) est un signal alternatif d'amplitude constante dont la fréquence est continûment variable entre 10 et 70 Hz par exemple. Toutefois, les masses importantes mises en jeu dans de tels générateurs de vibrations sismiques pouvant atteindre 15 à 20 tonnes, ainsi que le couplage avec le sol et les forces appliquées à ce dernier, rendent difficiles l'asservissement du signal d'émission F(t) au signal pilote Il en résulte que le signal démission n'étant pas conforme au signal F(t) prévu, le signal sismique s(t) détecté par les capteurs de vibrations ne peut être convenablement interprété à partir du signal d'émission de référence F(t). Une correction tenant compte de la non-conformité du signal d'émission avec le signal de référence doit donc être impérativement appliquée au signal sismique s(t) si l'on veut obtenir des résultats sûrs et reproductibles. A titre d'exemples de phénomènes parasites venant altérer la proportionnalité du signal d'émission F(t) avec le signal pilote P(t), on peut citer le balancement de l'ensemble du générateur de vibrations sismiques, dû par exemple à des causes diverses telles que plaque vibrante posée en équilibre non symétrique sur le sol ou axe de la structure non vertical, une déformation globale ou locale de la structure, provoquée par les contraintes mécaniques importantes exercées par le système hydraulique sur celle-ci, une déformation de la plaque vibrante ou un balancement de la masse de réaction sur son axe longitudinal, balancement dû aux jeux mécaniques de la masse vibrante sur son piston d'entraînement, ce qui a pour effet de rendre l'ensemble constitué par la masse de réaction et la plaque vibrante différent d'un système à déphasage minimal par rapport au signal pilote de commande de modulation La correction de la vibration engendrée est d'autant plus délicate à mettre en oeuvre En particulier, la vibration engendrée comporte un taux d'harmoniques difficile à corriger et des fréquences parasites qui gênent l'asservissement et dont il est difficile de s'affranchir. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de fournir un procédé et un dispositif de correction conformes au préambule qui permettraient de manière aisée d'apporter au signal sismique s(t) une correction très précise, tenant compte en une seule fois de toutes les causes de non-conformité du signal d'émission F(t) avec le signal d'émission de référence F(t). La solution au problème technique posé est remarquable en ce que, selon la présente invention, ledit procédé de correction consiste à déterminer en fonction de la fréquence f, la différence de phase j t(f) et le rapport d'amplitude A(f) entre le signal d'émission F(t) et le signal d'émission de référence F(t), et à appliquer au signal sismique s(t) du capteur de vibrations un filtre dont la réponse est définie en phase et en amplitude respectivement par L'f(f) et l/A(f). De même, conformément à l'invention, ledit dispositif de correction comporte en outre, d'une part, des moyens de comparaison du signal d'émission F(t) délivré par lesdits moyens de mesure avec le signal d'émission de référence F(t) fournissant, en fonction de la fréquence f, la différence de phase LA'(t) et le rapport d'amplitude A(f) entre le signal d'émission F(t) et le signal d'émission de référence F(t), et, d'autre part, un filtre défini en phase et en amplitude par Lf (f) et I/A(f), auquel est appliqué le signal d'émission s(t) pour donner le signal d'émission corrigé s(t). Ainsi, le procédé et le dispositif de correction, objets de l'invention, consistent à déterminer les caractéristiques du filtre fictif faisant passer du signal d'émission de référence F(t) au signal d'émission effectif F(t) dégradé, et à appliquer au signal sismique s(t) détecté le filtre inverse dudit filtre fictif. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif mettant en oeuvre un procédé de correction selon l'invention. La figure 2 a est un diagramme typique de signal pilote P(t). La figure 2 b est un diagramme d'un signal d'émission F(t) correspondant au signal pilote de la figure 2 a. La figure 2 c est le spectre de fréquence du signal pilote de la figure 2 a. La figure 3 est un schéma d'une première variante d'exécution du dispositif de la figure 1. La figure 4 est un diagramme illustrant la composition vectorielle impliquée dans la variante de la figure 2. La figure 5 est un schéma d'une deuxième variante d'exécu- tion du dispositif de la figure 1. La figure 6 a représente la fonction d'intercorrélation obtenue expérimentalement entre un signal pilote P(t) et un signal d'émission F(t) . La figure 6 b représente la fonction d'intercorrélation de la figure 6 a après une correction effectuée sur le signal d'émission F(t). La figure 1 montre schématiquement un dispositif permettant de corriger un signal sismique s(t) fourni par un capteur 100 de vibrations en réponse à au moins un signal d'émission F(t) produit par un générateur de vibrations sismiques lorsque ledit signal d'émission F(t) présente des écarts de phase et d'amplitude avec un signal d'émission de référence F(t) . Le générateur 200 de vibrations sismiques de la figure 1 est, par exemple, du type monté sur un véhicule terrestre et comporte de façon habituelle une plaque vibrante 201 maintenue au sol S et mécaniquement couplée à ce dernier par le poids de l'ensemble du véhicule Un circuit hydraulique 203 agit sur une masse de réaction 202 et fait ainsi vibrer la plaque vibrante 201 Au repos, un système mécanique, non représenté sur la figure 1, permet d'amener le véhicule au voisinage de la limite de position de décollage des roues sustentatrices, et le sol S, au niveau de la plaque vibrante 201, est soumis à une force constante -F, due au poids de l'ensemble constitué par le générateur 200 de vibrations et son véhicule porteur Le véhicule ne devant en aucun cas être soumis aux vibrations engendrées par le circuit hydraulique 203 et transmises par la plaque vibrante 201 au sol, le véhicule est découplé de la plaque vibrante 201 au moyen d'amortisseurs 204, 205 constitués par des coussins d'air connus sous la désignation anglo-saxonne de "air bag". En fonctionnement, la pression d'huile du circuit hydraulique 203 est modulée dans le temps selon des variations imposées par un signal P(t), dit signal pilote, qui est stocké, une fois sur toutes sous forme numérique au pas d'échantillonnage 6 t de 2 ms par exemple, dans une mémoire 301 du générateur 200 de vibrations sismiques Comme l'indique le diagramme de la figure 2 a, le signal pilote P(t) est un signal alternatif d'amplitude définie en fonction de la fréquence, et ici supposée constante, mais dont la fréquence est continûment variable entre une fréquence basse f 1 d'environ 10 Hz et une fréquence haute f 2 de l'ordre de 70 Hz Le spectre A(P) correspondant au signal pilote de la figure 2 a donné sur la figure 2 c est caractérisé entre f 1 et f 2 par une amplitude indépendante de la fréquence f Le signal pilote P(t) est appliqué au circuit hydraulique par un circuit 306 de conversion digital- analogique pendant une durée T de l'ordre de 15 S par exemple. Si l'ensemble constitué par le générateur 200 de vibrations sismiques et le sol était mécaniquement parfait, le signal d'émission serait un signal d'émission de référence F(t), exactement homothétique du signal pilote P(t), qui varierait entre 0, limite de décollage de la plaque vibrante 201, et -2 F Cependant, pour les raisons énoncées plus haut, le signal d'émission effectif F(t), représenté à la figure 2 b, n'est pas conforme en phase et en amplitude au signal de référence F(t) En d'autres termes, dans le domaine fréquentiel, le signal F(t) ne présente pas l'amplitude souhaitée en fonction de la fréquence f mais un écart A(f) avec le signal d'émission de référence F(t), A(f) étant défini comme le rapport, pour la fréquence f, de l'amplitude du signal F(t) à celle de F(f) De même, le signal d'émission effectif F(t) présente avec F(t), et donc avec le signal pilote P(t), une différence de phase A q (f) non nulle et variable avec la fréquence. De façon pratique, le signal d'émission F(t) est déterminé à partir d'accéléromètres 206 et 207, solidaires respectivement de la masse de réaction 202 et de la plaque vibrante 201, et dont ils mesurent les accélérations y M et y p Un circuit additionneur 302 effectue la somme pondérée F(t) = m M YM + mpyp o m M et mp sont les masses respectives de la masse de réaction et de la plaque vibrante Le signal F(t) est échantillonné au même pas d'échantillon- nage 6 t que le signal pilote P(t). Après saisie du signal sismique s(t) délivré par le capteur 100 de vibrations en réponse au signal d'émission F(t), et avant interprétation des résultats, une opération de correction du signal s(t) est effectuée de façon à tenir compte de la non-conformité du signal F(t) avec le signal de référence F(t) Dans ce but, le signal F(t) est comparé au signal de référence F(t), ou au signal pilote P(t) qui lui est proportionnel, de manière à déterminer les écarts A'f(f) et A(f) A titre d'exemple, cette comparaison peut être réalisée par un circuit 303 réalisant l'intercorrélation entre F(t) et F(t) sur des intervalles de temps A t de l'ordre de 500 ms, ce qui fournit environ 30 valeurs pour AI (f) et A(f) Puis, un filtre 304 numériquement calculé, dont la fonction de transfert T(f) est définie en phase et en amplitude par -A(f) et l/A(f) , est appliqué au signal s(t) de façon à obtenir le signal sismique s(t) corrigé des écarts entre les signaux F(t) et F(t). La correction peut être effectuée dans l'espace des fré- quences: après transformation de Fourier du signal s(t) en s(f), l'opération de filtrage s(f) = T(f) s(f) est appliquée au signal s(f) La transformation de Fourier inverse permet alors de passer de 9 (f) à 9 (t) On peut également établir la réponse impulsionnelle Imp(t) du filtre 304 correspondant à la fonction de transfert T(f) et effectuer directement le produit de convolution de Imp(t) avec s(t) dans l'espace du temps (t) = Imp (t) s(t) Les figures 6 a et 6 b illustrent sur des résultats obtenus expérimentalement par la Demanderesse l'effet de la correction réalisée conformément au procédé et au dispositif conformes à l'invention En réalité, dans le cas des figures 6 a et 6 b, la correction n'a pas été faite sur le signal sismique s(t) lul-même mais sur le signal d'émission F(t), ce qui est équivalent La figure 6 a représente le produit de convolution F(t) OP(t) du signal F(t) avec le signal pilote P(t), qui si F(t) était égal à la référence F(t) serait un pic de Dirac Or, on peut voir sur la figure 6 a qu'outre des ondulations liées au fait que le signal pilote est limité en fréquence, le signal F(t) P(t) montre une dissymétrie révélatrice d'importantes différences de phases La figure 6 b est le produit de convolution F'(t)OP(t) dans lequel F'(t) est le signal d'émission F(t) qui a été corrigé en lui appliquant le filtre de réponse impulsionnel Imp(t) Il apparaît clairement sur la figure 6 b un net rétablissement de la symétrie, lié à la prise en compte notamment des écarts de phase. La figure 3 est le schéma d'un dispositif de correction analogue à celui de la figure 1 fonctionnant avec une pluralité de N générateurs de vibrations sismiques Dans ce cas, chaque dispositif i (i = 1, N) fournit en sortie le signal d'émission Fi(t) produit avec le signal pilote P(t) qui peut être identique pour tous les générateurs Après enregistrement du signal sismique résultant s(t), il est procédé à la détermination des N couples de paramètres A i(f) et Ai(f) obtenus pour chaque générateur de vibrations selon les modalités présentées plus haut. Puis, des moyens 305 de composition vectorielle fournissent la différence de phase totale A'P(f) et le rapport d'amplitude total A(f) définissant le filtre de correction 304 La figure 4 montre, dans le cas de N = 2 générateurs de vibrations sismiques, comment est réalisée la composition vectorielle permettant de calculer(f) et s(f) en fonction de Afl(f), A 1 (f) et A,? 2 (f), A 2 (f). De manière équivalente, la figure 5 donne le schéma d'un dispositif de correction comportant un générateur de vibrations sismiques émettant un signal F(t) constitué par la somme de M signaux d'émissions élémentaires successifs F 1 (t), avec j = 1,, M, présentant des écarts L'fj(f) et Al(f) de phase et d'amplitude élémentaires avec le même signal d'émission de référence Comme l'indique la figure 5, le dispositif de correction comprend des moyens 305 de composition vectorielle des écarts'fj(f) et Aj(t) fournissant, selon le principe illustré à la figure 4, la différence de phase totale As'(f) et le rapport d'amplitude total A(f). Il est bien entendu que le mécanisme de composition vectorielle s'applique de la même façon au cas d'une pluralité de générateurs sismiques fournissant chacun une pluralité de signaux d'émission. REVENDICATIONS 1 Procédé de correction d'un signal sismique s(t) fourni par un capteur ( 100) de vibrations en réponse à au moins un signal d'émission F(t) produit par au moins un générateur ( 200) de vibrations sismiques, ledit signal d'émission F(t) présentant des écarts de phase et d'amplitude avec un signal d'émission de référence F(t), caractérisé en ce que ledit procédé de correction consiste à déterminer en fonction de la fréquence f, la différence de phase AS\ (f) et le rapport d'amplitude A(f) entre le signal d'émission F(t) et le signal d'émission de référence F(t), et à appliquer au signal sismique s(t) du capteur ( 100) de vibrations un filtre ( 304) dont la réponse est définie en phase et en amplitude respectivement par -/\?(f) et I /A(f). 2 Procédé de correction selon la revendication 1, caractérisé en ce que, ledit signal d'émission F(t) étant produit par une pluralité de N générateurs de vibrations sismiques émettant chacun un signal d'émission élémentaire Fi(t) (i = 1,, N) présentant des écarts Atfi(f) et Ai(f) de phase et d'amplitude élémentaires, la différence de phase A \ 1 ' (f) totale et le rapport d'amplitude A(f) total sont obtenus, pour chaque fréquence f, par composition vectorielle des écarts Af i(f) et Ai(f) de phase et d'amplitude élémentaires. 3 Procédé de correction selon l'une des revendications l ou 2, caractérisé en ce que, ledit signal d'émission F(t) étant la somme de M signaux d'émission élémentaires successifs Fj(t) (j = l,, M) présentant des écarts A'?(f) et A)f) de phase et d'amplitude élémentaires avec le même signal d'émission de référence F(t), la différence de phase AS (f) totale et le rapport d'amplitude A(f) total dont obtenus, pour chaque fréquence f, par composition vectorielle des écarts Af j(f) et Aj(f) de phase et d'amplitude élémentaires. 4 Procédé de correction selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que les écarts de phase et d'amplitude sont obtenus par intercorrélation entre le signal d'émission et le signal d'émission de référence. Dispositif de correction d'un signal sismique s(t) fourni par un capteur ( 100) de vibrations en réponse à au moins un signal d'émission F(t) produit par au moins un générateur ( 200) de vibrations sismiques comportant, d'une part, une plaque vibrante ( 201) reposant sur le sol (S) et reliée à une masse de réaction ( 202) mise en mouvement par un circuit hydraulique ( 203) auquel est appliqué un signal pilote P(t) représentatif d'un signal d'émission de référence F(t), le signal d'émission F(t) présentant des écarts de phase et d'amplitude avec le signal d'émission de référence F(t), et, d'autre part, des moyens ( 204, 205, 302) de mesure dudit signal d'émission F(t), caractérisé en ce que ledit dispositif de correction comporte en outre, d'une part, des moyens ( 303) de comparaison du signal d'émission F(t) délivré par lesdits moyens ( 204, 205, 302) de mesure avec le signal d'émission de référence F(t), fournissant, en fonction de la fréquence f, la différence de phase Ni'(f) et le rapport d'amplitude A(f) entre le signal d'émission F(t) et le signal d'émission de référence F(t), et, d'autre part, un filtre ( 304) défini en phase et en amplitude par -Af'(f) et l/A(f), auquel est appliqué le signal d'émission s(t) pour donner un signal d'émission corrigé s(t). 6 Dispositif de correction selon la revendication 5, caractérisé en ce que, comportant une pluralité de N générateurs de vibrations sismiques émettant chacun un signal d'émission élémentaire Fi(t) (i = 1, N) présentant des écarts A^fi(t) et Ai(t) de phase et d'amplitude élémentaires, ledit dispositif de correction comporte également des moyens ( 305) de composition vectorielle des écarts élémentaires A Pf i(f) et Ai(f), fournissant la différence de phase C?(f) totale et le rapport d'amplitude A(f) total. 7 Dispositif de correction selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que, ledit signal d'émission F(t) étant la somme de M signaux d'émission élémentaires Fj(t) (j = 1,, M) présentant des écarts àf 3 (f) et A 1 (f) de phase et d'amplitude élémentaires avec le même signal d'émission de référence F(t), ledit dispositif de correction comporte I O également des moyens ( 305) de composition vectorielle des écarts élémentaires AM j(f) et AJ(f), fournissant la différence de phase AL(f) total et le rapport d'amplitude A(f) total. 8 Dispositif de correction selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens ( 303) de comparaison sont constitués par un circuit d'intercorrélation entre le signal d'émission et le signal d'émission de référence