3D Seismic Imaging of a Near-Surface Heterogeneous Aquifer: A Case Study
Imagerie sismique 3D d'un aquifère hétérogène proche de la surface
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Institut français du pétrole, IFP school, 1-4 avenue de Bois-Préau, 92852 Rueil-Malmaison - France
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Université de Poitiers, UMR 6532 HydrASA, 40 avenue du recteur Pineau, 86022 Poitiers - France
Corresponding authors: j-luc.mari@ifp.fr gilles.porel@hydrasa.univ-poitiers.fr
Different surface seismic surveys have been recorded on an experimental hydrogeological site that has been developed for several years near Poitiers (France). The paper shows how 3D seismic imaging can be used to describe the near-surface heterogeneous aquifer. The acquisition spread is designed to perform both 3D refraction and reflection seismic surveying. Refraction survey enables us to obtain a 3D image in depth of a low velocity superficial zone contrasting with the underlying water – bearing carbonates. Variogram analysis and geostatistical filtering allow to filter random and structured acquisition noise. Factorial kriging is used to filter the small scale structures (cubic structure with a range of 55 m and nugget) in order to make the large scale structures appear and to determine their orientation: a main orientation N90 and a secondary orientation N50. These two directions have been selected to implement two deviated wells C3 and C4. Reflection survey enables us to get a 3D seismic pseudo velocity block in depth. The vertical resolution is enhanced thanks to deconvolution after depth conversion. A Wiener filter, defined at a reference well C1 has been applied to the seismic traces to convert into velocity the amplitude sections. The results obtained are validated at four wells (MP6, MP5, M8, M9) in which acoustic data have been recorded. The 3D seismic pseudo velocity block shows the large heterogeneity of the aquifer reservoir in the horizontal and vertical planes, confirms the main structural orientations (N90 and N50) pointed out by refraction survey. At a given depth, the velocity distribution shows preferential connections between wells. As an example, well pumping tests and pressure interference confirm the hydrodynamic connection between wells M13 and M21 defined by a low velocity zone at 88 m depth.
Résumé
Différentes acquisitions sismiques ont été réalisées sur le site hydrologique expérimental de Poitiers (France). Ce papier montre comment la sismique 3D peut être mise en oeuvre et traitée pour décrire un aquifère hétérogène proche de la surface. Le dispositif d'acquisition a été choisi pour obtenir à la fois une imagerie par réfraction et par réflexion. La sismique réfraction a permis d'obtenir une image en profondeur du toit de l'aquifère carbonaté. Une analyse géostatistique et un filtrage par krigeage factoriel ont permis d'améliorer l'image sismique et de rechercher des structures à grande échelle. Deux directions de structure ont ainsi pu être mises en évidence. La direction principale est orientée N90 et la direction secondaire N50. Ces deux directions ont été retenues pour implanter les puits déviés C3 et C4. La sismique réflexion a permis d'obtenir un bloc de vitesse 3D en profondeur. La résolution verticale a pu être améliorée par déconvolution après conversion profondeur. Un filtre de Wiener, défini au puit de référence C1 a permis de convertir les traces sismiques en vitesses d'intervalle. Les résultats obtenus ont été validés sur quatre puits (MP6, MP5, M8, M9) où des diagraphies acoustiques avaient été au préalable enregistrées. Le bloc de vitesse sismique montre la forte hétérogénéité du réservoir aquifère et confirme les orientations principales des structures mises en évidence par réfraction. À une profondeur donnée, la distribution des vitesses sismiques met en évidence des chemins préférentiels de connexion entre puits. À titre d'exemple des tests d'interférence et des pompages confirment la connexion hydraulique entre les puits M13 et M21, situés dans une zone à vitesse sismique lente à la profondeur de 88 m.
© IFP, 2008