Brevet FR2688895A1 — publié le 19930924

La présente invention concerne un dispositif d'exploration sismique dont la configuration et/ou les caractéristiques peuvent être adaptées ou modelées en fonction de conditions particulières, et une méthode pour sa mise en oeuvre. Les dispositifs d'exploration sismique utilisés pour des campagnes de prospection sismique comportent généralement un dispositif de réception constitué d'un nombre très grand de récepteurs sismiques qui sont disposés en un ensemble d'emplacements de la zone explorée pour recevoir les ondes 1 i O sismiques réfléchies ou réfractées par les discontinuités du sous-sol, en réponse à des ébranlements transmis dans le sol par une source sismique Les récepteurs sont en général constitués chacun par une combinaison de plusieurs capteurs élémentaires (géophones, hydrophones) interconnectés électriquement et disposés dans la zone explorée de façon par exemple à filtrer des bruits de surface organisés dans le cadre de prospection sismique par réflexion Chacun de ces récepteurs fournit une "trace" sismique qui est une moyenne électrique des signaux produits par tous les capteurs élémentaires Les récepteurs peuvent être répartis sur le terrain ou le long d'un puits ou encore disposés le long d'une flûte sismique remorquée en immersion par un navire. Dans les dispositifs de réception modernes, les groupes de capteurs sont associés à des boîtiers d'acquisition de signaux. Chacun d'eux est adapté à collecter les signaux délivrés par un ou plusieurs groupes de capteurs, à les numériser, à les mémoriser et éventuellement à effectuer des sommations de plusieurs traces successivement enregistrées Sur commande d'une station centrale de commande et d'enregistrement, chaque boîtier d'acquisition transmet séquentiellement les traces mémorisées à un dispositif d'enregistrement par une plusieurs voies de communications communes (câbles ou canaux hertziens). L'agencement des différents capteurs d'une même "trace sismique" a une grande incidence pour obtenir une bonne rejection des bruits de surface Ils peuvent être disposés à intervalles réguliers les uns des autres ou bien encore à intervalles inégaux dans certains cas pour mieux filtrer les bruits de surface sans dégrader les signaux utiles En prospection sismique terrestre, il est connu d'effectuer des "tirs de bruit" dont l'analyse permet de définir la meilleure disposition relative des capteurs d'une même trace. Ces capteurs peuvent encore être associés avec des moyens pour modifier les caractéristiques des signaux qu'ils produisent, réseaux passifs ou modules d'amplification locaux pour pondérer leurs sensibilités ou leurs gains respectifs, filtres actifs passe-bas pour atténuer des bandes de fréquence indésirables etc. Différents procédés de pondération active ou passive sont décrits par exemple dans les brevets US No 2 698 927, 2 747 172, 3 400 783, 3 863 200, 3 863 201 etc. Les moyens de traitement analogique pour modeler le gain ou le spectre de fréquence des différents capteurs, permettent un affaiblissement considérable du niveau des bruits avant la numérisation des signaux utiles dans les boîtiers d'acquisition ou bien au laboratoire central d'enregistrement et donc de réserver toute la dynamique des moyens de numérisation pour ces signaux. Le principal inconvénient de tous les appareillages de prétraitement analogique tient essentiellement à leur structure figée Les paramètres de filtrage doivent être connus à l'avance et en admettant que le dispositif de réception effectivement mis en place sur le terrain permette une modification de ces paramètres, il faut encore procéder aux adaptations nécessaires sur les lieux mêmes d'implantation de ces moyens de traitement locaux, ce qui retardent les opérations d'enregistrement En outre, les corrections éventuelles apportées avant un "tir" ne peuvent être modifiées pendant les enregistrements. Or, il existe de nombreux cas, comme on le verra dans la suite de la description, o des ajustements et réarrangements de traces seraient très utiles pour mieux s'adapter à la configuration du sous-sol exploré et obtenir des coupes sismiques plus lisibles. On pourrait, par une extension des possibilités des laboratoires d'enregistrement existants, envisager une solution pour rendre plus facilement modelable un dispositif de réception sismique Si l'on disposait par exemple d'un laboratoire avec une dynamique de 20 à 24 bits, capable d'acquérir entre 500 et 4000 voies différentes (au lieu des 12 à 15 bits obtenus actuellement pour l'acquisition de 50 à 400 traces), on pourrait se passer des moyens de filtrage analogiques indiqués car on serait en mesure d'acquérir les signaux de chacun des capteurs élémentaires répartis sur le terrain avec une dynamique suffisante Le filtrage optimal des bruits serait obtenu dans ce cas a posteriori à partir des signaux élémentaires enregistrés Cependant, le coût d'un tel laboratoire à grande dynamique et grand nombre de traces, joint 1 5 au coût du traitement du grand volume de données obtenu, serait prohibitif. La méthode de prospection sismique selon l'invention comporte l'installation dans une zone à explorer d'un dispositif d'émission-réception sismique constitué d'un ensemble de réception comprenant une pluralité de capteurs sismiques associés à des moyens de réglage des signaux produits par les capteurs en réponse à des signaux sismiques reçus, une source d'ébranlements sismiques, et une station centrale de commande et d'enregistrement pour centraliser des traces sismiques obtenues par combinaison de signaux reçus par ledit ensemble de réception en réponse à l'activation de la source La méthode est caractérisée en ce qu'elle comporte le réglage à distance à tout instant choisi, des signaux captés formant les différentes traces sismiques. La méthode peut comporter l'application d'une télécommande permettant par exemple le réglage différencié de l'amplitude des différents signaux constituant au moins une desdites traces, ou bien l'application de déphasages sélectifs aux signaux reçus par les capteurs constituant au moins une desdites traces, ou bien encore la sélection du nombre de signaux captés constituant au moins une desdites traces, ou bien encore d'obtenir une combinaison choisie de signaux reçus par les capteurs d'au moins une desdites traces, telle que des filtrages convolutionnels ou récursifs par exemple; ou encore d'obtenir l'inclusion de capteurs particuliers dans plusieurs traces sismiques adjacentes. 1 i O Les réglages précédents peuvent être éventuellement combinés et aussi éventuellement être modifiés au cours du temps pendant l'enregistrement d'un tir par exemple. La mise en oeuvre de la méthode selon l'invention rend à tout instant le dispositif de réception modelable avant chaque déclenchement de la source sismique ou même éventuellement durant la phase de réception des signaux sismiques consécutifs au déclenchement de la source On évite ou on écourte donc les phases préalables de changements de configuration, habituelles avec les systèmes de réception à structure figée De surcroît, on rend possible sans avoir à recourir à un laboratoire à capacités très élargies, l'application en temps réel aux traces de modifications ou traitements divers durant le cours de séances d'enregistrement sur le terrain. Le dispositif de prospection sismique pour la mise en oeuvre de la méthode comporte un dispositif d'émission-réception sismique constitué d'un ensemble de réception comprenant une pluralité de capteurs sismiques, une source d'ébranlements sismiques, une station centrale de commande et d'enregistrement pour centraliser des traces sismiques obtenues par combinaison de signaux reçus par ledit ensemble de réception en réponse à l'activation de la source, et il est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens télécommandables de réglage des signaux produits par les capteurs en réponse à des signaux sismiques reçus, et des moyens de télécommande pour agir à distance sur lesdits moyens de réglage, de façon à modeler à volonté les traces sismiques obtenue par combinaison de signaux reçus par l'ensemble de capteurs. Le dispositif peut comporter un ensemble d'appareils d'acquisition répartis dans la zone à explorer pour collecter chacun les signaux d'au moins un récepteur sismique, avec au moins une voie de communication entre les appareils d'acquisition et la station centrale de commande et 1 i O d'enregistrement pour la transmission des données et de signaux de commande, les moyens de télécommande étant reliés alors aux moyens de réglage par l'intermédiaire de moyens conducteurs entre ces derniers et les appareils d'acquisition et de cette voie de communication. Les moyens de réglage peuvent comporter par exemple des éléments opto-électroniques. Les moyens conducteurs partant d'au moins un appareil d'acquisition peuvent être communs pour les moyens de réglage associés à plusieurs capteurs sismiques et l'ensemble de télécommande comporte des moyens de codage pour associer des données d'adressage aux signaux de commande et les moyens de réglage comporter aussi des conducteurs spécifiques pour chacun des moyens de réglage. On peut encore dédoubler les connexions partant de plusieurs capteurs de façon à associer chacun d'eux à plusieurs traces adjacentes. D'autres caractéristiques et avantages de la méthode et du dispositif selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation décrits à titre 3 O d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés o: la Fig 1 montre un dispositif d'exploration sismique disposé dans une zone à explorer; la Fig 2 montre schématiquement un premier mode de réalisation de l'invention avec une liaison individuelle entre chaque moyen de réglage et l'appareil d'acquisition associé; la Fig 3 montre schématiquement un deuxième mode de réalisation de l'invention avec une liaison adressable entre les moyens de réglage et l'appareil d'acquisition associé; la Fig 4 montre schématiquement un premier mode de réalisation d'un élément de réglage de type opto-électronique associé à un capteur sismique; la Fig 5 montre une variante du mode de réalisation précédent avec des éléments de réglage adressables; la Fig 6 montre un deuxième mode de réalisation d'un moyen de réglage incluant un ensemble local de numérisation; et la Fig 7 montre une variante du mode de la Fig 6 o l'ensemble local de numérisation est associé à un élément de traitement. Un système d'exploration sismique terrestre comporte généralement (Fig 1) une source d'ondes acoustiques S et un dispositif de réception et d'acquisition sismique comprenant un grand nombre de récepteurs sismiques Ri, R 2,, Rn qui sont répartis sur le terrain et un poste central de commande et d'enregistrement 1 installé sur un véhicule 2 pour commander le déclenchement de la source S et centraliser les données sismiques captées par les différents récepteurs Ri à Rn Chaque récepteur sismique Ri est connecté individuellement au poste central 1 ou de préférence à un boîtier Bi, B 2,, Bn contenant un appareil d'acquisition de données adapté à collecter les signaux produits par un ou plusieurs des récepteurs et, sur commande de la station centrale 1, à les transmettre à celle-ci parune voie de communication V telle qu'un câble de liaison ou une liaison 3 O hertzienne Différents dispositifs d'exploration utilisant des appareils d'acquisition communiquant avec une station centrale par radio et/ou par câble, sont décrits dans les brevets du demandeur FR 2 511 772, 2 599 533 et 2 627 652. Dans les dispositifs de réception sismique antérieurs, chaque récepteur sismique comporte généralement plusieurs capteurs élémentaires Cl, C 2, Cp, interconnectés électriquement de sorte que le signal résultant ou trace sismique est la moyenne de plusieurs signaux élémentaires ayant éventuellement des pondérations fixées à l'avance et difficilement modifiables. Suivant les modes de réalisation des Fig 2 à 5, le dispositif selon l'invention comporte des traces sismiques configurables à volonté, depuis la station centrale par exemple. A cet effet, les capteurs élémentaires CI à Cp d'un même récepteur sismique Rl Rn sont associés (Fig 2, 3) à des moyens locaux de réglage agencés pour produire des combinaisons définies des signaux produits par plusieurs capteurs élémentaires, dont on trouvera par la suite plusieurs exemples. Plusieurs agencements sont possibles Chaque capteur élémentaire Cli, C 2 i, C 3 i Cpi est associé à un élément de réglage 3 adapté à traiter les signaux captés Les sorties des différents éléments de réglage sont reliées à des entrées d'un élément de combinaison 4, tel qu'un sommateur par exemple La sortie de l'élément de combinaison 4 est reliée à une entrée d'un appareil d'acquisition Ai dans un boîtier local B 1, B 2 etc par une ligne commune 5 Suivant le mode de la Fig 2, chaque élément de réglage est commandé individuellement par une ligne lcl, 1 c 2 lcp qui le relie à l'appareil d'acquisition Ai associé Suivant la variante de la Fig 3, les entrées de commande des différents éléments de réglage 3 sont toutes connectées sur une ligne commune reliée à l'appareil d'acquisition Ai Dans ce cas, les éléments de réglage sont tous adressables Les commandes visant un des éléments interconnectées sont émises sur la ligne 3 O commune lcc associés à une adresse de destination, et chacun d'eux est pourvu d'un décodeur d'adresses (non représenté). Chaque élément de réglage 3 peut comporter par exemple (Fig 4, 5) un pont résistif 6 dont une des branches comprend une résistance variable 7 constituée d'une photo-résistance associé à un photo-émetteur relié par des conducteurs particuliers Ici avec l'appareil d'acquisition local L'application sur les conducteurs Ici d'un courant électrique plus ou moins intense permet de faire varier la tension électrique délivrée par le capteur Ci et éventuellement de l'annuler pour certaines applications Le photo-émetteur de chaque élément de réglage peut être commandé aussi (Fig 5) par l'intermédiaire d'un décodeur d'adresses 8 Tous les décodeurs 8 associés aux capteurs Cli-Cpi d'un même récepteur Ri sont interconnectés sur une ligne de commande lcc reliée à l'appareil local d'acquisition L'application d'une commande particulière destinée à l'un des éléments de réglage 3, est transmise en lui associant l'adresse du décodeur 8 visé. Dans les modes de réalisations décrits, la commande des éléments de réglage est effectué depuis le poste central 1 par exemple Pour agir sur n'importe quel élément de réglage, on associe à la commande des mots d'adresses désignant spécifiquement le boîtier d'acquistion local et l'élément de réglage 3 concerné Le message est transmis via la voie de transmission V utilisée (câble ou canal hertzien) à l'appareil d'acquisition De là, il est aiguillé sur les conducteurs de commande lci particuliers de l'élément de réglage concerné (Fig 4) ou bien sur la ligne commune lcc de commande (Fig 5) o il est intercepté par le décodeur local 8 à l'adresse stipulée. La station centrale de commande et d'enregistrement 1 comporte essentiellement un enregistreur 16, un ensemble de commande 17 programmé pour gérer les cycles d'enregistrement sismique et pour élaborer les commandes des différents éléments de réglage 3 associés aux différents récepteurs Ri sur le terrain, 3 O et un ensemble de communication 18 adapté à la voie de communication reliant le poste central 1 aux différents boîtiers d'acquisition. De nombreux exemples d'utilisation du dispositif selon l'invention vont être donnés ci-après pour montrer la grande variété des traitements de données sismiques qui sont réalisables depuis la station centrale par des opérateurs. Avec le dispositif tel qu'il a été décrit, on peut réaliser de très nombreuses opérations plus ou moins complexes bien connues des géophysiciens. Dans le cadre d'un filtrage multicanal, on peut par exemple sélectionner par tout ou rien les capteurs dont les signaux élémentaires sont combinés pour former les différente traces; choisir à volonté les coefficients d'atténuation particuliers à 1 i O donner aux signaux de chaque capteur; appliquer des retards choisis aux différents signaux avant leur combinaison; singulariser à volonté chaque trace par des valeurs de gain et de retards particulières; faire varier les valeurs des gains ou atténuations ainsi que les retards appliqués durant chaque durée d'enregistrement; soustraire un modèle de bruit, etc. Dans le cadre d'un filtrage mono-canal, on peut aussi faire du filtrage en fréquence dit convolutionnel ou d'autres filtrages plus complexes tels que du filtrage récursif. De cette façon, le filtrage dit à la trace, peut être optimisé et appliqué de façon particulière en tout point de l'espace de coordonnées (x, t), afin de mieux sauvegarder les caractéristiques des signaux. Par l'emploi de la méthode selon l'invention, on peut simplifier beaucoup les procédures d'exploitation En prospection sismique de surface, on peut effectuer une pluralité de "tirs" de bruit en sélectionnant à chaque fois un seul capteur par trace, de manière à déterminer à l'aide d'un calculateur de laboratoire sismique, les paramètres de filtrage à la trace puis, avec les valeurs trouvées pour ces paramètres de filtrage, réaliser un tir d'exploitation Les tirs dits de bruit et les tirs d'exploitation peuvent être faits avec les mêmes capteurs Ce n'est pas le cas d'habitude o les capteurs pour la mesure du bruit et ceux utilisés pour l'exploitation ne sont généralement pas les mêmes. Il faut donc procéder à leur remplacement en essayant de conserver l'implantation précédente du capteur de bruit remplacé Ce changement de capteurs est, on le sait, cause d'erreurs sur les paramètres de bruit. La simplification procurée par les moyens de réglage télécommandables des pondérations, rend néanmoins possible d'effectuer un filtrage du bruit sans tirs de bruit préalables. Dans le cas o l'on dispose de capteurs vectoriels à plusieurs axes de réception, permettant de déterminer la polarisation des signaux reçus, on peut rendre plus efficace aussi le filtrage à la trace en utilisant les données de polarisation pour mieux caractériser les signaux utiles et les bruits à éliminer. La faculté donnée aux opérateurs de terrain de modeler les récepteurs est très utile aussi dans le domaine de la prospection sismique de puits o l'on doit minimiser les ondes de tube ou ondes de Stoneley dont l'amplitude est très supérieure à celle des signaux utiles Ayant mesuré les caractéristiques des bruits à éliminer, on peut, par action sur les moyens de réglage, obtenir un filtrage très efficace avant enregistrement et donc conserver toute la dynamique de numérisation pour les signaux utiles. Quand on réalise des opérations de prospection sismique 3 D avec des capteurs répartis régulièrement sur toute une surface et une source que l'on déplace successivement en de nombreux points de cette surface, on sait que les directions de propagation du bruit varie avec le déplacement de la source Avec les moyens de réglage télécommandables employés, on peut encore ajuster facilement pour chaque trace, la direction de filtrage optimal pour tenir compte des changements dans la propagation du bruit. Pour certaines applications, on est conduit à étaler les traces en augmentant la distance entre les capteurs si bien que des traces adjacentes peuvent se recouvrir partiellement Dans ce cas, on est amené à implanter des capteurs sensiblement au même endroit sur le sol, chacun d'eux étant relié à une trace différente. 1 1 Avec les moyens décrits de modelage des signaux, on peut combiner les signaux d'un même capteur à ceux de deux traces différentes, à condition de prévoir des connexions permettant le transfert de ces signaux de l'une à l'autre On peut donc dans ce cas, diminuer le nombre total de capteurs nécessaires sans perte d'efficacité dans le filtrage. Les exemples donnés ci-dessus ne sont bien sûr pas limitatifs. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en utilisant des éléments de réglage télécommandables depuis la station centrale combinés avec un dispositif de réception classique o les récepteurs sont tous connectés directement à la station de commande et d'enregistrement et non par l'intermédiaire d'appareils d'acquisition locaux. REVENDICATIONS 1) Méthode d'exploration sismique comportant l'installation dans une zone à explorer d'un dispositif d'émission-réception sismique constitué d'un ensemble de réception comprenant une pluralité de capteurs sismiques (Ci) associés à des moyens de réglage ( 3, 4, 11, 12) des signaux produits par les capteurs en réponse à des signaux sismiques reçus, une source d'ébranlements sismiques (S), une station centrale ( 1) de commande et d'enregistrement pour centraliser des traces sismiques obtenues par combinaison de signaux reçus par ledit ensemble de réception en réponse à l'activation de la source, caractérisée en ce qu'elle comporte le réglage à distance à tout instant choisi, des signaux captés formant les différentes traces sismiques. 2) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte l'application de télécommandes permettant le réglage différencié de l'amplitude des différents signaux constituant au moins une desdites traces. 3) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte l'application de télécommandes permettant d'appliquer des déphasages sélectifs aux signaux reçus par les capteurs constituant au moins une desdites traces. 4) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte l'application de télécommandes permettant d'obtenir une sélection du nombre de signaux captés constituant au moins une desdites traces. 5) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte l'application de télécommandes permettant d'obtenir une combinaison choisie de signaux reçus par les capteurs d'au moins une desdites traces. 6) Méthode selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte l'application de télécommandes permettant d'obtenir un filtrage convolutionnel. 7) Méthode selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte l'application de télécommandes permettant d'obtenir un filtrage récursif. 8) Méthode selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte l'établissement de connexions multiples partant de plusieurs capteurs et l'application de télécommandes permettant l'inclusion de capteurs dans plusieurs traces différentes. 9) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte l'application de télécommandes permettant d'obtenir une variation au cours du temps des réglages appliqués aux signaux reçus par les capteurs d'au moins une desdites traces. ) Dispositif d'exploration sismique pour la mise en oeuvre de la méthode selon l'une des revendications précédentes, comportant un dispositif d'émission-réception sismique constitué d'un ensemble de réception comprenant une pluralité de capteurs sismiques (Ci), une source d'ébranlements sismiques (S), une station centrale de commande et d'enregistrement ( 1) pour centraliser des traces sismiques obtenues par combinaison de signaux reçus par ledit ensemble de réception en réponse à l'activation de la source, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens télécommandables de réglage des signaux produits par les capteurs en réponse à des signaux sismiques reçus, et des moyens de télécommande ( 17) pour agir à distance sur lesdits moyens de réglage, de façon à modeler au moins une trace sismique obtenue par combinaison de signaux reçus par des capteurs de l'ensemble de capteurs. 11) Dispositif de prospection selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble d'appareils d'acquisition Ai répartis dans la zone à explorer pour collecter chacun les signaux d'au moins un récepteur sismique, au moins une voie de communication entre les appareils d'acquisition et la station centrale de commande et d'enregistrement ( 1) pour la transmission des données et de signaux de commande, les moyens de télécommande ( 17) étant reliés auxdits moyens de réglage par l'intermédiaire de ladite voie de communication (V, 14) et de moyens conducteurs (Ici, lcc) disposés entre eux et les appareils d'acquisition. 12) Dispositif de prospection selon la revendication 10 ou 1 i O 11, caractérisé en ce que les moyens de réglage ( 3) comportent des éléments opto-électroniques ( 7). 13) Dispositif de prospection selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens conducteurs (lcc) arrivant aux moyens de réglage associés à des ensembles de capteurs, les 1 5 moyens de télécommande comportant des moyens de codage pour associer des mots d'adresse aux commandes et les moyens de réglage comportant des décodeurs d'adresse ( 8). 14) Dispositif de prospection selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que les moyens conducteurs comportent des conducteurs spécifiques (Ici) pour chacun des moyens de réglage. ) Dispositif de prospection selon l'une des revendications à 16, caractérisé en ce qu'il comporte des conducteurs pour dédoubler les liaisons partant de plusieurs capteurs de manière à associer chacun d'eux à volonté à plusieurs traces sismiques adjacentes. 16) Dispositif de prospection selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte des conducteurs pour établir des liaisons supplémentaires entre des traces adjacentes.