Brevet FR2923312A1 — publié le 20090508

PROCEDE DE TRAITEMENT D'IMAGES SISMIQUES DU SOUS-SOL [000l] La présente invention concerne l'analyse d'images sismiques du sous-sol. [0002] Il est connu, notamment dans l'exploration pétrolière, de déterminer la position des réservoirs pétroliers à partir des résultats de mesures géophysiques effectuées depuis la surface ou dans des puits de forage. Dans la technique de la sismique en réflexion, ces mesures impliquent l'émission dans le sous-sol d'une onde et la mesure d'un signal comportant diverses réflexions de l'onde sur les structures géologiques recherchées. Ces structures ~o sont typiquement des surfaces séparant des matériaux distincts, des failles ... D'autres mesures sont effectuées depuis des puits. On envoie alors dans le sous-sol, des ondes acoustiques ou un rayonnement électromagnétique. [0003] Les mesures sont traitées pour reconstituer un modèle du sous-sol, en général sous forme d'images sismiques, ou images échographiques. Ces 15 images peuvent être bidimensionnelles (sections sismiques) ou tridimensionnelles (blocs sismiques). Une image sismique se compose de pixels dont l'intensité est représentative d'une amplitude sismique dépendant des variations locales d'impédance. [0004] Les géophysiciens sont habitués à analyser de telles images 20 sismiques porteuses d'information d'amplitude. Par l'observation visuelle, ils sont capables de séparer des zones du sous-sol ayant des caractéristiques différentes en vue de déterminer la structure du sous-sol. [0005] Il existe des méthodes automatiques pour extraire de l'information structurelle d'images sismiques. En particulier, il est connu d'estimer des 25 horizons sismiques en analysant par ordinateur les gradients d'amplitude dans l'image sismique. Les horizons ainsi estimés sont appelés "horizons de synthèse" par opposition aux horizons déterminés par pointage manuel des images. [0006] Une méthode possible pour estimer des horizons dans une image 30 sismique bidimensionnelle consiste, à partir d'un pixel de l'image, à rechercher -2- la direction selon laquelle le gradient local d'amplitude est minimal. En se propageant le long de cette direction, on construit de proche en proche une ligne représentant un horizon de synthèse. Si l'image sismique est tridimensionnelle, on peut estimer des horizons sous forme de surfaces transversales à la direction verticale, par exemple au moyen de la méthode de propagation décrite dans le brevet français n° 2 869 693. [0007] Les horizons de synthèse peuvent être traités pour générer des valeurs d'accumulation (ou accumulations de synthèse) formant une image de synthèse de mêmes dimensions que l'image sismique, contenant de l'information structurelle sur l'organisation du sous-sol. Les valeurs d'accumulation sont par exemple calculées par l'ordinateur de la manière suivante. A partir chaque pixel de l'image sismique, on estime un horizon par une méthode de propagation de gradient, et on affecte une valeur unitaire à chaque pixel de cet horizon estimé et une valeur nulle à tous les autres pixels. La sommation des valeurs (1 ou 0) affectées à chaque pixel de l'image de synthèse par rapport aux horizons issus des différents pixels de l'image sismique donne une valeur d'accumulation. Les fortes valeurs d'accumulation correspondent notamment aux zones de l'image où convergent différents horizons, alors que les valeurs faibles représentent plutôt des zones où les caractéristiques physiques sont relativement homogènes. [0008] Les images formées par les accumulations de synthèse peuvent être transformées de la manière décrite dans le brevet US n° 6 771 800 pour effectuer une analyse chrono-stratigraphique des images sismiques. La transformation, non-linéaire, est calculée par intégration des valeurs d'accumulation le long de lignes verticales et permet de passer d'une échelle de temps physique à une pseudo-échelle de temps géologique. L'image transformée présente des composantes connexes qu'on peut interpréter comme correspondant à des dépôts géologiques, en mettant en évidence des hiatus géologiques entre elles. 3o [0009] Les images de synthèse calculées par accumulation le long des horizons estimés constituent une sorte de résumé de l'information structurelle et sont donc très utiles pour se faire une idée de la géométrie du sous-sol. 3 L'information qu'elles permettent de visualiser est plus structurelle que lithologique car elles ne font plus intervenir les valeurs des amplitudes sismiques mais seulement leurs continuités et discontinuités. Ceci limite leur intérêt pour le géophysicien, qui préfère souvent examiner les images sismiques elles-mêmes, en dépit de la difficulté qu'il peut avoir à y distinguer la structure. [o010] Le présent mémoire introduit un nouveau type de traitement d'images sismiques qui concilie les avantages de différents modes de représentation. Il est ainsi proposé un procédé de traitement d'images sismiques du sous-sol, comprenant les étapes suivantes: - analyser une image sismique pour estimer des horizons sismiques dans une zone du sous-sol; - calculer une valeur d'accumulation associée à chaque pixel de l'image sismique par accumulation le long d'un ensemble d'horizons sismiques 15 estimés, pour former une image de synthèse composée des valeurs d'accumulation; et - transformer l'image de synthèse pour obtenir une représentation sismique dans laquelle des amplitudes signées sont affectées aux pixels de l'image de synthèse. 20 [0011] Les images de synthèse sont retraitées pour revenir à un mode de représentation proche de celui de l'image sismique d'origine. La représentation sismique peut être vue comme une image sismique enrichie par l'ajout de l'information structurelle provenant de l'image de synthèse. La lecture et l'interprétation des images s'en trouvent facilitées. 25 [0012] Dans un mode de réalisation du procédé, le calcul d'une valeur d'accumulation associée à un pixel de l'image sismique comprend une accumulation de quantités signées respectivement associées à des horizons dudit ensemble passant par ledit pixel, la quantité signée associée à un horizon étant fonction du signe de l'amplitude d'un pixel de départ dudit horizon dans 30 l'image sismique. [0013] Les images de synthèse ainsi générées sont généralement moins -4- nettes que celles obtenues par accumulation de quantités toujours positives. Cependant, leurs amplitudes signées traduisent une certaine information physique liée aux variations d'impédance. L'étape de transformation d'une telle image de synthèse peut comprendre une convolution spatiale de cette image de synthèse avec un noyau de convolution tel qu'une ondelette, ce qui fournit une représentation plus réaliste des amplitudes sismiques. [0014] Dans un autre mode de réalisation du procédé, l'étape de transformation de l'image de synthèse comprend une combinaison de l'image de synthèse avec l'image sismique. [0015] La combinaison de l'image de synthèse avec l'image sismique peut notamment être un produit par pixel de la forme P(x, y) = A(x, y)a x S(x, y)[3, où P(x, y) est la valeur d'un pixel dans ladite représentation sismique, A(x, y) est la valeur d'accumulation dudit pixel dans l'image de synthèse, S(x, y) est l'amplitude dudit pixel dans l'image sismique, et a et 13 sont deux exposants positifs. [0016] Un autre aspect de l'invention se rapporte à un programme d'ordinateur pour un système de traitement d'images sismiques du sous-sol, le programme comprenant des instructions pour mettre en oeuvre les étapes d'un procédé tel que défini ci-dessus lors d'une exécution du programme par un calculateur du système de traitement d'images sismiques. [0017] D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 montre un exemple d'enregistrement d'image sismique; - la figure 2 montre une forme d'image de synthèse obtenue à partir de l'image sismique de la figure 1; - la figure 3 est un organigramme d'un exemple de réalisation du procédé de traitement d'images sismiques; - la figure 4 montre une représentation sismique améliorée 30 structurellement selon le procédé illustré par la figure 3; - la figure 5 est un organigramme d'un autre exemple de réalisation du procédé de traitement d'images sismiques; - la figure 6 montre une autre forme d'image de synthèse utilisée dans le procédé illustré par la figure 5; et 5 - la figure 7 montre une représentation sismique améliorée structurellement selon le procédé illustré par la figure 5. [0018] En référence à la figure 1, une image sismique se présente couramment sous la forme d'une matrice de pixels dont l'intensité correspond à une amplitude sismique. La représentation est généralement en deux couleurs (non rendues sur la figure), une pour les amplitudes négatives, l'autre pour les amplitudes positives. L'image, lorsqu'elle est bidimensionnelle, peut correspondre à une intégration à deux dimensions de traces sismiques verticales. Elle peut aussi correspondre à une coupe verticale dans un bloc sismique obtenu par intégration à trois dimensions de traces sismiques verticales. [0019] De façon connue en soi, une telle image sismique peut être traitée pour générer une image de synthèse telle que celle montrée sur la figure 2, par accumulation le long d'horizons sismiques estimés. L'image de synthèse est par exemple représentée monochrome, avec des niveaux de gris d'autant plus foncés que les valeurs d'accumulation des pixels sont élevées. Dans le cas de la figure 2, ces valeurs d'accumulation sont toutes positives. [0020] L'image de synthèse montrée sur la figure 2 a été dérivée de l'image sismique de la figure 1 par la méthode classique indiquée en introduction, par exemple mise en oeuvre selon la procédure 10 illustrée sur la figure 3. [0021] Cette procédure 10 comprend l'estimation d'un horizon pour chaque pixel de l'image sismique et le calcul de valeurs d'accumulation A(x, y) pour chacun des pixels. Un premier pixel de départ (x, y) est sélectionné à l'étape 11. L'accumulation a lieu à l'étape 12 en incrémentant d'une unité la valeur d'accumulation A(x, y). Si l'horizon sismique courant n'a pas été complètement parcouru (test 13), c'est-à-dire si la propagation n'a pas encore fait atteindre les deux bords latéraux de l'image, un pixel suivant (x, y) de l'horizon courant est -6- sélectionné à l'étape 14 avant de revenir à l'étape d'accumulation 12. La sélection est opérée à l'étape 14 en choisissant un pixel voisin dans une direction de propagation choisie en fonction des variations locales de l'amplitude dans l'image sismique. Lorsque le test 13 montre que l'horizon sismique courant a été complètement parcouru, la procédure détermine au test 15 si tous les pixels de départ ont été pris en compte. Un nouveau pixel de départ est pris pour le pixel (x, y) à l'étape 16 tant que le test 15 est négatif, et la procédure revient à l'étape 12 pour faire propager un horizon depuis ce pixel de départ et mettre à jour les valeurs d'accumulation des pixels rencontrés le io long de cet horizon. L'image de synthèse constituée des valeurs d'accumulation A(x, y) est terminée lorsque le test 15 montre que tous les pixels de départ ont été pris en compte. [0022] Pour affecter des amplitudes signées aux pixels d'une telle image de synthèse, on la transforme en la combinant avec l'image sismique d'origine. 15 [0023] Dans l'exemple illustré par la figure 3, la combinaison est effectuée sous la forme d'un produit pixel par pixel: P(x, y) = A(x, y)î x S(x, y) P (1) où S(x, y) est la valeur du pixel (x, y) dans l'image sismique d'origine et P(x, y) est la valeur du pixel (x, y) dans la représentation sismique découlant de la 20 transformation de l'image de synthèse. [0024] Les exposants a et (3 peuvent être adaptés aux besoins de chaque application particulière. Pour la recherche de réservoirs pétroliers, on a déterminé que les valeurs a = 1/2, (3 = 1 donnent satisfaction. [0025] La figure 4 montre la représentation sismique obtenue avec les 25 valeurs d'exposants a = 1/2, p = 1 à partir de l'image de synthèse de la figure 2 combinée à l'image sismique de la figure 1. Comme la représentation est du même type que dans l'image sismique, elle peut aussi être en deux couleurs (non rendues sur la figure), une pour les amplitudes négatives, l'autre pour les amplitudes positives, avec des intensités de pixels correspondant à la valeur 30 absolue des amplitudes sismiques réaffectées aux pixels de l'image de synthèse. [0026] On peut voir sur la figure 4 l'amélioration structurelle apportée à l'image sismique de la figure 1. L'information structurelle ajoutée provient de l'image de synthèse de la figure 2, et permet notamment de faire ressortir la structure géologique dans la partie gauche, la plus bruitée, de l'image sismique. Dans la partie droite également, où le bruit est relativement moins important, l'amélioration structurelle procure une accentuation qui facilite l'interprétation des données sismiques. De façon générale, le géophysicien observant une représentation sismique du genre de la figure 4 peut procéder aux interprétations habituelles tout en bénéficiant de l'enrichissement structurel. [0027] La figure 5 illustre un autre exemple de réalisation du procédé, qu'on peut appliquer en variante de la figure 3 pour produire un rendu à la fois lithologique et structurel à partir d'images sismiques. [0028] La procédure 30 de génération de l'image de synthèse est modifiée par rapport à celle 10 de la figure 3 de manière à tenir compte du signe des amplitudes sismiques aux pixels de départ. Cette procédure 30 est très proche dans son exécution de celle 10 de la figure 3, les étapes désignées par le même numéro de référence étant identiques. [0029] Après sélection du pixel de départ de l'estimation d'un horizon, à l'étape 11 ou 16, une quantité signée â est déterminée à l'étape 31 comme correspondant au signe du pixel de départ dans l'image sismique: b = +1 si A(x, y) >_ 0 et 6 = -1 si A(x, y) REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'images sismiques du sous-sol, comprenant les étapes suivantes: analyser une image sismique pour estimer des horizons sismiques dans une zone du sous-sol; calculer une valeur d'accumulation associée à chaque pixel de l'image sismique par accumulation le long d'un ensemble d'horizons sismiques estimés, pour former une image de synthèse composée des valeurs d'accumulation; et transformer l'image de synthèse pour obtenir une représentation sismique dans laquelle des amplitudes signées sont affectées aux pixels de l'image de synthèse. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le calcul d'une valeur d'accumulation associée à un pixel de l'image sismique comprend une accumulation de quantités signées respectivement associées à des horizons dudit ensemble passant par ledit pixel, la quantité signée associée à un horizon étant fonction du signe de l'amplitude d'un pixel de départ dudit horizon dans l'image sismique. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la quantité signée est égale à +1 si l'amplitude du pixel de départ dans l'image sismique est positive, et à -1 si l'amplitude du pixel de départ dans l'image sismique est négative. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l'étape de transformation de l'image de synthèse comprend une convolution spatiale (20) de l'image de synthèse avec un noyau de convolution. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la convolution spatiale est opérée selon une direction verticale.-11- 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le noyau de convolution est une ondelette. 7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de transformation de l'image de synthèse comprend une combinaison (40) de l'image de synthèse avec l'image sismique. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le calcul d'une valeur d'accumulation associée à un pixel de l'image sismique comprend une accumulation d'unités respectivement associées à des horizons dudit ensemble passant par ledit pixel. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la combinaison (40) de l'image de synthèse avec l'image sismique est un produit par pixel de la forme P(x, y) = A(x, y)a x S(x, y)R, où P(x, y) est la valeur d'un pixel dans ladite représentation sismique, A(x, y) est la valeur d'accumulation dudit pixel dans l'image de synthèse, S(x, y) est l'amplitude dudit pixel dans l'image sismique, et 15 a et (3 sont deux exposants positifs. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel a = 1/2 et R = 1. 11. Programme d'ordinateur pour un système de traitement d'images sismiques du sous-sol, le programme comprenant des instructions pour mettre en oeuvre les étapes d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes lors d'une exécution du programme par un calculateur du système de traitement d'images sismiques.