Je suis
FR FR
Citoyen / Grand public
Chercheur
Étudiant / Futur étudiant
Entreprise
Partenaire public
Journaliste
Enseignant / Elève

Viscoelastic full waveform inversion of ocean-bottom cable seismic data.

13/04/2010

IPGP - Campus Jussieu

14:00

Soutenances de thèses

Salle Bleue

Gillian ROYLE

Membres du jury: Penny BARTON (Cambridge, GB) ................. Rapporteur Henri CALANDRA (Total Pau) ................... Rapporteur Richard HOBBS (Durham University, GB) ........ Membre Raul MADARIAGA (Labo. Géologie de l’ENS) ..... Membre Jean Paul MONTAGNER (Univ Paris-Diderot) ..... Membre Satish SINGH (IPGP) .......................... Directeur de thèse Résumé: L'objectif de l'inversion de la forme d'onde est de retrouver quantitativement les propriétés lithologique de la sub-surface d'après les informations contenues dans les ondes sismiques. Il est important de pouvoir modéliser précisisement l'équation de propagation et de paramétriser parfaitement la sub-surface. Les méthodes d'inversion de la forme d'onde ont principalement été développées pour des milieux acoustiques et élastiques ce qui présente certaines limites les applications: a) dans une Terre réelle, la propagation des ondes se fait dans un milieu anélastique, b) L'atténuation est particulièrement prononcée dans des sujets, tels que réservoir d'hydrocarbure et de gaz, les sediments contenant des hydrates. Ainsi, bien qu'une quantité d'information pourrait être retrouvée par l'étude de la propagation des ondes dans un milieu visco-élastique, il y a très peu de travaux dans le domaine le l'inversion de la forme d'onde visoélastique. L'anélasticité a un effet direct sur l'amplitude, la phase et encore la frequence des ondes, de ce fait si elle n'est pas correctement pris en compte dans le processus d'inversion, les solutions risquent d'être mal contraintes conduisant à une mauvaise définition des paramères lithologiques. Ce travail présente une méthode pour modéliser précisement la propagation des ondes dans un milieu visco-élastique ainsi qu'une façon d'inverser conjointement les modèles d'atténuation (Qp et Qs) et les modèles de vitesses (Vp et Vs) en utilisant l'inversion de forme d'onde. L'atténuation est introduite d'après la loi de superposition de Boltzmann par laquelle le tenseur des contraintes est représenté par la convolution en temps entre le tenseur des déformations et la dérivée temporelle du module viscoélastique. Le calcul des déformations prends en compte l'état précédent des contraintes. Ces états sont par ailleurs introduits dans la loi de Hooke afin d'éviter la convolution en temps. De plus, les temps de relaxation, qui sont derivées d'après les modèles d'atténuation, sont utilisées dans l'équation d'onde. Les calculs des gradients pour les modèles d'atténuation inclus ces temps de relaxation et doivent être régularisés pour mettre à l'echelle les gradients associés aux modèles de vitesses et d'atténuations. Ainsi, les modèles d'atténuations et de vitesses peuvent être inversées conjointement. Les tests ont été réalisés sur des données synthétiques, et des données réelles OBC acquises au cours d'une campagne en mer dans le Golfe du Mexique. La technique d'injection des différences finis de Robertson et Chapman (2000) a aussi été examinée. Cette technique est utilisée afin de recalculer des sismogrammes en ne recalculant les equations de propagation uniquement dans les cellules où le modèle a été modifié. Une méthode d'inversion de la forme d'onde a ainsi été développé sur cette technique, et a conduit à une réduction significative du temps de calcul, rendant ainsi possible les applications de l'inversion de la forme d'onde sur les données 4D. Abstract: The objective of full waveform inversion is to quantitatively recover the lithological properties of the subsurface from information contained in the seismic waveforms. Full waveform inversion requires accurate modeling of the wave equation, and a complete parameterization of the subsurface must be implemented in order to extract as much waveform information as possible. Full waveform inversion methods have been developed predominantly for acoustic and elastic media. Though a wealth of information can be found on the topic of viscoelastic wave propagation, very little published literature exists in the field of viscoelastic full waveform inversion. This presents a significant constraint in the applicability of the full waveform inversion method in that: a) wave propagation in real-earth media is anelastic, and b) attenuation is particularly pronounced in areas of high interest such as hydrate-bearing sediments, gas clouds, and hydrocarbon reservoirs. Anelastic effects such as the changes in amplitude, phase and frequency of seismic data are not properly accounted for in acoustic and elastic waveform inversion schemes, which can lead to poorly-constrained inversion solutions and inexact lithology definitions. This work presents a method to accurately model wave propagation in viscoelastic media as well as how to invert for both attenuation (Qp and Qs) models in addition to P-wave and S-wave velocity models using full waveform inversion. Attenuation is introduced in the form of the Boltzmann's superposition law whereby the stress tensor is represented by the time convolution between the strain tensor and the time derivative of the viscoelastic modulus. The material strain takes into account the time-dependent nature of previous stress states and possesses a characteristic referred to as a memory effect. Memory variables are introduced in the stress-strain relation in order to avoid time convolutions. Relaxation times, which are used to define the memory variables, are derived from the attenuation (Q) models. The gradient calculations for the viscoelastic models incorporate these relaxation times, and require smoothness preconditioning to stabilize the model updates and in some cases implementation of the subspace method to rescale the gradients associated with velocity and attenuation models. In this way, velocity and attenuation models may be inverted for simultaneously. The scheme is tested on synthetic examples and implemented on a real ocean-bottom cable data set acquired in the Gulf of Mexico. The finite-difference grid injection technique of Robertsson and Chapman (2000) is also investigated. This technique is used to update seismograms following localized alterations to the earth models, and has direct application to time-lapse studies. A full waveform inversion method based on the grid injection technique has been developed, resulting in significant reductions in computation time, potentially rendering 3D applications on real time-lapse data sets computationally feasible.