Brevet FR2730819A1 — publié le 19960823

Procédé de réalisation d'un cube 3D en traces proches à partir de données acquises en sismiques marine réflexion La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une image du sous-sol en trois dimensions dite cube 3D en traces proches à partir de données acquises en sismique réflexion marine et elle se rapporte, plus particulièrement, à la génération d'un mini cube 3D réalisé à bord d'un navire d'exploration se déplaçant dans la zone à explorer suivant une configuration bien connue. La sismique marine à trois dimensions ou 3D est utilisée de préférence à la sismique marine à deux dimensions ou 2D, pour améliorer le positionnement latéral des réflecteurs sur lesquels se réfléchissent des ondes émises par une source d'émission, les ondes réflé- chies étant reçues et enregistrées sur des récepteurs- enregistreurs régulièrement espacés le long d'un câble enregistreur ou flûte (streamer) remorqué dans la direction de navigation du navire. La sismique marine 3D permet également d'améliorer la résolution latérale dans la direction perpendiculaire (cross-line) à la direction d'acquisition donnée par la direction de la flûte. En sismique marine 3D, on remorque simultanément une ou plusieurs sources et un groupe de flûtes sensi- blement parallèles, de manière à acquérir sur un trajet du bateau (ligne naviguée) plusieurs lignes de données sismiques, dites lignes d'acquisition dont chacune est définie par un couple source-flûte; ces lignes permet- tent, après un traitement adéquat, d'obtenir une image en trois dimensions du sous-sol, généralement appelé cube sismique. En utilisant plusieurs sources d'émission et un 2 2730819 plus grand nombre de flûtes, par exemple 2 ou 3 sources et de 4 à 6 flûtes, on couvre à moindre coût une plus grande zone d'exploration avec des données finales de cohérence accrue. La nature des sources d'émission, l'écartement desdites sources et des flûtes, la longueur de chaque flûte qui varie entre 1000 et 6000 m, le nombre de récepteurs-enregistreurs prévus sur chaque flûte (des milliers d'hydrophones sur des centaines de canaux indépendants), la distance entre récepteurs-enregistreurs consécutifs ou inter-trace sont adaptés à l'imagerie d'objectifs situés à des profondeurs de quelques kilo- mètres. Les sources et les récepteurs-enregistreurs sont dotés de moyens pour les localiser spatialement de telle sorte qu'on puisse traiter les données sismiques recueillies en position géographique exacte à moins d'une dizaine de mètres près. Les points milieux géométriques de chaque couple source-récepteur sont regroupés à l'intérieur d'une grille de "bins" ou cellules rectangulaires formant un maillage spatial régulier dans un plan X, Y, X étant de préférence la direction de référence de navigation et Y étant la direction perpendiculaire à la direction X. De préférence, les cellules de la grille ont un pas égal à la moitié de l'inter-trace suivant la direction X et dans la direction Y, à la moitié de la plus petite distance latérale soit entre sources lorsqu'il y en a plusieurs, soit entre flûtes dans leur configuration géométrique théorique. La grille de bins utilisée dynamiquement est en réalité une grille géographique statique calculée une fois pour toutes avant la campagne d'exploration en supposant une navigation du navire et une géométrie du dispositif remorqué (source(s) et flûtes) théoriques et parfaites. 3 2730819 Pour l'exploitation finale des données sismiques enregistrées, suivant les lignes de traitement en X ("on line") ou en Y ("crossline") définies par le maillage, il est nécessaire d'éviter que le remplissage en temps réel de la grille de bins (binning en anglais) d'une ligne d'acquisition sur l'autre se fasse avec des trous ou une surcouverture. Cependant, les coordonnées des positions finales des sources d'émission et des récepteurs sont seulement obtenues dans une phase ultérieure de post- calcul, de manière à filtrer les données de position- nement d'une façon plus élaborée qu'en temps réel. Les positions qui se révèlent aberrantes en seconde analyse sont ultérieurement recalculées afin de fournir en fin de mission une qualité de données de positionnement pratiquement constante. La précision finale (de l'ordre de quelques mètres), demandée par certaines étapes du traitement des données sismiques, approche les limites des méthodes mises en oeuvre, au moins en ce qui concerne les posi- tions latérales des sources et des récepteurs, souvent moins bien contraintes par les mesures de positionnement que les positions longitudinales, et sujettes à certains biais systématiques que les données de positionnement seules ne permettent pas forcément de détecter et de corriger. C'est principalement pour détecter et corriger ces erreurs et ces biais que la réalisation à bord d'un cube 3D de données sismiques sommées en couverture multiple réduite à été adoptée, dès qu'elle a été possible (depuis 1992). La couverture multiple réduite utilisée pour l'obtention du cube traces proches selon l'art antérieur consiste à travailler sur les traces de déports courts après correction dynamique. En produisant, à partir d'un cube de données traitées conventionnellement (mais en couverture réduite), des coupes à temps constant (figure 1) et des 4 2730819 sections "crossline" c'est-à-dire perpendiculaires à la direction X (figure 2), on peut effectivement mettre en évidence des erreurs de positionnement, qui se traduisent par des déphasages temps entre les traces associées à une même ligne naviguée ou entre les traces associées à des lignes naviguées adjacentes. On observe que parmi les cubes en couverture réduite ce sont ceux en couverture unité utilisant la seule trace la plus proche de chaque ligne de traitement qui offre la plus grande sensibilité aux erreurs de positionnement. Dans ce cas, on observe sur l'image du fond de l'eau ou des horizons ou réflecteurs les plus proches dudit fond, par exemple situés à 200 ms sous ledit fond, les deux phénomènes suivants (figure 1). Le premier phénomène est lié à la géologie des premières couches du soussol; il s'agit de l'image par exemple de paléochenaux quaternaires remplis par des sédiments d'impédance acoustique plus forte que le fond de l'eau et désignés par la référence 1. Une impédance acoustique plus forte engendre un coefficient de réflexion plus important c'est-à-dire un effet de fond dur. Le deuxième phénomène est dû aux artefacts liés aux imperfections de l'acquisition et du traitement, et il est matérialisé sur la figure par un motif approxima- tivement périodique sous forme de rubans orientés dans la direction des trajets de navigation et désignés par la référence 2. Lorsque les coordonnées utilisées dans le calcul d'un cube 3D en traces proches sont entachées d'erreurs, ces dernières engendrent des décalages en temps qui sont également orientés sous forme de rubans, éventuellement localement périodiques s'il s'agit de biais systéma- tiques. 2730819 La partie principale du motif périodique observé est un artefact du traitement et de la mise en oeuvre du cube 3D en traces proches selon l'art antérieur. Une cause sinon principale, du moins importante, des arte- facts est la distorsion fréquentielle différentielle résultant de la correction dynamique entre des déports (offsets) courts variables d'une ligne de traitement ou d'acquisition à l'autre. Or, sur les horizons ou réflec- teurs proches du fond de l'eau, la distorsion fréquentielle est très importante et varie rapidement en fonction du déport, le déport étant la distance séparant une source d'un récepteur donné. L'effet de distorsion fréquentielle s'exprime pour un milieu homogène par la formule: F' 1 F X \ d i1 + F +(V.To)2 dans laquelle: F' est la fréquence après correction dynamique, F est la fréquence avant correction dynamique, X est le déport pour un couple source-récepteur donné, V est la vitesse de correction dynamique, To est le temps double pour un déport nul (source et récepteur confondus). Cet effet de distorsion fréquentielle est d'autant plus important que les horizons sont super- ficiels ou très proches du fond de l'eau et que le déport minimum varie d'une ligne de traitement à l'autre sur une même ligne naviguée. Dans le cas de la sismique 3D marine, cette variation de déport est en fait due à une variation de la composante latérale Y de déport et elle 6 2730819 augmente en particulier avec le nombre de lignes d'acquisition ou de flûtes, à taille de bin égale. Lorsque ces effets sont constatés et que leur élimination est jugée nécessaire, il est proposé généra- lement un traitement consistant à appliquer sur les sections à temps constants un filtre spatial (en Kx, Ky), transformée de Fourier spatiale dans le domaine des coordonnées x et y, respectivement dans la direction des flûtes et dans la direction perpendiculaire auxdites flûtes, de manière à effectuer ainsi une déconvolution spatiale globale du phénomène. Cependant, un tel traitement réduit l'effet et non la cause et il risque d'éliminer d'autres distorsions associées à des erreurs de positionnement. En effet, avec deux sources et un groupe de quatre flûtes, un biais systématique de position d'une source ou d'une flûte se traduit par un décalage respectivement toutes les deux ou toutes les quatre lignes de traitement. Or, la périodicité normale des déports proches dans cette configuration est de huit lignes avec des harmoniques spatiaux à quatre et deux lignes. Un filtre spatial optimisé pour éliminer ces artefacts risquerait donc de réduire la capacité de détection de biais de positionnement des sources ou des flûtes. De plus, comme toute convolution nécessitant une transformée de Fourier, il se produit des effets de bords gênants lorsqu'on utilise un cube incomplet. Or, c'est en cours de mission lorsqu'on dispose seulement d'un cube très incomplet, qu'on a besoin d'avoir des informations sur les premières couches du sous-sol marin. On pourrait envisager la réalisation à bord du navire d'un cube 3D final en couverture complète. Toutefois, cela nécessiterait des moyens embarqués prohi- bitifs (informatique très lourde, personnel supplémen- taire et très qualifié), ce qui, en général, n'est pas 7 2730819 justifié par le gain de temps escompté dans la fourniture du résultat final. La présente invention a pour but de proposer un procédé simple qui atténue grandement le phénomène des artefacts précédemment décrits dus au traitement des don- nées sismiques, au moins pour les premières couches du sous-sol marin, et qui permet ainsi d'identifier des erreurs de positionnement qui autrement auraient été masquées par lesdits artefacts. La présente invention a pour objet un procédé de réalisation d'un cube 3D en traces proches à partir de données acquises en sismique marine réflexion, du type dans lequel: a) on procède à l'acquisition desdites données en déplaçant dans une direction de référence D, i) au moins une source, ii) plusieurs flûtes sismiques espacées de la source, distantes latéralement les unes des autres et comportant chacune des récepteurs- enregistreurs régulièrement espacés le long de chaque flûte, et iii) des moyens de localisation spatiale de chaque source et de chaque flûte, de manière à obtenir simultanément, pour chaque ligne naviguée, d'une part des données sismiques sous la forme de traces, fournies par les récepteurs-enregistreurs, le long d'autant de lignes d'acquisition, de préférence sensiblement parallèles à la direction de référence D, que le produit du nombre de flûtes par le nombre de sources utilisés et d'autre part, des données de locali- sation spatiales de chaque source et des récepteurs- enregistreurs pour fournir la distance ou déport séparant chaque source de chaque récepteur ainsi que les coordon- nées du point milieu du couple source/récepteur- enregistreur associé à chaque trace, 8 2730819 b) on réalise une image du sous-sol en trois dimensions dans un système d'axes (X, Y, T) sous la forme dite cube 3D en attribuant à chaque cellule (bin) d'un ensemble de cellules formant un maillage spatial régulier dans un plan X, Y, représentatif du plan d'acquisition des données sismiques, une trace centrale élaborée à partir des traces enregistrées et représentée au centre de ladite cellule suivant l'axe temporel (T), ledit procédé se caractérisant en ce que pour chaque ligne naviguée on constitue la trace centrale de chaque cellule à partir d'au moins une première trace enregis- trée dont le point milieu associé est situé à l'intérieur de ladite cellule et dont le déport est le plus proche possible d'un déport constant égal au plus petit déport commun à au moins l'ensemble des traces de la ligne naviguée. Un avantage de la présente invention réside dans le fait qu'outre une réduction substantielle du phénomène des artefacts, elle permet de restituer avec une plus grande précision les premiers milieux par le cube traces proches. Un autre avantage est la possibilité de détecter plus facilement les biais de positionnement des récep- teurs de tête des flûtes et/ou des sources et de faciliter l'application de traitements ultérieurs plus sophistiqués tels que le DMO (Dip Move Out) 3D, les analyses de vitesse fines pour la migration profondeur avant somme. D'autres avantages et caractéristiques ressorti- ront mieux à la lecture du procédé selon l'invention ainsi que des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une section à temps constant (92 ms) obtenue à partir de l'exploitation d'un cube traces proches en couverture un selon l'art antérieur, 9 2730819 sur laquelle sont représentés les deux phénomènes qu'on observe pour un fond marin situé à environ 90 ms, - la figure 2 est une section temps dans la direction perpendiculaire (cross-line) au trajet du navire obtenue selon l'art antérieur, à partir de l'exploitation du même cube traces proches utilisé pour la figure 1. - la figure 3 est une vue schématique de dessus d'un dispositif d'acquisition de données pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, en sismique marine, - les figures 4 à 7 sont des courbes illustrant les phénomènes de distorsion fréquentielle due à la correction dynamique en fonction du déport, - la figure 8 est une section à temps constant obtenue selon l'invention pour un fond marin situé à environ 140 ms, la figure 9 est une section temps dans la direction perpendiculaire (cross-line) au trajet du navire obtenue avec le procédé selon l'invention. Le dispositif d'acquisition de données pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention (figure 3) comprend de manière conventionnelle un navire 3 remor- quant deux sources d'émission S1 et S2, ainsi qu'un groupe de quatre flûtes 4 à 7 par exemple. Les flûtes 4 à 7 sont censées se déplacer parallèlement entre elles et sont disposées symétriquement par rapport à un axe longi- tudinal de symétrie 8 qui est sensiblement la direction de déplacement D ou de trajet du navire 3 (ligne naviguée). Les sources S1 et S2 sont également disposées symétriquement par rapport à l'axe longitudinal 8. Chaque flûte (streamer en anglais) 4 à 7 comprend un grand nombre de récepteurs-enregistreurs qui reçoivent et enregistrent, chacun, des signaux ou traces qui sont représentatives des ondes émises par les sources d'émis- sion S1, S2 et réfléchies par les réflecteurs du sous-sol 2730819 marin. Une ligne d'acquisition de données sismiques est déterminée par la ligne de déplacement d'une flûte sur laquelle sont régulièrement espacés les récepteurs. En tête de chaque flûte, il y a un récepteur de tête R14, R15, R16, R17, l'indice en exposant indiquant le rang du récepteur et les indices 4, 5, 6, 7 indiquant la flûte considérée. Dans l'exemple représenté, le récepteur de tête R14 de la flûte 4 est séparé de la source S1 par une distance ou déport égale à 225 m, le récepteur de tête R15 étant à 170 m de Sl, les autres récepteurs de tête R16 et R17 étant respectivement séparés de la source S1 de 151 m et 190 m. En raison de la symétrie du dispositif, les récepteurs de tête R14, R15, R16, R17 sont séparés de la source S2 respectivement de 190 m, 151 m, 170 m et 225 m. L'écartement des sources S1 et S2, tout comme l'écartement entre les flûtes 4 à 7, est obtenu à l'aide de panneaux divergents angulés appropriés de manière à obtenir une poussée hydrodynamique latérale adéquate. Le positionnement des sources et des récepteurs est obtenu d'abord en relatif par rapport au navire puis en absolu en utilisant la position géographique de ce dernier, déterminée par exemple par un système de positionnement par satellites GPS (Global Positionning Systems), en mode différentiel. Tous ces moyens ainsi que ceux nécessaires pour une détermination correcte de la localisation spatiale des flûtes, récepteurs et sources sont bien connus des spécialistes et ne seront donc pas décrits. Lorsqu'on utilise les techniques classiques de traitement sismique marine avec éventuellement une som- mation de traces, bien connues et non décrites ici, on obtient une section temps dans la direction cross- line analogue à celle représentée sur la figure 2 sur laquelle on constate que les traces enregistrées par exemple à 9235 ms, 124 ms et 172 ms sont peu distinctes et, en il 2730819 conséquence, il est difficile de déterminer l'origine des artefacts dont une des causes, comme précisé ci-dessus, est la distorsion fréquentielle. Dans la réalisation d'un cube 3D en traces proches dans un système d'axes (X, Y, T), on attribue à chaque cellule ou bin d'un ensemble de cellules du plan X, Y, représentatif du plan d'acquisition des données sismiques, une trace centrale représentée au centre de la cellule considérée suivant l'axe temporel T. Selon l'invention, on atténue les artefacts en choisissant en entree du traitement sismique en vue de l'obtention du cube traces proches des traces à déport constant. Pour cela, on prend une première source, S1 par exemple, et on choisit comme déport constant le déport de 225 m, distance qui sépare la source S1 du récepteur de tête R14 et qui représente le plus petit déport commun entre la source S1 et les divers récepteurs des flûtes 4 à 7 ou encore le plus grand des déports courts. Si on trace un arc de cercle 12 ayant S1 comme centre et S1R14 comme rayon, l'arc de cercle 12 coupe théoriquement la flûte 5 en un point qui est proche ou confondu avec le récepteur R55, la flûte 6 au voisinage du récepteur R66 et la flûte 7 au voisinage du récepteur R47. Dans ce cas, l'obtention de l'image du cube traces proches selon l'invention passera par exemple par la sélection des enregistrements associés aux couples Sl-R14, S1-R55, S1- R66 et S1-R47 au fur et à mesure de l'acquisition, puis par le traitement de ces données, les bins remplis à ce stade seront ceux contenant les milieux des segments joignant les couples S1-récepteur considéré R14, R55, R66 et R47 par exemple les milieux PM et PM1 des segments Sl- R17 et S1-R47 et les lignes de traitement passant par ces bins, telles que la ligne 20 passant par milieux PM et PM1. 12 2730819 On recommence l'opération avec la source S2 et le déport de 225 m déterminé par la distance SlR17 et représentant le plus petit déport commun entre la source S2 et les divers récepteurs des flûtes 4 à 7, ce qui donne un arc de cercle 13 qui intersecte la flûte 4 au voisinage du récepteur R44, la flûte 5 au voisinage du récepteur R65, la flûte 6 au voisinage du récepteur R56 et la flûte 7 au récepteur R17. Sur la trace unique sélectionnée pour chaque couple source-flûte, on effectue un traitement sismique qui se ramène essentiellement à une correction dynamique. Avec le procédé selon l'invention, on constate que la variation de la distorsion fréquentielle est diminuée d'un facteur 6 environ. En effet, la distance entre deux récepteurs consécutifs sur chaque flûte est généralement de 12,5 m, qu'on désigne également par inter-trace. Comme la variation du déport qui est à l'origine de 75 m (225-150 m) est ramenée au maximum à l'inter-trace, soit 12,5 m, il est aisé de constater que le gain est de 75/12,5 = 6. Une comparaison des figures 8 et 9 qui sont des sections du cube 3D traces proches selon l'invention, avec les figures 1 et 2 de l'art antérieur, permet de vérifier que les bandes 15 des artefacts (figure 8) sont considérablement élargies et que les premières couches du sous-sol sont mieux restituées sur le cube 3D traces proches obtenu selon l'invention même si les sections représentées sur les figures ne concernent pas les mêmes milieux explorés et sont à des temps constants dif- férents. La figure 9 met en évidence que les traces sont plus lisibles et plus nettes les unes des autres, ce qui permet éventuellement d'identifier plus facilement des erreurs de positionnement. Sur les figures 4 à 7, on a représenté des courbes de distorsion fréquentielle, dont la variation 13 2730819 est sensiblement linéaire en fonction du déport pour la gamme de valeurs (déport, temps, vitesse) considérée. La figure 4 représente une courbe F'/F en fonction du déport avec To = 92 ms, un déport maximum de 250 m et une vitesse de correction dynamique NMO (Normal Move Out) de 1500 m/s. La variation du rapport F'/F est comprise entre 0,525 et 0,675 soit 0,15 pour une variation du déport comprise entre 150 et 225. Le procédé selon l'invention permet de réduire la variation du rapport F'/F à une valeur sensiblement égale à 0,025 soit un gain d'environ 6. La figure 5 représente la courbe F'/F en fonction du déport avec To = 92 ms, vitesse NMO = 1600 m/s et un déport maximum de 300 m, alors que la figure 6 représente une courbe similaire avec To = 124 ms, vitesse NMO: 1600 m/s et un déport maximum de 300 m; la courbe de la figure 7 est réalisée avec To = 172 ms, vitesse NMO = 1700 m/s et un déport maximum de 300 m. Dans tous les cas et dans la partie linéaire de chaque courbe F'/F, on constate un gain d'environ 6. Le procédé selon l'invention est également appli- cable en couverture multiple réduite. A cet effet, à chaque bin est affecté outre une première trace telle que celle associée aux points milieux PM ou PM1, au moins une deuxième trace supplémentaire permettant de constituer ladite couverture multiple réduite. Chaque trace supplé- mentaire peut être soit une trace choisie comme la première trace mais avec un déport constant différent, soit une trace consécutive à ladite première trace. Dans ce cas, les traces ainsi sélectionnées y compris la première trace sont corrigées de dynamique puis sommées pour obtenir une trace somme qui est utilisée comme trace centrale de la cellule (bin) dans laquelle sont situés les points milieux associés aux traces sélectionnées. 14 2730819 La tendance actuelle est à l'augmentation du nombre de flûtes; cela augmente en conséquence les différences entre déports courts d'une même ligne navi- guée et aggrave potentiellement la distorsion fréquen- tielle différentielle affectant les traces à déport constant. Avec le procédé selon l'invention et quel que soit le mode de couverture simple ou multiple, l'augmen- tation du nombre de flûtes n'aggrave pratiquement pas la distorsion fréquentielle différentielle du fait qu'on travaille avec un déport constant ou quasi constant en couverture simple et une gamme de déports constants en couverture multiple. 2730819 REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un cube 3D en traces proches à partir de données acquises en sismique marine réflexion, du type dans lequel: a) on procède à l'acquisition desdites données en déplaçant dans une direction de référence D, i) au moins une source (SI, S2), ii) plusieurs flûtes sismiques (4 à 7) espacées de la source, distantes latéralement les unes des autres et comportant chacune des récepteurs- enregistreurs (R14, R15, R16, R17...) régulière- ment espacés le long de chaque flûte, et iii) des moyens de localisation spatiale de chaque source et de chaque flûte, de manière à obtenir simultanément, pour chaque ligne naviguée, d'une part des données sismiques sous la forme de traces, fournies par les récepteursenregistreurs, le long d'autant de lignes d'acquisition, de préférence sensiblement parallèles à la direction de référence D, que le produit du nombre de flûtes par le nombre de sources utilisés et d'autre part, des données de locali- sation spatiales de chaque source et des récepteurs- enregistreurs pour fournir la distance ou déport séparant chaque source de chaque récepteur ainsi que les coordon- nées du point milieu du couple source/récepteur- enregistreur associé à chaque trace, b) on réalise une image du sous- sol en trois dimensions dans un système d'axes (X, Y, T) sous la forme dite cube 3D en attribuant à chaque cellule (bin) d'un ensemble de cellules formant un maillage spatial régulier dans un plan X, Y, représentatif du plan d'acquisition des données sismiques, une trace centrale élaborée à partir 16 2730819 des traces enregistrées et représentée au centre de ladite cellule suivant l'axe temporel (T), ledit procédé se caractérisant en ce que pour chaque ligne naviguée on constitue la trace centrale de chaque cellule à partir d'au moins une première trace enregistrée dont le point milieu associé est situé à l'intérieur de ladite cellule et dont le déport est le plus proche possible d'un déport constant égal au plus petit déport commun à au moins l'ensemble des traces de la ligne naviguée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plus petit déport commun est égal au plus grand (S1 R17 ou S1-R14) des déports courts pour une ligne naviguée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que ladite trace centrale consiste uniquement en ladite première trace de manière à obtenir un cube 3D traces proches en couverture unité. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que, pour réaliser une couverture multiple réduite, on affecte à chaque cellule, en plus de ladite première trace, au moins une trace supplémentaire qui est soit une trace dont le déport est constant mais différent de celui de ladite première trace, soit une trace consécutive à ladite première trace, on corrige de dyna- mique les traces ainsi sélectionnées y compris la première, puis on somme les traces corrigées pour obtenir une trace somme, qui est utilisée comme trace centrale de la cellule (bin) dans laquelle sont situés les points milieux associés aux traces sélectionnées.