TP Sismique Réfraction.

TP Sismique Réfraction.
Objet :
La sismique réfraction est appliquée à une grande variété de problèmes de géophysique aussi
bien pour la structure de la croûte terrestre et du manteau que pour la prospection des
formations superficielles. Elle est particulièrement adaptée pour l’imagerie de la subsurface.
Cette méthode va permettre d’estimer simultanément les profondeurs, les pendages et les
vitesses des couches stratigraphiques.
Principe de la méthode :
Une onde est émise à l’aide d’une source activée en surface. L’onde se propage dans les
couches géologiques inférieures. L’onde est ensuite enregistré à la surface à l’aide de
géophones (capteurs qui enregistrent la vitesse de déplacement du sol) disposés de façon
régulière à la surface du sol  enregistrement d’un profil sismique.
La profondeur d’investigation dépend de la largeur du dispositif. Un dispositif large permet
une profondeur d’investigation importante. Si le profil est plus étroit, on ressert les points
d’observation donc on obtient une meilleure résolution de l’onde dans le milieu 1.
On effectue un tir aval et amont pour déterminer la géométrie de l’interface.
 Cas d’un milieu tabulaire à 2 couches avec les vitesses V1 et V2.
- L’onde se propage le long de l’interface et va être enregistrée en premier au niveau des
capteurs. Il s’agit de l’onde directe.
- L’onde se propage dans le milieu 1 avec une vitesse V1. L’onde va arrivée sur une interface
avec un angle critique :
2
1
sin
V
V
ic=
puis se propage le long de l’interface avec une vitesse V2
avant de revenir à la surface avec le même angle critique et une vitesse V1. La propagation
d’onde réfractée n’est possible que pour un contraste de vitesse positif
21 VV <
.
 Analyse des données.
Les signaux enregistrés sont représentés : distance en fonction du temps. Cette courbe va
constituer ce que l’on appelle l’hodochrone. Dans le cas d’un milieu tabulaire, l’hodochrone
va être symétrique. Sur un enregistrement, on va tout d’abord observer l’onde directe puis
l’onde diffractée. L’analyse des données va conduire à extraire des signaux la profondeur de
la première interface, la vitesse des deux couches.
1) L’onde directe est la première a être enregistrée. L’équation de l’onde directe :
1
V
t
t=
. C’est donc une droite qui passe donc par l’origine de l’hodochrone. On en
déduit la vitesse dans le milieu 1 puisque la pente de la droite est
1
/1 V
.

2) L’onde diffractée arrive en deuxième. Elle est représentée par une brisure de pente sur
l’hodochrone. L’équation pour une couche horizontale est
12
cos2
1
V
ih
V
tc +=
. Il s’agit
d’une droite dont la pente est inversement proportionnelle à la vitesse du milieu 2 et
l’intersection entre la droite et l’axe des abscisse est
1
cos2
V
ih c
.
On déduit donc successivement: V2 puis
2
1
arcsin V
V
ic=
puis
ic
Vt
ho
cos2
1
=
.
 Cas d’un milieu à deux couches présentant un pendage.
Dans ce cas, l’hodochrone n’est pas symétrique. Une première analyse suivant la démarche
présentée précédemment permet de déterminer dans quel sens penche l’interface. Une analyse
plus fine permettra de déterminer le pendage de l’interface et d’estimer la présence
d’oscillations.
Le site de Lavalette.
Il s’agit de terrain au Nord de Montpellier à proximité du Lez et du pli de Montpellier. Le
milieu est principalement bi-couches avec des alluvions quaternaire qui repose sur du calcaire
(Valanginien). Des travaux ont indiqués la présence d’une zone de calcaire fracturée avant
d’atteindre le calcaire sain. Une nappe est également présente sur le site.
On observe donc un contraste positif de vitesse favorable à la méthode de réfraction. L’objet
de ce TP est donc de retrouver la profondeur de l’interface : décrire sa géométrie et la vitesse
des milieux pour vérifier la nature des terrains rencontrées.
Le dispositif.
Le dispositif comporte une source, des récepteurs et un appareil d’enregistrement numérique.
 La source est constituée d’une plaque métallique et d’une masse. Pour repérer le
moment de l’émission, la masse est munie d’un détecteur de signal.
 Les récepteurs sont des géophones qui enregistrent la vitesse des mouvements du sol.
Il s’agit de signaux électriques qui vont être transmis à la centrale d’acquisition à
l’aide d’une flûte sur laquelle sont branchés l’ensemble des capteurs.
 La centrale d’acquisition est le SmartSeis avec 24 voies d’acquisition. La centrale est
un système sous DOS qui permet l’amplification, le filtrage et le stockage des signaux.

Présentation du menu du logiciel :
Geometry :
On y rentre les conditions expérimentales.
- Survey mode : type de sismique=réfraction
- Line number : numéro de la ligne= 1,2,3,… à incrémenter à chaque nouvelle
acquisition.
- Phone interval : localisation des géophones = 4m et localisation de la source. Mettre
l’origine à 1000 car le logiciel n’accepte pas les abscisses négatives donc nécessaire si
on doit reculer la source.
- Set up & Shot location
Acquisition :
On y rentre les conditions initiales de l’expérience.
- Sample Interval : intervalle de digitalisation des valeurs du signal. Ex : V=5000 m/s et
0.000125s donne une longueur d’onde de 60 cm.
- Record Lenght : durée totale de l’enregistrement. Elle doit être supérieure au temps de
parcours des ondes dans le dispositif. Ex : V=5000 m/s et une distance de 500m donne
100 ms.
- Delay : retarder la mise en route de l’enregistrement
- Filter : filtrage des signaux dans une bande de fréquence définie (filtre passe-bas et
passe-haut).
- Stack : le tir est répété plusieurs fois afin de sommer les enregistrement et de ne garder
que le bruit cohérent liée aux structures et d’éliminer un maximum de bruit aléatoire.
 auto-stack
File :
Gestion de la mise en mémoire des enregistrements avec la création de nouveaux répertoires
et de nouveaux noms de fichiers : directory et file name.
Display :
Représentation des enregistrements en jouant sur les amplitudes, les échelles et le reflitrage de
fréquences.
- AGC : choix de l’option gain fixe pour que la taille des traces soit constante pour tout
les enregistrements.
- Time Scale : moyen de modifier l’échelle des temps.
- Trace Size : ajuster automatiquement, globalement, ou individuellement la taille des
traces affichées après l’enregistrement. On joue sur le facteur des amplitudes dont
l’unité de pas est -3dB.
- Display Channels & Filters : conservation que de certaines traces et filtrage.
Do-Survey :
C’est la phase d’acquisition. On confirme la position de la source (shot location), on y règle le
bruit (noise display pour tester), on y efface l’enregistrement précédent (erase), on déclenche
l’enregistrement (trace display).
Déroulement du TP.

1. Installer le dispositif sources-géophones avec décamètres
2. Effacer tout enregistrement
3. Evaluer et réduire le bruit
4. Emettre le signal
5. Vérifier les amplifications des traces.
Chemin parallèle au Lez.
Ligne 1 : profil long avec espacement entre géophones 4m et une source à 2m. La longueur du
dispositif est 23*4=92 m. Avec tir aval et tir amont.
Ligne 2 : profil long avec espacement entre géophones 4m et une source à 2m décalé le long
du chemin. La longueur du dispositif est 23*4=92 m. Avec tir aval et tir amont.
Ligne 3 : au centre des 2 profils longs, un profil court avec un espacement entre géophone de
1m.
Chemin perpendiculaire au Lez.
Ligne 1 : profil long avec espacement entre géophones 3m et une source à 2m. La longueur du
dispositif est 23*3=69 m. Avec tir aval et tir amont.
Ligne 2 : profil long avec espacement entre géophones 3m et une source à 2m décalé le long
du chemin. La longueur du dispositif est 23*3=69 m. Avec tir aval et tir amont.
Ligne 3 : au centre des 2 profils longs, un profil court avec un espacement entre géophone de
1m.