Mieux visualiser les gisements pétroliers grâce à l'imagerie sismique 3D haute résolution quantitative

L’imagerie sismique des propriétés physiques du sous-sol a des applications majeures dans de multiples domaines tel que le génie civil, l’aléa sismique, l’énergie, la surveillance des zones de stockage et de manière générale pour l’exploration géophysique de zones géodynamiques à différentes échelles d’exploration.

La zone étudiée, d’une superficie de 145km2 pour une profondeur maximale de 4.5km sous 70m de profondeur d’eau, est un réservoir  difficile  à  caractériser car il  présente des zones de gaz dans la couverture sédimentaire pouvant former localement un nuage de gaz entre 1km et 1.5km de profondeur. Le dispositif d’acquisition sismique est formé par une série de câbles sous-marins instrumentés avec 2 300 hydrophones ayant enregistré les signaux sismiques générés par 50 000 sources explosives.
 

Les images 3D du réservoir pétrolier représentées sur la Figure 1 (voir l'article complet) révèlent des structures de faibles dimensions telles que des chenaux fluvioglaciaires sableux à 175m de profondeur (Figure 1c) et les scarifications laissées sur le paleo-fond de mer par des icebergs dérivants à 500m de profondeur (Figure 1d). Une large zone de faible vitesse délimite la géométrie du  nuage de gaz (Figure 1a,e) en périphérie duquel un réseau de fractures est identifié (Figure 1b,e). L’image d’un réflecteur profond, délimitant la base du crétacé sous le réservoir crayeux (Figure 1a,b, flèches blanches), est particulièrement bien identifiable malgré l’écran formé par le nuage de gaz sus-jacent qui s’oppose à la pénétration des ondes sismiques.

Cette imagerie sous écran est rendue possible car la FWI (Full Waveform Inversion) vise à corriger tous les effets de propagation des ondes (les temps de trajet mais aussi les amplitudes) pour les traduire en propriétés géophysiques via la modélisation numérique complète des champs d’ondes sismiques. L'accord obtenu à l’issue de la FWI entre un champ d'onde enregistré sur le fond de la mer lors de la campagne d'acquisition et le champ d'onde calculé lors de ces modélisations est illustré sur la Figure 2 pour une fréquence de 7Hz.
 

Le développement conjugué des moyens de calcul, des technologies d’acquisition sismique et des méthodes d’analyse numérique ont permis de révéler le potentiel de la méthode FWI pour construire des modèles du sous-sol haute résolution quantitatifs. Néanmoins, l’imagerie présentée ici ne reconstruit qu’une propriété physique du sous-sol, en l’occurrence, la vitesse de propagation verticale.

L’enjeu actuel de cette méthode est de prendre en compte, dans la modélisation sismique, une physique des ondes aussi réaliste que possible. Un deuxième enjeu est de reconstruire plusieurs classes de paramètres (vitesses de propagation, densité, atténuation, anisotropie) intervenant dans la description du milieu géologique.

Pour illustrer ce propos, un examen détaillé de la Figure 2 (voir l'article complet) )révèlerait que les amplitudes calculées sont surestimées comparativement aux amplitudes observées lorsque le champ d’onde se propage à travers le nuage de gaz, suggérant ainsi l’empreinte significative des phénomènes d’absorption dans des environnements géologiques chargés en gaz. Par conséquent, imager un paramètre décrivant les effets d’absorption mais aussi de dispersion générés par l’atténuation sismique figure parmi les travaux en cours des chercheurs.