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Thèse Année : 2009

A non linear inverse method for high resolution seismic imaging

Une méthode d'inversion non linéaire pour l'imagerie sismique haute résolution

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Résumé

Recent innovations in oil industry, both in exploration and production fields, and the development of CO2 subsurface sequestration technics, require high resolution seismic imaging methods. The work presented here is dedicated to the design of such a method, allowing for the fine scale quantitative recovering of the acoustic impedance distribution around a well. This method is an extension to a multidimensionnal framework of the 1D non linear inversion of VSP (Vertical Seismic Profile) seismic data. To perform this generalization, we are faced with two main difficulties. The first one is the intrinsic indetermination of the non linear multidimensionnal inverse problem, which requires the use of regularization terms. The second one is the very high computation cost. Thus, a well suited numerical method is designed. This method uses both Quasi-Newton and Conjugate Gradient optimization methods in a nested optimization loop. Besides, a domain decomposition algorithm is used to perform a distributed computation of the functional gradient through the adjoint state method. The performances of this new seismic imaging method, for both numerical and resolution aspects, are evaluated in a 2D implementation context. In addition, this numerical solving method requires acoustic wave propagation modelling in the subsurface which is obtained using PML (Perfectly Matched Layers) equations. Finally, a stability analysis of these equations adapted to an heterogeneous context is carried on.
Les développements récents de l'industrie pétrolière en matière d'exploration et de production, et la mise en place de techniques de séquestration souterraine du CO2, nécessitent des méthodes d'imagerie du sous-sol permettant d'obtenir une information structurale et quantitative à fine échelle. Les travaux présentés dans cette thèse s'intéressent au développement d'une telle méthode, permettant d'estimer la distribution d'impédance acoustique autour d'un puits. Elle s'inspire du problème 1D d'inversion de données sismiques de puits PSV (Profil Sismique Vertical), et en propose une extension multi-D. Cette généralisation se heurte à deux principaux problèmes. Le premier consiste en l'indétermination inhérente au problème inverse multi-D, combattue par l'introduction de termes de régularisation appropriés. Le second est l'importance des coûts de calcul nécessaires à la résolution de ce problème. Une méthode numérique adéquate est proposée, faisant intervenir une méthode d'optimisation couplant un algorithme de type Quasi-Newton et l'algorithme du gradient conjugué. De plus, un algorithme de décomposition de domaines permet le calcul distribué du gradient de la fonctionnelle par l'état adjoint. Les performances de cette nouvelle méthode d'imagerie sont évaluées dans un contexte d'implémentation 2D. D'autre part, la modélisation de la propagation des ondes acoustiques dans le sous-sol est réalisée à l'aide de couches absorbantes de type PML (Perfectly Matched Layers). Une étude mathématique de la stabilité des équations PML adaptées au contexte spécifique d'un milieu de propagation hétérogène est également menée.
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Dates et versions

tel-00471293 , version 1 (07-04-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00471293 , version 1

Citer

Ludovic Métivier. Une méthode d'inversion non linéaire pour l'imagerie sismique haute résolution. Modélisation et simulation. Université Paris-Nord - Paris XIII, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00471293⟩
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