FR2872922A1

FR2872922A1 - Procede et appareil d'acquisition vribratoire sismique

Info

Publication number: FR2872922A1
Application number: FR0506471A
Authority: FR
Inventors: Benjamin Peter Jeffryes; James Edward Martin
Original assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 2004-07-10
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2006-01-13
Anticipated expiration: 2025-06-24
Also published as: US20060018192A1; GB2416033B; GB0415518D0; GB2416033A; US7330401B2; FR2872922B1

Abstract

Un procédé et un appareil correspondant sont décrits, lesquels sont destinés à générer des signaux acoustiques devant être utilisés dans une étude sismique vibratoire, comprenant l'étape de combinaison en un signal d'entraînement d'un signal de balayage haute fréquence, qui est balayé vers le haut à travers une bande haute fréquence pendant un premier intervalle de temps, et d'un signal de balayage basse fréquence, qui est d'amplitude moins grande que le signal de balayage haute fréquence et qui est balayé vers le haut à travers une bande basse fréquence pendant un second intervalle de temps, dans lequel le second intervalle de temps commence pendant le premier intervalle de temps mais après le début de ce dernier ; et l'application du signal d'entraînement à un système d'entraînement mécanique pour un élément pouvant être mis en vibration. Le procédé améliore l'utilisation d'une seule source vibratoire.

Description

57.0605 FR NP 2872922

PROCEDE ET APPAREIL D'ACQUISITION VIBRATOIRE SISMIQUE Cette invention concerne l'étude sismique, et plus particulièrement l'étude sismique des formations de la terre en utilisant une source acoustique sous la forme d'un vibrateur qui exerce un signal à fréquence variable dans les formations de la terre, soit directement dans le cas de l'étude à terre soit par l'eau dans le cas de l'étude sismisque marine.

CONTEXTE DE L'INVENTION Dans l'industrie du pétrole et du gaz, les techniques de prospection géophysique sont communément utilisées pour aider dans la recherche et l'évaluation de gisements d'hydrocarbures souterrains. Globalement, une source d'énergie sismique est utilisée pour générer un signal sismique qui se propage dans la terre et est au moins partiellement réfléchi par des réflecteurs sismiques de subsurface (c'està-dire, des interfaces entre des formations souterraines ayant des impédances acoustiques différentes). Les réflexions sont enregistrées par des détecteurs sismiques situés à ou près de la surface de la terre, dans un corps d'eau, ou à des profondeurs connues dans des forages, et les données sismiques résultantes peuvent être traitées pour fournir des informations concernant l'emplacement des réflecteurs de subsurface et les propriétés physiques des formations de subsurface.

Un type de prospection géophysique utilise une source d'énergie impulsive, telle que de la dynamite ou un canon à air marin, pour générer le signal sismique. Avec une source 57.0605 FR NP 2872922 d'énergie impulsive, une grande quantité d'énergie est injectée dans la terre en une période de temps très courte. Par conséquent, les données résultantes ont généralement un rapport signal- bruit relativement élevé, ce qui facilite les opérations de traitement de données qui suivent. D'autre part, l'utilisation d'une source d'énergie impulsive peut poser certains problèmes de sécurité et environnementaux.

Depuis la fin des années 1950 et le début des années 1960, un nouveau type de prospection géophysique, généralement connu sous le nom de prospection "VIBROSEIS" , a été utilisé. La prospection Vibroseis emploie un vibrateur sismique au sol ou marin comme source d'énergie. Contrairement à une source d'énergie impulsive, un vibrateur sismique applique un signal dans la terre ayant un niveau d'énergie beaucoup plus faible, mais pendant une période de temps considérablement plus longue.

Le signal sismique généré par un vibrateur sismique est un train d'ondes contrôlé (c'est à dire un balayage) qui est appliqué à la surface de la terre ou dans le corps d'eau ou dans un forage. Dans l'étude sismique au sol avec utilisation d'un vibrateur, pour appliquer l'énergie dans le sol dans un signal de fréquence balayé, l'énergie est typiquement appliquée en utilisant un système d'entraînement hydraulique pour vibrer un poids important (la masse de réaction) vers le haut et le bas. La masse de réaction est couplée à une plaque de base, en contact avec la terre et à travers laquelle les vibrations sont transmises à la terre.

La plaque de base supporte également un poids fixe important, connu sous le nom de contrepoids. Typiquement, un balayage est une vibration sinusoïdale de fréquence variant 57.0605 FR NP 2872922 en continu, augmentant ou diminuant de manière monotonique à l'intérieur d'une gamme de fréquence donnée, qui est appliqué pendant une période de balayage durant de 2 à 20 secondes ou même plus. La fréquence peut varier linéairement ou non linéairement dans le temps. Aussi, la fréquence peut commencer à un faible niveau et augmenter avec le temps (balayage vers le haut) ou elle peut commencer à un niveau élevé et diminuer progressivement (balayage vers le bas).

Les données sismiques enregistrées pendant la prospection Vibroseis (ciaprès appelées données de vibrateur ) sont des signaux composites, consistant chacun en de nombreux trains d'ondes longs réfléchis superposés les uns sur les autres. Puisque ces signaux composites sont typiquement de nombreuses fois plus longues que l'intervalle entre les réflexions, il n'est pas possible de distinguer les réflexions individuelles du signal enregistré. Cependant, lorsque les données de vibrateur sismique sont mises en corrélation croisée avec le signal de balayage (aussi appelé signal de référence ), les données corrélées résultantes approchent des données qui auraient été enregistrées si la source avait été une source d'énergie impulsive.

La quantité d'énergie injectée dans la terre pendant un balayage de vibrateur conventionnel dépend de la taille du vibrateur et de la durée du balayage.

Il y a plusieurs contraintes sur l'amplitude des vibrations. La contrainte la plus basique est que le contrepoids ne doit pas dépasser la force vers le haut maximum, de telle sorte que le vibrateur ne perd jamais le contact avec le sol. Cependant, il y a d'autres contraintes sur la sortie basse 57.0605 FR NP 2872922 fréquence. Puisque, comme cela a déjà été mentionné, la force au sol est générée en faisant vibrer un poids important, et la force générée par le poids est égale à sa masse multipliée par son accélération, à des fréquences faibles pour la même force au sol générée les vitesses de pointe et les déplacements sont plus élevés qu'aux hautes fréquences. Typiquement, la fréquence la plus basse qui peut être produite par un vibrateur à un niveau de force fixe est déterminée par la longueur de course maximale possible pour le poids vibratoire, et le temps que le vibrateur peut passer à des basses fréquences est déterminée par la quantité de fluide hydraulique stockée dans des accumulateurs au début du temps de balayage et la capacité d'écoulement maximale du système hydraulique.

Les vibrateurs destinés à être utilisés dans l'étude sismique marine comprennent typiquement un logement en forme de cloche ayant un diaphragme grand et lourd, qui équivaut à la plaque de base mentionnée précédemment, à son extrémité ouverte. Le vibrateur est abaissé dans l'eau depuis un navire d'étude marine et le diaphragme est mis en vibration par un système d'entraînement hydraulique similaire à celui utilisé dans un vibrateur au sol. Des conceptions alternatives de vibrateur marin comprennent deux coques solides incurvées ou hémisphériques, jointes l'une à l'autre par une membrane élastique. L'entraînement hydraulique fait se déplacer les deux coques l'une par rapport à l'autre d'une manière similaire au déplacement de la masse de réaction dans un vibrateur au sol. Les vibrateurs marins sont donc soumis à des contraintes opérationnelles analogues à celles des vibrateurs au sol.

57.0605 FR NP 2872922 Un autre problème avec la prospection Vibroseis conventionnelle provient du fait que les vibrateurs génèrent une distorsion harmonique suite aux effets non linéaires dans le système hydraulique du vibrateur et la réaction non linéaire du sol à la force exercée par la plaque de base du vibrateur, la seconde et: la troisième harmoniques étant responsables de la majeure partie de la distorsion. Ces harmoniques sont présentes dans les données enregistrées et mènent à des trains de bruit corrélé, connus sous le nom de fantômes harmoniques, dans les données corrélées. Ces fantômes harmoniques sont particulièrement gênants dans le cas de balayages vers le bas où ils apparaissent après la crête de corrélation principale (c'est-à-dire les temps de latence positifs) et, peuvent donc interférer avec les réflexions plus tardives et donc plus faibles. Dans le cas de balayages vers le haut, les fantômes harmoniques sont quelque peu moins gênants car ils précèdent la crête de corrélation principale (c'est-à-dire les temps de latence négatifs). Néanmoins, les fantômes harmoniques peuvent causer des difficultés dans le traitement et l'interprétation des données provenant de balayages vers le haut ainsi que de balayages vers le bas.

Le Brevet des Etats-Unis d'Amérique N 5,410,517 publié par Andersen décrit un procédé destiné à cascader ou lier ensemble les balayages d'un vibrateur pour former une séquence de balayages en cascade et optionnellement éliminer la période d'écoute entre les balayages successifs. L'angle de phase initial de chaque segment de balayage individuel à l'intérieur d'une séquence de balayage est progressivement tourné d'un incrément de phase constant d'environ 360/N degrés, où N est le nombre de segments de balayage à 57.0605 FR NP 2872922 l'intérieur de la séquence de balayage. Soit la séquence de référence de corrélation soit la séquence de balayage de vibrateur, mais pas les deux, contient un segment de balayage supplémentaire positionné et phasé de manière à supprimer sensiblement les fantômes harmoniques pendant la corrélation. Lorsque le segment de balayage supplémentaire est compris à l'extrémité de la séquence de balayage de vibrateur, cela augmente le temps total d'acquisition. Si la séquence de référence de corrélation comprend le segment de balayage supplémentaire, cela complique le traitement du fait que le segment de balayage supplémentaire doit être saisi au temps négatif en donnant un opérateur de corrélation non standard.

Dans la demande de brevet publiée au Royaume-Uni GB-A-2387226, il est décrit un procédé d'acquisition sismique utilisant des vibrateurs multiples utilisant le procédé dit de glissement-balayage . Le procédé est constitué d'un vibrateur (ou groupe de vibrateurs) qui balaye sans attendre que le balayage du vibrateur précédent ne soit terminé. Une corrélation, qui agit comme filtre temps-fréquence, extrait ensuite les enregistrements individuels. Une réduction significative du temps d'acquisition total est obtenue. Cela est plus efficace que le balayage en cascade car il n'est pas nécessaire d'attendre la fin d'un balayage avant de commencer le suivant. La réduction du temps total d'acquisition se fait au prix d'une distorsion harmonique augmentée puisque les harmoniques provenant du second balayage seront corrélées avec les signaux primaires du premier balayage.

Le Brevet des Etats-Unis d'Amérique N 6,418,079 publié par 57.0605 FR NP 2872922 Fleure décrit un procédé destiné à segmenter la répartition spectrale des signaux vibratoires chevauchés, améliorant de ce fait l'efficacité de l'acquisition de données tout en fournissant une distorsion harmonique réduite dans les zones de temps d'intérêt. Deux segments de balayage identiques sont utilisés. Chaque segment de balayage comprend un balayage basse fréquence plus tôt et un balayage haute fréquence plus tardif, les balayages individuels n'ayant sensiblement pas de chevauchement de fréquence à l'exception de la pondération. Le balayage haute fréquence dans chaque paire commence avant la fin du balayage basse fréquence avec un chevauchement dans le temps qui est sélectionné pour éviter les harmoniques provenant du balayage basse fréquence. La corrélation du signal enregistré séparément avec le balayage basse fréquence et le balayage haute fréquence donne des groupes de données dans lesquels des portions individuelles des données souhaitées sont récupérables avec la distorsion harmonique largement séparée des données souhaitées.

Une autre manière de l'art antérieur de chercher à surmonter les problèmes résultant des diverses contraintes sur le fonctionnement du vibrateur marin ou au sol est décrite dans le Brevet des Etats-Unis d'Amérique N 6, 181, 646. La source vibratoire du système (ci-après appelé système de l'art antérieur) décrit dans ce brevet est entraînée de manière à fournir un balayage composite, dans lequel un balayage haute fréquence et un balayage basse fréquence sont réalisés de manière cocourante dans le même intervalle de temps, c'est- à-dire que les deux balayages commencent au même moment et finissent au même moment.

57.0605 FR NP 2872922 Tandis que le système de l'art antérieur présente plusieurs avantages, il souffre aussi d'un certain nombre d'inconvénients.

Tout d'abord, le fait de commencer les balayages haute et basse fréquence au même moment limite la force qui peut être générée au bas de la bande haute fréquence. A ce stade dans le balayage, le balayage haute fréquence est limité par les limitations hydrauliques et de course du vibrateur, mais le fait d'ajouter un balayage basse fréquence au même moment réduit les ressources disponibles pour le balayage haute fréquence.

Deuxièmement, les vibrateurs hydrauliques génèrent de l'énergie de manière inévitable, non seulement à la fréquence souhaitée mais aussi à des harmoniques de cette fréquence. Les harmoniques du balayage basse fréquence se trouveront dans la même bande de fréquence que la fondamentale du balayage haute fréquence. Si ces harmoniques sont émises entre le moment où la même fréquence est émise par le balayage haute fréquence et le moment de fin du sismogramme dérivé des balayages, alors les harmoniques seront interprétés comme un signal sismique et contamineront le sismogramme.

Troisièmement, afin d'avoir une couverture spectrale complète, il est souhaitable qu'il y ait un certain chevauchement entre les balayages haute et basse fréquence. Il en résulte que le fait de corréler les signaux sismiques reflétés avec les balayages additionnés, c'est-à-dire avec l'entraînement au vibrateur, peut mener à des artéfacts apparaissant dans le sismogramme aux fréquences de 57.0605 FR NP 2872922 chevauchement et réduit l'opportunité d'équilibrage spectral.

Il existe un besoin d'une invention qui acquière des données avec une efficacité augmentée en utilisant des balayages se chevauchant tout en fournissant une certaine mesure de protection contre les harmoniques.

Claims

RESUME DE L'INVENTION 10 Un procédé et un appareil correspondant sont décrits, destinés à générer des signaux acoustiques devant être utilisés dans une étude sismique vibratoire, comprenant l'étape consistant à combiner en un signal d'entraînement un signal de balayage haute fréquence, qui est balayé vers le haut à travers une bande haute fréquence pendant un premier intervalle de temps et un signal de balayage basse fréquence qui est d'amplitude moins grande que le signal de balayage haute fréquence et qui est balayé vers le haut à travers une bande basse fréquence pendant un second intervalle de temps, dans lequel le second intervalle de temps commence pendant le premier intervalle de temps mais après le début de ce dernier; et l'application du signal d'entraînement à un système d'entraînement mécanique pour un élément pouvant être mis en vibration. Le procédé améliore l'utilisation d'une seule source vibratoire en commençant le balayage basse fréquence pendant le temps de balayage du balayage haute fréquence. A la différence des procédés existants, la présente invention utilise un balayage basse fréquence plus court qui commence bien à l'intérieur de la fenêtre de temps du balayage haute 57.0605 FR NP 2872922 fréquence. Le point de départ du signal peut être défini comme le point auquel le signal commence à contribuer de manière notable à la charge sur le mécanisme d'entraînement du vibrateur. Ainsi, il existe une période de départ pendant laquelle seul le balayage haute fréquence fournit une charge significative. Le premier et le second intervalles de temps peuvent se terminer sensiblement au même moment. Chaque signal de balayage peut comprendre des sections coniques ou de rampe soit au début soit à la fin de leur durée respective. Dans le cas du signal de balayage basse fréquences, la longueur de chaque section conique est de préférence inférieure à 2 secondes, plus préférablement inférieure à 1 seconde. Le signal de balayage combiné généré par un circuit adéquat connu comme tel est habituellement amplifié pour servir de signal pilote au système d'entraînement hydraulique de l'élément vibrateur, par exemple la plaque de base dans un camion de Vibroseis. Le premier intervalle de temps peut être d'environ 10 secondes, tandis que le second intervalle de temps peut être d'environ 7 secondes. Et chaque second intervalle de temps peut être précédé et suivi par une période conique respective d'environ une seconde. De préférence, l'extrémité supérieure de la seconde bande de fréquence chevauche légèrement l'extrémité inférieure de la première bande de fréquence. Ainsi, la première fréquence peut de manière pratique s'étendre d'environ 10 Hz à environ 100 Hz, tandis que la seconde bande de fréquence peut de manière pratique s'étendre d'environ 2Hz à environ 12 Hz. 57.0605 FR NP 2872922 Lors de la génération d'un sismogramme à partir des signaux de récepteur acquis, les données brutes, les étapes de déconvolution ou corrélation habituellement appliquées dans l'opération de Vibroseis peuvent être réalisées en utilisant le balayage haute fréquence et le signal de balayage basse fréquences ou tout dérivé de ce dernier séparément. Ainsi, deux sismogrammes séparés peuvent être générés. Avant de recombiner le sismogramme haute fréquence et le sismogramme basse fréquence pour les besoins du traitement ultérieur, l'invention comprend de préférence l'étape consistant à les adapter dans leur gamme de fréquence de chevauchement. L'invention va maintenant être décrite, au moyen d'exemples non limitatifs uniquement, en référence aux dessins joints. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La Figure lA illustre des éléments d'une étude sismique Vibroseis; LA Figure lB est un graphe d'un balayage haute fréquence typique tel qu'il est utilisé dans les études sismiques Vibroseis connues; La Figure 2 est un graphe d'un balayage basse fréquence typique tel qu'il est utilisé dans les études sismiques Vibroseis connues; La Figure 3 est un graphe du spectre de puissance des balayages des Figures 1B et 2; 57.0605 FR NP 2872922 Les Figures 4 et 5 montrent les exigences d'écoulement de fluide hydraulique maximales du système pour les balayages de l'art antérieur des Figures 1B et 2; La Figure 6 montre les exigences d'écoulement maximum du système si les balayages des Figures 1B et 2 sont réalisés de manière cocourante; La Figure 7 montre un balayage basse fréquence tel qu'il est utilisé dans la présente invention; La Figure 8 montre le spectre de puissance des balayages des Figures 1 et 7; La Figure 9 montre les exigences d'écoulement maximum du système pour le balayage de la Figure 7; La Figure 10 montre l'exigence d'écoulement maximum du 20 système lorsque les balayages des Figures lB et 7 sont réalisés de manière cocourante; La Figure 11 est une représentation quelque peu schématique d'un équipement d'étude sismique comprenant une source acoustique selon la présente invention pour réaliser les balayages des Figures 1 et 7 de manière cocourante; Les Figures 12 et 13 sont des sismogrammes théoriques correspondant au système de l'art antérieur; et Les Figures 14 et 15 sont des sismogrammes théoriques dérivés pour deux mises en oeuvre différentes de la présente 57.0605 FR NP 2872922 invention. EXEMPLES Le système de la Figure lA illustre de manière simplifiée une acquisition Vibroseis utilisant un vibrateur 11 avec une plaque de base 12 et un appareil de mesure de signal 13, par exemple des accéléromètres, dont les signaux sont combinés pour mesurer le signal de force au sol réel appliqué à la terre, tous situés sur un camion 10. Le signal qui est généré dans la terre par le vibrateur 11 est réfléchi par l'interface entre les impédances de subsurface Iml et Im2 aux points Il, 12, 13, et I4. Ce signal réfléchi est détecté par des géophones Dl, D2, D3, et D4, respectivement. Les signaux générés par le vibrateur 11 sur le camion 10 sont transmis à un stockage de données 14 pour être combinés à des données sismiques brutes reçue depuis les géophones Dl, D2, D3, et D4 et être ensuite traités. Pendant le fonctionnement, un signal de commande, aussi appelé balayage pilote, fait exercer aux hydrauliques du vibrateur 11 une pression variable sur la plaque de base 12. Comme on peut le voir à la Figure lB, un balayage haute fréquence typique de l'art antérieur va de 10 Hz à 100Hz sur 10 secondes, avec des sections coniques de 0,25 seconde. Dans ce balayage, la force appliquée au sol peut être décrite mathématiquement par l'expression t \ [1] Fh(t) = Wh (t) cos 2n + f fh (i)di t0 // 57.0605 FR NP 2872922 où Wh(t) est la fonction d'enveloppe d'amplitude strictement positive, normalement constante sur la majeure partie de la durée du balayage, s'élargissant à partir de zéro au début du balayage au moment to et se rétrécissant jusqu'à zéro à la fin du moment t1, 4 est la phase de départ du balayage, fhest la fréquence instantanée du balayage, allant de fo au moment to à f1 au moment t1. Normalement, la fréquence augmente de façon linéaire dans le temps mais la vitesse changement de fréquence n'a pas besoin de rester constante. Le balayage basse fréquence de l'art antérieur de la Figure 2 va de 2 Hz à 12Hz, avec des sections coniques de 0,25 seconde et chevauche donc la bande de fréquence du balayage haute fréquence de la Figure lB: cela a pour but d'éviter un trou dans le spectre de fréquence au niveau des fréquences dans les sections coniques respectives. Comme cela est décrit dans le Brevet des Etats-Unis d'Amérique N 6, 181, 646, le balayage basse fréquence couvre la même durée que le balayage haute fréquence, et est conçu de sorte que l'énergie pour chaque fréquence est la même que pour le balayage haute fréquence. Le balayage basse fréquence est inférieur en amplitude, mais a aussi une vitesse de balayage plus faible. En utilisant la même notation que dans l'équation (1), si la force du balayage basse fréquence est indiquée par 57.0605 FR NP 2872922 [2] i Fl (t) = Wl (t) cos ( i t 2n e + J fl (i)di t0 alors 2 dfh 2 dfi [ 3] Wl dt w2 dt Si le niveau de force de plateau pour le balayage haute fréquence est W, alors, sur un sol dur, l'écoulement exigé pour le vibrateur est proportionnel à W/fh(t). Le déplacement exigé est W/ff(t) (sur une surface élastique, l'exigence d'écoulement sera réduite car la vibration de la plaque de base contribue de manière significative à la force au sol. Cependant, à l'extrémité basse fréquence du spectre où des écoulements et des déplacements élevés se produisent, il n'y a pas beaucoup de déviation par rapport au cas rigide. L'écoulement exigé pour le balayage haute fréquence de la Figure 1 est montré à la Figure 4. La même équation, avec les remplacements adéquats, est valable pour le balayage basse fréquence. L'écoulement exigé pour le balayage basse fréquence selon l'art antérieur est illustré à la Figure 5, avec l'écoulement exigé combiné illustré à la Figure 6. Si la capacité d'écoulement totale du vibrateur est inférieure au maximum de la somme des deux écoulements exigés, alors le vibrateur sera incapable de réaliser les balayages souhaités. Une solution à cela consiste à réduire la sortie de force globale, de sorte que si la capacité d'écoulement totale du vibrateur est de 1 (dans l'échelle 57.0605 FR NP 2872922 des Figures 4 à 6), alors la sortie de force totale serait réduite à environ 45% du niveau précédent, avec une réduction correspondante du rapport signal-bruit global dans les données sismiques résultantes. La présente invention est basée sur notre appréciation selon laquelle les balayages d'un vibrateur normal commencent typiquement à des fréquences faibles et augmentent au cours du balayage, bien qu'au début du balayage le vibrateur soit contraint en amplitude par la longueur de course et la capacité hydraulique et qu'ensuite dans le balayage la principale contrainte soit le niveau de force de crête. Pendant cette période de balayage, ainsi, un signal supplémentaire basse fréquence et faible amplitude peut être ajouté au balayage sans dépasser les limites de longueur de course et de capacité hydraulique du vibrateur, tant que la somme des amplitudes des deux signaux ne dépasse pas le contrepoids du vibrateur. Un exemple d'un tel signal de balayage supplémentaire est illustré à la Figure 7. Comme on peut le voir à la Figure 7, le début du balayage supplémentaire est retardé d'environ trois secondes par rapport au début du balayage haute fréquence. Le fait de retarder le moment de début du balayage supplémentaire a deux effets positifs. Tout d'abord, une sortie plus élevée peut être obtenue à des fréquences plus basses, ce qui permet une plus grande sortie de force sans dépasser la capacité d'écoulement totale du vibrateur. Deuxièmement, le moment auquel les harmoniques du balayage basse fréquence apparaissent dans le sismogramme peut être reculé, ce qui déplace la majeure partie de leur effet en 57.0605 FR NP 2872922 dehors du temps d'écoute c.0 sismogramme. Le temps d'écoute dépend des objectifs géophysiques de l'étude, et non des paramètres de balayage, et est la longueur du sismogramme après que la corrélation croisée ou déconvolution a converti l'enregistrement original de la réponse de la terre aux balayages du vibrateur en un sismogramme correspondant à une courte impulsion ayant la même largeur de bande que les balayages. Dans l'exemple montré à la Figure 7, on suppose que le temps d'écoute est de quatre secondes. Le balayage basse fréquence, de 2 à 12 Hz commence à 3 secondes et, comme on peut le voir à la Figure 7, il a également des sections coniques plus longues, typiquement d'environ une seconde, afin de réduire les effets d'ondulation de limite de bande. Dans l'exemple montré, le vibrateur finit le second balayage complètement à environ 10,5 secondes. Avec ce balayage, la contamination harmonique la plus grande, à trois fois la fondamentale, n'affecte pas le sismogramme jusqu'à ce que le vibrateur ait atteint 3,3 Hz, ce qui se produit à 3,9 secondes, ainsi presque toute la contamination harmonique est en dehors du sismogramme. Si la capacité d'écoulement maximale du vibrateur est C, et que a est la constante de proportionnalité qui lie la force à l'écoulement, alors au moment t, l'écoulement disponible dans le vibrateur pour les basses fréquences est donné par W [4] C fh(t) 57.0605 FR NP 2872922 Si le balayage basse fréquence commence au moment T, et a une fréquence inférieure de foL, alors la force pouvant être obtenue pour un balayage à force constante commençant à cette fréquence est donnée par [5] WL = Cfi WfoL OC f(T) Pour le balayage illustré à la Figure 7, la limite d'écoulement est de 1, et l'amplitude de force grimpe de manière linéaire de WL au même niveau que dans l'art antérieur, avec une section conique supplémentaire d'une seconde au début et à la fin du balayage. Le spectre de puissance du balayage basse fréquence est montré (avec le spectre de puissance du balayage haute fréquence) à la Figure 8, où l'on peut voir que le spectre d'amplitude augmente doucement d'environ 3 Hz à 10 Hz. L'écoulement exigé total du balayage basse fréquence est montré à la Figure 9, tandis que l'écoulement exigé total des balayages haute et basse fréquence ensemble est montré à la Figure 10. La Figure 10 démontre clairement que les exigences d'écoulement total des balayages combinés ne dépassent pas la capacité du vibrateur (1 dans les unités montrées). Si la principale contrainte n'est pas l'écoulement, mais le déplacement du vibrateur, alors une procédure similaire peut être suivie en utilisant le déplacement disponible plutôt que l'écoulement. Une autre contrainte est la force totale. Si la force totale requise pour les balayages haute et basse fréquence est trop élevée, plutôt que de juste réduire le niveau global de force, la sortie de force pour le balayage haute fréquence 57.0605 FR NP 2872922 peut être maintenue à un niveau élevé avant que le balayage basse fréquence ne commence puis réduite lorsque le balayage basse fréquence augmente en amplitude. La vitesse du balayage haute fréquence peut aussi être ajustée avec l'amplitude, pour garder la puissance de sortie plate avec la fréquence (la vitesse de balayage doit être proportionnelle à la racine carrée de l'amplitude pour obtenir cela). Le schéma de principe schématique de la Figure 11 illustre un système d'étude sismique 110 conçu pour mettre en place la présente invention. Ainsi, le système 110 comprend un générateur de balayage principal 112 destiné à lancer le balayage haute fréquence de la Figure lB sous le contrôle d'une minuterie 114, et un générateur de balayage basse fréquence 116 destiné à lancer le balayage basse fréquence de la Figure 7, également sous le contrôle de la minuterie 114, mais avec un retard prédéterminé, défini par un circuit de retard ajustable 118, après le début du balayage haute fréquence. Les sorties respectives des générateurs de balayage 112 et 116 passent par des amplificateurs de puissance ajustables respectifs 120, 122, qui sont utilisés pour ajuster leurs niveaux de puissance respectifs, jusqu'à un circuit sommateur 124, qui les additionne et applique le signal additionné comme signal d'entraînement à un système d'entraînement hydraulique d'un vibrateur au sol ou marin 128 ayant une plaque de base ou un diaphragme pouvant être mis en vibration. La plaque de base ou le diaphragme est ainsi entraîné pour produire un signal acoustique qui est transmis dans les formations de terre dans le sol ou le fond marin en dessous du vibrateur 128, pour être réfléchi par les diverses strates qui composent les formations de terre. 57.0605 FR NP 2872922 Les signaux acoustiques réfléchis par les formations de terre sont détectés par des matrices de capteurs 132, normalement des géophones dans un contexte terrestre et des hydrophones dans un contexte marin, et les signaux détectés sont convolués avec le signal d'entraînement additionné appliqué au système d'entraînement hydraulique puis corrélés avec le balayage souhaité dans un processeur de signal 134 pour produire un sismogramme qui est stocké dans une mémoire de sismogramme 136. Comme cela a déjà été mentionné, le système de l'art antérieur souffre de problèmes avec les harmoniques des basses fréquences de son balayage basse fréquence qui contaminent le sismogramme obtenu. Cet effet peut être observé en comparant les sismogrammes théoriques des Figures 12 et 13. Elles modélisent l'effet sur une courte caractéristique dans la réponse de la terre d'utilisation tout d'abord du système de l'art antérieur pour illuminer cette caractéristique puis du traitement de l'art antérieur pour générer un sismogramme. Dans les deux figures, une crête à bande limitée à 0,5 seconde (hauteur 1) a été prise - correspondant à un réflecteur isolé entre deux différentes strates. Elle a tout d'abord été mathématiquement convoluée avec les balayages du vibrateur pour obtenir le signal théorique au niveau du capteur, puis corrélée avec les mêmes balayages décrits dans le traitement de l'art antérieur. A la Figure 12, les balayages du vibrateur qui ont été utilisés sont la somme des balayages montrés aux Figures lB et 2. Les ondulations qui apparaissent avant et après la crête proviennent de la nature à bande limitée du balayage. 57.0605 FR NP 2872922 La Figure 13 montre la même crête, après sa convolution avec un balayage composite avec des niveaux réalistes de contamination harmonique (14% de la fondamentale dans les harmoniques impairs, 6% dans les harmoniques pairs). On note en particulier le bruit de fréquence élevé qui apparaît par moments entre 2 et 4 secondes. Cela sera un problème particulier, car les événements suivants dans les sismogrammes ont tendance à être à la fois d'amplitude plus faible et de largeur de bande plus faible que les événements précédents, et ce bruit réduira donc la capacité à détecter les petits événements à ces momentslà. La Figure 14 est un sismogramme théorique dérivé pour le système de la présente invention. A la Figure 14, la même crête que celle de la Figure 12 est montrée convoluée avec les balayages combinés (avec le même niveau de contamination harmonique), et corrélés avec le balayage souhaité. Comme on peut le voir, très peu de bruits harmoniques apparaissent dans le sismogramme. Dans l'art antérieur, le signal enregistré au niveau du récepteur est corrélé avec le balayage original combiné afin d'obtenir le sismogramme. Si l'on écrit dans le domaine de fréquence, [6] S = (Fh + Fl) R où R est la transformation de Fourier du signal au niveau du récepteur, S est la transformation de Fourier non fenêtrée du sismogramme et les tildes au-dessus des lettres indiquent la transformation de Fourier, Fh est la 57.0605 FR NP 2872922 transformation de Fourier du balayage haute fréquence souhaité et Fh est la transformation de Fourier du balayage basse fréquence souhaité. Pour obtenir le sismogramme final, la transformation de Fourier inverse est réalisée et la série chronologique est fenêtrée entre le moment zéro et le temps d'écoute. Si le vibrateur a suivi exactement le balayage pilote alors [7] = (Fh + Fl) T où T est la fonction de transfert de la terre du vibrateur au récepteur. Et donc [8] S = (Fh + Fl) (Fh + F1) T les termes croisés dans ceci seront tous à des moments 20 négatifs ou après le temps d'écoute et ainsi [9] S = (F-11F-h + F1F1)T Si les deux balayages ont la même amplitude dans le domaine de fréquence, et que le vibrateur suit de près le balayage souhaité, alors cela fonctionnera bien, cependant si des balayages ne suivent pas le balayage souhaité exactement, alors la corrélation produira des erreurs. De plus, si à cause des contraintes d'écoulement les 57.0605 FR NP 2872922 balayages ne maintiennent pas une amplitude constante sur la majeure montrée partie de la gamme du balayage (telle que celle à la Figure 4), alors il peut être souhaitable d'augmenter les fréquences d'amplitude d'obtenir le sismogramme qui aurait résulté amplitude constante. Supposons que Ah soit la puissance souhaitée dans le balayage haute fréquence, et que Al soit la puissance souhaitée dans le balayage basse fréquence, alors en appliquant l'opérateur D, donné par D = (Ah + Al \ \ Fh FI) à la transformation de Fourier de chaque signal du récepteur, on obtient DR = /Ah + Al \R /Ah + Al \ (É--'h + Fl)T (Ah + Al)T Fh F1 1 \ Fh F1 1 Dans la pratique, le vibrateur peut ne pas suivre exactement les balayages souhaités, auquel cas le signal de force au sol mesuré peut être utilisé pour obtenir une estimation des balayages haute et basse fréquence réels (afin d'obtenir une estimation de l'amplitude et de la phase de la composante fondamentale de la sortie du vibrateur, il existe un certain nombre de manières possibles dans lesquelles le signal de contrôle de force au sol du vibrateur peut être filtré. réduite afin d'un balayage à [10] 57.0605 FR NP 2872922 Parmi celles-ci se trouve l'utilisation d'un filtre à élimination de bande à variation dans le temps et la corrélation croisée avec le balayage souhaité et le fenêtrage dans le temps près du moment zéro.) Si Mh (respectivement Ill) est une estimation de la transformation de Fourier du balayage haute (respectivement basse) fréquence réel - en ignorant la contribution des harmoniques, alors un meilleur opérateur D = Ah + Al Mh M, i peut être utilisé à la place. La Figure 14 montre l'effet de cette opération en utilisant le balayage montré à la Figure 2, où l'amplitude de déconvolution a été choisie pour contrer l'effet de la rampe d'amplitude. Des effets tels que la propagation élastique non linéaire dans la terre peuvent entraîner des sismogrammes légèrement différents au niveau des fréquences de chevauchement entre les balayages haute et basse fréquence. En exécutant les déconvolutions haute et basse fréquence séparément, et en estimant une fonction de transfert entre elles, valide sur un certain nombre de récepteurs, une amplitude et un décalage dans le temps globaux correspondant ensemble aux composantes haute et basse fréquence du spectre peuvent être estimés. Tout d'abord, les sismogrammes haute et basse fréquence [12] 57.0605 FR NP 2872922 doivent être évalués de manière indépendante, ainsi Sh = Ah R Mh [13] S1 Al R Ml La transformation de Fourier inverse est appliquée à chaque 5 sismogramme, et ils sont fenêtrés entre 0 et le temps d'écoute. Ils sont ensuite de nouveau soumis à une transformation de Fourier, pour obtenir deux fonctions ê-1-1 et êl Si la théorie élastique linéaire se maintient exactement, alors la relation [14] (UhAl UlAh) = 0 devrait se maintenir exactement. Cependant, il peut y avoir une divergence systématique entre les deux sismogrammes. Dans ce cas, une simple fonction qui, dans la région de chevauchement, adapte les deux sismogrammes peut être recherchée. Celle-ci forme un facteur d'amplitude et un décalage dans le temps. Si l'on suppose que le facteur d'amplitude est a et que le décalage dans le temps est T. Nous devons ensuite trouver les valeurs de a et T de telle sorte que l'inadaptation moyenne soit minimisée, où UhAl a exp(27tift)UlAh 57.0605 FR NP 2872922 Cette moyenne est de préférence réalisée sur toutes les fréquences de chevauchement et tous les récepteurs. Ayant déterminé les valeurs optimales de a et i, l'un des deux sismogrammes (le sismogramme haute fréquence ou le sismogramme basse fréquence) peut être ajusté pour être adapté à l'autre. De préférence, le sismogramme basse fréquence est ajusté, ainsi le sismogramme total est la transformation de Fourier inverse de [17] (ih + a exp(27ifi)êl) Si, à la place, on ajustait le sismogramme haute fréquence, le sismogramme total serait la transformation inverse de / _ [18] 1 exp(- 27zifr)Uh + a Bien que l'invention ait été décrite en relation à des vibrateurs sismiques actionnés par système hydraulique, l'homme du métier se rendra compte qu'elle est aussi applicable aux vibrateurs sismiques actionnés par système électro-magnétique. i 57.0605 FR NP 2872922 REVENDICATIONS

1. Source vibratoire pour générer des signaux acoustiques destinés à être utilisés dans une étude sismique, comprenant un élément pouvant être mis en vibration; un système d'entraînement mécanique pour appliquer une force sur l'élément pouvant être mis en vibration; et un circuit de commande combinant en un signal d'entraînement pour le système d'entraînement mécanique un signal de balayage haute fréquence qui est balayé vers le haut à travers une bande haute fréquence pendant un premier intervalle de temps et un signal de balayage basse fréquence dont l'amplitude est moins grande que le signal de balayage haute fréquence et qui est balayé vers le haut à travers une bande basse fréquence pendant un second intervalle de temps, dans lequel le second intervalle de temps commence pendant le premier intervalle de temps mais après le début de ce dernier.

2. Source selon la revendication 1, dans laquelle la bande basse fréquence couvre une gamme de fréquence inférieure à la bande haute fréquence.

3. Source selon la revendication 1, dans laquelle l'extrémité supérieure de la bande basse fréquence chevauche l'extrémité inférieure de la bande haute fréquence.

4. Source selon la revendication 3, dans laquelle la bande haute fréquence comprend une gamme de fréquence allant d'environ 10 Hz à environ 100 Hz, et la bande basse fréquence comprend une gamme de fréquence allant d'environ 57.0605 FR NP 2872922 2Hz à environ 12 Hz.

5. Source selon la revendication 1, dans laquelle le second intervalle de temps comprend une ou deux périodes dans lesquelles le signal de balayage est conique.

6. Procédé de génération de signaux acoustiques destinés à être utilisés dans une étude sismique vibratoire, comprenant l'étape de combinaison en un signal d'entraînement d'un signal de balayage haute fréquence, qui est balayé vers le haut à travers une bande haute fréquence pendant un premier intervalle de temps, et d'un signal de balayage basse fréquence, qui est d'amplitude moins grande que le signal de balayage haute fréquence et qui est balayé vers le haut à travers une bande basse fréquence pendant un second intervalle de temps, dans lequel le second intervalle de temps commence pendant le premier intervalle de temps mais après le début de ce dernier; et l'application du signal d'entraînement à un système d'entraînement mécanique pour un élément pouvant être mis en vibration.

7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la bande basse fréquence couvre une gamme de fréquence inférieure à la bande haute fréquence.

8. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'extrémité supérieure de la bande basse fréquence chevauche l'extrémité inférieure de la bande haute fréquence.

9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la 57.0605 FR NP 2872922 bande haute fréquence comprend une gamme de fréquence allant d'environ 10 Hz à environ 100 Hz, et la bande basse fréquence comprend une gamme de fréquence allant d'environ 2Hz à environ 12 Hz.

10. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le signal de balayage basse fréquence est conique.

11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le second intervalle de temps est précédé et suivi par une période conique respective d'environ un quart de seconde.

12. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'amplitude et/ou lavitesse de balayage du signal de balayage haute fréquence sont modifiées au début du second intervalle de temps.

13. Procédé selon la revendication 6, comprenant en outre l'étape de séparation des signaux de signal de balayage haute et basse fréquence combinés et le traitement des données acquises en utilisant les signaux séparés.

14. Procédé selon la revendication 6, comprenant en outre l'étape de génération d'un sismogramme basse fréquence et d'un sismogramme haute fréquence représentant la réponse de la terre au balayage basse fréquence et au balayage haute fréquence, respectivement.

15. Procédé selon la revendication 14, comprenant en outre l'étape d'adaptation du sismogramme basse fréquence et du sismogramme haute fréquence au niveau d'une gamme de fréquence à chevauchement.

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16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel l'étape d'adaptation des sismogrammes comprend l'étape de détermination d'une correction d'amplitude et/ou d'un décalage dans le temps.

17. Procédé selon la revendication 15, comprenant en outre l'étape de recombinaison du sismogramme basse fréquence et du sismogramme haute fréquence adaptés.