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WO2017220918A1 - Procede de caracterisation du sous-sol d'une region utilisant des signaux sismiques passifs, et systeme correspondant - Google Patents

Procede de caracterisation du sous-sol d'une region utilisant des signaux sismiques passifs, et systeme correspondant Download PDF

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Publication number
WO2017220918A1
WO2017220918A1 PCT/FR2017/051622 FR2017051622W WO2017220918A1 WO 2017220918 A1 WO2017220918 A1 WO 2017220918A1 FR 2017051622 W FR2017051622 W FR 2017051622W WO 2017220918 A1 WO2017220918 A1 WO 2017220918A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
matrix
region
spectral
attributes
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2017/051622
Other languages
English (en)
Inventor
Frédéric Huguet
Alexandre KAZANTSEV
Damien Lavergne
Patrick Egermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Storengy SAS
Original Assignee
Storengy SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to CN201780051917.6A priority Critical patent/CN109642959A/zh
Priority to EP17745785.0A priority patent/EP3475733A1/fr
Priority to AU2017281997A priority patent/AU2017281997A1/en
Priority to CA3028856A priority patent/CA3028856A1/fr
Priority to MX2018016312A priority patent/MX2018016312A/es
Priority to CU2018000156A priority patent/CU20180156A7/es
Priority to US16/311,259 priority patent/US20190243016A1/en
Priority to JP2019520501A priority patent/JP2019519799A/ja
Priority to CR20190031A priority patent/CR20190031A/es
Application filed by Storengy SAS filed Critical Storengy SAS
Priority to BR112018076527-9A priority patent/BR112018076527A2/pt
Priority to RU2019101608A priority patent/RU2019101608A/ru
Publication of WO2017220918A1 publication Critical patent/WO2017220918A1/fr
Priority to ECSENADI201893837A priority patent/ECSP18093837A/es
Priority to PH12018502691A priority patent/PH12018502691A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to CONC2019/0000660A priority patent/CO2019000660A2/es
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/28—Processing seismic data, e.g. for interpretation or for event detection
    • G01V1/288—Event detection in seismic signals, e.g. microseismics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00—Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/60—Analysis

Definitions

  • the invention relates to the general field of subsurface characterization of a region, in particular by studying passive seismic signals, and especially by studying passive seismic signals at low frequencies.
  • Passive seismic signals at low frequencies are signals that illustrate ground displacements that occur naturally in frequencies ranging from 0.1Hz to 10Hz, or even 0.1Hz to 4-5Hz. In these ranges of frequencies, displacements of the ground can be related to the movements of the waves of the ocean which produce waves propagating inside the emerged territories. Human activity (roads, industries) can also generate waves at frequencies above 1Hz.
  • the passive term indicates here that there is no generation of seismic waves by a user or a tool controlled by a user.
  • frequency ranges referred to above are distinct from those which are aimed at high frequency seismic signals which may range from 10 Hz to 150 Hz and which aim in particular at observing the induced seismicity.
  • WO 2010/080366 discloses a method for detecting hydrocarbons using passive seismic data combined with geophysical data of another type (eg, active seismic data).
  • WO 2009/027822 proposes a method for determining the position of hydrocarbon reservoirs in which seismic data is acquired, spectra are obtained from the signals, and maxima of these spectra are obtained to obtain a map. .
  • EP 2030046 also describes a method in which ratios between spectral amplitudes are studied. He also describes a smoothing of the spectra.
  • EP 1960812 and EP 2030046 describe methods in which seismic data are obtained, spectra are obtained from the seismic data, and these spectra are smoothed.
  • WO 2009/081210 discloses a method in which energy is determined in a frequency band of a spectrum obtained by implementing sub-surface displacement measurements.
  • WO 2014/108843 describes a method in which microseismic signals are acquired and in which a convolution is carried out and then a filter is applied.
  • the invention aims in particular to overcome these disadvantages.
  • the present invention responds to this need by proposing a method for characterizing the subsoil of a region, comprising the steps in which:
  • a plurality of spectra are produced which illustrate the spectral density of passive seismic signals obtained in the vicinity of the surface of said region at at least one point of said region where passive seismic signal recordings are implemented, each spectrum being elaborated at from a signal illustrating a displacement,
  • At least one spectral attribute is determined for each frequency occurring in each spectrum so as to obtain a set of spectral attributes associated with recordings and frequencies; said set of attributes is organized in a matrix in which each line is associated with a recording, a principal component analysis method is applied to said matrix to determine principal components for deriving characteristics from said subsoil.
  • displacements can be observed by displacement speed signals or displacement acceleration signals.
  • displacement speed signals will be used.
  • the displacements can be in three directions (a vertical direction and two horizontal directions), and that one can develop spectra associated only with vertical displacements and / or spectra associated only with horizontal displacements.
  • the dimensions of the resulting matrix are the number of record times the number of frequencies for each attribute (the number of frequencies per attribute can be different between different attributes).
  • the inventors have observed that by using a principal component analysis method, main components are obtained which make it easier to show the differences between spectra corresponding to different recordings.
  • the principal component space is the best space for the representations of the differences between the spectra. As a result, this space is a good space to deduce basement characteristics of said region.
  • PCA Principal Component Analysis
  • the spectra obtained here are sampled and they present a finite number of frequencies. These frequencies can be chosen in a wide frequency range, for example a frequency range from 0.1Hz to 4 or 5Hz. It is not necessary to define a more restricted frequency range for implement the invention while this is the case in the method described in US 2008/0021656.
  • the attributes may be any parameter that characterizes a frequency of a spectrum that may vary when the point of the region is in line with a zone containing fluids.
  • the invention differs from the solution described in document US 2008/0021656 in which the only attribute used is the ratio between the vertical and horizontal displacements. The inventors have indeed observed that by using several attributes, a good detection of the presence of fluids is obtained.
  • the passive seismic signals can be obtained by means of seismometers such as the apparatus marketed by the Canadian company NANOMETRICS under the trade name "T-40".
  • seismometers such as the apparatus marketed by the Canadian company NANOMETRICS under the trade name "T-40".
  • Such an apparatus can be buried near the surface of the region, for example at about fifty centimeters deep. Alternatively, it can be placed on the surface if this surface is well coupled to the ground.
  • said displacements are vertical displacements and / or horizontal displacements
  • said spectral attributes for each frequency are of types selected from the group formed by the ratio between the spectral density for the vertical seismic displacements and the spectral density for horizontal seismic displacements, the derivative of the spectral density as a function of the frequency of horizontal seismic displacements, and the derivative of the spectral density as a function of the frequency of vertical seismic displacements.
  • the inventors have observed that a combination of several of these spectral attributes makes it possible to obtain a good detection of the presence of fluids.
  • said derivative of the spectral density as a function of the frequency of the horizontal seismic displacements and / or said derivative of the spectral density as a function of the frequency of the vertical seismic displacements are calculated by application of a regression linear around a selected number of spectral points.
  • the selected points can be obtained by dividing the frequency axis into 0.5 Hz ranges.
  • the development of each spectrum from a signal comprises:
  • This particular mode of implementation makes it possible to obtain a good smoothing of the spectra because it is statistical attributes such as medians that are used.
  • each sub-signal overlaps the previous sub-signal over at least one non-zero duration of the preceding sub-signal, for example 50% of the duration of the previous signal.
  • each attribute of said set of spectral attributes being further associated with a point.
  • each attribute of the set of attributes is associated with a frequency and a point because the record itself is associated with a point that may be different for different records.
  • said recordings are implemented for a predetermined duration and from a predetermined time.
  • a start time in the middle of the night for example from midnight
  • a duration of the order of four hours this allows to acquire signals during periods when anthropogenic noise is the weaker.
  • said recordings are implemented by recording groups set in simultaneously, each group corresponding to a day during which the recordings of this group are implemented,
  • the recordings being implemented at different points of said region and / or from different times.
  • This particular mode of implementation makes it possible to study a region with a limited number of measuring devices.
  • the devices are moved every day in order to cover a region with a good resolution.
  • the columns of said matrix associated with the same attribute are all adjacent. This particular mode of implementation makes it possible to make more observable the influence of one attribute with respect to another attribute by using the principal component analysis.
  • each group of registration is associated with a group of rows of the matrix, and for each group of lines, a standardization of the values of the attributes is implemented.
  • these groups of lines can be grouped consecutively in the same group.
  • the normalization makes it possible to obtain values of attributes which fall in the same ranges of values, even if the changes of position of the sensors make appear changes in the amplitude of the signals acquired by Recordings. Normalization can be reduced centered normalization.
  • said principal components are projectors, and said matrix is projected on each projector so as to obtain for each projector a graphical representation of said region presenting the result of the projection of the matrix for each point.
  • a number K of projectors is determined among said projectors.
  • a number of projectors is selected according to at least one criterion.
  • This criterion can for example make it possible to determine that a projector provides a good graphical representation of the subsoil of the region or the evolution over time of this subsoil.
  • the skilled person will know appreciate this criterion based on data relating to the subsoil obtained by means other than those actually part of the invention, or according to his knowledge of the soil structure of the region.
  • the determination of K projectors can be made by determining whether an anomaly appears at a location where variations are expected.
  • the anomaly may correspond to the structural form of a geological trap.
  • This particular mode of implementation is particularly adapted to the study of the evolution of a storage tank whose extent is known by means of initial analyzes implemented by other means (wells, etc.). .
  • the method further comprises:
  • the organized classification method may be a method well known to those skilled in the art under the acronym "SOM”("Self Organized Map") or the “GTM”("Generative topography map”) method.
  • N is chosen strictly greater than 1, and it may be of the order of ten or several tens.
  • a class number is assigned to each line to represent the intensity of the anomaly (that is, the variation in the spectra). These class numbers can be represented on a grayscale scale. Different lines may have the same class number.
  • a class leader can be defined as the center of gravity of all rows to which the class number has been assigned.
  • the class leader may be the line closest to the center of gravity, and this may be for example determined by an Euclidean metric.
  • the method further comprises:
  • the pseudo-inversion step is implemented before the application of a classification method.
  • the invention also relates to a system for characterizing the subsoil of a region, comprising: a module for producing a plurality of spectra which illustrate the spectral density of passive seismic signals obtained in the vicinity of the surface of said region at at least one point of said region where passive seismic signal recordings are implemented, each spectrum being developed from a signal illustrating a displacement,
  • a module for determining at least one spectral attribute for each frequency appearing in each spectrum capable of supplying a set of spectral attributes associated with recordings and at frequencies
  • This system can be configured for the implementation of all modes of implementation of the method as described above.
  • the invention also proposes a computer program comprising instructions for performing the steps of the method as defined above when said program is executed by a computer.
  • the computer programs mentioned in this presentation can use any programming language, and be in the form of source code, object code, or intermediate code between source code and object code, such as in a partially compiled form, or in any other desirable form.
  • the invention also proposes a computer-readable recording medium on which is recorded a computer program comprising instructions for performing the steps of the method as defined above.
  • the recording (or information) media mentioned in this disclosure may be any entity or device capable of storing the program.
  • the medium may comprise storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or a magnetic recording medium, for example a floppy disk or a disk. hard.
  • the recording media may correspond to a transmissible medium such as an electrical or optical signal, which may be conveyed via an electrical or optical cable, by radio or by other ways.
  • the program according to the invention can be downloaded in particular on an Internet type network.
  • the recording media may correspond to an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the method in question.
  • FIG. 1 schematically represents steps of a method according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 schematically represents a system according to one embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a sectional view of the subsoil of a region
  • FIG. 4 schematically illustrates obtaining a spectrum from a signal
  • FIG. 5 represents the matrix in which the attributes are organized
  • FIG. 6 represents the projection of the matrix on the projectors
  • FIG. 7 is a graph which illustrates the classification of the vectors reprojected
  • FIG. 8 illustrates the graphical representation obtained after the association of a parameter with each re-projected vector.
  • FIG. 1 schematically shows various steps of a method for characterizing the subsoil of a region.
  • This method can be used to determine whether fluids or several phases of a fluid are present in the subsoil of a region.
  • Typical applications for using this process are, for example, monitoring tanks containing hydrocarbons (eg natural gas), steam and various types of gases (eg CO2, H2), hydrocarbon prospecting, prospecting in the field of geothermal energy.
  • hydrocarbons eg natural gas
  • steam and various types of gases eg CO2, H2
  • a plurality of spectra are produced which illustrate the spectral density of passive seismic signals obtained in the vicinity of the surface of said region at at least one point of said region where signal recordings are implemented.
  • passive seismic each spectrum being developed from a signal illustrating a displacement.
  • steps of acquisition of the signals illustrating horizontal displacements (possibly two signals in different directions) and / or vertical have been implemented previously.
  • These signals can be acquired using seismometers such as the apparatus marketed by the Canadian company NANOMETRICS under the trade name "T-40".
  • seismometers such as the apparatus marketed by the Canadian company NANOMETRICS under the trade name "T-40".
  • Such devices may be arranged regularly in the vicinity of the surface of a region or on the surface of the region, as will be described later with reference to Figure 3, and these devices are preferably used at night to reduce the anthropic noise.
  • the signals are all associated at a time and / or at a location or point in the region studied here.
  • an apparatus such as the one mentioned above provides displacement speed signals which illustrate the displacement.
  • Each spectrum can be obtained from the corresponding signal by determining the spectral power density of this signal ("PSD: Power Spectral Density" in English). It is also possible to implement a treatment aimed at smoothing the spectrum obtained, as will be described with reference to FIG. 4 below.
  • PSD Power Spectral Density
  • spectra or even spectra are obtained that may comprise a spectrum associated with the horizontal displacements and a spectrum associated with the vertical displacements, these spectra being associated with the recordings and therefore with their properties which are the point of the region and the moment or day of acquisition.
  • the spectra are sampled and they aim at a finite number of frequencies included in a wide range chosen beforehand.
  • spectral attributes are determined. These attributes may be selected from the group consisting of the ratio between the spectral density for vertical seismic displacements and the spectral density for horizontal seismic displacements, the derivative of the spectral density as a function of the frequency of horizontal seismic displacements, and the derivative the spectral density versus the frequency of vertical seismic displacements.
  • the derivative of the spectral density as a function of the frequency of the horizontal seismic displacements and / or said derivative of the spectral density as a function of the frequency of the vertical seismic displacements can be calculated by applying a linear regression around a selected number of spectral points.
  • the points chosen can be obtained by dividing the frequency axis in ranges of 0.5 Hz.
  • the step E02 makes it possible to obtain a set of attributes associated with frequencies (which may be different between the different types of attributes), with records and therefore with points of the region, and with times and / or days when the signals were acquired.
  • this set of attributes is organized in a matrix in which each row is associated with a record (i.e. at a point in the region, and at a time and / or a day when the registration has been implemented).
  • a principal component analysis method is applied to said components to determine principal components to derive features of said subsoil.
  • FIG. 2 diagrammatically shows a system 1 able to implement the steps E01 to E04 described with reference to FIG.
  • the system 1 can be a computer system and it comprises a processor 2, and a memory 3.
  • the computer program 4 includes instructions 41 for the implementation of step E01, instructions 42 for implementing step E02, instructions 43 for implementing step E03, and instructions 44 for the implementation of step E04.
  • seismometers 100 have been buried near the surface of the region and seismometers 100 belonging to a group 101 are visible in the plane of the section.
  • the seismometers 100 have for example been buried at about fifty centimeters deep. Such an installation is particularly simple for a technician.
  • the seismometers can be placed on the surface since this configuration makes it possible to obtain a good coupling with the ground.
  • the skilled person will be able to place the seismometers to obtain a good coupling.
  • the subsoil of the region here comprises a zone 200 containing gas, and a zone 300 containing water.
  • This region can be a reservoir. The presence of these two fluids in different phases makes possible the implementation of the method according to the invention.
  • the seismometer 100 of the group 101 disposed in the middle in the figure will have different spectra than those of the seismometers 100 arranged on the right and left, because only the middle seismometer is disposed vertically above the reservoir.
  • group measurements can be implemented.
  • the seismometers 100 are arranged to form the group 101 and acquire data.
  • the seismometers 100 are arranged to form the group 102 and acquire data.
  • the seismometers 100 are arranged to form the group 103 and acquire data.
  • the seismometers 100 are arranged to form the group 104 and acquire data.
  • FIG. 4 schematically shows obtaining a spectrum from a signal, for example a signal obtained by seismometers 100 described with reference to FIG. 3.
  • a signal GIS which illustrates the movements, here the speed of movement, in one direction. This signal was acquired during a 4-hour acquisition implemented from midnight: this reduces the appearance of anthropogenic noise.
  • the SIG signal may be divided into a plurality of sub-signals all having the same duration, the sub-signals being consecutive and each sub-signal overlapping here the previous sub-signal on at least half the duration of the previous sub-signal. (This overlap is not mandatory) In the figure of the sub-signals are represented by braces under the signal SIG.
  • certain sub-signals can be discarded and not be processed afterwards if they have too much noise.
  • Sub-spectrum is then developed for each sub-signal.
  • three spectral density sub-spectra have been represented: PSD_1, PSD_2 and PSD_3.
  • a median value of the spectral density is determined from the spectral density values for that frequency in each sub-spectrum.
  • the spectrum PSD_m is then obtained from all the median values. In other words, the spectrum is formed by these median values.
  • the organization of the attributes within a matrix M is represented, for organizing attributes obtained for signals all acquired at different points on days that may be different.
  • Attr_i attribute of type i
  • xj point j in the region (this point is related to the day of the measurements)
  • f_k frequency k of the spectral attribute.
  • each line is associated with a record and a point xj of the region, and each column is associated with an attribute type Attr_i and a frequency f_k of spectral attribute.
  • the columns of said matrix associated with the same attribute are all adjacent.
  • the rows of said matrix corresponding to groups of records implemented simultaneously are all grouped in the matrix to form groups of lines, and each group is associated with one day in this example.
  • a standardization of the values of the attributes is implemented.
  • each line can be an individual and each column is a variable.
  • Principal component analysis will provide principal components called projectors.
  • the projectors are therefore vectors denoted p having a length L equal to the product of the number of different types of attributes and the number of frequencies present for each type of attribute.
  • FIG. 6 Such graphical representations have been shown in FIG. 6.
  • four graphic representations corresponding to projectors have been represented: PRJ1, PPJ2, PPJ3, and PPJ4. Highlighted on these graphical representations is the contour of a known RES reservoir.
  • the projectors PRJ1 and PRJ2 are considered good projectors.
  • a number K equal to 2 of projectors was determined, these projectors being denoted pl and p2.
  • the matrix can then be projected on the two projectors p1 and p2 by means of the following formula:
  • the individuals present in this second matrix are represented in their initial coordinate system represented by the axes x1, x2. Each individual corresponds to a cross on the figure.
  • This figure also shows the axes which correspond to two projectors retained referenced el and e2 which do not sufficiently represent the anomaly.
  • the class number here represents the intensity of the anomaly in the subsoil of the region.
  • circle centers are considered here as class leaders.
  • the obtained map is represented by displaying the value of the intensity of the anomaly by means of a class number for each point of the region, this map being obtainable after the pseudo-inversion.
  • This figure also shows for each class leader the curves which show the variations as a function of the frequency of the attributes corresponding to the heads of classes, for two attributes, the derivative of the spectrum corresponding to the vertical displacements as a function of the frequency, and the ratio between vertical and horizontal displacements.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de caractérisation du sous-sol d'une région, comprenant les étapes dans lesquelles : - on élabore (E01) une pluralité de spectres qui illustrent la densité spectrale de signaux sismiques passifs obtenus au voisinage de la surface de ladite région à au moins un point de ladite région où sont mis en œuvre des enregistrements des signaux sismiques passifs, chaque spectre étant élaboré à partir d'un signal illustrant un déplacement, - on détermine (E02) au moins un attribut spectral pour chaque fréquence apparaissant dans chaque spectre de manière à obtenir un ensemble d'attributs spectraux associés à des enregistrements et à des fréquences, - on organise (E03) ledit ensemble d'attributs dans une matrice dans laquelle chaque ligne est associée à un enregistrement, - on applique (E04) une méthode d'analyse en composantes principales à ladite matrice pour déterminer des composantes principales pour en déduire des caractéristiques dudit sous-sol.

Description

Procédé de caractérisation du sous-sol d'une région utilisant des signaux sismiques passifs, et système correspondant
Arrière-plan de l'invention
L'invention se rapporte au domaine général de la caractérisation du sous-sol d'une région, notamment en étudiant des signaux sismiques passifs, et tout particulièrement en étudiant des signaux sismiques passifs à basses fréquences.
Les signaux sismiques passifs à basses fréquences sont des signaux qui illustrent les déplacements du sol qui apparaissent naturellement dans des fréquences allant de 0,1Hz à 10Hz, voire de 0,1Hz à 4-5Hz. Dans ces gammes de fréquences, des déplacements du sol peuvent être liés aux mouvements des vagues de l'océan qui produisent des ondes se propageant à l'intérieur des territoires émergés. L'activité humaine (routes, industries) peut également générer des ondes à des fréquences supérieures à 1Hz.
On notera que le vocable passif indique ici qu'il n'y a pas de génération d'ondes sismiques par un utilisateur ou un outil contrôlé par un utilisateur.
On notera également que les gammes de fréquences visées ci- avant sont distinctes de celles qui visent les signaux sismiques haute fréquence qui peuvent aller de 10Hz à 150Hz et qui visent notamment l'observation de la sismicité induite.
Il a été décrit dans le document « Phenomenology of tremor-like signais observed over hydrocarbon réservoirs » (S. Dangel et al, Journal of Volcanology and Geothermal Research) qu'à l'aplomb d'un réservoir souterrain contenant des hydrocarbures (donc comprenant plusieurs fluides ou plusieurs phases d'un même fluide), on observe dans les spectres des signaux un pic de fréquence compris entre 1,5Hz et 4Hz. De ce fait, l'observation de ces signaux permet de déterminer si plusieurs fluides ou plusieurs phases d'un même fluide sont présents dans le sous- sol d'une région.
Dès lors, il est possible, en étudiant des signaux sismiques passifs à basse fréquence, de suivre l'évolution d'un réservoir utilisé pour le stockage d'hydrocarbures (par exemple de gaz naturel), de la vapeur et divers types de gaz (par exemple 032, H2), ou encore de mettre en œuvre des opérations de prospection des hydrocarbures ou des aquifères contenant de l'eau et de la vapeur dans le domaine de la géothermie.
De l'état de la technique antérieure, on connaît les documents suivants :
Le document US 2008/0021656 décrit un procédé pour traiter des données sismiques dans lequel on acquiert des signaux sismiques passifs, on obtient des spectres de ces signaux, on calcule le rapport entre les composantes verticales des spectres et les composantes horizontales des spectres, et on met en œuvre une intégration de ce rapport. Pour mettre en œuvre le procédé décrit dans ce document, il est nécessaire de choisir une gamme de fréquence dans laquelle le traitement sera mis en œuvre. Cette solution n'est pas suffisamment flexible, et les résultats obtenus avec ce procédé ne sont pas suffisamment précis.
Le document WO 2010/080366 divulgue une méthode pour détecter des hydrocarbures en utilisant des données sismiques passives combinées avec des données géophysiques d'un autre type (par exemple des données sismiques actives).
Le document WO 2009/027822 propose une méthode de détermination de la position de réservoirs d'hydrocarbures dans laquelle on acquiert des données sismiques, on obtient des spectres à partir des signaux, et l'on détermine des maxima de ces spectres pour obtenir une carte.
Le document EP 2030046 décrit également un procédé dans lequel on étudie des rapports entre des amplitudes de spectres. Il décrit également un lissage des spectres.
Le document EP 1960812 et le document EP 2030046 décrivent des procédés dans lequel on obtient des données sismiques, on obtient des spectres à partir des données sismiques, et on lisse ces spectres.
Le document WO 2009/081210 décrit un procédé dans lequel on détermine une énergie dans une bande de fréquence d'un spectre obtenu en mettant en œuvre des mesures de déplacement sous la surface.
Le document US 2014/0254319 décrit l'acquisition de signaux sismiques passifs. Ce document propose d'utiliser un filtre passe-bas pour les fréquences allant de 0 à 5Hz car c'est dans ces fréquences que seraient observés des phénomènes à partir des signaux sismiques passifs. Dans ce document, les signaux sont transformés vers le domaine fréquence-nombre d'onde.
Le document WO 2014/108843 décrit une méthode dans laquelle on acquiert des signaux de microséismes et dans laquelle on effectue une convolution puis on applique un filtre.
Les solutions décrites dans ces documents ne sont pas satisfaisantes. Elles ne permettent pas de déterminer de manière suffisamment précise que des fluides ou des phases différentes sont présents dans le sous-sol d'une région. En effet, ces méthodes sont très sensibles au bruit anthropique et il peut être délicat de déterminer précisément de distinguer les régions ou des fluides sont présents des autres.
Certaines méthodes requièrent la détermination préalable d'une gamme de fréquence à observer. Cette solution n'est pas satisfaisante car elle peut ne pas prendre en compte des anomalies qui apparaissent en dehors de la gamme de fréquence à observer.
L'invention vise notamment à pallier ces inconvénients.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention répond à ce besoin en proposant un procédé de caractérisation du sous-sol d'une région, comprenant les étapes dans lesquelles :
- on élabore une pluralité de spectres qui illustrent la densité spectrale de signaux sismiques passifs obtenus au voisinage de la surface de ladite région à au moins un point de ladite région où sont mis en œuvre des enregistrements des signaux sismiques passifs, chaque spectre étant élaboré à partir d'un signal illustrant un déplacement,
- on détermine au moins un attribut spectral pour chaque fréquence apparaissant dans chaque spectre de manière à obtenir un ensemble d'attributs spectraux associés à des enregistrements et à des fréquences, - on organise ledit ensemble d'attributs dans une matrice dans laquelle chaque ligne est associée à un enregistrement, - on applique une méthode d'analyse en composantes principales à ladite matrice pour déterminer des composantes principales pour en déduire des caractéristiques dudit sous-sol.
On peut noter que les déplacements peuvent être observés par des signaux de vitesse de déplacement ou encore des signaux d'accélération de déplacement. Préférentiellement, on utilisera des signaux de vitesse de déplacement. On peut aussi noter que les déplacements peuvent être selon trois directions (une direction verticale et deux directions horizontales), et que l'on peut élaborer des spectres associés aux seuls déplacements verticaux et/ou des spectres associés aux seuls déplacements horizontaux.
Aussi, les dimensions de la matrice obtenue sont le nombre d'enregistrement fois le nombre de fréquences pour chaque attribut (le nombre de fréquences par attribut peut être différent entre différents attributs).
Les inventeurs ont observé qu'en utilisant une méthode d'analyse en composantes principales, on obtient des composantes principales qui font plus facilement apparaître les différences entre des spectres correspondant à différents enregistrements. En fait, l'espace des composantes principales est le meilleur espace pour les représentations des différences entre les spectres. De ce fait, cet espace est un bon espace pour en déduire des caractéristiques du sous-sol de ladite région.
Il est possible, en utilisant les composantes principales, d'obtenir une représentation graphique de la région si plusieurs points sont étudiés, et cette représentation illustre la présence de fluides sous-jacents. Si un unique point est étudié au moyen de plusieurs signaux acquis à des instants différents, on peut observer des variations dans le temps, dans la mesure où la quantité de fluide évolue dans le temps.
On notera que l'analyse en composantes principales est mieux connue de l'homme du métier sous l'acronyme anglo-saxon « PCA » (« Principal Component Analysis »).
Aussi, comme on peut le concevoir, les spectres obtenus sont ici échantillonnés et ils présentent un nombre fini de fréquences. Ces fréquences peuvent être choisies dans une gamme de fréquence large, par exemple une gamme de fréquence allant de 0,1Hz à 4 ou 5Hz. Il n'est pas nécessaire de définir une gamme de fréquence plus restreinte pour mettre en œuvre l'invention alors que tel est le cas dans le procédé décrit dans le document US 2008/0021656.
On peut également noter que les attributs peuvent être tout paramètre qui caractérise une fréquence d'un spectre susceptible de varier lorsque le point de la région est à l'aplomb d'une zone contenant des fluides. Ainsi, en utilisant plusieurs attributs, l'invention se distingue de la solution décrite dans le document US 2008/0021656 dans lequel le seul attribut utilisé est le rapport entre les déplacements verticaux et horizontaux. Les inventeurs ont en effet observé qu'en utilisant plusieurs attributs, on obtient une bonne détection de la présence de fluides.
Par ailleurs, dans la présente invention, les signaux sismiques passifs peuvent être obtenus au moyen de sismomètres tel que l'appareil commercialisé par la société canadienne NANOMETRICS sous la dénomination commerciale « T-40 ». Un tel appareil peut être enfoui au voisinage de la surface de la région, par exemple à une cinquantaine de centimètres de profondeur. Alternativement, il peut être posé sur la surface si cette surface est bien couplée au sol.
Selon un mode particulier de mise en œuvre, lesdits déplacements sont des déplacements verticaux et/ou des déplacements horizontaux, et lesdits attributs spectraux pour chaque fréquence sont de types choisis dans le groupe formé par le rapport entre la densité spectrale pour les déplacements sismiques verticaux et la densité spectrale pour les déplacements sismiques horizontaux, la dérivée de la densité spectrale en fonction de la fréquence des déplacements sismiques horizontaux, et la dérivée de la densité spectrale en fonction de la fréquence des déplacements sismiques verticaux.
Les inventeurs ont observé qu'une combinaison de plusieurs de ces attributs spectraux permettait d'obtenir une bonne détection de la présence de fluides.
Selon un mode particulier de mise en œuvre, ladite dérivée de la densité spectrale en fonction de la fréquence des déplacements sismiques horizontaux et/ou ladite dérivée de la densité spectrale en fonction de la fréquence des déplacements sismiques verticaux sont calculées par application d'une régression linéaire autour d'un nombre choisis de points de spectres. Les points choisis peuvent être obtenus par une division de l'axe des fréquences en plages de 0,5Hz.
Selon un mode particulier de mise en œuvre, l'élaboration de chaque spectre à partir d'un signal comporte :
- une division du signal en une pluralité de sous-signaux consécutifs ayant tous la même durée,
- une élaboration d'un sous-spectre de densité spectrale pour chaque sous-signal,
- pour chaque fréquence des sous-spectres, une détermination d'un attribut statistique (par exemple la médiane) de la densité spectrale à partir des valeurs de densité spectrale pour cette fréquence dans chaque sous-spectre,
- une obtention dudit spectre à élaborer à partir de tous les attributs statistiques de toutes les fréquences.
Ce mode particulier de mise en œuvre permet d'obtenir un bon lissage des spectres car ce sont des attributs statistiques tels que des médianes qui sont utilisées.
Selon un mode particulier de mise en œuvre, chaque sous-signal chevauche le précédent sous-signal sur au moins une durée non nulle du sous-signal précédent, par exemple 50% de la durée du signal précédent.
Selon un mode particulier de mise en œuvre, lesdits enregistrements sont mis en œuvre, ou éventuellement tous mis en œuvre, en des points différents de ladite région, chaque attribut dudit ensemble d'attributs spectraux étant en outre associé à un point. En d'autres termes, chaque attribut de l'ensemble d'attributs est associé à une fréquence et à un point car l'enregistrement lui-même est associé à un point qui peut être différent pour différents enregistrements.
Selon un mode particulier de mise en œuvre, lesdits enregistrements sont mis en œuvre pendant une durée prédéterminée et à partir d'une heure prédéterminée.
On pourra préférentiel lement choisir une heure de départ située au milieu de la nuit (par exemple à partir de minuit) et une durée de l'ordre de quatre heures : ceci permet d'acquérir des signaux pendant les périodes ou le bruit anthropique est le plus faible.
Selon un mode particulier de mise en œuvre, lesdits enregistrements sont mis en œuvre par groupes d'enregistrements mis en œuvre simultanément, chaque groupe correspondant à un jour au cours duquel les enregistrements de ce groupe sont mis en œuvre,
les enregistrements étant mis en œuvre en des points différents de ladite région et/ou à partir d'instants différents.
Ce mode particulier de mise en œuvre permet d'étudier une région avec un nombre limité d'appareils de mesure. Dans ce mode particulier de réalisation, on déplace tous les jours les appareils pour pouvoir couvrir une région avec une bonne résolution.
Selon un mode particulier de mise en œuvre, les colonnes de ladite matrice associées à un même attribut sont toutes adjacentes. Ce mode particulier de mise en œuvre permet de rendre davantage observable l'influence d'un attribut par rapport à un autre attribut en utilisant l'analyse en composantes principales.
Selon un mode particulier de mise en œuvre, chaque groupe d'enregistrement est associé à un groupe de lignes de la matrice, et pour chaque groupe de lignes, on met en œuvre une normalisation des valeurs des attributs.
On peut noter que dans la matrice, on peut grouper ces groupes de lignes en les plaçant consécutivement dans un même groupe.
Aussi, chaque groupe étant associé à un jour, la normalisation permet d'obtenir des valeurs d'attributs qui tombent dans les mêmes gammes de valeurs, même si les changements de position des capteurs font apparaître des changements dans l'amplitude des signaux acquis par les enregistrements. La normalisation peut être une normalisation centrée réduite.
Selon un mode particulier de mise en œuvre, lesdites composantes principales sont des projecteurs, et l'on projette ladite matrice sur chaque projecteur de manière à obtenir pour chaque projecteur une représentation graphique de ladite région présentant le résultat de la projection de la matrice pour chaque point.
Selon un mode particulier de mise en œuvre, on détermine un nombre K de projecteurs parmi lesdits projecteurs. En d'autres termes, on sélectionne un nombre de projecteurs en fonction d'au moins un critère. Ce critère peut par exemple permettre de déterminer qu'un projecteur fournit une bonne représentation graphique du sous-sol de la région ou de l'évolution dans le temps de ce sous-sol. L'homme du métier saura apprécier ce critère en fonction de données relatives au sous-sol obtenues par des moyens autres que ceux faisant à proprement parler partie de l'invention, ou en fonction de sa connaissance de la structure du sol de la région.
Par exemple, si la représentation graphique est une carte de la région en niveaux de gris, la détermination des K projecteurs peut être réalisée en déterminant si une anomalie apparaît à un endroit ou des variations sont attendues. A titre indicatif, l'anomalie peut correspondre à la forme structurale d'un piège géologique.
Ce mode particulier de mise en œuvre est particulièrement adapté à l'étude de l'évolution d'un réservoir de stockage dont l'étendue est connue au moyen d'analyses initiales mises en œuvre par d'autres moyens (puits, etc.).
Selon un mode particulier de mise en œuvre, le procédé comporte en outre :
- une projection de ladite matrice sur lesdits K projecteurs de manière à obtenir pour chaque ligne de ladite matrice un vecteur de longueur K,
- une obtention d'une deuxième matrice à partir desdits vecteurs de longueur K,
- une application à la deuxième matrice d'une méthode de classification organisée à une ou deux dimensions pour obtenir N classes de lignes,
- une attribution d'au moins un numéro de classe à chaque ligne de la matrice représentant une intensité d'une anomalie du sous-sol de la région,
- une élaboration d'un chef de classe pour chaque classe de lignes,
- une obtention d'une troisième matrice de dimensions N fois K à partir desdits chefs de classes,
- une application d'une méthode de pseudo-inversion à ladite troisième matrice pour obtenir une quatrième matrice de dimensions N fois le nombre de fréquences apparaissant dans chaque ligne de la matrice initiale des attributs spectraux.
La méthode de classification organisée peut être une méthode bien connue de l'homme du métier sous l'acronyme anglo-saxon « SOM » (« Self Organized Map ») ou encore la méthode « GTM » (« Generative topographie map »). N est choisi strictement supérieur à 1, et il peut être de l'ordre d'une dizaine ou de plusieurs dizaines.
Pour une classification à une dimension, un numéro de classe est attribué à chaque ligne pour représenter l'intensité de l'anomalie (c'est-à- dire la variation dans les spectres). Ces numéros de classe peuvent être représentées sur une échelle en niveaux de gris. Différentes lignes peuvent avoir le même numéro de classe.
Si une classification à deux dimensions est utilisée, d'autres méthodes de représentation peuvent être utilisées, par exemple en combinant deux échelles de couleurs complémentaires.
On peut noter que pour chaque numéro de classe, on peut définir un chef de classe comme étant le barycentre de toutes les lignes auxquelles le numéro de classe a été attribuée. Alternativement, le chef de classe peut être la ligne la plus proche du barycentre, et cela peut être par exemple déterminé par une métrique Euclidienne.
Alternativement, le procédé comporte en outre :
- une projection de ladite matrice sur lesdits K projecteurs de manière à obtenir pour chaque ligne de ladite matrice un vecteur de longueur K,
- une obtention d'une deuxième matrice à partir desdits vecteurs de longueur K,
- une application d'une méthode de pseudo-inversion à ladite deuxième matrice pour obtenir une troisième matrice ayant les mêmes dimensions que ladite matrice initiale des attributs spectraux,
- une application à la troisième matrice d'une méthode de classification organisée à une ou deux dimensions pour obtenir N classes de lignes,
- une attribution d'au moins un numéro de classe à chaque ligne de la matrice représentant une intensité d'une anomalie du sous-sol de la région,
- une élaboration d'un chef de classe pour chaque classe de lignes, - une obtention à partir desdits chefs de classe d'une quatrième matrice de dimensions N fois le nombre de fréquence apparaissant dans chaque ligne de la matrice initiale des attributs spectraux.
Dans cette variante, l'étape de pseudo-inversion est mise en œuvre avant l'application d'une méthode de classification.
L'invention concerne également un système de caractérisation du sous-sol d'une région, comprenant : - un module d'élaboration d'une pluralité de spectres qui illustrent la densité spectrale de signaux sismiques passifs obtenus au voisinage de la surface de ladite région à au moins un point de ladite région où sont mis en œuvre des enregistrements des signaux sismiques passifs, chaque spectre étant élaboré à partir d'un signal illustrant un déplacement,
- un module de détermination d'au moins un attribut spectral pour chaque fréquence apparaissant dans chaque spectre apte à fournir un ensemble d'attributs spectraux associés à des enregistrements et à des fréquences,
- un module d'organisation dudit ensemble d'attributs dans une matrice dans laquelle chaque ligne est associée à un enregistrement,
- un module d'application d'une méthode d'analyse en composantes principales à ladite matrice pour déterminer des composantes principales à ladite matrice pour en déduire des caractéristiques dudit sous-sol.
Ce système peut être configuré pour la mise en œuvre de tous les modes de mise en œuvre du procédé tel que décrit ci-avant.
L'invention propose également un programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé tel que défini ci-avant lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur.
On peut noter que les programme d'ordinateur mentionnés dans le présent exposé peuvent utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.
L'invention propose également un support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé tel que défini ci-avant.
Les supports d'enregistrement (ou d'information) mentionnés dans le présent exposé peuvent être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy dise) ou un disque dur.
D'autre part, les supports d'enregistrement peuvent correspondre à un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.
Alternativement, les supports d'enregistrement peuvent correspondre à un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple dépourvu de tout caractère limitatif.
Sur les figures :
- la figure 1 représente de façon schématique des étapes d'un procédé selon un mode de mise en œuvre de l'invention,
- la figure 2 représente de façon schématique un système selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 3 est une vue en coupe du sous-sol d'une région,
- la figure 4 illustre de manière schématique l'obtention d'un spectre à partir d'un signal,
- la figure 5 représente la matrice dans laquelle les attributs sont organisés,
- la figure 6 représente la projection de la matrice sur les projecteurs,
- la figure 7 est un graphique qui illustre le classement des vecteurs reprojetés,
- la figure 8 illustre la représentation graphique obtenue après l'association d'un paramètre à chaque vecteur re-projeté.
Description détaillée d'un mode de réalisation
Nous allons maintenant décrire un système et un procédé de caractérisation du sous-sol d'une région, conformément à un mode particulier de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté de manière schématique différentes étapes d'un procédé de caractérisation du sous-sol d'une région.
Ce procédé peut être mis en œuvre pour déterminer si des fluides ou plusieurs phases d'un fluide sont présents dans le sous-sol d'une région.
Des applications typiques d'utilisation de ce procédé concernent par exemple la surveillance de réservoirs contenant des hydrocarbures (par exemple du gaz naturel), de la vapeur et divers types de gaz (par exemple C02, H2), la prospection d'hydrocarbures, la prospection dans le domaine de la géothermie.
Dans une première étape E01 de ce procédé, on élabore une pluralité de spectres qui illustrent la densité spectrale de signaux sismiques passifs obtenus au voisinage de la surface de ladite région à au moins un point de ladite région où sont mis en œuvre des enregistrements des signaux sismiques passifs, chaque spectre étant élaboré à partir d'un signal illustrant un déplacement.
En d'autres termes, des étapes d'acquisition des signaux illustrant des déplacements horizontaux (éventuellement deux signaux selon des directions différentes) et/ou verticaux ont été mises en œuvre préalablement. Ces signaux peuvent être acquis en utilisant des sismomètres tel que l'appareil commercialisé par la société canadienne NANOMETRICS sous la dénomination commerciale « T-40 ». De tels appareils peuvent être disposés régulièrement au voisinage de la surface d'une région ou sur la surface de la région, tel que cela sera décrit ultérieurement en référence à la figure 3, et ces appareils sont utilisés préférentiellement la nuit de manière à réduire le bruit anthropique. Les signaux sont tous associés à un instant et/ou à un emplacement ou point de la région étudiée ici.
On peut noter qu'un appareil tel que celui mentionné ci-avant fournit des signaux de vitesse de déplacement qui illustrent le déplacement.
Chaque spectre peut être obtenu à partir du signal qui lui correspond en déterminant la densité spectrale de puissance de ce signal (« PSD : Power Spectral Density » en langue anglaise). On peut également mettre en œuvre un traitement visant à lisser le spectre obtenu, comme cela sera décrit en référence à la figure 4 ci- après.
Après l'étape E01, on obtient des spectres voire des spectres qui peuvent comprendre un spectre associé aux déplacements horizontaux et un spectre associé aux déplacements verticaux, ces spectres étant associés aux enregistrements et donc à leurs propriétés que sont le point de la région et l'instant ou le jour d'acquisition.
On peut noter que l'obtention d'un unique spectre pour les déplacements horizontaux à partir de deux signaux illustrant les déplacements selon deux directions différentes peut être faite en calculant la moyenne géométrique des spectres correspondant à chaque direction. On a :
Figure imgf000015_0001
Avec / la fréquence, Fh(f) le spectre correspondant aux déplacements horizontaux, PSDE le spectre correspondant aux déplacements horizontaux selon une première direction (ici l'est), et PSDN le spectre correspondant aux déplacements horizontaux selon une deuxième direction (ici le nord).
Aussi, les spectres sont échantillonnés et ils visent un nombre fini de fréquences comprises dans une gamme large choisie préalablement.
Dans une deuxième étape E02, on détermine des attributs spectraux. Ces attributs peuvent être choisis dans le groupe formé par le rapport entre la densité spectrale pour les déplacements sismiques verticaux et la densité spectrale pour les déplacements sismiques horizontaux, la dérivée de la densité spectrale en fonction de la fréquence des déplacements sismiques horizontaux, et la dérivée de la densité spectrale en fonction de la fréquence des déplacements sismiques verticaux.
On peut noter ces trois attributs ainsi :
Fvjf
Figure imgf000015_0002
Avec Fv(f) le spectre correspondant aux déplacements verticaux. On peut noter que la dérivée de la densité spectrale en fonction de la fréquence des déplacements sismiques horizontaux et/ou ladite dérivée de la densité spectrale en fonction de la fréquence des déplacements sismiques verticaux peuvent être calculées par application d'une régression linéaire autour d'un nombre choisis de points de spectres.
A titre indicatif, les points choisis peuvent être obtenus par une division de l'axe des fréquences en plages de 0,5Hz.
L'étape E02 permet d'obtenir un ensemble d'attributs associés à des fréquences (qui peuvent être différentes entre les différents types d'attributs), à des enregistrements et donc à des points de la région, et à des instants et/ou des jours où les signaux ont été acquis.
Dans une étape E03, on organise cet ensemble d'attributs dans une matrice dans laquelle chaque ligne est associée à un enregistrement (c'est-à-dire à un point de la région, et à un instant et/ou un jour où l'enregistrement a été mise en œuvre).
Cette organisation sera décrite plus en détail en référence à la figure 5.
Dans une étape E04, on applique une méthode d'analyse en composantes principales auxdites composantes pour déterminer des composantes principales pour en déduire des caractéristiques dudit sous- sol.
Sur la figure 2, on a représenté de manière schématique un système 1 apte à mettre en œuvre les étapes E01 à E04 décrites en référence à la figure 1.
Le système 1 peut être un système informatique et il comporte un processeur 2, et une mémoire 3.
Dans la mémoire 3, des instructions d'un programme d'ordinateur 4 sont enregistrées. Le programme d'ordinateur 4 comporte des instructions 41 pour la mise en œuvre de l'étape E01, des instructions 42 pour la mise en œuvre de l'étape E02, des instructions 43 pour la mise en œuvre de l'étape E03, et des instructions 44 pour la mise en œuvre de l'étape E04.
L'ensemble formé par les instructions 41 à 44 et le processeur forment des modules du système 1 respectivement adaptés à la mise en œuvre des étapes E01 à E04. Sur la figure 3, on a représenté une vue en coupe du sous-sol d'une région que l'on souhaite caractériser par la mise en œuvre du procédé selon l'invention.
A cet effet, des sismomètres 100 ont été enfouis au voisinage de la surface de la région et des sismomètres 100 appartenant à un groupe 101 sont visibles dans le plan de la coupe. Les sismomètres 100 ont par exemple été enfouis à une cinquantaine de centimètres de profondeur. Une telle installation est particulièrement simple pour un technicien.
Alternativement, les sismomètres peuvent être posés sur la surface dans la mesure où cette configuration permet d'obtenir un bon couplage avec le sol. L'homme du métier saura placer les sismomètres pour obtenir un bon couplage.
Le sous-sol de la région comporte ici une zone 200 contenant du gaz, et une zone 300 contenant de l'eau. Cette région peut être un réservoir. La présence de ces deux fluides sous des phases différentes rend possible la mise en œuvre du procédé selon l'invention.
Dans l'exemple illustré, le sismomètre 100 du groupe 101 disposé au milieu sur la figure présentera des spectres différents de ceux des sismomètres 100 disposés à droite et à gauche, car seul le sismomètre du milieu est disposé à l'aplomb du réservoir.
De manière à mettre en œuvre des enregistrements au sein d'une région avec peu d'appareils, on peut mettre en œuvre les mesures par groupes.
Par exemple, un premier jour de minuit à 4 heures du matin, les sismomètres 100 sont agencés pour former le groupe 101 et acquérir des données. Le deuxième jour de minuit à 4 heures du matin, les sismomètres 100 sont agencés pour former le groupe 102 et acquérir des données. Le troisième jour de minuit à 4 heures du matin, les sismomètres 100 sont agencés pour former le groupe 103 et acquérir des données. Le quatrième jour de minuit à 4 heures du matin, les sismomètres 100 sont agencés pour former le groupe 104 et acquérir des données.
Sur la figure 4, on a représenté de manière schématique l'obtention d'un spectre à partir d'un signal, par exemple un signal obtenu par des sismomètres 100 décrits en référence à la figure 3. Sur cette figure, on a représenté un signal SIG qui illustre les déplacements, ici la vitesse de déplacement, selon une direction. Ce signal a été acquis pendant une acquisition de 4 heures mise en œuvre à partir de minuit : ceci permet de réduire l'apparition de bruits anthropique.
Le signal SIG peut être divisé en une pluralité de sous-signaux ayant tous la même durée, les sous-signaux étant consécutifs et chaque sous-signal chevauchant ici le précédent sous-signal sur au moins la moitié de la durée du sous-signal précédent (ce chevauchement n'est pas obligatoire). Sur la figure des sous-signaux sont représentés par des accolades sous le signal SIG.
On peut noter que certains sous-signaux peuvent être écartés et ne pas être traités ensuite s'ils présentent un bruit trop fort. A titre indicatif, on peut supprimer les sous-signaux comprenant une valeur (en valeur absolue) située au-delà d'un seuil. Par exemple, on peut exclure les sous-signaux qui comportent une valeur (en valeur absolue) située au- delà du quantile 99% défini pour l'ensemble du signal SIG.
On élabore ensuite pour chaque sous-signal un sous-spectre. Sur la figure, trois sous-spectres de densité spectrale ont été représentés : PSD_1, PSD_2 et PSD_3.
Pour chaque fréquence des sous-spectres, on détermine une valeur médiane de la densité spectrale à partir des valeurs de densité spectrale pour cette fréquence dans chaque sous-spectre. Le spectre PSD_m est ensuite obtenu à partir de toutes les valeurs médianes. En d'autres termes, le spectre est formé par ces valeurs médianes.
Sur la figure 5, on a représenté l'organisation des attributs au sein d'une matrice M, pour organiser des attributs obtenus pour des signaux tous acquis en des points différents en des jours qui peuvent être différents.
Dans la matrice M, on a utilisé les notations suivantes :
Attr_i : attribut de type i,
xj : point j dans la région (ce point est lié au jour des mesures), f_k : fréquence k de l'attribut spectral.
Dans la matrice M, chaque ligne est associée à un enregistrement et à un point xj de la région, et chaque colonne est associée à un type d'attribut Attr_i et à une fréquence f_k d'attribut spectral. Dans la matrice, les colonnes de ladite matrice associées à un même attribut sont toutes adjacentes. Aussi, les lignes de ladite matrice correspondant à des groupes d'enregistrements mis en œuvre simultanément (par exemple au sein des groupes 101 à 104 décrits en référence à la figure 3) sont toutes groupées dans la matrice pour former des groupes de lignes, et chaque groupe est associé à un jour dans cet exemple.
Préférentiellement, pour chaque jour, ou pour chaque groupe de lignes, on met en œuvre une normalisation des valeurs des attributs.
L'organisation des attributs dans la matrice M permet de mettre en œuvre une méthode d'analyse en composantes principales, dans laquelle chaque ligne peut être un individu et chaque colonne est une variable. L'analyse en composantes principales permettra d'obtenir des composantes principales appelées projecteurs. Les projecteurs sont donc des vecteurs notés p ayant une longueur L égale au produit du nombre de types d'attributs différents et du nombre de fréquences présentes pour chaque type d'attribut.
La projection d'une ligne d'indice i (compris entre 1 et m le nombre de lignes de la matrice M) de la matrice M sur un projecteur p est calculée ainsi :
j=L
(M\pKQ = M(i,j). p(j)
Le résultat de cette projection correspondant à un point de la région, on peut obtenir une représentation graphique de la projection de la matrice M en tout point de la région où des acquisitions de signaux ont été mises en œuvre.
De telles représentations graphiques ont été représentées sur la figure 6. Sur cette figure, quatre représentations graphiques correspondant à des projecteurs ont été représentées : PRJ1, PPJ2, PPJ3, et PPJ4. En surbrillance sur ces représentations graphiques, on a représenté le contour d'un réservoir RES connu.
Les représentations graphiques qui présentent des variations de niveaux de gris qui correspondent le plus à la représentation spatiale attendue sont considérées comme étant associées à de bons projecteurs. L'homme du métier saura apprécier ces cartes. Sous chaque représentation graphique de la région, on a également représenté le projecteur lui-même en fonction de la fréquence.
Dans l'exemple illustré, les projecteurs PRJ1 et PRJ2 sont considérés comme de bons projecteurs. On a ainsi déterminé un nombre K égal à 2 de projecteurs, ces projecteurs étant notés pl et p2.
On peut ensuite projeter la matrice sur les deux projecteurs pl et p2 au moyen de la formule suivante :
<M| (pl, p2)>(0 = «M|pl), <M|p2»
On obtient ainsi un nombre m (le nombre de lignes de la matrice, ou le nombre d'enregistrements) de vecteurs appartenant à un espace à deux dimensions. Ces vecteurs peuvent être organisés pour former les lignes d'une deuxième matrice.
Sur la figure 7, on a représenté les individus présents dans cette deuxième matrice dans leur repère initial représenté par les axes xl, x2. Chaque individu correspond à une croix sur la figure.
Aussi, en appliquant une méthode de classification organisée à une dimension pour obtenir N classes, on peut classer ces individus en déterminant une courbe notée ξ d'approximation des individus, puis en déterminant des classes représentées par des cercles dont l'abscisse curviligne sur la courbe ξ correspond à un numéro de classe (qui varie entre -1 et 1 ici). On peut noter que le rayon des cercles correspond à leur rayon de covariance.
Sur cette figure, on a également représenté les axes qui correspondent à deux projecteurs retenus référencés el et e2 qui ne permettent pas de suffisamment bien représenter l'anomalie.
Le numéro de classe représente ici l'intensité de l'anomalie dans le sous-sol de la région.
Aussi, les centres des cercles sont ici considérés comme des chefs de classe.
On peut ensuite obtenir une troisième matrice de dimensions N fois K à partir des chefs de classes. Puis, il est possible de mettre en œuvre une pseudo-inversion de la matrice pour obtenir une quatrième matrice de dimensions N fois le nombre de fréquences apparaissant dans chaque ligne de la matrice initiale des attributs spectraux. Sur la figure 8, on a représenté la carte obtenue en affichant la valeur de l'intensité de l'anomalie au moyen d'un numéro de classe pour chaque point de la région, cette carte pouvant être obtenue après la pseudo-inversion.
Sur cette figure, on a également représenté pour chaque chef de classe les courbes qui montrent les variations en fonction de la fréquence des attributs correspondant aux chefs de classes, et ce pour deux attributs, la dérivée du spectre correspondant aux déplacements verticaux en fonction de la fréquence, et le rapport entre les déplacements verticaux et horizontaux.
On notera que ces courbes illustrent des comportements très différents y-compris dans des gammes de fréquence inférieures à 1Hz.
Les inventeurs ont en effet observé que le pic visé par le document « Phenomenology of tremor-like signais observed over hydrocarbon réservoirs » (S. Dangel et al, Journal of Volcanology and Geothermal Research) est en fait précédé par une décroissance du spectre lorsque la mesure est effectuée à l'aplomb d'un réservoir. En utilisant une gamme de fréquence large, et en utilisant l'analyse en composante principale, l'invention permet de faire apparaître davantage d'anomalies que les solutions selon la technique antérieure.
Aussi, on peut noter que les différents graphiques présentés dans la présente description ont été obtenus par des mesures mises en œuvre au-dessus et autour d'un réservoir connu.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de caractérisation du sous-sol d'une région, comprenant les étapes dans lesquelles :
- on élabore (E01) une pluralité de spectres qui illustrent la densité spectrale de signaux sismiques passifs obtenus au voisinage de la surface de ladite région à au moins un point de ladite région où sont mis en œuvre des enregistrements des signaux sismiques passifs, chaque spectre étant élaboré à partir d'un signal illustrant un déplacement,
- on détermine (E02) au moins un attribut spectral pour chaque fréquence apparaissant dans chaque spectre de manière à obtenir un ensemble d'attributs spectraux associés à des enregistrements et à des fréquences, - on organise (E03) ledit ensemble d'attributs dans une matrice dans laquelle chaque ligne est associée à un enregistrement,
- on applique (E04) une méthode d'analyse en composantes principales à ladite matrice pour déterminer des composantes principales pour en déduire des caractéristiques dudit sous-sol.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdits déplacements sont des déplacements verticaux et/ou des déplacements horizontaux, et lesdits attributs spectraux pour chaque fréquence sont de types choisis dans le groupe formé par le rapport entre la densité spectrale pour les déplacements sismiques verticaux et la densité spectrale pour les déplacements sismiques horizontaux, la dérivée de la densité spectrale en fonction de la fréquence des déplacements sismiques horizontaux, et la dérivée de la densité spectrale en fonction de la fréquence des déplacements sismiques verticaux.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite dérivée de la densité spectrale en fonction de la fréquence des déplacements sismiques horizontaux et/ou ladite dérivée de la densité spectrale en fonction de la fréquence des déplacements sismiques verticaux sont calculées par application d'une régression linéaire autour d'un nombre choisis de points de spectres.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'élaboration de chaque spectre à partir d'un signal comporte : - une division du signal (SIG) en une pluralité de sous-signaux consécutifs ayant tous la même durée,
- une élaboration d'un sous-spectre de densité spectrale (PSD_1, PSD_2, PSD_3) pour chaque sous-signal,
- pour chaque fréquence des sous-spectres, une détermination d'un attribut statistique de la densité spectrale à partir des valeurs de densité spectrale pour cette fréquence dans chaque sous-spectre,
- une obtention dudit spectre (PSD_m) à élaborer à partir de tous les attributs statistiques de toutes les fréquences.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel chaque sous- signal chevauche le précédent sous-signal sur au moins une durée non nulle du sous-signal précédent.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel lesdits enregistrements sont mis en œuvre en des points différents de ladite région, chaque attribut dudit ensemble d'attributs spectraux étant en outre associé à un point.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel lesdits enregistrements sont mis en œuvre pendant une durée prédéterminée et à partir d'une heure prédéterminée.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel lesdits enregistrements sont mis en œuvre par groupes d'enregistrements mis en œuvre simultanément, chaque groupe correspondant à un jour au cours duquel les enregistrements de ce groupe sont mis en œuvre,
les enregistrements étant mis en œuvre en des points différents de ladite région et/ou à partir d'instants différents.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les colonnes de ladite matrice associées à un même attribut (Attr_i) sont toutes adjacentes.
10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel chaque groupe d'enregistrements est associé à un groupe de lignes de la matrice, et pour chaque groupe de lignes, on met en œuvre une normalisation des valeurs des attributs.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel lesdites composantes principales sont des projecteurs, et l'on projette ladite matrice sur chaque projecteur de manière à obtenir pour chaque projecteur une représentation graphique (PPJ1, PPJ2, PPJ3, PPJ4) de ladite région présentant le résultat de la projection de la matrice pour chaque enregistrement.
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel on détermine un nombre K de projecteurs parmi lesdits projecteurs.
13. Procédé selon la revendication 12, comprenant en outre :
- une projection de ladite matrice sur lesdits K projecteurs de manière à obtenir pour chaque ligne de ladite matrice un vecteur de longueur K,
- une obtention d'une deuxième matrice à partir desdits vecteurs de longueur K,
- une application à la deuxième matrice d'une méthode de classification organisée à une ou deux dimensions pour obtenir N classes de lignes,
- une attribution d'au moins une valeur à chaque ligne de la matrice représentant une intensité d'une anomalie du sous-sol de la région,
- une élaboration d'un chef de classe pour chaque classe de lignes, - une obtention d'une troisième matrice de dimensions N fois K à partir desdits chefs de classes,
- une application d'une méthode de pseudo-inversion à ladite troisième matrice pour obtenir une quatrième matrice de dimensions N fois le nombre de fréquences apparaissant dans chaque ligne de la matrice initiale des attributs spectraux.
14. Procédé selon la revendication 12, comprenant en outre :
- une projection de ladite matrice sur lesdits K projecteurs de manière à obtenir pour chaque ligne de ladite matrice un vecteur de longueur K,
- une obtention d'une deuxième matrice à partir desdits vecteurs de longueur K,
- une application d'une méthode de pseudo-inversion à ladite deuxième matrice pour obtenir une troisième matrice ayant les mêmes dimensions que ladite matrice initiale des attributs spectraux,
- une application à la troisième matrice d'une méthode de classification organisée à une ou deux dimensions pour obtenir N classes de lignes,
- une attribution d'au moins un numéro de classe à chaque ligne de la matrice représentant une intensité d'une anomalie du sous-sol de la région,
- une élaboration d'un chef de classe pour chaque classe de lignes, - une obtention à partir desdits chefs de classe d'une quatrième matrice de dimensions N fois le nombre de fréquence apparaissant dans chaque ligne de la matrice initiale des attributs spectraux.
15. Système de caractérisation du sous-sol d'une région, comprenant :
- un module (41) d'élaboration d'une pluralité de spectres qui illustrent la densité spectrale de signaux sismiques passifs obtenus au voisinage de la surface de ladite région à au moins un point de ladite région où sont mis en œuvre des enregistrements des signaux sismiques passifs, chaque spectre étant élaboré à partir d'un signal illustrant un déplacement,
- un module (42) de détermination d'au moins un attribut spectral pour chaque fréquence apparaissant dans chaque spectre apte à fournir un ensemble d'attributs spectraux associés à des enregistrements et à des fréquences,
- un module (43) d'organisation dudit ensemble d'attributs dans une matrice dans laquelle chaque ligne est associée à un enregistrement,
- un module (44) d'application d'une méthode d'analyse en composantes principales à ladite matrice pour déterminer des composantes principales à ladite matrice pour en déduire des caractéristiques dudit sous-sol.
16. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur.
17. Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14.
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