Bases de la physique des ondes sismiques
Nature des ondes sismiques : Lorsqu’il y’a génération d’ondes sismiques, que ce soit naturellement à travers un séisme ou artificiellement, on note la présence de 4 types d’ondes :
Les ondes P, les ondes S, les ondes de Rayleigh et les ondes de Love Les ondes de Rayleigh et de Love sont des ondes dites « de surface » car elles se propagent parallèlement à la surface du sol et à faible profondeur. Leur utilité en exploration des hydrocarbures est limitée. Les ondes P et S sont quant à elles appelées « ondes de volume » car elles se propagent dans toutes les directions de l’espace à partir du point d’émission. Ce sont elles qui sont principalement utilisées dans l’exploration des hydrocarbures. Les ondes P naissent suite à une compression du milieu rocheux perturbé par le passage de l’onde: la déformation est alors parallèle à la direction de propagation.
Les ondes S sont générées par un cisaillement des roches. La déformation est dans ce cas perpendiculaire à la direction de propagation.
Ce mode de propagation différent selon le type d’onde a deux conséquences non négligeables : Les ondes P, du fait de la compression, se propagent plus rapidement que les ondes S dans un même milieu. Elles seront ainsi plus vite détectées en surface après avoir été réfléchies par une couche du sous-sol.
Les ondes S ne peuvent pas se propager dans les fluides car ces derniers n’ont pas de propriétés de cisaillement.
Ces différences de propriétés entre ondes P et S font que les ondes P sont principalement utilisées pour l’imagerie sismique tandis que les ondes S sont plutôt utilisées pour la sismique quantitative et permettent d’extraire des informations sur la nature physique du réservoir ainsi que sur le contenu de ce dernier.
Nature de la réflexion : Les faciès lithologiques du sous-sol présentent souvent des contrastes de densité. Les interfaces entre les différents faciès constituent des barrières que l’on appelle réflecteurs. Lorsque l’onde incidente rencontre un réflecteur qui sépare deux faciès lithologiques F1 et F2, elle est en partie réfléchie et en partie réfractée .
Dispositifs d’émission du signal sismique : les sources
Sur la terre ferme (onshore) : Il s’agit de la technologie « Vibroseis » inventé par la Continental Oil dans les années 1960. Le Vibroseis est un camion muni d’une plaque vibrante très puissante qui est collée au sol et qui va y émettre un train d’ondes de fréquences variables (celles qui vont former l’ondelette) pendant une durée de douze secondes. Cette émission prolongée d’ondes est appelée le « sweep ». Les camions sont utilisés par groupe de 4 et sont alignés le long de la direction du profil sismique. Ils ont un espace de 10 à 15 mètres entre eux afin de renforcer le signal émis et atténuer le bruit. Les positions d’où sont effectués les tirs sont appelées points de tir ou shooting points (SP).
Il arrive que l’on utilise également des explosifs afin de générer le signal sismique en onshore. L’avantage des explosifs réside dans le fait qu’ils génèrent un signal possédant une large bande de fréquences (Lavergne, 1986). Cette technique peut néanmoins couter cher car des forages sont nécessaires pour implanter les charges explosives. Autrefois très utilisée, la technique d’explosifs est de nos jours plutôt réservée aux zones difficiles d’accès aux camions vibrateurs. En mer (offshore) : le dispositif source est un canon à air comprimé appelé airgun qui libère brusquement de l’air sous pression dans l’eau . Une onde sonore, de fréquence prédéterminée, se propage ainsi dans la colonne d’eau puis dans les formations du substratum sédimentaire marin.
L’utilisation d’explosifs en mer, autrefois courante, est aujourd’hui interdite pour des raisons de pollution chimique et de protection de la faune marine. Le canon à air, qui a remplacé les explosifs, remplit parfaitement le rôle de source sismique est nettement moins dangereux que les explosifs autrefois utilisés mais les recherches les plus récentes semblent indiquer que les ondes acoustiques perturbent certains animaux marins. Un autre dispositif, le watergun, un canon émettant de l’eau sous haute pression, peut être substitué au canon à air en prospection offshore.
Dispositifs de détection et d’enregistrement : les récepteurs
Les géophones. Ils sont utilisés en sismique terrestre. Ils sont sensibles aux mouvements du sol qu’ils sont capables de transformer en tension électrique grâce à un dispositif bobine/aimant . Le géophone posé sur le sol, l’aimant suit les mouvements verticaux du sol, la bobine quant à elle reste plutôt fixe par inertie. Le mouvement relatif entre la bobine et l’aimant va ainsi engendrer une tension électrique proportionnelle à la vitesse des particules du sol. Cette tension électrique est enregistrée digitalement selon des intervalles d’échantillonnage de quelques millisecondes et est ensuite reconstituée sous forme de trace sismique.
Les hydrophones : Ils sont utilisés en sismique marine. Ils transforment les variations de pression dans l’eau en tension électrique via des capteurs piézoélectriques. La tension électrique est ensuite représentée sous forme de signal. Les hydrophones sont combinés et alignés en flûtes accrochées à l’arrière d’un bateau . Selon le type d’acquisition, la longueur d’une flûte peut varier de 4 à 6 km et chaque flûte contient des blocs de récepteurs faisant chacun 75 mètres de long et contenant 96 hydrophones.
Le traitement des données sismiques
Les données sismiques brutes acquises en onshore ou en offshore doivent être corrigées, renforcées afin d’être exploitables pour l’interpréteur qui cherche des informations géologiques et des pièges. Le traitement sismique peut comprendre une partie ou la totalité des opérations suivantes :
Le démultiplexage : Il permet de convertir les bandes magnétiques multiplexées sur lesquelles est enregistré le signal initial en un format utilisable numériquement. Cette opération se fait souvent sur le terrain, durant l’acquisition.
La corrélation des signaux longs : En sismique onshore, l’impulsion du signal est longue (elle dure 12 secondes avec les camions vibrateurs) et couvre une large bande de fréquences allant de 10 à 70 Hz. Ce signal a néanmoins besoin d’être compressé pour constituer une impulsion brève et c’est ce que permet la corrélation des signaux longs.
La récupération du gain et la correction des atténuations : Souvent réalisées durant l’acquisition en temps réel, elles permettent d’améliorer le signal en amplifiant les réflexions profondes. Celles-ci sont naturellement plus faibles que les réflexions peu profondes, en raison du phénomène physique d’expansion géométrique qui cause une atténuation de l’amplitude initiale de l’onde au fur et à mesure que celle-ci va en profondeur.
La déconvolution avant sommation : Elle permet de ramener le signal émis, c’est-à-dire l’ondelette, à un signal bref ne présentant pas de nombreuses oscillations. Celles-ci sont fréquentes en sismique marine et sont dues aux rebonds provoqués par les canons à air. Sans l’opération de déconvolution avant sommation, les réflexions multiples seraient nombreuses et le signal deviendrait difficilement interprétable. En sismique onshore, les réflexions multiples sont généralement dues aux synclinaux. Les corrections statiques : Elles sont mises en œuvre en sismique onshore. Les corrections statiques consistent à ramener les temps de parcours des ondes comme si les sources ainsi que les géophones étaient situés à un plan arbitraire appelé « Datum » situé en dessous de la zone altérée.
La mise en collection des points communs : Lors de l’acquisition sismique, le point milieu commun (common midpoint ou CMP en anglais) est le point en surface qui est situé à mi-chemin entre la source et le récepteur et qui est partagé par plusieurs couples source-récepteur .
L’interprétation sismique quantitative
L’interprétation sismique quantitative. Celle-ci s’intéresse essentiellement aux variations d’amplitudes du signal sismique, étant donné que cette variation est directement liée à la nature et aux caractéristiques lithologiques et pétrophysiques (densité, porosité, saturation, nature des fluides) des formations traversées par les ondes sismiques (Selley, 1998). L’interprétation sismique quantitative se fait par l’intermédiaire de trois grandes techniques :
l’analyse d’amplitude après sommation (Post-stack amplitude analysis) , l’analyse de la variation des amplitudes en fonction de la distance source-récepteur (l’analyse Amplitude Versus Offset ou AVO). Elle s’effectue sur les traces qui n’ont pas encore été sommées.
l’inversion d’impédance acoustique : Ces techniques d’interprétation quantitative, bien que devenues très importantes avec l’avènement de la sismique 3D ainsi que l’amélioration des techniques de traitement sismique, ne font pas partie de notre étude. Celle-ci se limite à une interprétation sismique classique sur des profils 2D.
Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 : GENERALITES SUR LE BLOC SENEGAL ONSHORE SUD
A- Contexte géologique régional
B- Présentation de la zone d’étude
B.1 – Situation géographique
B.2 – Géologie du bloc
B.3 – Géologie et tectonique du Paléozoïque
C- Historique de l’exploration pétrolière dans la zone d’étude
C.1 – Les forages d’exploration
C.2 – Les études géochimiques
D- Les Campagnes sismiques
CHAPITRE 2 : LA METHODE DE SISMIQUE REFLEXION
A- Rappels théoriques sur la sismique réflexion
A.1 – Bases de la physique des ondes sismiques
A.1.1 – Nature des ondes sismiques
A.1.2 – Nature de la réflexion
A.2 – Trace et profils sismiques
A.2.1 – La trace sismique
A.2.2 – L’ondelette
B- L’acquisition sismique
B.1 – Dispositifs d’émission du signal sismique : les sources
B.2 – Dispositifs de détection et d’enregistrement : les récepteurs
C- Le traitement des données sismiques
D- L’interprétation sismique
D.1 – L’interprétation sismique classique
D.2 – L’interprétation sismique quantitative
CHAPITRE 3 : INTERPRETATION SISMIQUE DU BLOC SENEGAL ONSHORE SUD
A- Qualité des données sismiques
A.1 – Données de Shell
A.2 – Données de Petrocanada
B- Calage puits-sismique et pointé des horizons
B.1 – Calage puits-sismique
B.2 – Pointé de la discordance majeure, des horizons mésozoïques et cénozoïques
B.3 – Pointé des horizons paléozoïques
C- Interprétation structurale et sismostratigraphique
C.1 – Interprétation structurale
C.1.1 – Les failles
C.1.2 – La cartographie des horizons d’intérêt
C.1.3 – Les pièges structuraux
C.2 – Interprétation sismostratigraphique
C.2.1 – Les pièges en biseaux
C.2.2 – Anomalies d’amplitudes et possibilité de variation latérale de facies dans l’Aptien
C.2.3 – Structure synclinale de remplissage sédimentaire
D- Comparaison avec le bassin paléozoïque de Ghadames (Afrique du Nord)
E- Conclusion partielle sur l’intérêt pétrolier et gazier du Paléozoïque et du crétacé inférieur de Sénégal onshore Sud
CONCLUSION GENERALE ET RECOMMANDATIONS
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES et RESSOURCES WEB
ANNEXES
