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Laboratoire #04 Sismique réfraction Cours GLQ 3205 Géophysique appliquée II Pro

Laboratoire #04 Sismique réfraction Cours GLQ 3205 Géophysique appliquée II Professeur : Gabriel Fabien-Ouellet École Polytechnique Montréal Département des génies civil, géologie et des mines 28 Juin 2019 2 TABLE DES MATIÈRES Introduction (Mise en contexte) ............................................................................ 3 Objectifs ................................................................................................................... 3 Évaluation ................................................................................................................ 3 Période de rédaction ............................................................................................... 4 Instructions .............................................................................................................. 5 3 Introduction (Mise en contexte) Votre firme XYZ inc. a été chargée d’évaluer les volumes de sol contaminé aux HAP sur un site d’une ancienne usine d’imprégnation à la créosote de traverses de chemin de fer, qui est en activité depuis plus d’une centaine d’années. Les contaminants organiques contiennent deux phases : une plus lourde que l’eau qui s’est écoulée jusqu’au socle, et une plus légère que l’eau qui flotte sur la nappe. La géologie au site d’études consiste en des alluvions plutôt homogènes reposant sur un socle de calcaire. Afin de guider votre compréhension du transport des contaminants, vous avez décidé de procéder à un levé de sismique réfraction. En particulier, la position de la nappe ainsi que la profondeur au roc doivent être déterminées afin de bien comprendre la migration des deux phases de HAP. Objectifs Ce laboratoire vise à : 1. Vous familiariser avec l’équipement d’acquisition de sismique réfraction. 2. Choisir les paramètres d’acquisition appropriés pour un levé de sismique réfraction. 3. Juger de la qualité des données sismiques. 4. Faire un traitement sommaire d’un levé de sismique réfraction et interpréter les interfaces afin d’évaluer la profondeur au roc et la profondeur de la nappe. Évaluation On vous demande un rapport complet par équipe de deux personnes. Celui-ci sera évalué selon : • 25% sur la participation (ponctualité, etc.). • 15% sur la présentation du rapport (notation des figures, des tableaux, des équations, etc. Vos figures doivent comporter une échelle, la direction du nord, la date, les noms, légende, etc.). • 60% sur l'objectif, instrumentation, méthodologie, traitement, l'analyse, l'interprétation, discussion et critique personnelle. 4 Période de rédaction Début le : 28 juin 2019 à 11h00 À rendre avant le : 5 juillet 2019 à 10h55 Nota Bene : Rapport en PDF, pénalité de 20% par jour pour les retards. 5 Partie 1 : Questions théoriques Dans cette section, on vous demande de répondre aux questions suivantes dans la section Théorie de votre rapport de laboratoire en présentant la démarche utilisée. Soit un milieu à deux couches tel que montré à la figure suivante. Figure 1 Milieu à deux couches horizontales. 1. Déterminez le temps de parcours tair pour l’onde qui voyage dans l’air en fonction de la distance d et la vitesse dans l’air (vair = 340.29 m/s). 2. Déterminez le temps de parcours de l’onde directe en fonction de la distance d et de la vitesse V1. 3. Déterminez l’angle critique ic en fonction des vitesses Vp1 et Vp2. 4. Déterminez le temps de parcours de la réflexion P-P en fonction de la vitesse Vp1, de l’épaisseur h et de la distance d. 5. Déterminez le temps de parcours de l’onde réfractée P en fonction de Vp1 de l’épaisseur h et de la distance d. 6. Déterminez la distance critique de l’onde P, c’est-à-dire la distance la plus courte à laquelle l’onde réfractée peut atteindre la surface, en fonction de Vp1, Vp2, de l’épaisseur h et de la distance d. 7. Déterminez le temps d’intercepte de l’onde P réfractée en fonction de Vp1, Vp2, de l’épaisseur h et de la distance d. 8. Déterminez la distance de croisement, c’est-à-dire la distance où le temps de parcours de l’onde directe est égal au temps de parcours de l’onde réfractée, en fonction de Vp1, Vp2, de l’épaisseur h et de la distance d. 6 9. Pour un milieu tabulaire à N couches avec V1<VN, déterminez le temps de parcours de la réfraction critique à l’interface de la couche N en fonction des vitesses Vi et des épaisseurs hi. Figure 2 Modèle à N couches Le tableau 1 donne les temps des premières arrivées mesurées lors d’un levé de sismique réfraction réalisé pour déterminer l’épaisseur et l’attitude du mort-terrain. Les tirs A et B sont les tirs direct et inverse réalisés à 15 m des extrémités du dispositif de géophones. La surface du sol est plane. 10. Tracez les dromochroniques. 11. Trouvez les vitesses de la première et de la deuxième couche, le pendage de la première, et les profondeurs au réfracteur à la verticale des points de tir A et B. Tableau 1 Position du géophone (m) Temps (ms) tir direct Temps (ms) tir inverse 0 (tir A) 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 (tir B) 0 10 20 30 40 50 60 65 69 73 77 81 85 85 80 74 69 63 57 51 46 40 30 20 10 0 7 Partie 2 : Section expérimentale Dans cette deuxième partie du laboratoire, on vous demande de procéder à l’acquisition, au traitement et à l’interprétation du levé de sismique réfraction effectué au-dessus du site contaminé. Cette partie est divisée en deux sections : acquisition sur le terrain et traitement et analyse des données. Démonstration sur le terrain Vous devez réaliser un levé test de sismique réfraction sur le site de Polytechnique, qui vous permettra de vous familiariser avec l’équipement en sismique. Ce levé comportera 24 géophones et 2 points de tir. Voici les étapes à suivre. A. Consigner les informations essentielles afin de bien détailler l’acquisition des données. Ces informations serviront à compléter la section méthodologie de votre rapport; B. Préparer une feuille de terrain indiquant les informations à noter par les opérateurs lors d’un levé de sismique réfraction. Vous devez mettre en annexe ce gabarit, comme pour le laboratoire 1 et 2. C. Présentez une figure montrant un des tirs acquis sur le site de Polytechnique dans votre rapport. Jugez de la qualité des données, en particulier de la netteté des premières arrivées. Identifiez les premières arrivées sismiques sur cette figure. D. Discutez du choix de l’espacement des géophones dans le but de caractériser la topographie du roc. Traitement des données Dans cette section, vous aurez à traiter et interpréter les données de sismique réfraction acquises lors de la campagne de caractérisation du site contaminé aux HAP. Toutes vos étapes de traitement doivent être consignées dans un fichier main.m. Lorsque ce fichier est exécuté, il devrait pouvoir reproduire l’ensemble des figures et afficher les profondeurs des couches et leur vitesse. Voici les étapes à suivre. 1. Télécharger les données sur Moodle qui sont contenues dans le fichier TP4.zip. 8 2. Dans Matlab, ouvrez le répertoire TP4, et ajoutez à PATH le dossier scripts (clic droit sur le dossier -> Add to Path -> Selected Folder and Subfolders) 3. Utilisez la fonction seg2read pour importer les fichiers de données dans Matlab. Dans les options de cette fonction, indiquez que vous voulez obtenir les données et les entêtes texte de chaque trace option : 'want','trctxt,data'. Pour chaque tir, la position des géophones et des tirs est donnée dans les fichiers shotpos.mat et recpos.mat. 4. Le pas d’échantillonnage temporel est indiqué pour chaque trace dans l’entête texte. Pour l’obtenir, ouvrir l’entête d’une trace et allez chercher le sample_interval. Ex : trctxt(1).sample_interval. 5. Mettre en figure le tir 1026. Pour ce faire, utilisez la fonction plotseis avec les paramètres par défaut. Inclure les bons axes du temps et des positions des géophones. Voir la documentation de cette fonction pour les différentes options d’affichage. 6. Est-ce que les paramètres par défaut sont appropriés pour identifier les premières arrivées précisément ? Pourquoi ? 7. Grâce aux options fact, clplvl de plotseis, ainsi qu’à la fonction aec qui permet d’égaliser les amplitudes de chaque trace, déterminez un affichage du tir sismique optimal pour identifier les premières arrivées. Inclure une figure du tir 1026 avec ces paramètres optimaux. 8. Faire le pointé des premières arrivées de tous les tirs. Pour ce faire, utilisez la fonction mypick. Cette fonction enregistre les pointés dans un fichier .mat que vous pouvez ensuite lire dans Matlab, sans à refaire le pointé par la suite. Par exemple : 1. plotseis(data, t, recpos); 2. [x, tpick] = mypicker(‘picks.mat’); 9. Inclure une figure montrant les dromochroniques de tous les points de tir. Dans la légende, identifiez chacun des tirs. 10. Triez les premières arrivées selon la distance du point de tir (distance du géophone – distance du tir). Produire une figure montrant les temps d’arrivée des 5 points de tir en fonction de la distance de la source. Justifiez le traitement en couches planes horizontales à partir de cette figure. 11. Utilisez un modèle à 4 couches horizontales pour traiter ce levé. Pour ce traitement, regroupez tous les temps d’arrivée de tous les tirs dans un même vecteur, et faites votre 9 traitement comme s’il n’y avait qu’un seul tir. Il est fortement recommandé de construire une fonction pouvant faire l’analyse pour n couches horizontales, puis appeler cette fonction pour un modèle à 4 couches. Voici les étapes : a. Assignez des distances de croisement pour chacune des interfaces. b. Assignez à uploads/Finance/ labo04sismique-2019.pdf