FR2708350A1 - Méthode d'analyse de signaux sismiques. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une méthode pour déterminer efficacement et avec précision des vitesses dans le sol pour une utilisation dans la migration de données sismiques. La méthode demande de limiter le nombre de traces prises en considération à celles situées sur une partie de la courbe de sommation de Kirchhoff dans laquelle la fonction à intégrer pour une migration de Kirchhoff est lisse. Dans la forme préférée de réalisation, seul un échantillon aléatoire de traces à l'intérieur de cette ouverture est utilisé dans les calculs. On peut ainsi atteindre des améliorations de rendement d'un facteur de 1000. Domaine d'application: Prospection sismique.

Description

L'invention a trait au domaine de l'imagerie sismique, et en particulier à

la migration bidimensionelle et tridimensionnelle de données sismiques de surface. Elle consiste en une méthode pour obtenir efficacement un modèle de vitesse précis, lequel modèle peut être utilisé dans la migration de données sismiques. Dans l'exploration sismique du sol, de l'énergie sismique est introduite dans le sol. Cette énergie pénètre

dans le terrain et est réfléchie par les interfaces (réf-

lecteurs; le terme "réflecteur" tel qu'utilisé ici désigne l'emplacement réel, en sous-sol, d'une interface, et le terme "réflection" désigne son emplacement apparent en référence à des données sismiques non migrées) entre diverses formations souterraines. Dans une exploration sismique typique, de l'énergie est communiquée au terrain à l'emplacement d'un point de tir, et est enregistrée en un certain nombre d'emplacement de géophones, espacés de diverses distances du point de tir. Ces diverses distances sont appelées "déports

horizontaux". Les déports horizontaux s'étendent habituel-

lement sur des distances de l'ordre de 15 à 6000 mètres à partir du point de tir. L'emplacement du point de tir est modifié, ou bien plusieurs points de tir sont utilisés afin

que l'on obtienne plusieurs traces à chaque géophone.

Le signal de sortie de chacun des géophones est enregistré en fonction du temps. Il est souhaitable de convertir cette information afin que l'image générée par l'affichage des traces corresponde réellement à la profondeur des divers réflecteurs dans le sol. Pour permettre de traduire cette donnée en une information d'amplitude en fonction de la profondeur plutôt qu'en une information d'amplitude en fonction du temps, on doit déterminer les vitesses dans les diverses formations souterraines. Par conséquent, pour produire des images précises de la structure souterraine du sol, on a besoin de procédés perfectionnés de détermination de la vitesse correcte de l'énergie sismique

dans les formations souterraines. Ces procédés sont générale-

ment mis en oeuvre sur des calculateurs, en particulier des supercalcultateurs capables de traiter efficacement de grandes quantités de données. Le terme "migration" se réfère à une correction de données qui ont été enregistrées en fonction du temps et qui portent sur la vitesse de l'onde dans la structure

souterraine. Dans ce processus, on peut convertir un nombre d'enregistrements de déports horizontaux en fonction du temps, lesquels enregistrements peuvent ensuite être affichés10 pour donner une image réaliste de la structure.

La migration sismique a besoin d'un modèle précis de la vitesse dans le sol. Il existe de nombreuses méthodes pour effectuer une analyse de la vitesse de migration. Trois d'entre elles sont d'une importance particulière: une migration itérative à présommation, des balayages de vitesse de migration à présommation et une analyse par focalisation de profondeur. Les méthodes décrites ici impliquent toutes une migration à présommation itérative des données avec des

vitesses différentes, pour obtenir la vitesse par ap-

proximations successives.

Une méthode pour obtenir des vitesses de migra-

tion consiste à faire migrer en présommation des sous-en-

sembles (habituellement des groupements de tir commun ou des

groupements de déport horizontal commun) des données sismi-

ques avec une vitesse de migration initiale de référence (Al-

Yahya, K. M., "Velocity Analysis by Iterative Profile Migration," Geophysics, 54(6): 718-729 (1989); Deregowski, S. M., "lCommon-Offset Migrations and Velocity Analysis," First Break, 8(6): 224-234 (1990)). Si cette migration donne des images qui sont concordantes pour tous les sous-ensembles de données, l'estimation initiale de la vitesse de référence est alors considérée comme correcte. Si cette migration initiale produit des images non concordantes, ces différences peuvent alors être utilisées pour estimer une vitesse corrigée qui est plus proche de la vitesse réelle que la vitesse initiale choisie. Un organigramme de cette méthode est présenté sur la figure 1 des dessins annexés et décrits ci-après. On peut voir sur cet organigramme que les calculs sont entièrement séquentiels, ce qui a pour résultat que cette méthode demande non seulement beaucoup de temps de5 travail de calculateur, mais aussi beaucoup de temps d'inter- prétation. Cette méthode exige habituellement plusieurs itérations utilisant à chaque fois la vitesse mise à jour pour une migration à présommation. Malheureusement, cette méthode est très coûteuse, car la migration à présommation10 elle-même est très coûteuse. En particulier, le coût du temps d'utilisation d'une unité centrale de traitement dans un supercalculateur pour délivrer en sortie une seule ligne migrée à présommation tridimensionnelle est actuellement de l'ordre de 1 MF.15 La méthode de balayage de vitesse de migration à présommation est liée étroitement à la méthode de migration itérative de profil, mais réalise des migrations multiples en parallèle plutôt que séquentiellement. Un balayage de vitesse de migration consiste à faire migrer en présommation des20 groupements de déport horizontal commun simultanément avec plusieurs vitesses différentes et à réaliser la sommation des images migrées. Ceci produit un ensemble de traces sismiques, à raison d'un groupe de traces pour chaque vitesse, qui peuvent être tracées pour former une visualisation de l'analyse de vitesse (voir figure 2 des dessins annexes et décrits ci-après pour un organigramme de cette méthode). Des vitesses qui produisent des images concordantes en ce qui concerne les différents groupements de déport horizontal commun produisent des pics d'amplitude sur cet affichage de30 l'analyse de vitesse. Ainsi, des pics d'amplitude sur l'affichage de l'analyse de vitesse peuvent être utilisés pour sélectionner la fonction vitesse de migration. Etant donné que cette méthode fait appel à un traitement en parallèle, elle utilise moins de temps d'interprétation, mais davantage de temps de travail d'unité centrale que la méthode

de migration itérative à présommation.

Un problème avec cette méthode d'analyse de vitesse par balayage de vitesse de migration à présommation est que des pics d'amplitude peuvent apparaître à des vitesses qui ne correspondent pas à l'imagerie concordante5 des groupements de déport horizontal commun. Ceci peut amener l'interpréteur à sélectionner des vitesses incorrectes (Schleicher, K. L., Grygier, D. J., et al., Ed., Migration Velocity Analysis: A Comparison of Two Approaches, 61st Annual Internat. Mtg., Soc. Expl. Geophys., Expanded Abstracts, Tulsa, Soc. Expl. Geophys. , 1237-1238 (1991)). Ces estimations erronées de vitesse sont le résultat de la migration de réflecteurs inclinés jusque dans l'emplacement d'analyse de vitesse pendant que la vitesse de migration change (voir figures 3A et 3B des dessins annexés et décrits

ci-après). Les figures 3A et 3B sont des diagrammes schémati-

ques illustrant comment des balayages de vitesse de migration à présommation peuvent produire de faux pics 6 de vitesse pour des réflecteurs inclinés. Dans le cas du r e u r incriminé 2 montré sur ces figures, on note que l'évènement n'a pas migré jusqu'à l'emplacement 4 d'analyse de vitesse à une vitesse V1 (figure 3A), mais que 1'évènement a migré jusqu'à l'emplacement d'analyse de vitesse à une vitesse V2 (figure 3B). Il y aura donc une amplitude relativement élevée à la vitesse V2, alors que la vitesse V1 peut être la vitesse qui produit l'image la plus concordante en fonction du

décalage horizontal source-récepteur.

Cette méthode de balayage de vitesse de migration à présommation demande environ dix fois plus de travail à un calculateur que la migration à présommation itérative, car

elle demande 10 à 50 applications de migration à pré-

sommation. Cependant, ces coûts de calculateur peuvent être compensés par les coûts réduits d'interprétation, car l'interpréteur de vitesse ne doit sélectionner qu'une fois la

vitesse de migration.

Une troisième méthode d'analyse de vitesse est l'analyse par focalisation en profondeur. L'analyse par

focalisation en profondeur détermine des vitesses en utili-

sant une extrapolation descendante pour estimer des traces

sismiques à déport horizontal nul à une plage de profondeurs.

Ces extrapolations à différentes profondeurs sont toutes effectuées avec une vitesse de migration de référence. Si une réflexion présente un pic d'amplitude à la profondeur correspondant au temps de parcours vertical aller-retour dans le domaine de vitesse de référence, la vitesse de référence est alors la vitesse correcte de migration. Des écarts à partir de cette condition peuvent être utilisés pour estimer l'erreur dans la vitesse de référence (Kim, Y. C. et Gonzalez, R., "Migration velocity analysis with the Kirchhoff Integral," Geophysics 56(3): 365-370 (1991); Yilmaz, O. et Chambers, R. E., "Migration Velocity Analysis by Wave-Field Exploration," Geophysics, 49(10): 1664- 1674 (1984)). Cette méthode est habituellement répétée plusieurs fois jusqu'à ce qu'une convergence soit obtenue. Cette méthode peut produire de faux pics 6 de vitesse pour des réflecteurs inclinés, lesquels faux pics 6 sont similaires à ceux produits par des balayages de vitesse de migration à présommation décrits ci-dessus et montrés sur la figure 3. (MacKay, S., et Abma, R., Ed., Depth Focusing Analysis Using a Wavefront-Curvature Criterion, 62nd Annual Internat. Mtg., Soc. Expl. Geophys., Expanded Abstracts, Tulsa, Soc. Expl. Geophys, 927 (1992)). En outre, cette méthode peut ne pas converger pour des réflecteurs fortement inclinés (MacKay, S., et Abma, R., "Imaging and Velocity Estimation with Depth-Focusing Analysis," Geophysics, 57(12):

1068-1622 (1992))

Toutes les méthodes d'analyse de vitesse décrites ci-dessus demandent plusieurs applications d'une migration à présommation. Par conséquent, une diminution du coût de la migration à présommation aurait un effet positif notable sur

le coût de chacune de ces méthodes d'analyse de vitesse.

Une façon de réduire le coût de la migration à présommation consiste à utiliser une technique naturellement rapide pour la migration. Il existe trois algorithmes, communément utilisés, de migration par équation d'onde: la migration fréquence-nombre d'onde, la migration par dif- férences finies et la migration de Kirchhoff. La migration5 fréquence- nombre d'onde et la migration par différences finies sont généralement plus rapides que la migration de Kirchhoff; cependant, la migration de Kirchhoff présente plusieurs avantages qui en ont fait la méthode de choix pour

une migration à présommation tridimensionnelle.

Tout d'abord, la migration de Kirchhoff peut traiter des géométries de tir irrégulières, telles que celles communément rencontrées dans des données tridimensionnelles sans sommation. Deuxièmement, des domaines complexes de vitesse de migration peuvent être utilisés avec la migration de Kirchhoff. Troisièmement, les méthodes de Kirchhoff peuvent faire migrer des réflecteurs ayant des inclinaisons très fortes. Enfin, la migration de Kirchhoff peut être utilisée dans un mode à cible orientée. Dans ce mode, des images en quelques emplacements de cible choisis peuvent être20 produites pour une fraction du coût d'utilisation d'une migration de Kirchhoff pour produire des images dans toutes les positions possibles d'émission. Une migration par fréquence-nombre d'onde ne donne pas satisfaction avec des géométries de tir irrégulières ou des champs de migration25 complexes, tandis qu'une migration par différences finies ne

donne pas satisfaction avec des géométries de tir ir-

régulières ou des réflecteurs à très forte inclinaison. Ni la migration par fréquence-nombre d'onde ni la migration par différences finies ne peuvent être utilisées dans un mode à cible orientée. Ces méthodes doivent calculer l'image migrée dans tous les emplacements possibles d'émission. Ceci est important pour une analyse de vitesse de migration, car l'analyse de vitesse peut habituellement être réalisée à une petite fraction du nombre d'emplacements auxquels une image sismique esD souhaitée. Par conséquent, l'utilisation d'une migration de Kirchhoff à cible orientée pour une analyse de vitesse peut être économiquement mise en concurrence avec les

méthodes, de par leur nature plus rapides, à fréquence-nombre d'onde et différences finies. Du fait des limitations de ces méthodes, on a étudié uniquement des méthodes accélérant la5 migration de Kirchhoff en ce qui concerne la méthode de l'invention.

Les techniques de migration proposées ici pourraient être utilisées avec des méthodes de migration autres que de Kirchhoff. Cependant, les techniques proposées10 ici atteignent leur meilleur gain en rendement lorsqu'elles sont utilisées avec des méthodes de migration pouvant travailler dans un mode à cible orientée. Par conséquent, les méthodes à fréquence-nombre d'onde et différences finies n'atteindraient pas des gains de rendement aussi élevés que celui de la méthode de Kirchhoff, car elles ne peuvent pas travailler dans un mode à cible orientée. Cependant, d'autres méthodes de migration, telles qu'une migration par faisceau Gaussian (Hill, N. R., "Gaussian Beam Migration," Geophysics (11): 1416-1428), pourraient bénéficier de l'incorporation

d'une migration à ouverture limitée.

Les équations décrivant une migration de Kirch-

hoff sont bien connues dans la technique (Berryhill, J. R.,

Ed; Wave Equation Datuming Before Stack, 54th Annual Inter-

national Mtg. Soc. Expl. Geophys., Expanded Abstracts, Tulsa, Soc. Expl. Geophys., Session:S2,6 (1984); Schneider, W. A., "Integral Formulation for Migration in Two-Dimensions and Three-Dimensions," Geophysics 43(1): 49-76 (1978)). La migration de Kirchhoff consiste à effectuer la sommation des traces sismiques d'entrée suivant des temps de parcours correspondant à un diffracteur ponctuel dans le sous-sol

(voir figure 4 des dessins annexés et décrits ci-après).

L'ouverture de migration est définie comme étant la totalité des traces incluses dans cette sommation pour une trace de sortie donnée. L'ouverture est habituellement limitée aux traces dont à la fois la source et le récepteur sont en-deçà d'une distance spécifiée de l'emplacement de la trace de

sortie (habituellement environ 1500 à 7500 mètres).

La figure 4 est un diagramme schématique il-

lustrant la méthode à migration de Kirchhoff. Des traces

d'entrée sont additionnées le long de la courbe 8 de som-

mation de Kirchhoff (courbe diffraction-temps de parcours) et délivrées en sortie au sommet de la courbe 12. L'ouverture 14 contient toutes les traces en-deçà d'une distance spécifiée de l'emplacement de sortie. Pour la réflexion 10 montrée sur la figure 4, seules les traces à l'intérieur de la zone

pointillée 16 contribuent notablement à la somme.

Les traces d'entrées qui contribuent notablement ont des trajectoires de rayon de diffraction qui sont proches d'une trajectoire de rayon de réflexion réelle (voir figure ). La figure 5 est une illustration de la façon dont des traces d'entrée contribuent notablement à l'image migrée d'un réflecteur 17. Des sources sont indiquées en 19 et des récepteurs sont indiqués en 21. Il convient de noter que les traces à contribution notable 22 ont des trajectoires de rayon de diffraction vers le point de formation d'image qui sont proches d'une trajectoire de rayon de réflexion 20 à 20 pour ce point, tandis que les traces 18 ne contribuant pas notablement ont des trajectoires de rayon de diffraction vers le point de formation d'image qui ne sont rapprochées d'une trajectoire de rayon de réflexion 20 pour ce point. Par conséquent, en connaissant les trajectoires de rayon de réflexion 20 on peut utiliser un traçage de trajectoire de

rayon pour déterminer les traces 22 qui contribuent notable-

ment à la trace migrée de sortie. Le traçage de trajectoires

de rayon est une technique familière de l'homme de l'art.

L'incorporation des seules traces contribuant notablement à la sommation de Kirchhoff accélère d'un facteur d'environ 10 la migration à présommation bidimensionnelle et accélère d'un

facteur d'environ 100 la migration à présommation tridi-

mensionnelle. Une telle méthode a été développée par Carroll et. al. (Carroll, R. J., Hubbard, L. M., et al., "A Directed Aperture Kirchhoff Migration," Geophysical Imaging, Symposium of Geophysical Society of Tulsa, Tulsa, Soc. Expl. Geophys., 151-165 (1987)). Ils ont développé une méthode pour réduire le coût de la migration à présommation de Kirchhoff. Ils réalisent d'abord un modèle de réflecteur, sur la base de données sismiques sommées. Un traçage de trajectoire de rayon est utilisé pour déterminer les emplacements des sources et des récepteurs qui contribuent notablement à la migration par présommation de chaque réflecteur. Ils définissent ensuite10 une ouverture variant avec le temps pour la migration à présommation, centrée sur ces emplacements de trajectoires tracées, c'est-à-dire notablement plus étroite qu'une ouver- ture de migration classique (voire figure 6). La figure 6 est un diagramme schématique illustrant une méthode de migration15 à ouverture dirigée de Carroll et collaborateurs. Des hyperboles de migration sont indiqués en 28. Un traçage de trajectoire de rayon à incidence normale est utilisé pour déterminer l'ouverture dirigée 26 utilisée pour produire une trace migrée à l'emplacement de sortie 30. Etant donné que le20 temps de travail d'une unité centrale de calculateur pour une migration de Kirchhoff est proportionnel à la dimension de l'ouverture, cette réduction d'ouverture devrait réduire notablement le coût de la migration à présommation. Carroll et collaborateurs appellent cette méthode migration à ouver-25 ture dirigée, car l'emplacement de l'ouverture est déplacé vers des emplacements différents suivant un modèle des

réflecteurs 24.

La méthode de Carroll et Collaborateurs devrait réduire notablement le temps de travail de l'unité centrale de traitement pour une migration à présommation; cependant, leur méthode pose un problème. La méthode exige encore de lire une grande fraction des traces d'entrée pour produire une trace de sortie migrée en un emplacement. La raison en est que l'ouverture de Carroll et Collaborateurs varie avec le temps; différents jeux de traces d'entrée contribuent à

la trace de sortie à des temps différents (voir figure 6).

Par conséquent, bien que seul un faible pourcentage des traces d'entrée contribue à la trace de sortie à un instant particulier quelconque, un pourcentage beaucoup plus grand des traces d'entrée est nécessaire pour former tous les échantillons de temps d'une trace de sortie. On peut déduire de ce problème que les coûts d'entrée/sortie de calculateur ne diminueront pas, probablement, de façon notable, alors que les coûts d'unité centrale de traitement devraient être réduits. Un objet de l'invention est de proposer une méthode pour effectuer une migration à présommation à un coût fortement réduit. Un autre objet de l'invention est de proposer une méthode de calcul de vitesses en sous-sol à un coût fortement

réduit.

Un autre objet de l'invention est de proposer une méthode de calcul de vitesses en sous-sol d'une manière plus rapide et plus précise qu'il n'est possible à l'aide des méthodes actuelles.20 Un autre objet de l'invention est d'éliminer de faux pics de vitesse dans la détermination de vitesses en sous-sol. Un autre objet de l'invention est de proposer un

procédé pour construire une vitesse de migration tridi-

mensionnelle précise à partir d'une grille de lignes dans

deux dimensions.

Un autre objet de l'invention est de proposer une

méthode pour la migration précise d'une somation tridi-

mensionnelle existante sans occasionner la dépense élevée

pour obtenir et retraiter les bandes sans sommation tridi-

mensionnelle. Un autre objet de l'invention est d'améliorer notablement le rapport signal/bruit (S/B) d'affichages d'une

analyse de vitesse.

L'invention concerne une méthode d'analyse de signaux sismiques destinée à analyser un volume de terrain sous la surface, comprenant les étapes qui consistent à collecter un ensemble de traces sismiques, à sélectionner un emplacement en surface, à déterminer les positions migrées de pendages de réflexion, lesquels pendages de réflexion, avant migration, apparaissent comme étant au-dessous de l'emplace- ment, à sélectionner une zone sur la surface autour dudit emplacement, laquelle zone est aussi grande, au plus, que la moitié de l'ouverture de migration demandée pour former une image de la totalité des points situés verticalement au-10 dessous dudit emplacement, à sélectionner les traces ayant des milieux entre source et récepteur situés à l'intérieur de cette zone et à réaliser une analyse de vitesse de migration sur lesdites traces choisies dans la position itgrée de

chaque réflexion.

L'invention réduit le coût de l'analyse de vitesse de migration en diminuant le temps de travail de calculateur demandé pour une migration à présommation. Deux méthodes sont utilisées pour réduire ce temps de travail de calculateur. Les deux méthodes augmentent le rendement de la20 migration de Kirchhoff en limitant la quantité de données

sismiques d'entrée.

La première méthode, qui est une migration à ouverture limitée, est la méthode présentée ci-dessus. Elle

réduit la dimension de l'ouverture de migration.

La seconde méthode, qui est la migration de Monte Carlo, est utilisée conjointement avec la migration à ouverture limitée dans la forme préférée de réalisation de

l'invention. La migration de Monte Carlo augmente le ren-

dement en ne faisant migrer qu'une petite fraction, sélec-

tionnée de façon aléatoire, des traces d'entrée. Ces méthodes réduisent notablement le coût de la migration à présommation et éliminent les pics de vitesse parasites des affichages d'analyse de vitesse. De plus, le fait d'utiliser la méthode à ouverture limitée sans la technique Monte Carlo améliore le

rapport signal/bruit par rapport aux techniques classiques.

Les deux méthodes peuvent être appliquées à des

données sismiques soit bidimensionnelles soit tridimension-

nelles. Cependant, pour des données tridimensionnelles, le gain en rendement est supérieur d'un facteur d'environ 10 à celui obtenu avec des données bidimensionnelles.5 L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est un organigramme d'une analyse typique de vitesse de migration de profil à itération; la figure 2 est un organigramme d'une méthode typique de balayage de vitesse de migration à présommation;

les figures 3A et 3B sont des diagrammes schéma-

tiques illustrant comment des balayages de vitesse de migration à présommation peuvent produire de faux pics de

vitesse pour des réflecteurs inclinés, la figure 3A il-

lustrant une migration à une vitesse V1 et tandis que la figure 3B illustre une migration à la vitesse V2;

la figure 4 est un diagramme schématique il-

lustrant la méthode de migration de Kirchhoff; la figure 5 est une illustration de traces d'entrée contribuant notablement à l'image migrée d'un réflecteur;

la figure 6 est un diagramme schématique il-

lustrant la méthode à ouverture dirigée de Carroll et Collaborateurs;

la figure 7 est un diagramme schématique il-

lustrant la méthode de migration à ouverture limitée selon l'invention; la figure 8 est un organigramme pour la forme préférée de réalisation de la méthode d'analyse de vitesse de migration à déport horizontal commun et ouverture limitée selon l'invention; la figure 9 montre un processus utilisé pour quantifier une courbure résiduelle et mettre à jour la vitesse de migration pour une migration à déport horizontal commun; la figure 10 est un affichage d'analyse de vitesse des données de l'exemple, résultant de la première itération d'une migration classique à ouverture large; la figure 11 est un affichage d'ranalyse de vitesse des données de l'exemple, résultant de la première itération d'une migration à ouverture limitée selon la méthode de l'invention; et la figure 12 est un affichage d'analyse de vitesse des données de l'exemple, résultant de la première itération d'une migration à ouverture limitée/Monte Carlo

constituant la forme préférée de réalisation de l'invention.

L'invention proprement dite porte principalement sur une méthode de migration à ouverture limitée. Dans sa forme préférée de réalisation, la méthode à ouverture limitée est utilisée conjointement avec une migration de Monte Carlo,

décrite ici.

Classiquement, des ouvertures de migration contiennent la totalité des traces d'entrée ayant des sources et des récepteurs en-deçà d'environ 1500 à 7500 mètres de l'emplacement d'une image de sortie. La partie à ouverture

limitée de l'invention migre des ouvertures fixes relative-

ment petites (150 à 1500 mètres) des données d'entrée pour réduire le coût d'une migration à présommation. Etant donné que le temps de travail d'un calculateur demandé pour une migration de Kirchhoff est proportionnelle à la quantité de données d'entrée, ceci a pour résultat d'améliorer le

rendement d'un facteur pouvant atteindre 10 pour une migra-

tion à deux dimensions. Dans le cas de données à trois dimensions, le gain de rendement s'élève à un facteur de

l'ordre de 100 car l'ouverture est limitée dans deux direc-

tions. Classiquement, une image de sortie est formée le long d'une ligne droite verticale au centre de l'ouverture de migration. Cependant, lors de la migration de petites ouvertures fixes, comme proposées dans l'invention, des réflexions, même avec une faible valeur d'inclinaison, sortent par migration de la zone définissant l'ouverture (voir figure 7). La figure 7 est un diagramme schématique illustrant la méthode de migration à ouverture limitée. Des réflecteurs sont indiqués en 38. Des trajectoires de rayon 34 à incidence normale qui passent par le centre de l'ouverture d'entrée 32 indiquent des emplacements de sortie auxquels

l'ouverture d'entrée produit une contribution notable. Ces emplacements définissent des courbes 36 et 40 le long desquelles les images sont calculées. Il convient de noter10 qu'il peut y avoir plus d'une courbe d'image de sortie.

Il ressort clairement d'un examen de la figure 7 que des images ne peuvent pas être construites, dans une migration à ouverture limitée, suivant des lignes droites verticales. La solution pour une migration à ouverture limitée est que des images soient construites aux emplace- ments 36 et 40 auxquels migrent les réflexions au centre de

l'ouverture limitée 32. Ces emplacements décrivent les courbes 36 et 40 (voir figure 7) qui remplacent les lignes verticales utilisées classiquement pour former des images20 migrées.

Pour bénéficier d'un avantage dans le calcul d'une migration à ouverture limitée, on doit disposer d'une méthode peu coûteuse pour déterminer les courbes 36 et 40 d'images de sortie. Comme cela est connu de l'homme del'art, il existe de nombreuses méthodes pour définir ces courbes 36 et 40. Une bonne méthode consiste à numériser les réflexions sur une sommation existante des données sismiques. Les pendages par rapport au temps de ces réflexions numérisées sont ensuite calculés au centre de l'ouverture limitée 32 devant être migrée. Une migration cinématique (souvent appelée carte migratoire (Maher, S. M., et Hadley, D. M., Ed., Development of an Accurate, Staple and interactive Map

Migration Algorithm, 55th Annual Internat. Mtg., Soc. Expl.

Geophys., Expanded Abstracts, Tulsa, Soc. Expl. Geophys., Session: S15. 8 (1985)) est utilisée pourprédire, àpartirde ces pendages par rapport au temps, les emplacements auxquels les réflexions migreront. Cette migration cinématique est effectuée avec la même vitesse de migration de référence que celle utilisée pour une analyse de vitesse de migration à présommation. Les courbes 36 et 40 d'image de sortie sont ensuite définies, lesquelles passent par les emplacements de sortie 36 et 40 prédits par migration cinématique (voir figure 7). Tous les processus utilisés pour déterminer ces

courbes de sortie sont beaucoup moins coûteux qu'une migra-

tion à présommation.

Les courbes de sortie 36 et 40 sont définies au moyen de données sommées, et elles sont donc garanties comme étant correctes uniquement pour des traces d'entrée à faible déport horizontal entre source et récepteur. Pour des pendages ou inclinaisons de réflecteurs plus raides, des15 déports horizontaux importants entre source et récepteur migrent à des emplacements différents de ceux de petit déport. Ce problème peut être résolu par un accroissement de la dimension de l'ouverture limitée 32. Comme cela devra apparaître à l'homme de l'art, la dimension appropriée de20 l'ouverture limitée 32 dépend des données et de nombreuses méthodes peuvent être utilisées pour déterminer la dimension appropriée de l'ouverture limitée 32. Une méthode consiste à effectuer une migration à ouverture limitée pour plusieurs dimensions d'ouverture différentes à l'emplacement, dans les25 données sismiques, contenant les inclinaisons les plus raides. Ces essais de dimension d'ouverture devraient être effectués à une vitesse de référence relativement élevée pour produire une estimation prudente de la dimension minimale d'ouverture. La dimension minimale d'ouverture d'essai qui produit encore une bonne migration peut être utilisée pour la migration de la partie restante des données. Des essais plus élaborés, pouvant apparaître à l'homme de l'art, par exemple en utilisant un traçage de trajectoires de rayon, pourraient être utilisés pour déterminer une dimension d'ouverture

optimale à chaque emplacement dans le levé sismique.

Pour des données sismiques à trois dimensions, il peut être avantageux d'utiliser une ouverture 32 ayant des dimensions différentes dans la direction en ligne et la direction transversale. En particulier, pour des données tridimensionnelles marines, la projection en ligne du déport5 horizontal entre source et récepteur possède habituellement une étendue beaucoup plus grande que celle de la projection transversale. Par conséquent, dans la direction transversale, les données apparaissent comme étant d'un déport horizontal pratiquement nul. Ceci implique que l'ouverture limitée 3210 peut être beaucoup plus petite dans la direction transversale

que dans la direction en ligne. Des données tridimensionnel-

les terrestres, groupées en utilisant une technique par

passes, peut également bénéficier de l'utilisation-d'ouver-

tures transversales plus petites que les ouvertures longi-

tudinales.

Des données sismiques bidimensionnelles consti-

tuent un cas limite ayant une largeur d'ouverture dans la direction transversale qui est essentiellement nulle. On a trouvé que les techniques utilisées pour une migration à ouverture limitée s'appliquent même dans ce cas limite. Les affichages d'analyse de vitesse résultant d'une application à des données bidimensionnelles d'une migration à ouverture limitée sont aussi précis que ceux obtenus à partir de données à trois dimensions, bien que les affichages soient plus bruyants. Ceci implique que des vitesses précises dans trois dimensions peuvent être obtenues à partir d'une grille de lignes sismiques à deux dimensions. Dans ce cas, les inclinaisons à trois dimensions, demandées pour une migration

à ouverture limitée, peuvent être déterminées aux inter-

sections des lignes à deux dimensions de la grille ou à partir d'un levé tridimensionnel à coïncidence. Cette capacité est importante, car elle peut être utilisée pour déterminer des vitesses tridimensionnelles précises sans occasionner les coûts élevés d'acquisition d'un levé sismique tridimensionnel sans sommation. De telles vitesses seraient utiles, par exemple, pour une migration à postsommation d'un

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levé tridimensionnel à sommation ou pour une migration cartographique d'une grille de lignes dans deux dimensions. Une migration à ouverture limitée produit des données sismiques migrées avec un rapport signal/bruit supérieur à celui d'une migration classique (Carroll, Hubbard et al. 1987; Krebs, J. R., "Three- Dimensional Migration of Swath Surveys," Geophysics, 55(9): 1251-1259 (1990)). La raison en est qu'une migration à ouverture limitée n'effectue une sommation que sur les parties de la courbe 8 de sommation10 de Kirchhoff qui réalisent une contribution notable 16 à la migration de la réflexion 10 à laquelle on s'intéresse (voir figure 4). Les autres parties de la courbe 8 de sommation n'atteignent habituellement la valeur 0 lorsqu'elles sont soumises à une sommation. Cette sommation non nulle constitue15 un bruit qu'une migration classique à ouverture large ajoute

à l'image de la réflexion.

Dans le mode préféré de la méthode de l'inven-

tion, on utilise une migration de Monte Carlo conjointement avec une migration à ouverture limitée. La migration de Monte Carlo est l'application de la théorie d'intégration de Monte

Carlo à la migration de données sismiques.

L'intégration de Monte Carlo est une technique mathématique bien connue pour estimer la valeur d'une intégrale multidimensionnelle ayant une fonction à intégrer25 à variation douce à l'intérieur de la région devant être intégrée (Press, W. H., Flannery, B. P., et al., Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing, Cambridge, Cambridge University Press, pages 126-130 (1986)). Plutôt que d'effectuer la sommation de la fonction devant être intégrée sur une région uniformément échantillonnée, l'intégration de Monte Carlo effectue une somation sur un échantillonnage aléatoire éparse de la région. Ceci peut réduire notablement le temps de travail de calculateur demandé pour calculer une intégrale. La migration à présommation de Kirchhoff est une intégrale à dimensions multiples, et la méthode de Monte Carlo peut être appliquée par simple rejet, avantageusement un rejet aléatoire, d'un certain pourcentage des traces d'entrée avant migration. Malheureusement, lorsque ceci est appliqué à une migration de Kirchhoff classique à ouverture5 large, le résultat est inacceptablement bruyant. La cause de ce bruit est que la fonction à intégrer pour la migration de Kirchhoff n'est pas régulière sur la totalité de l'ouverture et qu'elle n'est donc pas en accord avec une hypothèse de la méthode de Monte Carlo. En particulier, la fonction à intégrer pour la migration de Kirchhoff est lisse uniquement sur les parties de l'ouverture qui contribuent notablement à l'image de sortie. Par conséquent, toute technique de migration qui limite la région d'intégration à cette partie lisse de la fonction à intégrer peut être améliorée par l'utilisation de la migration de Monte Carlo. En fait, la méthode de Monte Carlo pourrait être combinée avec la méthode à ouverture dirigée de Carroll et Collaborateurs pour améliorer encore cette méthode. Etant donné que la migration à ouverture limitée limite la zone d'intégration à cette partie lisse de la fonction à intégrer, les techniques de Monte Carlo peuvent être utilisées conjointement avec une migration à ouverture limitée, bien qu'elles ne conviennent pas avec une migration de Kirchhoff classique. Comme on le verra ici, la migration de Monte Carlo réduit le rapport signal/bruit même lorsqu'elle est combinée avec une migration à ouverture limitée. De bons résultats ont été obtenus en utilisant seulement 10 % des traces d'entrée de façon aléatoire. En outre, même lorsque 90 % des traces d'entrée sont éliminés de façon aléatoire de l'analyse de vitesse de migration, une migration combinée à ouverture limitée/de Monte Carlo atteint encore un rapport signal/bruit qui est meilleur que celui atteint par une migration classique à présommation. Il en résulte un facteur supplémentaire de 10 %- de réduction des coûts de calculateur. Par conséquent, si le rapport signal/bruit amélioré permis par la migration à ouverture limitée n'est pas important pour un ensemble particulier de données, on peut utiliser la méthode de Monte Carlo pour réduire le coût de l'analyse de vitesse au-delà de la diminution pouvant être obtenue par une utilisation de la migration à ouverture limitée, seule. Le résultat net est un5 rapport signal/bruit approximativement identique à celui

obtenu par des méthodes de migration classiques, à notable-

ment moins de 1 % du coût de temps de travail de calculateur.

La méthode de Monte Carlo pourrait être par-

ticulièrement importante lors de l'utilisation de méthodes itératives d'analyse de vitesse. Des méthodes itératives nécessitent de lire de nombreuses fois les données sismiques non sommées. Des données tridimensionnelles non sommées

peuvent être contenues sur environ 1000 bandes; -par con-

séquent, même le simple fait de lire la totalité de ces

bandes plusieurs fois peut occasionner une dépense con-

sidérable. Par contre, lorsqu'on utilise la méthode de Monte Carlo, environ 90 %- des traces d'entrée sont rejetées de façon aléatoire avant le commencement de l'analyse de vitesse. Par conséquent, chaque itération d'analyse de vitesse ne demande de lire qu'environ 10 % du nombre de

bandes qui seraient autrement nécessaires.

La migration à ouverture limitée et la migration de Monte Carlo peuvent être utilisées pour améliorer toute méthode d'analyse de vitesse qui utilise une migration à présommation ou une extrapolation d'équation d'onde. La figure 8 est un organigramme montrant comment ces méthodes

pourraient être utilisées avec une migration itérative à pré-

sommation de profil. L'organigramme est très similaire à celui montré sur la figure 1, hormis qu'un certain travail de prémigration doit être réalisé pour déterminer les courbes de sortie pour chaque ouverture limitée et que, en outre, la restriction optionnelle de Monte Carlo est indiquée sur la

figure 8.

En résumé, les avantages offerts par l'invention sont les suivants: 1. un temps de travail d'unité centrale et d'entrée/sortie réduit pour une analyse de la vitesse de migration. L'analyse de vitesse de migration à ouverture limitée pour des données bidimensionnelles réduit d'un facteur d'environ 10 les temps de travail de l'unité centrale de traitement et d'entrée/sortie, et d'un facteur d'environ dans le cas de données tridimensionnelles. En utilisant une migration de Monte Carlo, on peut atteindre un autre facteur de réduction de 10, soit une réduction totale de 1000

pour des données tridimensionnelles.

2. Le rapport signal/bruit des affichages

d'analyse de vitesse est amélioré.

3. Avec la méthode à ouverture limitée, des lignes à deux dimensions peuvent être traitées comme s'il s'agissait de données à trois dimensions avec une ouverture limitée très étroite dans la direction transversale. Par conséquent, une grille de lignes à deux dimensions peut être utilisée pour déterminer des vitesses qui sont précises pour une migration dans trois dimensions. Ceci peut aboutir à des économies de coût très grandes dans une analyse de vitesse tridimensionnelle, car les vitesses pour une migration à postsommation dans trois dimensions peuvent être produites

sans achat de bandes non sommées pour trois dimensions.

4. L'ouverture fixe de l'invention oblige l'utilisation de courbes de sortie différentes pour chaque

vitesse dans un balayage de vitesse de migration à pré-

sommation. Ceci a pour avantage d'éliminer les faux pics de vitesse des affichages de balayage de vitesse de migration

décrits ci-dessus.

5. Le nombre de bandes lues à chaque itération de l'analyse de vitesse peut être réduit d'un facteur d'environ

en utilisant la méthode de migration de Monte Carlo.

Les méthodes de migration à ouverture dirigée de Carroll et Collaborateurs et la méthode de migration à ouverture limitée proposées ici devraient produire des gains similaires en ce qui concerne l'efficacité d'utilisation du

temps d'une unité centrale de traitement. De plus, l'amélio-

ration du rapport signal/bruit des migrations produites par les deux méthodes devrait être similaire. Cependant il existe plusieurs différences majeures entre l'invention et la méthode de Carroll et Collaborateurs.5 La différence principale est que cette méthode utilise une ouverture fixe de données d'entrée tout en calculant des images le long de courbes de sortie qui ne sont pas verticales. La technique à ouverture dirigée de Carroll et Collaborateurs calcule une ouverture variant avec10 le temps tout en calculant des images suivant des lignes verticales. Cette différence a pour résultat les avantages suivants qui ont été indiqués ci-dessus et qui ne peuvent pas être obtenus avec la méthode de Carroll et Collaborateurs:

1. De meilleures performances d'entrée/sortie.

2. Une détermination de vitesses précises de migration dans trois dimensions à partir d'une grille de lignes dans deux dimensions. 3. L'élimination de faux pics de vitesse des

affichages de balayage de vitesse.

4. Un nombre réduit de bandes lues à chaque

itération de l'analyse de vitesse.

Il convient de noter que Carroll et Col-

laborateurs ne proposent pas d'utiliser leur méthode pour une analyse de vitesse de migration. Ils utilisent plutôt leur méthode uniquement pour accélérer la migration à présommation finale après qu'une autre méthode a été utilisée pour déterminer les vitesses de migration. De plus, Carroll et Collaborateurs n'utilisent pas la migration de Monte Carlo pour améliorer le rendement d'un facteur supplémentaire de 10.

EXEMPLE

On donne ci-après un exemple d'une analyse de vitesse de migration à ouverture limitée utilisant une

migration à déport horizontal commun comme décrit précédem-

ment. Les données proviennent d'un levé marin dans trois dimensions. Les données ont été traitées comme montré sur la figure 8. Pour quantifier la courbure résiduelle et calculer une vitesse de migration mise à jour, on a appliqué le processus relativement simple montré sur la figure 9. Cette méthode a convergé après quatre itérations d'une migration à déport horizontal commun et présommation. D'autres méthodes de quantification de la courbure et de mise à jour de la vitesse pourraient être utilisées à la place, et pourraient aboutir à une convergence plus rapide. L'analyse de vitesse a été effectuée au moyen d'une migration classique à présommation à ouverture large (ouverture de 7875 x 2362,5 m), une migration à ouverture limitée (ouverture de 1312,5 x 262,5 m) et une migration combinée à ouverture limitée/de Monte Carlo (90 % des traces d'entrée rejetées pour la méthode de Monte Carlo). Les trois types de migration ont donné la même fonction vitesse. Cet accord confirme la précision des migrations à ouverture

limitée et de Monte Carlo.

Les figures 10-12 comparent des balayages de vitesse résultant des processus montrés sur la figure 9. la figure 10 montre un affichage d'analyse de vitesse résultant

de la première itération d'une migration classique à ouver-

ture large. La courbe numérisée est la fonction vitesse mise

à jour devant être appliquée en entrée à la deuxième itéra-

tion d'analyse de vitesse. La figure 11 montre un affichage d'analyse de vitesse résultant de la première itération d'une migration à ouverture limitée. La courbe de vitesse mise à jour a été numérisée à partir de l'affichage de vitesse classique à ouverture large montrée sur la figure 10. La figure 12 montre un affichage d'analyse de vitesse résultant30 de la première itération d'une migration à ouverture limitée/Monce Carlo. 90 % des traces d'entrée ont été rejetées de façon aléatoire. La courbe de vitesse mise à jour

a été numérisée à partir de l'affichage de vitesse à ouver-

ture large, classique, montré sur la figure 10. la précision de la migration à ouverture limitée et de la migration de Monte Carlc est démontrée par le fait que la courbe de vitesse numérisée à partir de la migration à ouverture large passe par tous les pics de vitesse de haute amplitude des figures 11 et 12. Il convient également de noter l'accroisse- ment du rapport signal/bruit de la migration à ouverture 5 limitée par rapport à la migration classique à ouverture large. La migration de Monte Carlo présente aussi un rapport signal/bruit supérieur à celui de la migration classique à

ouverture large, sans être aussi bon que celui de la migra-

tion à ouverture limitée, seule.

Les différences de temps de travail en unité centrale de traitement pour les trois méthodes sont indiquées dans le Tableau 1. La migration à ouverture limitée utilisant les données de cet exemple est environ 50 fois moins-coûteuse que la migration classique à ouverture large, et la migration de Monte Carlo a donné un autre facteur de baisse de dépense

d'environ 10.

TABLEAU

COMPARAISON DES TEMPS D'UNITE CENTRALE DE TRAITEMENT

POUR UNE ANALYSE DE VITESSE DE MIGRATION A

PRESOMMATION

Type de migration Temps d'unité centrale de traitement d'un calculateur du type Cray-YMP Ouverture large classique 2,756 secondes Ouverture limitée 55 secondes Ouverture limitée avec 6 secondes méthode de Monte Carlo Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la méthode décrite et représentée

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Méthode d'analyse de signaux sismiques pour analyser un volume de terrain sous la surface, caractérisé en

ce qu'elle consiste à collecter un ensemble de traces sismi-

ques (4), à sélectionner un emplacement en surface, à déterminer les positions migrées de pendages de réflexion, lesquels pendages de réflexion apparaissent avant migration,

comme étant situés au-dessous de l'emplacement, à sélection-

ner une zone sur la surface autour dudit emplacement, laquelle zone est au maximum aussi grande que la moitié de l'ouverture de migration demandée pour former une image de tous les points placés verticalement au-dessous dudit emplacement, à sélectionner les traces dont les milieux entre une source (19) et un récepteur (21) sont situés dans ladite zone, et à effectuer une analyse de vitesse de migration sur les traces choisies dans la position migrée de chaque réflexion

2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une partie des traces sismiques est rejetée avant d'effectuer l'analyse de vitesse de migration sur lesdites

traces choisies dans la position migrée de chaque réflexion.

3. Méthode selon la revendication 2, caractérisée

en ce que ladite partie est d'au moins environ 50 %.

4. Méthode selon la revendication 2, caractérisée

en ce que ladite partie est d'au moins environ 75 %.

5. Méthode selon la revendication 2, caractérisée

en ce que ladite partie est d'au moins environ 90 -.

6. Méthode selon l'une quelconque des reven-

dications 2, 3, 4 et 5, caractérisée en ce que ledit rejet

est effectué de facon aléatoire.

7. Méthode d'analyse de signaux sismiques pour analyser un volume de terrain au-dessous de la surface, caractérisée en ce qu'elle consiste à collecter un ensemble de Traces sismiques, à sélectionner la totalité ou une fraction d'une ouverture de courbe de sommation de Kirchhoff pour laquelle la fonction à intégrer pour une migration de

Kirchhoff est lisse, à rejeter une partie des traces sismi-

ques se trouvant dans ladite ouverture, et à effectuer une analyse de vitesse de migration sur les traces sélectionnées

restantes après le rejet.