Brevet FR2698697A1 — publié le 19940603

I La présente invention concerne la prospection géophysique à l'aide de méthodes sismiques en milieu marin, et plus particulièrement un procédé de prospection sismique visant à améliorer le rapport signal/bruit en supprimant la contribution des sources ponctuelles de bruit industriel au v bruit de fond global. Le principe général de la prospection en sismique marine consiste à provoquer, à l'aide d'une source sismique, un ébranlement dans le milieu marin (par exemple par le dégagement d'un volume d'air ou de vapeur dans l'eau, la variation du volume d'un corps immergé, une implosion, une étincelle, etc plus généralement un tir) et à enregistrer à l'aide d'hydrophones remorqués par un navire de prospection des données sismiques pour en tirer une information sur la géologie du sous-sol. Les données sismiques comprennent une information utile (par exemple une succession d'échos en sismique-réflexion) noyée dans un bruit de fond global que l'on a jusqu'ici cherché à éliminer par un positionnement particulier des hydrophones ou par des méthodes de traitement du signal. Le bruit de fond global est engendré d'une part par des phénomènes naturels tels que la houle, les microséismes, qui présentent le plus souvent un caractère aléatoire non localisé, et d'autre part par l'activité humaine; on parle dans ce dernier cas de bruit industriel, qui présente en général un caractère localisé On peut distinguer deux catégories de sources de bruit industriel: a) les bruits générés ponctuellement de façon indépendante de la source sismique, par exemple un forage en cours, une pompe en fonctionnement sur une plate-forme pétrolière, un super-pétrolier croisant dans les parages du navire de prospection, ou encore un ébranlement sismique provoqué par un autre navire de prospection, et b) les bruits dus à la diffraction ponctuelle, par un obstacle fixe ou mobile, de l'ébranlement créé par la source sismique, par exemple la diffraction par un pied de plate-forme pétrolière ou par une aspérité du fond de la mer. D'une façon générale, le signal engendré par ces sources ponctuelles de bruit industriel se présente dans la représentation classique temps-distance sous forme d'hyperboles venant partiellement masquer les données utiles Aussi applique-t-on habituellement aux données sismiques enregistrées un filtrage en fréquence du signal (filtrage passe-bande) en vue d'éliminer le bruit industriel et améliorer le rapport signal/bruit. Toutefois, certains bruits industriels n'ont pu jusqu'à présent être éliminés de façon satisfaisante, notamment ceux correspondant au passage d'un bateau à proximité du navire de prospection ou ceux correspondant à des émissions sismiques effectuées par un autre navire de prospection sur le même site Dans le premier cas, la prospection est momentanément suspendue, jusqu'à ce que le bateau gênant se soit suffisamment éloigné et dans le deuxième cas, les divers navires présents sur un même site décident d'un commun accord de prospecter à tour de rôle La période d'inactivité pendant laquelle un navire de prospection ne peut effectuer aucune émission sismique se répercute bien entendu de façon significative sur le coût d'une campagne de prospection, rendant ainsi prohibitif le coût de la prospection dans des zones très fréquentées et riches en gisements telles que la Mer du Nord. La présente invention a pour objet un procédé de prospection en sismique marine permettant à un navire de prospection sismique de s'affranchir des contraintes de prospection précitées dues à la présence de sources ponctuelles de bruit industriel, et visant à l'amélioration du rapport signal/bruit, par élimination de la contribution au bruit de fond global des sources ponctuelles de bruit industriel. Plus particulièrement, la présente invention vise un procédé de prospection en sismique marine, du type dans lequel on provoque, à l'aide d'une source sismique, un ébranlement dans le milieu marin puis on réalise, au moyen d'hydrophones, un enregistrement de données sismiques contenant une information utile sur la géologie du sous-sol Selon la caractéristique essentielle de l'invention, on localise au moins une source ponctuelle de bruit industriel susceptible de délivrer durant l'enregistre- ment un signal indésirable masquant ladite information utile, et l'on mémorise ses coordonnées durant l'enregistrement, relativement à un repère donné dans lequel les coordonnées des hydrophones et de la source sismique sont également enregistrées, puis on traite les données sismiques enregistrées en fonction des coordonnées de cette source ponctuelle de bruit industriel en vue d'éliminer ledit signal indésirable. De préférence, on équipe la source ponctuelle de bruit industriel de moyens d'enregistrement pour connaître en fonction du temps le signal émis par la source. La présente invention a également pour objet de permettre à plusieurs navires de prospecter simultanément dans la même région, un navire de prospection au moins étant susceptible de constituer une source de bruit industriel pour le ou les autres navires De façon caractéristique, on équipe ce navire de moyens permettant de le localiser en temps réel dans ledit repère. La présente invention concerne aussi un enregistrement de données sismiques dans lequel figurent des données de positionnement d'au moins une source ponctuelle de bruit industriel. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, non limitative de l'invention, et à l'examen du dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une vue schématique montrant une disposition relative, dans un repère donné, de la source sismique, des hydrophones et d'une source ponctuelle indépendante de bruit industriel, la figure 2 est une vue schématique montrant une disposition relative, dans un repère donné, de la source sismique, des hydrophones, et d'une source ponctuelle de bruit industriel par diffraction de l'ébranlement créé par la source sismique, la figure 3 est une représentation temps-distance d'un enregistrement perturbé par une source ponctuelle de bruit industriel, la figure 4 est une représentation du signal de bruit simulé correspondant au signal émis par la source ponctuelle de bruit industriel de la figure 3. On a représenté schématiquement sur la figure 1, les positions relatives d'une source sismique 1 et d'hydrophones 3 dans un repère donné, par exemple un repère orthonormé dont l'origine est située sur le navire de prospection, non représenté Les hydrophones 3 sont classiquement disposés dans une flûte, c'est-à-dire un long tuyau rempli d'huile et remorqué par le navire de prospection Un hydrophone peut comprendre un capteur de pression ou plusieurs capteurs de pression groupés pour délivrer un signal commun La paroi du tuyau, suffisamment souple, transmet aux hydrophones, par l'intermédiaire de l'huile, la variation de pression du milieu marin en réponse à un ébranlement provoqué par la source sismique 1 La source sismique 1 est également remorquée par le navire de prospection et il s'agit par exemple d'un canon à air, d'un canon à vapeur, d'un canon à eau ou encore d'un étinceleur, connus en eux-mêmes On a indiqué sur la figure 1 par Xn, Yn les coordonnées d'un hydrophone 3 dans le repère précité et par Xs, Ys les coordonnées de la source sismique 1 dans ce repère. Selon l'invention, on localise une source de bruit industriel susceptible de perturber l'enregistrement des données sismiques A titre d'illustration, sur la figure 1, on a désigné par la référence 4 une source ponctuelle indépendante de bruit industriel, telle qu'une pompe située sur une plate-forme pétrolière Cette plate-forme est localisée dans le repère précité à l'aide de méthodes classiques de localisation Parmi de telles méthodes on peut citer par exemple la dépose d'une balise émettrice sur la plate-forme, un relevé sur une carte marine ou une localisation par radar, par satellite, etc On veillera, toutefois à obtenir une précision de localisation suffisante, de l'ordre d'une dizaine de mètre ou mieux Selon une caractéristique essentielle de l'invention, on enregistre les coordonnées (Xb (t), Xb (t)) de la source ponctuelle de bruit industriel ainsi localisée, pendant la durée de l'enregistrement des données sismiques Dans l'exemple décrit, la- source ponctuelle indépendante de bruit industriel 4 correspond à une source fixe (Xb (t) = constante = Xb, Yb (t) = constante = Yb), mais l'on peut bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, enregistrer les coordonnées (Xb (t), Yb (t)) d'une source ponctuelle indépendante de bruit industriel mobile, telle que par exemple un bateau se déplaçant. De préférence, quand cela est possible, on enregistre le signal émis par la source en fonction du temps, afin notamment d'effectuer les calculs dans une fenêtre temporelle plus réduite. Dans ce qui suit, afin de faciliter la compréhension, on supposera en première approximation, que le signal de bruit émis par la source 4 se propage de façon isotrope avec une vitesse V(x, y, z) constante = V dans le milieu marin jusqu'aux hydrophones 3 On peut ainsi aisément calculer le décalage temporel Et à appliquer au signal reçu par chaque hydrophone (ou trace) de façon à simuler une arrivée au même instant du front d'onde correspondant au bruit émis par la source 4, sur chacun des hydrophones, et pouvoir, en additionnant les traces ainsi décalées temporellement, concentrer le bruit industriel dans une étroite fenêtre temporelle en vue de faciliter son élimination Plus précisément, la correction de temps A t à apporter, est, pour un hydrophone de coordonnées Xn, Yn: àS t = l(Xn Xb)2 + (Yn Yb)1 l /V On représente classiquement les enregistrements de données sismiques sous la forme d'une juxtaposition de traces correspondant aux signaux recueillis par les hydrophones, disposées en abscisses comme les hydrophones le long de la flûte et en représentant en ordonnées les temps Dans une telle représentation temps-distance, un bruit industriel émis par une source ponctuelle se traduit par des hyperboles Le décalage A t apporté à chaque trace revient à translater chaque trace parallèlement à l'axe des ordonnées vers le haut de façon à transformer ces hyperboles en droites horizontales (arrivée au même instant du signal bruit sur tous les hydrophones) Ces droites horizontales sont facilement éliminées sur les traces de façon connues de l'homme du métier, par exemple par un procédé de filtrage connu en lui-même en nombre d'onde k autour du nombre d'onde k, o. Ensuite, on effectue le décalage inverse At pour retrouver l'allure de l'enregistrement initial sans les hyperboles correspondant au bruit industriel émis par la source 4. Sur la figure 2, la source ponctuelle 5 de bruit industriel correspond à la diffraction par un obstacle fixe de l'ébranlement provoqué par la source sismique 1 On peut, dans ce cas, connaissant les coordonnées (Xb(t) = Xb, Yb(t) = Yb) de l'obstacle 5, calculer précisément le temps d'arrivée aux hydrophones 3 du signal diffracté correspondant Si to désigne le début de l'ébranlement, les signaux diffractés par l'obstacle 5 arrivent sur un hydrophone de coordonées Xn Yn à l'instant tn suivant: tn = to + l((Xb Xs)2 + (Yb Ys)2) 2 + ((Xb Xn)2 + (Yb Yn)2) l/V Il est naturellement possible d'appliquer la même méthode que précédem- ment, c'est-à-dire de décaler temporellement les traces de A t = tn to De préférence, on tire parti de la connaissance de to pour simuler par calcul le signal diffracté reçu par les hydrophones et éliminer toute réplique de ce signal présente sur l'enregistrement de données sismiques. La figure 3 montre une représentation temps-distance correspondant à un enregistrement de données sismiques sur laquelle un signal de bruit industriel provenant de la diffraction par un obstacle fixe de l'ébranlement créé par la source sismique est indiqué par la flèche F. Ce signal de bruit présente une allure hyperbolique et masque partiellement des réflexions utiles désignées par la flèche R. La figure 4 correspond au signal de bruit simulé mathémati- quement, connaissant les coordonnées de l'obstacle 5 On remarque que les hyperboles H obtenues par simulation se superposent à celles de l'enregistrement initial de sorte qu'il devient facile pour l'homme de métier de les éliminer de l'enregistrement initial, au moyen par exemple d'une méthode de corrélation dans laquelle on suppose que la durée du train d'onde de bruit industriel est assez longue par rapport à la durée des trains d'ondes des signaux sismiques. Dans ce qui précède, pour des raisons de simplification de l'exposé, la vitesse V a été supposée constante et la propagation du signal de bruit industriel isotrope Il va de soi que l'homme de métier, en fonction des moyens de calcul et de modélisation dont il dispose, pourra tenir compte, sans sortir du cadre de l'invention, de la variation de la vitesse de propagation en fonction de la profondeur, par exemple La vitesse de propagation pourra alors être calculée à l'aide des lois de la réfraction. Finalement, un procédé de prospection en sismique marine selon l'invention s'avère constituer une approche originale et efficace pour éliminer les bruits industriels Le rapport signal/bruit est amélioré et le coût d'une campagne de prospection sismique est particulièrement diminué, puisqu'un navire de prospection peut désormais grâce au procédé selon l'invention, s'affranchir de la présence des sources de bruit industriel dès qu'il les a localisées. Grâce à l'invention, deux navires ou plus peuvent prospecter simultanément Il suffit pour cela d'équiper chaque navire de moyens d'émission et de réception échangeant des données de positionnement avec le ou les autres navires de sorte que chaque navire connaît en temps réel les coordonnées du ou des autres navires Chaque navire peut alors aisément éliminer, en mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, les signaux de bruit industriel indésirables correspondant aux tirs du ou des autres navires. REVENDICATIONS 1/ Procédé de prospection en sismique marine, du type dans lequel on provoque, à l'aide d'une source sismique ( 1), un ébranlement dans le milieu marin puis on réalise au moyen d'hydrophones ( 3), un enregistrement de données sismiques contenant une information utile sur la géologie du sous-sol, caractérisé en ce que l'on localise au moins une source ponctuelle ( 4; 5) de bruit industriel susceptible de délivrer durant l'enregistrement un signal indésirable masquant ladite information utile et l'on mémorise ses coordonnées (Xb(t), Yb(t)) durant l'enregistrement, relativement à un repère dans lequel les coordonnées des hydrophones (Xn, Yn) et de la source sismique (Xs, Ys) sont également enregistrées, puis on traite les données sismiques enregistrées en fonction des coordonnées de cette source ponctuelle de bruit industriel en vue d'éliminer ledit signal 1-5 indésirable. 2/ Procédé selon la revendication 1, la source ponctuelle de bruit industriel étant une source ponctuelle indépendante ( 4) de la source sismique, caractérisé en ce que le traitement des données enregistrées comprend l'étape consistant à décaler temporellement la trace d'un hydrophone de coordonnées (Xn, Yn), à un instant t donné, de la grandeur à t = l((Xn Xb(t))2 + (Yn Yb(t))2) /2 I/V V désignant la vitesse de propagation du signal émis par la source ponctuelle de bruit industriel, à additionner les traces ainsi corrigées de façon à concentrer le signal indésirable de bruit industriel dans une étroite fenêtre temporelle en vue de faciliter son élimination, puis à effectuer sur chaque trace, après élimination du signal indésirable, le décalage inverse At. 3/ Procédé selon la revendication 1, la source ponctuelle de bruit industriel étant une source ponctuelle ( 5) diffractant l'ébranlement créé par la source sismique, caractérisé en ce que le traitement des données enregistrées comprend l'étape consistant à décaler temporellement la trace d'un hydrophone de coordonnées (Xn, Yn), à un instant t donné, de la grandeur àt =l((Xb(t) Xs)2 + (Yb(t) ys)2)1/2 + ((Xb(t) Xn)2 + (Yb(t) Yn)2) l/V V désignant la vitesse de propagation du signal émis par la source ponctuelle de bruit industriel puis à additionner les traces ainsi corrigées de façon à concentrer le signal indésirable de bruit industriel dans une étroite fenêtre temporelle en vue de faciliter son élimination, puis à effectuer sur chaque trace, après élimination du signal indésirable, le décalage inverse At. 4/ Procédé selon la revendication 1, la source ponctuelle de bruit industriel étant une source ponctuelle ( 5) diffractant l'ébranlement créé par la source sismique, caractérisé en ce que le traitement des données comprend les étapes consistant à calculer le temps d'arrivée tn sur chaque hydrophone du signal émis par la source ponctuelle de bruit industriel connaissant l'instant to du début de l'ébranlement à l'aide de la formule tn = to + l((Xb Xs)2 + (Yb Ys)2) /2 + ((Xb Xn)2 + (Yb Yn)2) l/V V désignant la vitesse de propagation du signal émis par la source ponctuelle de bruit industriel et ensuite simuler par calcul la forme théorique du signal émis par la source ponctuelle de bruit pour la comparer aux données enregistrées et éliminer de ces données toute réplique de ce signal. 5/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel un navire de prospection est susceptible de constituer une source de bruit industriel, caractérisé en ce que l'on équipe ce navire de moyens permettant de le localiser en temps réel dans ledit repère. 6/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on équipe la source ponctuelle de bruit industriel de moyens d'enregistrement pour connaître en fonction du temps le signal émis par la source. 7/ Enregistrement de données sismiques dans lequel figurent des données de positionnement d'au moins une source ponctuelle de bruit industriel.