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Résoudre l'équation des ondes est important pour l'imagerie du sous-sol. Différentes méthodes de calcul existent. Les unes sont très coûteuses, les autres sont peu précises dans des milieux complexes. On considère ici la méthode GSP (Generalized Screen Propagatior) qui repose sur un développement de la solution en série de Bremmer et utilise la transformée de Fourier. D'un point de vue théorique, on développe un modèle d'ordre arbitraire. D'un point de vue numérique, on s'intéresse au modèle d'ordre 0. Les résultats essentiels concernent l'optimisation de l'algorithme de calcul de Bremmer. On construit aussi un nouvel opérateur de réflexion dont l'intégration numérique est simplifiée. Enfin le code est écrit de sorte qu'il est possible de le coupler avec des codes existants comme les codes d'équations paraxiales ou les codes reposant sur l'approximation de Born. On présente une série de tests numériques 2D et 3D pour illustrer les performances mais aussi les points faibles du GSP
The solution of the wave equation is a critical to successful depth imaging, and can be solved by several different methods. Some are very accurate but costly to run; others are less expensive, but also less accurate in complex media. We shall consider here the Generalized Screen Propagator (GSP) method, which is based on an expansion of the solution of the Bremmer series, using the Fourier Transform. Theoretically, we have developed a model of arbitrary order. Numerically, this is the zero order model. The key result is an optimization of the Bremmer calculus algorithm. In addition, we have defined a new reflection operator with a simplified numerical formulation. Finally, the code has been written to allow the integration of existing codes, e. G. Paraxial equations, Born approximation. A series of numerical tests in 2D and 3D are presented which illustrate both the performance of the GSP algorithm as well as its limitations

Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour but de développer des outils informatiques qui permettent d'assister le géologue dans la création d'un modèle structural à partir d'un ensemble d'horizons extraits de données sismiques tridimensionnelles. Un ensemble d'algorithmes est proposé pour permettre de passer progressivement d'un ensemble d'horizons représentés par des points à un ensemble de surfaces correctement connectées représentant les horizons et les failles qui les recoupent. La méthode proposée est décomposée en trois parties: • La première partie concerne l'extraction des bords externes et internes des horizons. Les bords externes représentent la limite du domaine d'étude; les bords internes sont les bords recoupés et décalés par les failles. Ces bords seront représentés par des courbes polygonales. • A partir de ces lignes polygonales, la seconde partie permet de définir le squelette du modèle structural; ce squelette contient l'information nécessaire non seulement à la construction des surfaces représentant les horizons et les failles, mais aussi à la définition des contacts horizon-faille, horizon-frontière, faille-faille et faille-frontière. • Finalement, la troisième partie rassemble les applications du squelette du modèle structural; parmi lesquelles, la création de cartes de superpositions des couches sur les failles, la création de cartes de déplacement sur les failles et la création des modèles volumiques faillés de différents types. Les algorithmes proposés tentent de tenir compte des différents cas de figure qui peuvent être rencontrés. Après chaque étape, le résultat automatique p eut être édité par le géologue.

Le segment de la marge nord-andine à la frontière colombienne-équatorienne a été affecté par quatre grands séismes de subduction en 1906, 1942, 1958 et 1979. Les zones de ruptures des trois derniers séismes sont jointives, consécutives vers le nord, et limitées par des structures transversales. Notre objectif est l’obtention d’un modèle 3D de vitesse par inversion tomographique de temps de premières arrivées, pour discuter de l’étendue spatiales de certaines hétérogénéités de vitesse associées au comportement sismique. A partir du modèle tomographique, nous imaginons une plaque plongeante (Nazca) de ~6-8 km d’épaisseur, composée d’une couche fine de sédiments et des couches 2 et 3. En associant l’iso-vitesse 7. 5 km/s au Moho, nous observons une légère augmentation au NE de la zone d’étude de la flexure de la plaque Nazca à son entrée en subduction. La marge (plaque Amérique du Sud) est composée d’une couche sédimentaire qui atteint à km d’épaisseur, et de deux couches de fortes vitesses qui illustrent sa nature océanique. Un buttoir à faible gradient de vitesse (BFGV) et une zone à faible vitesse (ZFV) caractérisent la marge. Le BFGV, qui pourrait correspondre à une zone altérée de la marge, semble limité à l’ouest par la zone de rupture du séisme de 1958. Im pourrait se déformer plastiquement et la rupture sismique s’amortir au front de la marge. Finalement la ZFV se situe à 5-10 km de profondeur et est limitée par la faille d’Esmeraldas, le butoir et la bordure sud du bassin de Manglares. Elle pourrait correspondre à des fluides percolant du chenal de subduction à travers la marge et qui serait piégés par une hétérogénéité dans la marge
Four subduction earthquakes shook Colombia-Ecuador convergent margin in 1906, 1942, 1958 and 1979. The last three earthquake ruptures zones abut between them. They are consecutives towards the North and appear limited by transverse crustal structures. Our aim is to obtain a 3D velocity model of this region by tomographic inversion of first traveltime arrivals, and define some velocity heterogeneities spatial extension associated with the margin seismic behaviour. Our model shows the subducting Nazca plate that has a thickness of ~6-8 km. It consists of a thin sedimentary cover (Vp >3. 5 km/s) and two layers associated with oceanic layer 2 and 3. We correlated the Moho with the iso-velocity 7. 5 km/s. An increase of the plate flexure is observed toward the NE of our study area, where the Nazca plate comes in subduction. The South American margin is made of a sedimentary cover (Vp < 4. 5 km/s) and two layers with high seismic velocities that highlight its oceanic origin. The margin shows two remarkable structures : a low result of fracturation and fluid percolation. It seems to be the seaward limit of the 1958 earthquake rupture zone. This LVGB may have deformed plastically and the seismic rupture could have been absorbed at the margin front. Finally, the LVZ is a feature limited by the Manglares basin, the Esmeraldas fault, and the backstop, at 5-10 km depth. This LVZ could be a region affected by fluids that percolate through the margin from the subduction channel, which may be trapped by heterogeneity of the margin

L'interprétation des images sismiques tridimensionnelles est une étape clé de l'exploration pétrolière. Les enjeux de cette activité sont de produire un modèle des différentes structures, telles que les failles, incluses au sein des données sismiques. Les objectifs multiples de cette thèse, menée en partenariat avec le groupe TOTAL, sont de concevoir, d'implémenter et de valider des techniques innovantes de visualisation et d'interaction aidant à la détection et à la modélisation des failles, supervisée par un interprétateur. Bien que spécifiquement développés à destination d'un contexte opéraionnel particulier, les outils proposés s'appliquent plus généralement à l'ensemble des données volumiques texturées ainsi qu'à la segmentation manuelle de structures tridimentionnelles. Ils s'inscrivent dans un cadre théorique et méthodologique nécessairement pluridisciplinaire qui concerne des domaines aussi divers que la spychologie expérimentale, l'imagerie cognitive, la réalité virtuelle ou encore l'interaction homme-machine.

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont contribué à tester et à valider un certain nombre d’outils indispensables à la mise au point d’un nouveau procédé d’imagerie sismique tridimensionnelle des objets enfouis dans la proche surface. On citera en particulier la mise en place d’une procédure de caractérisation fine du champ de vitesses des terrains superficiels, le développement d’une nouvelle source sismique vibratoire légère haute fréquence, et le développement d’un code de modélisation numérique tridimensionnel permettant de calculer directement la réponse sismique approchée d’un objet enfoui. La mise en oeuvre combinée des méthodes d’inversion tomographique des données de sismique réfraction, et d’inversion de la courbe de dispersion des ondes de Rayleigh permet de caractériser avec une grande précision le champ de vitesses en ondes P et en ondes S du terrain naturel. Notre prototype de source, élaboré à partir d’un pot vibrant, nous a permis de valider un concept innovant de source sismique vibratoire légère et haute fréquence. Le transfert de technologie vers un équipement de type système inertiel plus fiable et plus robuste s’est effectué dans d’excellentes conditions, nous permettant ainsi de disposer d’une source parfaitement adaptée à nos objectifs. Son poids est de 20 kg, avec une surface de couplage au sol n’excédant pas 15 cm par 15 cm. Il est possible de générer différents types de signaux dont les caractéristiques sont entièrement définies par l’utilisateur, sur une plage de fréquence allant de 60 à 2000 Hz. Le signal est parfaitement répétitif avec un contrôle très précis du temps zéro. Le développement d’un nouveau code de modélisation numérique en milieu tridimensionnel, permettant de calculer directement la réponse sismique approchée d’un objet enfoui de forme complexe a été mené à son terme. Ce programme s’appuie sur une hypothèse simplificatrice qui consiste à « remplacer » l’objet par un ensemble de points diffractants répartis suivant une grille tridimensionnelle suffisamment dense. On considère que chacun de ces points est excité par le champ d’onde sismique incident. La réponse sismique approchée de l’objet est obtenue en sommant les radiations individuelles de l’ensemble des points. Le calcul de la perturbation du champ d’onde sismique pour chaque point diffractant s’appuie sur le calcul des dérivées de Fréchet dont la formulation analytique fait intervenir une combinaison des fonctions de Green et de leurs dérivées spatiales et temporelles. Cette approche, qui repose sur le concept de diffraction simple de l’approximation de Born d’ordre 1, a été appliquée à une structure 3D de forme complexe, représentant une fondation de pylône du Réseau de Transport et d’Electricité. Ces travaux nous ont permis d’étudier la limite de validité de la théorie des points diffractants pour la reconstruction de la réponse sismique d’une structure tridimensionnelle. Les mécanismes qui engendrent la réponse sismique de deux fondations de pylônes de type 5i et 4n ont été étudiés, et la géométrie du dispositif d’acquisition a pu être optimisée afin de se placer dans la meilleure configuration possible pour l’imagerie sismique de ces fondations.

L'accès à une image sismique fiable du sous-sol nécessite un modèle de vitesse cinématiquement correct. La tomographie de réflexion permet, si une base de données cinématiques complète et cohérente lui est fournie, de répondre à cette exigence. Or, dans le cas de structures complexes, la propagation des ondes peut conduire à des évènements sismiques difficilement interprétables dans les sections sismiques. La méthode SMART est une méthode séquentielle reposant sur la tomographie de réflexion pour la mise à jour du modèle de vitesse et sur le domaine migre profondeur avant sommation pour l'extraction de l'information cinématique non accessible en temps. Pour déterminer des modèles de vitesse 3d du sous-sol dans le cas de structures complexes, nous proposons la méthode SMART 2d sériée comme alternative à la méthode SMART 3d, à l'heure actuelle non envisageable. Afin d'extraire l'information cinématique d'un jeu de données 3d, nous utilisons des détours dans le domaine migre profondeur 2d avant sommation pour une série de lignes du jeu de données 3d, couplés à une mise à jour du modèle de vitesse par tomographie de réflexion 3d. Les temps de trajet issus de la méthode SMART étant indépendants du modèle de vitesse utilisé pour passer dans le domaine migre profondeur, l'accès à des temps de trajet 3d est assuré. Par ailleurs, nous proposons la construction d'un guide cinématique pour assurer la cohérence des interprétations profondeur 2d sériées et l'extraction d'une base de données cinématiques 3d complète dans le cas d'une propagation 3d des ondes. L'efficacité de la méthode SMART 2d sériée est illustrée sur un jeu de données réelles 3d enregistré au-dessus d'une ride salifère de mer du Nord. Un modèle de vitesse 3d du sous-sol fournissant une image 3d correcte de la base du sel sous la structure salifère a été déterminé. De plus, ce résultat a été obtenu en un temps comparable aux temps de réponse des méthodes couramment utilisées dans l'industrie.

La première partie de ma thèse montre que l'ensemble des techniques hautes fréquences proposées récemment (WKBJ, faisceaux gaussiens, Maslov, approximation paraxiale) s'inscrit dans le cadre unificateur et riche de conséquences d'une approche hamiltonienne. De cette théorie ont émergé de nombreuses applications: tracé rapide des rais clans des milieux à 3 dimensions, tracé entre deux points, interaction des rais avec une interface, calcul des amplitudes dans des milieux complexes à 3 dimensions présentant des interfaces quelconques, calcul explicite des dérivées des sismogrammes par rapport à des perturbations du modèle. La méthode contient, de plus, tous les éléments nécessaires pour calculer par approximation paraxiale et pour construire des faisceaux gaussiens. Un certain nombre de. Ces techniques ont été utilisées pour étudier l'inversion des temps de parcours obtenus lors d'une expérience de sismique réflexion. Une étude de sensibilité a été effectuée afin de déterminer les paramètres du sous sol susceptibles d'être obtenus à partir de ces données. Cette étude nous a permis de proposer une paramétrisation adaptée au problème de la tomographie en réflexion. L'inversion tomographique de données de sismique réflexion est un problème non linéaire. Des techniques pour stabiliser et assurer la convergence de l'inversion ont été développées et testées sur un certain nombre d'exemples synthétiques, puis utilisées pour inverser des données du Bassin Parisien.

Ce mémoire porte sur l'étude et la conception de nouveaux outils d'aide à l'interprétation des images sismiques. L'objectif est de permettre au géologue d'extraire de manière interactive les réseaux de failles tridimensionnelles visibles dans les blocs sismiques. Dans la première partie du manuscrit, nous abordons l'étude des mécanismes perceptifs mis en jeu lors de l'inspection visuelle des données sismiques dans le but de détecter les failles. Cette analyse nous permet de proposer une nouvelle technique de segmentation supervisée, nommée pointé dynamique, qui est présentée dans la deuxième partie du manuscrit. Le mémoire se termine par la présentation de résultats de segmentation obtenus par pointé dynamique.

Les images sismiques tridimensionnelles constituent la principale source d'information dans la géomodélisation des réservoirs pétroliers. Nous proposons ici plusieurs algorithmes, implémentés dans le géomodeleur gOcad, pour automatiser leur interprétation, longue et difficile. Une approche continue du signal sismique nous permet tout d'abord de disposer d'une bibliothèque d'attributs sismiques. Deux méthodes de combinaison de ces attributs sont ensuite étudiés: l'une basée sur l'A. C. P. Et les nuées dynamiques, pour obtenir des faciès sismiques; l'autre, entièrement nouvelle, basée sur des cartes d'interpolation, pour le calcul des méta-attributs. Enfin, deux nouvelles techniques d'extraction automatique des horizons sismiques sont proposées, ainsi que des outils d'éditions. Le pointé des failles est également abordé sous un angle bibliographique
Three-dimensional seismic images are the main source of information for the geomodeling of oil reservoirs. We propose here several algorithms, implemented in the gOcad geomodeling software, to automate their long and difficult interpretation. First, a continuous approach of the seismic signal enables us to implement a library of seismic attributes. Two methods of combination of these attributes are then studied: one based on the P. C. A. And moving centers, to compute seismic facies; the other, entirely new, based on interpolation maps, to compute meta-attributes. Lastly, two new techniques of automatic picking of seismic horizons are proposed, with editing tools. Faults picking is also approached under a bibliographical angle