Brevet FR2916859A1 — publié le 20081205

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine de l'imagerie sismique. Elle 5 concerne plus particulièrement un procédé de traitement de données sismiques. ETAT DE LA TECHNIQUE Pour reconstruire des images du sous-sol, les géologues ou 10 géophysiciens utilisent classiquement des émetteurs acoustiques placés par exemple en surface. Comme cela est illustré sur la figure 1, les émetteurs S (appelés également sources) émettent des ondes qui se propagent dans le sous-sol et se réfléchissent sur les surfaces des différentes couches de celui-ci (réflecteurs). Les ondes acoustiques 15 réfléchies vers la surface sont enregistrées en fonction du temps par des récepteurs R. Les signaux enregistrés par les récepteurs sont appelés traces sismiques. Différentes techniques de traitement numériques sont classiquement appliquées à ces traces visant à en améliorer le rapport 20 signal sur bruit et à en faciliter l'interprétation. Parmi ces techniques on trouve l'opération de migration, qui consiste à déterminer pour une pluralité de positions P de surface de coordonnées (x,y) une collection de traces migrées portant des évènements qui décrivent le sous-sol à l'aplomb de la position de surface P (x,y). La migration peut être appliquée avant ou après 25 sommation des traces, et on parle de migration temps ou migration profondeur selon que les traces en sortie sont représentées en fonction du temps ou de la profondeur. Dans les deux cas le replacement des évènements repose sur un modèle de vitesse de propagation des ondes dans le sous-sol, c'est-à-dire un modèle de vitesse-temps pour la migration 30 temps (Siliqi & Bousquié, 2001) ou un modèle de vitesse-profondeur pour la migration profondeur (Fagin, 1999). Le modèle de vitesse temps ou profondeur permet de calculer les temps de trajet entre les positions source et récepteur et le point de l'image. L'estimation du modèle de vitesse temps ou profondeur est une étape importante et difficile de la chaîne de traitement sismique. Il existe de nombreuses façons de ranger les collections de traces migrées avant sommation des données. On peut ainsi rassembler l'ensemble des traces à l'aplomb d'une position P (x,y) de surface et constituer des collections de traces en point image commun appelée collection CIP (Common image Point). Généralement, on classe ces collections CIP en fonction de la distance source-récepteur (distance également appelée distance de déport ou d'offset) comme cela est illustré sur la figure 2, mais on peut aussi les classer en fonction des angles de réflexion (Xu et al., 2001), de l'orientation du segment source-récepteur, des pentes à la surface (Xu et Lambaré, 1998 ; Duquet et al., 2001, Jiao et al., 2002), de la position des sources des récepteurs, etc. L'analyse des images migrées obtenues pour ces différentes classes est à la base de nombreuses techniques de traitement des traces sismiques. Ainsi les collections CIP sont très largement utilisées pour l'interprétation des structures géologiques du sous-sol : 1) La sommation des traces des collections CIP à position de surface constante donne une image précise de la structure du sous-sol, 2) La forme des évènements observés sur les collections CIP permet d'apprécier la qualité du modèle de vitesse utilisé dans la migration (Yilmaz, 1987), 3) L'amplitude des évènements observés sur les collections CIP fournit des informations sur les caractéristiques mécaniques des formations 25 rencontrées (études AVO pour Amplitude Versus Offset ). Différentes techniques ont ainsi été proposées pour analyser ces collections CIP. Cependant si des analyses précises ont été menées dans le cas de la migration profondeur, elles n'ont pas toujours été reportées dans celui de la migration-temps, dont l'analyse se trouve encore souvent 30 pénalisée par des hypothèses de vitesse-temps constante et/ou d'absence de pendage (Dix, 1955 ; Brown, 1969 ; Schultz, 1982 ). RESUME DE L'INVENTION Un but de l'invention est d'améliorer la qualité du traitement des données sismiques récoltées tout en simplifiant les opérations de traitement. Ce problème est résolu dans le cadre de la présente invention grâce à un procédé de traitement de données sismiques, les données comprenant un ensemble de traces sismiques, chaque trace comprenant un signal ayant été enregistré par un capteur après s'être propagé dans une zone du sous-sol, le signal étant défini par une amplitude en fonction d'un temps, comprenant des étapes de : - migration des données en fonction d'un modèle initial de vitesse temps, - pointé sur les données migrées temps d'un ou plusieurs événement(s) correspondant à un ou plusieurs réflecteur(s) du sous-sol pour obtenir des facettes approximant l'événement localement, -démigration cinématique des facettes pointées de manière à obtenir des données sismiques simplifiées sous la forme d'un ensemble de facettes et d'un ensemble d'attributs associés aux facettes. Le terme facette désigne une représentation approchée locale d'un événement sur un voisinage de traces migrées ou non, cette représentation étant définie par des attributs caractérisant l'événement localement. Les attributs décrivent une position centrale de l'événement et des pentes locales de l'événement dans la collection de traces. Dans une mise en oeuvre de l'invention, l'étape de démigration 25 cinématique est effectuée en fonction du même modèle initial de vitesse temps que l'étape de migration temps. Cela permet d'obtenir des facettes caractérisées par des attributs qualifiés d' invariants cinématiques , qui ne dépendent pas du modèle de vitesse initial. Les attributs invariants comprennent par exemple, pour 30 chaque facette après démigration, un temps d'un évènement réfléchi, des positions source et récepteur, et des pentes locales de l'évènement réfléchi dans la collection de traces. Ainsi les facettes démigrées correspondent bien aux évènements locaux observables sur les collections de traces non- migrées, et ne dépendent pas du modèle de vitesse utilisé pour les étapes de migration et de démigration-temps. La démigration de facettes est appelée démigration cinématique car elle ne s'applique qu'aux caractéristiques cinématiques du champ 5 réfléchi et non aux ondelettes associées. L'invention permet de tirer parti des données migrées temps avant sommation issues d'un traitement précédent. D'une part, du fait que le procédé de traitement est appliqué à ces données migrées temps avant sommation, le procédé ne nécessite pas 10 d'étape de construction d'un modèle-profondeur initial ni d'étape de migration profondeur avant sommation (pre-SDM) (contrairement à l'approche décrite dans le document EP 1 239 304). D'autre part, l'étape de pointé des données est facilitée par la qualité des données migrées-temps avant sommation, et cela sans 15 compromettre la qualité de l'information cinématique récupérée des facettes. Les invariants cinématiques obtenus grâce à ce procédé peuvent ensuite être utilisés dans un procédé d'inversion tomographique des données sismiques. Un procédé itératif est par exemple décrit dans le 20 document EP 1 239 304 précité, qui ne nécessite pas à chaque itération non-linéaire de réaliser des étapes de pointé et de migration avant sommation des données sismiques initiales. Dans une mise en oeuvre de l'invention, le procédé comprend une itération des étapes de : 25 - migration-temps ou profondeur des facettes et des attributs invariants en fonction d'un modèle de vitesse -temps ou profondeur, - caractérisation d'un alignement des facettes migrées, - mise à jour du modèle de vitesse-temps ou profondeur, de manière à optimiser l'alignement des facettes migrées. 30 Une optimisation du modèle de vitesse profondeur est par exemple décrite dans le document EP 1 239 304 précité. Dans une mise en oeuvre de l'invention, il est proposé d'utiliser un nouveau critère pour l'estimation de l'alignement des facettes. En particulier, la mise à jour du modèle de vitesse peut comprendre une mise à jour d'un champ de vitesse en fonction d'un critère de minimisation sur au moins une des pentes locales des facettes migrées dans des collections CIP. Dans une mise en oeuvre de l'invention, les attributs associés aux facettes comprennent un angle de réflexion spéculaire, une vitesse instantanée, un facteur d'étalement vertical (appelé également stretch), un pendage profondeur ou des attributs CRS (Common Reflection Surface) (Müller, 1999 ; Jâger et al., 2001). Dans une mise en oeuvre de l'invention, l'étape de pointé est appliquée sur les données sismiques migrées temps avant sommation. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description qui suit, laquelle doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 représente de manière schématique une source et un récepteur acoustique, tels qu'ils sont utilisés en imagerie sismique, - la figure 2 représente de manière schématique une collection de traces sismiques en point milieu commun, -la figure 3 est un diagramme représentant de manière schématique des étapes d'une première phase de traitement de données sismiques conforme à un mode de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 4 est un diagramme représentant de manière schématique des étapes d'une deuxième phase de traitement de données sismiques conforme à un mode de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 5 illustre des données sismiques migrées temps avant sommation, avec à gauche la sommation des collections CIP et à droite quelques collections CIP. - la figure 6 illustre des collections de trace en point image commun (CIP), - la figure 7 illustre un exemple de modèle de vitesse profondeur initial (à gauche) et de modèle de vitesse profondeur final (à droite) obtenu après application du procédé de traitement conforme à l'invention. - la figure 8 illustre de manière schématique différents éléments intervenant dans la migration-démigration cinématique, - la figure 9 illustre une condition de focalisation de la migration temps cinématique, - la figure 10 illustre de manière schématique une étape de détermination du stretch vertical (ou étalement vertical), - la figure 11 illustre de manière schématique une étape de détermination du cosinus d'un angle de réflexion, - la figure 12 illustre de manière schématique une étape de détermination d'une vitesse instantanée, - la figure 13 illustre de manière schématique une étape de 15 détermination du pendage profondeur à partir du pendage temps et de la vitesse instantanée. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION PREFERES 20 Le procédé de traitement de données sismiques représenté sur les figures 3 et 4 comprend deux phases principales de traitement : une première phase 100 de constitution des invariants cinématiques (figure 3) et une deuxième phase 200 d'inversion tomographique de ces invariants cinématiques, c'est-à-dire une estimation d'un modèle de vitesses-temps ou 25 profondeur (figures 4), à partir des invariants cinématiques. Détermination des invariants cinématiques La première phase du procédé de traitement illustrée sur la figure 3 est appliquée à des traces temps avant migration. Ces traces 30 correspondent à l'enregistrement en fonction du temps par un capteur de l'amplitude du signal propagé dans le sous-sol. Selon une première étape 101, on réalise une migration de ces traces sismiques en fonction d'un modèle initial de vitesse temps (PreSTM). Selon une deuxième étape 102, on pointe sur chaque collection de traces obtenues à l'étape précédente un ou plusieurs évènements qui se réfléchissent à l'aplomb du point de surface considéré. La figure 5 représente de manière schématique une section des données sismiques migrées temps avant sommation (PreSTM) sommées sur les collections CIP (à gauche) et des collections en point image commun (CIP) (à droite) issues de ces données. La position des collections CIP est indiquée sur la section par une ligne en traits pointillés. Des courbes RMO, qui caractérisent l'alignement des données pointés dans les collections CIP ont été superposées aux données pointées. Selon une troisième étape 103, on détermine pour chaque évènement pointé un temps, la facette migrée-temps associée. Cette facette se caractérise par un pendage (dans les directions x,y) et éventuellement une pente dans la direction des collections CIP. Selon une quatrième étape 104, on réalise la démigrationcinématique de la facette migrée. Cette facette est caractérisée par des positions des points source et récepteur, par un temps central et par des pentes en considérant la géométrie d'acquisition et les règles de focalisation sur les temps et les gradients de temps de migration décrites dans Chauris et al. (2001a, b et c), et Guillaume et al. (2001 et 2004) (voir figures 8 et 9 pour les règles de focalisation de la migration-temps cinématique). Le calcul du couple source acoustique-récepteur est une étape bien connue, qui peut être réalisée selon plusieurs techniques établies (Press et al., 1986). A partir du couple source acoustique-récepteur, on détermine également différents attributs associés à l'événement pointé, tels que les angles de réflexion, la vitesse instantanée, le facteur d'étalement (stretch), le pendage profondeur, et éventuellement des attributs CRS. Pour toutes ces opérations les données de base sont les composantes du gradient du temps de migration temps. L'ensemble des attributs démigrés permet de caractériser des évènements locaux observables dans les traces sismiques avant migration. Comme leur caractéristique ne dépend pas du modèle de vitesse utilisé pour la migration, on appelle l'ensemble de ces données, des invariants cinématiques (Guillaume et al., 2001, 2004). Ces attributs associés à l'image migrée temps avant sommation de données sismiques permettent de : 1) Alimenter une tomographie profondeur comme décrite dans le brevet cité ci-dessus. 2) Alimenter un nouveau type de tomographie temps permettant de déterminer un modèle de vitesse temps en une seule mise à jour. 3) Calculer une vitesse instantanée (isotrope ou anisotrope), un facteur d'étalement (stretch), un pendage profondeur et les angles d'ouverture associés aux collections de traces migrées temps avant sommation. Ces informations peuvent être utilisées, par exemple, dans des inversions stratigraphiques permettant de caractériser la nature du sous-sol (et notamment des réservoirs d'hydrocarbures), ou dans différentes opérations de traitement des traces comme la compensation de l'étalement de rondelette, la constitution de CIP en angle, les études amplitude versus angle. 4) Estimer les courbures des évènements locaux dans les données sismiques avant sommation permettant de reconstruire les attributs CRS (Müller, 1999 ; Jâger et al., 2001), pouvant être utilisés dans différents procédés de traitement sismique (Duveneck, 2004). Calcul des attributs Avec la détermination du couple source acoustique-récepteur, il est possible de déterminer de précieuses informations pour l'interprétation des images migrées en temps. Les composantes des gradients de temps de migration (figure 8) permettent ainsi le calcul d'un facteur d'étalement (ou stretch), d'un angle de réflexion spéculaire, d'une vitesse instantannée, d'un pendage en profondeur et d'attributs CRS. - Le facteur d'étalement de la migration-temps est obtenu en considérant la composante verticale du gradient de temps double de migration (figure 10). stretch vertical = 'TSR ato où TSR est le temps double de l'opérateur de migration temps, t0 est le temps de l'image migrée temps. - Le calcul de l'angle de réflexion spéculaire O associé aux collections en point image commun rangées en offset est obtenu en considérant le pendage local de l'évènement (supposé invariant en offset) et en comparant les valeurs de la composante verticale du gradient du temps double de migration temps à différents offsets (figure 11). En effet le rapport de cette composante du gradient à un offset donné avec celle à offset nul donne le cosinus de l'angle de réflexion spéculaire. Il est à noté que le calcul peut être mené également pour des collections CIP rangées en position de tir ou en position source ou récepteur. cos = aTSR /at0 offset courant TSR Lat() offset nul où TSR est le temps double de l'opérateur de migration temps, 15 t0 est le temps de l'image migrée temps. - Le calcul d'une vitesse instantanée Vinst.à partir des composantes horizontale et verticale du gradient du temps simple de la migration en temps est obtenu en exprimant ce vecteur à l'aide de l'angle d'incidence de l'onde et de la vitesse instantanée (figure 12). Le calcul peut 20 être fait pour toutes les géométries de source et de récepteur ce qui permet d'accéder à des paramètres d'anisotropie en utilisant les informations de l'angle de réflexion spéculaire et du pendage estimé ci-dessous. 2 111- où T est le temps simple de l'opérateur de migration temps (pour le trajet 25 source ou récepteur), x est la position horizontale dans l'image, t0 est le temps de l'image migrée temps. Vinst. _ a ax - Le calcul du pendage en profondeur de l'évènement considéré est obtenu en considérant le pendage en temps pointé et l'estimation de la vitesse instantanée estimée ci-dessus (figure 13). az pendageprof. = ax pendageprof. = Vinst. x pendage où z est la profondeur de l'événement observé dans l'image migrée profondeur x est la position horizontale dans l'image. - L'estimation des attributs CRS est obtenu par ajustement sur les distributions d'invariants cinématiques obtenus par démigration temps d'évènements locaux courbes. Ces attributs CRS pourront être utilisé pour l'estimation d'un modèle de vitesse profondeur (Duveneck 2004), ou pour différentes autres applications des attributs CRS (Jâger et al., 2001). Notons que si les figures 8 à 13 illustrent de manière schématique un cas à deux dimensions, le procédé se généralise directement à un cas à trois dimensions. La figure 8 illustre de manière schématique différents éléments intervenant dans les étapes de migration et de démigration cinématique. Ces éléments comprennent notamment le pendage de l'image migrée temps, et les gradients des temps de trajet source, TS , et récepteur,TR , à la base de l'estimation de différents attributs. Ces temps de trajet dépendent de la position dans l'image migrée (x, t0 ), de la position source S ou récepteur R et enfin du modèle de vitesse. Ces éléments sont utilisés dans la migration temps, où intervient notamment leur somme, TSR = TS +TR . La figure 9 illustre de manière schématique une condition de focalisation de la migration temps cinématique. Pour un pendage donné, la position du point migré (x,to) et celles de la source et du récepteur satisfont cette condition. La figure 10 illustre de manière schématique une étape de 30 détermination du stretch vertical (ou étalement vertical). La figure 11 illustre de manière schématique une étape de détermination du cosinus de l'angle de réflexion. On fait le rapport entre les valeurs du stretch vertical à un offset donné et celui à l'offset nul. La figure 12 illustre de manière schématique une étape de détermination de la vitesse instantanée. On utilise les composantes des gradients de temps de trajet simple, source ou récepteur. La vitesse peut donc être obtenue pour les trajectoires source et récepteur. La figure 13 illustre de manière schématique une étape de détermination du pendage profondeur à partir du pendage temps et de la 10 vitesse instantanée. Utilisation des attributs pour l'estimation d'un modèle de vitesse La deuxième phase 200 du procédé de traitement illustrée sur la 15 figure 4 est appliquée aux invariants cinématiques. A partir de ces invariants cinématiques on met en oeuvre un traitement permettant d'estimer un modèle de vitesse-temps ou de vitesse-profondeur selon lequel on itère les étapes suivantes. Selon une première étape 201, on réalise une migration 20 cinématique (temps ou profondeur) des invariants cinématiques obtenus précédemment à l'aide d'un modèle du champ de vitesse (temps ou profondeur) du sous-sol. Selon une deuxième étape 202, on caractérise un alignement des points migrés obtenus. 25 Le document FR 2 821 677 décrit de telles mesures d'alignement. Il est également possible d'appliquer un critère de minimisation de la pente des évènements migrés dans les collections CIP (Chauris et al., 2001a). Selon une troisième étape 203, on met à jour la paramétrisation du 30 modèle de vitesse (temps ou profondeur). L'étape 203 consiste à sélectionner une paramétrisation de champ de vitesse temps ou profondeur qui optimise l'alignement des facettes migrées. Les étapes 201, 202 et 203 peuvent être répétées jusqu'à l'obtention d'un alignement jugé suffisant. On notera que le traitement de sélection de la paramétrisation du champ de vitesse ainsi proposé ne nécessite pas d'effectuer systématiquement une migration temps ou profondeur des données sismiques (fort coûteuse) après chaque mise à jour du modèle de vitesses. On comprend par conséquent que le procédé proposé par l'invention peut être mis en oeuvre sans nécessiter des puissances de calcul importantes. La figure 6 représente de manière schématique un exemple de collections CIP migrées profondeur avant sommation (PreSDM) obtenu en appliquant respectivement le modèle de vitesse final obtenu en utilisant un pointé dans les données migrées temps avant sommation (en haut) et le modèle de vitesse final obtenu en utilisant un pointé dans les données migrées profondeur avant sommation (en bas). La figure 7 représente de manière schématique un modèle de vitesse-profondeur initial (à gauche) et un modèle de vitesse-profondeur final (à droite) obtenu lors de la deuxième phase du procédé. REFERENCES Chauris, H., Noble, M.S., Lambaré, G., et Podvin, P., 2001. Migration velocity analysis from locally coherent events in 2-D laterally heterogeneous media, Part I : 5 Theoretical aspects, Geophysics, Vol. 67, No. 4, pages 1202-1212. Chauris, H., Noble, M.S., Lambaré, G., et Podvin, P., 2001. Migration velocity analysis from locally coherent events in 2-D laterally heterogeneous media, Part Il : Applications on synthetic and real data, Geophysics, Vol. 67, No. 4, pages 1213- 10 1224. Dix, C.H., 1955. Seismic velocities from surface measurements, Geophysics 20, 68. 15 Duquet, B., Lailly, P., et Ehinger, A., 2001. 3D Plane wave migration of streamer data, SEG Expanded Abstracts 20, 1033. Duveneck, E., 2004. Velocity model estimation with data-derived wavefront attributes, Geophysics, Vol. 69, NO. 1, pages 265-274. Fagin, S., 1999. Model-based Depth Imaging, Society of Exploration Geophysicists, Tulsa, USA. Guillaume, P., Audebert, F., Chazanoel, N., Dirks, V., et Zhang, X., 2004, Flexible 25 3D finite-offset tomography velocity model building, EAGE 2004, Ext. Abstracts. Guillaume, P., Audebert, F., Berthet, P., David, B., Herrenschmidt, A., et Zhang,, X., 2001. 3D Finite-offset tomographic inversion of CRP-scan data, with or without anisotropy, 71st annual SEG meeting, Exp. Abstracts, INV2.2. Jâger, R., Mann, J., Hôcht, G. et Hubral P., 2001. Common-reflection-surface stack : Image and attributes, Geophysics, Vol. 66, pages 97-106. 13 20 30 Jiao, J., Stoffa, P..L., Sen M.K., Seifoullaev, R.,K., 2002, Residual migrationvelocity analysis in the plane-wave domain, Geophysics, Vol. 67, No. 4, pages 1258-1269. Müller, T., 1999. The Common Reflection Surface Stack Method û Seismic imaging without explicit knowledge of the velocity model. Der Andere Verlag, Bad Iburg. Press, W.H., Flannery, B.P., Teukoslsky,, S.A., Veltering, W.T., 1986. Numerical recipes: the art of scientific computing, Cambridge university Press. Schultz, P., 1982. A method for direct estimation of interval velocity, Geophysics, Vol. 47, NO. 12, pages 1657-1671. Siliqi, R., et Bousquié, N., 2001. Time to move to anelliptic time processing, 71st 15 annual SEG meeting, Exp. Abstracts. Yilmaz, O., 1987. Seismic data processing, Society of Exploration Geophysicists. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de données sismiques, les données comprenant un ensemble de traces sismiques, chaque trace comprenant un signal ayant été enregistré par un capteur après s'être propagé dans une zone du sous-sol, le signal étant défini par une amplitude en fonction d'un temps, comprenant des étapes de : - migration des données en fonction d'un modèle initial de vitesse temps, - pointé sur les données migrées temps d'un ou plusieurs événement(s) correspondant à un ou plusieurs réflecteur(s) du sous-sol pour obtenir des facettes approximant l'événement localement, -démigration cinématique des facettes pointées de manière à obtenir des données sismiques simplifiées sous la forme d'un ensemble de 15 facettes et d'un ensemble d'attributs associés aux facettes, 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de démigration cinématique est effectuée en fonction du même modèle initial de vitesse temps que l'étape de migration temps. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les attributs associés aux facettes comprennent des attributs invariants, indépendants du modèle de vitesse. 25 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les attributs invariants comprennent, pour chaque facette migrée, un temps d'un évènement réfléchi, des positions source et récepteur, et des pentes locales de l'évènement réfléchi dans l'ensemble de traces. 30 5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, comprenant ensuite une itération des étapes de : - migration des facettes et des attributs invariants en fonction d'un modèle de vitesse-temps ou profondeur, 20-caractérisation d'un alignement des facettes migrées, - mise à jour du modèle de vitesse temps ou profondeur, de manière à optimiser l'alignement des facettes migrées. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la mise à jour du modèle de vitesse comprend une mise à jour d'un champ de vitesse en fonction d'un critère de minimisation sur au moins une des pentes des facettes migrées dans des collections CIP. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les attributs associés aux facettes comprennent un angle de réflexion spéculaire, une vitesse instantanée, un facteur d'étalement,vertical un pendage profondeur ou des attributs CRS. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'étape de pointé est appliquée sur les données sismiques migrées temps avant sommation.