La sismique terrestre au désert : vibrosismique, géophones et couverture (fold)
L’essentiel
- Au désert, on utilise surtout la vibrosismique : des camions lourds qui font vibrer le sol avec un balayage de fréquences de plusieurs secondes.
- L'enregistrement brut est corrélé avec le balayage, et ressemble alors à une impulsion courte.
- Les géophones sont plantés sur des lignes de réception ; les systèmes modernes enregistrent sans câble (nodes) ou par câbles.
- La couverture est le nombre de fois où le même point est enregistré ; elle renforce le signal face au bruit. Dans notre exemple, 240 traces à 25 m et une source tous les 50 m donnent une couverture de 60.
- La zone altérée meuble des dunes retarde les ondes de façon irrégulière, ce que corrigent les corrections statiques.
Contenu éducatif uniquement : les procédures et valeurs opérationnelles varient d’une compagnie et d’un site à l’autre. Suivez toujours les procédures approuvées de votre société, les consignes du superviseur et les permis de travail de votre site.
L'équipe : une usine mobile au désert
Une équipe sismique terrestre peut compter des centaines de personnes et des dizaines de véhicules. Elle travaille sur une vaste zone pendant des semaines ou des mois et vit dans un camp mobile qui avance avec le chantier. Il y a l'équipe topographique qui implante les points au GPS, l'équipe de déploiement qui plante les géophones, l'équipe source avec les vibreurs, le laboratoire d'enregistrement, et les équipes maintenance, restauration, médicale et sécurité.
La source : la vibrosismique
Au lieu d'explosifs, les zones ouvertes comme le désert utilisent surtout des camions vibreurs. Chaque camion abaisse une grande plaque d'acier sur le sol, l'appuie avec son poids et la fait vibrer hydrauliquement. La vibration n'est pas un coup unique mais un balayage (sweep) dont la fréquence change progressivement, par exemple de 6 Hz à 80 Hz en 8 à 12 s. Une flotte de 2 à 4 camions travaille en général ensemble, parfaitement synchronisée, sur le même point.
Comme le balayage est long, l'enregistrement capté par les géophones est long et mélangé. Une opération mathématique appelée corrélation compare l'enregistrement au balayage d'origine et transforme chaque réflexion en impulsion courte à son temps exact, comme si l'on avait utilisé un explosif.
Ailleurs, on utilise de la dynamite dans des trous de tir peu profonds, surtout là où les camions ne peuvent pas circuler.
La réception : les géophones
Un géophone est un petit capteur à bobine et aimant qui transforme le mouvement du sol en signal électrique. On le plante à l'aide d'une pointe, et plusieurs géophones sont souvent reliés en groupe pour renforcer le signal et réduire une partie du bruit. Chaque groupe donne une trace (canal) de l'enregistrement.
Les anciens systèmes transmettent le signal par de longs câbles jusqu'au camion laboratoire. Les systèmes modernes utilisent des boîtiers autonomes (nodes) avec batterie, mémoire et GPS, qui enregistrent seuls pendant des jours avant d'être ramassés et déchargés. Cela permet des milliers de canaux sans câble.
2D et 3D
- Levé 2D : source et géophones sur une seule ligne ; on obtient une coupe verticale sous cette ligne seulement. Moins cher, utilisé pour l'exploration initiale de vastes zones.
- Levé 3D : lignes source et lignes de réception croisées en grille ; on obtient un cube de données que l'on peut couper dans toutes les directions. Beaucoup plus cher, mais indispensable au développement des champs et à l'implantation des puits.
La couverture : pourquoi enregistrer le même point plusieurs fois ?
Quand la source et le géophone sont séparés d'une certaine distance (le déport, ou offset), la réflexion vient à peu près d'un point à mi-chemin, le point milieu commun ou CMP. Quand la source avance, le même CMP est enregistré par de nombreux couples à des déports différents. On additionne ensuite toutes ces traces (sommation, ou stack) : les vraies réflexions se renforcent et le bruit aléatoire s'affaiblit. Le nombre de traces par CMP est la couverture (fold).
Une ligne de réception a 240 traces, l'intertrace est de 25 m, et la source avance de 50 m entre deux tirs :
Fold = (Channels × Receiver interval) ÷ (2 × Source interval)
Fold = (240 × 25) ÷ (2 × 50) = 6,000 ÷ 100 = 60
Et la taille du bin en 2D vaut la moitié de l'intertrace :
Bin = 25 ÷ 2 = 12.5 m
Le gain en rapport signal sur bruit aléatoire est à peu près proportionnel à la racine carrée de la couverture : une couverture de 60 donne environ √60 ≈ 7,7 fois mieux qu'une trace seule.
Le problème du désert : la zone altérée et le bruit
- Zone altérée (weathered layer) : le sable sec et les dunes ont une vitesse très faible et une épaisseur variable. Les ondes y sont retardées différemment d'un point à l'autre, et les couches profondes paraissent ondulées. On mesure cette zone par carottages sismiques (uphole) ou analyse des réfractions, puis on corrige les temps par les corrections statiques.
- Ondes de surface (ground roll) : une onde forte et lente qui se propage en surface et masque les réflexions. On l'atténue par la conception des groupes et au traitement.
- Vent et véhicules : le vent fait vibrer les géophones et ajoute du bruit ; l'enregistrement peut s'arrêter pendant les tempêtes de sable.
La sécurité dans une équipe sismique
- Conduite au désert : le plus grand risque pour les équipes sismiques est l'accident de véhicule ; on applique donc la gestion des déplacements et on interdit généralement la conduite de nuit hors pistes.
- Camions vibreurs : très lourds ; personne ne s'en approche pendant le travail, et ils gardent une distance de sécurité avec les puits, pipelines et bâtiments.
- Chaleur : le travail prolongé au soleil exige assez d'eau et des pauses.
- Explosifs : quand la dynamite est utilisée, seules des personnes habilitées la manipulent, avec des procédures strictes de stockage et de transport.
- Vie au camp : hygiène, nourriture, eau et couverture médicale font partie de la sécurité de l'équipe.
À retenir pour le technicien
La sismique terrestre est une énorme opération logistique : une source puissante et synchronisée, des milliers de canaux plantés avec précision, une géométrie conçue pour une couverture suffisante, et la correction de la zone altérée. La qualité des données sur le terrain fixe la qualité de tout ce qui suit au traitement et à l'interprétation.
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Leçons liées
- Principe de la sismique réflexion
- Traitement et interprétation sismiques
- Gestion des déplacements au désert
Sources
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