Assimilation de données géophysiques pour la caractérisation hydrogéologique régionale: optimisation de la séquence.

Depuis plus d’une decennie, des groupes de chercheurs en hydrogeophysique comme celui de la Commission Geologique du Canada ont alimente l’interet pour l’utilisation de la sismique reflexion de proche surface en developpant des outils tractables comme des sources vibrantes portables et des trains de geophones (landstreamer) a trois composantes. Ces innovations technologiques, combinees a l’utilisation des ondes de cisaillement pour l’imagerie a haute resolution de la stratigraphie des milieux sedimentaires non-consolides, ont rendus cette methode geophysique plus versatile, plus precise et surtout plus economique. En effet, la possibilite de couvrir en une journee de grandes distances lineaires en fait un outil bien adapte pour la caracterisation a l’echelle regionale. A partir de ces travaux et dans un contexte de caracterisation hydrogeologique a l’echelle regionale dans les Basses-Terres du Saint- Laurent, cette these propose des ameliorations a la sequence de travail en assimilation de donnees geophysiques. Ces avancees sont menees sur trois fronts : l’acquisition des donnees, leur traitement et leur integration pour la construction de modeles de la sous surface. Tout d’abord, comme la configuration des leves de sismique reflexion de proche surface necessite un faible espacement entre les capteurs et les points de tirs, une quantite importante d’information sous forme brute est recue lors de l’acquisition. Ainsi, il est difficile de proceder a un controle de qualite efficace (QC) et presque impossible de fournir une interpretation du milieu investigue en temps reel. Afin de regler ce probleme, un algorithme de traitement de donnees « en direct » a donc ete developpe. Ensuite, comme l’anisotropie sismique peut affecter le traitement des donnees, ces parametres ont ete mesures dans les argiles de la mer de Champlain. Un profil sismique vertical a neuf composantes a identifie des ecarts significatifs de la vitesse des ondes sismiques en fonction de l’angle de propagation. Enfin, une methodologie a ete mise de l’avant pour interpoler les interfaces stratigraphiques a l’echelle regionale. L’approche developpee tient compte de la resolution et de la fiabilite des mesures disponibles, extrait l’information statistique des interpretations de sismique reflexion et peut meme servir comme outil de reinterpretation de ces dernieres. Abstract For more than a decade, research groups such as the Geological Survey of Canada built the interest for near-surface reflection seismic by proposing small vibrating sources and three components (3C) landstreamers. Developments in the instrumentation combined with extensive use of shear-wave profiling to image stratigraphy of unconsolidated environments at high resolution have made this geophysical method more versatile, more accurate, increased cost effectiveness and allowed to cover greater distance per day. With those major upgrades as a starting point and in a context of regional aquifer characterization in the Saint-Laurent Lowlands, the present study proposes a workflow to further enhance the assimilation of geophysical data. First, as high resolution near surface surveys require small shot intervals and multiple channels on three axis, a lot of the acquisition information is received under a raw format yielding to unproductive quality control (QC). Hence, a tool was developed to process data “on the fly” and allow adequate real-time QC and on-site decision making. The algorithm was constructed in a Python environment and is accessible through a graphical user interface where the user is prompted for geometry parameters inputs and desired processing flow steps. Second, at the scale of seismic wavelengths, fine grain and poorly consolidated sediments such as marine clay of the St-Lawrence Lowlands can be viewed as a homogeneous medium presenting anisotropy. This section of the study showed that such geological settings yield to significant seismic velocity variations with angle of propagation that should not be ignore for normal move-out correction, migration or time to depth conversion. Finally, accurate delineation of stratigraphic horizons is an important task of any environmental or hydrogeological characterization study. A methodology was put forward to help integrate geophysical measurements with geological knowledge in the construction of stratigraphic maps. The approach accounts for reliability and resolution of the measurements, extracts statistical information from reflection seismic interpretations and can further serve as a tool for reinterpretation of the seismic data.