Imaging Geological Structures Up to the Acquisition Surface Using a Hybrid Refraction-Reflection Seismic Method

Image des structures géologiques des profondeurs à la surface, grâce à une méthode de sismique hybride entre la réflexion et la réfraction

¹ IST, Dep. of Physics, Lisbon - Portugal
² IFP Energies nouvelles, IFP school, 1-4 avenue de Bois-Préau, 92852 Rueil-Malmaison Cedex - France
³ Andra, Centre de Meuse/Haute Marne, 55290 Bure - France
e-mail: manuela.mendes@ist.utl.pt - jean-luc.mari@ifpen.fr - michel.hayet@andra.fr

^⋆ Corresponding author

Abstract

The aim of seismic imaging is to reconstruct the reflectivity associated with subsurface structures. In standard imaging techniques, the reflectivity model usually starts a few meters below the surface, the actual depth being dependent on data acquisition parameters and the mute used to remove stretching of first arrivals after normal moveout correction. In this paper, we describe a method to image the reflectivity of near-surface structures starting from the acquisition surface. This is achieved by processing both the first arrivals and the reflected phases present in data collected for refraction surveys. The proposed imaging procedure works in three steps. First, we obtain a velocity model for the shallow region by combining the Plus-Minus method of refraction interpretation with tomographic inversion of first arrival times. Second, by processing reflection events present in the refraction data, we obtain a standard reflectivity section for the deeper region. Finally, we compute reflectivity for the shallow region using the velocity model estimated from first arrival information in step 1. This velocity model is used both to compute reflectivity and to convert it in time. The reflectivity obtained for the shallow region is associated with velocity contrasts. In order to merge it with the reflectivity section for the deeper region a scaling factor between the two sets of reflectivity sections must be computed and applied.

The novelty of this contribution is the use the tomographic velocity model in evaluating reflectivity for the upper part of the section. This improves the continuity of information about all near-surface structures in comparison with previous works that were limited to reflection data.

Three field examples illustrate the proposed procedure showing continuous information about reflectivity of structures starting from the acquisition surface.

Résumé

Le but de l’imagerie sismique est de reconstruire la réflectivité associée aux structures superficielles. Cependant, lors des reconstructions classiques, le modèle de réflectivité commence en général quelques mètres sous la surface, en fonction du mute utilisé pour supprimer les artéfacts liés aux arrivées premières et aux paramètres d’acquisition. Pour pallier ceci, nous utilisons dans cet article une approche pour imager la réflectivité des surfaces peu profondes dès la surface. Cela est réalisé en traitant les arrivées premières et les phases réfléchies dans les données de la réfraction. La procédure d’imagerie proposée se déroule en trois étapes. Premièrement, nous obtenons le modèle de vitesse pour la partie supérieure à partir de la méthode plus/minus et de l’inversion tomographique des arrivées premières; deuxièmement, en traitant les évènements réfléchis, présents dans les données de réfraction, on obtient une section de réflectivité standard pour les zones plus profondes; et, enfin, nous calculons la prolongation de la réflectivité pour la partie supérieure grâce au modèle de vitesse fourni par l’inversion tomographique en premier lieu. Le modèle de vitesse est utilisé pour calculer la distribution de réflectivité et pour la conversion en profondeur des sections en temps. La réflectivité ainsi obtenue est associée aux contrastes de vitesse. Afin de le faire coïncider avec la distribution de réflectivité associée aux contrastes d’impédance, un facteur d’échelle entre les deux jeux de distribution de réflectivité doit être calculé.

La nouveauté de cette contribution est l’emploi d’un modèle de vitesse dans l’évaluation de la réflectivité pour la partie supérieure de la section, ce qui améliore l’information continue sur l’ensemble des structures superficielles en comparaison avec les travaux antérieurs limités aux données de la réflexion.

Trois exemples de terrain illustrent la méthode proposée en montrant la continuité de l’information sur la réflectivité des structures dès la surface.