Filtrage géostatistique de données géophysiques en vue de la cartographie de l’impédance d’une formation argileuse

Sismique réflexion 2D

La sismique est basée sur le même principe que la radio, la télévision ou par exemple les ronds dans l’eau faits par un pêcheur lançant sa ligne. Tous ces phénomènes sont régis par des lois de propagation d’ondes (MARI, J.-L., ARENS, G., CHAPELLIER, D. et GAUDIANI, P., 1998, p. 39). Pour avoir une image du sous-sol à partir de la méthode sismique, il faut disposer des éléments suivants (MARI, J.-L., GLANGEAUD, F., COPPENS, F., 2001, p. 38) :
• Une source, c’est-à-dire, un dispositif émetteur capable de provoquer une déformation dans le milieu (sous-sol). Les sources sismiques utilisées pour créer un séisme artificiel sont l’explosif, les chutes de poids et les vibreurs.
• Un récepteur, appelé géophone. C’est le dispositif capable d’enregistrer ces déformations par les variations de déplacement des particules. Un géophone est composé d’une bobine suspendue à un ressort. Lorsque le géophone vibre du fait des mouvements du sol, la bobine produit une force électromotrice d’où un signal électrique qui est proportionnel à la vitesse de déplacement des particules du sol. Les fréquences de coupure d’un géophone sont de l’ordre de 8, 15 ou 30 Hz. Pour les acquisitions dites haute résolution, la fréquence du géophone peut être de 100 Hz.
• Un laboratoire d’enregistrement numérique. La méthode sismique consiste à soumettre le sous-sol à l’énergie produite par un séisme artificiel généré par un dispositif émetteur depuis la surface, puis à enregistrer la réponse du sous-sol à cette énergie sur des dispositifs récepteurs composés de traces. Une trace sismique peut être un géophone ou capteur unique ou un ensemble de géophones formant une antenne réceptrice. Le dispositif émetteur peut être composé d’une ou plusieurs sources. L’ensemble des traces produites par le même séisme forme un enregistrement sismique. Chaque enregistrement sismique est échantillonné, numérisé, puis mémorisé sur support magnétique au niveau du laboratoire d’enregistrement. Les dispositifs émetteur et récepteur forment un tir sismique. Un profil sismique est un ensemble de tirs (MARI, J.-L., GLANGEAUD, F. et COPPENS, F., 2001, p. 9).
L’énergie émise par la source se répartit entre les ondes de volume et les ondes de surface . La sismique réflexion qui est à l’origine d’une des deux variables utilisées dans ce travail, s’intéresse particulièrement aux ondes réfléchies primaires (P), qui remontent en surface après réflexion à l’interface qui sépare deux couches ou formations différentes. Une formation est définie par :
• la vitesse de propagation des ondes primaires : VP (exprimée en m/s) ;
• la vitesse de propagation des ondes secondaires : VS (exprimée en m/s) ;
• la masse volumique abusivement appelée densité : ρ (exprimée en g/cm3 ou kg/m3) ;
• le facteur de qualité Q, caractéristique du pouvoir de la roche à absorber l’énergie.
La vitesse des ondes P pour les terrains calcaires peut varier entre 3500 et 6000 m/s, et pour les terrains argileux entre 1100 et 2500 m/s (d’après Lavergne, 1986). L’intervalle des vitesses est donné uniquement pour avoir une idée de l’ordre de grandeur des vitesses pour ces formations, sachant que la zone d’étude a une composition majoritairement argileuse et qu’elle est encaissé par des formations calcaires.

Opérations préliminaires à l’analyse géostatistique

Sélection du domaine d’étude

Dans le plan horizontal, l’étude prend en compte toutes les données localisées à l’intérieur du polygone qui délimite la zone de transposition . Dans le plan vertical, la formation du Callovo-Oxfordien est limitée par les horizons pointés en sismique : S0 et S2. Ces horizons ont été étudiés et filtrés dans la première partie de cette thèse, et donc la sélection verticale inclut toutes les données qui se trouvent entre «S2*» et «S0*», où S2* et S0* sont les horizons filtrés aux points des données.

Horizontalisation des données

Comme vu précédemment, un profil sismique est considéré et lu comme une grille verticale. Sur cette grille l’inclinaison de la couche est clairement visible, ainsi que les ondulations le long des surfaces qui limitent les zones de comportement différent .
Ainsi, avec le but principal de faciliter les calculs ultérieurs de corrélation latérale, la première approche est d’horizontaliser les données par rapport à une surface de référence. Cette approche est basée sur l’idée qu’au moment du dépôt les sédiments s’accumulent de façon horizontale. Les
corrélations ponctuelles ou spatiales doivent se faire alors entre données qui correspondent aux mêmes conditions de dépôt. Des nombreux tests ont été réalisés avec les trois horizons : S0*, S1* (intermédiaire) et S2* (cf. Rapport interne ANDRA Réf. R090126DREN) ; il s’avère que l’horizon S1* (filtré aux points des données) peut être considéré comme l’horizon de référence optimal pour réaliser l’horizontalisation des données.

Géologie du Callovo-Oxfordien

La zone d’étude appartient à la bordure NNE du bassin de Paris. Cette thèse porte sur une petite portion du temps dans le vaste intervalle qui couvre l’évolution du bassin ; cette portion, qui fait partie de la période jurassique, est comprise entre le Callovien moyen et l’Oxfordien inférieur (inclus). Une des caractéristiques de cette période est son ennoiement progressif par la mer, accompagné de la disparition de la majorité des plates-formes carbonatées. Au schéma complexe de distribution des plates-formes anciennes succède un comblement progressif à partir du NE vers le SW et une sédimentation à forte dominante argileuse (Réf. Rapport ANDRA, version de travail, 2009). Ce changement est interprété habituellement comme la résultante d’un cycle transgressif de deuxième ordre (Guillocheau F, 1991), mais de nombreux auteurs lui attribuent une origine climatique avec une modification du cycle du carbone (Dromart G et al., 2003).
La formation sédimentaire du Callovo-Oxfordien est encaissée entre les formations calcaires du Dogger (en dessous) et de l’Oxfordien (au-dessus). Il s’agit d’une formation composée majoritairement d’argilites. On appelle argilite une roche sédimentaire composée d’au moins 60 % de particules de taille inférieure à 4 µm, ayant une composition minéralogique à prédominance de minéraux argileux et une quantité importante de quartz et de carbonates.
Globalement, les corps sédimentaires sont progradants du NE vers le SW, les corps s’amincissant vers le SW. Les évolutions/variations du niveau marin qui ont pour conséquence des variations verticales soit de la composition minéralogique, soit de la texture, ont permis de diviser la formation en trois séquences de dépôt bien différenciées (ANDRA, 2005-a – T1-V1). En général, dans les trois séquences, les apports silicoclastiques fins proviennent du Nord-Est de la zone de transposition, mais il faut remarquer que pour la séquence inférieure il s’ajoute aussi une direction nord-ouest, qui permet aux particules argileuses d’arriver à l’est et au sud-est.

Trace sismique et puits

La recherche du lien entre l’impédance-log-filtrée et l’impédance-sismique nécessite la disponibilité des deux types d’impédance au même endroit ou en deux points aussi proches que possible. Comme les puits ne sont pas strictement positionnés sur une trace (CDP) de profil sismique, il est nécessaire d’en choisir une au voisinage du puits. Plusieurs choix sont possibles ; ici quatre possibilités ont été envisagées et étudiées, évaluées en fonction du nuage de corrélation et du calage visuel entre les deux courbes d’impédances. Ci-dessous la liste des alternatives étudiées : 1. La trace la plus proche de la projection orthogonale du puits vers le profil le plus proche. Cette trace a été la première à être étudiée étant donné que ce type de projection assure la distance minimale entre la trace sismique et le puits à comparer.
2. La trace la plus proche du puits suivant la projection orthogonale à la direction de variation de l’épaisseur de la sous-unité S0S1 correspondant à la direction N20°E. Cette alternative comme celle du point suivant est née de l’idée que les caractéristiques physiques de la roche (analysées ici au travers des impédances) restent plus au moins constantes aux courtes distances suivant cette projection, sachant que la variation de l’épaisseur de la couche suit la direction des apports sédimentaires .
3. La trace la plus proche du puits suivant la projection orthogonale à la direction de variation de l’épaisseur de la sous-unité S1S2 correspondant à la direction N50°E.
4. Recherche de la trace qui présente le plus fort coefficient de corrélation entre les deux types d’impédances. La procédure consiste à comparer et calculer le coefficient de corrélation entre l’impédance-log-filtrée et l’impédance-sismique de chaque CDP le long du profil le plus proche. Le parcours du puits vers tous les CDP se fait en prenant les limites verticales données par les pointés de S0 et S2 aux puits.
5. La trace utilisée lors de l’inversion sismique ( L’impédance de cette trace est censée être la mieux corrélée à celle du puits, puisque c’est elle qui a servi lors du traitement géophysique pour obtenir l’impédance procédure cherchant à maximiser le coefficient de corrélation entre les deux types d’impédance. Il faut cependant remarquer que l’inversion sismique a été réalisée sur toute la section sismique (1200 ms suivant la verticale) et n’est donc pas ciblée sur le  Callovo-Oxfordien.

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Table des matières

INTRODUCTION 
PARTIE I. RENSEIGNEMENTS THEORIQUES
CHAPITRE 1. REFERENCES GEOLOGIQUES DU CALLOVO-OXFORDIEN 
1.1. Localisation de la zone d’étude
1.2. Géologie du Callovo-Oxfordien
1.3. Connaissances déjà acquises sur le Callovo-Oxfordien
CHAPITRE 2. NATURE DES DONNEES 
2.1. Sismique réflexion 2D
2.2. Diagraphies
2.3. Le profil sismique vertical
PARTIE II. FILTRAGE D’ERREURS DE POINTES SISMIQUES
CHAPITRE 1. INTRODUCTION 
1.1. Objectifs
1.2. Base de données
1.3. Echantillonnage
1.4. Validation de la base de données
CHAPITRE 2. ANALYSE EXPLORATOIRE DES DONNEES
2.1. Carte des données
2.2. Histogrammes et statistiques de base
2.3. Carte variographique
2.4. Variogrammes
2.5. Choix de travail
CHAPITRE 3. ÉTUDE DES RESIDUS 
3.1. Calcul du résidu stationnaire
3.2. Cartes des résidus
3.3. Histogrammes et statistiques de base
3.4. Cartes variographiques
3.5. Intersections des profils
CHAPITRE 4. MODELISATION 
4.1. Formulation d’une hypothèse
4.2. Ajustement des paramètres
CHAPITRE 5. ESTIMATION 
5.1. Filtrage des erreurs
5.2. Cartographie des surfaces
CHAPITRE 6. SYNTHESE 
PARTIE III. RECONCILIATION DE DEUX MESURES D’IMPEDANCE
CHAPITRE 1. INTRODUCTION ET OBJECTIFS
1.1. Bases de données
1.2. Opérations préliminaires à l’analyse géostatistique
1.3. Trace sismique et puits
CHAPITRE 2. ANALYSE EXPLORATOIRE DES SOUS-UNITES S0S1 ET S1S2 
2.1. Généralités
2.2. Histogrammes
2.3. Variations spatiales des impédances
2.4. Variogrammes
CHAPITRE 3. ANALYSE EXPLORATOIRE DES IMPEDANCES 
3.1. Statistiques de base
3.2. Variogrammes expérimentaux
CHAPITRE 4. MODELISATION 
4.1. Ajustement des variogrammes verticaux
4.2. Ajustement des variogrammes horizontaux
CHAPITRE 5. ESTIMATION 
5.1. Estimation de la variable Z
5.2. Voisinage
5.3. Illustration des résultats
CHAPITRE 6. PROPOSITION D’UNE METHODE POUR AMELIORER LA QUALITE DE L’AMPLITUDE 
6.1. Nettoyage du profil
6.2. Variogramme des données propres
6.3. Analyse et validation du résultat
CHAPITRE 7. SYNTHESE 
CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES 
BIBLIOGRAPHIE

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