Brevet FR2751757A1 — publié le 19980130

Méthode d'acquisifion et de traitement de données sismiques réflexion pour l'exploration d'un milieu à tectonique complexe La présente invention concerne une méthode d'acquisition et de traitement de données sismiques pour l'exploration d'un milieu à tectonique complexe. La couverture multiple est une technique d'acquisition de données sismiques réflexion, dans laquelle des sources d'émission et des récepteurs sont disposés à la surface du milieu à explorer. Les enregistrements, sous forme de traces, sont regroupés de telle sorte qu'un même point milieu regroupe plusieurs enregistrements. La série d'enregistrements associés à un même point milieu forme ce qu'il est convenu d'appeler une collection de traces en point milieu commun. Pour l'obtention de ces collections de traces, il convient de répartir à la surface du milieu les sources d'émission ou émetteurs et les récepteurs suivant une organisation géométrique prédéterminée. En général, deux catégories de dispositifs peuvent être définis 2D ou 3D. Dans un dispositif 2D les émetteurs et les récepteurs sont déployés théoriquement en ligne à la surface du milieu, de manière à fournir une distribution des points milieux communs (PMC) linéique, ou traitée comme telle, avec une seule coordonnée horizontale pour chaque PMC. Dans un dispositif 3D, les émetteurs et les récepteurs sont disposés de manière à fournir une distribution surfacique de points milieux, ou traitée comme telle, avec deux coordonnées horizontales pour chaque PMC. Dans FR 2 729 766 du 23 janvier 1995 et qui est intégrée dans la présente demande pour tout ce qui concerne le traitement des caractéristiques ou paramètres du milieu à explorer, il est décrit une méthode de traitement de données sismiques particulièrement adaptée à l'étude de milieux à tectonique complexe et qui permet d'obtenir des paramètres caractérisant au moins le champ de vitesses de sommation, associé à des éléments réflecteurs. La méthode décrite dans FR 2 729 766 propose, en particulier, d'enregistrer quatre sismiques 2D du type sérié, analogue à la 3D marine conventionnelle, et orientées dans quatre directions, deux directions successives quelconques faisant entre elles un angle sensiblement égal à 45". Un avantage important de cette méthode réside dans le fait qu'on peut réaliser une acquisition en trois dimensions avec des acquisitions 2D pour des milieux qui ne peuvent être explorés qu'en trois dimensions. La présente invention a pour objet notamment une méthode d'acquisition et de traitement de données sismiques réflexion permettant d'obtenir un champ tensoriel de vitesses de sommation et un bloc image 3D, par exemple en sismique 3D terrestre et en tectonique complexe. La méthode selon l'invention est du type dans lequel on utilise au moins un émetteur d'ondes élastiques et des récepteurs des ondes réfléchies sur au moins un réflecteur du milieu, les ondes réfléchies étant enregistrées sous forme de traces sismiques, et elle est caractérisée en ce que a) on génère un nombre de traces sismiques suffisamment grand suivant une première direction prédéterminée pour avoir dans ladite première direction, une première distribution dense de points milieux (PM) de paires émetteur-récepteur ayant produit lesdites traces sismiques, et on constitue pour chacun des PM distribués sur la première direction, une collection de traces en PMC regroupant toutes les traces produites par les paires émetteur-récepteur qui sont sensiblement alignées avec la première direction, le point milieu de chaque paire étant confondu avec le PMC de la collection de traces, b) on génère également une deuxième distribution dense de PM suivant une deuxième direction perpendiculaire à ladite première direction et on constitue pour chacun des PM distribués sur la deuxième direction, une collection de traces en PMC regroupant toutes les traces produites par les paires émetteur-récepteur qui sont sensiblement alignées avec la deuxième direction, le milieu de chaque paire étant confondu avec le PMC de la collection de traces, de sorte qu'on obtienne des séries de lignes de PMC parallèles aux première et deuxième directions qui constituent une grille d'analyse dont les intersections sont des noeuds d'analyse, le nombre de traces sismiques dans chaque collection de traces en PMC étant suffisant pour effectuer une analyse de courbure d'indicatrices. Selon une autre caractéristique de l'invention, on génère également une troisième distribution dense de PM suivant une troisième direction et on constitue pour chacun des PM distribués sur la troisième direction, une collection de traces en PMC regroupant toutes les traces produites par les paires émetteur-récepteur qui sont sensiblement alignées avec la troisième direction, le milieu de chaque paire étant confondu avec le PMC de la collection de traces, le nombre de traces sismiques dans chaque collection de traces en PMC étant suffisant pour effectuer une analyse de courbure d'indicatrices. Selon une autre caractéristique de l'invention, on génère également une quatrième distribution dense de PM suivant une quatrième direction et on constitue pour chacun des PM distribués sur la quatrième direction, une collection de traces en PMC regroupant toutes les traces produites par les paires émetteur-récepteur qui sont sensiblement alignées avec la quatrième direction, le milieu de chaque paire étant confondu avec le PMC de la collection de traces, le nombre de traces sismiques dans chaque collection de traces en PMC étant suffisant pour effectuer une analyse de courbure d'indicatrices. Selon une autre caractéristique de l'invention, chacune des troisième et quatrième directions fait un angle d'environ 45" avec chacune des première et deuxième directions. Selon une autre caractéristique de l'invention, la grille d'analyse constitue un support pour un dispositif d'acquisition de données sismiques réflexion. Selon une autre caractéristique de l'invention, on réalise une couverture 3D à distribution surfacique dense simultanément à la constitution de la grille d'analyse et en ce que les PM distribués suivant chacune desdites directions sont sélectionnés parmi ceux obtenus pour la couverture 3D. Selon une autre caractéristique de l'invention, la grille d'analyse est utilisée avec une couverture 3D préalablement effectuée. Selon une autre caractéristique de l'invention, on détermine pour chaque PMC correspondant à un noeud d'analyse, une valeur de la courbure des indicatrices dans chaque direction, les valeurs ainsi obtenues étant utilisées pour la détermination des composantes du champ de vitesses au temps t0 associé audit PMC et pour un élément de réflecteur donné du milieu, t0 étant le temps vertical de propagation avec réflexion pour un déport nul entre émetteur et récepteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, à partir des composantes du champ de vitesses associé à un réflecteur, on détermine des paramètres tels que : 0, T, tps et tpmax caractérisant la géométrie dudit élément de réflecteur, O représentant l'angle que fait la première direction avec une direction de référence, tpmin et tpmax désignant respectivement les valeurs de plus faible et de plus fort pendage dudit élément réflecteur et X désignant le temps de transit. Selon une autre caractéristique de l'invention, les mailles de la grille d'analyse sont régulières. Selon une autre caractéristique de l'invention, les mailles de la grilles d'analyse sont carrées. Selon une autre caractéristique de l'invention, les mailles d'analyse sont en forme de parallélogramme. Un avantage de la présente invention réside dans le fait qu'une seule campagne d'acquisition de données sismiques suffit à fournir des données vitesses suivant une grille d'analyse 2x2D, 3x2D ou 4x2D et simultanément une couverture 3D. Au lieu de réaliser la couverture 3D simultanément à la réalisation de la grille d'analyse, on peut utiliser les données sismiques 3D d'une précédente campagne d'acquisition effectuée pour le milieu pour lequel on réalise la grille d'analyse. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront mieux à la lecture de la description de la méthode selon l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'une grille d'analyse 2x2D, - la figure 2 est une représentation schématique d'une grille d'analyse 3x2D, - la figure 3 est une représentation schématique d'une grille d'analyse 4x2D, - la figure 4 est un exemple d'une carte de couverture 2x2D et lx3D. Un dispositif dit d'acquisition de données sismiques est disposé à la surface du milieu à explorer, ladite surface pouvant être par exemple le sol terrestre ou le fond marin. Le dispositif d'acquisition comprend au moins un émetteur qui émet des ondes élastiques dans le milieu à explorer et des récepteurs qui reçoivent les ondes réfléchies sur un ou plusieurs réflecteurs. Les ondes réfléchies sont enregistrées sous forme de traces sismiques. La méthode selon l'invention consiste à établir une grille d'analyse telle qu'elle permette notamment la détermination du champ de vitesses tensoriel dans ledit milieu. A cet effet, on génère un nombre de traces sismiques suffisamment grand suivant une première direction 1 d'azimut prédéterminé ou qui fait un angle Dans une autre étape, on constitue pour chacun des PM distribués sur ladite première direction 1, une collection de traces en points milieux communs (PMC) et qui regroupe toutes les traces produites par les paires émetteur-récepteur qui sont sensiblement alignées avec la première direction 1 et qui sont centrées sur le PMC, c'est-à-dire dont le point milieu (PM) est centré sur le point milieu commun (PMC) de ladite collection de traces considérée. Dans une autre étape et de préférence simultanément aux étapes précédentes, on génère également et de la même manière un nombre de traces sismiques suffisant pour avoir une distribution dense de PM dans une deuxième direction 2 qui est perpendiculaire à la première direction 1. On constitue également pour chacun des PM distribués suivant la deuxième direction 2, une collection de traces en PMC qui regroupe toutes les traces produites par les paires émetteur-récepteur qui sont sensiblement alignées avec la deuxième direction D2 et centrées sur le PMC de la collection de traces considérée. On réalise des séries de lignes de PM 11 parallèles à la direction 1 et des séries de lignes de PM 21 parallèles à la direction 2. Les deux séries de lignes 1 1 et 21, dites lignes d'analyse, constituent une grille d'analyse 5 dont les mailles 3 sont de forme régulière, par exemple en forme de losange, comme représenté sur la figure 1. Les noeuds 4 des mailles constituent des noeuds d'analyse pour le champ de vitesses. La grille d'analyse 5 est dite grille d'analyse 2x2D. Selon une variante de la méthode, telle que représentée sur la figure 2, on constitue une grille d'analyse 6, dite grille d'analyse 3x2D, dérivant de la grille d'analyse 5 par addition d'une troisième direction 7 qui, de préférence fait un angle d'environ 45" avec chacune des directions 1 et 2. De la même façon, on réalise des lignes 71 de PM qui sont parallèles à la troisième direction 7. Les lignes 71 intersectent les lignes 11 et 21 en des points qui sont déjà des points d'intersection desdites lignes 1 1 et 21. Ces points d'intersection triple 8 sont des noeuds d'analyse et de sommation pour la grille 6 alors que les points d'intersection double 9 (entre une ligne 1 1 et une ligne 21 seulement) sont des noeuds de sommation uniquement. On génère également sur chacune des lignes 71, de la même manière que pour les lignes 1 1 et 21, un nombre de traces suffisant pour obtenir une distribution dense de PM suivant ces lignes 71 et on constitue également pour chacun des PM distribués suivant lesdites lignes 71, une collection de traces en PMC qui regroupe toutes les traces produites par les paires émetteur-récepteur qui sont sensiblement alignées avec la troisième direction 7 et centrées sur le PMC de la collection de traces considérée. Dans une autre variante représentée sur la figure 3, on constitue une grille d'analyse 10 pour de la 4x2D, dérivant de la grille 6 par addition d'une quatrième direction 12 qui, de préférence, fait un angle d'environ 45" avec chacune des directions 1; 2 et 7. De la même façon, on réalise des lignes 121 de PM qui sont parallèles à la quatrième direction 12. Les lignes 121 sont sensiblement perpendiculaires aux lignes 71 et passent par les points d'intersection triples des lignes 11, 21 et 71, qui deviennent donc des points d'intersection quadruples 13. Les points d'intersection 13 sont des noeuds d'analyse et de sommation pour la grille 10, les autres points d'intersection 14 non quadruples étant des noeuds de sommation. La densité des noeuds d'analyse pour chacune des grilles 5, 6 et 10 est choisie pour fournir un échantillonnage spatial régulier en surface pour le dispositif d'acquisition utilisé et adapté à la grille d' analyse qui lui sert de support. L'échantillonnage spatial régulier de la surface est adapté aux fluctuations spatiales du champ de vitesses près de cette surface. La densité des PMC le long des lignes d'analyse est choisie pour échantillonner correctement les réflecteurs du milieu les plus pentés ou les diffractions présentes dans le milieu, en vue de l'analyse de courbure. Chaque PMC des lignes d'analyse regroupe un nombre suffisant de traces dont l'azimut, celui de la paire émetteur-récepteur associée, est voisin de celui de la direction considérée, pour effectuer une analyse de courbure des indicatrices dans cet azimut. L'expression "sensiblement alignée" utilisée précédemment signifie que cela correspond à la tolérance angulaire de l'analyse pour laquelle un écart d'un ordre de grandeur de 15 environ par rapport à la colinéarité paires émetteur-récepteur et lignes d'analyse peut être utilisé. Dans la méthode selon l'invention, on associe la couverture 2x2D, 3x2D ou 4x2D à une couverture 3D pour le milieu concerné. La couverture 3D peut être effectuée simultanément à la constitution d'une des grilles d'analyse et elle présente une distribution surfacique dense. Les PM distribués suivant les directions de la grille utilisée sont sélectionnés parmi ceux obtenus pour la couverture 3D. I1 est également possible d'associer la couverture 2x2D, 3x2D ou 4x2D à une couverture sismique 3D préalablement réalisée pour le milieu considéré. La figure 4 représente un exemple d'une carte de couverture pour la grille d'analyse 5 représentée sur la figure 1. Le long des lignes d'analyse 11 et 21, on a un grand nombre de PM de l'ordre de 160, comparé au nombre (32) de PM qui sont situés sur des lignes qui ne sont pas d'analyse. Les données comportent deux parties distinctes a) celles qui sont enregistrées avec des points milieux communs le long des lignes d'analyse ; et b) celles qui sont enregistrées avec des points milieux communs en dehors de ces lignes d'analyse. Dans un premier temps, on extrait les traces dont les points milieux communs sont situés sur les lignes d'analyse. On les trie en points milieux communs comme si ces traces avaient été enregistrées en sismique 2D. On extrait de ces traces les PMC qui sont chacun un noeud d'analyse double, triple ou quadruple selon que l'on a enregistré les informations dans la direction d'azimut déterminé et dans la direction orthogonale 2x2D ou dans trois directions (3x2D) ou quatre directions à 45 . En chaque noeud d'analyse et pour chaque direction, on obtient une mesure des paramètres t0 et tp pour chaque réel mesuré dans l'analyse de courbures, ainsi que cela est expliqué dans FR 2 729 766. Dans le cas de deux directions, on fait l'hypothèse que l'on a une orientation exactement DIP et STRIKE. Dans ce cas, les deux valeurs mesurées de tp pour un même t0 sont les deux valeurs extrémales tpmin et tplnax. Dans le cas de quatre directions, on déduit des quatre mesures de tp réalisées pour un même t0 dans chaque direction et par inversion tensorielle, les paramètres a, T, tpmn, tpmax décrivant la forme du parapluie de sommation (stack) local. L'angle a représente l'orientation du grand axe du parapluie de sommation par rapport à un axe de référence. Si on définit un angle (D par rapport au grand axe du parapluie de sommation, la valeur de tp(O) est donnée par la formule L'azimut 4) de la trace par rapport à l'axe de référence est donné par la formule ) (2) A chaque trace enregistrée sur le terrain, définie par son azimut # et son déport E" on associe le paramètre tp(#) à l'aide des équations (1) et (2). La correction d'obliquité At qu'il faut faire subir à cette trace pour pouvoir procéder par la suite à la sommation en phase des différentes traces d'un bin ayant des azimuts et des déports différents est donnée par la formule suivante Ainsi grâce à la 4x2D associée à une couverture 3D, on peut faire une sommation performante sur tous les bins alors que les paramètres de sommation dépendent de l'azimut, ce qui est le cas en tectonique complexe. Entre deux noeuds d'analyse diagonalement opposés et consécutifs, les tp mesurés sont interpolés linéairement perpendiculairement à la direction des lignes d'enregistrement. I1 faudra quatre interpolations pour quadriller le terrain. Un point milieu quelconque situé en dehors des lignes diagonales sera muni de quatre tp interpolés bi-linéairement à partir des valeurs interpolées le long des diagonales de chaque carré respectif. On calcule par la suite les paramètres OC, T, tpmin et tpmax décrivant la forme du parapluie de stack local. Dans le cas de la 2x2D, on ne peut pas faire directement d'estimation du paramètre T. Deux solutions sont alors possibles : la première solution est de recourir à une troisième direction d'acquisition oblique, à environ 45" de l'une des deux précédentes (passage à 3x2D) pour obtenir une mesure indépendante et estimer le paramètre T. La deuxième solution est, si le milieu n'est pas trop complexe, de faire soit une approximation, par exemple X = 0, soit de rechercher la valeur optimale de ce paramètre pour la sommation, par exemple par balayage de valeurs de X dans chaque bin ou groupe de bins 3D. Dans le cas d'un axe structural unique répondant aux hypothèses de la 3x2D, l'orientation des deux directions perpendiculaires de la grille d'analyse suivant les axes DIP et STRIKE est souhaitable puisque les équations tensorielles à résoudre se simplifient, mais pas nécessaire dans la mesure où on disposera, en chaque noeud d'analyse 3x2D, de trois mesures indépendantes de courbure tpl, tp2 et tp3 pour résoudre les trois paramètres inconnus (tpmin, tpmax et T). REVENDICATIONS 1. Méthode de traitement de données sismiques réflexion pour l'exploration d'un milieu à tectonique complexe, du type dans lequel on utilise au moins un émetteur d'ondes élastiques et des récepteurs des ondes réfléchies sur au moins un réflecteur du milieu, les ondes réfléchies étant enregistrées sous forme de traces sismique s caractérisée en ce que a) on génère un nombre de traces sismiques suffisamment grand suivant une première direction prédéterminée (1) pour avoir dans ladite première direction, une première distribution dense de points milieux (PM) de paires émetteur-récepteur ayant produit lesdites traces sismiques, et on constitue pour chacun des PM distribués sur la première direction, une collection de traces en PMC regroupant toutes les traces produites par les paires émetteur-récepteur qui sont sensiblement alignées avec la première direction (1), le point milieu de chaque paire étant confondu avec le PMC de la collection de traces, b) on génère également une deuxième distribution dense de PM suivant une deuxième direction (2) perpendiculaire à ladite première direction et on constitue pour chacun des PM distribués sur la deuxième direction, une collection de traces en PMC regroupant toutes les traces produites par les paires émetteur-récepteur qui sont sensiblement alignées avec la deuxième direction, le milieu de chaque paire étant confondu avec le PMC de la collection de traces,de sorte qu'on obtienne des séries de lignes de PMC parallèles aux première et deuxième directions qui constituent une grille d'analyse (5) dont les intersections sont des noeuds d'analyse, le nombre de traces sismiques dans chaque collection de traces en PMC étant suffisant pour effectuer une analyse de courbure d'indicatrices. 2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on génère également une troisième distribution dense de PM suivant une troisième direction (7) et on constitue pour chacun des PM distribués sur la troisième direction, une collection de traces en PMC regroupant toutes les traces produites par les paires émetteur-récepteur qui sont sensiblement alignées avec la troisième direction, le milieu de chaque paire étant confondu avec le PMC de la collection de traces, le nombre de traces sismiques dans chaque collection de traces en PMC étant suffisant pour effectuer une analyse de courbure d'indicatrices. 3. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on génère également une quatrième distribution dense de PM suivant une quatrième direction (12) et on constitue pour chacun des PM distribués sur la quatrième direction, une collection de traces en PMC regroupant toutes les traces produites par les paires émetteur-récepteur qui sont sensiblement alignées avec la quatrième direction, le milieu de chaque paire étant confondu avec le PMC de la collection de traces, le nombre de traces sismiques dans chaque collection de traces en PMC étant suffisant pour effectuer une analyse de courbure d'indicatrices. 4. Méthode selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que chacune des troisième et quatrième directions (7, 12) fait un angle d'environ 45" avec chacune des première et deuxième directions (1, 2). 5. Méthode suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la grille d'analyse (5, 6, 10) constitue un support pour un dispositif d'acquisition de données sismiques réflexion. 6. Méthode selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'on réalise une couverture 3D à distribution surfacique dense simultanément à la constitution de la grille d'analyse (5, 6, 10) et en ce que les PM distribués suivant chacune desdites directions sont sélectionnés parmi ceux obtenus pour la couverture 3D. 7. Méthode selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la grille d'analyse (5, 6, 10) est utilisée avec une couverture 3D préalablement effectuée. 8. Méthode selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'on détermine pour chaque PMC correspondant à un noeud d'analyse, une valeur de la courbure des indicatrices dans chaque direction, les valeurs ainsi obtenues étant utilisées pour la détermination des composantes du champ de vitesses au temps t0 associé audit PMC et pour un élément de réflecteur donné du milieu, to étant le temps vertical de propagation avec réflexion pour un déport nul entre émetteur et récepteur. 9. Méthode selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'à partir des composantes du champ de vitesses associé à un réflecteur, on détermine des paramètres tels que : 0, T, tpmin et tpmax caractérisant la géométrie dudit élément de réflecteur, O représentant l'angle que fait la première direction avec une direction de référence, tpmin et tpmax désignant respectivement les valeurs de plus faible et de plus fort pendage dudit élément réflecteur et T désignant le temps de transit. 10. Méthode selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les mailles de la grille d'analyse sont régulières. 11. Méthode selon la revendication 10, caractérisée en ce que les mailles de la grilles d'analyse sont carrées. 12. Méthode selon la revendication 10, caractérisée en ce que les mailles d'analyse sont en forme de parallélogramme.