FR2533707A1 - Procede et dispositif pour detecter l'instant d'arrivee d'une onde sismique - Google Patents

Abstract

DANS UN PROCEDE DE MESURE SISMIQUE, ON ENREGISTRE UNE PLURALITE DE TRACES CORRESPONDANT A LA PROPAGATION D'UN EBRANLEMENT EMIS A PARTIR D'UNE SOURCE30 A LA SURFACE DU SOL, LES ONDES RESULTANTES ETANT CAPTEES PAR UN GEOPHONE20, DANS UN PUITS11. POUR CHAQUE INSTANT SUIVANT L'INSTANT DU TIR, ON CONSIDERE LA DISTRIBUTION STATISTIQUE D'UNE GRANDEUR FONCTION DES VALEURS DES TRACES RECUEILLIES. ON DETERMINE UN SEUIL DE PROBABILITE POUR QUE CETTE DISTRIBUTION CORRESPONDE A L'EXISTENCE D'UNE COHERENCE DANS LES TRACES RECUEILLIES A L'INSTANT DONNE. ON SCRUTE L'ENSEMBLE DES TRACES OBTENUES DANS L'ECHELLE DES TEMPS CROISSANTS. LORSQU'ON A RENCONTRE PAR EXEMPLE TROIS INSTANTS CONSECUTIFS POUR LESQUELS LE SEUIL DE PROBABILITE EST DEPASSE, ON CONSIDERE QUE LE SIGNAL CORRESPOND A LA PREMIERE ARRIVEE DE L'EBRANLEMENT, ET ON FIXE L'INSTANT DE PREMIERE ARRIVEE EN CONSEQUENCE.

Description

Procédé et dispositif pour détecter l'instant d'arrivée

d'une onde sismique.

L'invention est relative à l'exploration géophysique du sous-

sol, notamment par des procédés S 2 ismisques Dans ces procédés, un ébranlement est produit en un point d'émission à un instant repéré dans le temps de façon à provoquer la propagation d'ondes sismiques dans les formations souterraines Ces ondes

sont recueillies en des points de réception à l'aide de dis-

positifs tels que des géophones L'évolution des signaux re-

cueillis en fonction du temps, et notamment à compter de l'instant d'émission de l'ébranlement qui en est à l'origine,

fournit d e S informations sur la structure du sous-sol.

Il existe plusieurs formes de prospections sismiques Les unes font intervenir la propagation des ondes entre un point d'émission et en général plusieurs points de réception à la surface de la cro te terrestre Dans les autres, le point d'émission est placé à la surface de la terre tandis que le ou les géophones de réception sont disposés en profondeur

dans un puits ou vice versa.

Dans tous les cas, les signaux recueillis par chaque géophone individuel correspondent d'une part à des ondes qui se sont propagées directement entre le point d'émission et le point de réception et d'autre part des ondes qui parviennent à ce dernier après avoir subi une ou plusieurs réflexions sur

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les interfaces séparant les bancs stratigraphiques ou autre:

discontinuités présents dans la constitution du sous-sol.

Le trajet parcouru par les ondes transmises directement éta plus court que celui des ondes réfléchies, les premières so toujours reçues avant les secondes Il est important de con naître avec précision l'instant de première arrivée d'une onde sismique en un point de réception en réponse à la géne

ration d'un ébranlement au point d'émission Cette connais-

sance est indispensable pour faire ressortir, par un traite

ment approprié, les portions des trains d'ondes qui corres-

pondent à des trajets réfléchis et qui portent, par consé-

quent,en elles des informations sur la structure stratigra-

phique de la zone de sous-sol explorée La connaissance de l'instant de première arrivée d'une onde sismique est égal ment utile pour déterminer les temps de transit des ondes acoustiques dans les différents milieux traversés par un puits foré dans le sous-sol Cette connaissance permet en effet de calibrer les mesures de temps de transit effectue

directement dans le forage à partir de sondes acoustiques.

La corrélation de ces temps de transit après intégration < ceux qui sont fournis à partir de mesures sismiques permet recaler les premiers et de les débarrasser de l'influence des conditions de trous, de façon à obtenir un profilage tical précis des propriétés de transmission des ondes aco

tiques dans les formations traversées par le puits.

On peut avoir un aperçu plus complet de ces techniques de profilage sismique vertical dans une publication spéciale NI 12 de la revue Geophysics parue en 1973 et intitulée

"Vertical Seismic Profiling" 'par E I Gal'Perin.

Si la mesure sismique était réalisée dans un environnemer idéal dépourvu de bruit, le signal reçu par un géophone c la suite de la génération d'un ébranlement en un point d'émission serait plat jusqu'à la première arrivée de l', sismique correspondant à cet ébranlement A cet instant, signal recueilli serait brusquement l'objet d'oscillations

répétées L'instant d'arrivée de l'onde sismique correspon-

drait alors à l'instant du brusque changement de pente du

signal capté par le géophone à partir d'une valeur nulle.

Sur un enregistrement des signaux issus du géophone sous la

forme de traces, dites "traces sismiques", le point de pre-

mière arrivée de l'onde serait alors facile à localiser non seulement par l'oeil humain, mais également,en raison de la nécessité d'automatiser les mesures,par un traitement

de signal approprié Une méthode simple pour y parvenir con-

-sisterait à déterminer la pente moyenne de la première por-

tion d'oscillation reçue et à déterminer le point d'intersec-

tion de la droite correspondant à cette pente avec la ligne correspondant à la valeur nulle du signal En pratique, cette technique n'est pas applicable parce que, pour des raisons diverses, le signal reçu par le géophone est toujours affecté de bruit La ligne de signal nul n'est pas véritablement une droite et les oscillations correspondant à la réception de l'onde sismique sont elles-même affectées de parasites On est ainsi amené à compliquer considérablement le processus d'analyse des traces reçues pour détecter l'existence de

l'arrivée d'une onde sismique et en déterminer l'instant.

En outre, il est de pratique courante dans les mesures sis-

miques entre un point de la surface du sol et un point à l'intérieur d'un puits,de répéter la mesure de propagation pour des ébranlements successifs afin de pouvoir réaliser

un empilage des traces'obtenues en réponse à chacun des ébran-

lements à l'émission Cet empilage qui consiste à déterminer,

pour chaque instant suivant un instant de référence de l'ébran-

lement, la moyenne des valeurs d'amplitude des traces obte-

nues (par un simple processus de sommation pqint par point) permet d'améliorer quelque peu le rapport signal sur bruit en vue de la détection non seulement de l'instant de première arrivée mais aussi des échos dus à des transitions entre bancs adjacents Dans la pratique actuelle, lorsque certaines traces paraissent exagérément affectées par du bruit, elles sont éliminées à la suite-d'une inspection visuelle avant de réaliser l'opération d'empilement Ainsi, ces traces ne sont pas utilisées pour la détermination des instants de première arrivée de l'onde sismique En outre, leur teneur en information est totalement perdue pour l'opération de traitement destinée à la localisation des bancs Il en résulte que, pour chaque mesure entre un point d'émission et un point

de réception, un nombre relativement élevé de mesures indi-

viduelles, impliquant chacune un tir pour engendrer un ébran-

lement et l'enregistrement de la trace correspondante, sont nécessaires Ces opérations nécessitant du temps, les durées d'immobilisation de l'installation des puits s'en trouvent

augmentées et les coûts d'exploration en sont accrus d'autant.

La présente invention vise, selon un aspect, à déterminer d'une façon à la fois plus automatique et plus précise, l'instant d'arrivée d'une onde sismique à la suite de

l'ébranlement qui en est la cause.

A cet effet, et selon cet aspect, l'invention a pour objet un procédé pour la détection de l'instant d'arrivée d'une onde sismique qui se propage dans un milieu souterrain entre un point d'émission et un point de réception, dans lequel on produit des trains-de signaux représentatifs des ondes reçues au point de réception pendant des intervalles de temps d'écou te respectifs en réponse à des tirs successifs au point d'émission, on considère une succession d'instants identiques dans chaque intervalle d'écoute et on relève pour chaque instant de ladite succession les valeurs de signal recueillie pour les différents trains, caractérisée en ce qu'on analyse statistiquement une grandeur fonction d'au moins une desdite E valeurs pour déterminer si la distribution de l'échantillon constitué par les avaleurs de ladite grandeur relativement à l'instant considéré fait apparaître une caractéristique systématiqueou cohérence, dans l'ensemble des trains de signaux reçus, on répète l'opération pour plusieurs instants de ladite succession, et on détermine l'instant de première arrivée des ondes au point de réception, en fonction des

résultats de ces analyses L'opération s'effectue de préfé-

rence pour des instants consécutifs dans l'ordre des temps croissants. L'invention tire parti du fait évoqué précédemment que, pour améliorer le rapport signal sur bruit, notamment dans le cas o l'un au moins des points d'émission ou de réception est localisé dans un puits, on relève en chaque point de réception plusieurs trains de signaux, correspondant chacun

à l'émission d'un ébranlement respectif, en vue de les com-

biner Au lieu de déterminer l'instant de première arrivée à partir d'un empilage de l'ensemble de ces trains, on prend en compte l'ensemble de l'information contenue dans chacune des traces à chaque instant pour repérer cet instant-de première

arrivée par rapportà l'instant du tir.

Selon un mode de réalisation, on fixe à l'avance un seuil minimum de probabilité pour que la distribution de ladite grandeur à un instant déterminé corresponde à la présence d'une cohérence dans ce train On peut alors décider que si ce seuil de probabilité est excédé pour un instant ou une combinaison d'instants, par exemple trois instants successifs, cela correspond à une indication de première arrivée de l'onde sismique reçue On peut dès lors fixer l'instant d'arrivée

de cette onde, en fonction des instants de ladite combinai-

son Cet instant peut être par exemple choisi comme l'instant

précédent une série de trois instants consécutifs dans l'or-

dre des temps croissants pour lesquels le seuil de probabilité

choisi a été dépassé.

Selon une forme d'exécution, particulièrement avantageuse, lorsqu'on cherche à déterminer en temps réel l'instant de

première arrivée de l'onde sismique, on effectue la recher-

che d'un tel instant en partant d'un nombre minimum de traces que l'on analyse selon la technique précédente Si cette analyse ne permet pas de déterminer un instant de première arrivée avec la probabilité requise, on reprend la recherche en ajoutant aux traces analysées une trace nouvellement acquise.

En ce qui concerne la grandeur dont la distribution est ana-

lysée, celle-ci peut être la valeur de chacune dés traces sismiques à l'instant considéré Il est également possible d'utiliser une fonction de cette valeur et d'au moins une autre valeur dans chaque train On a par exemple utilisé avec succès une telle combinaison dans laquelle la grandeur considérée à chaque instant est fonction de la pente moyenn du signal dans chaque train, au voisinage de l'instant considéré. Grâce au procédé qui vient d'être résumé, on peut tirer pax ti de toute trace sismique relevée entre un point d'émissic et un point de réception donné, même si celle-ci est entacl de bruit Il n'est pas nécessaire de procéder à un examen visuel préalable La méthode présente un caractère systémat que Elle ne fait pas appel à des techniques simulant l'anw lyse qui peut être pratiquée par un observateur humain, mé' de qui se trouve prise en défaut lorsque les signaux à étudier sont er ctés d'un bruit relativement considérable Enfin, elle peut être mise

oeuvre rapidement.

L'invention a encore pour-objet un dispositif pour la déte tion de la première arrivée d'une onde sismique et compren une combinaison de moyens organisés en vue de la mise en

oeuvre des procédés évoqués ci-dessus.

Des explications supplémentaires et la description de mode

de réalisation non limitatifs sont données ci-après en réf rence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une installation de prospection sismique à partir d'un puits; les figures 2 A et 2 B sont des diagrammes de traces sismiques illustrant la mise en oeuvre de l'invention; la figure 3 est un tableau représentant schématiquement une série de traces sismiques échantillonnées par valeurs dis- crètes dans le temps;

la figure 4 est un schéma d'une table permettant la détermi-

nation d'une probabilité dans le cadre du procédé selon un aspect de l'invention; la figure 5 est un organigramme illustrant schématiquement le fonctionnement d'une unité de traitement de données dans

le cadre de la recherche d'une première arrivée selon l'in-

vention.

Une sonde sismique de puits 10 est descendue dans un puits 11 (figure 1) au bout d'un cable 12 grâce auquel elle est

déplacée dans le puits et reliée, électriquement, à un labo-

ratoire mobile 14 en surface Le câble passe sur une poulie de renvoi 15 au sommet de la tour de forage 16 et entraîne tangentiellement une poulie 18 dont le nombre de tours est

proportionnel à la profondeur de la sonde 10 Dans la posi-

tion représentée, la face sensible d'un géophone 20 dans la paroi externe de l'outil 10 ou à proximité de celle-ci est

plaquée contre la paroi interne 21 du puits il grâce à l'ac-

tion de deux ancrages 22 solidaires de l'outil 10 et prenant

appui sur la face opposée 23 de la paroi du puits.

Une source de signaux sismiques 30 est localisée dans une fosse 33, remplie d'eau,à la surface du sol 32 à une distance

appropriée du puits 11 Cette source est, en principe, adap-

tée à produire un ébranlement dans le sol de courte durée, mais de grande puissance, et peut prendre toutes formes bien

connues telles -qu'un canon à air.

Le fonctionnement de la-source 30 est commandé à partir du B laboratoire 14 Un hydrophone 34 placé à proximité de la

source 30 détecte l'instant de départ de l'onde dans le sol.

Ce point sert de référence, lors de chaque tir, c'est-à-dire au début de la propagation de chaque ébranlement produit par la source pour repérer dans le temps la position des traces

recueillies par le géophone 20.

Les ondes sismiques se propageant entre la source 30 et le géophone 20 peuvent suivre de multiples trajets Le trajet direct est représenté en 35 Un trajet, avec double réflexi( sur un banc 36 et sur la surface du sol 32, est représenté en 37 Il se traduit par l'arrivée d'une onde descendante au géophone 20 Un trajet 38-avec simple réflexion sur un banc 39 se traduit par la détection d'une onde montante

par le géophone 20.

En raison des différences de longueurs des trajets 35, 37 et 38, les signaux électriques transmis par le géophone au laboratoire 14 sont décalés dans le temps par rapport à 1 ': tant d'impulsion i N i t i a 1 Sur la figure 2 A, les

traces 40, 41, 42, 43, 44 sont des enregistrements en fonc-

tion-du temps TT compté à partir de l'instant-de référence initial, non visible sur la gauche du diagramme, de l'ampl tude des oscillations captées par le géophone 20 à l'issue de cinq tirs successifs de la source 30 L'intervalle sépa chacun de ces tirs est suffisant pour permettre l'enregist ment d'une trace correspondant sensiblement à tous les tr E jets de propagation sismique fournissant des données mesu: La partie gauche 50 de la trace 44 est pratiquement plate parallèlement à l'axe des temps, jusqu'en un point 51 cor pondant à un instant TT 1, o le signal subit une inflexio vers le bas (pic 52) puis remonte vers un pic 53 à une an tude supérieure au niveau 50 L'ensemble des courbes 40 è à droite de l'instant TT 1, présente des similitudes d'all notoires Ces similitudes traduisent l'existence de carac res systématiques,a ou d'une cohérence, dans la propagation ondes sismiques entre le point d'émission et le point de réception, quel que soit le tir considéré Cette cohérence entre ces traces est dénotée entre autres par l'alignement aisément vérifiable à l'oeil des points de première arrivée à l'instant TT 1 On remarque toutefois que, dans le cas de la courbe 40, dont la partie gauche est entachée de bruit 54, la localisation exacte de l'instant de première arrivée TT ne peut être faite aisément à l'oeil ou par une méthode

d'analyse approchant le fonctionnement de l'oeil et du cer-

veau humain.

Les sicinaux (entrée 63) recueillis our chacue trace sont acouis et

numérisés sous le contrôle d'une unité de gestion et de trai-

tement 64 dans le laboratoire 14 Cette unité de contrôle et traitement 64 reçoit les informations de profondeur de la poulie 18 sous forme d'impulsions, par une liaison 65 Elle

est reliée à la source 30 et à l'hydrophone par des conduc-

teurs respectifs 62 et 66 Une unité d'enregistrement magné-

tique 67 emmagasine les informations numérisées correspondant

à chaque trace enregistrée.

Soient N traces T à T acquises sous la commande-du disposi-

1 N cqie tif 64 à la suite de N tirs (figure 3) Les amplitudes de chaque trace i sont représentées par des valeurs numériques xi(k) obtenues par échantillonnage régulier dans le temps, à des instants k, k variant de 1 à f Pour chaque trace-, les instants i à f sont repérés à partir d'une origine formée par l'instant du tir correspondant L e S v a 1 e u r S de même indice k, telles que xl(k), x 2 (k) x (k) correspondent

donc le cas échéant à un même temps de transit de l'onde sis-

mique entre la source 30 et le point de réception ou le géo-

phone 20 Toutefois, ces valeurs ne sont pas identiques en

raison des bruits qui affectent les signaux.

Les signaux recueillis à un instant k antérieur à l'instant de première arrivée des ondes au géophone 20, ne peuvent

correspondre qu'à du bruit Ni(k) pour chaque trace i.

i O Partant de cette observation, on considère chaque groupe de valeurs relatives à un instant k (k compris entre 1 et f) comme formant lui-même un échantillon Hk tiré d'un ensemble de nombres obéissant à une loi de distribution statistique différente selon que l'instant k de tirage de cet échantil

est antérieur ou non à l'instant de première arrivée.

Si l'on suppose que le bruit est gaussien, l'espérance mathématique liée à chacun de ces échantillons Hk précédan l'instant de première arrivée doit être nulle Elle doit a contraire avoir une valeur non nulle pour les instants suc

cédant immédiatement à la première arrivée.

Du fait que le nombre de traces enregistrées peut être re tivement faible, on considère que la distribution de chaq échantillon Hk correspondant à un instant k obéit à la lo

de Student et Fisher.

On calcule, pour chaque échantillon d'ordre k, une varia' dite "variable de Student" répondant à la relation: n t 2, Xi(k) 2 2 /__ (n-l) tk 2 = ( n N 2 N | Xi (k)2 ()) (z_ x (k)) 2511 i Dans cette relation, Xi(k) est une fonction de la valeur x (k) et éventuellement d'autres valeurs comme il sera i

expliqué ci-après.

D'après la loi de Fischer, la variable tk a une distribi de probabilité qui est donnée par la relation: n + 1 p(tk)} ( 2) \ (no ô ( 1 + t 2) no+ dnlaulel ocin obià arlto ( 2

352 N 2

dans laquelle la fonction I obéit à-la relation F(n+l) 1 l

n K(n) et N O est le nombre de degrés de liberté.

Pour N traces sismiques indépendantes, le nombre de degrés de liberté, ou nombre de tirages ou d'échantillons tirés dans un ensemble dont la distribution est gaussienne,est n-l.

Au fur et à mesure que N croit, la distribution de la varia-

ble tk s'approche d'une distribution normale (ou gaussienne) correspondant à la distribution de l'ensemble dans lequel sont effectués les tirages Lorsque le nombre d'éléments de

chaque échantillon considéré (nombre de traces) devient supé-

rieur à 30, la distribution de t devient très voisine d'une

distribution normale.

Pour les nombres de traces inférieurs, on peut, au lieu de calculer la probabilité p(tk) selon la relation ( 2), tirer celle-ci d'une table de Student et Fischer On détermine alors directementou par une extrapolationla probabilité Pk pour que la moyenne de l'ensemble dont est tiré l'échantillon soit nulle (bruit seul présent) et la probabilité ( 1 Pk) pour que la moyenne de l'ensemble d'o est tiré l'échantillon considéré soit différente de 0, c'est-à-dire pour que cet échantillon corresponde à la superposition d'un bruit et d'un signal affectant de façon analogue ou cohérente chacune

des traces.

On a schématisé sur la figure 4 une table 83 dont les valeurs

peuvent être enregistrées dans une mémoire de l'unité de dé-

tection de première arrivée 68 et qui comprend un double

jeu d'adresses permettant l'accès aux lignes et aux colonnes.

Chaque ligne correspond à une valeur respective du degré de

liberté no Chaque colonne contient les valeurs de la varia-

ble t pour une probabilité p que l'échantillon correspondant à cette variable soit tiré d'un ensemble à moyenne nulle, ou

pour la probabilité (l-p) de la condition réciproque.

Ainsi, en présence d'un ensemble de traces T 1 à Tn, échan-

1 M Mzz tillonné par valeurs discrètes à des intervalles de temps 1 à f (figure 3), on peut déterminer pour chacun de ces instants k, la variable tk de Student correspondante La table de la figure 4 fournit pour le nombre de degrés de liberté n-l, et la valeur tk dans cette ligne, la probabi- lité (l-pk) correspondante pour que l'échantillon Hk formé par les valeurs xl(k) à xn(k) soit tiré d'un ensemble à moyenne non nulle et traduise par conséquent la présence

d'un signal utile.

En conséquence, on scrute ces échantillons Hk dans l'ordre des temps croissants, jusqu'à ce que la probabilité 1-Pk dépasse un seuil prédéterminé, par exemple 0,99 Pour amélii rer la sécurité, on admet dans cet exemple qu'on est en pré 515 sence d'une cohérence reflétant l'existence d'un signal lot que l'on rencontre trois échantillons Hk consécutifs,dans l'ordre des temps croissants,fournissant une probabilité

1-Pk supérieure au seuil indiqué.

L'instant de première arrivée est alors défini comme l'ins-

tant immédiatement précédant les trois instants consécutif,

satisfaisant la condition précitée.

On a représenté par la courbe 80 sur la figure 2 A les vale de 1-p obtenues en appliquant la méthode pour les cinq tra ces 40 à 44 En parcourant cette courbe de la gauche vers droite, on constate que l'instant de première arrivée TT 1 est le premier après lequel la valeur 1-p présente une sta bilité à son maximum pour plusieurs valeurs consécutives

du temps TT.

En pratique, l'échantillon Hk peut être formé à partit d'i variable dépendant de l'instant k considéré dans l'interv de détection des traces, qui n'est pas nécessairement la valeur ou l'amplitude de cette trace ellemême à cet inst D'une façon généraie, on considère donc que l'échantillon est formé par les ?aleurs de la variable Xi(k) en provenance de chaque trace Ti Au lieu de prendre pour valeur de Xi(k)

l'amplitude xi(k) de la trace Ti, on peut par exemple utili-

ser la différence de deux valeurs échantillonnées à des ins-

tants consécutifs dans cette trace:xi(k)-xi(k-l) On a éga- 3 i () N a é a lement constaté qu'on pouvait obtenir de bons résultats en prenant comme valeur de Xi(k) la pente de la droite des

moindres carrés correspondant aux cinq échantillons consé-

cutifs à partir de l'instant tk: xi(k) à xi(k+ 4) Ainsi, par exemple, on a utilisé: Xi(k) = 2 xi(k) xi(k+l) + x (k-+ 3) + 2 x (k+ 4) ( 3) 3 10 L 3 i 3 i Ce dernier choix de variable à l'avantage-d'éliminer la

composante continue des traces sismiques.

Revenant à l'exemple de la figure 2, on a tracé sur la figure 2 B des traces 140, 141, 142, 143 et 144 dont la teneur en information relative à la propagation sismique entre les points 30 et 20 est la même que celle des courbes 40 à 44, mais qui ont été individuellement affectées par l'addition

d'un bruit gaussien supplémentaire.

On a indiqué en 81 la courbe (l-p) obtenue grace à la méthode selon l'invention On constate qu'elle permet de déterminer avec précision le point TT alors même que la détermination de celui-ci sur chacune des traces individuelles 140 à 144

devient très délicate, sinon impossible.

La figure 5 résume le fonctionnement des circuits 60 de-

la figure 1 pour la détection de première arrivée au fur et à mesure de l'acquisition de traces sismiques,issues d'un point d'émission 30,en un point de réception 20 On a supposé que l'on commence à rechercher l'instant de première arrivée après l'enregistrement d'un minimum de N traces, N pouvant

être égal à 5.

si :4 Après initialisation (bicc 200), on met à 1 un compteur d' instants k et on calcule la valeur de la variable X pour

la trace N en cours d'acquisition, soit X (k) (bloc 204).

n-in

D-'une mémoire 206, on tire la valeur N Xi (k) dans la-

quelle-on stocke les valeurs cumulées Ae la variable obteni à l'instant k pour toutes les traces acquises jusqu'à prés E Cette valeur est ajoutée à la v 5 leur déterminée à l'issue n bloc 204 pour obtenir (bloc 208) une nouvelle valeur Xi(l 1 ' On calcule ensuite la valeur X 2 N (k) (bloc 210) Puis, à pa tir d'un registre 212 dans lequel est inscrite une valeur Eu Ulée des carrés des variables acquises jusqu'à présent, f X 2 (k), onncalcule avec la nouvelle valeur issue du b i N 2

210 une valeur 2 X 2 (k) (bloc 214).

is

On vérifie alors si le nombre de traces acquises est supé-

rieur ou non au minimum nécessaire N à l'étude de la distx bution (bloc 216) Dans la négative (par exemple si N est inférieur à 5) on vérifie si tous les instants k de la dul de l'intervalle d'écoute ont été passés en revue (bloc de décision 218) Dans la négative, on incrémente la valeur c k d'une unité (bloc 220) et on retourne à l'entrée du bloc 204 pour recommencer la procédure qui vient d'être évoqué( Celle-ci se poursuit jusqu'à ce que les f instants de l'ii

tervalle aient été passés en revue.

Lorsque tel est le cas, (k=f) (bloc 218), on acquiert les valeurs de la trace suivante (n+l) (bloc 222) et l'on ret

à l'entrée du bloc 202.

Si le nombre de traces déjà analysées est supérieur ou ég au minimum N (sortie OUI, bloc 216), on calcule la varial de Student (tk) (bloc 224) selon les principes évoqués précédemment. On détermine la probabilité 1Pk correspondante à l'ai de la table de Student Fisher (bloc 226) décrite à propos la figure 4 Bien entendu, il est possible de déterminer k-p par interpolation dans le cas o la valeur tk pour le degré de liberté n-l se trouve entre deux valeurs de la table

inscrite en mémoire selon la figufre 4.

On vérifie alors si k est supérieur ou égal à 4 (bloc 228) et sinon on augmente k d'une unité (bloc 229) et l'on retourne?

à l'entrée du bloc 204.

Dans le cas contraire, on recherche si les probabilités obte-

nues aux instants k, k-i, et k-2 étaient toutes trois supé-

rieures à un seuil de probabilité p 5 fixé à priori à partir d'un registre extérieur 230, et par exemple égal à 0,99 Si

cette condition est satisfaite (sortie OUI du bloc de déci-

sion 232), c'est qu'en parcourant les N traces acquises dans le sans des temps croissants à partir du temps initial, on a rencontré le signal correspondant à la première arrivée de l'onde sismique On fixe l'instant de celle-ci à k-3, comme

l'indique le bloc 234.

Dans le cas o la condition testée par le bloc 232 n'est pas vérifiée, on examine si tout l'intervalle de temps de mesure de la trace N considérée a été scruté (bloc 236) Dans la

négative, on incrémente k d'une unité (bloc 238) et l'on re-

tourne à l'entrée du bloc 204 Si, au contraire, tous les échantillons de la trace N ont été passés en revue sans qu'on ait pu encore déterminer l'instant de première arrivée, on passe à l'acquisition ou à la lecture dela trace suivante en retournant via le bloc 222 au bloc 202 et l'onrépète

le processus.

Dès qu'on a trouvé un nombre de traces N suffisant pour fournir la détection du temps de première arrivée avec une précision suffisante, et que l'on a déterminé celui-ci (bloc

234), le processus peut être arrêté.

L'ensemble des opérations peut être mis en oeuvre avec une installation de traitement automatique usuelle à bord des laboratoires de diagraphie mobiles tels que 14 Il nécessite seulement deux registres tampons pour les valeurs 206 et 212

et une mémoire à trois positions pour les valeurs de 1-pk.

Au lieu d'un tel traitement en temps réel, on peut également effectuer un traitement différé si l'on dispose à l'avance d'un nombre Nm de traces préalablement enregistrées et

stockées dans la mémoire d'enregistrement magnétique 67.

Par hypothèse, ce nombre Nm est très supérieur au nombre minimum N On effectue donc les opérations de l'ensemble des blocs 204 à 226 pour chaque valeur de k dans l'ordre croissant de ces dernières jusqu'à ce que l'on trouve trois

valeurs satisfaisant la condition du bloc 232.

Claims (8)

Revendications.

1 Procédé pour la détection de l'instant d'arrivée d'une onde sismique qui se propage-dans un milieu souterrain, entre un point d'émission ( 30) et un point de réception ( 20), notamment dans le cas o l'un au moins de ces points est localisé en sous-sol, dans lequel on produit des trains (i)

de signaux représentatifs des ondes reçues au point de récep-

tion pendant des intervalles d'écoute suivant des tirs suc-

cessifs au point d'émission ( 30), on considère une succession d'instants (k) comptés à partir d'un instant de référence

dans chaque intervalle d'écoute, cette succession étant iden-

tique pour tous les trains, et pour chacun de ces instants (k), on relève les valeurs xi(k) des signaux recueillis pour

l'ensemble des trains, caractérisé en ce qu'on analyse sta-

tistiquement une grandeur Xi(k) fonction d'au moins une desdites valeurs xi(k) poux déterminer si la distribution de

l'échantillon (Hk) constitué par les valeurs de cette gran-

deur relativement à l'instant k fait apparaître une cohérence dans l'ensemble des trains reçus; on répète l'opération pour

plusieurs des instants successifs k; et on détermine l'ins-

tant de la première arrivée des ondes sismiques au point de réception ( 20) en fonction des résultats desdites analyses

de distribution.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération J'analyse statistique est répétée pour lesdits instants successifs dans l'ordre des temps croissants et ladite détermination est fonction des résultats de l'analyse

sur au moins deux instants consécutifs.

3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce

qu'on fixe un seuil minimum de probabilité (p 5) à partir du-

quel on détermine que ladite distribution de l'échantillon (Hk) à un instant k donné correspond à la présence d'une cohérence. 4 Drocédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on considère que les signaux reçus correspondent à la première arrivée de l'onde sismique lorsque ladite cohérence a été détectée pour une combinaison prédéterminée de plusieurs instants successifs (k-2, k-l, k). Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'or

fixe l'instant de première arrivée dans une position prédé-

terminée (k-3) par rapport à ladite combinaison.

6 Procédé selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce qu'on effectue la recherche de l'instant première arrivée de l'onde sismique en partant d'un nombre minimum de trains que l'on analyse pour des instants situés à des intervalles de temps croissants dans l'intervalle d'a lyse et, si la recherche estinfructueuse, on la répète en ajoutant au moins un train nouvellement acquis à l'ensemble

des trains considérés.

7 Procédé selon l'une des revendications précédentes, carl

térisé en ce qu'on détermine la présence d' une cohérence dans les trains de signaux (T 1 à Tn) à l'aide d'i

test de Student-Fisher (figure 4).

8 Procédé selon l'une des revendications précédentes, car

térisé en ce que la grandeur Xi(k) considérée à chaque ins tant 0) est une fonction de la valeur du signal xi(k) dans chaque train à cet instant et d'au moins une autre valeur

ce signal dans ce train.

9 Procédé selon l'une des revendications précédentes, cal

térisé en ce que la grandeur Xi(k) considérée à chaque ins (k) est une fonction d'une caractéristique liée à la pente ou à la pente moyenne du signal dans chaque train (i) au

sinage de l'instant considéré (k).

Dispositif pour la détection de l'instant d'arrivée d onde sismique qui se propage dans un milieu souterrain entre un point d'émission ( 30) et un point de réception ( 20), du type comprenant des moyens d'acquisition de signaux recueillis pendant un intervalle de temps suivant l'émission d'un ébranlement, des moyens pour enregistrer

lesdits signaux acquis sous forme de traces pour une plura-

lité de tirs successifs, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour scruter la distribution (Hk) d'une grandeur obtenue à chaque instant de l'intervalle de temps d'écoute pour l'ensemble des traces enregistrées, des moyens ( 83) pour déterminer une probabilité que la distribution

dudit ensemble reflète l'existence d'une cohérence dans l'en-

semble des traces enregistrées à l'instant correspondant, et des moyens ( 230, 232) pour détecter que cette probabilité

dépasse un seuil déterminé.

11 Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend un registre ( 206) de sommation-des valeurs de ladite grandeur et un registre ( 212) de sommation des carrés des valeurs de ladite grandeur et une mémoire ( 84) de table

de distribution de probabilité d'une variable de Student-

Fisher. M 11 E Il Il 1 O 1