Principe et méthode de la sismique réflexion

PRINCIPE ET METHODE DE LA SISMIQUE REFLEXION

La sismique en domaine marin donne des informations très précises sur les caractéristiques, la dynamique et la structure des fonds marins. Elle est apparue dans la Manche et au large du New Jersey dans les années 1930. Les techniques et méthodes d’acquisition et de traitement de données sismiques en domainemarin vont très vite évoluer au lendemain de la seconde guerre mondiale avec l’essor du pétrole offshoreet de l’informatique (CHAUCHOT & NOUZE, 1999).
L’exploration pétrolière se fait à partir de plusieurs méthodes parmi lesquelles les campagnes géophysiques dont la plus utilisée en zone sédimentaire est la sismique réflexion.
La sismique réflexion utilisée dans ce mémoire permet de mesurer en surface des échos issus de la propagation dans le sous-sol d’une onde sismique provoquée et réfléchie. Elle fait appel aux propriétés de propagation du son dans les fluides et les solides (IFREMER, 2014). Elle renseigne également sur la  lithologie, la stratigraphie séquentielle, la sédimentologie et la paléogéographie. La sismique 3D est une représentation visuelle d’un objet ou d’un espace bien délimité suivant sa longueur, sa largeur et sa hauteur.
La sismique réflexion est très prisée par l’industrie pétrolière désireuse de déceler la présence d’hydrocarbures par une étude préalable des fonds marins (FOURNIER, 1990).

Principe de la sismique réflexion

La sismique réflexion est la principale méthode d’acquisition de données sismiques utilisées pour la prospection d’hydrocarbures (IFREMER, 2014 ; CHAUCHOT & NOUZE, 1999 ; FOURNIER, 1990).
Elle consiste à envoyer, depuis la source, des ondes sismiques générées en surface et réfléchies au contactdes interfaces dues aux changements de densités des formations et de vitesses de propagation de  ces ondes dans le milieu. Les ondes ainsi réfléchies sont enregistrées en surface par des récepteurs (géophones sur terre ou hydrophones en mer).

Les ondes

Les ondes sismiques constituent des mouvements vibratoires qui peuvent se propager et modifier un milieu. On distingue des ondes de volumes et des ondes de surface.
Il existe deux types d’ondes de volume : les ondes P de compression qui traversent tous les milieux et les ondes S de cisaillement qui ne progressent pas dans les milieux liquides.
Les ondes de surface sont moins rapides mais avec une amplitude généralement plus forte qui décroit rapidement avec la profondeur. Ce qui fait qu’elles se propagent uniquement en surface. Elles comprennent les ondes de Love et les ondes de Rayleigh.

Impédance acoustique

L’impédance acoustique traduit la résistance d’un matériau au passage d’un son. Elle est la résultante du produit de la masse volumique d’une roche par la vitesse de propagation des ondes sismiques. Entre deux milieux d’impédances acoustiques différentes sont localisées des interfaces qui influencent la trajectoire des ondes sismiques.

Trace sismique

La trace sismique est l’enregistrement obtenu sur un capteur qui représente l’amplitude de la réflexion en fonction du temps. L’ensemble des traces sismiques obtenues à partir d’un tir sismique donne unprofil sismique (PAULUS, 2008).

Acquisition sismique

L’acquisition de données sismiques est une étape cruciale car la qualité des données recueillies détermine le succès de l’application de l’algorithme de traitement et facilite l’interprétation géologique.Elle nécessite une source d’émission sismique, un dispositif de récepteurs de l’énergie réfléchie et un système d’enregistrement des réflexions (Figure 1).
La source sismique est à l’origine de l’émission d’ondes d’où son nom d’émetteur. Elle est caractérisée par son énergie, sa durée, sa fréquence, son amplitude maximale et sa phase. Les sources sismiques marines peuvent être des transducteurs électro-acoustiques, des étinceleurs, des canons (à air, à eau, à vapeur), des explosifs, des boomers ou des impulsions compressées (figure 1).
Les ondes de chocs émises par la source et réfléchies par les interfaces sont captées en surface par une série de récepteurs dits hydrophones en mer (figure 1) disposés régulièrement à l’intérieur d’une gaine caoutchoutée remplie d’huile ou de silicone appelée flûte. Afin de visualiser le volume des  gisements, la sismique 3D plus précise que la sismique 2D est le produit de la multiplication des flûtes et des angles d’émission d’ondes sismiques (ARCHIMER, 2002).
Le dispositif d’enregistrement peut être un système analogique ou numérique. Le système analogiqueenregistre les informations sous forme de signal continu tandis que les informations arrivent envaleursdiscrètes pour le système d’enregistrement numérique. Ce dernier est constitué nécessairement de plusieurs éléments aux rôles spécifiques : un préamplificateur, un amplificateur, un convertisseuranalogique-numérique, un formateur, un multiplexeur, un dérouleur, un système.
Un navire muni d’un laboratoire d’enregistrement traine une source sismique qui produit dans l’eau un signal acoustique. La flûte tirée par le navire contient des hydrophones qui enregistrent les ondes(Figure1).

Traitement

Le traitement de données sismiques résout le problème de positionnement absolu ou relatif de l’antenne,la source et les récepteurs sismiques. La connaissance de l’ensemble des positions avec uneprécisioninférieure à la résolution recherchée donne la cohérence de la sommation des traces sismiques  issues deprofils différents. L’image 3D finale est calculée à partir de deux séquences de traitementconventionnel :le traitement de type Point Milieu Commun (CMP) et le traitement de type migration de Kirchhoff, plus couteux qui constitue l’étape ultime du traitement.

Interprétation

L’interprétation sismique peut être structurale, stratigraphique ou lithologique (LABRUNYE , 2004).
L’interprétation structurale des données sismiques permet de relier les principaux marqueurs observéssur une section sismique aux couches géologiques repérées en profondeur. Les événementsgéologiques importants sur la section sismique et les failles sont pointés permettant ainsi d’obtenirune carte entemps ou en profondeur de ces marqueurs géologiques.
L’interprétation stratigraphique des données sismiques étudie les variations de forme du signal sismique des différents horizons. Ces variations traduisent l’évolution des propriétés pétrophysiques desmilieuxde part et d’autre des interférences ainsi que les caractéristiques morphologiques du signal entredeuxmarqueurs sismiques. Cette interprétation stratigraphique permet de différencier les ensemblesgéologiques d’une même image sismique.L’interprétation lithologique des données sismiques permet de détecter la lithologie, le contenuenfluides et les propriétés pétrophysiques.
Pendant la phase d’exploration ces trois types d’interprétation suivent généralement unenchaînement chronologique. Il y’a d’abord l’interprétation structurale et stratigraphique aboutissant à la découverte et à l’appréciation d’un gisement et l’interprétation lithologique lors de son développement.
L’interprétation sismique s’effectue en plusieurs étapes :
– identification des réflecteurs ;
– identification des facies ;
– identification des terminaisons de réflecteurs (figure 2).
En fonction de l’intensité de l’énergie du milieu, les dépôts peuvent avoir une configuration parallèle, sub parallèle, onduleuse, divergente, clinoforme ou encore chaotique (figure 3)