Interaction between waves and interfaces in seismics
Interaction ondes/interfaces en contexte sismique
Résumé
Many major challenges of the twenty- first century in the economic, social, or environmental fields, require a careful characterization of the geological structures of the Earth. Seismics is probably the most widely used technique to explore the environment at large scales. Imaging and characterizing the subsurface from real seismic data however is a di fficult task, and the di fficulty increases since the wave propagation in complex and heterogeneous natural systems is poorly understood. It is therefore essential to identify the geological features, which signi ficantly in fluence the wave propagation in a given confi guration, and to understand their interaction with the seismic waves. To model the wave characteristics one has to account for the complexity of natural environments through which the waves propagate, but also for the contact laws between the geological media, and for the limitations introduced by the seismic waves themselves. This manuscript summarizes the work I have developed essentially on the understanding and on the modeling of the wave/interface interaction using multidisciplinary approaches. Besides basic knowledge of the physical mechanisms underlying the wave propagation in complex media (e.g., the vertical and the lateral seismic resolutions, the de finition of the 3D seismic refl ector, the interface scattering, and the in fluence of the anisotropy on surface waves), applied works dedicated to the oil and gas exploration or to the monitoring of geological storage of CO2 have also been developed.
Certains besoins économiques, sociétaux ou environnementaux nécessitent une caractérisation approfondie des structures géologiques du sous-sol. Parmi les différentes méthodes géophysiques, la sismique est sans doute celle qui est le plus souvent privilégiée. Imager et caractériser le sous-sol à partir de données réelles acquises sur le terrain est cependant un problème inverse généralement di fficile à résoudre. Il l'est d'autant plus si le problème direct associé n'a pas été au préalable "maîtrisé" a minima, c'est-à-dire si l'on ne dispose pas d'une modélisation réaliste de la propagation des ondes. Pour cela, il semble essentiel, pour modéliser les données sismiques synthétiques a fin de les rendre comparables aux données réelles, d'identi fier et de comprendre en premier lieu les facteurs géologiques et/ou physiques de premier ordre qui in fluencent la propagation des ondes dans une con figuration donnée. Cela suppose qu'on prenne en compte à la fois les lois de comportement des couches géologiques traversées et les lois de contact entre ces couches, mais aussi les limitations introduites par le système d'observation constitué par les ondes sismiques. Ce mémoire décrit les travaux que j'ai menés essentiellement sur la compréhension et la modélisation de l'interaction ondes/interfaces en me basant sur des approches pluridisciplinaires. Outre l'aspect fondamental d'une meilleure connaissance des mécanismes physiques sous-jacents à la propagation des ondes dans des milieux complexes (e.g., les résolutions sismiques verticale et latérale, la dé finition du ré flecteur sismique 3D, la diffusion d'interface et l'in fluence de l'anisotropie sur les ondes de surface), des aspects plus appliqués, dédiés notamment à l'exploration de gisements énergétiques ou à la surveillance de réservoirs géologiques de stockage du CO2, ont été également développés.
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