Récupération Des Amplitudes

8/17/2019 Récupération Des Amplitudes

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LA RECUPERATION DES AMPLITUDES VRAIES DES SIGNAUX***de Peter C. LUH Geop.LE 02/1992***

Nous disposons d’une multitude d’options pour la récupération des amplitudes vraies; mais ces optionss’occupent très peu de savoir comment améliorer le traitement en général. La qualité de la sortie est

fondamentalement conditionnée par la qualité de l’entrée. Il est alors souhaitable de faire le meilleur travailpossible en acquisition des données sismiques pour pouvoir espérer, une fois les données enregistrées,une bonne amélioration du signal.

Les objectifs du traitement sismique sont de deux sortes:d’abord, améliorer le rapport signal sur bruit par l’atténuation du bruit et le rehaussement du signal de façonsimultanée; ensuite, optimiser l'application des phases de traitement sismique afin de produire une sortieiinterprétable.Cet article se focalisera essentiellement sur le premier objectif et décrira comment les signaux sismiquespourraient être récupérés avec robustesse et efficacité à partir des enregistrements bruts.Cette procédure produira des sorties AVO plus sûres pour les producteurs (l’analyse AVO étant unetechnologie émergente qui affine l’information sismique avant sommation et renseigne directement sur lalithologie du sous-sol). L’objectif principal du traitement AVO est de devoir récupérer les amplitudes vraiesdes données distordues par le bruit. Comme il sera décrit plus loin, les signaux AVO distordus par des bruitscohérents de haute énergie peuvent être convenablement récupérés aux premières étapes du traitementsismique; et à partir de là, très peu de distorsions de traitement vont alors passer sur les processus en avalet la qualité de la section finale s'en trouvera améliorée.

Notre schéma de récupération de l’amplitude vraie du signal est basé sur les constats suivants:

• La correction NMO sur les " shots" comprime l'éventail de pendages des signaux des réflexionssismiques et le démarque des bruits cohérents dans le domaine F-K. Une séparation plus large entre lessignaux et les bruits permet une approche automatique (filtrage F-K fixe) pour supprimer les bruits etrécupérer les signaux.

• Les avantages de la méthode seront montrés sur des exemples synthétiques présentés dans lesdomaines " shot" et F-K. Ils seront suivis par trois exemples réels. Les dangers et les usages optimauxde la méthode seront aussi discutés.

Méthode

La technique de récupération des amplitudes vraies du signal consiste à appliquer:

• des corrections NMO provisoires (afin d’apprêter les enregistrements avant le processus d’analyse devitesses) et

• un rejet en vitesse apparente (temps de transit fixe).

Le NMO aligne en temps les événements sismiques avant sommation, résultant en vitesses apparentesrapides (horizontalisation). Le pendage en temps ou le temps de transit fixe de ±0.25ms/m est efficace pour la plupart des données sismiques qui ont été dégradées par du bruit cohérent.Le rejet en vitesses retiendra seulement les événements avec des vitesses apparentes supérieures à

4Km/s. Le NMO inverse est ensuite appliqué, rétablissant les enregistrements dans leur configuration decourbure originelle de sorte que la séquence de traitement établie puisse être poursuivie.Le filtrage F-K aussi connu sous les noms de filtrage en éventail ou de filtrage en vitesses, est souventutilisé dans l’industrie pour des rejets en vitesses apparentes. Les régions passantes ou non passantes seprésentent habituellement comme un éventail limité par deux lignes issues de l’origine du domaine F-K oules pentes des lignes ont des vitesses apparentes spécifiées par l’utilisateur. La puissance du filtre pour éliminer les bruits cohérents est bien connue mais celle du NMO appliqué dans le domaine "shot" avantl’emploi du filtre F-K et appliqué avant les opérations d’organisation en CDP et d’analyse de vitesses est trèspeu usitée.Le filtrage F-K toutefois, est rarement appliqué sur des enregistrements corrigés de NMO au début dutraitement car les vitesses NMO sont seulement obtenues après que l'information ait été triée dans ledomaine CDP et parce que le NMO du domaine "shot" n’aligne pas en temps les réflecteurs inclinés.

Comme il sera montré ci-dessous, les pendages structuraux autorisés sont au moins de 20°. Deux pointsimportants à retenir de cet article sont que des vitesses NMO raisonnables suffisent bien dans le domaine


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"shot" car le NMO est appliqué aux bruits et aux primaires et que le bruit cohérent dispose de contraintesde vitesses apparentes convenant à l’élargissement de la séparation entre le signal et le bruit dans ledomaine F-K après NMO.Le bruit sismique, généré par une source reste plus cohérent dans le domaine "shot"; la couverture dans cedomaine est deux fois la couverture CDP, amoindrissant l’effet de "l’aliasing" spatial ( échantillonnage deréception inadéquat) dans le domaine F-K.

Nous avons trouvé que le filtre FK à rejet fixe peut être appliqué pour une récupération effective du signal et la suppression du bruit.

Exemples synthétiques

Examinons le modèle synthétique avec le signal à offset nul arrivant à 1s. avec une vitesse de courbure de2km/s auquel se superposent deux trains de bruit A et B de vitesses respectives 1 et 1.5km/s. Lesondelettes indépendantes des offsets sont des ondelettes de Ricker à phases nulles de 30, 10 et 20Hz.L’intertrace et l’offset lointain sont 25m et 3000m.Excepté les simplifications associées au signal et au bruit, un tel enregistrement est caractéristique deslignes sismiques conventionnelles 2D. Nous commençons par appliquer le filtrage F-K sans le NMO etensuite nous les comparerons aux résultats avec NMO pour montrer l’amélioration.

Les groupes de filtrages F-K avec les paramètres de rejet indiqués dans les figures 1( b-d) sont appliquésaux traces synthétiques pour éliminer les trains de bruit.Par exemple, la paire de paramètres (+.64; -.08ms/m) dans la figure 1b signifie une région en éventailpassante limitée par deux lignes avec des pentes exprimées en pendages temps dans le domaine F-K;seuls les événements avec des vitesses apparentes comprises entre 12.5 et 1.46km/s sont retenus.La suppression du bruit est satisfaisante seulement pour la figure 1c quoique les parties du signal "aliasé"dans le domaine F-K aient été filtrées (figure 2c). Nous pourrions désigner avec un grand soin une région derejet F-K pour inclure le signal aliasé, mais une telle pratique est dépendante des données et est souventinefficace.En plus, la méthode de récupération des amplitudes vraies du signal, appliquée sur le même synthétique estillustrée par les figures 3 et 4 dans les domaines " shot" et "F-K". La Transformée F-K montre les avantagesdu NMO sur la compression du signal et la démarcation du bruit par rapport au signal.Même quand le bruit exhibe des vitesses apparentes plus rapides après NMO, l’aliasing du bruit résultant dependages de temps moins prononcés a été atténué. Notons que l’effet de repliement de la bordure droitesur la bordure gauche est maintenant absente de la figure 4b. Le NMO inverse rétablit l’événement primairedans sa configuration d’origine après le filtrage F-K (figure 3d).Le choix des paramètres de rejet la figure 4b opposée à la figure 2a) est simple et robuste. La stratégie del'application du NMO avant le filtrage FK est bien connue dans le domaine CDP. Ici, nous soulignons quenous pouvons faire la même chose même dans le domaine "shot". Si nous examinons les miroirs avec leurspendages structuraux; le NMO sur ces miroirs dans le domaine "shot" n'alignent pas les événementsen temps; les courbures hyperboliques seraient seulement amoindries. Dans le cas spécial ou les vitessesde NMO sont les vitesses quadratiques divisées par le cosinus du pendage du miroir, l’événement corrigéde NMO s’aligne dans une direction inclinée et fournit la compression maximale du signal dans le domaineFK. Le but n’est pas d’aligner en temps les signaux primaires mais de les comprimer et de les démarquer favorablement du bruit de sorte qu’un rejet plus effectif de bruit soit possible.Les figures 5-6 montrent le même recouvrement du signal pour des hyperboles de réflexion de 10° super-posées à deux trains de bruit. Notons que le sommet de l'hyperbole du miroir présentant un pendage de 10°dans la figure 5a survient pour une distance d'offset de 0.35km. Une vitesse NMO constante de 2.03km/s(2/cos( 10°)) transforme l'hyperbole en une ligne oblique dans les deux domaines "shot" et "FK" (figures 5bet 6b).La transformée FK du NMO inverse dans la figure 6d montre une petite différence à partir du signal primaireseulement dans la figure 6e. La même procédure est utilisée aussi pour des réflecteurs de pendagesnégatifs.

Rejet fixe de + 0.25ms/s

Le "ground roll" caractérisé par de hautes amplitudes et des vitesses faibles est notoire dansl’obscurcissement des réflexions sismiques primaires. Une vitesse NMO raisonnable pour des événements

primaires est au moins de 1.5 fois la vitesse du "ground roll". Le "ground roll" est connu pour se propager à87-95 % fois la vitesse de l’onde de cisaillement de surface.


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De tous les bassins du monde, la vitesse de cisaillement, à la surface du sol, la plus rapide (par exemplepour les calcaires du Texas Ouest est de 3km/s. Alors le "ground roll" le plus rapide pouvant corrompre laréflexion sismique serait de 2.9km/s. En conséquence, la limite supérieure de la vitesse apparente suivantun tel NMO (après calcul) serait de 4km/s.Un autre bruit cohérent qui corrompt fréquemment les données sismiques est le bruit de diffraction (scatter)dans les environnements marins qui se présentent rarement à une vitesse apparente excédant la vitesse ci-

dessus dans le domaine "shot". La pente de la vitesse de rejet F-K, alors, serait choisie sûrement de sorte àêtre plus grande que celle de 0.25ms/s. Comme les vitesses NMO varient généralement lentement avec letemps et que le bruit se propage plus lentement, les trains de bruit après NMO restent presque linéaires secourbant très légèrement: l’efficacité du filtre F-K demeure bonne.

Exemples réels

Un enregistrement d’une ligne sismique en Oklahoma est dominée par un fort "ground roll" (figure 7).Notons l’événement incliné observé avec un sommet hyperbolique à 1.7s et s’étendant vers la droite destraces à offset proches. Les résultats de l’application du NMO dans le domaine "shot", suivi du filtrage FKavec un rejet de 0.25ms/m et du NMO inverse montrent une excellente récupération du signal.De plus, un enregistrement des différences, entre l’entrée et la récupération du signal montrant le bruit qui aété éliminé, est aussi affiché à la même échelle à l’extrême droite.

Les vitesses NMO utilisées sont des vitesses moyennes de la ligne. Même quand le NMO n’a pas aplatil’événement incliné, le filtrage FK ne semble pas déranger le contenu en fréquences du signal: ce qui peutêtre dû à la douceur de la pente de vitesse de rejet. Le recouvrement du signal et la continuité du signal au-delà du bruit à haute amplitude sont excellents.Le deuxième exemple terrain est issu de « Cook Inlet » en Alaska qui est notoire pour ses conditionsd’acquisition difficiles dues aux courants tidaux, aux couloirs étroits et aux grands galets pavant le fond de lacouche d'eau.Trois tirs représentatifs répartis en couverture pour la clarté des représentations montrent des entréesmutées, une récupération des amplitudes relatives avec les différences dessinées à la même échelled’amplitude (figure 8). Notons que le bruit éliminé dans les enregistrements des différences est plein de bruitde diffraction; il est confirmé par des stries (alignements) de bruit linéaires remarquables dans l'additionbrute (figure 9a).Le troisième exemple vient de la Mer du Nord; ou deux enregistrements montrent des premières arrivéespuissantes (réfractions post-critiques) des sédiments superficiels marins coupant les arrivées réfléchiessuperficielles. La même récupération des amplitudes vraies du signal est appliquée et dessinée à la mêmeéchelle d’amplitude (figure 10). Les enregistrements des différences montrent presque toute l’énergie desces premières arrivées et les bruits de diffraction éliminés. La comparaison de l'addition brute avec l'additionà amplitude préservée montre une grande amélioration de la section finale (figure 11).

Discussion

Pourquoi la même récupération du signal ne peut-elle pas être faite dans le domaine "CDP" avant addition?

Le domaine CDP généralement perd l’avantage de la couverture et celui du manque de cohérence du bruitpar rapport à celui du domaine "shot".

Plus important encore, les bruits de diffraction qui sont la cause des stries de bruits linéaires souventrencontrés dans les sections sommes peuvent être effectivement supprimés dans le domaine " shot" avantaddition mais pas dans le domaine "CDP" avant addition. Quoique les stries des bruits linéaires puissentêtre rejetées des sections sommes, la meilleure voie serait de supprimer les arrivées diffractées dans ledomaine "shot" avant sommation et avant l’organisation en CDP.Une des faiblesses du NMO dans le domaine " shot" est que les événements inclinés ne peuvent pass’aligner avec le temps. La plage de pendages permise dont le non-alignement de courbure est tolérablepour une vitesse apparente donnée de rejet ± p est:

tan|u|


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devrait être appliqué aussi symétriquement que possible pour s’assurer de passer les signauximparfaitement corrigés de courbure et les queues de diffractions (si nécessaires pour la migration sismique(voir figure 11).Lorsque des vitesses NMO approximatives sont nécessitées, la suppression du bruit peut être faite auxtoutes premières étapes du traitement sismique, avant le tri en CDP et l’analyse de vitesse. Une fonctionNMO raisonnable pourrait être tirée des fonctions de vitesses des lignes proches. Grâce à la douceur du

rejet de ±0.25ms/m, n’importe quelle distorsion serait insignifiante, quoique le "stretch" automatique du mutepourrait être appliqué avec l’opération NMO.Le filtrage F-K est souvent considéré comme un filtrage multicanal parce que nous disposons de mises enœuvre efficaces de calcul. Le schéma classique, par exemple, est d’utiliser un filtre 2D tronqué dans ledomaine x-t et d’appliquer une convolution 2D. De telles réalisations impliquant des filtres tronqués et desconvolutions sont inexactes et par conséquent peuvent sérieusement affecter les amplitudes AVO à partir des distorsions du mixage. La mise en œuvre F-K d’origine que nous avons eu à utiliser à travers cet articleest celle qui permet de passer ou de rejeter dans le domaine F-K suivie d'une TF discrète 2D desenregistrements d’entrée. Quand des signaux désires sont bien passés, le mixage élimine exactement pour les événements sismiques qui sont lissés et continus et lentement variables d’une trace à une autre.Le mixage cependant vient quand des "pics" anormaux de bruit ou des chevrons (comme ceux observés par des décalages statiques) sont présents le long des événements sismiques. Alors, le conditionnement propredes données avant le filtrage F-K exige l’édition des traces présentant des spires de bruit; et l’application

des corrections statiques. A proprement parler, même les traces mortes sont aussi des traces de bruit, lorsqu'il est question de lacontinuité du signal. Un meilleur conditionnement interpolera à travers les traces mortes après NMO maisavant le filtrage FK. L’interpolation peut être imparfaite mais elle amoindrit les changements abrupts desdonnées qui précipitent le mixage. L’extrapolation de quelques traces en deçà et au delà des traces àoffsets courts et des traces à offsets longs est aussi utilisée dans la décroissance des effets de bordmineurs associés avec le filtrage F-K conventionnel.Un autre conditionnement utile des données avant le filtrage FK est l’application d'un gain exponentiel pour contrebalancer les amplitudes en fonction du temps d’enregistrement: au lieu d'enlever le gain, cetteopération sert de compensation de premier ordre Q, corrigeant les pertes en amplitudes qui sont dues àl’absorption inélastique du milieu. Aucune méthode ne travaille dans toutes les conditions. Deux exemples d’enregistrements des lignessismiques 2D non appropriés à la présente méthode de récupération du signal, dessinés à des échelles

d’amplitude relative sont donnés sur la figure 12. Le premier exemple montre un bruit accablant proche detous les signaux réfléchis sous les arrivées de l’onde aérienne. L’exemple 2 est plein de bruit provenant desstations de pompage de pétrole. Aucune de ces deux lignes n’est propre à une analyse AVO.Le bénéfice d'une récupération des amplitudes vraies s’étend au- delà de l’analyse AVO. Une telle amélio-ration du signal à des étapes précoces du traitement sismique devrait améliorer le traitement sismique enaval de sorte à ce que peu de distorsions de traitement seraient propagées. Par exemple, la compensationQ et la déconvolution avant sommation utilisant le contenu spectral des données pour estimer desopérateurs de compensation qui seraient distordus en présence du "ground roll" à haute amplitude et àbasses fréquences. De façon similaire, la présence de bruit peut affecter l’analyse des statiques résiduelleset corrompre l’analyse de vitesses.

Conclusions

La suppression du bruit devrait être faite aux toutes premières étapes du traitement sismique. Celaaméliorerait le traitement en aval que l’analyse soit stratigraphique ou lithologique (AVO). Bien que cettestratégie semble évidente pour des géophysiciens expérimentés, l’ennui de la suppression du bruit souventempêche sa pleine implémentation. Nous avons décrit une méthode simple du récupération des amplitudesvraies du signal qui est robuste et efficiente, elle est parfaitement utile pour révéler des signaux AVOcorrompus par des bruits cohérents à haute amplitude; la méthode est simple, elle consiste en :

• l’édition des pics de bruit des traces,

• l’application des décalages statiques appropriés à l’élévation, du NMO dans le domaine " shot", dufiltrage F-K avec un rejet à pendage temps de ± 0.25ms/m et du NMO inverse.

Le NMO corrigé dans le domaine "shot" à de plus grands avantages que dans le domaine CDP, parce quela plupart des bruits sont générés par la source et aussi parce que la couverture est de deux fois celle du

domaine CDP.La correction NMO n’a pas besoin d’être exacte dans le domaine "shot", lorsque le but reste celui decompresser les signaux et de les démarquer du bruit dans le domaine F-K. Les enregistrements résultant de


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l’amélioration du signal sur le NMO inverse sont déjà rétablis à leurs configurations d’origine. Ce qui peutêtre bon pour le traitement AVO serait bon pour le traitement stratigraphique. Au lieu de les considérer comme des séquences de traitement séparées, nous devons qualifier le traitement AVO comme une partieintégrale du traitement stratigraphique pour produire des images précises du sous-sol. L’ingrédientunificateur pour les deux approches est l’amélioration de la haute qualité du signal avant addition.

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