Brevet FR2955396A1 — publié le 20110722

PROCEDE DE TRAITEMENT DE DONNEES SISMIQUES MARINES DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le traitement de données sismiques marines acquises au moyen d'au moins une flûte sismique remorquée par un bateau et comportant une pluralité de récepteurs. Plus particulièrement l'invention concerne un procédé de traitement adapté au cas où certaines au moins des données sont acquises à des profondeurs d'eau différentes, ceci pouvant être réalisé au moyen de flûtes ayant au moins une portion inclinée par rapport à la surface de l'eau, ou de flûtes horizontales situées à des profondeurs différentes. ETAT DE LA TECHNIQUE Une technique répandue de recherche de pétrole ou de gaz consiste à effectuer une prospection sismique du sous-sol. Pour imager la structure du sous-sol, le géophysicien utilise les techniques de « sismique réflexion ». En sismique marine, la technique consiste à remorquer derrière un navire : - une ou plusieurs source(s) d'énergie pour l'émission d'une onde acoustique, et - des récepteurs sismiques disposés sur des flûtes (ou ( La source communique une onde acoustique à l'eau, en créant un champ d'ondes (ondes de compression) qui se propage de façon cohérente vers le bas (propagation descendante). Lorsque le champ d'ondes frappe les interfaces entre les formations terrestres, appelées réflecteurs, il est réfléchi à travers la terre et l'eau jusqu'aux récepteurs sismiques (propagation montante), où il est converti en signaux électriques et enregistré. Les récepteurs sismiques sont disposés de façon telle et en nombre suffisant pour que les signaux enregistrés, appelés traces, constituent des données sismiques et permettent de reconstituer la configuration des couches géologiques. Un problème que l'on rencontre est celui de la réverbération et peut être expliqué comme suit. Une onde sismique réfléchie par un réflecteur passe dans l'eau dans une direction généralement ascendante. Cette onde, que l'on appelle la « primaire », se propage dans l'eau et passe par le récepteur sismique qui enregistre sa présence. Le champ d'ondes continue sa progression vers la surface de l'eau (qui a un coefficient de réflexion égal à -1), où il est réfléchi vers le bas. Ce champ d'ondes réfléchi ou « fantôme » se propage également dans l'eau et passe par les récepteurs où il est à nouveau enregistré avec une polarité inverse et un retard Dt qui vaut, pour des ondes se propageant verticalement : Dt=2 Dz/c, Avec : Dt : la différence de temps entre les enregistrements par le récepteur de l'onde primaire et du fantôme, - Dz la distance entre la flûte et la surface de l'eau, - c la vitesse de propagation de l'onde dans l'eau (à savoir 25 1500m/s).. Cette réverbération du champ d'ondes sismique dans l'eau obscurcit les données sismiques, en amplifiant certaines fréquences et en en atténuant d'autres, ce qui rend difficile l'analyse des formations terrestres sous-jacentes. 30 Le fantôme correspond, dans le domaine spectral, à un filtre de fonction de transfert : G(f) = 1 ù exp(2jrrfAt), Cette fonction de transfert G(f) est nulle pour les fréquences f multiples de fn, avec fn = 1 _ c / 2 _ 750 At Az Az Ces fréquences pour lesquelles une fonction de transfert est nulle sont appelées « notch ». Les notchs sont particulièrement gênant car il n'est pas possible de les déconvoluer. L'usage est donc en sismique de placer les flûtes à une profondeur telle que le premier notch soit en dehors de la bande utile. 100 Hz étant une borne haute de la bande passante sismique, cela conduit à placer les flûtes à une profondeur d'environ 7,5 m. Mais cette profondeur relativement faible des flûtes a pour effet de pénaliser l'enregistrement des basses fréquences (pour les basses fréquences, la fonction G(f) est proportionelle à la profondeur Dz). Les documents US 4 353 121 et US 4 992 992 décrivent des procédés de traitement permettant de supprimer les fantômes à partir de données sismiques enregistrées en utilisant un dispositif d'acquisition comprenant une flûte sismique présentant un angle (de l'ordre de 2 degrés) avec la surface de l'eau. Dans cette configuration, c'est au cours de l'opération de sommation des données que la suppression des fantômes est effectuée. En effet les données acquises sont redondantes, et le procédé de traitement comporte une étape de sommation (ou ( Ce « datuming » 2D prend en compte le fait que la propagation des ondes n'est pas forcément verticale, contrairement à ce qui est supposé dans le cas d'un « datuming » 1 D tel que proposé dans US 4 353 121. Plus spécifiquement, US 4 992 992 décrit un procédé de traitement qui, à partir des données enregistrées par les N récepteurs Rn d'indice n=1 ,..N se trouvant à une distance horizontale xn de la source et à une profondeur zn,=zo+xntga, (a correspondant à l'angle entre le câble et la surface de l'eau, et tg la fonction trigonométrique tangente), reconstruit les données sismiques qui auraient été enregistrées par des récepteurs sismiques situés aux mêmes positions horizontales xn mais à une même profondeur de référence zo constante pour tous les récepteurs sismiques. Pour ce faire, deux jeux de données sismiques reconstruites comme si elles avaient été enregistrées par une flûte horizontale sont calculés puis sommés après multiplication par un facteur. Le premier jeu de données est synthétisé en supposant que les ondes sismiques se propagent vers le haut comme les ondes primaires, le second en supposant que les ondes sismiques se propagent vers le bas comme les fantômes. La propagation vers le haut (onde montante) est définie par des angles de propagation par rapport à l'horizontale compris entre 0° et 180°, la propagation vers le bas (onde descendante) par des angles de propagation de 180°a 360 °. Les procédés décrits dans US 4 353 121 et US 4 992 992 sont des procédés de traitement sismiques en une dimension (1 D) et en deux dimensions (2D). Or de tels procédés ne sont pas généralisables en trois dimensions. En effet l'échantillonnage des capteurs dans la 3ème dimension est donné par l'écartement latéral entre les flûtes, de l'ordre de 150m, bien plus grand que l'échantillonnage des capteurs le long des flûtes qui est de l'ordre de 12.5 m. Un but général de la présente invention est de fournir un procédé de traitement sismique 3D permettant d'imager la géologie du sous-sol à partir de données sismiques marines enregistrées au moyen de récepteurs sismiques dont certains au moins sont situés à des profondeurs d'eau différentes sans mettre en jeu une étape de datuming et sans restrictions quant à la direction de propagation des ondes. PRESENTATION DE L'INVENTION A cet effet, l'invention propose un procédé de traitement de données sismiques marines acquises au moyen d'au moins une flûte sismique remorquée par un bateau et comportant une pluralité de récepteurs sismiques (R,,, ..., Rn) situés à des profondeurs d'eau respectives (z, , ...,zn), caractérisé en ce qu'il comprend une étape de migration miroir adaptée des dites données dans laquelle on introduit dans la migration les enregistrements des différents récepteurs sismiques (R,,, ..., Rn) à leurs positions effectives tout en introduisant l'opposé des mêmes enregistrements à leurs positions miroirs. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une méthode d'acquisition sismique marine, - la figure 2 est une représentation schématique en vue de dessus de la méthode illustrée à la figure 1, - la figure 3 est une représentation schématique illustrant une étape de migration miroir du procédé de traitement. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION On va maintenant décrire le procédé de traitement de données 30 sismiques marines en référence aux figures. Acquisition des données sismiques marines A l'heure actuelle, les données sismiques marines sont enregistrées grâce à un dispositif d'acquisition dans lequel une même position de source donne lieu à des enregistrements de signaux sismiques au moyen d'un jeu de flûtes de sorte à couvrir une zone géographique. Dans le mode d'acquisition illustré par la figure 1, chaque flûte présente un angle avec la surface de l'eau, comme proposé dans les documents US 4 353 121 et US 4 992 992. Cet angle est identique pour toutes les flûtes du jeu de flûtes de sorte qu'elles s'étendent globalement dans un même plan. La figure 1 représente une masse d'eau s'étendant au dessus d'un fond marin, avec à la surface de l'eau 2 un navire 3 de prospection sismique. Le navire 3 remorque une ou plusieurs source(s) sismiques 6 destinées à émettre une onde acoustique dans l'eau. La source 6 peut être un ensemble de canons à air comprimé, un vibrateur marin ou d'autres types de source connus de l'homme de l'art. Le navire 3 remorque également un ensemble de flûtes 1 présentant un angle avec la surface de l'eau 2. Chaque flûte 1 comprend une pluralité de récepteurs sismiques 4, 5 destinés à enregistrer les signaux acoustiques émis par la source 6 après leurs réflexions successives sur les interfaces entre couches géologiques - appelées réflecteurs. Ces récepteurs sismiques 4, 5 sont par exemple des hydrophones. Le dispositif d'acquisition fonctionne comme suit. La vibration sismique émise par la source sismique 6 descend le long de plusieurs trajectoires 11 et est réfléchie aux interfaces entre des matériaux d'impédances acoustiques différentes telles que l'interface 8 - le fond de la mer est référencé 8a. Un champ d'ondes réfléchies 12 remonte vers la surface de l'eau 2 et est enregistré par les récepteurs sismiques 4, 5. Les hydrophones 4, 5 aux première et deuxième profondeurs z1, z2 enregistrent les ondes réfléchies du champ d'ondes montant 17. Toutefois, et comme indiqué dans la partie « Etat de la technique », les enregistrements sont affectés par des réflexions parasites : un champ d'ondes descendant 13 dû à la réflexion des ondes à la surface de l'eau 2 se superpose avec le champ d'ondes montant 12. Les enregistrements comportent donc des pics correspondant à des réflexions de surface, ou réflexions parasites fantôme. Le procédé de traitement sismique décrit ci-après permet d'utiliser ces réflexions parasites fantôme pour imager le sous sol. Traitement des données sismiques marines Le procédé décrit ci-après utilise la migration 3D par point de tir, qui permet d'obtenir une image précise du sous-sol en tenant compte avec exactitude de la propagation des ondes dans des milieux complexes. Une telle migration consiste à synthétiser l'onde incidente à partir des informations sur la source sismique et l'onde réfléchie a partir des données enregistrées. Dans le cas d'une migration classique de type « one-way », le principe est le suivant. L'onde incidente D (i.e. l'onde émise par la source) est supposée descendante. Cette onde incidente D(x,y,z,t) est synthétisée de façon récursive en profondeur z, l'onde descendante étant initialisée à la profondeur de la source sismique zs. L'onde incidente D à toutes les profondeurs nÈz est ensuite calculée de manière récursive en calculant l'onde incidente à la profondeur z+Èz à partir de l'onde incidente à la profondeur z. De façon analogue, l'onde réfléchie U(x,y,z,t) est supposée montante et est initialisée en z=zr avec les ondes enregistrées par les récepteurs sismiques (dans le cas où tous les récepteurs ont la même profondeur). L'onde réfléchie U dans tout le volume est ensuite calculée de manière récursive en calculant l'onde montante U à la profondeur z+Èz à partir de l'onde monte à la profondeur z. L'image du sous-sol est calculée par la cross-corrélation temporelle des deux volumes D(x,y,z,t) et U(x,y,z,t). L'altimétrie, c'est-à-dire le fait que la source et les récepteurs peuvent avoir des profondeurs non nulles (et toutes différentes), peut être prise en compte en introduisant les sources et les récepteurs au cours des calculs récursifs en z : par exemple un récepteur à une profondeur zr comprise entre nÈz et (n+1) Èz est introduit lors du calcul récursif de U((n+1) Èz) à partir de U(nAz). Par ailleurs, l'étape de migration est une migration miroir adaptée, ainsi nommée par analogie avec la migration miroir (ou « mirror migration » selon la terminologie anglo-saxonne) et le filtre adapté utilisé en traitement du signal (consistant à convoluer une mesure s(t) perturbé par une convolution par un filtre h(t) par h(-t) de façon à optimiser le rapport signal-à-bruit). Dans le cas d'une migration miroir, on utilise la surface de la mer comme un miroir : au lieu de « regarder » vers le fond marin, on « regarde » vers la surface de l'eau pour voir les réflecteurs situés en dessous des récepteurs sismiques. En pratique, on considère les données sismiques non pas comme si elles avaient été enregistrées au niveau des récepteurs sismiques de la flûte, mais à une altitude au dessus de la surface de l'eau égale à la profondeur de chaque récepteur comme illustré à la figure 3. Une technique d'imagerie miroir par migration miroir est décrite par exemple dans la publication : "Facilitating technologies for permanently instrumented oil fields", Dan Ebrom, Xiuyuan Li, and Dwight Sukup, The Leading Edge, Vol. 19, No 3, pp. 282-285, March 2000. Dans cette publication, cette technique est utilisée dans le cadre d'une acquisition avec des récepteurs sismiques situés au fond de la mer 8a. Dans cette acquisition, on utilise le principe de réciprocité et on considère donc fictivement des sources au fond de la mer (aux positions récepteurs) et des récepteurs en surface (aux positions sources). L'imagerie miroir consiste à utiliser le fantôme source fictive pour obtenir l'image, ce qui peut s'effectuer en plaçant les sources fictives à leur position miroir par rapport à la surface de l'eau, les positions sources (xs,ys,zs) étant changées en (xs,ys,-zs). L'imagerie miroir permet de mieux éclairer les réflecteurs peu profonds. Dans le cas de la migration miroir adaptée, appliquée à des données acquises par des flûtes partiellement pentées, (xr,yr,zr) étant les positions des récepteurs sur les flûtes, on initialise l'onde réfléchie (supposée montante) U d'une migration avec altimétrie à une altitude ûzmax, Zmax étant la profondeur maximale des récepteurs sismiques (le maximum des zr) et l'altitude 0 correspondant à la surface de l'eau. Lors de la descente récursive en z de l'onde U entre les valeurs ûZmax et 0, on introduit aux positions miroirs des récepteurs par rapport au fond de l'eau, c'est-à-dire en (xr,yr,-Zr), l'enregistrement du récepteur en question avec un changement de signe. Continuant la descente pour z=0 a Zmax on introduit à leur positions réelles (xr,yr,zr), l'enregistrement du récepteur en question. La suite du calcul récursif de U, la génération de l'onde incidente (supposée descendant) D ainsi que l'étape de cross-corrélation entre onde incidente et réfléchie pour obtenir l'image s'effectue de manière analogue à une migration one-way conventionnelle. On obtient de la sorte directement l'image du sous-sol à partir des acquisitions 3D par flûtes pentés, en prenant en compte les positions exactes des récepteurs et la propagation exacte en 3 dimensions des ondes. L'étape d'introduction des enregistrements aux positions miroirs des récepteurs, dont le surcout est négligeable, permet le renforcement du rapport signal-à-bruit par une image basé sur le fantôme récepteur, sans doubler le temps de calcul de la migration, ce qui serait le cas si on calculait deux images pour les sommer ensuite, comme proposé dans "Facilitating technologies for permanently instrumented oil fields" Toutefois une telle solution peut être mise en oeuvre dans une variante d'exécution du procédé. L'invention décrite ci-dessus permet d'obtenir directement une image du sous-sol à partir des données provenant d'une acquisition 3D, effectuée avec plusieurs flûtes pentées. Contrairement au procédé décrits dans US 4 353 121 et US 4 992 992, le procédé de traitement décrit ci-dessus ne comprend pas d'étape de datuming - consistant à reconstituer les données sismiques qui auraient été enregistrées par une flûte horizontale à partir des données sismiques enregistrées par la flûte pentée û préalablement à leur migration. Le procédé de traitement décrit ci-dessus tient compte des angles de propagation à la fois en x et en y. Ce procédé permet également d'améliorer le rapport signal-à-bruit en utilisant les données fantômes pour renforcer les données réflexions primaires. Lorsque la diversité des profondeurs de capteurs ne permet pas d'enlever complètement les ondes fantômes, la perturbation résultante sur les données finales est la convolution par un filtre symétrique (à phase nulle) et déconvoluable (sans notch). Cette étape de déconvolution est simplifiée par le fait que c'est une déconvolution à phase nulle. Le descriptif de la migration miroir adapté ci-dessus concerne le cas d'une migration 3D pour point de tir « one-way ». Il existe d'autres types de migrations que l'on peut adapter en migration miroir adapté en introduisant, dans le calcul de l'onde réfléchie, outre les enregistrements des récepteurs à leurs positions exactes, l'opposé des enregistrements à leurs positions miroirs. Il existe en outre une migration 3D par point de tir appelée « Reverse Time Migration », qui ne fait pas l'hypothèse que l'onde incidente est une onde descendante et l'onde réfléchie une onde montante. La migration miroir adaptée peut s'effectuer dans ce cas en introduisant les récepteurs à leur position effective (xr,yr,zr) mais en utilisant à la surface de l'eau des conditions aux limites dites de surface libre, à la place des conditions aux limites de surface absorbantes habituellement utilisées. Les procédés décrits ci-dessus ne sont pas limités au traitement de données acquises au moyen des flûtes linéaires de pente constante représentées à la figure 1. Ils sont tout aussi applicables à des données acquises au moyen de flûtes comportant chacune plusieurs sections de pentes différentes, ou de flûtes ayant une ou plusieurs sections pentées et une ou plusieurs sections horizontales, ou de flûtes horizontales situées à des profondeurs différentes. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement de données sismiques marines acquises au moyen d'au moins une flûte sismique remorquée par un bateau et comportant une pluralité de récepteurs sismiques (R1,, ..., Rn) situés à des profondeurs d'eau respectives (z1, ...,zn), caractérisé en ce qu'il comprend une étape de migration miroir adaptée des dites données dans laquelle on introduit dans la migration les enregistrements des différents récepteurs sismiques (R1,, ..., Rn) à leurs positions effectives tout en introduisant l'opposé des mêmes enregistrements à leurs positions miroirs. 2. Procédé de traitement selon la revendication précédente, dans lequel - on débute le calcul d'une onde montante à une altitude -zmax, Zmax étant la profondeur maximale des récepteurs sismiques, - on effectue une propagation inverse de l'onde montante à partir de l'altitude initiale par un calcul récursif en profondeur dans lequel on calcule l'onde montante à une profondeur courante z+Az à partir de l'onde montante pour la profondeur précédente z - on introduit au cours du calcul les récepteurs dont la profondeur zr 20 ou la profondeur miroir Zr ûest comprise entre z et z+^z. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant en outre une étape de propagation des ondes descendantes émises par la source dans laquelle on débute la migration à une profondeur de migration 25 égale à la profondeur de la source sismique zs, et on effectue une propagation des ondes descendantes afin d'obtenir des ondes descendantes pour toutes les profondeurs supérieures à la profondeur de la source zs. 30 4. Procédé selon la revendication 3, comprenant en outre une étape de corrélation entre l'onde descendante propagée et l'onde montante rétropropagée pour chaque profondeur supérieure à la profondeur de la source zs.