PLAN Introduction 1. Généralités 2. Acquisition et mise en œuvre 3. Les sources sismiques 4. Traces sismiques 5. Sismique réflexion et sismique réfraction 6. Couverture multiple 7. Réception 8. Enregistrement 9. Bruits en sismique réflexion 10. Filtrage spatial 11. Introduction à la sismique 3D 12. Méthodes d’acquisition récentes

1.1 Sismique réflexion - Sismique réfraction La sismique pétrolière est une technique de mesure indirecte qui permet d’enregistrer en surface des échos (réflexions) issus de la propagation dans le sous-sol d'une onde provoquée. Selon le mode de propagation de l'onde : réfléchie sur les interfaces géologiques, ou transmise le long de ces interfaces, on parle de sismique réflexion ou de sismique réfraction. 1.Généralités

Rayons sismiques Emetteur Récepteur Rayon incident Rayon réfléchi Rayon réfracté interface

Terrestre, Marine Sismique 2D Sismique 3D Sismique de puits Données Géologiques Déroulement de l’activité sismique Acquisition Traitement Interprétation

EMISSION RECEPTION ENREGISTREMENT SOURCE : Dynamite, vibroseis,... DISPOSITIF : Géophones, traces, câbles, boîtiers: RU, RTU,...,FDU,LAUX,LAUL,….. LABORATOIRE : Unité centrale d’enregistrement & contrôle, VCE,CM408UL. Synoptique de la chaine d’acquisition 1.2 Généralités sur l’acquisition et la mise en oeuvre

La mise en œuvre consiste à disposer sur une ligne sismique (ou profil) un ensemble de charges explosives ou de vibrateurs qui provoquent des ébranlements (vibrations). Ces vibrations reviennent en surface par réflexion et sont enregistrées par un ensemble de traces (nappes de géophones) disposées régulièrement le long du profil. 2. Acquisition et mise en oeuvre

Ligne de tir Intertrace Déport latéral Nappe de réception Nappe de tir Ligne de réception Schéma d’acquisition

Profils en sismique 2D 2.2. Matérialisation des profils sur terrain

Positionnement

L’émission en sismique est matérialisée sur le terrain par ce qu’on appelle un point de tir (PT en abrégé). Les sources d’énergie les plus utilisées en Algérie pour confectionner le point de tir sont : -la source vibratoire ou vibroseis -la source explosive ou dynamite Le point de tir est constitué d’un ensemble de charges ou de vibrations élémentaires disposées selon une configuration géométrique non variable et préétablie à l’avance (nappe de tir) Emission sismique

Nappe d’émission dynamite     6,25m    15m      longueur de la nappe = 63,75m 4 CHARGE DE 1KG /LIGNE  : charge DISTANCE ENTRE CHARGES : 15 m DISTANCE ENTRE LIGNES : 6,25 m : centre de la nappe LONGUEUR TOTALE : 63,75 m TIR CENTRE ENTRE PIQUET NOMBRE DE CHARGES/PT : 4 * 4  

Nappe d’émission vibroseis     6,25m    15m      longueur de la nappe = 63,75m 4 VIBROS EN LIGNE  : vibro DISTANCE ENTRE VIBROS : 15 m MOVE UP : 6,25 m : centre de la nappe LONGUEUR TOTALE : 63,75 m TIR CENTRE ENTRE PIQUET NOMBRE DE SWEEP/VP : 4 * 4 FREQUENCE DU SWEEP : 8 – 64 HZ LONGUEUR DU SWEEP : 10 s TYPE DE SWEEP : non linéaire (+ 3db/octave) TAPER : 0,3 s  

3. Les sources sismiques 3.1 Dynamite Caractéristiques  Bâton d’environ 500gr, de 40 cm de longueur. et 6 cm de section circulaire, constitué. principalement de nitroglycérine.  A l’explosion  onde de choc de vitesse m/s  Trous forés pour optimiser l’énergie à propager  Nitroglycérine: explosif très puissant à détonation instantanée  source impulsive bien indiquée en sismique.

Distances de sécurité 240 m120 mPuits 200m100 mMaison 120 m60 mPipe 10kg5kg BOUTE FEU

Signal dynamite - Impulsionnel (durée très courte) - A bande fréquentielle large (en théorie) - Il représente la forme idéale de la réflexion sur les données dynamite Temps en ms Amplitude

Description Courtesy of CGG Main lift Mass centering Air bag Hydraulic actuators Reaction Mass Base-plate Air bags 3.2.Vibroseis

- Signal source injecté dans le sol pour provoquer la vibration - Constitué d’une gamme de fréquences générées à partir d’un générateur de sweeps selon une configuration déterminée à l’avance Le signal sweep

Exemple Up-Sweep linéaire, [10Hz,90Hz], 8s, Taper cosinus de 0.5s Le signal sweep t t fréquence phase

Sweep linéaire : Toutes les fréquences ont le même poids Sweep logarithmique : Favorise les hautes fréquences. Sweep exponentiel : Favorise les basses fréquences. Sweeps linéaires et non-linéaires

3.2.2 La corrélation en vibrosismique Utilité - Contracter le signal dans la trace-vibroseis pour arriver à une trace analogue à celle obtenue en utilisant une source impulsive telle que la dynamite.

4. Traces sismiques r(t) w(t) y(t)

Réflectivité Trace Ondelette

Traces vibroseis Trace non corrélée Réflectivité Sweep Trace corrélée

Trace dynamite et trace vibroseis Réflectivité Trace dynamite Trace vibro corrélée

Protocole de mise en oeuvre DPG = ESG DSD = VCE DPG: DP Generator = ESG: Encoded Sweep Generator DSD: D Sweep Decoder = VCE : Vibrator Control Electronics

Tests en vibrosismique Test de similarité - Contrôler la similarité des signaux à la sortie des différents vibrateurs Test de similarité Application du ground force

Hypothèses fondamentales Le sous-sol est supposé:  élastique  homogène  isotrope 5. Sismique réflexion et sismique réfraction

5.1 Sismique réflexion Point de Tir WZ Surface du sol Réflexion Réflecteur 1 Réflecteur 2 : Récepteur

5.1.1 Rayon réfléchi et rayon réfracté Rayon incident Rayon réfléchi Rayon réfracté interface r1r1 i1i1 i2i2 couche1 couche 2 11 V1V1 22 V2V2

5.3 Coefficients de réflexion t=1+ r et t’=1+ r’ Théoriquement Pratiquement 1 r t 1 t' r' Interface  1, V 1  2, V 2  1, V 1  2, V 2

Onde directe : Onde réfléchie : Equation t(x) de l’onde réfléchie RE E'E' h 0 V 0 V 1 M x

La notion d'angle limite ou critique est utile pour identifier le mode de propagation. Si l’angle d’incidence de l’onde est inférieur à l’angle limite, l’onde va se réfléchir sur l’interface géologique. Si l’angle d’incidence est supérieur à l’angle limite, l’onde va se propager le long de l’interface. Enfin si l’angle d’incidence est nul, on parle de propagation à incidence normale Angle d’incidence limite 5.2 Sismique réfraction

E R MN M' N' h V 0 0 V 1 > V 0 l l Onde réfractée et équation

Film de sismique réflexion - tir au centre Réflexions Premières arrivées

Film de sismique réflexion: tir en bout

6. Couverture multiple Afin d’améliorer la qualité des données après enregistrement, on réalise une émission (point de tir) avec un dispositif (traces actives), qui permet, en réitérant cette émission par déplacement, d’atteindre le même point miroir en subsurface, un nombre N de fois. Ce nombre N est appelée couverture. On dit alors qu'on a une couverture d'ordre N si chaque point miroir est atteint par N rayons matérialisant des trajets sismiques différents.

Exemple du cas à 12 Points Miroirs pour un PT 6.1 Procédure Horizon Afin d’avoir une couverture N donnée, constante le long du profil, tous les tirs doivent avoir lieu aux emplacements théoriques à intervalles réguliers et continus.

Explication de la CM couverture Horizon PT 1

Dispositif en sismique 2D Cas d’un tir au centre Portions de PM balayées Réflecteur Surface du sol Point de tir Demi dispositif

La réception se fait sur le terrain à l’aide d’une disposition géométrique préétablie d’un ensemble de capteurs appelés géophones (nappe de réception). Cet ensemble représente un récepteur en sismique réflexion, il est appelé trace sismique. 7.Réception

Géophone électrodynamique Un géophone est un capteur de vibrations sismiques, transformant une oscillation mécanique en un signal électrique oscillatoire Géophone

Vue extérieureSection verticale Vitesse ou Accélération (entrée) Système mécanique Mouvement relatif Système électrique Tension (de sortie) Principe de fonctionnement du géophone

Le géophone doit être planté verticalement pour diminuer les fausses résonances,(assurer un bon couplage sol-géophone).

Sert à collecter le signal provenant des géophones, pour le transmettre vers le labo, après filtrage amplification et numérisation. Il est composé :  de supports de transmission (câbles).  d’unités d’acquisition de données  d’une unité d’enregistrement 7.2. Equipement terrain

Il existe deux modes de transmission ; soit par câble à conducteur métallique ou bien par câble à fibre optique. Le mixage des deux modes est également utilisé Support de transmission (câbles) Il y a trois genres de câbles (à fibre optique ou à conducteur métallique): Le câble télémétrique. Le câble jumper. Le câble d’interconnexion.

Chaine d’acquisition – Câbles

Câble jumper

Field digiter unit (FDU) Elle représente l’unité de jonction. Permet de changer facilement l’intervalle entre unités. Document Sercel Les boitiers (Configuration CGG : FDU, LAUX, LAUL) Les boitiers (Configuration CGG : FDU, LAUX, LAUL)

Unité centrale de contrôle 8.Enregistrement

Formateur Ensemble de circuits logiques servant à la mise en format (disposition géométrique sur support magnétique) des données numérisées, avant enregistrement sur ce support. Il existe plusieurs formats d’écriture, entre autres: Format SEG A, Format SEG B Format SEG C, Format SEG D Format SEG Y Convertisseur La valeur de la tension échantillonnée est codée en binaire. Pour ce faire, le convertisseur utilise la méthode des approximations successives.

9. Bruits en sismique réflexion En sismique réflexion, le signal représente la réflexion simple (onde P, en général ). Le bruit représente tout ce qui n’est pas signal. On distingue : 9.1 Les bruits aléatoires 9.2 Les bruits organisés

9.1 Les bruits aléatoires Un bruit est dit aléatoire lorsqu'il n'est pas prédictible dans le temps et dans l'espace à partir d'autres événements. D'une trace à l'autre, en général, ce bruit ne présente aucune cohérence. On distingue : - Bruits d’appareillage - Bruits ambiants

Bruits d’appareillage Les bruits aléatoires

9.2. Les bruits organisés Un bruit est dit organisé si d'un récepteur à l'autre son enregistrement présente une cohérence sur une certaine distance. Parmi ces bruits, on distingue : - Entraînements - Réflexions multiples - Diffractions - Réfractions - Onde aérienne (cas de la dynamite) - Ground - Roll - harmoniques (cas de la méthode vibroseis) - Bruit de flûte (sismique marine) - Effet bulle (sismique marine)

Enregistrement de quelques bruits ambiants

Premières arrivées Ground roll Réflexion Film de sismique réflexion L’atténuation du ground-roll sur le terrain est réalisée par un étalement judicieux des nap- pes d’émission et de réception3. Au centre de traitement, la méthode essentielle d’atténuation est représentée par le filtrage F-K.

Les autres bruits On distingue essentiellement: Les réflexions multiples Ce sont des arrivées d’énergie qui, au cours de leurs trajets, ont subi plusieurs réflexions.

Exemple de multiple du fond marin

Le filtrage spatial ou en nombre d'ondes a pour objectif l ‘élimination du ground roll Il est réalisé sur le terrain et en amont par une répartition judicieuse de nappes de réception ( les géophones constituant la trace) et d’émission (charges élémentaires de dynamite ou points vibrés. 10.Filtrage spatial

10.1 Notion de vitesse apparente R 1 R 2 Surface du sol Front d'onde à l'instant t  X Front d'onde à l'instant t+  t e V Front d'onde (F) M et

R 1 et R 2 sont deux récepteurs placés en série et distants de d. R 1 R 2 d Surface du sol Bruit Front d'onde (F) Signal Frontd'onde (F) La direction de propagation étant quasi verticale, le signal arrive sur R 2, en phase avec R 1. La direction de propagation étant quasi horizontale, le bruit arrive sur R 2, déphasé par rapport à R Principe du filtrage spatial

Tir de bruit réel 10.4 Interprétation

Une fois la gamme de bruits organisés déterminée, il reste à construire les nappes de réception et de tir à utiliser afin de pouvoir atténuer au mieux ces bruits. Les géométries optimales de la trace et de la source, combinées, doivent donner une courbe de réponse avec un premier lobe secondaire minimum et une longueur maximale entre lobes primaires.

11.1 Avantages de la sismique 3D Densité d’information: échantillonnage spatial plus dense et plus régulier. Image obtenue : cube formé d’un ensemble de sections parallèles, dans deux directions orthogonales, qui permet de visualiser le sous sol selon n’importe qu’elle direction. Bonne définition de la géométrie des réservoirs les plus complexes 11. Introduction à la sismique 3D

In-line Cross-line Time-slice Horizon

Time-slice

Carte en isochrones d’un horizon Failles Courbes isochrones