LA PROSPECTION SISMIQUE

Transcription

1 LA PROSPECTION SISMIQUE Ondes Élastiques Couches géologiques 1) Source active 2) Propagation dans le sol 3) Enregistrement à de nombreux capteurs Détection des interfaces entre deux milieux avec des propriétés physiques différentes.

2 RAPPEL SUR LES ONDES Phénomène transitoire caractérisé par une période (T) ou fréquence (1/T), une longueur d onde et une amplitude

3 RAPPEL SUR LES ONDES Une onde sismologique est un phénomène de propagation d une perturbation dans un milieu sans transport de matière. Onde élastique: le milieu reprend sa position initiale après le passage de la perturbation. PAS DE TRANSPORT DE MATIERE TRANSPORT ENERGIE

4 RAPPEL SUR LES ONDES

5 RAPPEL SUR LES ONDES

6 RAPPEL SUR LES ONDES

7 RAPPEL SUR LES ONDES

8 FRONT D ONDE / RAYON SISMIQUE

9 LA PROSPECTION SISMIQUE: LA TRACE SISMIQUE

10 FRONT D ONDE / RAYON SISMIQUE Front d onde: particules vibrant en phase / déformation identique Rayons: trajectoires perpendiculaires au front d onde == direction de propagation Vitesse de propagation / temps de propagation Traces sismiques informations sur les couches géologiques: vitesse, épaisseur

11 LES DIFFERENTS TYPES D ONDES Les ondes de volume Les ondes P (ou Ondes Primaires) : Ce sont des ondes de compression (ou ondes longitudinales). Ce sont les plus rapides ( 6 km/s près de la surface). Les ondes S (ou Ondes Secondaires) : Ce sont des ondes de cisaillement (ou ondes transversales). Elles ne se propagent pas dans les fluides. Elles sont plus lentes que les ondes P (en surface de l ordre de 4 km/s).

12 LES DIFFERENTS TYPES D ONDES Les ondes de surface Les ondes de Love. Elles résultent de l'interférence entre des ondes S. Elles déplacent le sol d'un côté à l'autre dans un plan horizontal perpendiculairement à sa direction de propagation. Les ondes de Rayleigh. Elles résultent de l'interférence entre des ondes P et S. Ce sont des ondes elliptiques rétrogrades polarisées dans le plan vertical.

13 EN SISMIQUE: UTILISATION DES ONDES P Les ondes P (ou Ondes Primaires) : Ce sont des ondes de compression (ou ondes longitudinales). Ce sont les plus rapides ( 6 km/s près de la surface). à Ondes de surface = bruit à Ondes S arrivent plus tard et sont moins bien enregistrées. Elles peuvent êtes analysées si enregistrées par un équipement spécial.

14 LES VITESSES SISMIQUES Vitesse=f(paramètres élastiques, densité) V p µ = K ρ Détermination vitesse sismique Géologie du terrain

15 PHENOMENES AUX INTERFACES

16 LOIS DE SNELL-DESCARTES Milieu V 1 Onde incidente Interface i 1 i 1 Onde réfléchie Changement propriétés physiques Milieu V 2 i 2 Onde transmise sin i sin i 1 = V V 1 La loi nous donne les relations angulaires entre les rais incidents, réfléchies et réfractées. 2 2

17 LOIS DE SNELL-DESCARTES

18 Si V2>V1, il existe un angle critique: ONDES CONIQUES

19 Si V2>V1, il existe un angle critique: ONDES CONIQUES sin i c = V V 1 2 Il existe donc un angle i 1 = i c au-delà duquel il n y a plus d onde transmise. Pour i 1 = i c, i 2 = 90, l onde est une onde réfractée appelée onde conique.

20 LES ONDES SISMIQUES Onde directe Onde réfléchie Onde conique Onde transmise Ondes coniques è Sismique réfraction

21 DISPOSITIF D ACQUISITION Source: marteau, camions, explosion è fonction de la largeur du dispositif et de la nature des terrains Géophone: aimant permanent + bobine è courant électrique Dimension du dispositif = f(profondeur des interfaces à imager)

22 Réflecteur plan : METHODE D INTERPRETATION

23 METHODE D INTERPRETATION Réflecteur plan : Onde directe: t = x V 1

24 METHODE D INTERPRETATION Réflecteur plan : Onde directe: t = x V 1 Onde conique: distance critique

25 METHODE D INTERPRETATION Réflecteur plan : Onde directe: t = x Onde conique: t = V 1 x V 2 + 2hcosi V 1 c

26 Réflecteur plan : METHODE D INTERPRETATION

27 Réflecteur plan : METHODE D INTERPRETATION

28 METHODE D INTERPRETATION Réflecteur plan : On détermine donc à V 1, V 2 et h

29 METHODE D INTERPRETATION Réflecteur plan : 1) Déterminer V1 2) Déterminer V2 to 1/V1 1/V2 3) Déduire ic 4) Déduire h

30 METHODE D INTERPRETATION Réflecteurs plans : t = x V n n 1 + k = 1 2h k cosi V k k sini = k V V k n

31 METHODE D INTERPRETATION Réflecteur penté : L acquisition se fait dans les deux sens et permet de détecter un pendage

32 METHODE D INTERPRETATION Réflecteur penté : L acquisition se fait dans les deux sens et permet de détecter un pendage Tir amont: t = x V 1 sin( i c +α ) + 2hcosα cosi V 1 c Tir aval: t + = x V 1 sin( i c α ) + 2H cosα cosi V 1 c

33 METHODE D INTERPRETATION Vitesses apparentes: V d = V 1 sin(i c +!) V u = V 1 sin(i c!!) Angle critique: Pendage: i c = 1 " V 2 sin!1 1 + sin!1 1 V $ # V d V u! = 1 " V 2 sin!1 1! sin!1 1 V $ # V d V u % ' & % ' & On en déduit V 2 : V 2 = V 1 sini c

34 METHODE D INTERPRETATION Réflecteur penté : L acquisition se fait dans les deux sens et permet de détecter un pendage Tir en E Tir en R 1) Déterminer V 1 2) Déterminer les vitesses apparentes Ve et Vr 3) Déterminer i c et α 4) Déterminer V 2 5) Déterminer h et H

35 Couche cachée : METHODE D INTERPRETATION

36 METHODE D INTERPRETATION Couche à vitesse lente :

37 Un tir de sismique réfraction est effectué le long d'un profil de 50 m. La position des 12 géophones (x) et le temps d'arrivées des premières ondes (t) sont indiqués dans le tableau ci-dessous. x (m) t (ms) Le tir inverse donne les mêmes résultats. 1) Reporter sur un graphique les temps d'arrivées en fonction de la position des géophones. A combien d'ondes différentes les premières arrivées correspondentelles? Combien de couches géologiques pourront donc être caractérisées? 2) Donner la vitesse des ondes P de chacune des couches identifiées. Déduire l'épaisseur de la première couche. 3) Quel est le pendage de l'interface entre les 2 premières couches?

38 Une étude de la zone altérée de surface par la méthode de sismique réfraction a donné les résultats suivants: H1=2m avec V1=300 m/s H2=8m avec V2=800 m/s V3=2150 m/s Où H et V sont les épaisseurs et les vitesses des couches supposées horizontales. 1) Calculer les temps de parcours théoriques des ondes refractées coniques dans un modèle à 3 couches. Dessiner l hodochrone correspondant au modèle obtenu cidessus. 2) Quel dispositif d enregistrement faut-il utiliser pour effectuer ces observations (longueur du dispositif et distance entre géophones)?

39 Une prospection sismique est réalisée en surface d'un terrain composée d'une couche de sable reposant sur un encaissant calcaire. L'interface entre les deux milieux est considérée comme horizontale. 1) En tenant compte des données, calculez les grandeurs suivantes : - vitesse des ondes P dans la couche de sable (V1). - épaisseur de la couche de sable (H1). - angle critique (θc). - vitesse des ondes P dans la couche de calcaire (V2). 2) Donnez les temps d'arrivée des ondes directes, réfléchies et coniques à 5 m, 20 m et 100 m de la source. Les temps seront exprimés en 10-3 s avec un chiffre décimal. Commentez ces résultats. Données : Le temps de trajet de l'onde directe entre la source et un géophone situé à 10 m est de s. Le temps de trajet de l'onde réfléchie sur la première interface pour parcourir la distance entre la source et un géophone situé à 8 m est de s. La première conique apparaît à 8 m de la source.

40 METHODE D INTERPRETATION Couche oscillante : méthode plus-moins i c Hypothèses: Pendage local faible pour que les rayons se croisent en R avec l angle critique. Relief du réflecteur faible devant la profondeur Profondeur sous R

41 METHODE D INTERPRETATION Couche oscillante :

42 METHODE D INTERPRETATION Couche oscillante : t = t 2t PLUS S S D 1) Déterminer V 1 2) Déterminer t MINUS è V 2 t moins = t S1 D! t S2 D = 2x V 2! S 1S 2 V 2 + t S1! t S2 3) Déduire i c 4) Déterminer t PLUS è t D è h D t plus = t S1 D + t S2 D = S 1S 2 V 2 + t S1 + t S2 + 2t D = t S1 S 2 + 2t D

43 Modélisation

44

45 Exemples Exemple terrasses alluvionnaires (Napo Valley)

46 PRINCIPE DE LA SISMIQUE REFLEXION Écho sonar : ondes Réfléchies Faible offset Ambiguité temporelle Le temps aller-retour plutôt que la vitesse sert de calage vertical

47 SOMMATION DE TRACES Arrangement pour point milieu commun Sommation et détection des horizons

48 Cas des interfaces pentés MIGRATION

49 IMAGE SISMIQUE DU SOUS-SOL

50 INTERPRETATION SISMIQUE