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1 INTRODUCTION GENERALE Pour obtenir des informations sur la structure géologiq

1 INTRODUCTION GENERALE Pour obtenir des informations sur la structure géologique du sous-sol, le géophysicien utilise les méthodes de prospection sismique réflexion et réfraction, mais il fait également des mesures sur les ondes transmises dans le puits lorsqu’il y a des forages .Il opère alors avec une source d’excitation en surface et une observation avec un géophone ou un hydrophone (sonde) en profondeur, dans le puits, dont il fait modifier la position. Ce procédé s’appelle soit sismo-sondage (Check Shot) ou profil sismique vertical (PSV) Ces trois méthodes, indépendamment d’autres critères, peuvent être utilisées : -en ondes longitudinales (P) -en ondes transversales -En ondes de conversion Disons tout de suite que l’étude des ondes longitudinales est actuellement, et de loin, la plus utilisée. En prospection sismique terrestre les sources utilisées comme l’explosion de charge, vibroseis, etc. sont des sources employées depuis longtemps .Encore les plus répandues actuellement, ces sources produisent préférentiellement des ondes longitudinales P. Les sources sismiques utilisées en prospection sismique marine sont du type implosif, seules les ondes longitudinales P ou éventuellement des ondes de conversion sont utilisables. Toute source d’énergie sismique produit dans toutes les directions des ondes élastiques (sismiques) qui sont transmises par les différentes couches géologiques du sous- sol. A la surface de discontinuité (interface) entre les deux milieux 1 et 2 de vitesses différentes V1 et V2 (V2>V1), (Fig. 1), une partie de l’énergie sismique est réfléchie, l’autre partie restante est réfractée et transmise aux couches géologiques plus profondes. PRINCIPE DE LA PROSPECTION SISMIQUE REFLEXION La partie d’énergie sismique réfléchie fait l’objet de la méthode sismique réflexion. Son principe consiste à émettre une onde sismique directe qui lorsqu’elle atteint une limite de milieux d’impédances acoustiques différentes donnerait naissance à une onde réfléchie. De nos jours, la plus grande partie des travaux de prospection sismique se réalise par la prospection sismique réflexion. Celle-ci reste de loin la mieux adaptée parmi les méthodes de prospection géophysique pour la recherche des gisements de pétrole et du gaz , car elle fournit une image des structures de la subsurface du sous-sol plus précise en 2D ou en 3D. PRINCIPE DE LA PROSPECTION SISMIQUE REFRACTION A l’interface de deux milieux 1 et 2 de vitesses différentes V1 et V2 (V2>V1) la partie restante réfractée est transmise aux couches géologiques plus profondes. Au fur et à mesure qu’on s’éloigne de la source, l’angle d’incidence i croit, le rayon réfracté s’incline de plus en plus et l’angle de réfraction atteint le premier la valeur 90° pour une valeur limite i = αlim appelé « angle critique » ou angle limite tel que Sin αlim =V1/V2 (Fig. 1). Le rayon réfracté devient ainsi rasant et se propage à la surface du milieu 2 à la vitesse V2 .Le front d’onde transmis se propage plus vite que le front d’onde incident .Le décrochement résultant qui sera alors le premier à mettre en vibration les particules de l’interface 1-2 , donne naissance à une onde 2 conique émergente qui revient à la surface du sol sous un angle d’émergence égal à l’angle limite .En surface l’onde réfractée n’arrive qu’à partir d’une distance limite X αlim . Cette distance est liée à l’angle limite par la relation (X αlim= 2 h tg αlim. . ), ou h étant l’épaisseur de la couche supérieure 1. Cette partie restante réfractée fait l’objet de la méthode sismique réfraction. Bien que très peu utilisée actuellement, la sismique réfraction a constitué dans le passé une méthode fondamentale d’exploration .Elle a joué un grand rôle dans l’interprétation géologique du Sahara nord algérien ; elle fut à l'origine de la découverte en 1956 du grand gisement de pétrole d'Hassi-Messaoud. Néanmoins, la prospection sismique réfraction n’est pas en mesure de détailler, comme la sismique réflexion, la morphologie des formations géologiques profondes. Fig. 1 Principe des méthodes de sismique réflexion et réfraction tABCDE = + √ temps de parcours de l’onde réfractée tACE = ) 1/2 temps de parcours de l’onde réfléchie tAE = temps de parcours de l’onde directe PROFIL SISMIQUE VERTICAL (PSV) INTRODUCTION SUR LES PSV Lorsqu’il existe dans la région d’étude des forages, on réalise dans ceux-ci différentes mesures de diagraphies entre autre des mesures sur les ondes transmises. On procède alors avec une source d’excitation en surface et une observation en profondeur dans le puits, dont on fait changer la position. Cette technique utilise les données de puits telles que le carottage sismique, les diagraphies soniques ou encore le profil sismique vertical (PSV) à zéro offset et le profil sismique vertical avec offset. Cette technique permet de connaitre davantage les roches réservoirs ce qui conduit à mieux exploiter leur contenu en hydrocarbures d’une manière optimale grâce à sa performance plus haute résolution que la sismique conventionnelle. DEFINITION ET PRINCIPE DU PSV On appelle profil sismique vertical (PSV), tout enregistrement obtenu en descendant un dispositif sismographique(ou sonde) dans un forage profond et en tirant en surface. C’est donc une technique qui permet d’acquérir des données sismiques dans un puits. Les enregistrements des données de sismique 3 de puits doivent être exécutés de préférence dans un trou de forage cimenté et tubé avec un tubage unique pour tout le puits (Fig.2). Fig.2 Exemple réel d’un enregistrement PSV brut BREF HISTOIRQUE DU PSV L’idée de base d’enregistrer les trains d’ondes sismiques à plusieurs niveaux d’un forage profond date des années trente .en effet : -Mc Collum et la Rue (1931), et Musgrave (1960) ont décrit l’utilisation des géophones pour enregistrer les trains d’ondes à plusieurs niveaux d’un puits pour la détection et la cartographie des dômes de sel. -Galperin (1973) avait regroupé de nombreux articles sur le sujet, édités par les Russes qui utilisaient le procédé avec réussite depuis de nombreuses années. Il a résumé les très nombreuses applications depuis 1950 du Profil Sismique Vertical à l’industrie pétrolière soviétique. DIFFERENCE ENTRE PSV ET SISMO-SONDAGE La différence entre un PSV et un sismo- sondage est : Le faible intervalle d’enregistrement du train d’ondes (5 à 20 m) et la régularité des positions de la sonde d’enregistrement successives dans le cas d’un PSV. Enregistrement pendant plusieurs secondes (4 à 6 secondes) après l’arrivée de l’onde directe ce qui permet d’enregistrer non seulement les arrivées premières mais aussi tous les autres types d’ondes sismiques (onde directe, ondes multiples descendantes et montantes, ondes réfléchies simples etc.). COMPARAISON ENTRE PSV ET SISMIQUE DE SURFACE Bien que l’investigation latérale du PSV est assez faible (quelques dizaines à plusieurs centaines de mètres), néanmoins, le fait d’avoir des géophones proches des objectifs sismiques permet de fournir de meilleurs rapports signal sur bruit pour les hautes fréquences par rapport aux données de la sismique réflexion de surface et ce grâce à son caractère haute résolution verticale (métrique à décamétrique).Cette importante différence est due principalement au fait que la WZ (zone superficielle altérée) n’est parcourue qu’une seule fois par les ondes sismiques . Le PSV offre les avantages suivants :  Le PSV offre au voisinage du puits des images sismiques meilleures car, le signal sismique étant enregistré par la sonde descendue dans le puits donc située au voisinage des réflecteurs sismiques. Il présente également l’avantage par rapport aux mesures sismiques conventionnelles, d’enregistrer les ondes sismiques au sein des milieux ou elles se propagent. 4  Il fournit une image sismique en temps analogue à une trace sismique ou à une section sismique réflexion de surface au voisinage du puits dont le contenu fréquentiel est de plus hautes fréquences.  Il enregistre les ondes montantes et descendantes alors que la sismique de surface enregistre uniquement les ondes montantes. APPLICATIONS D’UN PSV Le PSV représente une méthode très intéressante par le fait de ses abondantes applications: Son champ d’application est très vaste et ne cesse de connaitre grâce au progrès en informatique et en électronique. Parmi ces applications on mentionne notamment :  Le PSV constitue un moyen de calage des enregistrements de la sismique réflexion de surface au niveau du puits, ce qui permet l’identification assez précise en profondeur des horizons sismiques .En effet, la sismique conventionnelle fournit une image du sous-sol en 2D ou en 3D et donne une idée sur les structures de la subsurface. Toutefois ces images fournies par la sismique de la subsurface nécessitent un calage. Celui-ci est réalisé au niveau d’un puits par la sismique du puits car, celle-ci permet de comparer et de mieux comprendre les événements présents sur les sections (coupes sismiques) de la sismique de surface.  La mesure des vitesses moyenne et d’intervalle de propagation des ondes sismiques et la détermination plus précise des vitesses des ondes longitudinale ( ) et transversales ( ) .Cela permet de déterminer le rapport Vp/Vs qui fournit le coefficient de Poisson σ en fonction de la profondeur. σ = = =- Il représente le rapport de la compression dans une direction à l’extension dans la direction perpendiculaire. sont les coefficients de Lamé =( √ )/ √ ) Lorsque σ =0,25 alors λ μ et =√ σ ne dépasse jamais 0,5 ; il est de l’ordre de 0,25 pour la uploads/Geographie/ site-psv-chapitre-3.pdf