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Le résumé ci-après présente les avantages de la sismique réflexion en AMPLITUDE ABSOLUE pour le géologue –interprétateur. En outre, une méthode innovante de détection et quantification des multiples internes est exposée à partir d’un cas d’étude de VSP 1D /source à zéro-offset, puits vertical / permettant d’exprimer les limitations physiques de résolution de la sismique de surface et d’avertir le géophysicien de traitement des données de sismique de surface, ainsi que l’interprétateur des images finales obtenues.  >> Version anglaise

Environ les trois quarts des opérations commerciales de sismique de puits sont des Profils Sismiques Verticaux à zéro–offset (Z-VSP), enregistrés avec UNE seule source de surface placée proche de la tête de puits.

La méthode PSV consiste à enregistrer un signal sismique issu d’un capteur situé dans un puits, qui est balayé par une onde sismique descendante générée par une source en surface, suivi en retour par les signaux des ondes montantes  provenant des divers réflecteurs situés au-dessous dudit capteur de puits. 

De façon surprenante, il est facile, robuste et peu onéreux d’extraire l’amplitude et la phase des réflexions sismiques au cours du traitement des VSP, au moins dans le domaine du corridor stack jusqu’à un temps de 50 à 100ms après l’arrivée directe et dans la bande de fréquence de réception peu bruitée du VSP, après application de la déconvolution de signature classique par le train d’onde descendant-incident introduite par Nigel Allistair Anstey : 1976 patent GB 1 569 581-ANSTEY.
De fait, ce procédé de  déconvolution des VSP fut utilisé immédiatement par l’industrie lorsque les VSP commencèrent à être enregistrés de façon numérique, vers 1975. L’article de base Reflections on Amplitudes pour la sismique de surface fut publié en 1971 par N.A. Anstey avec O’ Doherty R.F. 

Les procédures d’acquisition et de traitement des VSP initiées par N.A. Anstey dans son brevet ont été améliorées par les praticiens, notamment par l’usage de sources sismique hautement répétables telles que les camions vibrateurs pour enregistrer les VSP à terre, et les canons à air pour les VSP en mer. 

Pour le traitement industriel des VSP, des algorithmes très précis sont utilisés à présent, cependant l’ordre des différentes opérations de traitement peut faire l’objet de révision: par exemple, la compensation de divergence sphérique devrait être préférablement appliquée AVANT séparation des trains d’onde et APRES déconvolution, afin de compenser correctement les effets de propagation sismique sur un jeu de données reflétant la réponse impulsionnelle VSP de la terre : la fidélité du traitement est en effet une garantie de la qualité et fiabilité des réflexions sismiques issues du VSP.  Une procédure de traitement de VSP en amplitude absolue est décrite dans le brevet US patent 2003/0086335 A1 de Naville, C., illustrée par un cas d’étude réel de VSP. Afin de simplifier les procédures usuelles de traitement VSP visant à l’obtention d’un champ d’ondes réfléchies de VSP en amplitude absolue, une alternative au traitement est proposée comme suit :

  1. La déconvolution est appliquée en PREMIERE opération de traitement en utilisant pour signature une ondelette descendante de longueur courte à moyenne, typiquement de 100 à 600ms, extraite après normalisation d’amplitude de l’arrivée directe pointée. Ce faisant, le signal d’onde incidente et le signal des réflexions subséquentes sont compressés en impulsions AVANT toute correction de divergence sphérique, qui doit être appliquée sur des données sismiques qui représentent la réponse impulsionnelle VSP du terrain.  En effet, en sismique terrestre, des répétitions et échos de signal de source sont réémis par les hétérogénéités du terrain situées à proximité immédiate de la source, à grande distance relative des récepteurs profonds des signaux VSP, et ces répétitions de signal peuvent être assimilées à la construction d’un long signal d’une même source: de fait, les répétitions du signal de source peuvent être estimées avec exactitude par extraction du train d’onde descendant, puis compressées en une impulsion de Dirac à bande limitée, par l’opération classique de déconvolution de signature, de façon analogue à l’opération de corrélation appliquée en premier lieu aux signaux bruts enregistrés lorsqu’une source sismique vibratoire à balayage de fréquence est mise en œuvre. Il convient de garder à l’esprit que la récupération de la décroissance d’amplitude par divergence sphérique n’est pas une opération linéaire sur un signal long ( une seconde ou davantage), et en conséquence l’ordre d’application de cette opération ne peut être inversé avec une autre opération linéaire (par exemple la corrélation ou la déconvolution par une de signature de longueur similaire, 0.5s ou plus) ; en langage mathématique, on exprime que l’application d’une rampe de gain tel que la compensation de divergence sphérique ne «commute» pas avec une autre opération linéaire de longueur d’opérateur similaire, alors que cela ne pose pas de problème en première approximation avec un opérateur court, tel qu’un filtre de fréquence par exemple. De fait, la compensation de gain de divergence sphérique sur les signaux sismiques bruts, typique en traitement sismique de surface, conduit les praticiens du traitement VSP à allonger les longueurs de signature utilisée pour la déconvolution, ce qui peut dégrader la fiabilité de phase des réflexions profondes apparaissant à un temps supérieur à 400ms de l’arrivée directe.
    Par ailleurs, dans un milieu 1D à stratification horizontale par exemple, il est aisé de constater que l’atténuation de divergence sphérique de l’arrivée directe observée à une profondeur donnée n’est pas identique à celle d’un réflexion sismique apparaissant au même temps de propagation sur le signal VSP enregistré à une moindre profondeur. Cette dernière observation justifie d’effectuer une « compression temporelle » du train d’onde descendant retenu comme « signal de source incident » au préalable de toute autre opération de traitement, pour permettre de garder intact le rapport d’amplitude entre arrivée directe impulsionnelle et les réflexions sismiques sur les traces-profondeur du VSP. En outre, cette procédure simplifie les opérations de traitement qui suivent et diminue le risque d’erreur de manipulation informatique des amplitudes des données VSP, spécialement lorsque les trois composantes sont prises en compte. Cette déconvolution peut également être appliquée avant orientation des 3 composantes.  
     
  2. Après déconvolution de signature du champ d’onde total des données VSP l’arrivée directe est normalisée à une amplitude de référence identique à toute profondeur. Par définition, la normalisation d’amplitude de l’impulsion d’arrivée directe déconvoluée compense de tous les effets de propagation en transmission, divergence sphérique et atténuation, entre la source de surface et le récepteur de puits, sous réserve de ne considérer qu’UN seul trajet de propagation.
     
  3. La relation de divergence sphérique versus temps double sismique est de préférence issue des temps d’arrivée sismiques verticaux simples du VSP comme illustré sur la diapo 6 de la présentation OA02-More info from VSP, ce qui élimine des tests d’estimation visuelle de correction de divergence pendant le traitement du VSP et contraint la quantification des amplitudes, y compris pour le traitement de la sismique de surface locale au puits. Lorsque la structure géologique du milieu de propagation  peut être assimilée à UNE dimension, la divergence sphérique des réflexions VSP peut être déduite simplement des temps d’arrivée directe VSP, comme indiqué dans le brevet US patent 2003/0086335 A1.
     
  4. La correction de gain qui compense avec précision la divergence sphérique peut être appliquée sur le champ d’onde total déconvolué du VSP avant séparation des ondes montantes et descendantes, à la suite de quoi l’impulsion d’arrivée est normalisée à nouveau. L’arrivée directe déconvoluée-normalisée et alignée du VSP est alors éliminée par application d’un filtre de vitesse et, si nécessaire, les arrivées descendantes résiduelles en onde-S sont éliminées par un autre filtre de vitesse afin d’obtenir un champ d’ondes réfléchies P-P en temps double sur lequel on compensera des effets d’atténuation intrinsèque à chaque couche, après estimation déduite de l’étude des amplitudes d’arrivée directe du VSP.
     
  5. Les réflexions sismiques contenues dans le domaine du corridor stack, qui est grosso modo défini par une courte fenêtre-temps de 50 à 100ms située immédiatement après l’arrivée directe, ne nécessitent qu’une très faible compensation de divergence sphérique pour restituer leurs amplitudes absolues, ce qui simplifie considérablement la tâche du traitement VSP pour obtenir les valeurs absolues des réflexions sismiques au voisinage immédiat du puits. En effet, si le pic d’amplitude de l’arrivée directe déconvoluée est normalisé à  la valeur 100, les amplitudes absolues de réflexion peuvent être lues en valeur de pourcentage, à commencer dans le domaine du corridor stack.
     
  6. Une vérification des valeurs de réflexion a été effectuée par traitement des résultats d’un modèle numérique par différences finies de VSP 2D acoustique, sans atténuation de strates horizontales, avec récepteurs dans un puits vertical et source ponctuelle à zéro-offset.  La figure de la diapo 20 de la présentation True Amplitude 3C VSP method montre différentes versions du VSP Corridor Stack (VCS) en amplitude absolue, que l’on peut comparer au Sismogramme Synthétique en amplitude absolue issue du même modèle synthétique géométrique 1D, à la même échelle temps double, de gauche à droite :
    a) VCS sans aucune compensation d’amplitude des réflexions ;
    b) VCS avec correction de divergence sphérique uniquement ;
    c) VCS après correction de divergence sphérique  et correction d’atténuation en transmission, extraite des amplitudes mesurées de l’arrivée directe VSP.
    d) Sismogramme Synthétique en amplitude absolue calculé à partir des logs de sonic et densité du modèle stratifié 1D initial, convolué par l’ondelette zéro-phase obtenue par auto- déconvolution du train d’onde descendant du VSP choisi comme signature.
    e) Modèle d’impédance initial 1D.
Schema-True-Amplitude-Corridor-stack-results

    
Sur la figure ci-dessus, le pic d’amplitude du pulse de signature auto-déconvolué a été réduit à 40 % pour faciliter la comparaison avec les réflexions du corridor stack-VSP.

On peut ainsi apprécier la fiabilité des amplitudes absolues du corridor stack-VSP car les amplitudes de la trace c) sont très proches (1 %) de celles du sismogramme synthétique d), alors que le traitement des signaux VSP est totalement indépendant des données du modèle initial.

Si aucune compensation d’amplitude n’est appliquée sur les réflexions, sur la trace a), les amplitudes des réflexions sont sous-estimées d’environ 10  % relativement aux amplitudes absolues de la trace d), alors qu’un intervalle-temps plutôt long de 100 ms a été retenu pour construire le corridor stack ; toutefois les amplitudes relatives entre réflexions sont quasiment correctes. 

L’exemple précédent indique que la pratique industrielle de production du sismogramme synthétique peut fournir aisément les amplitudes absolues à partir du log sonic calibré par les temps du VSP, et préférablement du log de densité, dans la bande de fréquence de l’ondelette de convolution qui peut être choisie à l’identique de la bande de fréquence du corridor stack-VSP en amplitude absolue dans l’optique d’une confrontation interprétative des résultats des deux méthodes, avec une recherche d’explication  des différences observées.
 

Contact scientifique :
Charles Naville
Direction Géosciences
charles.naville@ifpen.fr

 

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