Brevet FR2697347A1 — publié le 19940429

PROCEDE D'ESTIMATION AMELIOREE DE LA POSITION DE REFLECTEURS ACOUSTIQUES PRESENTS DANS UN MILIEU, PAR INTERPRETATION DES ECARTS ENTRE LES TEMPS DE TRAJET REELS ET MODELISES DES ONDES ACOUSTIQUES DANS CE MILIEU. Dans une opération de prospection sismique classique par réflexion, on utilise une source émettrice d'ondes sismiques et une pluralité de récepteurs équidistants, l'ensemble se déplaçant à la surface du sol ou de la mer. La figure 1 ci-jointe illustre cette opération dans le cas particulier d'un réflecteur horizontal 10. La source se déplace vers la gauche et occupe successivement les positions Si, Si+l > Si+2. On nta représenté sur la figure que les rayons émis par la source dans ses différentes positions et qui se réfléchissent sur un même point du réflecteur ou point commun de réflexion (CRP). Les rayons réfléchis sont captés par les récepteurs R1, R3, R5. Le milieu du segment joignant une source et un récepteur est noté CMP (point milieu). Cette opération permet de recueillir des traces résultant des ondes réfléchies par les différents réflecteurs que constituent les interfaces entre les couches géologiques. De ces traces, on peut déduire les temps de trajet observés, que lton notera tobs, relatifs à chaque couple source/récepteur. La technique du "stack" permet d'obtenir, dans le cas d'un milieu stratifié horizontal, comme celui de la figure 1, une représentation relativement fidèle du sous-sol. Elle consiste à effectuer des analyses de vitesse en CMP, des corrections dynamiques hyperboliques des traces et une addition des traces corrigées. Une des méthodes les plus couramment utilisées pour valider cette représentation technique consiste à lancer des rayons à partir de la source jusqu'au récepteur et à calculer les temps modélisés de propagation, notés tmod, le long de ces trajets. Pour lancer les rayons, il faut connaltre le champ de vitesse du milieu dans lequel s'effectue la propagation. Ce champ de vitesse, qui sera appelé macromodèle dans la suite du texte, est défini, à partir de la connaissance que l'on a de la géologie du sous-sol, par les paramètres suivants - profondeur zi(x) de l'interface (réflecteur) se trouvant sous la couche i, - vitesse de propagation Vi(x,z) dans la couche i, par exemple du type Vi(x,z) = Vi(x)+Ki(z), x étant la coordonnée horizontale et K. le facteur de compaction dans la couche i. Dans la technique habituelle, on simule la propagation d'ondes acoustiques dans ce macromodèle en effectuant un échantillonnage régulier de sources et de récepteurs en surface. On lance ensuite des rayons depuis chacun des échantillons de surface, et on détermine les temps de trajet tmod correspondant aux différents couples source/récepteur. Ces temps sont utilisés soit pour déterminer des corrections dynamiques permettant d'affiner la technique du stack, soit pour les comparer aux temps de propagation tobs mesurés sur les données sismiques. L'écart tobs - tmod sera noté At. Si des écarts significatifs sont observés pour l'ensemble des couples (tobs,tmod), des algorithmes d'inversion sont mis en oeuvre afin de modifier le macromodèle, de manière à réduire lesdits écarts. Lorsque l'inversion aura convergé vers une solution stable, le macromodèle obtenu fournira les temps modélisés tmod les plus proches des temps observés. Toutefois, cette technique dite d'inversion tomographique, présente une limitation liée au fait que zi(x) est à la fois la profondeur définie de l'interface sous la couche i et la profondeur indéfinie du modèle de réflecteur dont on cherche la meilleure représentation en profondeur. Pour que la propagation dans le macromodèle se déroule de manière réaliste, il est indispensable que les couches et en particulier la fonction zi(x) présentent une certaine régularité. Le macromodèle trouvé par la technique de l'inversion donne donc un tracé approximatif de la forme des réflecteurs, qui ne montre pas le détail des irrégularités réelles, telles que les failles etc... La présente invention vise à obtenir une meilleure estimation de la position des réflecteurs acoustiques d'un milieu à partir d'une interprétation des écarts entre les temps de trajet réels d'ondes acoustiques se propageant dans ledit milieu et les temps de trajet modélisés correspondants obtenus à partir d'un macromodèle paramétré de ce milieu donnant la profondeur z des réflecteurs et la vitesse V des couches du milieu en fonction d'au moins la coordonnée horizontale x. Le procédé selon 1 invention est du type consistant à: - collecter des traces sismiques au moyen d'un système d'enregistrement comprenant au moins une source émettrice d'ondes acoustiques et plusieurs récepteurs que l'on déplace à la surface du milieu, notamment surface du sol ou de la mer, - déterminer à partir de ces traces les temps de trajet réels observés (tobs) pour chaque couple source/récepteur et correspondant à des réflexions sur les différents réflecteurs du milieu - définir un macromodèle paramétré donnant la profondeur z des réflecteurs et la vitesse V des couches du milieu en fonction de la coordonnée horizontale x et éventuellement de la coordonnée horizontale , - déterminer, à l'aide du macromodèle, des temps de trajet source/récepteur modélisés (tmod) par la technique du tracer de rayons, - calculer, pour chaque réflecteur et chaque rayon, l'écart de temps de trajet At = tobs-tmod, et, Si besoin est, - mettre en oeuvre un algorithme d'inversion qui modifie le macromodèle jusqu'à ce que les écarts At aient convergé vers une valeur stable minimale, et il se caractérise en ce qu'il consiste à mettre en oeuvre les étapes suivantes - effectuer le tracer de rayons à partir de points, dits CRP, choisis sur les réflecteurs du macromodèle, - transformer, pour chacun desdits CRP, l'ensemble des écarts 6t obtenus pour tous les rayons du macromodèle issus du CRP concerné en une correction de distance tH le long d'une direction prédéterminée passant par ledit CRP, par exemple la normale au réflecteur contenant le CRP, et - déplacer le CRP concerné du macromodèle de la distance H le long de ladite direction prédéterminée pour fournir une position corrigée dudit CRP, l'ensemble des positions corrigées des CRP d'un réflecteur du macromodèle représentant une position corrigée améliorée de ce réflecteur. Ainsi, selon l'invention, le tracer de rayons se fait non pas à partir de la surface du milieu, comme dans la technique antérieure, mais à partir de chaque CRP. Pour cela, on effectue un échantillonnage régulier d'un réflecteur du macromodèle, on se fixe une première distance source/récepteur ou offset, on trace les rayons correspondant à tous les CRP, puis on se donne un second offset et l'on trace les rayons pour les mêmes CRP, et ainsi de suite avec plusieurs offsets. Ce procédé permet de déterminer un ensemble de rayons correspondant à des offsets variables en surface, mais qui se réfléchissent au même CRP, et donc des temps de trajet tmod correspondant audit CRP. De plus, contrairement à ce qui était supposé dans le procédé classique, on considère selon l'invention, que les écarts dt obtenus avec tous les rayons ne sont pas dus au bruit de fond, mais sont porteurs d'information. Selon l'invention, ces écarts sont transformés en corrections de distance t H le long d'une direction prédéterminée pour fournir une position corrigée du CRP. La transformation de l'ensemble des tt relatifs à un même CRP en la correction correspondante A H consiste à transformer les At en corrections de distance th sur la direction prédéterminée, et à partir des t h, à calculer une correction moyenne de distance prise comme la correction t H. Selon un mode de réalisation, ladite transformation consiste à - représenter une même impulsion perpendiculairement à la direction prédéterminée choisie, passant par le CRP, en chacun des points de ladite direction dont les distances à une origine, représentée par la position du CRP concerné déduite du macromodèle, ont des valeurs Ah représentant des corrections de distance correspondant aux At associés aux différents rayons illuminant le CRP lorsque la distance source/récepteur ou offset varie, - convoluer chacune desdites impulsions par un même signal donné, - additionner les signaux résultant de la convolution pour obtenir un signal somme, et - prendre comme valeur AH la distance séparant la position du maximum dudit signal somme de l'origine choisie. Pour obtenir les corrections Ah correspondant aux At associés à un même CRP, on peut rechercher les composantes Az, ax et éventuellement a y de chaque dh sur les axes de coordonnées z, x et éventuellement y du macromodèle, lesdites composantes représentant des corrections sur les coordonnées du CRP modélisé considéré. On peut par exemple calculer ss z et Ax en utilisant les dérivées partielles dt/ bz et zt/ bx fournies par certaines méthodes de tracer de rayons pour écrire z a z ss z+ Bt/ ax d x =Dt . En introduisant la contrain- te supplémentaire que le CRP se déplace le long d'une direction déterminée passant par ledit CRP et, par exemple, le long de la normale au réflecteur du macromodèle passant par le CRP, on ajoute une équation qui permet de calculer t x et t z. Selon l'invention, on visualise ces corrections sur le macromodèle afin d'obtenir la position corrigée des réflecteurs. La visualisation peut être effectuée par tout procédé connu. On peut par exemple reporter les corrections a h correspondant à tous les trajets relatifs à chaque CRP sur la normale au réflecteur audit CRP. Chaque position corrigée est marquée par un trait qui peut être assimilé à une impulsion comme indiqué plus haut. Deux cas peuvent alors se présenter - les positions corrigées du CRP correspondant auxdh sont dispersées dans une large zone située au voisinage de la position trouvée par l'inversion. La position effective du CRP est mieux visualisée en convoluant toutes les impulsions obtenues par un signal donné, par exemple un signal du type ondelette de Ricker ou autre. La crête du signal somme obtenu fournit ainsi une position moyenne du CRP corrigé distante de t H du CRP modélisé pris comme origine. L'amplitude dudit signal somme est un indicateur de la dispersion du résultat; - les positions corrigées du CRP correspondant auxdh coincident ou se concentrent autour d'une même position moyenne. L'amplitude du signal somme résultant d'une convolution telle que précitée est la somme des amplitudes de toutes les impulsions.Ladite position moyenne, dont la distance au CRP modélisé pris comme origine représente la correction de distance t H, est prise comme position du CRP corrigé. Le traitement selon l'invention est l'équivalent d'une migration avant stack. L'invention sera expliquée à présent en regard des dessins annexés dans lesquels La figure 2 représente, dans un macromodèle, un trajet de rayon sismique relatif à un CRP modélisé et un trajet de rayon réel associé au même couple source/récepteur La figure 3 représente schématiquement le cas où toutes les corrections de profondeur coincident ; et La figure 4 représente le cas où les corrections de profondeur sont dispersées. Avec référence tout d'abord à la figure 2, le macromodèle obtenu par inversion tomographique, comme expliqué précédemment, comprend plusieurs couches limitées entre elles par des interfaces modélisées telles que i. Le macromodèle est paramétré par la profondeur zi(x) de chaque point d'une interface i et par la vitesse de propagation Vi(x) de l'onde sismique dans la couche géologique surmontant l'interface i. Les grandeurs zi(x) et Vi(x) sont, par exemple, des fonctions de type fonction spline de la coordonnée horizontale x. Si besoin est, l'ensemble des écarts tt correspondant à tous les CRP peut être minimisé en faisant appel à un algorithme d'inversion. A la convergence, il peut arriver que pour chaque rayon sismique, l'écart résiduel ne soit pas nul, ce qui peut s'expliquer notamment par la simplification de la structure réelle du sous-sol résultant de sa paramétrisation. L'invention consiste à utiliser ledit écart résiduel sur le temps de trajet de chaque rayon pour approcher l'emplacement exact du réflecteur. A cet effet, pour tous les rayons correspondant à un même CRP, on convertit les écarts résiduels de temps de trajet At en corrections de distance b h ou en leurs composantes corrections de profondeur ss z et corrections de position horizontale ss x et éventuellement y. Sur la figure 2, on a représenté cette correction de profondeur pour le trajet particulier 12 qui part de la source S, se réfléchit sur le CRP considéré 13 et aboutit au récepteur R situé à une distance d de la source. Cette correction est portée sur la normale 24 au réflecteur modélisé i au CRP 13 considéré. La référence 14 désigne le trajet correspondant à un rayon qui part de S, se réfléchit sur le CRP corrigé 15 et aboutit en R. Le procédé selon l'invention est illustré par les figures 3 et 4. Sur l'axe 24 correspondant à la normale au réflecteur i au CRP considéré 13, on porte, à partir d'une origine représentée par ledit CRP 13 du macromodèle, les corrections de distance t h correspondant à tous les rayons qui illuminent ledit CRP lorsque d varie, chaque correction Ah étant matérialisée par un trait 16 perpendiculaire à la normale 24 et représentatif d'une impulsion. La figure 3 montre le cas où toutes les corrections de profondeur 16 coincident. L'impulsion correspondant à chaque correction est convoluée par un signal, par exemple du type ondelette de Ricker. Tous les signaux étant en coincidence, le résultat de la convolution est est un signal 18 dont le maximum d'amplitude est égal à la somme des amplitudes des impulsions. La figure 4 correspond au cas où les corrections de distance th sont étalées. Ici aussi, les corrections sont convoluées par un signal donné, par exemple du type ondelette de Ricker, les signaux 18,20 résultant de la convolution étant ensuite additionnés. La dispersion des corrections se traduit par une amplitude de la somme moindre que dans le cas précédent. L'avantage du procédé selon l'invention est qu'il permet d'obtenir une image synthétique du réflecteur plus proche de la réalité. De plus, des hautes fréquences qui ont été perdues dans la représentation du macromodèle par des fonctions splines sont récupérées. REVENDICATIONS 1- Procédé d'estimation améliorée de la position de réflecteurs acoustiques présents dans un milieu, par interprétation des écarts entre les temps de trajet réels et modélisés des ondes acoustiques dans ce milieu, du type consistant à - collecter des traces sismiques au moyen d'un système d'enregistrement comprenant au moins une source (S) émettrice d'ondes acoustiques et plusieurs récepteurs (R) que l'on déplace à la surface du milieu, - déterminer à partir de ces traces les temps de trajets réels observés (tobs) pour chaque couple source/ récepteur et correspondant à des réflexions sur les différents réflecteurs du milieu, - définir un macromodèle paramétré donnant la profondeur z des réflecteurs (i) et la vitesse V des couches du milieu en fonction de la coordonnée horizontale x et éventuellement de la coordonnée horizontale y, - déterminer, à l'aide du macromodèle, des temps de trajet source/récepteur modélisés (tmod) par la technique du tracer de rayons, et - calculer, pour chaque réflecteur et pour chaque rayon, l'écart de temps de trajet dt = tobs - tmod ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste a:: - effectuer le tracer de rayons à partir de points, dits CRP, choisis sur les réflecteurs du macromodèle, - transformer, pour chacun desdits CRP, l'ensemble des écarts At obtenus pour tous les rayons du macromodèle issus du CRP concerné en une correction de distance AH le long d'une direction prédéterminée (24) passant par ledit CRP, et - déplacer le CRP concerné du macromodèle de la distance E le long de ladite direction prédéterminée pour fournir une position corrigée dudit CRP, l'ensemble des positions corrigées des CRP d'un réflecteur du macromodèle représentant une position corrigée améliorée de ce réflecteur. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transformation de l'ensemble des dt relatifs à un même CRP en la correction correspondante de distance AH consiste à: - représenter une même impulsion (16) perpendiculairement à la direction prédéterminée (24) en chacun des points de ladite direction dont les distances à une origine, représentée par la position du CRP concerné déduite du macromodèle, ont des valeur th représentant des corrections de distance correspondant aux t t associés aux différents rayons illuminant le CRP lorsque la distance source/récepteur ou offset varie, - convoluer chacune desdites impulsions par un même signal donné (18;;20), - additionner les signaux résultant de la convolution pour obtenir un signal somme, et - prendre comme valeur A H la distance séparant la position du maximum dudit signal somme de l'origine choisie. 3- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la direction prédéterminée passant par le CRP concerné est la normale (24) au réflecteur contenant ledit CRP. 4- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la profondeur z des réflecteurs et la vitesse V des couches du modèle sont des fonctions splines de la coordonnée horizontale x. 5- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on modifie le macromodèle par itération en mettant en oeuvre un algorithme d'inversion jusqu'à ce que tous les écarts At aient convergé vers une valeur stable minimale. 6- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pour tracer les rayons, on effectue un échantillonnage régulier du réflecteur sur le macromodèle, on se fixe une première distance source/récepteur ou offset, on trace les rayons correspondant à tous les CRP, puis on se donne un second offset et l'on trace les rayons pour les mêmes CRP, et ainsi de suite avec plusieurs offsets.