Brevet FR2839368A1 — publié le 20031107

compound pas de Wage sur as phones. 1 2839368 METHODE DE DECIMATION DE TRACES SISMIQUES PILOTEE PAR LE TRAJET SISMIQUE. DOMAINE DE L'INVENTION La presente invention concerne une methode de decimation des traces sismiques, en vue de fournir une imagerie profondeur en 3D du soul-sol dans un delai et a un cout acceptables. RAPPELS ET ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE On rappelle que la sismique reflexion consiste a propager dans le soulsol un train d'ondes de compression emis par une source et a enregistrer en surface, au moyen de recepteurs (hydrophores en sismique marine et geophones en sismique terrestre), les signaux qui vent reflechis par les interfaces entre les differentes couches geologiques traversees. Chaque recepteur effectue un enregistrement, appele trace, qui est forme d'une succession de signaux, fonction du temps, qui vent representatifs desdites couches geologiques. Pour imager correctement une coupe en acquisition 2D, on salt qu'il faut enregistrer: des traces CMP (Point Milieu Commun) suffisamment proches les unes des autres, le long d'une coupe, pour restituer correctement le pendage des couches; suffisamment de traces avec deports (offset) pour pouvoir optimiser le rapport signal/bruit et pour imager correctement les horizons profonds; suffisamment d'echantillons par trace pour obtenir une definition verticale satisfaisante permettant la detection fine des couches geologiques. Il apparat done clairement que le volume de donnees sismiques en 2D est egal au produit du nombre de CMP par le nombre de traces deportees. Par exemple, pour une ligne 2D de 20 km, il faut normalement enregistrer 50 000 traces. En sismique 3D, il faudrait multiplier le nombre de traces par ligne par le nombre de lignes dans la direction Y. Ainsi, une acquisition en 3D sur une zone de 25 x 25 km, avec des parametres classiques, necessite d'enregistrer environ 1,2.108 traces. Le volume numerique relatif a une telle acquisition est d'environ 100 Giga octets pour un 2 2839368 temps d'ecoute de 4 secondes. On comprend qu'une acquisition sismique classique genere un nombre tres important de traces sismiques, dont le stockage necessiterait un grand nombre de supports magnetiques. C' est la un premier inconvenient de ['acquisition sismique classique en 2D et 3D. Un autre inconvenient apparat lors du traitement sismique des traces enregistrees. Le traitement consiste a transformer les traces sismiques pour obtenir une image du soul-sol. On expliquera ci-apres deux types de methodes de traitement classiques dans le cas de la sismique 3D marine. On supposera pour simplifier que les donnees vent traitees dans leur unite d'enregistrement qui est le temps. Traitement classique par mise en collection de point milieu en 3 D Ce traitement sismique consiste a effectuer un pre-traitement des traces sur points de tir, une mise en collection point milieu ou binning, une correction de pendage et l'horizontalisation des evenements sismiques, une sommation et enfin une migration. Au cours de ce traitement, les traces des points de tir, une fois pretraitees, vent reorganisees pour etre triees en bins (mailles d'une grille dans laquelle se fait le binning). Cette etape s'accompagne d'une regularisation des offsets par sommation, ce qui reduit le nombre de traces. Toutefois, le binning engendre deux problemes: - la sommation par classe d'offsets se fait independamment de l'azimut, de sorte que des trajets sismiques differents peuvent etre recomposes en une seule trace, - les coordonnees de la source et du recepteur vent remises a jour lors de la sommation. Si l'on effectue un traitement Pre Stack Depth Migration PSDM (Migration Profondeur Avant Somme), ce traitement utilisera ces nouvelles coordonnees qui peuvent traduire des trajets sismiques tres differents de ccux enregistres lors de ['acquisition. I1 peut alors arriver qu'une anomalie de vitesse soit completement occultee par ce genre de traitement, comme il ressort des figures 1 et 2 cijointes. Ces figures representent une grille d'acquisition G definissant le binning de la sequence de traitement. La grille est divisee en bins B dans la direction des lignes (inline) et dans la direction transversale 3 2839368 aux lignes (crossline). Dans la figure l, on a represente trots segments La, La2, La3 respectivement associes a trots traces acquises. Ces segments comprennent chacun une source Sa, Sa2, Sa3, un recepteur Ra, Ra2, Ra3 et un point milieu Ma, Ma2, Ma3. Chaque trace est perpendiculaire au plan de la feuille, a ['aplomb du point milieu correspondent. La premiere phase du traitement consiste a moyenner les coordonnees des points source et des points recepteur des traces dont les points milieu se trouvent dans un meme bin. Dans la figure 1, c'est le cas des segments La, La2 associes aux premiere et seconde traces. Dans la figure 2, on a represente les positions moyennes de la source S. du recepteur R. du segment L qui les relic et du point milieu M (celui-ci reste dans le meme bin) audit segment. On a reproduit sur cette figure le segment La2 associe a la deuxieme trace, sans modification, parce qu'il n'existe pas d'autre trace dont le point milieu se trouve dans le meme bin que Ma2. On remarque a present que le nouveau segment S - R n'est pas representatif de ['acquisition, puisqu'il occulte completement l'anomalie de vitesse A qui a ete revelee par ['acquisition. Traitement sismique classique par decimation Un autre type de traitement sismique des donnees acquises, tendant a reduire le volume des traces a traiter et par suite a reduire le temps et le cout du calcul, consiste a decimer purement et simplement certaines parmi ces traces. La maniere la plus simple et le plus classique est de decimer les traces de maniere statistique. Parmi toutes les traces acquises, on ne retient qu'un echantillonnage qui est choisi en fonction d'un critere de nombre. En general, ce critere n'est pas choisi au hasard, car le geophysicien doit pouvoir predire l'effet qu'aura la decimation choisie. Parmi les decimations les plus couramment effectuees, on peut citer: - l' elimination d'une trace sur deux dans une collection Point de Tir Commun: cette decimation a pour effet d'eliminer un point milieu sur deux, tout en conservant la couverture nominale. Wile est tres souvent appliquee, car l'espacement classique entre points milieux, lors de ['acquisition, est de 6,25m. Si l'on elimine une trace sur deux, 4 2839368 ltespacement serait de 12,5m, ce qui est largement suffisant au vu de la zone de Fresnel au niveau des objectifs; - l' elimination d'une trace sur n dans une collection Point Milieu Commun: cette decimation est effectuee lorsque la couverture est tres importante et lorsque le rapport signal/bruit est satisfaisant. Toutefois, cette decimation peut avoir un effet non negligeable sur le niveau de bruit. De plus, la presence de multiples peut amener a renoncer a ce genre de decimation, car les algorithmes "anti-multiples" necessitent une couverture importante pour etre efficaces; - l'elimination d'un bin sur n: la taille du bin est alors doublee dans la direction de la ligne. Toutefois, les pendages les plus importants risquent d'etre affectes par cette decimation; - l'elimination d'une ligne sur n: ce genre de decimation est simple a effectuer, mats, pour des raisons operationnelles, il est difficile d'obtenir une distance entre lignes inferieure a 25m; - ltelimination d'une gamme d'offsets: lorsque la zone a imager est peu profonde, il est possible de rejeter les offsets longs qui ne presentent pas une grande utilite. Le rapport signal/bruit sera moins bon, mais la determination des vitesses ne sera pas penalisee. Tous ces types de decimation ont l'avantage d'etre facilement mis en ceuvre, mais ils presentent plusieurs inconvenients: - le taux de decimation est. dans la plupart des cas, de la forme 2n (2, 4, 8,...), ce qui n'offre pas une grande souplesse, - un seul parametre est choisi pour piloter la decimation (numero de trace, valeur de ['offset, numero de CMP) , - une direction de decimation est privilegiee, - dans le cas d' une sommation partielle, les information s de positionnement vent perdues, ce qui est prejudiciable pour un traitement PSDM, - il est impossible de savoir si la decimation/sommation a preserve un echantillonnage spatial satisfaisant. Les traces rejetees vent peut etre indispensables a l'imagerie. RESUME DE L'INVENTION La presente invention vise a remedier aux inconvenients des methodes de decimation connues et elle propose a cet effet une nouvelle methode de decimation consistent: 2839368 - a relever, pour chaque trace, les coordonnees du couple source- recepteur correspondent, - a positionner sur une grille de decimation, qui est divisee en mailles, le couple source-recepteur de chaque trace, - a regrouper ensuite tous les couples source-recepteur en collections de traces iso-trajet, chaque collection regroupant les traces dont les trajets sismiques vent identiques ou voisins, - a ordonner les traces dans chaque collection iso-trajet, - et a selectionner la premiere trace dans chaque collection iso trajet. L'originalite de la methode selon ['invention reside dans le fait que la decimation n'est plus effectuee de maniere statistique, mais elle est basee sur des criteres geophysiques. Toutes les traces de ['acquisition 3D vent triees selon le trajet sismique qui est defini par les coordonnees des couples source-recepteur. Ce pretraitement permet ainsi de reduire le volume de donnees sismiques 3D d'une maniere simple et efficace. Simple, car le geophysicien n'aura plus a faire des choix delicate comme auparavant (choix de la direction de decimation, choix de la collection dans laquelle des traces seront eliminees). A present, la decimation est pilotee de maniere automatique sur les trajets sismiques et les traces redondantes vent ecartees. Efficace, d'une part parce que cette methode permet de selectionner les traces surnumeraires rapidement, et d'autre part, parce que cette me tho de p ermet su rtout de redu ire considerablement le temp s de calcul de la PSDM sur des acquisitions 3D sans pour autant degrader la qualite du resultat. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera maintenant comprise a la lecture de la description detaillee qui va suivre, faite en regard des dessins annexes dans lesquels: la figure 1 represente une grille d' acquisition sur laquelle vent reportees les coordonnees des sources et des recepteurs correspondent a trots traces acquises; la figure 2 illustre la methode de decimation des traces selon la technique anterieure, consistent a effectuer la sommation des offsets; la figure 3 represente une grille de decimation servant a mettre 6 2839368 en oeuvre la methode de decimation selon ['invention, par collection de traces iso-traj et, cette methode etant appliqu ee a l' exemple de ['acquisition de la figure 1; la figure 4 illustre une phase de la methode selon ['invention qui consiste a affecter respectivement a chaque point source les quatre nceud s de la maille qui l' encadrent et a chaque point recepteur le s quatre nccuds de la maille qui l'encadrent; la figure 5 montre les seize segments qui relient respectivement l'un des nceuds de la maille source a l'un des nceuds de la maille recepteur; et la figure 6 illustre la determination du segment source-recepteur le plus representatif du segment associe a la trace acquise. DESCRIPPION D ETAILLEE DE L' INVENTION Idee de base de ['invention Les figures 1 et 2 ayant deja ete decrites, on passera directement a la description des figures 3 a 6. Lorsque la complexite du soul-sol est telle qutun traitement sismique en temps devient inadapte, cela implique que la notion de point milieu n'a plus de sees. En traitement sismique profondeur, et plus precisement en traitement PSDM, les seules indications qui doivent etre prises en compte vent les coordonnees des sources et des recepteurs des traces. A partir de ces coordonnees, on peut, en fonction d'un modele de vitesses, reconstituer le parcours de l'onde sismique et calculer son temps de propagation. Partant de l'idee que pour une position donnee d'un couple sourcerecepteur, il existe un trajet sismique associe unique, la Demanderesse a imagine qu'il serait judicieux d'effectuer une decimation pilotee par les trajets sismiques. Cette decimation consisterait a supprimer tous les couples source-emetteur qui ont des trajets sismiques qui vent identiques ou tres voisins, sauf un. Cette phase de la methode selon ['invention est illustree par la figure 3 dans laquelle on a effectue la decimation sur les trajets sourcerecepteur en surface, dans le cas des memes trots traces de la figure 1. D'apres la methode selon ['invention, la trace associee au segment L est redondante parce qu'elle est tres voisine de la trace 7 2839368 associee au segment La. Le segment La n'est done pas represente sur la figure 3, bien que son point milieu Ma2 se trouve dans un bin qui est different de celui ou se trouve le point milieu Ma de la trace correspondante. Apres cette elimination, il reste sur la grille de la figure 3, le segment La associe a la premiere trace ainsi que le segment Las associe a la troisieme trace qui est preservee. On note bien que, grace a cette methode de decimation, la zone d'anomalie de vitesse A n'est pas occultee. On procedera de la meme facon avec toutes les traces. On triera ensuite les traces en collections iso-trajet, chaque collection regroupant les traces qui ont un meme trajet sismique ou des trajets sismiques voisins. Dans chaque collection, on eliminera toutes les traces sauf une. La redondance des traces se rencontre frequemment en acquisition sismique marine. Ceci peut se produire par exemple lorsque deux lignes consecutives naviguees se chevauchent en terme de couverture, ou encore en cas de changement de derive lie au courant, de changement du sens d'acquisition, de contournement d'un obstacle, etc Mise en ceuvre du procede La complexite du probleme reside dans le fait qu'aucun couple source-recepteur n'est identique lors d'une acquisition. Il est done imperatif dtinventorier tous les trajets qui vent proches. Pour ce faire, on definit une nouvelle grille appelee grille de decimation D (figure 4) dont les mailles ont des dimensions laissees a ['appreciation du geophysicien, comme on l'expliquera par la suite. La taille de la maille, exprimee en metres, varie entre une taille minimum qui est la taille d'un bin d'acquisition et une taille maximum qui peut etre cinq fois plus grande. La grille de decimation est definie sur le meme domaine que la grille d'acquisition. Le maillage de la grille de decimation peut etre semblable ou different de celui de la grille d'acquisition. Les traces vent traitees dans l'ordre ou elles arrivent. Pour cela, on superpose la grille de decimation sur ['acquisition Sa- Ra. Le point source acquis Sa se trouve dans une maille de la grille, qui est definie par quatre couples de valeurs (x, y) qui vent les coordonnees des quatre nceuds ou coins S, S, Sa, S de la maille. De la meme facon, 8 2839368 on traite le point recepteur acquis Ra et l'on obtient quatre autres couples (x, y) qui vent les coordonnees des quatre nceuds ou coins R1, Rg, R, R de la maille ou se trouve Ra. Les huit couples de valeurs ainsi obtenus permettent de definir chaque trace en terme de trajet. On pourra ainsi calculer pour toutes les traces, ['offset Sa Ra et l'azimut Oa (par exemple par rapport a l' axe Est- O u est) a partir de s coordonnee s d'acquisition. Ensuite, chaque nceud de la maille source est mis en relation avec chaque nceud de la maille recepteur. Comme le montre la figure 5, seize combinaisons vent possibles (SR, SRg' SRs, S1R, SgR SRs, SR), chacune representant un couple source-recepteur fictif proche de celui acquis SaRa. Pour chacune de ces seize combinaisons ou trajets, on calcule ['offset Sn Rm et l'azimut OSnRm de la meme facon qu'on l'a fait avec les coordonnees reelles de Sa et Ra. On dispose ainsi, pour chacun des seize couples SnRm, des informations suivantes: Distance entre Sn et Rm Difference par rapport a ['offset reel SaRa Azimut du segment SnRm par rapport a l'axe Est-Ouest (N270 ) Difference par rapport a l'azimut d'acquisition Distance entre Sa et Sn Distance entre Ra et Rm. Comme le montre la figure 6, ces valeurs vont permettre d'extraire parmi les seize couples Sn Rm celui qui represente le mieux la trace reeIlement acquise associee au segment SaRa, c'est-a-dire Ie segment qui a ['offset et l'azimut les plus proches de ['acquisition. On volt sur la figure 6 que, dans le cas present, ce couple est SRa. Son offset S-Ra et son azimut (3sRa vent respectivement tres voisins de ceux, Sa Ra et (3a, du trajet reel. Les distances calculees Sa-Sn et Ra-Rm pourront servir a departager des couples ayant le meme ecart, en offset et azimut, par rapport au trajet reel. Evidemment, plus les mailles de la grille vent grandes, plus les ecarts entre la trace calculee et la trace reeIle vent importants. I1 ressort de la figure 5 que ces ecarts vent plus difficiles a minimiser pour les offsets courts que pour les offsets longs. On peut aussi choisir une grille de decimation a taille de maille 9 2839368 variable pour retablir un equilibre dans la decimation entre les offsets longs et les offsets courts. Les traces reelles vent desormais reperees par un deuxieme jeu de coordonnees source et recepteur qui correspond a des nceuds particuliers de la grille de decimation. Les coordonnees initiales qui restent inchangees vent conservees dans des etiquettes de traces afin d'etre utilisees dans le traitement PSDM. Les valeurs des offsets, des azimuts et des distances de deplacement des points source et recepteur vent egalement stockees afin de pouvoir controler la qualite de la decimation. Afin d'isoler les traces redondantes, il convient de trier toutes les traces, par ordre croissant, selon trots parametres dans l'ordre suivant: 1. les coordonnees x et y de la position source placee sur le naeud de grille calculee, Sn, 2. les coordonnees x et y de la position recepteur placee sur le nceud de grille calculee, Rm 3. la valeur du deplacement (Sa - Sn) + (Ra - Rm). On notera qu'en terme de trajet sismique et done d'imagerie, on considerera de maniere identique les couples Sn - Rm et Rm Sn. Ce tri permet de ranger les traces dans des collections iso trajets, qui vent censees representer un ensemble de traces qui imagent a peu pres les memes formations geologiques. Ceci signifie aussi que la distance parcourue par l'onde sismique est peu differente et que le temps de parcours est comparable et cela est d'autant plus exact que la maille de decimation est petite. La decimation selon ['invention presente les avantages suivants: elle tient compte des trajets sismiques (quatre parametres), ce qui est parfaitement adapte au traitement PSDM, sa mise en ceuvre est tres simple, puisque seule la taille de la maille de la grille de decimation est a definir, le taux de decimation peut etre regle assez finement, ['execution de la decimation est tres rapide, la decimation peut se faire quel que soit l'ordre d'entree des traces, les etiquettes des traces ne vent pas modifiees, de sorte que le traitement PSDM peut etre effectue avec les coordonnees d'acquisition 2839368 reelles. Resultats Pour tester la methode selon ['invention, on a effectue une etude PSDM sur une zone test selectionnee dans une structure salifere. Le test a ete effectue sur 461 753 traces. On a tout d'abord etudie ['influence de la dimension dx x dy des mailles de la grille de decimation sur le taux de decimation. Le tabIeau ci-apres montre que plus la maille est grande, plus le taux de decimation est important. Dimension de la maille Taux moyen dx x dy (metres) de--decimation x 50 1, 6 x 60 2,2 x70 3,2 x 80 4,6 x 90 6,2 x 100 8,2 Ensuite, la zone test a ete divisee par gammes d'offsets ayant chacune une largeur de 500 metres, afin de mesurer la repartition des traces decimees. Le constat est conforme aux previsions, a savoir que la decimation est plus importante sur les offsets courts que sur les offsets longs. Pour poursuivre le test, une dimension de maille de 70 x 70m a ete retenue afin d'obtenir un taux de decimation de 3,2. Les donnees decimees ont ete migrees en profondeur et le resultat a ete compare aux images migrees avec un jeu de donnees non decime et avec le meme jeu decime de maniere statistique (une ligne sur deux eliminee). La comparaison des trots images obtenues montre que la decimation pilotee selon ['invention donne un resultat moins bruise et plus proche de ['image qui a ete obtenue avec toutes les traces que celle qui a ete obtenue avec les donnees decimees de maniere statistique. REVENDICATIONS 1. Methode de decimation de traces sismiques dans une acquisition de donnees 3D, caracterisee en ce qutelle consiste: - a relever, pour chaque trace, les coordonnees du couple source recepteur (Sal' Ra) correspondent, - a positionner sur une grille de decimation (D) qui est divisee en mailles, le couple source-recepteur correspondent a chaque trace, - a regrouper ensuite tous les couples source-recepteur en collections de traces iso-trajet, chaque collection regroupant les traces dont les trajets sismiques vent identiques ou voisins, - a ordonner les traces dans chaque collection iso-trajet, - et a selectionner la premiere trace dans chaque collection iso trajet. 2. Methode de decimation selon la revendication 1, caracterisee en ce que la phase du positionnement des couples source-recepteur de chaque trace consiste pour chaque trace: - a reperer la maille source de la grille de decimation (D) dans laquelle se trouve la source (Sa) de la trace acquise, - a relever les coordonnees (x, y) des quatre noeuds (S1, S2, S3, S4) de ladite maille, - a reperer la maille recepteur de la grille de decimation dans laquelle se trouve le recepteur (Ra) de la trace acquise, et - a relever les coordonnees (x, y) des quatre nceuds (R, R2, R3, R4) de ladite maille. 3. Methode de decimation selon l'une des revendications 1 et 2, caracterisee en ce que la phase du regroupement des couples source recepteur en collections de traces iso-trajet consiste: - a calculer pour chaque trace, ['offset (Sa- Ra) et l'azimut (0a correspondents a partir des coordonnees d'acquisition, - a mettre en relation chaque nccud de la maille source avec chaque nceud de la maille recepteur, les seize combinaisons obtenues (SR' S1R2, SR3, SR4, S2R..., S4R3' S4R4) representant tous les couples source-recepteur fictifs proches du couple acquis (Sa, Ra), - a calculer pour chacune desdites seize combinaisons, ['offset (Sn- Rm) et l'azimut (3SnRm) correspondents, - a extraire parmi les seize couples (SnRm, 0SnRm) ainsi obtenus celui qui est le plus proche de la trace reelle (SaRa), 12 2339368 - et a effectuer les memes operations avec toutes les traces acquises dont la source et le recepteur se trouvent respectivement dans les memes mailles source et maille recepteur que precedemment, de maniere a former des collections iso-trajet. 4. Methode de decimation selon l'une des revendications 1 et 3, caracterisee en ce que les phases d'ordonnance et de selection dans une collection iso-trajet consistent: - a determiner pour chaque trace la valeur du deplacement (Sa-Sn) + (Ra-Rm), - a ordonner les traces par ordre de deplacement croissant, - et a selectionner la trace associee au deplacement minimum. 5. Methode de decimation selon la revendication 1, caracterisee en ce que la dimension de la maille de la grille de decimation est choisie d'autant plus grande que le taux de decimation que l'on souhaite obtenir est eleve. 6. Methode de decimation selon la revendication 1, caracterisee en ce que les maiIles de la grille de decimation vent de taille variable. 7. Methode de decimation selon la revendication 1, caracterisee en ce que les traces vent traitees dans l'ordre ou elles arrivent.