CA2464799A1 - Methode pour determiner un modele de vitesse d'ondes sismiques dans une formation souterraine heterogene - Google Patents
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Abstract
- Méthode pour déterminer un modèle de vitesse d'ondes sismiques captées par des récepteurs sismiques couplés avec une formation souterraine, en réponse à l'émission d'ondes sismiques dans le sous-sol par une source sismique, après réflexion sur des interfaces géologiques de la dite formation, d'après des enregistrements mul ti- déports de ces ondes. - A partir du pointé sur les enregistrements sismiques d'un ou plusieurs événements pour différents couples source-capteur associés au déport le plus faible d'un dispositif sismique d'acquisition, on prédit la géométrie des événements considérés pou r toute la gamme de déports du dispositif d'acquisition et pour différentes valeurs de vitesse prises autour d'une vitesse de couche de référence, et ce à l'aide de techniques cinématiques d'inversion et de modélisation. Puis, pour différentes position s latérales du dispositif d'acquisition, on sélectionne la courbe, de temps de trajet prédite approchant au mieux l'événement sismique considéré. Les temps de trajet ains i obtenus sont alors fournis à une méthode d'inversion avant sommation telle qu'une tomographie de temps de trajet. - Applications â l'imagerie sismique du sous-sol par exemple.
Description
METHODE POUR DETERMINIER UN MODELE DE VITESSE D'ONDES
SISMIQUES DANS UNE FORMATION SOUTERRAINE HETEROGENE
La présente invention concerne une méthode permettant de déterminer un modèle l0 de vitesse d'ondes sismiques captées par des récepteurs couplés avec une formation souterraine, d'après des enregistrements mufti-déports de ces ondes.
La méthode permet un accès facilité à l'information cinématique avant sommation associée aux événements contenus dans les enregistrements sismiques, qui est combiné à
une technique d'inversion cinématique avant sommation en vue de l'imagerie des interfaces géologiques du sous-sol.
Par "information cinématique avant sommation", nous entendons les temps de trajet associés aux réflexions enregistrées par des couples source-capteur situés à
des distances variables I'un de l'autre. A "accès facilité", nous opposons un pointé manuel des événements sismiques dans les collections mufti-déports. Par "méthode d'inversion cinématique avant sommation", nous entendons une méthode permettant, à partir de l'information cinématique extraite des enregistrements sismiques (et non d'une approximation de cette information cinématique), de retrouver la géométrie des réflecteurs associés ainsi que les vitesses de couche.
ETAT DE LA TECHNIQUE
La sismique réflexion est largement utilisée en exploration pétrolière, notamment pour produire des images de la subsurface à partir de l'information contenue dans les ondes qui se sont propagées et réfléchies sur les discontinuités géologiques du sous-sol.
SISMIQUES DANS UNE FORMATION SOUTERRAINE HETEROGENE
La présente invention concerne une méthode permettant de déterminer un modèle l0 de vitesse d'ondes sismiques captées par des récepteurs couplés avec une formation souterraine, d'après des enregistrements mufti-déports de ces ondes.
La méthode permet un accès facilité à l'information cinématique avant sommation associée aux événements contenus dans les enregistrements sismiques, qui est combiné à
une technique d'inversion cinématique avant sommation en vue de l'imagerie des interfaces géologiques du sous-sol.
Par "information cinématique avant sommation", nous entendons les temps de trajet associés aux réflexions enregistrées par des couples source-capteur situés à
des distances variables I'un de l'autre. A "accès facilité", nous opposons un pointé manuel des événements sismiques dans les collections mufti-déports. Par "méthode d'inversion cinématique avant sommation", nous entendons une méthode permettant, à partir de l'information cinématique extraite des enregistrements sismiques (et non d'une approximation de cette information cinématique), de retrouver la géométrie des réflecteurs associés ainsi que les vitesses de couche.
ETAT DE LA TECHNIQUE
La sismique réflexion est largement utilisée en exploration pétrolière, notamment pour produire des images de la subsurface à partir de l'information contenue dans les ondes qui se sont propagées et réfléchies sur les discontinuités géologiques du sous-sol.
2 Plus précisément, les méthodes d'imagerie utilisent l'information cinématique associée aux réflexions sismiques majeures (i.e. les temps de trajet des ondes s'étant réfléchies sur les discontinuités principales du sous-sol} pour déterminer un macro modèle de vitesse du sous-sol, qui servira lui-même à transformer les enregistrements sismiques temporels en une image profondeur de la subsurface.
L' accès à l'information cinématique nécessaire à la détermination du modële de vitesse requiert l'interprétation des événements sismiques dans les enregistrements sismiques mufti-dépouts. Or les données sismiques mufti-déports sont généralement caractérisées par un mauvais rapport signal sur bruit, d'où une défaillance des pointés automatiques classiques et la nëcessité d'effectuer un pointé des données sismiques manuel long et coûteux. Par ailleurs, pour les campagnes sismiques 3D (prêdominantes de nos jours par rapport aux campagnes 2D), la quantité de données i~, interpréter est un volume 4D qui peut atteindre des tailles de l'ordre de la centaine de GigaOetets, voire de l'ordre du TeraOctets, rendant la tâche interprétative encore plus longue et fastidieuse.
~5 Afin d'éviter cette étape d'interprétation des collections sismiques mufti-déports, les géophysiciens ont développé des méthodes basées sur des approximations de la géométrie des événements sismiques dans les collections mufti-déports. Pour établir ces approximations, ces méthodes émettent des hypothèses sur la complexité du sous-sol, hypothèses qui peuvent porter sur la géométrie des discontinuités géologiques du sous-sol et sur les variations de vitesse de couches. On citera gar exemple Ia méthode décrite dans Taner et Kohler (1969} qui suppose un milieu stratifié composé de couches planes horizontales à vitesses de couches homogènes et isotropes, celle décrite dans Levin (1971) qui étend la méthode précédente à des couches pentées. D'autres variantes ont été
proposées, mais de façon générale, les méthodes existantes sont basées sur une hypothèse hyperbolique de la courbe des temps de trajet dans les collections mufti-déports. Or cette hypathése est violée dès que les discontinuités géologiques du sous-sol ne sont plus planes et/ou dès que les vitesses de couche présentent des variations latérales.
Nous proposons ici une méthode pour approcher au mieux les temps de trajet des collections mufti-déports dans le cas où les discontinuités géologiques du sous-sol ont une 3o géométrie quelconque et où les vitesses de couche sont modérément variables latéralement, et ce, tout en limitant le temps humain requis pour l'interprétation des enregistrements sismiques. Les temps de trajet obtenus seront alors traités par une méthode d'inversion
L' accès à l'information cinématique nécessaire à la détermination du modële de vitesse requiert l'interprétation des événements sismiques dans les enregistrements sismiques mufti-dépouts. Or les données sismiques mufti-déports sont généralement caractérisées par un mauvais rapport signal sur bruit, d'où une défaillance des pointés automatiques classiques et la nëcessité d'effectuer un pointé des données sismiques manuel long et coûteux. Par ailleurs, pour les campagnes sismiques 3D (prêdominantes de nos jours par rapport aux campagnes 2D), la quantité de données i~, interpréter est un volume 4D qui peut atteindre des tailles de l'ordre de la centaine de GigaOetets, voire de l'ordre du TeraOctets, rendant la tâche interprétative encore plus longue et fastidieuse.
~5 Afin d'éviter cette étape d'interprétation des collections sismiques mufti-déports, les géophysiciens ont développé des méthodes basées sur des approximations de la géométrie des événements sismiques dans les collections mufti-déports. Pour établir ces approximations, ces méthodes émettent des hypothèses sur la complexité du sous-sol, hypothèses qui peuvent porter sur la géométrie des discontinuités géologiques du sous-sol et sur les variations de vitesse de couches. On citera gar exemple Ia méthode décrite dans Taner et Kohler (1969} qui suppose un milieu stratifié composé de couches planes horizontales à vitesses de couches homogènes et isotropes, celle décrite dans Levin (1971) qui étend la méthode précédente à des couches pentées. D'autres variantes ont été
proposées, mais de façon générale, les méthodes existantes sont basées sur une hypothèse hyperbolique de la courbe des temps de trajet dans les collections mufti-déports. Or cette hypathése est violée dès que les discontinuités géologiques du sous-sol ne sont plus planes et/ou dès que les vitesses de couche présentent des variations latérales.
Nous proposons ici une méthode pour approcher au mieux les temps de trajet des collections mufti-déports dans le cas où les discontinuités géologiques du sous-sol ont une 3o géométrie quelconque et où les vitesses de couche sont modérément variables latéralement, et ce, tout en limitant le temps humain requis pour l'interprétation des enregistrements sismiques. Les temps de trajet obtenus seront alors traités par une méthode d'inversion
3 cinématique avant sommation qui permet de prendre en compte des cinématiques complexes telle que la tomographie de temps de trajet, décrite par exemple dans le document suivant - Bishop, T. et al, 1985, « Tomographie Determination of Velocity and Depth in Laterally Varying Media » Geophysics, 50 N°6, 903-923.
La méthode pourra également s'appliquer dans les cas où les vitesses de couche sont variables latéralement, mais de façon itérative, le modèle de vitesse après mise à jour à une itération donnée par application d'une méthode d'inversion cinématique avant sommation telle que Ia tomographie de réflexion précédemment citêe servant de modèle initial pour l'itération suivante.
LA METHODE SELON L'INVENTION
La méthode selon l'invention permet de déterminer un modèle de vitesse d'ondes sismiques captées par des récepteurs sismiques couplés avec une formation souterraine, en réponse à l'émission d'ondes sismiques dans le sous-sol par pane source sismique, après i5 réflexion sur des inteufaces géologiques de la dite formation, à partir d'enregistrements mufti-déports de ces ondes.
Pour chaque événement sismique repêré sur les enregistrements et pour chaque couche dêlimitée par les dites interfaces, la méthode comporte au moins les étapes suivantes a) à partir des enregistrements sismiques avant sommation, on construit une collection iso-déport, dont on extrait une information cinématique ou des temps de trajet associés à l'événement ;
b) on choisit une gamme de vitesse autour d'une vitesse de référence dans la dite couche que l'on échantillonne avec un pas défini ;
c) pour chaque échantillon de vitesse, on applique une technique d'inversion à
vitesse fixée afin de déterminer, à partir des temps de trajet extraits de la collection iso-déport, la géométrie de la dite interface pour l'échantillon de vitesse en question de façon à
obtenir une série de couples interface/ vitesse pour le dit événement ;
La méthode pourra également s'appliquer dans les cas où les vitesses de couche sont variables latéralement, mais de façon itérative, le modèle de vitesse après mise à jour à une itération donnée par application d'une méthode d'inversion cinématique avant sommation telle que Ia tomographie de réflexion précédemment citêe servant de modèle initial pour l'itération suivante.
LA METHODE SELON L'INVENTION
La méthode selon l'invention permet de déterminer un modèle de vitesse d'ondes sismiques captées par des récepteurs sismiques couplés avec une formation souterraine, en réponse à l'émission d'ondes sismiques dans le sous-sol par pane source sismique, après i5 réflexion sur des inteufaces géologiques de la dite formation, à partir d'enregistrements mufti-déports de ces ondes.
Pour chaque événement sismique repêré sur les enregistrements et pour chaque couche dêlimitée par les dites interfaces, la méthode comporte au moins les étapes suivantes a) à partir des enregistrements sismiques avant sommation, on construit une collection iso-déport, dont on extrait une information cinématique ou des temps de trajet associés à l'événement ;
b) on choisit une gamme de vitesse autour d'une vitesse de référence dans la dite couche que l'on échantillonne avec un pas défini ;
c) pour chaque échantillon de vitesse, on applique une technique d'inversion à
vitesse fixée afin de déterminer, à partir des temps de trajet extraits de la collection iso-déport, la géométrie de la dite interface pour l'échantillon de vitesse en question de façon à
obtenir une série de couples interface/ vitesse pour le dit événement ;
4 d) on calcule l'information cinématique associée à chaque couple interfacelvitesse obtenu, pour des couples source-récepteur correspondants à des collections mufti-déports existant dans les enregistrements sismiques ;
e) pour chaque couple interfacelvitesse et pour chaque collection mufti-déports sélectionnée, on évalue la cohërence entre les temps de trajet mufti-déports ainsi calculés et les enregistrements sismiques, et on sélectionne pour chaque collection mufti-déports la courbe de temps de trajet offrant la cohérence maximale avec les enregistrements sismiques ;
f] on applique une méthode d'inversion cinématique avant sommation en utilisant lo les temps de trajet mufti-déports obtenus pour l'ensemble des collections mufti-déports sélectionnées, afin de déterminer la géométrie et la vitesse de Ia couche considérée ; et g) on itère n fois ( n >_ 0 ) les étapes a) à f) en considërant â chaque itération le modèle de vitesse obtenu à l'itération précédente comme modèle de référence pour définir la vitesse de référence de la nouvelle itération.
Suivant un mode de mise en ouvre convenant au cas où la gamme de vitesse choisie ne s'avère pas assez précise à l'issue soit de l'itération prêcédente soit des étapes a) à f), on réalise n fois l'étape g) avec r2 >_ 1.
Suivant un autre mode de mise en ouvre convenant au cas où la distribution des vitesses varie fortement latéralement et/ou dans 1a cas où l'on ne dispose pas d'une 2o connaissance a priori suffisamment précise sur la distribution de vitesse dans la couche considérée, on réalise l'étape g) sur des gammes de déports de plus en plus larges au fur et à mesure des itérations.
Suivant un autre mode de mise en ouvre convenant au cas où la distribution des vitesses varie fouement latéralement et/ou dans le cas où l'on ne dispose pas d'une connaissance a priori suffisamment prëcise sur la distribution de vitesse dans la couche considérée, on réalise l'étape g) sur des grilles de collections mufti-déports de plus en plus fines au fur et à mesure des itérations.
Suivant un mode de mise en oeuvre convenant au cas où la géométrie de l'interface recherchée est génératrice de triplications, on réalise l'étape e) en considérant les branches de triplications dans les collections mufti-déports indépendamment les unes des autres. On utilise par exemple des outils de tracé de rayons et d'inversion permettant de prendre en compte des arnvées mufti-valuées.
Suivant un exemple de mise en oeuvre, à l'ëtape a) on construit de préférence une collection iso-déport à déport nul ou à déport proche.
e) pour chaque couple interfacelvitesse et pour chaque collection mufti-déports sélectionnée, on évalue la cohërence entre les temps de trajet mufti-déports ainsi calculés et les enregistrements sismiques, et on sélectionne pour chaque collection mufti-déports la courbe de temps de trajet offrant la cohérence maximale avec les enregistrements sismiques ;
f] on applique une méthode d'inversion cinématique avant sommation en utilisant lo les temps de trajet mufti-déports obtenus pour l'ensemble des collections mufti-déports sélectionnées, afin de déterminer la géométrie et la vitesse de Ia couche considérée ; et g) on itère n fois ( n >_ 0 ) les étapes a) à f) en considërant â chaque itération le modèle de vitesse obtenu à l'itération précédente comme modèle de référence pour définir la vitesse de référence de la nouvelle itération.
Suivant un mode de mise en ouvre convenant au cas où la gamme de vitesse choisie ne s'avère pas assez précise à l'issue soit de l'itération prêcédente soit des étapes a) à f), on réalise n fois l'étape g) avec r2 >_ 1.
Suivant un autre mode de mise en ouvre convenant au cas où la distribution des vitesses varie fortement latéralement et/ou dans 1a cas où l'on ne dispose pas d'une 2o connaissance a priori suffisamment précise sur la distribution de vitesse dans la couche considérée, on réalise l'étape g) sur des gammes de déports de plus en plus larges au fur et à mesure des itérations.
Suivant un autre mode de mise en ouvre convenant au cas où la distribution des vitesses varie fouement latéralement et/ou dans le cas où l'on ne dispose pas d'une connaissance a priori suffisamment prëcise sur la distribution de vitesse dans la couche considérée, on réalise l'étape g) sur des grilles de collections mufti-déports de plus en plus fines au fur et à mesure des itérations.
Suivant un mode de mise en oeuvre convenant au cas où la géométrie de l'interface recherchée est génératrice de triplications, on réalise l'étape e) en considérant les branches de triplications dans les collections mufti-déports indépendamment les unes des autres. On utilise par exemple des outils de tracé de rayons et d'inversion permettant de prendre en compte des arnvées mufti-valuées.
Suivant un exemple de mise en oeuvre, à l'ëtape a) on construit de préférence une collection iso-déport à déport nul ou à déport proche.
5 Suivant un autxe exemple de mise en couvre, à l'étape c) on applique avantageusement une technique d'inversion cinématique à vitesse fixée telle qu'une migration de carte.
Suivant un autre exemple de mise en eeuvre, on calcule â l'étape d) l'information cinématique en traÇant des rayons mufti-dëports sur l'interface de chaque couple interface-ld vitesse.
Suivant un autre exemple de mise en oeuvre, on réalise avantageusement l'étape fj en appliquant une méthode d'inversion cinématique avant sommation telle qu'une tomographie de temps de trajet avant sommation.
Dans sa définition la plus générale correspondant au cas où le nombre n d'itérations à réaliser peut éventuellement être nul, ia méthode s'applique par exemple si la distribution de vitesse dans chaque couche est peu variable latéralement et/ou dans le cas ou l'on dispose d'un a priori sur la distribution de vitesse dans la couche considérée suffisamment précis.
Dans sa définition plus restrictive où le nombre n d'itérations à réaliser est au moins 2o égal à 1, la méthode s'applique par exemple dans le cas où la distribution des vitesses dans les couches de la formation géologique est fortement variable latéralement et/ou dans le cas où l'on ne dispose pas d'un a priori suffisamment précis sur la distribution de vitesse dans la couche considérée.
PRÉSENTATION SUCCINCTE DES FIGURES
Les caractéristiques et avantages de la méthode selon l'invention, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de mise en oeuvre, en se référant aux dessins annexés où
G
- les figures la à lc montrent respectivement une application de la méthode à
une collection mufti-déports de type récepteur commun (Fig.la), à une collection récepteur commun sur laquelle ont été superposés les temps de trajet mufti-déports obtenus avec différentes valeurs de vitesse de couche (Fig.lb) et à une collection récepteur commun sur laquelle a été superposée la courbe de temps de trajet mufti-déports prédite montrant le plus de cohérence avec l'événement sismique considéré (Fig.lc).
DESCRIPTION DETAILLEE
On dispose d'enregistrements sismiques que l'on a obtenus au moyen d'un dispositif sismique comportant une source sismique émettant des ondes sismiques qui se 1o propagent dans le sous-sol, un ensemble de récepteurs sismiques couplés avec le milieu qui captent les ondes renvoyées par les discontinuités du sous-sol en réponse aux ondes émises, et d'un laboratoire d'enregistrement des signaux sismiques captés.
I - Cas standard Nous présentons ci-après un premier mode de mise en oeuvre de la méthode, dans le cas où la distribution des vitesses dans la formation géologique précédant Ia couche en question étant connue ou ayant êté estimée par ailleurs, Ia géornétl-ie de la couche en question ne donnant pas lieu à des triplieations, la vitesse à déterminer étant peu variable latéralement ou un a priori suffisamment précis existant sur cette vitesse. On réalise les étapes suivantes 2o I-1 A partir des enregistrements sismiques avant sommation ou encore multi-déports, on construit une collection à départ constant, de préférence à déport nul (en réalité
une approximation d'une collection à déport nul, connue sous le nom de « stack », caractérisée par un meilleur rapport signal sur bruit que les sections iso-déport individuelle) ou à déport proche (correspondant au déport le plus faible des enregistrements mufti-déports).
Si une interprétation cohérente et suffisamment complète de l'événement sismique en cours est réalisable dans cette collection, on pracède à son pointé
directement dans cette collection; sinon, afin d'accéder aux temps de trajet associés à l'événement en question, on pourra avoir recours à un détour dans le domaine migré temps ou profondeur suivi d'une 3o démigration temps ou profondeur, comme selon la méthode décrite dans - Ehinger, A., and Lailly, P., 1995, Velocity model determination by the SMART
method, Part 1: Theory: 65'h Ann. Internat. Mtg., Soc. Expl. Geophys., Expanded Abstracts, pages 739-742.
I-2 On se donne une vitesse de référence pour la couche en question, ainsi qu'une incertitude sur cette vitesse de référence et un pas d' êchantillonnage de la gamme de vitesse ainsi formée; on obtient ainsi une série d'échantillons de vitesse pour la couche en question ; la vitesse de référence peut être quelconque (i.e.
variable latéralement et verticalement); en particulier, si l'on dispose d'une distribution de vitesse obtenue par ailleurs, on pourra utiliser cette vitesse comme vitesse de référence;
1o si l'on ne dispose pas d'information a priori sur la vitesse de la couche, on pourra par exemple prendre une vitesse de référence homogène latéralement et verticalement.
I-3 Pour chacun des échantillons de vitesse, on applique une technique d'inversion de type cinématique â vitesse fixée telle qu'une migration de carte par exemple, afin de déterminer, à partir des temps de trajet extraits de la section à déport ls constant, la géométrie de la dite interface pour l'échantillon de vitesse en question ; on obtient ainsi une série de couples interface/ vitesse pour l'événement en question; on trouvera une description de la migration de carte par exemple dans la référence suivante - Yilmaz, O., 2001, Seismic Data Analysis - Processing, Inversion and Interpretation 20 of Seismic Data: Society of Exploration Geophysicists.
Il peut éventuellement s'avérer impossible de trouver un modèle d'interface expliquant les temps de trajet pour la vitesse fixêe en cours (impossibilité
d'atteindre la convergence). Pour une plus grande efficacité de la méthode, on peut ne sélectionner que des couples interface/vitesse pour lesquels l'écart entre les temps de trajet obsexvés et les 25 temps de trajet calculés sur le modèle obtenu aprês convergence est inférieur à un certain seuil.
A noter que cette inversion à vitesse fixée peut tout aussi bien être réalisée par toute autre technique cinématique équivalente.
I-4 On calcule l'information cinématique associée à chaque couple 3o interfacelvitesse obtenu par exemple par un tracé de rayons rnulti-déports sur l'interface ô
de chaque couple interface/vitesse ainsi obtenu et pour des couples source-récepteur correspondant à des collections mufti-déports existantes dans les enregistrements sismiques ; on choisit de préférence de travailler dans des collections point milieu commun, en particulier si la vitesse réelle présente des variations latérales non prises en compte dans le modèle de référence.
I-5 Pour chaque couple interface/vitesse et pour chaque collection mufti-déports sélectionnée, on évalue la cohérence entre les temps de trajet mufti-déports ainsi calculés et les enregistrements sismiques ; on peut par exemple employer une technique dite de calcul de sernblance, pour laquelle on somme l'énergie rencontrée dans les données sismiques le long d'une courbe qui correspondra ici aux temps de trajet multi-déports calculés par tracé de rayons. Dans un cas idéal, il existera un échantillon de vitesse pour lequel la courbe de temps de trajet prédite se superposera parfaitement à
l'événement sismique considéré, ce qui se traduira par une mesure de cohérence maximale. Il est à noter que cette évaluation pourra se faire sur une gamme limitée de déport, définie par l'utilisateur ou automatiquement, par exemple par examen de la courbe montrant l'évolution de Ia cohérence en fonction de la gamme de déports.
Pour chaque collection mufti-déports, on sélectionne Ia courbe de temps de trajet la plus en accord avec les enregistrements sismiques, et les temps de trajet multi-déports constituant cette courbe sont réservés. Il est à noter que la courbe de temps de 2o trajet offrant la meilleure cohérence pourra être ajustée si nécessaire en cherchant dans une fenêtre verticale prédéfinie Ie maximum (ou le minimum en fonction de la polarité
de l'événement considéré) d'amplitude le plus proche pour chaque trace sismique de la collection mufti-déport considérée.
I-6 Les temps de trajet mufti-déports ainsi recueillis pour l'ensemble des collections mufti-déports sélectionnées sont alors injectés dans une méthode d'inversion cinématique avant sommation telle qu'une tomographie de temps de trajet afin de déterminer la géométrie et la vitesse de la couche en question.
I-7 Il est possible que l'on soit obligé d'itérer les étapes précédentes dans le cas où la cohêrence avec les enregistrements sismiques n'est pas estimée globalement 3o satisfaisante par l'opérateur.
II) Cas particuliers II-1 Dans le cas où la distribution des vitesses dans les couches de la formation géologique est fortement variable latéralement et/ou dans le cas où l'on ne dispose pas d'un a priori suffisamment précis sur la distribution de vitesse dans la couche considérée, la méthode selon l'invention comporte les étapes suivantes L'ensemble des étapes précédentes est appliqué de façon itérative, les temps de trajet récoltés au cours d'une itération êtant utilisés pour une mise à jour du modèle de vitesse par une méthode d'inversion cinématique avant sommation telle que la tomographie de temps de trajet, modèle qui sert alors de modèle de vitesse d'entrée pour une nouvelle itération de la méthode.
Il est à noter que, afin de s'affranchir au mieux des effets des variations latérales de vitesse qui auraient une longueur d'onde plus faible que le déport maximal des collections molli-déports, on pourra élargir la gamme de déports considérée par la méthode au fur et à
mesure des itérations. Plus précisément, on initiera la méthode sur une gamme de déport zs limitée, puis Ia distribution de vitesse trouvée à partir de cette gamme restreinte de déports servira de modèle de référence pour une nouvelle itération de la méthode lors de laquelle on considérera une gamme de départ plus large, et ainsi de suite. Il est à
noter que le choix de la gamme de déports considérée à une itêration donnée pourra se faire par exemple par examen de Ia courbe montrant l'évolution de Ia cohérence en fonction de Ia gamme de déports.
Pour les cas où la distribution des vitesses varie très fortement latéralement, on pourra en plus adopter une approche mufti-grilles, plus précisément, on initiera la méthode sur une grille Lâche de collections mufti-déports (afin de déterminer les grandes longueurs d'onde des variations de vitesse), puis l'on prendra en compte des grilles de collections mufti-déports de plus en plus fines au fur et â mesure des itérations.
II-2 Dans le cas où la géométrie de l'interface recherchée est génératrice de triplications et si l'on souhaite également déterminer les zones de la couche considérée donnant lieu à ces triplications, il est avant tout nécessaire de disposer de méthodes d'inversion telles que des méthodes d'inversion cinématique (à vitesse fixée et avant sommation) par exemple permettant de prendre en compte des arrivées mufti-valuées. Une telle méthode est décrite dans la référence suivante IO
- Delprat-Jannaud, F. et Lailly, P., (1995), How to handle multiple arrivais?
Journal of Geophysical Research, 100, no. B1, 703-7I5.
Les données d'entrée de ce type de méthode sont les temps de trajet mufti-vaiuës associés aux événements sismiques considérés, ainsi que les paramètres de rais associés à
ces temps de trajet. Afin d'obtenir les temps de trajet mufti-valués et les paramètres de rais associés aux données à déport constant, on pourra avoir recours à une boucle de migration-démigration (comme décrite dans la méthode Ehinger and Lailly (1995) précédemment citée), en effectuant l'étape de démigration à l'aide d'un tracë de rayons permettant le calcul d'arrivêes mufti-valuées. Un tel tracé de rayons est décrit par exemple dans Io - Jurado, F., Lailly, P., and Ehinger, A., (1998), Fast 3D two-point raytracing for traveltime tomography: Proceedings of SPIE, Mathematical Methods in Geophysical Imaging V, 3453, 70-81.
Puis, après avoir constitué les différents couples interface/vitesse par inversion cinêmatique à vitesse fixée sur les données tempslparamètre s de rais ainsi obtenues, on I5 calcule l'information cinématique, comme décrit dans le cas le plus général, par le biais par exemple de tracés des rayons mufti-déports dans chacun de ces modèles et pour chacune des collections mufti-déports sëlectionnées, mais cette fois, adaptê aux calculs des arrivêes mufti-valuées tel que celui décrit dans Jurado et al. (1998) précédemment cité. On obtient ainsi, pour chaque collection mufti-déports sélectionnée, à la fois des temps de trajet multi-2o valués avant sommation et leurs paramètres de rais associés.
Puis, l'analyse de cohérence entre les courbes de temps de trajet ainsi prédites et les événements considéres dans les donnêes sismiques sera réalisëe tel que décrit dans le cas le plus général, mais de façon indépendante pour chacune des branches des arrivées multi-valuées. Les temps de trajet ainsi récoltés pour chacune des branches des arrivées multi-25 valuées seront alors injectés, avec leur paramètres de rais associés, dans une méthode d'inversion cinématique avant sommation permettant de prendre en compte les arrivées mufti-valuées, telle que celle décrite dans Delprat-Tannaud et Lailly (1995) précédemment citée.
On a décrit ici une application de la méthode à la détermination d'un modèle de 30 vitesse des ondes sismiques dans une formation souterraine. Il est bien évident toutefois que la méthode peut tout aussi bien s'appliquer à la détermination de la vitesse de propagation d'autres types d'ondes dans un milieu hétérogène prêsentant des discontinuités.
Suivant un autre exemple de mise en eeuvre, on calcule â l'étape d) l'information cinématique en traÇant des rayons mufti-dëports sur l'interface de chaque couple interface-ld vitesse.
Suivant un autre exemple de mise en oeuvre, on réalise avantageusement l'étape fj en appliquant une méthode d'inversion cinématique avant sommation telle qu'une tomographie de temps de trajet avant sommation.
Dans sa définition la plus générale correspondant au cas où le nombre n d'itérations à réaliser peut éventuellement être nul, ia méthode s'applique par exemple si la distribution de vitesse dans chaque couche est peu variable latéralement et/ou dans le cas ou l'on dispose d'un a priori sur la distribution de vitesse dans la couche considérée suffisamment précis.
Dans sa définition plus restrictive où le nombre n d'itérations à réaliser est au moins 2o égal à 1, la méthode s'applique par exemple dans le cas où la distribution des vitesses dans les couches de la formation géologique est fortement variable latéralement et/ou dans le cas où l'on ne dispose pas d'un a priori suffisamment précis sur la distribution de vitesse dans la couche considérée.
PRÉSENTATION SUCCINCTE DES FIGURES
Les caractéristiques et avantages de la méthode selon l'invention, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de mise en oeuvre, en se référant aux dessins annexés où
G
- les figures la à lc montrent respectivement une application de la méthode à
une collection mufti-déports de type récepteur commun (Fig.la), à une collection récepteur commun sur laquelle ont été superposés les temps de trajet mufti-déports obtenus avec différentes valeurs de vitesse de couche (Fig.lb) et à une collection récepteur commun sur laquelle a été superposée la courbe de temps de trajet mufti-déports prédite montrant le plus de cohérence avec l'événement sismique considéré (Fig.lc).
DESCRIPTION DETAILLEE
On dispose d'enregistrements sismiques que l'on a obtenus au moyen d'un dispositif sismique comportant une source sismique émettant des ondes sismiques qui se 1o propagent dans le sous-sol, un ensemble de récepteurs sismiques couplés avec le milieu qui captent les ondes renvoyées par les discontinuités du sous-sol en réponse aux ondes émises, et d'un laboratoire d'enregistrement des signaux sismiques captés.
I - Cas standard Nous présentons ci-après un premier mode de mise en oeuvre de la méthode, dans le cas où la distribution des vitesses dans la formation géologique précédant Ia couche en question étant connue ou ayant êté estimée par ailleurs, Ia géornétl-ie de la couche en question ne donnant pas lieu à des triplieations, la vitesse à déterminer étant peu variable latéralement ou un a priori suffisamment précis existant sur cette vitesse. On réalise les étapes suivantes 2o I-1 A partir des enregistrements sismiques avant sommation ou encore multi-déports, on construit une collection à départ constant, de préférence à déport nul (en réalité
une approximation d'une collection à déport nul, connue sous le nom de « stack », caractérisée par un meilleur rapport signal sur bruit que les sections iso-déport individuelle) ou à déport proche (correspondant au déport le plus faible des enregistrements mufti-déports).
Si une interprétation cohérente et suffisamment complète de l'événement sismique en cours est réalisable dans cette collection, on pracède à son pointé
directement dans cette collection; sinon, afin d'accéder aux temps de trajet associés à l'événement en question, on pourra avoir recours à un détour dans le domaine migré temps ou profondeur suivi d'une 3o démigration temps ou profondeur, comme selon la méthode décrite dans - Ehinger, A., and Lailly, P., 1995, Velocity model determination by the SMART
method, Part 1: Theory: 65'h Ann. Internat. Mtg., Soc. Expl. Geophys., Expanded Abstracts, pages 739-742.
I-2 On se donne une vitesse de référence pour la couche en question, ainsi qu'une incertitude sur cette vitesse de référence et un pas d' êchantillonnage de la gamme de vitesse ainsi formée; on obtient ainsi une série d'échantillons de vitesse pour la couche en question ; la vitesse de référence peut être quelconque (i.e.
variable latéralement et verticalement); en particulier, si l'on dispose d'une distribution de vitesse obtenue par ailleurs, on pourra utiliser cette vitesse comme vitesse de référence;
1o si l'on ne dispose pas d'information a priori sur la vitesse de la couche, on pourra par exemple prendre une vitesse de référence homogène latéralement et verticalement.
I-3 Pour chacun des échantillons de vitesse, on applique une technique d'inversion de type cinématique â vitesse fixée telle qu'une migration de carte par exemple, afin de déterminer, à partir des temps de trajet extraits de la section à déport ls constant, la géométrie de la dite interface pour l'échantillon de vitesse en question ; on obtient ainsi une série de couples interface/ vitesse pour l'événement en question; on trouvera une description de la migration de carte par exemple dans la référence suivante - Yilmaz, O., 2001, Seismic Data Analysis - Processing, Inversion and Interpretation 20 of Seismic Data: Society of Exploration Geophysicists.
Il peut éventuellement s'avérer impossible de trouver un modèle d'interface expliquant les temps de trajet pour la vitesse fixêe en cours (impossibilité
d'atteindre la convergence). Pour une plus grande efficacité de la méthode, on peut ne sélectionner que des couples interface/vitesse pour lesquels l'écart entre les temps de trajet obsexvés et les 25 temps de trajet calculés sur le modèle obtenu aprês convergence est inférieur à un certain seuil.
A noter que cette inversion à vitesse fixée peut tout aussi bien être réalisée par toute autre technique cinématique équivalente.
I-4 On calcule l'information cinématique associée à chaque couple 3o interfacelvitesse obtenu par exemple par un tracé de rayons rnulti-déports sur l'interface ô
de chaque couple interface/vitesse ainsi obtenu et pour des couples source-récepteur correspondant à des collections mufti-déports existantes dans les enregistrements sismiques ; on choisit de préférence de travailler dans des collections point milieu commun, en particulier si la vitesse réelle présente des variations latérales non prises en compte dans le modèle de référence.
I-5 Pour chaque couple interface/vitesse et pour chaque collection mufti-déports sélectionnée, on évalue la cohérence entre les temps de trajet mufti-déports ainsi calculés et les enregistrements sismiques ; on peut par exemple employer une technique dite de calcul de sernblance, pour laquelle on somme l'énergie rencontrée dans les données sismiques le long d'une courbe qui correspondra ici aux temps de trajet multi-déports calculés par tracé de rayons. Dans un cas idéal, il existera un échantillon de vitesse pour lequel la courbe de temps de trajet prédite se superposera parfaitement à
l'événement sismique considéré, ce qui se traduira par une mesure de cohérence maximale. Il est à noter que cette évaluation pourra se faire sur une gamme limitée de déport, définie par l'utilisateur ou automatiquement, par exemple par examen de la courbe montrant l'évolution de Ia cohérence en fonction de la gamme de déports.
Pour chaque collection mufti-déports, on sélectionne Ia courbe de temps de trajet la plus en accord avec les enregistrements sismiques, et les temps de trajet multi-déports constituant cette courbe sont réservés. Il est à noter que la courbe de temps de 2o trajet offrant la meilleure cohérence pourra être ajustée si nécessaire en cherchant dans une fenêtre verticale prédéfinie Ie maximum (ou le minimum en fonction de la polarité
de l'événement considéré) d'amplitude le plus proche pour chaque trace sismique de la collection mufti-déport considérée.
I-6 Les temps de trajet mufti-déports ainsi recueillis pour l'ensemble des collections mufti-déports sélectionnées sont alors injectés dans une méthode d'inversion cinématique avant sommation telle qu'une tomographie de temps de trajet afin de déterminer la géométrie et la vitesse de la couche en question.
I-7 Il est possible que l'on soit obligé d'itérer les étapes précédentes dans le cas où la cohêrence avec les enregistrements sismiques n'est pas estimée globalement 3o satisfaisante par l'opérateur.
II) Cas particuliers II-1 Dans le cas où la distribution des vitesses dans les couches de la formation géologique est fortement variable latéralement et/ou dans le cas où l'on ne dispose pas d'un a priori suffisamment précis sur la distribution de vitesse dans la couche considérée, la méthode selon l'invention comporte les étapes suivantes L'ensemble des étapes précédentes est appliqué de façon itérative, les temps de trajet récoltés au cours d'une itération êtant utilisés pour une mise à jour du modèle de vitesse par une méthode d'inversion cinématique avant sommation telle que la tomographie de temps de trajet, modèle qui sert alors de modèle de vitesse d'entrée pour une nouvelle itération de la méthode.
Il est à noter que, afin de s'affranchir au mieux des effets des variations latérales de vitesse qui auraient une longueur d'onde plus faible que le déport maximal des collections molli-déports, on pourra élargir la gamme de déports considérée par la méthode au fur et à
mesure des itérations. Plus précisément, on initiera la méthode sur une gamme de déport zs limitée, puis Ia distribution de vitesse trouvée à partir de cette gamme restreinte de déports servira de modèle de référence pour une nouvelle itération de la méthode lors de laquelle on considérera une gamme de départ plus large, et ainsi de suite. Il est à
noter que le choix de la gamme de déports considérée à une itêration donnée pourra se faire par exemple par examen de Ia courbe montrant l'évolution de Ia cohérence en fonction de Ia gamme de déports.
Pour les cas où la distribution des vitesses varie très fortement latéralement, on pourra en plus adopter une approche mufti-grilles, plus précisément, on initiera la méthode sur une grille Lâche de collections mufti-déports (afin de déterminer les grandes longueurs d'onde des variations de vitesse), puis l'on prendra en compte des grilles de collections mufti-déports de plus en plus fines au fur et â mesure des itérations.
II-2 Dans le cas où la géométrie de l'interface recherchée est génératrice de triplications et si l'on souhaite également déterminer les zones de la couche considérée donnant lieu à ces triplications, il est avant tout nécessaire de disposer de méthodes d'inversion telles que des méthodes d'inversion cinématique (à vitesse fixée et avant sommation) par exemple permettant de prendre en compte des arrivées mufti-valuées. Une telle méthode est décrite dans la référence suivante IO
- Delprat-Jannaud, F. et Lailly, P., (1995), How to handle multiple arrivais?
Journal of Geophysical Research, 100, no. B1, 703-7I5.
Les données d'entrée de ce type de méthode sont les temps de trajet mufti-vaiuës associés aux événements sismiques considérés, ainsi que les paramètres de rais associés à
ces temps de trajet. Afin d'obtenir les temps de trajet mufti-valués et les paramètres de rais associés aux données à déport constant, on pourra avoir recours à une boucle de migration-démigration (comme décrite dans la méthode Ehinger and Lailly (1995) précédemment citée), en effectuant l'étape de démigration à l'aide d'un tracë de rayons permettant le calcul d'arrivêes mufti-valuées. Un tel tracé de rayons est décrit par exemple dans Io - Jurado, F., Lailly, P., and Ehinger, A., (1998), Fast 3D two-point raytracing for traveltime tomography: Proceedings of SPIE, Mathematical Methods in Geophysical Imaging V, 3453, 70-81.
Puis, après avoir constitué les différents couples interface/vitesse par inversion cinêmatique à vitesse fixée sur les données tempslparamètre s de rais ainsi obtenues, on I5 calcule l'information cinématique, comme décrit dans le cas le plus général, par le biais par exemple de tracés des rayons mufti-déports dans chacun de ces modèles et pour chacune des collections mufti-déports sëlectionnées, mais cette fois, adaptê aux calculs des arrivêes mufti-valuées tel que celui décrit dans Jurado et al. (1998) précédemment cité. On obtient ainsi, pour chaque collection mufti-déports sélectionnée, à la fois des temps de trajet multi-2o valués avant sommation et leurs paramètres de rais associés.
Puis, l'analyse de cohérence entre les courbes de temps de trajet ainsi prédites et les événements considéres dans les donnêes sismiques sera réalisëe tel que décrit dans le cas le plus général, mais de façon indépendante pour chacune des branches des arrivées multi-valuées. Les temps de trajet ainsi récoltés pour chacune des branches des arrivées multi-25 valuées seront alors injectés, avec leur paramètres de rais associés, dans une méthode d'inversion cinématique avant sommation permettant de prendre en compte les arrivées mufti-valuées, telle que celle décrite dans Delprat-Tannaud et Lailly (1995) précédemment citée.
On a décrit ici une application de la méthode à la détermination d'un modèle de 30 vitesse des ondes sismiques dans une formation souterraine. Il est bien évident toutefois que la méthode peut tout aussi bien s'appliquer à la détermination de la vitesse de propagation d'autres types d'ondes dans un milieu hétérogène prêsentant des discontinuités.
Claims (10)
1) Méthode pour déterminer un modèle de vitesse d'ondes sismiques captées par des récepteurs sismiques couplés avec une formation souterraine, en réponse à
l'émission d'ondes sismiques dans le sous-sol par une source sismique, après réflexion sur des interfaces géologiques de la dite formation, à partir d'enregistrements multi-déports de ces ondes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins les étapes suivantes pour chaque événement sismique repéré sur les enregistrements et pour chaque couche délimitée par les dites interfaces:
a) à partir des enregistrements sismiques avant sommation, on construit une collection iso-déport, dont on extrait une information cinématique ou des temps de trajet associés à l'événement;
b) on choisit une gamme de vitesse autour d'une vitesse de référence dans la dite couche que l'on échantillonne avec un pas défini ;
c) pour chaque échantillon de vitesse, on applique une technique d'inversion à
vitesse fixée afin de déterminer, à partir des temps de trajet extraits de la collection iso-déport, la géométrie de la dite interface peur l'échantillon de vitesse en question de façon à
obtenir une série de couples interface/ vitesse pour le dit événement ;
d) on calcule l'information cinématique associée à chaque couple interface/vitesse obtenu, pour des couples source-récepteur correspondants à des collections multi-déports existant dans les enregistrements sismiques ;
e) pour chaque couple interface/vitesse et pour chaque collection multi-déports sélectionnée, on évalue la cohérence entre les temps de trajet multi-déports ainsi calculés et les enregistrements sismiques, et on sélectionne pour chaque collection multi-déports la courbe de temps de trajet offrant la cohérence maximale avec les enregistrements sismiques;
f) on applique une méthode d'inversion cinématique avant sommation en utilisant les temps de trajet multi-déports obtenus pour l'ensemble des collections multi-déports sélectionnées, afin de déterminer la géométrie et la vitesse de la couche considérée ; et g) on itère n fois (n >= 0) les étapes a) à f) en considérant à chaque itération le modèle de vitesse obtenu à l'itération précédente comme modèle de référence pour définir la dite vitesse de référence.
l'émission d'ondes sismiques dans le sous-sol par une source sismique, après réflexion sur des interfaces géologiques de la dite formation, à partir d'enregistrements multi-déports de ces ondes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins les étapes suivantes pour chaque événement sismique repéré sur les enregistrements et pour chaque couche délimitée par les dites interfaces:
a) à partir des enregistrements sismiques avant sommation, on construit une collection iso-déport, dont on extrait une information cinématique ou des temps de trajet associés à l'événement;
b) on choisit une gamme de vitesse autour d'une vitesse de référence dans la dite couche que l'on échantillonne avec un pas défini ;
c) pour chaque échantillon de vitesse, on applique une technique d'inversion à
vitesse fixée afin de déterminer, à partir des temps de trajet extraits de la collection iso-déport, la géométrie de la dite interface peur l'échantillon de vitesse en question de façon à
obtenir une série de couples interface/ vitesse pour le dit événement ;
d) on calcule l'information cinématique associée à chaque couple interface/vitesse obtenu, pour des couples source-récepteur correspondants à des collections multi-déports existant dans les enregistrements sismiques ;
e) pour chaque couple interface/vitesse et pour chaque collection multi-déports sélectionnée, on évalue la cohérence entre les temps de trajet multi-déports ainsi calculés et les enregistrements sismiques, et on sélectionne pour chaque collection multi-déports la courbe de temps de trajet offrant la cohérence maximale avec les enregistrements sismiques;
f) on applique une méthode d'inversion cinématique avant sommation en utilisant les temps de trajet multi-déports obtenus pour l'ensemble des collections multi-déports sélectionnées, afin de déterminer la géométrie et la vitesse de la couche considérée ; et g) on itère n fois (n >= 0) les étapes a) à f) en considérant à chaque itération le modèle de vitesse obtenu à l'itération précédente comme modèle de référence pour définir la dite vitesse de référence.
2) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on réalise n fois l'étape g) avec n>=1 dans le cas où la gamme de vitesse choisie ne s'avère pas assez précise à l'issue de l'itération précédente où des étapes a) à f).
3) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, dans le le cas où la distribution des vitesses varie fortement latéralement et/ou dans le cas où
l'on ne dispose pas d'une connaissance a priori suffisamment précise sur la distribution de vitesse dans la couche considérée, on réalise l'étape g) sur des gammes de déports de plus en plus larges au fur et à mesure des itérations.
l'on ne dispose pas d'une connaissance a priori suffisamment précise sur la distribution de vitesse dans la couche considérée, on réalise l'étape g) sur des gammes de déports de plus en plus larges au fur et à mesure des itérations.
4) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, dans le le cas où la distribution des vitesses varie fortement latéralement et/ou dans le cas où
l'on ne dispose pas d'une connaissance a priori suffisamment précise sur la distribution de vitesse dans la couche considérée, on réalise l'étape g) sur des grilles de collections multi-déports de plus en plus fines au fur et à mesure des itérations.
l'on ne dispose pas d'une connaissance a priori suffisamment précise sur la distribution de vitesse dans la couche considérée, on réalise l'étape g) sur des grilles de collections multi-déports de plus en plus fines au fur et à mesure des itérations.
5) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, à
l'étape e), dans le cas où la géométrie de l'interface recherchée est génératrice de triplications, on considère les branches de triplications dans les collections multi-déports indépendamment les unes des autres.
l'étape e), dans le cas où la géométrie de l'interface recherchée est génératrice de triplications, on considère les branches de triplications dans les collections multi-déports indépendamment les unes des autres.
6) Méthode selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'on réalise l'étape e) en utilisant des outils de tracé de rayons et d'inversion permettant de prendre en compte des arrivées multi-valuées.
7) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'on construit à l'étape a) une collection iso-déport à déport nul ou à déport proche.
8) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'on applique à l'étape c) une technique d'inversion cinématique à vitesse fixée telle qu'une migration de carte.
9) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'on calcule à l'étape d) l'information cinématique en traçant des rayons multi-déports sur l'interface de chaque couple interface-vitesse.
10) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'on réalise l'étape f) en appliquant une méthode d'inversion cinématique avant sommation telle qu'une tomographie de temps de trajet avant sommation.
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Effective date: 20160426 |