FR2990028A1

FR2990028A1 - Acquisition de donnees sismiques

Info

Publication number: FR2990028A1
Application number: FR1253822A
Authority: FR
Inventors: Luc Haumonte
Original assignee: KIETTA
Current assignee: KIETTA
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2013-11-01
Anticipated expiration: 2032-04-25
Also published as: AU2013254712B2; GB201307391D0; FR2990028B1; AU2013254712A1; US9188692B2; CA2871220A1; CA2871220C; WO2013160381A2; GB2503544B; MX344709B; BR112014026217A2; MX2014013001A; US20130286773A1; WO2013160381A3; GB2503544A; NO20141358A1

Abstract

On propose un procédé d'acquisition de données sismiques relatives à une zone du sous-sol, dans lequel on déplace au moins une source sismique (107) et on émet des ondes sismiques en des positions de tir successives de la source de façon à illuminer ladite zone du sous-sol, et on capte les signaux résultant de ces émissions au moyen d'un ensemble (101) de câbles (110) présentant une flottabilité sensiblement nulle et munis de récepteurs (106). Les câbles (110) ont une vitesse dans le référentiel terrestre sensiblement nulle ou sensiblement inférieure à celle de la source (107). Et lesdites positions de tir successives sont déterminées en fonction de la position des récepteurs (106) par rapport au référentiel terrestre pour optimiser au moins un critère de qualité des signaux sismiques acquis par les récepteurs (106). Un tel procédé permet une acquisition de données sismiques améliorée.

Description

450-120423-texte 2990028 ACQUISITION DE DONNEES SIS), QU ES La. présente invention concerne le domaine de 1 acquisition de données sismiques en milieu marin. Les documents WO 2010/076646 et WO 2011/154545 notamment décrivent des procédés d'acquisition de données sismiques relatives à une zone du sous-sol en milieu marin qui sont réalisés au moyen d'un ensemble de câbles munis de récepteurs (capteurs sismiques), l'ensemble des récepteurs formant un réseau sismique, cl d'au moins une source sismique. La. source sismique se déplace par rapport aux câbles et émet des ondes sismiques en des positions de tir successives de la source de fay.m à illuminer ladite zone du sous-sol. et les récepteurs captent les ondes réfléchies résultant de ces émissions. Les documents cités décrivent un mode d'acquisition clans lequel les câbles sont maintenus stationnaires ou quasi-stationnaires par rapport au référentiel terrestre, ou déplacés par rapport à ce référentiel à une vitesse sensiblement inférieure à celle de la source. Dans ce type d'acquisition, les courants exercent une influence importante sur les câbles ci donc sur la position des récepteurs, ce qui peut affecter la qualité des données sismiques acquises par les récepteurs. 11 existe donc un besoin pour un procédé d'acquisition de données sismiques permettant de compenser l'effet des courants. A cette fin, la présente invention propose un procédé d'acquisition de données sismiques relatives à une zone du sous-sol. Dans le procédé, on déplace au moins une source sismique cl on émet des ondes sismiques en des positions de tir successives de la source de l'acon à illuminer ladite zone du sous-sol. Et on capte les signaux résultant de ces émissions au moyen d'un ensemble de câbles présentant une flottabilité sensiblement nulle et munis de récepteurs. Les câbles ont une vitesse dans le référentiel terrestre sensiblement nulle ou sensiblement inférieure à celle de la source. Et lesdites positions de tir successives sont déterminées en ffinction de la position des récepteurs par rapport au référentiel terrestre pour optimiser au moins un critère qualité des signaux sismiques acquis par les récepteurs. Suivant des modes de réalisation préférés, l'invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les positions do tir sont calculées mie par une ; 33450-120423-texte 2990028 2 - les positions dc tir sont calculées en lir .-!;rotipé - les positions de tir sont ajustées à l'iffléricur d'une plage prédéterminée d-intervalles entre positions de tir consécutives ; - les positions des récepteurs sont déterminées à partir des positions absolues des 5 extrémités des câbles obtenues au moyen d'antennes GPS et des positions relatives des récepteurs par rapport aux (lites extrémités obtenues au moyen de roseaux de triangulation acoustique installés dans les câbles ; - les câbles sont munis en leurs extrémités de drones déplaçant les câbles en les maintenant sous tension, les réseaux de triangulation acoustique comprenant 10 des unités de positionnement acoustique installées sous les drones ; - les positions de tir de la source sismique sont déterminées en .fonction d'une position de référence des récepteurs fournie et du calcul d'une dérive des câbles sismiques en comparant la position réelle des récepteurs à la position de référence des récepteurs ; 15 - les positions de tir suivent au moins une ligne do tir ; l'ordonnan .ement des lignes de tir est modifié par rapport à l'ordonnancement initial; et/ou - le critère de qualité est choisi parmi un critère relatif au respect de la géométrie des points-milieux, au respect d'une répartition régulière des («sets ou des 20 azimuts, ou un critère composite. La présente invention propose également un système «acquisition sismique marine adapté à la mise en oeuvre du procédé, Par exemple, le système comprend un bateau source adapté à déplacer au moins une sourci.. sismique. La source sismique est adaptée à émettre des ondes sismiques. 25 Le système comprend également un ensemble de câbles présentant une flottabilité sensiblement nulle et munis de récepteurs. Les câbles son,- munis en leurs extrémités de drones adaptés à maintenir les câbles une vitesse dans le référentiel terrestre sensiblement nulle ou sensiblement inférieure u celle de, la source. Le système, comprend également un bateau maître. 1...e bateau maître est adapté à recevoir des 30 droites des in fbrmations sur la positon des récepteurs par rapport au référenti cl terrestre. Le bateau maître est également adapté à déterminer lesdites positions de tir successives en fonction de la position des récepteurs (106) par rapport au référentiel terrestre pour Optimiser au moins un critère de qualité des signaux sismiques acquis 33450-120423-texte 2990028 par les récepteurs. Le bateau maître est également adapté à envoyer lesdites positions de tir successives au bateau source. Dès lors, le bateau source peut déplacer la source sismique qui peut émettre des ondes sismiques en lesdites positions de tir successives dc la source de façon à illuminer une zone du sous-sol D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré de l'invention, donnée à titre d'exemple et en référence au dessin annexé. 1.a figure 1 représente en perspective un système d'acquisition sismique ; lea figure 2 représente un exemple de réalisation du procédé ; 10 Les figures 3 à 8 illustrent des exemples du procédé. E a figure 1 représente un système 10 d'acquisition sismique marine. Le système 10 comprend un ensemble 101 de câbles sismiques 110 parallèles, conforme a l'enseignement des documents WO 2010/076646 et/ou le document VO 20117154-545 et adapté à la mise en oeuvre du procédé, et une source sismique 107 remorquée par un 15 bateau-source 109. Chaque câble 110 de l'ensemble 10E a une vitesse dans le référentiel terrestre sensiblement nulle ou en tout cas inférieure à celle clé la source 107, une valeur typique pour la vitesse de la source étant de l'ordre de 5 noeuds. Ainsi. les solutions classiques de câbles remorqués par un bateau à vitesse relativement importante sont exclues du procédé. Notamment, les câbles 110 peuvent: être 20 maintenus en position stationnaire ou quasi-stationnaire, ou avoir une vitesse dans le référentiel terrestre, en valeur absolue, inférieure de deux fois à la. vitesse de la source 107, de préférence trois, quatre, six ou dix fois. 1)es unités de contrôle perrnette11i de maintenir l--t vitesse des câbles 110 dans le référentiel terrestre sensiblement nulle ou en tout cas sensiblement inférieure à celle 25 de la source 107. Dans l'exemple représenté, chaque câble H 0 est. relié à ses extrémités à des véhicules autonomes ou « drones » 102 adaptés à déplacer le câble 110 et à le maintenir sous tension cl qui intègrent une telle unité de contrôle. L'unité de contrôle est un système comprenant un processeur couplé à une mémoire vive, et implémentant un programme comprenant des instructions de contrôle de la vitesse du 30 câble 110. Par exemple, l'unité de contrôle peut minimiser l'écart du câble II() par rapport à une route souhaitée dans le référentiel terrestre (la route étant une trajectoire dans le référentiel terrestre prédéterminée et à suivre à une vitesse sensiblement inférieure -110 du lusource), le déplacement du câble 110 étant en outre 33450---120423-texie 2990028 4 possiblement contraint par une valeur de courbure maximale de parcours dans l'eau (ce qui permet que le câble I 10 garde une forme lisse satisfaisante pour un géophysicien, subisse moins de contraintes, et soit compatible avec le contrôle de plusieurs câbles). Ainsi, l'unité de contrôle minimise, e.g. en temps réel, un tel écart, grâce à des données prédéterminées dans le programme, telles que la route souhaitée et/ou une contrainte d'écart maximal et/ou une contrainte de courbure maximale. Les documents \NO 2010/076646 et WO 2011/154545 notamment décrivent de tels déplacements du câble 110. Dans ce contexte où les câbles 110 ont une vitesse dans le référentiel terrestre 10 sensiblement inférieure a colle de la source, les récepteurs peuvent s'écarter de la position optimale (i.e. la position de la route souhaitée à laquelle le câble 110 doit se situer instantanément, ou une position fixe dans le référentiel terrestre dans le cas stationnaire ou quasi-stationnain n effet, les câbles 110 sont soumis à. l'influence du courant_ et connue leur longueur est typiquement de plusieurs kilomètres, ils 15 dérivent par rapport à la position souhaitée. Ainsi existe un risque que les câbles 110 ne restent pas stationnaires on ne suivent pas la trajectoire souhaitée. Dans un tel cas, émettre des ondes sismiques à intervalle régulier (par exemple de sorte que les positions de tirs forment une grille de points uniformément répartis), comme c'est généralement le cas dans Fart antérieur, 20 aboutit à une acquisition de données sismiques non optimale. En effet, les câbles 110 peuvent être décalés d'un tir à rautre, et ne pas prendre en considération ce décalage nuit à l'acquisition. Dans le procédé décrit ci-après, les positions de tir successives sont déterminées en fonction de positions (instantanées réelles) des récepteurs 106 par rapport au 25 référentiel terrestre pour optimiser un critère de qualité, éventuellement composite, des signaux sismiques acquis par les récepteurs. En d'autres termes, 1. on se fixe un critère de qualité des signaux sismiques acquis par les récepteurs 106, c'est-à-dire un critère sismique que l'on veut respecter au mieux pour les signaux. Ce critère de qualité peut être donné de manière classique 30 par un géophysicien ayant mie connaissance préalable de la zone d' ét ude, en t 'onction de ses objectifs à atteindre par i acqulsrtion de données, et sa valeur la mesure dans laquelle le critère de qualité est respecté) dépend de la position des récepteurs 106 par rapport au référentiel terrestre, et des positions de tir qui vont être déterminées. 33450-120423-texte 2990028 5 Il est à noter que des valeurs de critères de qualité (en anglais « QC data » pour « quality control data ») sont fournies par des programmes commerciaux. Différents exemples d'un tel critère de qualité seront donnés par la suite. On agit donc ensuite sur les positions de tir successives pour optimiser le critère 5 do qualité, en limant compte de la position réelle des récepteurs 106. De façon appropriée, les positions de tir peuvent être ajustées à l'intérieur d'une plage prédéterminée d'intervalles entre positions de tir consécutives. Ainsi, l'écart entre deux positions de tirs ne dépasse jamais la taille de la plage, mais est tout de même ajusté dans la plage au lieu d'être fixe, de manière à optimiser le critère de qualité 10 visé. Les positions des récepteurs 106 peuvent être déterminées au moyen d' un système de positionnement intégré comprenant des 1.nienries GI'S 117 sur les drones 102 lbumissant la position absolue des dames, et des unités dc positionnement acoustiques 119 (formant des e.c réseaux de triangulation acoustique ») sous la forme, 15 dans 1-exemple de la figure, ([un réseau «émetteurs--récepteurs acoustiques installés sous les drones 102 et le long des câbles 110 qui fournit les positions relatives des récepteurs 106 par rapport aux droites 102, ci éventuellement d'autres informations complémentaires provenant de boussoles et de profondimètres. On déduit, de la position absolue des drones 102 et de la position relative des récepteurs 106 par 20 rapport aux drones 102, la position absolue des récepteurs 106. 11 est a noter qu'il existe ditkrentes sortes d'unités de positionnement acoustiques 119. Il peut s'agir d'émetteurs ou/et de récepteurs. C'est-à-dire que les unités peuvent être uniquement réceptrices ou uniquement émettrices, et elles peuvent aussi combiner les deux fonctions à la fois. 25 Comme indiqué précédemment, sous 1 in Lier= du courant, les récepteurs 106 peuvent dévier cle la route prédéterminée ou d'une position stationnaire dans le référentiel terrestre prédéterminée. On peut alors déterminer la position réelle des récepteurs 106 grâce à cc système de positionnement intégré classique dans l'industrie et utiliser cette donnée directement lors de l'optimisation du critère de qualité pour 30 déterminer, dans cc cas en temps réel, les positions de tir de la source 107. Dès lors, les positions de tir de la source 107 sismique peuvent être déterminées en fonction d'une position de référence des récepteurs 106 fournie et du calcul d'une dérive un écart) du câble sismique 110 en comparant la position réelle des 3 450-120423-texte 2990028 6 récepteurs 106 à la position de référence des récepteurs 106. La dérive correspond donc à l'écart entre la position réelle d'un récepteur 106 et sa position théorique. En d'autres ternies, la position réelle absolue des récepteurs 106 n'est pas une donnée utilisée en tant que telle lors de la détermination des positions de tir dans cet exemple, mais c'est une autre donnée qui en dépend, à savoir la dérive du câble sismique 110, qui est utilisée dans l'implémentation in fOrmatique de la détermination. Les positions de tir peuvent suivre des lignes de tir passLnIt au-dessus des câbles sismiques 110. Cela est décrit dans le document WO 2010/046646. La détermination des positions dc tir de la source 107 peut être effectuée au bout du parcours d'un 10 nombre prédéterminé de lignes par la source 107. par exemple 1 pour un bon compromis entre optimisation du critère de qualité et coûts calculatoircs, en fonction de l'intensité du courant, par exemple lu courant mesuré ou estimé lors d'une itération précédente du procédé. afin de bien prendre en compte la dérive du câble 110 due au courant. 1:a source sismique 107 peut alternativement, suivre des trajectoires pi LIS 15 complexes. Par exemple, la source sismique 107 peut suivre une trajectoire en spirale. Ugalement. les lignes suivies par la source sismique 107 peuvent ne pas traverser le câble 11 0. par exemple lui être parallèles. Le critère de qualité est choisi parmi un critère relatif au respect de la géométrie et du contenu des bilis les points-milieux) au respect d'une répartition des offsets ou 20 des azimuths, ou peut être un critère composite combinant ces critères. Les points-milieux sont les milieux du segment ayant pour extrémités la position de la. source 107 en une position de tir donnée et la position réelle du récepteur 106. Un enterc relatif au respect des points-milieux peut consister a assurer que les points-milieux entre les positions de tir de la source 107 sismique et la position réelle 25 des récepteurs 106 sont uniformément répartis dans le référentiel terrestre. Optimiser un tel critère revient clone n. approcher au mieux, voire parfaitement, une telle répartition uniforme des points-milieux sur un ensemble de données acquises. Alternativement, ou de manière additionnelle. le critère de qualité peut intégrer un critère de respect d'une répartition régulière du contenu offset et/ou azimut de 30 l'ensemble des bins. L'offset d'un tir est la distance entre la source et le récepteur 106 lorsque la source 107 émet une onde. L'azimut est l'angle, du point. de vue du récepteur, du vecteur source-récepteur. Un tel critère peut consister par exemple à 33450--120423-texte 2990028 7 s'assurer que les positions de tir de la source 107 sismique sont uni fbrmément réparties dans un référentiel lié au câble sismique 110. On entend par critère composite un critère implémentant avec différents poids les différents critères. 5 La figure 1 montre l'ensemble 101 de câbles 110 munis d'une pluralité de récepteurs 106 (par exemple des hydrophoncs ou des géophoncs) aptes à recueillir lesdites ondes réfléchies. Un tel câble 110 peut être appelé « câble sismique », ou encore « flûte sismique ». Les câbles 110 évoluent en une station de mesure adaptée à la prospection d'une partie de la zone du sous-sol précitée. On déclenche ladite source 10 107 sismique. On capte à l'aide desdits récepteurs 106 lesdites ondes réfléchies. On peut ensuite déplacer jusqu'à une autre station de mesure adaptée à la prospection d'une autre partie de la zone précitée, d'une part le,.; câbles 1 IO et d'autre part la source 107 sismique, et ainsi de suite. Les câbles 110 présentent une flottabilité sensiblement nulle et sont immergés à une profondeur (i.e. la distance par rapport à la surface de 15 l'eau). Dc th.con appropriée, la prolimdeur des câbles 110 peut se situer entre la valeur minimale pour permettre le passage de la source 107 sismique au-dessus des câbles 110s, soit au moins 5 mètres, et environ 100 mètres. Chacun des câbles 110 est de façon appropriée muni d'éléments formant ballast destinés à maintenir immergé le câble 110. 1.es ballasts permettent aux câbles I IO de maintenir leur profondeur 20 sensiblement constante et de la faire varier de ri-lanière contrôlée. Chacun des câbles 110 est également muni en ses deux extrémités de droncs 102 de surface dans 1-exemple de la -figure 1, aptes â déplacer les câbles 110 (dans 1- eau, pour qu'ils soient stationnaire, (.luasi-stationnaire ou ne s'écartent pas trop d'une route souhaitée dans le référentiel terrestre) et â maintenir chaque câble 110 sous tension. Les documents WO 25. 2010/076646 et WO 2011/154545 décrivent l'utilisation d'un ensemble 101 de tels câbles 110 disposés de manière parallèle et formant une grille de récepteurs au-dessus de la zone du sous-sol à l'étude. 1.es drones 102 coopèrent pour maintenir l'ensemble 101 des câbles 110 sous tension et parallèles, pendant que la source 107 sismique passe au-dessus des câbles 110 et émet des tirs en les différentes positions de tir 30 déterminées. ta figure 2 représente un exemple de réalisation du procédé, par exemple avec l'ensemble I 01 de câbles 110 et. la source 107 sismique de la ligure 1. Le procédé de l'exemple comprend tout d'abord une estimation SI 0 de la position réelle) des 33450-120423-texte 2990028 8 récepteurs des câbles. Cette estimation peut être réalisée au moyen du système de positionnement décrit plus haut. Le procédé comprend ensuite le calcul S20 dc la dérive des récepteurs par rapport à une position de référence (position fixe dans le référentiel terrestre dans le cas (luasi-stationnaire, ou instantané d'une trajectoire lente dans le rélérentiel terrestre). Le procédé comprend également le calcul (S30) de nouvelles positions de tir en fonction de la dérive et de la connaissance passée. présente et/ou future) des courants pour optimiser le critère de qualite. Comme la dérive est liée à la position des récepteurs, ce calcul se fait, autrement dit, en l'Onction de la position des récepteurs. Dans l'exemple, la connaissance des eourants peut 10 consister en une estimation du courant pour la prochaine série de tirs. Ainsi, on peut effectuer une estimation de la dérive future subie par le câble et optimiser encore plus le critère de qualité. Les étapes S10, S20 et S30 permettent ainsi une détermination des positions de tir successives en fonction de la position des récepteurs par rapport. au référentiel 15 terrestre pour optimiser au moins un critère de qualité des signaux sismiques acquis par les récepteurs. Les nouvelles positions de tir ainsi déterminées servent à mettre à jour 550 les positions de tir à venir e.g,. enregistrées dans un buffler de l'unité de contrôle de la source). 1.e procédé d.c l'exemple comprend donc ensuite le déplacement S60 de la source sismique en les nouvelles positions de tir et Uémission 20 d'ondes sismiques en ces positions, et enfin la capture S70 des signaux résultant. des émissions par les récepteurs des câbles. Des exemples du procédé et de ses résultats vont maintenant être décrits en référence aux figures 3 à 8. On note X la direction du courant moyen, et Y la direction. perpendiculaire à X 25 dans le plan horizontal. Les câbles 30 sont alignés le long de X ei ne peuvent pas rapidement compenser l'écart par rapport à une position cible(i.e. une position théorique souhaité.e e.g. de stationnarité) dans la direction Y. Cela signifie qu-en présence {J'un courant variable dans le temps (par exemple un courarn constant auquel s'ajoi.Éc un courant de marée), les câbles 30 sont sujets à une dérive (par rapport à la 30 position cible) sur l'axe Y qui ne peut être compensée. Autrement dit, les câbles 30 agissent comme un filtre, et le positionnement d'un câble 30 ne peut pas compenser les variations « rapides » du courant (« rapides » étant relatif à la constante de temps du système qui dépend principalement de la longueur des câbles et de la vitesse du 33450--1204234exte 2990028 9 courant). Suivant le profil du courant, il peut également y avoir des écarts de positionnement sur l'axe X (notamment en présence d'un courant circulaire lorsque la trajectoire du courant effectue une boucle c. e taille inférieure ou similaire à la longueur du câble). 5 On va maintenant décrire un exemple du. procédé qui n pour but de maximiser la couverture des points-milieux en compensant les effets du courant. Ln d'autres termes, le critère de qualité du procédé de l'exemple est relatif au respect des points-milieux, et il consiste précisément à s'assurer que les points-milieux entre les positions de tir de la source sismique et la position réelle des récepteurs sont 10 unitbrmément répartis dans le référentiel terrestre (i.e. les points milieux forment une grille uniforme de points). Les points milieux se situent au milieu du segment tonné par chaque point de tir et chaque récepteur. En adoptant la notation complexe pour indiquer une position 31) projetée dans un plan horizontal, par exemple la surface de la nier a partie réelle correspond à hi. longitude et la partie imaginaire à la 15 latitu(fe), si zs est le nombre complexe dénotant la position du point source, et zR le nombre complexe dénotant la position d'un récepteur, le nombre complexe dénotant la. position du point-milieu est donné par zm - (z_ki-zs) 2. Par ailleurs, dans l'exemple, la source suit des lignes de tir m-1 m) orthogonales à la direction des câbles 30(donc suivant la direction Y). 20 Notons i l'indice des câbles 30, et k l'indice de chaque récepteur 32 ou groupe de récepteurs le long du câble k. Le point milieu du point de tir s et du récepteur k appartenant au câble i est noté : zm(i,k's.) - (zR(i,k)!.zs) .1 2. En suivant l'explication ci- dessus, la partie réelle de zR(i,k) le long de la direction X - est relativement facilement contrôlable, alors que la partie imaginaire de zR(i,k) - le long de la 25 direction Y- n'est pas réellement contrôlable et est contrainte par la variation t. courant résiduel. La position de la source est completement libre. Le procédé permet de compenser les variations indésirables de la position des récepteurs en adaptant la position des points de tirs. De manière plus spécifique, le procédé propose de tirer à l'endroit précis tel que les points milieux en moyenne ou en absolu) tombent 30 exactement là oà ils auraient (ln être en l'absence de courant. 1..c cas théorique où il n'y a pas dc courant est illustré b la figure 3. Notons de la distance entre les câbles 30 (par exemple 400 in), et d,. l'espacement entre les 33450-120423-texte 2990028 10 récepteurs 32 (par exemple 25 m.), ou intervalle de groupe. Considérons une géométrie de tirs orthogonaux aboutissant à un pixel CMP carre - Espacement entre points de tir dr (par exemple 25m) ; E.spacemetit entre lignes de tir d,. (par exemple 400m) ; - Marges de tir dans les directions X et Y (par exemple dépassement. de 50% de la longueur du câble de chaque côté). Notons /.s' (i,n) le n point de lir de la ligne de tir iii. Sans courant, les câbles 30 sont exactement à la position désirée 7.1;k1-1.(i, m,n). I.es positions des points milieux de référence sont notés : ,,itF(Lk,,nn. RFT - zsRl (rn,n))1 2. On ZR 1.1C,M,11 10 remarque que si les câbles 30 sont contrôlés pour être parfaitement stationnaires (et ne suivant pas un itinéraire à faible vitesse), les positions des récepteurs 32 sont constantes y.RRLF(i,k,m,ii - [l'( f/) Le cas réel où il y a du courant est illustré à la figure 4. En présence de courant, et en supposant la même séquence de tirs, le procédé proposé Ibnctionne de la manière suivante : le bateau source tire à la position Zs(M,I1)- -Z-si d(ril,t/), où ("kni,P1) est un nombre complexe représentant la dérive des câbles 30 par rapport au point cible lorsque le bateau source est sur le point de tirer] point de laligne de tir. Ainsi, dans le cas d'une dérive uniforme des câbles 30 (c'est-à-dire que les câbles 30 sont tous translates par le mente vecteur de translation, le résultat de la 20 translation étant référencé 40 sur la figure), les points milieux tombent exactement au même endroit que s'il n'y avait pas de courant. En effet, lors du nLm tir de la ligne de tir tu, la position des récepteurs est donnée par YRRLI Donc la position des points milieux est donnée par : 25 = (lzR(i,k,m,n) vp. - n (1(n/41) zsiul em,11))/2 z1(R1.1:(1,À ZsRLI((n n))!2 RU'(i,k,m,n Dans ce cas, toute l'énergie sismique est exactement conservée dans les points 30 milieux de référence, et aucune dispersion n'apparaît dans les positions voisines, comme cela est illustré par les ligures 5 et 6. .a figure 5 représente une carte (obtenue par simulation) (le couverture dans le cas théorique oit il n'y a pas de courant cas présenté en référence à la figure . La 33450-120423-texte 2990028 11 figure représente l'énergie sismique (i.e. la densité de tirs sismiques reçue par pixel de 12,5 in x 12,5 in sur une échelle de I à 100). Comme on peut le constater, on obtient une bonne densité sismique pour un carré central, et donc une bonne qualité des données sismiques qui sont peu dispersées. 5 i,a figure 6 représente une carte sous les mêmes conditions que la ligure 5, mais obtenue avec un courant sinusoïdale (dans la direction Y) avec une amplitude maximale de 1000 in et une période de 43200 secondes, et en appliquant le procédé, i.e. en déterminant les positions de tirs pour optimiser le critère de qualité relatif au respect. des points milieux, i.e. de leur répartition uni forme. On voit sur la figure 6 que 10 le procédé de l'invention permet similairement au cas théorique ou d n'y a pas de courant d'obtenir une bonne énergie sismique pour un carré central. minimisant ainsi les dispersions. La figure 7 représente une carte sous les mêmes conditions que la figure 6, mais le procédé n'est pas appliqué. A la place, les positions de tirs forment une grille 15 uniforme dans le référentiel terrestre. On voit sur la figure qu'il y a une dispersion de l'énergie sismique comparé au cas de la ligure 6, où le procédé est appliqué. procédé peut être étendu dans le cas d'une translation non uni forme des câbles. I ai dérive en,n) peut être estimée en considérant la dérive du centre de gravité (géométrique) de l'ensemble des câbles. Ainsi, l'énergie sismique reste concentrée 20 autour du centre des points milieux de référence, et la dispersion en dehors des points milieux de référence est minimisée. En utilisant le môme principe, le procédé peut être directement étendu dans le cas d'un changement de l'azimuth des câbles (par exemple dû à un changement de direction du courant moyen 25 Le procédé peut être utilisé avec n'importe quelle géométrie de tirs. La géométrie de tirs orthogonaux est donnée à titre d'exemp e. Une géométrie de tirs en zigzag, circulaire ou parallèle peut etre utilisée. Dans le cas on la dérive est grande devant la dimension du réseau de câbles, le procédé peut amener à des distances entre source et récepteurs (offset) importantes, ei 30 peut dégrader la distribution offsetiazimut. Une alternative au critère de qualité relatif au respect des points milieux, est donc d'optimiser la couverture des points milieux tout en contraignant la valeur maximale des ()Mets. Réduire l'offset positionne 33150-120423-texte 2990028 12 automatiquement le bateau source plus proche des récepteurs, l'effet négatif étant d'étaler I énergie sismique autour des points milieux de référence. La figure 8 représente. une carte sous les mentes conditions que la figure 6, mais le critere de qualité utilisé est différent de celui de la figure 6. Dans le cas de la 5 simulation de la figure 8, le critère de qualité est relatif au respect des offset et azimuths des tirs et plus précisément, les positions de tir de la source sismique sont uniformément réparties dans le référentiel lié au câble. On voit quel-énergie sismique est dispersée, mais cela n'importe pas dans ce cas, car le critère de qualité retenti est différent. On Peut employer un compromis résidant entre minimiser la dissipation d'énergie et limiter les grands offsets. De manière similaire Voptunisation peut être contrainte sur les valeurs d'azimut. De manière plus générale, plusieurs éléments supplémentaires peuvent être utilisés pour décider la meilleure position de tir, tels quo le contrôle qualité de la navigation, le contrffle qualité sismique, le post-traitement des 15. données. L'objectif final est d-optimiser la couverture globale et de maximiser l'illumination de la cible géologique. Au lieu d'optimiser la couverture LICS points-milieux, le critère d'optimisation peut être d'optimiser la distribution des couples émetteur, récepteur l'optimisation du critère de qualité va maintenant être décrite de manière générale. I L problème d'optimisation peut être lbrinulé de la manière suivante. Tout «abord, il peut s'agir d'un critère que l'on cherche A maximiser ou minimiser. Par exemple, on peut vouloir maximiser la couverture de la zone à l'étude, OU bien minimiser la distance entre la couverture désirée et la couverture réelle. Le problème de maximisation et le problème de minimisation peuvent être formulés de 25 manière équivalente. sans incidence sur le processus global d'optimisation. De manière générale. nous considérons dans la suite que l'on souhaite minimiser une métrique Le, critère de qualité notée ,11- correspondant à un ou plusieurs critères de qualité géophysique. La formulation de cette métrique dépend ce différents facteurs liés aux 30 caractéristiques intrinsèques du système d'acquisition et de son déploiement nombre de câbles_ nombre dc sources, espacement des récepteurs, espacement des lignes de tirs, marges de tirs, etc.) et aux objectifs de l'étude géophysique à mener taux de couverture d(')sirec richesse en azimut, distribution d'offset, etc 33450-120423-texte 2990028 13 Ainsi, pour optimiser la couverture des points milieux, la métrique peut inclure un critère lié au nombre de traces en chacun des points milieux. Pouir imposer des offscts proches ou lointains, le critère peut prendre en compte la distribution des °Mets. Pour optimiser le diagramme de rose, le critère peut prendre cri compte la distribution jointe offset/azimut. Pour maximiser le rapport signal à bruit, le critère peut prendre en compte une rnesuie du bruit. Toutes ces composantes peuvent être eonsidérées de manière individuelle ou combinée entre elles avec plus ou moins de pondération dans la métrique globale M. Concrètement, la métrique peut être calculée à partir des données fournies en 10 temps réel par les outils de contrôle de qualité sismique présents à bord des navires sismiques. La métrique peut consister à comparer des valeurs désirées d'indicateurs de qualité avec les valeurs réelles d'indicateurs de qualité les valeurs réelles peuvent tenir compte des résultats déjà obtenus et des valeurs futures en se basant sur des prédicti uns 15 Par exemple, si l'on souhaite que le nombre de traces en chacun des points milieux suive une distribution précise, la métrique peut valoir : D, pEp Où : P est l'ensemble des bins (« pixels .») à considérer pour l'étude, p est un indice qui parcourt l'ensemble des bins. Alp est le nombre de traces réellement obtenues dans 20 le bin p. et DT, est le nombre de traces désirées dans le bin p. Si l'on souhaite une distribution unilbitne de traces au sein des bins (Dp= l'équation se simplifie comme suit : _ DI P De manière évidente, le même genre de formulation peut être utilisé pour les 25 d istri butions d'art:set et d' azi rn ut. I,a métrique peut aussi utiliser des critères simples et directs sans forcément utiliser la valeur précise des indicateurs de qualité sismique. Par exemple, si l'on veut réduire le niveau de bruit, en particulier le bruit d'écoulement, on peut introduire un terme proportionnel à la vitesse des courants au carré, au lieu d'utiliser une mesure 30 exacte de bruit qui inclura l'ensemble des contributions au bruit total). 33450-120423-texte 2990028 14 Afin de décrire le processus d'optimisation, nous çoiisidéron ici que la métrique ne dépend que de la position des points de réception, de la position des points de tirs, et des courants. En effet, nous supposons que tous les autres paramètres entrant en compte dans la formulation de la métrique sont connus avant l'étude et 5 restent constants pcndani l'étude. Ainsi, la métrique peut être notée ill(S,R,() où S dénote les positions des sources nombres complexes). I? les positions des récepteurs (nombres complexes), et C la valeur de la vitesse des courants (champ de nombres complexes.), tous ces paramètres dépendant du temps I. 10 'Nous supposons également que la valeur des courants et in valeur des positions des récepteurs sont connues. Ainsi, de manière simple, l'optimisation du problème menant au calcul des positions de tir peut être formulée de la manière suivante : Se = a 'g min EL,1(5.' C)R, r; La lettre E représente l'espérance mathématique puisque le critère doit être 15 minimisé d'une manière statistique, toutes les variables dépendant du temps S R et C sont considérés comme étant des variables aléatoires). A noter que 1-unicité de a n'est pas forcément garantie. Le processus d'optimisation est en général contraint, par exemple de nailCue évidente par la vitesse maximale du bateau-source: 20 Dans la pratique, le bateau-source peut également être limité en termes de changement de cap, ce qui impose une limite maximale è la courbure de la courbe paramétrique sffl. Le choiN de l'algorithme et son implémentation dépend en général de la 25 lbrmulation dc la métrique :11. pwithine d'optimisation peut être choisi dans l'ensemble des algorithmes d'optimisation existants et connus de l'homme de Fart. A partir du moment où la métrique est quantifiée et peut être calculée, les méthodes classiques d'optimisation numérique telles que l'algorithme du gradient peuvent être utilisées. A noter que la résolution du problème d'optimisation peut être abordée de 30 manière différente (notamment en fonction de l'expression de la métrique .1\4) et n'admet pas en général de solution optimale unique. 33450-120423-texte 2990028 15 Si la métrique ne dépend pa.s elle-même du courant, mais que los positions des récepteurs dépendent du courant - que nous notons alors R(C) - on cherche à minimiser : L.121,1(5. Ra:Y.)1PEL'1(Çj?Yîl 5 Nous allons maintenant développer un exemple concret d'optimisation cherchant à minimiser 1.écart entre la couverture des points milieux réelle et la couverture désirée _espérance est estimée par la moyenne empirique : (1) N(S,R) désigne le nombre de points milieux qui tombent dans le bin p étant 10 donné les valeurs des positions des récepteurs R et des positions de tir S. Si n R désigne le nombre de récepteurs sur les câbles, n. le nombre de points de tir, s la position du tir numéro n et n(n) la position du récepteur k à l'instant du tir numéro n, on peut: facilement calculer .7\7(S,R) : où : 15 - 5(.) est une fonction qui vaut si la condition al'intérieur de la parenthèse est remplie, 0 sinon est la boule topologique représentant le bin p au voisinage du point indien de position b. Etant donné que les positions des points de réception i( n) sont connues, on peut 20 encore écrire : 1 R) - i,1 = co..-1-ci(P") Par convention nous prenons la notation simplificatrice suivante : ; Fii effet, le nombre de points tombant dans le bin p revient à calculer en 25 moyenne la probabilité que les points milieux appartiennent à la boule topologique correspondante, pondérée par la distribution des positions des récepteurs et des points de tirs. La notation (S+R)/2 est légèrement abusive dans la mesure où il ne s'agit pas à 33450-120423-texte 2990028 16 strictement parler d'une simple addition, mais il s»agit de calculer nsX nR points milieux. Nous utilisons cette notation par la suite pour simplifier les développements. Nous supposons que la phase de pré-plain fieatiml de l'étude sismique a abouti à la définition d'une séquence dc points de tir telle que., en l'absence de courants, la 5 couverture demandée D' est atteinte pour chaque bin. La séquence de tir de référence, notée S' est composée d'un ensemble de positions de tir de référence si,['-'. Lti positionnement des récepteurs en l'absence de courants, noté R - R(C---0) est constitué é un ensemble de points de réception rk(n) n't . Dans le cas stationnaire (patch), ces points de réception ne dépendent plus de l'instant du tir : rk(n) 10 Donc : r. ,Rre Dp Ainsi métrique est minimisée et vaut 0 lorsque : = a rg min Erill R) 1(1 En présence de courant, les positions des récepteurs ne sont plus idéales et 15 s éloignent des positions de référence. Nous prenons ici l'hypothèse de remplacer l'espérance mathématique par la valeur instantanée movennée sur les points de réception. Cela permet de dériver un algorithme simple et réalisable car 1-estimation des points de tir peut être faite à chaque instant sans avoir besoin de la connaissance parfaite des futures positions des 20 récepteurs :jusqu'à la lin de l'étude (ce qui nécessite entre autres la connaissance parfaite et illimitée des courants et du comportement des (troncs). A noter que cette hypothèse est simplificatrice el peut amener à une optimisation non optimale. Autrement dit, avec les notations ci-dessus, au lieu de s'intéresser à t [R] on considère la probabilité que 2 où Fel 25 est la moyenne instantanée des positions des récepteurs, et S1 la position instantanée du point de tir au temps é. En utilisant la notation détaillée avec les indices des points de tir discrétises dans le temps (2), cela revient é intervertir la fonction <50 et la somme portant sur les indices des récepteurs. Pour chaque point de tir numéro n on s'intéresse alors à : 33450-120423-texte où le centre géoniétriq de l'ensemble des câbles au moment du tir numéro n est noté : Etant donné que Lon connaît la séquence de référence qui minimise la métrique en l'absence de courant, le principe est de se rapprocher au plus près de cette solution optimale pour chaque tenu. de la somme, c'est-à-dire à chaque instant de tir. En utilisant la formule (3) pour les points de référence, et en utilisant l'invariance des points b', par rapport au numéro de tir n l'algorithme propose ainsi d'estimer les positions de tir de la manière suivante FEj-1 où le centre géométrique des potnts de réception de référence est noté : .c terme rn. 'fre représente l'écart de position du centre des récepteurs entre le cas réel (en général en présence de courant) et le cas idéal en l'absence de courant).

L'algorithme consiste ainsi à estimer et à compenser la dérive moyenne des câbles par rapport aux positions de référence, principalement duc au courant et aux capacités de navigation des &orles. On retrouve ainsi de manière évidente l'exemple d'algorithme décrit dans le cas de tirs orthogonaux aux câbles. Cet algorithme a montré des performances proches de la solution optimale dans des cas réalistes de conditions de courant pour des études sismiques typiques. Cela peut s'expliquer de la manière suivante. Dans le cas d'un courant variable mais homogène sur la zone d'étendue des câbles, les câbles restent parallèles entre eux. En présence d'un courant variable dont la direction ne change pas, la navigation des drones permet (dans une certaine limite 25 de vitesse) de rester exactement à l'endroit désiré et de ne pas s'éloigner des points de référence. Ln présence d'un courant variable incluant un courant circulaire non négligeable (par exemple un courant de marée). deux effets potentiels sont à prévoir sur les câbles : es câbles dérivent par rapport aux 'positions de référence. En présence d'un 30 courant homogène, les câbles se déplacent tous d'un vecteur de tianslation que 33450-120423-texte nous notons c/(I) nombre complexe). En théorie, la norme du vecteur de translation est cyclique typiquement, en presence d'un fort courant de marée, une sinusoïde avec une période égale à celle dc la marée locale) et la direction du vecteur de translation est perpendiculaire à la direction du courant moyen. En pratique, le vecteur de translation est: plus aléatoire, et son comportement est dicté par les variations du courant ei la navigation des droites. L'azimut des câbles oscillent périodiquement autour du barycentre des récepteurs. L'azimut des câbles est noté a(t) (nombre réel compris entre - zr et +g). En théorie, l'oscillation des câbles est régulière et périodique 10 (typiquement, en présence d'un fort courant de uéc. une sinusoïde avec une période égale à celle de la marée locale). En pratique, de l'azimut des câbles est plus aléatoire, et son comportement est dicté par les variations du courant et la navigation des dmnes. Ainsi la position des récepteurs à l'instant!, du tir numéro n peut être formulée 15 c e la manière suivante : (n) où représente le nombre complexe imaginaire unitaire. En présence du mouvement de translation uniquement, ii est évident dr voir que l'algorithme conduit à une solution optimale. En effet, tous les points de réception se 20 translatent uniformément du même vecteur ) La dérive due au courant est parfaitement estimée, car - Et l'estimation des points de tir compense parfaitement la dérive de l'acon à ce 25 que les points milieux sont au même endroit que les points milieux de référence comme décrit dans l'exemple du tir orthogonal). En cas de rotation pure des câbles, l'estimation de la dérive est également parfaite puisque le centre des récepteurs est invariant par rotation : 33450---120423-texte 2990028 19 Par contre, les points milieux ne sont plus tous au même endroit que les points x de référence. Les simulations ont montré que l'algorithme donne des résultats couverture proche de la couverture obtenue avec les points de référence, en particulier lorsque les caractéristiques de 1 étude L'ont en sorte que les oscillations (.1c l'azimut des câbles sont suffisamment moyennees. Cela s-explique par le fait que, même si les points milieux ne tombent pas tous au même endroit que les points milieux de référence. ils le Corn en moyenne. Ainsi, en pri";sence d'une translation et d'une rotation des câbles, l'algorithme estime de manière précise la dérive des câbles par rapport au courant en considérant la position du barycentre des câbles, et l'algorithme compense la dérive des câbles en moyenne pour la couverture des points milieux. Dans le cas d'un courant non homogène, l'algorithme est encore valide et les résultats peuvent être étendus : le barycentre géométrique des récepteurs permet 15 d'estimer la position moyenne des récepteurs, et donc de concentrer en moyenne les points milieux autour des points milieux de rét-ércnce. Le même genre de raisonnement peut être tenu pour dériver un algorithme d'optimisation simple pour d'autres critères telles que la distribution des offiets OU d'azimut.

20 Pour des raisons pragmatiques d'implémentation, plusieurs positions des points de tir peuvent être calculées simultanément (« en tir groupé »). Ainsi les positions des points de tir ne sont pas forcément calculées une par une juste avant de tirer. Dans emple des tirs orthogonaux, on peut par exemple calculer des lignes de tir entières. Ce procédé ne dégrade en rien les performances de l'optimisation à partir du 25 moment où la connaissance future des courants et des positions des récepteurs le permet. Au contraire, si la connaissance des futures positions des récepteurs est précise, cela ouvre la voie à une optimisation plus complète et globale que celle dérivée à partir de I - iypothèse siinpli ficatrice décrite ci-dessus. Un exemple d'architecture système est maintenant décrit en faisant de nouveau 30 référence à la figure I qui montre le système 10 (l'acquisition sismique marine. Sur la figure 1. les câbles 110 sont maintenus en position par des droites 102. le bateau-source 109 déplace la source 107 sismique en accord avec les explications ci- 33450-120423-texte 2990028 20 dessus. La figure 1 montre également un bateau maître 111 qui est utilisé pour coordonner les opérations (il peut également avoir un rôle dans les opérations de lancement, récupération et maintenance des composantes du système 10). 1:architecture peut être plus ou moins centralisée, par exemple la réalisation des fonctions de counnande et: contrôle peut être plus ou moins délocalisée géographiquement sur les (troncs t tJ2. sur le bateau maître 111 ou sur le bateau-source 109). Dans un exemple, les drones 102 et le bateau-source 109 transmettent au bateau maître 111 toutes les informations nécessaires pour réaliser les fonctions de contrôle 10 qualité (navigation -1 sismique), et donc en particulier, les informations de positionnement. Toutes ces informations sont centralisées à bord du bateau maître 111 par un contrôleur ou calculateur (e.g. carte électronique). Les positions do tirs désirées sont ensuite calculées en suivant. l'algorithme d'optimisation choisi et en utilisant les données fournies par les outils de contrôle de qualité (QC) installés à bord du bateau 15 maître 111. 1..es nouvelles positions de tir sont transmises au bateau-source 109. Le bateau-source 109 déplace la source 107 sismique en suivant une route de manière à respecter au mieux les points de tir désirés. Les positions réelles des tirs sont transmises en temps réel et prises en compte (par les outils de qualité) lors de la pro cl laine itération.

20 Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et au mode de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'hou ine de l'ait

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé dacquisition de données sismiques relatives à une 70Ite du sous-sol, dans lequel - on déplace au moins une source sismique (107) et on émet des ondes sismiques en des positions de tir successives de la source de façon a illinniner ladite zone du sous-sol, et - on capte les signaux résultant de ces émissions au moyen dun ensemble 10 (101) de câbles (110) présentant une flottabilité sensiblement nulle et munis de récepteurs (106), les câbles (110) ayant une vitesse dans le référentiel terrestre sensiblement nulle ou sensiblement inférieure à celle de la source (107), ei lesdites positions de tir successives étant déterminées en fonction de la position 15 des récepteurs (106) par rapport au référentiel terrestre pour optimiser au moins un critère de qualité des signaux sismiques acquis par les récepteurs (106).
2. Procédé selon la revendication I, dans lequel les positions de tir sont calculées une par une. 20
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les positions de tir sont calculées en tir groupé.
4. Procédé selon la revendication 1 2, ou 3, dans lequel les positions de tir sont 25 ajustées a l'intérieur d'une plage 1,rédéterininée d'intervalles entre positions de tir consécutives. Procédé scion l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les positions des récepteurs (106) sont déterminées à partir des positions absolues des extrémités des 30 câbles (110) obtenues au moyen d' antennes (in et des positions relatives des récepteurs (106) par rapport aux dites extrémités obtenues au moyen de réseaux de triangulation acoustique installés dans les câbles (110). 33450-120423-texte 2990028 22 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les câbles (110) sont munis en leurs extrémités de &orles (102) déplacunt les câbles (110) en les maintenant sous tension, les réseaux do triangulation acoustique comprenant des unités de positionnement acoustique insta lées sous les drones (102). 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les positions de tir de la source sismique (107) sont déterminées en tbnction d'une position de référence des récepteurs (106) fournie et du calcul d'une dérive des câbles sisiniques (110) en comparant la position réelle des récepteurs ([06) à la position de référence des récepteurs (106). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les positions de tir suivent au moins une ligne de tir, 15 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel rordonnancement des lignes de tir est modifié par rapport à l'ordonnancement initial. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le critère de qualité est choisi parmi un critère relatif au respect de la géométrie des points-milieux, 20 au respect d'une répartition régulière des offsets ou des atimuts, ou un critère composite. 11. Système (10) «acquisition sismique marine, adapté à la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 10. 25 12. Système (10) selon la revendication 11. comprenant : - un bateau source (109) adapté à déplacer au moins une source sismique (107), la source sismique (107) étant adaptée à émettre des ondes sismiques, - un ensemble (101) de câbles (110) présentant une flottabilité sensiblement 30 nulle et munis de récepteurs (106), les câbles (110) étant munis en leurs extrémités de (lianes (102) adaptés à maintenir les câbles ( 110) une vitesse dans le référentiel terrestre sensiblement nulle ou sensiblement inférieure à celle de la source (107), et 334-10-120423-texte 2990028 23 - un bateau maître (111) adapté à recevoir des drones (102) des informations sur la position des récepteurs (106) par rapport au référentiel terrestre, à déterminer lesdites positions de tir successives en fonction de la position des récepteurs (106) par rapport au réiércnticl terrestre pour optimiser au moins un critère de qualité des Signaux sismiques acquis par les récepteurs (106), et à envoyer lesdites positions de tir successives au bateau source (109).