PROCEDE DE REDUCTION DU BRUIT HARMONIQUE DANS DES SIGNAUX VIBROSISMIQUES METHOD FOR REDUCING HARMONIC NOISE IN VIBROSISMIC SIGNALS
DOMAINE GENERAL ET ETAT DE LA TECHNIQUEGENERAL AREA AND STATE OF THE ART
L'invention concerne un procédé de traitement pour la réduction du bruit harmonique dans un signal vibrosismique enregistré.The invention relates to a processing method for the reduction of harmonic noise in a recorded earthquake signal.
On rappelle que pour reconstruire des images du sous-sol, les géologues ou géophysiciens utilisent classiquement des sources sismiques destinées à générer des ondes qui se propagent dans Je sous-sol et se réfléchissent au moins partiellement aux interfaces des différentes couches de celui-ci (réflecteurs). Les ondes réfléchies sont enregistrées en fonction du temps par des capteurs qui sont par exemple de type géophones en sismique terrestre. Les traces sismiques ainsi enregistrées sont traitées afin d'en déduire une information sur la géologie du sous-sol.We recall that to reconstruct images of the subsoil, geologists or geophysicists conventionally use seismic sources intended to generate waves which propagate in the subsoil and are reflected at least partially at the interfaces of the different layers of it ( reflectors). The reflected waves are recorded as a function of time by sensors which are for example of the geophone type in terrestrial seismic. The seismic traces thus recorded are processed in order to deduce therefrom information on the geology of the subsoil.
On utilise couramment en tant que sources, en particulier en sismique terrestre, des vibrateurs qui génèrent des signaux vibrosismiques.As sources, particularly in earthquake seismics, vibrators which generate vibro-seismic signals are commonly used.
Les signaux vibrosismiques sont par exemple des signaux communément appelés « sweep » par l'homme du métier, dont la fréquence lors d'une séquence d'émission varie continûment de façon à balayer une gamme de fréquence donnée.Vibro-seismic signals are for example signals commonly called "sweep" by those skilled in the art, the frequency of which during a transmission sequence varies continuously so as to scan a given frequency range.
A cet égard, il a été proposé par H Rozemond en 1996 une technique d'acquisition sismique autorisant la séparation de signaux vibrosismiques de type « sweep » émis par différentes sources et se recouvrant dans le temps.In this regard, it was proposed by H Rozemond in 1996 a seismic acquisition technique allowing the separation of vibro-seismic signals of the “sweep” type emitted by different sources and overlapping in time.
On pourra notamment avantageusement se référer à « Slip sweep acquisition » - H.J. Rozemond - SEG 1996 International Conférence - Denver.One can in particular advantageously refer to "Slip sweep acquisition" - H.J. Rozemond - SEG 1996 International Conference - Denver.
Les vibrateurs posent quant à eux des problèmes de distorsion par rapport au signal théorique que l'on souhaiterait générer. Le signal généré par un vibrateur est en effet généralement constitué d'un balayage fondamental et de ses balayages harmoniques, lesquels sont généralement
considérés comme des parasites qui peuvent affecter la qualité des données.The vibrators pose problems of distortion compared to the theoretical signal that one would like to generate. The signal generated by a vibrator is in fact generally constituted by a fundamental scan and its harmonic scans, which are generally considered parasites that can affect the quality of the data.
En outre, le souci d'optimiser la productivité conduit à rechercher des écarts de temps entre vibrations aussi courts que possible. Dans ces conditions, les enregistrements obtenus présentent un rapport signal à bruit dégradé par rapport à celui qui serait obtenu en utilisant les sources sans recouvrement dans le temps. Les données brutes reçues au niveau d'un capteur sont en particulier bruitées par de l'énergie harmonique due au chevauchement des signaux émis par les différentes sources II a déjà été proposé des méthodes destinées à limiter le bruit de corrélation en vibrosismique.In addition, the concern to optimize productivity leads to seeking the shortest possible time between vibrations. Under these conditions, the recordings obtained present a signal-to-noise ratio degraded compared to that which would be obtained by using the sources without overlap in time. The raw data received at the level of a sensor is in particular noised by harmonic energy due to the overlapping of the signals emitted by the different sources II methods have already been proposed intended to limit the correlation noise in vibroseismic.
Notamment, le document GB 2 348 003 décrit une méthode qui s'applique à des ensembles de sismogrammes préalablement traités et regroupés en points miroirs (de façon que les réflexions d'un même point de l'espace se trouvent au même point en temps et en profondeur). Ces sismogrammes sont ensuite décomposés en bandes de fréquences sur lesquelles on opère une discrimination statistique du signal et du bruit.In particular, the document GB 2 348 003 describes a method which applies to sets of seismograms previously processed and grouped in mirror points (so that the reflections of the same point in space are at the same point in time and in depth). These seismograms are then broken down into frequency bands on which a statistical discrimination of the signal and noise is made.
Le traitement décrit dans ce document nécessite toutefois de disposer de sismogrammes enregistrés en parallèle sur plusieurs capteurs. D'autres méthodes encore nécessitent de disposer de plusieurs acquisitions successives dans le temps pour un même capteur. C'est le cas en particulier de celle décrite dans le document US 5.410.517. On connaît par ailleurs par l'article :The processing described in this document however requires having seismograms recorded in parallel on several sensors. Still other methods require having several successive acquisitions over time for the same sensor. This is particularly the case of that described in document US 5,410,517. We also know from the article:
« Amplitude analysis of harmonies on vibrator generated direct waves » - EAGE 64m Conférence & Exhibition - Florence - 27-30 May 2002 une méthode permettant de déterminer les rapports d'amplitude entre les différents harmoniques du signal source lorsque l'on dispose des composantes harmoniques du signal enregistré. A cet effet, il est proposé de mettre en œuvre des transformées en ondelettes sur ces différentes composantes. L'article montre que les rapports des transformées de Fourier de ces transformées en ondelettes sont indépendants notamment de la réponse du sous sol, de sorte que ces rapports correspondent aux rapports des amplitudes des composantes harmoniques de la source.
On notera toutefois qu'il n'est aucunement proposé dans cet article une méthode destinée à permettre de réduire le bruit harmonique d'un signal vibrosismique.“Amplitude analysis of harmonies on vibrator generated direct waves” - EAGE 64 m Conference & Exhibition - Florence - May 27-30, 2002 a method for determining the amplitude relationships between the different harmonics of the source signal when the components are available harmonics of the recorded signal. To this end, it is proposed to implement wavelet transforms on these different components. The article shows that the ratios of the Fourier transforms of these wavelet transforms are independent in particular of the response of the subsoil, so that these ratios correspond to the ratios of the amplitudes of the harmonic components of the source. It should be noted, however, that there is no method proposed in this article for reducing the harmonic noise of a vibro-seismic signal.
PRESENTATION DE L'INVENTIONPRESENTATION OF THE INVENTION
Un but de l'invention est de proposer un procédé de réduction du bruit harmonique dans des données vibrosismiques enregistrées.An object of the invention is to propose a method for reducing harmonic noise in recorded vibro-seismic data.
Le procédé proposé par l'invention présente en particulier l'avantage de pouvoir être appliqué individuellement à tout enregistrement et de ne pas nécessiter plusieurs acquisitions successives ou plusieurs acquisitions en parallèle sur différents capteurs.The method proposed by the invention has in particular the advantage of being able to be applied individually to any recording and of not requiring several successive acquisitions or several acquisitions in parallel on different sensors.
A cet effet, l'invention propose un procédé de réduction du bruit harmonique dans un signal vibrosismique enregistré sur un capteur, ce signal vibrosismique correspondant à une séquence vibratoire donnée émise par au moins une source et propagée dans un sous-sol dans lequel elle est réfléchie, caractérisé par les étapes selon lesquelles : a) on corrèle le signal vibrosismique ou une partie de celui-ci avec un signal correspondant la composante fondamentale de la séquence de vibrations émise par la source , b) on sélectionne sur le signal corrélé une partie qui correspond à l'énergie de la composante fondamentale du signal vibrosismique et on applique à la partie sélectionnée un opérateur d'estimation de la composante harmonique dudit signal corrélé c) on en déduit une estimation du bruit harmonique du signal vibrosismique et l'on soustrait cette estimation dudit signal.To this end, the invention proposes a method of reducing harmonic noise in a vibro-seismic signal recorded on a sensor, this vibro-seismic signal corresponding to a given vibratory sequence emitted by at least one source and propagated in a subsoil in which it is reflected, characterized by the steps according to which: a) the vibroseismic signal or a part of it is correlated with a signal corresponding to the fundamental component of the vibration sequence emitted by the source, b) a part is selected from the correlated signal which corresponds to the energy of the fundamental component of the vibro-seismic signal and an operator for estimating the harmonic component of said correlated signal is applied to the selected part c) an estimate of the harmonic noise of the vibro-seismic signal is deduced therefrom and we subtract this estimate of said signal.
Comme on l'aura compris, un tel procédé tire partie d'une part de ce que la corrélation d'un signal vibrosismique par la composante fondamentale de la séquence théoriquement émise par la source présente la propriété de séparer l'énergie correspondant à la partie fondamentale du signal enregistré de celle correspondant à la partie harmonique ; l'énergie fondamentale est en effet répartie autour du temps d'origine
(temps d'arrivée sur le capteur), tandis que l'énergie correspondant à la partie harmonique du signal est répartie vers les temps négatifs par rapport à la partie fondamentale du signal, et d'autre part de ce qu'il est possible d'estimer le rapport entre l'énergie fondamentale et l'énergie harmonique indépendamment de la connaissance du sous-sol , différentes méthodes étant à cet égard envisageables.As will be understood, such a method takes advantage on the one hand of the fact that the correlation of a vibro-seismic signal by the fundamental component of the sequence theoretically emitted by the source has the property of separating the energy corresponding to the part fundamental of the recorded signal from that corresponding to the harmonic part; the fundamental energy is indeed distributed around the time of origin (time of arrival on the sensor), while the energy corresponding to the harmonic part of the signal is distributed towards the negative times compared to the fundamental part of the signal, and on the other hand that it is possible d '' estimate the relationship between fundamental energy and harmonic energy independently of the knowledge of the subsoil, different methods being possible in this respect.
PRESENTATION DES FIGURESPRESENTATION OF THE FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des figures annexées parmi lesquelles :Other characteristics and advantages will also emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting and should be read with reference to the appended figures among which:
- la figure 1 représente schématiquement l'architecture générale d'un dispositif d'acquisition sismique ;- Figure 1 schematically shows the general architecture of a seismic acquisition device;
- les figures 2a à 2c illustrent respectivement une séquence d'émission de signaux « slip sweep » (figure 2a), un signal d'enregistrement issu de la propagation et de la réflexion de ces signaux dans le sous-sol (figure 2b), ainsi qu'un signal qui correspond à la corrélation de ce signal d'enregistrement par la séquence fondamentale de vibrations correspondant aux signaux de la figure 2a ;FIGS. 2a to 2c respectively illustrate a sequence of transmission of “slip sweep” signals (FIG. 2a), a recording signal resulting from the propagation and the reflection of these signals in the basement (FIG. 2b), as well as a signal which corresponds to the correlation of this recording signal by the fundamental sequence of vibrations corresponding to the signals of FIG. 2a;
- la figure 3 est un organigramme qui illustre différentes étapes d'un mode de mise en œuvre possible de l'invention ; - la figure 4 illustre la décomposition du signal enregistré en fonction du signal source et de la réflectivité du sous-sol ;- Figure 3 is a flowchart which illustrates different stages of a possible mode of implementation of the invention; - Figure 4 illustrates the decomposition of the recorded signal according to the source signal and the reflectivity of the basement;
- les figures 5a à 5c illustrent les opérations de corrélation et de fenêtrage mises en œuvre dans le cadre d'un prétraitement de détermination d'un opérateur d'estimation de bruit harmonique.- Figures 5a to 5c illustrate the correlation and windowing operations implemented in the context of a preprocessing for determining an operator of harmonic noise estimation.
DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATIONDESCRIPTION OF ONE OR MORE EMBODIMENTS
Généralités - Rappels
On a représenté sur la figure 1 un exemple de dispositif d'acquisition de données vibrosismiques, qui comprend un ensemble de sources vibrosismiques Si, S2, ...Sm positionnées à la surface du sol, ainsi qu'un ensemble de géophones G^ G2, ...Gp également placés à la surface du sol. Les vibrations émises par les sources S-i, S2, ...Sm (signaux s^ s2, ...sm ) se propagent dans le sous-sol et sont réfléchies aux interfaces des couches de celui-ci. Les géophones G^ G2, ...Gp convertissent les signaux qu'ils reçoivent en signaux électriques qui sont transmis à une unité de traitement 1 où ils sont numérisés et enregistrés. Les sismogrammes ainsi enregistrés sont généralement traités non pas sur le terrain, mais dans un centre de traitement - référencé en l'occurrence par 2 - prévu à cet effet.General - Reminders FIG. 1 shows an example of a device for acquiring vibro-seismic data, which comprises a set of vibro-seismic sources Si, S 2 , ... Sm positioned on the ground surface, as well as a set of geophones G ^ G 2 , ... G p also placed on the ground surface. The vibrations emitted by the sources Si, S 2 , ... S m (signals s ^ s 2 , ... s m ) propagate in the subsoil and are reflected at the interfaces of the layers of this one. The geophones G ^ G 2 , ... G p convert the signals they receive into electrical signals which are transmitted to a processing unit 1 where they are digitized and recorded. Seismograms thus recorded are generally processed not in the field, but in a processing center - referenced in this case by 2 - provided for this purpose.
On se place dans la suite de la présente description dans le cas où les signaux émis par les sources sont de type «sweep » et se chevauchent (émission de type « slip sweep » selon la terminologie habituellement utilisée par l'homme du métier).We take the following description in the case where the signals emitted by the sources are of the “sweep” type and overlap (emission of the “slip sweep” type according to the terminology usually used by those skilled in the art).
On notera toutefois que l'invention ne se veut aucunement limitée à des signaux sources de type « slip sweep » et s'applique de façon générale au traitement de tout signal vibrosismique issu d'un ou plusieurs signaux sources pour lesquels on connaît le ou les signaux sources théoriquement émis.Note however that the invention is not intended to be in any way limited to source signals of the “slip sweep” type and applies generally to the processing of any vibro-seismic signal originating from one or more source signals for which the source signals theoretically emitted.
Des signaux s1(t), ...s4(t) de type « slip sweep » ont été représentés sur la figure 2a pour les sources S1 à S4.Signals s1 (t), ... s4 (t) of the “slip sweep” type have been shown in FIG. 2a for sources S1 to S4.
Comme on peut le voir sur cette figure, chaque source émet la même séquence vibratoire, les séquences d'émission étant décalées dans le temps d'une source à l'autre.As can be seen in this figure, each source emits the same vibratory sequence, the emission sequences being shifted in time from one source to another.
Lors d'une séquence d'émission, la fréquence du signal vibratoire varie de façon continue, par exemple selon une loi linéaire ou exponentielle en fonction du temps. Dans l'exemple de la figure 2a, la fréquence croît dans le temps ; des lois de variations avec lesquelles la fréquence décroît dans le temps sont également possibles.During a transmission sequence, the frequency of the vibratory signal varies continuously, for example according to a linear or exponential law as a function of time. In the example of Figure 2a, the frequency increases over time; laws of variations with which the frequency decreases over time are also possible.
On a porté sur la figure 2a la durée T d'une séquence d'émission et le temps ts qui sépare les séquences d'émission de deux sources émettant successivement dans le temps. Le temps ts est inférieur à la durée
d'émission T, de sorte que les vibrations générées par ces deux sources se chevauchent.FIG. 2a shows the duration T of a transmission sequence and the time ts which separates the transmission sequences from two sources transmitting successively over time. The time ts is less than the duration emission T, so that the vibrations generated by these two sources overlap.
Les signaux reçus au niveau des géophones G^ G2τ ...Gp sont des signaux composites - différents d'un géophone à un autre - qui sont la somme de différents signaux issus de la réflexion des signaux émis par les différentes sources S^ S2, ...Sm.sur les différents réflecteurs du sous-sol.The signals received at the level of geophones G ^ G 2τ ... G p are composite signals - different from one geophone to another - which are the sum of different signals resulting from the reflection of the signals emitted by the different sources S ^ S 2 , ... S m. On the different reflectors in the basement.
Un tel signal est par exemple le signal e(t) représenté sur la figure 2b.Such a signal is for example the signal e (t) shown in FIG. 2b.
La corrélation de ce signal avec un signal de référence correspondant à la séquence vibratoire d'émission théoriquement émise est un signal qui est théoriquement, en l'absence de bruit harmonique, un signal du type de celui illustré sur la figure 2c et qui présente des pics aux temps d'arrivée, sur le géophone considéré, des séquences émises par les différentes sources après réflexion dans le sous-sol.The correlation of this signal with a reference signal corresponding to the theoretically emitted vibration sequence of emission is a signal which is theoretically, in the absence of harmonic noise, a signal of the type illustrated in FIG. 2c and which presents peaks at arrival times, on the geophone considered, sequences emitted by the different sources after reflection in the basement.
Exemple de mise en œuyreExample of implementation
On a représenté sur la figure 3 différentes étapes d'un traitement conforme à un exemple de mise en œuvre possible de l'invention. Selon ce traitement, on met en œuvre sur un signal bruité reçu sur un géophone (étape 10 de récupération des données d'entrée) une corrélation avec un signal de référence H1 qui correspond à une séquence théorique d'émission de vibrations (étape 20).FIG. 3 shows different stages of a treatment in accordance with an example of possible implementation of the invention. According to this processing, a correlation is implemented on a noisy signal received on a geophone (step 10 of recovery of the input data) with a reference signal H1 which corresponds to a theoretical sequence of emission of vibrations (step 20) .
Cette étape de corrélation permet de mettre en évidence sur le signal reçu les temps qui correspondent aux arrivées des réflexions par les réflecteurs du sous-solThis correlation step makes it possible to highlight on the received signal the times which correspond to the arrival of reflections by the reflectors in the basement
La corrélation mise en œuvre à cette étape 20 présente en effet la propriété de répartir l'énergie du signal enregistré de la manière suivante :The correlation implemented in this step 20 has in fact the property of distributing the energy of the signal recorded in the following manner:
- l'énergie correspondant à la partie fondamentale du signal enregistré est répartie autour du temps d'origine (temps d'arrivée),- the energy corresponding to the fundamental part of the recorded signal is distributed around the origin time (arrival time),
- l'énergie correspondant à la partie harmonique du signal, dans le cas où les fréquences de celui-ci augmentent avec le temps, est répartie vers les temps négatifs par rapport à la partie fondamentale du signal. Dans
l'exposé qui suit, on considérera un signal dont les fréquences augmentent avec le temps, ce qui ne nuit pas à la généralité de la méthode, étant entendu que si les fréquences suivaient une loi descendante, l'énergie serait répartie vers les temps positifs. Cette corrélation permet par conséquent de mettre en évidence les temps d'arrivée.- the energy corresponding to the harmonic part of the signal, in the case where the frequencies of this one increase with time, is distributed towards the negative times compared to the fundamental part of the signal. In the following presentation, we will consider a signal whose frequencies increase with time, which does not harm the generality of the method, it being understood that if the frequencies followed a descending law, the energy would be distributed towards positive times . This correlation therefore makes it possible to highlight the arrival times.
Pour chacune des sources Sm à S2, on met alors le traitement de débruitage des étapes 30 à 60 qui vont maintenant être décrites. On notera ici que ce traitement n'est pas nécessaire pour la source qui correspond à la première arrivée sur le géophone, dans la mesure où le bruit généré par cette source est rejeté en dehors de la plage de temps conservée pour la suite du traitement. Les étapes 30 à 60 sont les suivantes.For each of the sources Sm to S2, the denoising treatment of steps 30 to 60 which will now be described is then put. It will be noted here that this processing is not necessary for the source which corresponds to the first arrival on the geophone, insofar as the noise generated by this source is rejected outside the time range retained for the rest of the processing. Steps 30 to 60 are as follows.
Pour une source k donnée (avec k entier compris entre 2 et m), on met en œuvre sur le signal enregistré reçu sur le géophone un fenêtrage incluant le temps d'arrivée mis en évidence pour cette source par l'étape 20 de corrélation (étape 30), de manière à conserver au maximum l'énergie de la composante fondamentale.For a given source k (with k integer between 2 and m), a windowing including the arrival time highlighted for this source by the correlation step 20 is implemented on the recorded signal received on the geophone step 30), so as to conserve the energy of the fundamental component as much as possible.
Puis on convolue le signal corrélé ainsi filtré avec un opérateur opk d'estimation de la composante harmonique qui est propre à la source k. Cet opérateur opki aura été préalablement déterminé à l'occasion d'un prétraitement 70 qui est décrit plus loin plus en détails. Cette opération de convolution (étape 40) permet de fournir le bruit Nk qui sur le signal corrélé correspond aux composantes harmoniques de la source k.Then the correlated signal thus filtered is convoluted with an operator op k for estimating the harmonic component which is specific to the source k. This opki operator will have been determined beforehand during a preprocessing 70 which is described below in more detail. This convolution operation (step 40) makes it possible to supply the noise Nk which, on the correlated signal, corresponds to the harmonic components of the source k.
Une fois ce bruit Nk déterminé, il est soustrait du signal corrélé (étape 50).Once this noise Nk has been determined, it is subtracted from the correlated signal (step 50).
On dispose ainsi d'un signal débruité par rapport aux harmoniques générés par la source k (étape 60). Un traitement de déconvolution permet de déterminer le signal vibrosismique dépourvu du bruit harmonique correspondant à ladite source. Les étapes 30 à 50 sont ainsi mises en œuvre successivement pour chacune des sources Sm à S2, le signal corrélé utilisé pour mettre en œuvre ces étapes pour la source Sk étant, lorsque k est différent de m, le
signal débruité obtenu à l'étape 60 du traitement mis en œuvre pour la source Sk +1.This provides a denoised signal with respect to the harmonics generated by the source k (step 60). A deconvolution processing makes it possible to determine the vibroseismic signal devoid of the harmonic noise corresponding to said source. Steps 30 to 50 are thus implemented successively for each of the sources Sm to S2, the correlated signal used to implement these steps for the source Sk being, when k is different from m, the denoised signal obtained in step 60 of the processing implemented for the source Sk +1.
Lorsque le traitement des étapes 30 à 60 a été mis en œuvre pour chacune des sources Sm à S2, on dispose alors d'un signal enregistré sur lequel le bruit harmonique a été fortement réduit.When the processing of steps 30 to 60 has been implemented for each of the sources Sm to S2, there is then a recorded signal on which the harmonic noise has been greatly reduced.
Exemple de détermination de l'opérateur d'estimation du bruit harmonique généré par une source donnéeExample of determining the operator for estimating the harmonic noise generated by a given source
On va maintenant décrire un exemple possible pour le pré-traitement de détermination des opérateurs opk (étape 70)We will now describe a possible example for the preprocessing of determination of the operators op k (step 70)
1) Eléments théoriques1) Theoretical elements
Un signal sk émis par une source Sk donnée peut être modélisé, ainsi que l'illustre la partie gauche de la figure 4, comme une somme pondérée de n signaux h1...hn de référence correspondant à la séquence vibratoire fondamental (h1) et à ses harmoniques (h2, ..., hn), ces différents signaux de référence étant pondérés par des fonctions de poids c1...cn,A signal s k emitted by a given source Sk can be modeled, as illustrated on the left part of FIG. 4, as a weighted sum of n reference signals h1 ... hn corresponding to the fundamental vibratory sequence (h1) and its harmonics (h2, ..., hn), these different reference signals being weighted by weight functions c 1 ... c n ,
On peut donc écrire :We can therefore write:
avec : h-i — α - cos(lττg) hj — α - cos(2mg) où * est l'opération de convolution, où a est une valeur d'amplitude et où g est une fonction connue qui varie en fonction du temps et qui peut s'écrire :with: hi - α - cos (lττg) h j - α - cos (2mg) where * is the convolution operation, where a is an amplitude value and where g is a known function which varies as a function of time and which can be written:
^ dt ( = ( (où f(t) est la fonction de phase).
Par ailleurs, on sait qu'en vibrosismique conventionnelle, le signal βk en provenance d'une source unique S et enregistré par un géophone donné est considéré comme pouvant être décrit de la manière suivante : ek = (sk *r + n)*imp [2] où S est le signal émis par une source Sk, r est une fonction représentative des coefficients de réflexion du signal sk sur les couches souterraines, n est une fonction représentant un bruit aléatoire, et imp est une fonction représentant la réponse impulsionnelle de la chaîne d'acquisition utilisée. Si l'on fait l'hypothèse, qui est illustrée sur la figure 4, que le bruit non harmonique est négligeable et que la réponse impulsionnelle de la chaîne d'acquisition n'intervient pas, on peut alors considérer que l'enregistrement est la convolution du signal source sk et des coefficients de réflexion r, c'est-à-dire : ek = sk * r [3]^ dt (= ((where f (t) is the phase function). Furthermore, we know that in conventional vibro-seismic, the signal β k coming from a single source S and recorded by a given geophone is considered as being able to be described as follows: e k = (s k * r + n ) * imp [2] where S is the signal emitted by a source S k , r is a function representative of the coefficients of reflection of the signal s k on the underground layers, n is a function representing a random noise, and imp is a function representing the impulse response of the acquisition chain used. If we make the assumption, which is illustrated in FIG. 4, that the non-harmonic noise is negligible and that the impulse response of the acquisition chain does not intervene, we can then consider that the recording is the convolution of the source signal s k and the reflection coefficients r, that is to say: e k = s k * r [3]
2) Différentes étapes du traitement 702) Different stages of treatment 70
Conformément à la variante llustrée sur la figure 3, le prétraitement de détermination des opérateurs opk des différentes sources Sk peut être mis en œuvre de la façon suivante.In accordance with the variant illustrated in FIG. 3, the preprocessing for determining the operators op k of the different sources Sk can be implemented in the following manner.
Ce prétraitement nécessite d'utiliser au moins un enregistrement obtenu en faisant émettre la séquence de vibrations sk par la source Sk.This preprocessing requires the use of at least one recording obtained by making the vibration sequence sk emit by the source Sk.
Lorsque l'on dispose du sismogramme ainsi enregistré pour une source donnée (étape 701), on corrèle ce signal avec la séquence de vibrations fondamentale h1 et ses harmoniques h2, ..., hn.When the seismogram thus recorded for a given source is available (step 701), this signal is correlated with the fundamental vibration sequence h1 and its harmonics h2, ..., hn.
On rappelle que la corrélation avec l'un des harmoniques ou fondamental hi correspond à une convolution avec une fonction hdi dont le spectre d'amplitude est égal au spectre d'amplitude de hi et le spectre de phase est égal à l'opposé du spectre de phase de hi et qu'une telle corrélation présente les propriétés suivantes : l'autocorrélation de hi est de phase nulle et est centrée autour du temps zéro ;
la corrélation de hi et de hj rejette l'énergie aux temps positifs lorsque j est supérieur à i et au temps négatif lorsque i est supérieur à j.Recall that the correlation with one of the harmonics or fundamental hi corresponds to a convolution with a function hdi whose amplitude spectrum is equal to the amplitude spectrum of hi and the phase spectrum is equal to the opposite of the spectrum of hi phase and that such a correlation has the following properties: the autocorrelation of hi is of zero phase and is centered around time zero; the correlation of hi and hj rejects energy at positive times when j is greater than i and at negative time when i is greater than j.
C'est ce qu'illustrent les figures 5a à 5c qui représentent respectivement la corrélation avec h1, h2 et h3 d'un signal combinaison pondérée de h1 , h2 et h3.This is illustrated in FIGS. 5a to 5c which respectively represent the correlation with h1, h2 and h3 of a weighted combination signal of h1, h2 and h3.
Comme on le comprend sur ces figures, l'énergie mise en évidence par ces opérations est principalement centrée autour du temps zéro (temps d'arrivée de la séquence de vibrations), les termes correspondant à des corrélations de hi et hj croisées (c.a.d. avec i et j différents) étant quant à eux d'énergie beaucoup plus faible.As can be understood in these figures, the energy highlighted by these operations is mainly centered around time zero (time of arrival of the vibration sequence), the terms corresponding to correlations of hi and hj crossed (ie with i and j different) being of much lower energy.
Il est à noter que seule la condition relative au spectre de phase est nécessaire pour l'obtention du résultat visé.It should be noted that only the condition relating to the phase spectrum is necessary for obtaining the targeted result.
En mettant en œuvre (étape 703) un fenêtrage centré autour de la zone où le sismogramme est le plus énergétique, c'est-à-dire autour de ce temps zéro (sans être d'ailleurs nécessairement centré sur celui-ci, l'essentiel étant que le pic d'énergie se trouve dans la fenêtre de filtrage), on récupère alors une approximation de la fonction r*ci*hi*hdi.By implementing (step 703) windowing centered around the zone where the seismogram is most energetic, that is to say around this zero time (without being necessarily necessarily centered on this, the essential being that the energy peak is in the filtering window), we then recover an approximation of the function r * ci * hi * hdi.
L'opération de fenêtrage est par exemple réalisée en utilisant une fonction d'apodisation ap choisie pour présenter une largeur couvrant parfaitement l'énergie de l'harmonique considéré. On a alors, en posant fi =ap-(ek *hdj): n f = ap- (ek * hd.) = <τp • (r * ∑C/ * h,) * hdt f, ≈r*c, *hi *hdl The windowing operation is for example carried out using an apodization function ap chosen to present a width perfectly covering the energy of the harmonic considered. We then have, by setting fi = ap- (e k * hd j ): nf = ap- (e k * hd.) = <Τp • (r * ∑ C / * h,) * hd t f, ≈r * c, * h i * hd l
Cette égalité s'écrit dans le domaine de Fourrier : Fi = R -Cr iHDi [5] où Fi, R, Ci, Hi et HDi correspondent aux transformées de Fourier de fi, r, ci, hi, hdi.This equality is written in the Fourrier domain: Fi = R -C r iHDi [5] where Fi, R, Ci, Hi and HDi correspond to the Fourier transforms of fi, r, ci, hi, hdi.
Les opérations de corrélation, puis de fenêtrage permettent par conséquent de déterminer des fonctions CRj dites de poids réduites :
qui sont telles que si l'on note en les transformées de Fourrier inverses desdites fonctions CRj., le signal source vérifie : sk = c, (b, + cr2 * h2 + cr3 *h3 + ...crn * hn ) [7] Après détermination de ces coefficients (étape 704), on dispose donc, à une fonction filtre Ci près, d'une modélisation du signal émis par la source réelle Sk.The correlation, then windowing operations therefore make it possible to determine so-called reduced weight functions CRj: which are such as if we note in the inverse Fourier transforms of said functions CRj . , the source signal checks: s k = c, (b, + cr 2 * h 2 + cr 3 * h 3 + ... cr n * h n ) [7] After determining these coefficients (step 704), we therefore has, apart from a filter function Ci, a modeling of the signal emitted by the real source S k .
On notera que dans une mise en œuvre possible, pour déterminer les fonctions CRi, on se limite uniquement aux fréquences pour lesquelles les valeurs de Ci et Cj ne sont pas nulles.It will be noted that in a possible implementation, to determine the functions CRi, one is limited only to the frequencies for which the values of Ci and Cj are not zero.
Egalement, pour obtenir une approximation plus fine des fonctionsAlso, to get a finer approximation of the functions
CRj, l'étape 704 peut être appliquée à plusieurs traces correspondant par exemple à plusieurs récepteurs d'une même acquisition. Les valeurs desCRj, step 704 can be applied to several traces corresponding for example to several receivers of the same acquisition. The values of
CRj peuvent être alors être calculés en faisant des calculs de moyenne ou encore à l'aide d'opérateurs statistiques. 4LCRj can then be calculated by doing averaging calculations or using statistical operators. 4L
Une fois les coefficients de poids harmoniques calculés pour une source Sk considérée, on détermine (étape 705) au moyen de ces coefficients un opérateur d'estimation du bruit harmonique généré par la source Sk. Pour une source Sk donnée, le bruit harmonique correspond dans le domaine fréquentiel à la multiplicationOnce the harmonic weight coefficients have been calculated for a source Sk considered, an operator is estimated (step 705) by means of these coefficients to estimate the harmonic noise generated by the source Sk. For a given source Sk, the harmonic noise corresponds in the frequency domain to multiplication
- de la composante fondamentale ECfθnCι de la transformée de Fourïer de l'enregistrement corrélé- the fundamental component EC fθnC ι of the Fourïer transform of the correlated recording
ECf - par l'opérateur OP égal àEC f - by the operator OP equal to
∑CR Hi ∑CiΗ,-∑CR Hi ∑CiΗ, -
OP = i=2 i=2OP = i = 2 i = 2
HI CJ.HJ
Si l'on s'en tient en effet à l'équation [1], ainsi qu'au modèle de l'équation [3], on a :HI CJ.HJ If we stick to equation [1], as well as to the model of equation [3], we have:
EC = R.S.HD1 =R.(∑C,.H, ).ΗD1EC = R.S.HD1 = R. (∑C, .H,) .ΗD1
M etM and
ECfond = R-C1.H1.HD1ECfo nd = R-C1.H1.HD1
ECarm = R.(∑Cf f, ).HD1 = OP.ECfond
ECarm = R. (∑C f f,) .HD1 = OP.EC fond
Dans le domaine temporel (opérateur op), cette opération s'écrit comme la convolution de la transformée de Fourrier inverse de OP par la partie positive de l'enregistrement corrélé (laquelle est assimilable à la partie fondamentale du signal enregistré).
In the time domain (operator op), this operation is written as the convolution of the inverse Fourier transform of OP by the positive part of the correlated recording (which is comparable to the fundamental part of the recorded signal).
Autres variantes de calcul des fonctions de poids harmoniques De nombreuses autres variantes de calcul des fonctions de poids harmoniques sont envisageables. -Other variants of the calculation of the harmonic weight functions Many other variants of the calculation of the harmonic weight functions can be envisaged. -
Notamment, si l'on considère que la corrélation d'un signal vibrosismique par la composante fondamentale théorique h1 ou un harmonique hi est telle que l'énergie correspondant à la corrélation de cette composante ou harmonique avec des composantes harmoniques de rangs supérieur est négligeable, on peut décrire un signal vibrosismique e d'une part par la composante fondamentale théorique et d'autre part par les différentes composantes harmoniques que l'on souhaite considérer :In particular, if we consider that the correlation of a vibroseismic signal by the theoretical fundamental component h1 or a harmonic hi is such that the energy corresponding to the correlation of this component or harmonic with harmonic components of higher ranks is negligible, one can describe a vibroseismic signal e on the one hand by the theoretical fundamental component and on the other hand by the various harmonic components which one wishes to consider:
c1*r*h1*hd1 = e*hd1c1 * r * h1 * hd1 = e * hd1
Cl*r*h1*hd2 + c2*r*h2*hd2 = e*hd2 d *r*h1 *hd3 + c2*r*h2*hd3 + c3*r*h3*hd3 = e*hd3Cl * r * h1 * hd2 + c2 * r * h2 * hd2 = e * hd2 d * r * h1 * hd3 + c2 * r * h2 * hd3 + c3 * r * h3 * hd3 = e * hd3
c1*r*h1*hdn + c2*r*h2*hdn + c3*r*h3*hdn + cn*r*hn*hdn = e*hdnc1 * r * h1 * hdn + c2 * r * h2 * hdn + c3 * r * h3 * hdn + cn * r * hn * hdn = e * hdn
On dispose par conséquent d'un système de n équations permettant de déterminer les fonctions R.C./R.C1, c'est-à-dire les fonctions de poids. II est en outre à noter que si l'on dispose de données relatives à la signature de la source, telles que le signal force (somme pondérée des accélérations mesurées sur la masse et la plaque du vibrateur), le signal source s* disponible est avantageusement utilisé dans le pré-traitement de l'étape 70 en tant que signal ek,_ Dans ce cas il n'y a pas de réflexion et l'équation (3) se réduit à : e/ ≈ s*There is therefore a system of n equations for determining the RC / R.C1 functions, that is to say the weight functions. It should also be noted that if there are data relating to the signature of the source, such as the force signal (weighted sum of the accelerations measured on the mass and the plate of the vibrator), the available source signal s * is advantageously used in the preprocessing of step 70 as a signal e k , _ In this case there is no reflection and equation (3) is reduced to: e / ≈ s *
Comme on l'aura compris, le procédé de réduction de bruit proposé peut être mis en œuvre soit après l'enregistrement des données bruitées, soit en temps réel, les données enregistrées étant alors des données débruitées.
As will be understood, the proposed noise reduction method can be implemented either after recording the noisy data, or in real time, the recorded data then being denoised data.