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Theses Year : 2022

Salt tectonic imaging at crustal and experimental scales by seismic migration and adjoint method : offshore application context

Imagerie de milieux salifères aux échelles crustales et expérimentales par méthodes de migration sismique et méthode de l'adjoint : applications marines

Javier Abreu-Torres
  • Function : Author
  • PersonId : 1174279
  • IdRef : 264913310

Abstract

Finding salt geological structures is an important economic reason for exploration in the world because they constitute a natural trap for various resources such as oil, natural gas, water, and also the salt itself can be exploitable. However, the imaging of these structures is a great challenge. Due to the properties of salt, with propagation velocities much higher than the adjacent strata, seismic waves are trapped within these structures, producing a large number of spurious numerical artifacts, such as multiples. This interferes with the primary seismic signal, making it impossible to see clearly what is underneath the salt structures (salt domes for instance). Among all the geophysical exploration methods, the Reverse Time Migration method (RTM), which is part of the methods that solve the complete seismic waveform, is a very powerful imaging tool, even in regions of complex geology. In this work we use the adjoint-based RTM method, which basically consists of three stages: the solution of the wave equation (forward problem), the solution of the adjoint wave equation (adjoint problem), and the imaging condition, which consists in the correlation of the forward and adjoint wavefields. This work can be divided in two cases of study: the first case consists in a two-dimensional synthetic model of a salt dome, taken from the final migration of a real survey in the Gulf of Mexico. The second case consists in an experimental three-dimensional model (WAVES), elaborated by the LMA laboratory in Marseille (France), which simulates a salt structure (with surrounding sedimentary structures), and a basement. The model was immersed in water to recreate a reallistic marine survey. Two different data types were obtained in this experiment: zero-offset and multi-offset data. To compute the adjoint-based RTM method we use fourth-order finite differences in both cases. Furthermore, in the second case we used the UniSolver code, which solves the adjoint-based RTM method using fourth-order finite differences and MPI-based parallelism. It was also necessary to implement the viscoelastic equations to simulate the effect of attenuation. Because of this, the Checkpointing scheme is introduced to calculate the imaging condition and ensures physical and numerical stability in the migration procedure. In the first case study we analyze the recovery of the salt dome image that different sensitivity kernels produce. We calculate these kernels using different parametrizations (density - P velocity), (density - Lamé constants), or (density - P impedance) for an acoustic rheology. We also study how the use of different a priori models affects the final image depending on the kind of kernel computed. Using the results obtained previously in 2D, we calculate synthetic three-dimensional kernels using an elastic rheology. In the second case (the realistic/experimental case), we perform a calibration of the model properties for zero-offset data, and once the synthetic and real data fit well, we calculate the three-dimensional kernels. [...]
La découverte de structures géologiques salines est une raison économique importante pour l'exploration dans le monde car elles constituent un piège naturel pour diverses ressources. Cependant, l'imagerie de ces structures est un grand défi. En raison des propriétés du sel, dont les vitesses de propagation sont beaucoup plus élevées que celles des strates adjacentes, les ondes sismiques sont piégées dans ces structures, produisant un grand nombre d'artefacts numériques parasites, tels que des multiples. Cela interfère avec le signal sismique primaire, ce qui empêche de voir clairement ce qui se trouve sous les structures salifères. Parmi toutes les méthodes d'exploration géophysique, la méthode de migration par renversement temporel (RTM), qui fait partie des méthodes qui utilisent la résolution de la forme d'onde sismique complète, est un outil d'imagerie très puissant, même dans les régions à géologie complexe. Dans ce travail, nous utilisons la méthode RTM basée sur l'adjoint, qui consiste essentiellement en trois étapes : la solution de l'équation des ondes, la solution de l'équation des ondes adjointe et la condition d'imagerie, qui consiste en la corrélation des champs d'ondes directs et adjoints. Ce travail peut être divisé en deux cas d'étude : le premier cas consiste en un modèle synthétique bidimensionnel d'un dôme de sel, issu de la migration finale d'une étude réelle dans le Golfe du Mexique. Le second cas consiste en un modèle tridimensionnel expérimental (WAVES), élaboré par le laboratoire LMA de Marseille, qui simule une structure saline, structures sédimentaires environnantes, et un socle. Le modèle a été immergé dans l'eau pour recréer un sondage marin réaliste. Deux types de données différents ont été obtenus dans cette expérience : des données à décalage nul et des données à décalage multiple. Pour résoudre l'équation des ondes impliquée dans la méthode RTM basée sur l'adjoint, nous utilisons des différences finies d'ordre 4 dans les deux cas. De plus, dans le second cas, nous avons utilisé le code UniSolver, qui résout la méthode RTM basée sur l'adjoint en utilisant des différences finies d'ordre 4 et un parallélisme basé sur MPI. Nous avons mis en œuvre les équations viscoélastiques pour simuler l'effet de l'atténuation. Pour cette raison, le schéma "Checkpointing" est introduit pour calculer la condition d'imagerie et assurer la stabilité physique et numérique. Dans le premier cas d'étude, nous analysons la reconstruction de l'image du dôme de sel que produisent différents noyaux de sensibilité. Nous calculons ces noyaux en utilisant différentes paramétrisations (densité - vitesse P), ou (densité - constantes de Lamé) pour une rhéologie acoustique. Nous étudions également comment l'utilisation de différents modèles a priori affecte l'image finale en fonction du type de noyau calculé. En utilisant les résultats obtenus en 2D, nous calculons des noyaux synthétiques tridimensionnels en utilisant une rhéologie élastique. Dans le second cas, nous effectuons d'abord une calibration des propriétés du modèle pour des données à décalage nul, et une fois que les données synthétiques et réelles s'ajustent bien, nous calculons les noyaux tridimensionnels. Nous résolvons le problème direct pour le cas à décalage multiple avec et sans effets d'atténuation.[...]
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03813706 , version 1 (13-10-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03813706 , version 1

Cite

Javier Abreu-Torres. Salt tectonic imaging at crustal and experimental scales by seismic migration and adjoint method : offshore application context. Applied geology. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2022. English. ⟨NNT : 2022TOU30130⟩. ⟨tel-03813706⟩
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