Contexte

La simulation fine de la propagation des ondes sismiques au sein de structures géologiques complexes est au cœur des techniques d’imagerie du sous-sol développées pour des applications environnementales (e.g., caractérisation de la proche surface ou suivi des réservoirs de stockage de CO2) et industrielles (e.g., détection et caractérisation de réservoirs énergétiques potentiellement exploitables). Dans le cas où les structures géologiques ont des topographies simples et des propriétés physiques continûment variables, les méthodes conventionnelles (e.g., tracé de rayons, schémas aux différences finies …) sont des outils très efficaces pour la modélisation sismique. Cependant, ces méthodes peinent à simuler correctement les champs d’ondes sismiques dans les zones géologiques complexes où les variations de topographie et des propriétés physiques des milieux sont rapides et parfois abrupts, car celles-ci génèrent la présence de zones d’ombre, de caustiques et d’effets de diffraction, qui sont des éléments très perturbateurs pour les ondes. Pourtant, c’est précisément dans ces zones très chahutées que peuvent résider des réservoirs d’intérêt économique ou sociétal majeur. Il est donc indispensable de maîtriser le problème direct dans de telles configurations, en étant capable de modéliser de manière réaliste la propagation des ondes sismiques en 3D, afin de réduire les incertitudes liées au problème (inverse) d’imagerie sismique.

Objectifs

Depuis quelques années, de nombreuses études sont poursuivies pour améliorer les méthodes de modélisation sismique au sein de structures géologiques complexes. Ces méthodes « enrichies » sont testées sur des configurations synthétiques tests représentant un environnement géologique typique (cf par exemple les benchmarks numériques issus des projets SPICE, SISMOWINE et SEAM). Il a alors été montré l’existence de différences notables dans les résultats produits par les diverses méthodes choisies, notamment dans le domaine des hautes fréquences, qui conduisent à la question essentielle : quelle est in finela méthode la plus fiable en contexte réel ? Une autre approche consiste à éprouver ces méthodes en confrontant leurs résultats directement avec les données sismiques acquises in situ. Mais sans bonne connaissance a priori de l’environnement géologique, l’interprétation finale des comparaisons est incertaine. Enfin, une approche alternative pour le benchmark de méthodes numériques peut être la comparaison des données numériques avec celles collectées sous conditions contrôlées en laboratoire. Les données expérimentales combinent un double avantage : celui de posséder, contrairement aux données synthétiques tests, de nombreuses caractéristiques proches de celles des données sismiques réelles (e.g., bruit aléatoire, multiples, caustiques…), tout en s’affranchissant des incertitudes liées à la méconnaissance des milieux.
L’objectif du projet BENCHIE est précisément d’explorer le potentiel de cette alternative pour la sismique marine, afin de la proposer par la suite comme une solution de calibration de codes de propagation et d’imagerie. Par une approche pluridisciplinaire combinant techniques acoustiques, méthodes géophysiques et calculs numériques HPC, la comparaison benchmarks expérimentaux / simulations numériques est mise en œuvre dans une configuration typique de sismique marine 3D. Elle permet de mettre en lumière les qualités et défauts respectifs de diverses méthodes numériques, et ainsi de participer à la stratégie d’évolution de ces méthodes vers une simulation plus performante de la propagation des ondes et de l’imagerie sismique du sous-sol et de ses réservoirs naturels.

Collaborations

• Department of Petroleum Engineering & Applied Geophysics - Norwegian University of Science and Technology (NTNU – Trondheim, Norvège)
• Institute of Petroleum Geology & Geophysics SB RAS (IPGG – Novosibirsk, Fédération de Russie).

Coordinateur : N. Favretto-Cristini (LMA)
Participants : P. Cristini, D. Komatitsch
Financement : CNRS-INSIS, Université de Provence, Carnot Star