Exposé de Géophysique: Sismique SISMIQUE RÉFLEXION MENGUE ROBERT.

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1 Exposé de Géophysique: Sismique SISMIQUE RÉFLEXION MENGUE ROBERT

2  PLAN 1. Méthodes sismiques 2. Planification et design des levés de sismique réflexion terrestre 3. Etude de cas

3 1.Méthodes sismiques  Le principe de la sismique est d’envoyer des ondes de type sonore dans le sol et d’enregistrer le retour en surface des ondes directes, réfléchies ou réfractées.  Les méthodes sismiques permettent d'ausculter les matériaux géologiques en mesurant les variations de leurs propriétés élastiques.

4 a) Types d’ondes sismiques Il existe deux grands types d’ondes : les ondes de milieu (ondes P et S) ondes de surface (ondes de Rayleigh et de Love)

5  Quelques vitesses d’ondes sismiques dans les roches Quelques vitesses d’ondes sismiques dans les roches -Sable : de 300 à 1 800 m/s -Alluvions : de 1 000 à 2 700 m/s -Argile : de 1 100 à 2500 m/s -Marnes : de 2 000 à 2 500 m/s -Grès : de 2 000 à 3 500 m/s -Calcaire : de 3 200 à 7 000 m/s -Gneiss : de 3 500 à 7 500 m/s -Granite : de 4 600 à 6 000 m/s -Basalte : de 5 000 à 6 000 m/s. Remarque: Ces valeurs varient suivant la fracturation ou la teneur en eau du milieu rocheux

6 b) Principales lois utilisées en sismique  Loi de Descartes-Huygens On définit le paramètre du rayon sismique dans le milieu i comme suit : P= sin Ө i/Vi P const quelque soit le milieu rencontré Réflexion Ө 1= Ө 2 Réfraction sin Ө 1/V1= sin Ө 2/V2

7  Théorie d’élasticité Les relations entre contrainte et déformation pour un matériau particulier permettent de d’écrire les propriétés élastiques de ce matériau, ainsi que les caractéristiques (tel que la vitesse) des ondes qui s’y propagent. A l’intérieur des limites d’élasticité, la contrainte est proportionnelle à la déformation (loi de Hooke)

8 c) Application des méthodes sismiques  Sismique réfraction C’est une méthode qui est parfaitement bien adaptée pour les faibles profondeurs. Elle implique que la vitesse de propagation des ondes dans les couches augmente avec la profondeur  Sismique réflexion Les prospections par sismique réflexion ne connaissent pratiquement pas de limite de profondeur d’investigation. Ce sont plutôt les très faibles profondeurs qui sont délicates à imager.  Tomographie sisimique Permet de calculer les variation spatiales des vitesses en profondeur  Sismique de forage la sismique de forage (Downhole seismic) nous renseigne sur la variation verticale des vitesses des ondes P et S dans un forage.

9 2. Planification et design des levés de sismique réflexion terrestre Les paramètres principaux du levé sont l’espacement entre les lignes(interface), la longueur des lignes(offset), le temps d’enregistrement, l’orientation des lignes ( ⊥ aux structures)

10 a) Objectifs d’un levé Obtenir des données représentatives et interprétables du sous-sol Puissance de la source suffisante pour ne pas saturer le système d’acquisition temps d’enregistrement suffisant espacement entre les géophones suffisant pour obtenir une bonnes résolution verticale et horizontale Acquérir le plus de données de qualité pour le budget disponible Exemples : levé 3D de 5×5 km2 : ∼ 1M$; levé 2D : 12 000 - 15 000$/km

11  Levé pétrolier grille constituée de plusieurs profils 2D parallèles ; ∆g = 20 m ; ∆s = 20 ou 40 m; ≈200 géophones ou plus ; profondeur d’investigation : 1-5 km  Levé crustal un seul long profil 2D (rarement une grille) ; ∆g = 50 m ; ∆s = 100 m ; ≈240 à 480 géophones ; profondeur d’investigation : 30- 50 km  Avec ng le nombre de géophones, ∆g l’intervalle entre géophones et ∆s l’intervalle entre les sources

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13 b) Equipement  Enregistreur: Géophone, Hydrophone  Sources: Terrestre Explosifs, Vibroseis, Masse Marine Airgun, Watergun

14  Explosifs Charge placée soit en surface dans un bassin d’eau soit dans un trou de forage, sous les dépôts meubles Avantages riche en hautes fréquences ; peut-être placé dans un forage sous les dépôts meubles meilleur couplage, onde aérienne faible, on peut connaître la vitesse dans les dépôts avec un géophone en surface (uphole)) ; traitement des données simple (moins coûteux) ; premières arrivées utilisables pour le levé de réfraction (corrections statiques) ; Désavantages Potentiellement dangereux ; potentiellement interdit, difficulté à obtenir un permis ; coût des forages ; le contenu en fréquence n’est pas bien contrôlé ; faible rapport S/B dans les environnements bruités

15  Vibroseis Avantages Sécuritaire et peu dommageable (l’énergie est répartie dans le temps) ; le balayage en fréquence peut être adapté à chaque région ; la forme du spectre en fréquence et le diagramme de rayonnement sont contrôlés ; bon contrôle de qualité, source reproductible ; performant dans les environnements bruités ; souvent moins coûteux que les explosifs. Désavantage Requiert une grande expertise ; difficile de caractériser le mort-terrain ; génère des ondes aériennes plus importantes ; peut demander deux levés pour obtenir les hautes et basses résolutions,

16  Airgun Impulsion courte, de basses fréquences dominantes. Fournit beaucoup d’énergie. Sachant qu’un seul airgun génère plusieurs oscillations, on utilise un groupe de plusieurs airguns de différentes puissances pour réduire les oscillations secondaires par interférence destructive  Watergun Précurseur à l’impulsion principale, celui-ci est riche en hautes fréquences, mais cependant ne fournit que peu d’énergie, il est insuffisant pour l’exploration profonde.

17 c) Configuration spatiale Equipement terrestre  Profil continu en couverture simple -24 voies sismiques reliées à 24 géophones espacés de 50 m. -Source en S1 située au centre du dispositif - La portion du miroir couverte par les rayons sismiques est égale à un demi- dispositif. - On déplace la moitié du dispositif d’une distance égale au demi dispositif avec S2 est la nouvelle source sismique (voir figure). - On déplace l’autre moitié (S3 étant la nouvelle source) etc

18  Profil continu en couverture multiple - C’est le principe le plus utilisé maintenant. - On déplace la source non pas d’un demi- dispositif mais d’une distance égale au 1/12 ou 1/24 de dispositif par exemple. - On peut recouvrir les réflecteurs 6 ou 12 fois, si le déplacement de la source est égal à la distance entre les traces, on dit qu’on a un dispositif en "roll-along" (voir figure). On utilise fréquemment en sismique continental des dispositifs de 96 traces à 25 m entre traces et 25 m entre sources. C’est un "roll- along " qui donne une couverture de 48

19 Equipement marin - On utilise souvent, en sismique marine, des dispositifs de 96 traces s’étendant sur 2400 m, avec plusieurs dizaines d’hydrophones par trace étalés sur plus d’une dizaine de mètres. Les traces sont alors espacées de 25 m. - Les hydrophones sont disposés dans un long tuyau flexible appelé le streamer ou la flût. - On effectue une émission toutes les 12.5 s, le bateau se déplace à une vitesse de 2 m/s.

20 d) Séquence de traitement type  1-Récupération des amplitudes & divergence géométrique 2-Déconvolution avant sommation 3-Corrections statiques (levés terrestres) 4-Regroupement des traces en point milieu commun 5-Analyse de vitesse et corrections dynamiques 6-Sommation 7-Déconvolution après sommation 8-Migration 9-Filtrage & gain 10-Interprétation

21 1-Récupération des amplitudes & divergence géométrique

22 d) Séquence de traitement type 1-Récupération des amplitudes & divergence géométrique  2-Déconvolution avant sommation 3-Corrections statiques (levés terrestres) 4-Regroupement des traces en point milieu commun 5-Analyse de vitesse et corrections dynamiques 6-Sommation 7-Déconvolution après sommation 8-Migration 9-Filtrage & gain 10-Interprétation

23 2-Déconvolution avant sommation

24 d) Séquence de traitement type 1-Récupération des amplitudes & divergence géométrique 2-Déconvolution avant sommation  3-Corrections statiques (levés terrestres) 4-Regroupement des traces en point milieu commun 5-Analyse de vitesse et corrections dynamiques 6-Sommation 7-Déconvolution après sommation 8-Migration 9-Filtrage & gain 10-Interprétation

25 3-Corrections statiques (levés terrestres)

26 d) Séquence de traitement type 1-Récupération des amplitudes & divergence géométrique 2-Déconvolution avant sommation 3-Corrections statiques (levés terrestres)  4-Regroupement des traces en point milieu commun 5-Analyse de vitesse et corrections dynamiques 6-Sommation 7-Déconvolution après sommation 8-Migration 9-Filtrage & gain 10-Interprétation

27 d) Séquence de traitement type 1-Récupération des amplitudes & divergence géométrique 2-Déconvolution avant sommation 3-Corrections statiques (levés terrestres) 4-Regroupement des traces en point milieu commun  5-Analyse de vitesse et corrections dynamiques 6-Sommation 7-Déconvolution après sommation 8-Migration 9-Filtrage & gain 10-Interprétation

28 5-Analyse de vitesse et corrections dynamiques

29 d) Séquence de traitement type 1-Récupération des amplitudes & divergence géométrique 2-Déconvolution avant sommation 3-Corrections statiques (levés terrestres) 4-Regroupement des traces en point milieu commun 5-Analyse de vitesse et corrections dynamiques 6-Sommation 7-Déconvolution après sommation  8-Migration 9-Filtrage & gain 10-Interprétation

30 8-Migration

31 Les traitements évoqués ci-dessus sont "géométriques", permettant de définir et de positionner les réflecteurs. D'autres traitements, par la suite, permettent de se rapprocher de la géologie du sous-sol : nature des dépôts (stratigraphie sismique) et détermination de la suite des séquences de dépôts,

32 3) Etude de cas « GASPESIE, QUEBEC, CANADA » La Gaspésie est une péninsule située au centre-est du Québec, à l'est de la vallée de la Matapédia, et entourée des eaux du fleuve Saint-Laurent au nord, du golfe St-Laurent à l'est et de la baie des Chaleurs au sud La péninsule de la Gaspésie comprend la séquence stratigraphique la plus complète du Paléozoïque moyen des Appalaches canadiennes.

33 La péninsule de la Gaspésie comprend la séquence stratigraphique la plus complète du Paléozoïque moyen des Appalaches canadiennes. Stratigraphiquement les roches s’échelonnent de l’Ordovicien supérieur au Dévonien moyen reposant en discordance sur celle du Cambrien-Ordovicien des zones de Humber et de Dunnage et sont recouvertes en par les roches du Carbonifère. Dans le but de préciser l’évolution tectono-sédimentaire et pétrolière de la région de Gaspésie, et précisément le bassin du synclinal du Lac des Huit-Milles au Québec une méthode de sismique réflexion a été effectuée.

34  Présentation des données sismique de Gaspésie Les lignes étudiées représentent un total de 181.7 Km réparties sur les tracés suivants : 2001-MRN- 08(26.7 Km), 2001- MRN- 10A, 2001-MRN- 10B (90Km), 2001 –MRN -16 (51.6 Km). La répartition de ces différents tracés a permis d’obtenir des coupes sismiques traversant du Nord au Sud la ceinture de Gaspésie.

35  L’acquisition des données c’est faite à l’aide d’un dispositif émetteur constitué de 4 camions vibrateurs distants de 15m. Les coordonnées du tir sont ramenées au centre des 4 vibrateurs et la distance entre les tirs est de 60m. 12 à 16 vibrations sont effectuées, d’une durée de 10s pour chacune. Les fréquences générées vont de 12 à 96Hz. Le dispositif récepteur a été organisé en antennes de 30m, chacune composé de 12 géophones réglés à 14 Hz. Chaque antenne correspond à une trace distante chacune de 30 m l’une de l’autre ; il y a 202 traces au total.  Après l’acquisition sismique, l’étape du traitement consiste à faire des corrections des erreurs d’amplitude provenant de la propagation dans les premières géologiques, et d’une amélioration du rapport signal/bruit

36  Imagerie sismique du profil 2001-MRN-10b

37  Interprétation du profil 2001-MRN-10b L’image sismique montre clairement au centre la présence d’une faille inverse qui affecte les strates de la formation de Sainte-Léon formant ainsi un pli. Le pendage de cette faille est estimé de 30° à 40° vers le Sud, en accord avec les estimations déduites des modélisations sismiques. La forme du pli montre qu’il est asymétrique avec un fort pendage pour le flanc Nord, mais qu’il n’est renversé. Le pendage des horizons le long du flanc Nord s’amenuise dans les couches supérieures et les effets du mouvement de la faille disparaissent en montant dans la séquence.

38 MERCI DE VOTRE ATTENTION