Les bassins sdimentaires moyens dtude Sismique rflexion principe
Les bassins sédimentaires : moyens d'étude Sismique réflexion, principe et méthode Hervé GILLET h. gillet@epoc. u-bordeaux 1. fr UMR 5805 - EPOC Université Bordeaux 1 Bat B 18, Avenue des Facultés 33405 TALENCE
Préambule Ne pas confondre Sismique réflexion = Sismologie • Source artificielle • Source naturelle (séismes) • Cible : Ecorce terrestre superficielle (1 m -> 30 Km) • Cible : struct. terrestre profonde (-> 6 378 Km)
Plan La sismique réflexion A. Le principe B. L'acquisition C. Les artefacts D. Interprétation
La sismique réflexion A. Le principe La sismique réflexion est un outil de prospection du sous-sol basé sur l'enregistrement d'ondes sismiques (acoustiques) émisses artificiellement depuis la surface et réfléchies en profondeur sur les interfaces séparant des milieux d'impédance acoustique différente. Récepteur Source (canon, …) Raie sismique
La sismique réflexion A. Le principe Loi de propagation des ondes acoustiques La loi de propagation de ces ondes suit la loi de Snell-Descartes (optique) RAPPEL : Rayon réfléchie Ө' Réflexion : Ө 1 = Ө' Interface Réfraction : n 1. Sin Ө 1 = n 2. sin Ө 2'
La sismique réflexion A. Le principe Notion d'impédance Impédance (Z): Zn = ρn. Vn Zeau Eau de mer impédance Masse volumique Vitesse ondes acoustiques Réflexion Interface Z 1 Réfraction Réflexion Sédiment 1 Interface Z 2 Réfraction Sédiment 2 Plus le contraste d'impédance est fort plus l'énergie est réfléchie
La sismique réflexion A. Le principe Notion d'interface Interface (sismique) : Zeau Surface séparant des milieux d'impédance acoustique différente Eau de mer Exemples : Interface Z 1 Sédiment 1 Interface Z 2 Sédiment 2 • Limites de strates sédimentaires • Contact sédiments / basalte • Failles • Contact air / eau • Contact eau / sédiments Rq : une interface correspond à une réalité physique.
La sismique réflexion A. Le principe Notion de point miroir Point miroir : Zeau Point d'une interface ou se produit une réflexion. Eau de mer points miroirs Interface Z 1 Sédiment 1 Interface Z 2 Sédiment 2
La sismique réflexion A. Le principe Début d'enregistrement Notion de trace Temps double Tir TRACE Zeau V 1 V 2 Eau de mer Sédiment 1 Sédiment 2 Une Trace : C'est un enregistrement (sismogramme) en un point donné de l'espace de la réponse dû aux réflexions d'une onde sismique sur les contrastes d'impédance successifs (points miroirs) qu'elle rencontre en s'enfonçant verticalement dans le sous-sol.
La sismique réflexion A. Le principe Notion de trace Temps double (s) Tir Une Trace : C'est un enregistrement (sismogramme) en un point donné de la réponse dû aux réflexions d'une onde sismique sur les contrastes d'impédance successifs (points miroirs) qu'elle rencontre en s'enfonçant verticalement dans le soussol.
La sismique réflexion A. Le principe Trace Représentation graphique : de la trace au profil sismique Aire variable Représentation en aire variable: Temps double (s) Coloration de la partie située à droite de l'axe de la trace
La sismique réflexion A. Le principe Trace Représentation graphique : de la trace au profil sismique Aire variable Profil sismique : Temps double (s) Mise cote à cote des traces issues des tir successifs (source se déplaçant) Succession latérale de réponses issues de point miroir = REFLECTEUR
La sismique réflexion A. Le principe Représentation graphique : exemple de profil sismique
La sismique réflexion A. Le principe Trace Représentation graphique : moderne couleur Amplitude -1 0 +1 Représentation en amplitude: Temps double (s) Coloration en fonction de l'amplitude du signal
La sismique réflexion A. Le principe Trace Représentation graphique : moderne couleur Représentation en amplitude: Temps double (s) Coloration en fonction de l'amplitude du signal
La sismique réflexion A. Le principe Représentation graphique : moderne Représentation en amplitude: Coloration en fonction de l'amplitude du signal
Plan 1. La sismique réflexion A. Le principe B. L'acquisition
La sismique réflexion Chirp autonome B. L'acquisition (source+ récepteur) Les dispositifs d'acquisition Récepteurs Source Réflexion
La sismique réflexion Chirp autonome B. L'acquisition (source+ récepteur) A terre Récepteurs Les dispositifs d'acquisition Source
La sismique réflexion Chirp autonome B. L'acquisition (source+ récepteur) A terre Les dispositifs d'acquisition Source - Explosifs (contraignant et cher) - Camions vibreurs (peu cher et rapide) Récepteurs
La sismique réflexion Chirp autonome B. L'acquisition (source+ récepteur) Les dispositifs d'acquisition A terre Source - Explosifs (contraignant et cher) - Camions vibreurs (peu cher et rapide) Boîtier d'acquisition Récepteurs - Géophones ~ sismomètres Capteurs de mouvements Géophone
La sismique réflexion Chirp autonome B. L'acquisition (source+ récepteur) Les dispositifs d'acquisition En mer Récepteurs Source
La sismique réflexion Chirp autonome B. L'acquisition (source+ récepteur) Les dispositifs d'acquisition En mer Chirp Air-Gun (source+ récepteur) Boomer (Canon à air) (source+ récepteur) Sparker (source électrique) Source - Explosifs (cher et destructif) - Canons à air, à eau, à vapeur, …. - Système électrique (sparker) - Système électro-mécanique (boomer) - Système piezo-éléctrique (sondeur de sédiments) Récepteurs
La sismique réflexion Chirp autonome B. L'acquisition (source+ récepteur) Les dispositifs d'acquisition En mer Récepteurs Source Récepteurs - Hydrophones = capteur de pression Céramiques piezo-éléctriques qui convertissent des variation de pression en tension électrique - Ils sont assemblés par groupe (Trace) dans un tuyau tracté derrière le bateau (Flûte)
La sismique réflexion B. L'acquisition Les dispositifs d'acquisition En mer Flûte Récepteurs Flûte enroulée Hydrophone
La sismique réflexion B. L'acquisition Effet de la profondeur sur le signal 1. Plus le signal progresse en profondeur, plus il s'atténue Le front d'onde progresse dans le sous-sol. Le rayon augmente -> le signal s'étire -> perte d'énergie ! atténuation par divergence sphérique
La sismique réflexion B. L'acquisition Effet de la profondeur sur le signal 1. Plus le signal progresse en profondeur, plus il s'atténue A chaque interface à fort contraste d'impédance, il y a réflexion et transmission atténuation par réflexion Zeau Eau de mer Interface Z 1 Sédiment 1 Interface Z 2 Sédiment 2
La sismique réflexion B. L'acquisition Effet de la profondeur sur le signal 2. Plus le signal progresse en profondeur, plus il s'appauvrit en hautes fréquences Du fait des propriétés inélastiques du sous-sol, le signal sismique a tendance à se déformer au cours de la propagation : Il perd ses hautes fréquences et s'allonge (longueur d'onde augmente)
La sismique réflexion B. L'acquisition Effet de la profondeur sur le signal 2. Plus le signal progresse en profondeur, plus il s'appauvrit en hautes fréquences Généralement plus les terrains sont profonds, plus les vitesses y sont rapides ( augmentation de la densité des sédiments par compaction) On a : V λ = f Augmente Diminue λ augmente !
La sismique réflexion B. L'acquisition Résolution On estime que l'épaisseur d'un horizon géologique doit être : -1/30 λ pour donner une réflexion -1/4 λ pour distinguer le mur et le toit comme deux réflexion distinctes On a: V λ = f A vitesse constante, si λ diminue, f augmente La résolution augmente avec la fréquence
La sismique réflexion B. L'acquisition Résolution vs pénétration • Plus le signal progresse en profondeur, plus il s'appauvrit en hautes fréquences • Plus la fréquence est haute, plus la résolution augmente • Plus la fréquence est basse, plus la résolution diminue Résolution et pénétration sont incompatibles
La sismique réflexion B. L'acquisition Résolution vs pénétration Résolution + Courtes longueurs d'onde / hautes fréquences Outils: Cibles: Chirp, Boomer Prospection de sites THR Sparker Structures des corps sédimentaires Outils: Mini-GI Grandes longueurs d'onde / basses fréquences HR Cibles: Outils: Structures de marges Sismique lourde Croûte / MOHO Pénétration +
Plan 1. La sismique réflexion B. L'acquisition C. Les artefacts
La sismique réflexion C. Les artefacts Définition : les artefacts sont des signaux cohérents sans réalités géologiques
La sismique réflexion C. Les artefacts La coupe sismique est avant tout une coupe temps. Il existe 3 principaux artefacts qui font que l'on ne doit pas prendre une coupe sismique (coupe temps) comme une coupe géologique (coupe profondeur) : 1. Les multiples 1. Les réflexions latérales 1. Artefacts associés aux contrastes de vitesses
La sismique réflexion C. Les artefacts V 1 V 2 V 3 1. Les multiples Eau de mer Sédiment 1 Sédiment 2 Multiple dans la tranche d'eau (multiple du fond) Multiple interne (peg leg)
La sismique réflexion C. Les artefacts 1. Les multiples
La sismique réflexion C. Les artefacts 2. Les réflexions latérales On considère à priori que l'onde se propage verticalement dans le plan du profil. Or ce n'est pas du tout le cas, les ondes se propagent dans toutes les directions, si elles rencontrent un obstacle latéralement (dans le plan ou en dehors)… l'information sismique est faussée. Ex : si pendage élevé on positi e s s Fau nd du fo
La sismique réflexion C. Les artefacts Correction par traitement MIGRATION 2. Les réflexions latérales
La sismique réflexion C. Les artefacts 3. Artefacts associés aux contrastes de vitesses V 1 << V 2 V 0 V 1 V 2 V 3 V 2 Temps double V 3 Profondeur Coupe temps – Coupe profondeur
Plan 1. La sismique réflexion C. Les artefacts D. Interprétation
La sismique réflexion D. Interprétation Identification d'unités sédimentaires Interprétation stratigraphique Deux types d'interprétations Interprétation structurale Identification de failles, plis, chevauchements, …
La sismique réflexion D. Interprétation structurale Pointé des failles : basé sur le repérage de décalage horizontale de réflecteurs (de part et d'autre de la faille).
La sismique réflexion D. Interprétation STRATIGRAPHIE SISMIQUE Principe : Interprétation stratigraphique 1. Identification des séquences sismiques 2. Analyse des faciès sismiques Procédure : - Examen des réflexions qui se produisent sur les surfaces séparant deux milieux d’impédance acoustique différente. - Ces surfaces sont généralement soit des limites de strates soit des discontinuités géologiques. - Ces discontinuités limitent des unités de dépôts sédimentaires dont l’analyse nous renseignera sur les facteurs à l’origine de leur différenciation (voir en cours jeudi)
La sismique réflexion D. Interprétation Stratigraphie sismique : 1. séquences sismiques L'identification des séquence sismique est basée sur l'analyse de la terminaison des réflecteurs : 4 grands types de terminaisons :
La sismique réflexion D. Interprétation Stratigraphie sismique : 1. séquences sismiques L'analyse de ces terminaisons va nous permettre de définir des discontinuités qui vont délimiter des séquences sismiques Discontinuités Séquence Terminaisons des réflecteurs à l'échelle d'une séquence Définition : Une séquence sismique est une unité stratigraphique composé d'une suite relativement conforme de strates génétiquement liées. Elles est limitée à la base et au sommet par des discontinuités sismiques
La sismique réflexion D. Interprétation Stratigraphie sismique : 1. séquences sismiques ONLAP
La sismique réflexion D. Interprétation Stratigraphie sismique : 1. séquences sismiques DOWNLAP
La sismique réflexion D. Interprétation Stratigraphie sismique : 1. séquences sismiques TOPLAP
La sismique réflexion D. Interprétation Stratigraphie sismique : 1. séquences sismiques TRONCATURE D'EROSION
La sismique réflexion D. Interprétation STRATIGRAPHIE SISMIQUE Interprétation stratigraphique 1. Identification des séquences sismiques Terminaisons des réflecteurs Procédure : Discontinuités Séquences sismiques
La sismique réflexion D. Interprétation STRATIGRAPHIE SISMIQUE Interprétation stratigraphique 1. Identification des séquences sismiques 2. Analyse des faciès sismiques Procédure :
La sismique réflexion D. Interprétation Stratigraphie sismique : 2. faciès sismiques Analyse de faciès sismiques L'analyse des faciès sismiques consiste en l'étude de tous les paramètres et surtout des configurations des réflexions internes qui caractérisent une séquence sismique. Elle a pour but l'interprétation des configurations réflexions en termes de: • Lithologie • Énergie de dépôt environnement de dépôt Les paramètres analysés sont : • L'amplitude : forte à faible. • La fréquence : haute à basse. • La continuité : bonne, moyenne, passable, médiocre, discontinue. . • Configuration interne des unités de faciès.
La sismique réflexion D. Interprétation Stratigraphie sismique : 2. faciès sismiques Analyse de faciès sismiques • Configuration interne des unités de faciès. Plateforme subsidente Taux de sédim. constant
La sismique réflexion D. Interprétation Stratigraphie sismique : 2. faciès sismiques Analyse de faciès sismiques • Configuration interne des unités de faciès. Configuration divergente • Subsidence différentielle • Epaississement des séries sur un substratum incliné
La sismique réflexion D. Interprétation Stratigraphie sismique : 2. faciès sismiques Analyse de faciès sismiques • Configuration interne des unités de faciès. Configuration de progradation (sédimentation se développant plus latéralement que verticalement) a. Configuration sigmoïde Faible énergie + montée niveau marin relatif progradation Aggradation
La sismique réflexion D. Interprétation Stratigraphie sismique : 2. faciès sismiques Analyse de faciès sismiques • Configuration interne des unités de faciès. Configuration de progradation (sédimentation se développant plus latéralement que verticalement) b. Configuration oblique Fort niveau d'énergie + niveau marin stable progradation Oblique parallèle Foresets
La sismique réflexion D. Interprétation Stratigraphie sismique : 2. faciès sismiques Analyse de faciès sismiques • Configuration interne des unités de faciès. Configuration de progradation (sédimentation se développant plus latéralement que verticalement) c. Configuration complexe sigmoïde-oblique Alternance des caractères précédents
La sismique réflexion D. Interprétation Stratigraphie sismique : 2. faciès sismiques Analyse de faciès sismiques • Configuration interne des unités de faciès. Configuration en bosse et creux (hummocky) Association de petits lobes progradant (eaux peu profond, front de delta)
La sismique réflexion D. Interprétation Stratigraphie sismique : 2. faciès sismiques Analyse de faciès sismiques • Configuration interne des unités de faciès. Configuration chaotique Énergie variable (glissement, remplissage de chenaux ou de canyon)
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