Interprétation sismique et modélisation des corps salifères

par Nicolas Clausolles

Projet de thèse en Geosciences

Sous la direction de Pauline Collon.

Thèses en préparation à l'Université de Lorraine , dans le cadre de Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement , en partenariat avec Ring (equipe de recherche) et de GeoRessources (laboratoire) depuis le 28-02-2017 .


  • Résumé

    De par ses propriétés physiques particulières, le sel joue un rôle majeur dans les processus tectoniques, thermiques et de migration de fluides, et tout particulièrement dans la formation de pièges pour les hydrocarbures [Fossen, 2010]. Les intérêts économiques liés à la tectonique salifère ont permis la réalisation de nombreuses études sur la géométrie des diapirs en profondeur [Hudec et Jackson, 2007 ; Rowan et al., 2014] et les mécanismes tectoniques qui y sont associés [Vendeville et al., 1995; Giles et Rowan, 2012]. Ces études ont montré l’existence d’une grande variété de structures halocinétiques et mis en avant les problèmes qu’elles posentdans l’interprétation des données sismiques conventionnelles [Fossen, 2010 ; Jackson et al., 2014]. Dans de tels contextes, la modélisation 3D des corps salifères est possible avec les outils actuels, mais requiert beaucoup de temps et d’expertise pour aboutir le plus souvent à une interprétation déterministe des structures géologiques [Collon et al., 2016 ; Wu, 2016]. En effet, les méthodes actuelles d’interpolation et d’extrapolation consistent essentiellement en une minimisation de la courbure entre les données (générant des surfaces minimales, voir par exemple Caumon et al., 2009). Or la déformation et la migration des corps salifères ne génèrent pas spécifiquement de surfaces minimales. L’interprétation déterministe de telles structures est d’autant plus difficile dans des contextes où peu de données sont disponibles : la géométrie des corps salifères est en effet plus complexe que la stratigraphie classique de bassins sédimentaires, et de nombreuses surfaces multivaluées peuvent être observées. Le but de ces travaux est de développer de nouvelles méthodologies pour faciliter l’interprétation sismique des corps salifères. Plus précisément, deux axes (complémentaires et non-exclusifs) sont considérés dans l’immédiat. Le premier est centré sur les spécificités topologiques rencontrées en tectonique salifère, qui rendent pratiquement impossible l’utilisation des approches de modélisation implicite classiques : (i) les sutures fusionnent localement les interfaces des couches de sel et divisent les volumes de sel en plusieurs blocs isolés ; (ii) les séquences halocinétiques sont souvent caractérisées à la fois par des dépôts conformes à distance des diapirs et des discordances à proximité des diapirs. Les Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) ont montré leur capacité à modéliser des structures complexes d’origine tectonique [Sprague et de Kemp, 2005] et/ou sédimentaire telles que les chenaux, les clinoformes et les lobes [Ruiu et al., 2014]. Une approche similaire pourrait être développée pour les corps salifères, à condition d’être adaptée et combinée avec une approche implicite pour appréhender simultanément les relations de conformité dans les différentes parties du système. Il convient de considérer également un cadre stochastique pour échantillonner les incertitudes associées. Le second axe à développer vise à intégrer l’utilisation des attributs sismiques dans la démarche d’interprétation. Des travaux récents ont montré que l’adaptation de méthodes de traitement d’image à la sismique permet de définir des attributs mettant en évidence certains objets géologiques ayant habituellement une très faible cohérence tels que les failles [Wu et Hale, 2016] et facilitant leur extraction [Hale, 2013 ; Schmidt et al., 2015]. Des attributs similaires peuvent être définis pour le sel [Wu, 2016]. Nous souhaitons utiliser les données qu’ils apportent pour améliorer la reconstruction des surfaces de sel et caractériser de manière plus fine les incertitudes liées aux limites des contacts entre corps salifères et structures stratigraphiques environnantes. Références Caumon, G., Collon-Drouaillet, P., Le Carlier de Veslud, C., Viseur, S., Sausse, J., 2009. Surface-Based 3D Modeling of Geological Structures. Math. Geosci. 41, 927–945. Collon, P., Pichat, A., Kergaravat, C., Botella, A., Caumon, G., Ringenbach, J., Callot, J.-P., 2016. 3D modelling from outcrop data in a salt tectonic context : Example from the Inceyol mini-basin, Sivas Basin, Turkey. Interpretation 4, SM17-SM31. Fossen, H., 2010. Structural Geology. Cambridge University Press. Giles, K.A., Rowan, M.G., 2012. Concepts in halokinetic-sequence deformation and stratigraphy. Geol. Soc. London, Spec. Publ. 363, 7–31. Hale, D., 2013. Methods to compute fault likelihood, extract fault surfaces, and estimate fault throwsfrom 3D seismic images. Geophysics 78, 2, 033–043. Hudec, M.R., Jackson, M.P.A., 2007. Terra infirma: understanding salt tectonics. Earth-Science Rev. 82, 1–28. Jackson, C.A.-L., Rodriguez, C.R., Rotevatn, A., Bell, R.E., 2014. Geological and geophysical expression of a primary salt weld: An example from the Santos Basin, Brazil. Interpretation 2, SM77-SM89. Rowan, M.G., Hearon, T.E., Peel, F.J., Stewart, S., Ferrer, O., Fiduk, J.C., Holdaway, S., Mohriak, W.U., Mount, V., Quirk, D.G., Seeley, T., 2014. Introduction to special section : Salt tectonics and interpretation. Interpretation 2, SMi. Ruiu, J., Caumon, G., Viseur, S., Antoine, C., 2014. Modeling channel forms using a boundary representation based on non-uniform rational B-splines. Mathematics of planet earth, 581–584. Schmidt, L., Hegde, C., Indyk, P., Lu, L., Chi, X., Hohl, D., 2015. Seismic feature extraction using Steiner tree methods. In Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), 2015 I.E.E.E. International Conference on, 1647–1651. Sprague, K. B., de Kemp, E. A., 2005. Interpretive tools for 3-D structural geological modelling part II: Surface design from sparse spatial data. Geoinformatica 9, 1, 5–32. Vendeville, B., Ge, H., Jackson, M.P.A., 1995. Scale models of salt tectonics during basement-involved extension. Pet. Geosci. 1, 179–183. Wu, X., Hale, D., 2016.3D seismic image processing for faults.Geophysics81, 2, IM1–IM11. Wu, X., 2016. Methods to compute salt likelihoods and extract salt boundaries from 3D seismic images.Geophysics 81, 6, IM119–IM126.

  • Titre traduit

    Seismic interpretation and modeling of salt geobodies


  • Résumé

    Salt plays a significant role in tectonic, thermal and fluid migration processes owing to its peculiar physical properties, and especially so in hydrocarbon trap formation [Fossen, 2010]. Economic interests associated with halokinesis have motivated a large number of studies to increase knowledge of the geometry of diapiric features at depth [Hudec et al., 2007 ; Rowan et al., 2014] and the associated tectonic mechanisms [Vendeville et al ., 1995; Giles et al., 2012]. These studies demonstrate a large variety of halokinetic structures and highlight ambiguities in interpreting conventional seismic images [Fossen, 2010 ; Jackson et al., 2014]. In such contexts, modeling 3D salt geobodies is feasible with available tools but require lots of time and expertise to propose often deterministic interpretations of the underground structures [Collon et al ., 2016]. Indeed, current interpolation / extrapolation techniques essentially consist in minimizing curvature between data (generating minimal surfaces, see e.g., Caumon et al., 2009). Salt deformation and migration does not particularly generate minimal surfaces. Determinism is even more challenging in sparse data contexts because salt geometry is more complex than typical basin stratigraphy. In particular, multivalued surfaces are numerous in salt tectonics. The aim of the proposed PhD will be to develop new methodologies dedicated to help seismic interpretation of salt geobodies. In more details, two main directions (complementary and non-exclusive) are considered for the upcoming research. The first one will focus on the topological specificities encountered in salt tectonics, that currently made almost impossible the use of classical implicit modeling approaches: welds, that locally merge salt layer interfaces and separate salt volumes in several isolated blocks; and halokinetic sequences, that are often characterized by a conformal deposition in the center of mini-basins, while unconformities become a rule at the proximity of diapirs. Non Uniform Rational B-Splines (NURBS) have proven their ability to model complex tectonic structures [Sprague and de Kemp, 2005] and/or sedimentological structures like channels, clinoforms and lobes [Ruiu et al., 2014]. A similar approach could be developed for salt features. But it would require to be adapted and combined with implicit approach to simultaneously handle for conformity relationships in some parts of the system. A stochastic framework should also be considered to better assess the associated uncertainties. The second direction that could be explored aims at integrating the use of seismic attributes in the interpretation workflow. Recent works have shown that adapting image processing methods to seismic image processing allows the interpreters to define attributes highlighting specific geological features that usually have very low coherency, such as faults [Wu and Hale, 2016] and facilitating their extraction [Hale, 2013; Schmidt et al., 2015]. Similar attributes can be defined for salt interpretation [Wu, 2016]. We want to use the information that seismic attributes provide to improve the salt surface reconstruction and the characterization of the uncertainties related to the position of the boundaries between salt geobodies and the surrounding stratigraphic structures. Références Caumon, G., Collon-Drouaillet, P., Le Carlier de Veslud, C., Viseur, S., Sausse, J., 2009. Surface-Based 3D Modeling of Geological Structures. Math. Geosci. 41, 927–945. Collon, P., Pichat, A., Kergaravat, C., Botella, A., Caumon, G., Ringenbach, J., Callot, J.-P., 2016. 3D modelling from outcrop data in a salt tectonic context : Example from the Inceyol mini-basin, Sivas Basin, Turkey. Interpretation 4, SM17-SM31. Fossen, H., 2010. Structural Geology. Cambridge University Press. Giles, K.A., Rowan, M.G., 2012. Concepts in halokinetic-sequence deformation and stratigraphy. Geol. Soc. London, Spec. Publ. 363, 7–31. Hale, D., 2013. Methods to compute fault likelihood, extract fault surfaces, and estimate fault throwsfrom 3D seismic images. Geophysics 78, 2, 033–043. Hudec, M.R., Jackson, M.P.A., 2007. Terra infirma: understanding salt tectonics. Earth-Science Rev. 82, 1–28. Jackson, C.A.-L., Rodriguez, C.R., Rotevatn, A., Bell, R.E., 2014. Geological and geophysical expression of a primary salt weld: An example from the Santos Basin, Brazil. Interpretation 2, SM77-SM89. Rowan, M.G., Hearon, T.E., Peel, F.J., Stewart, S., Ferrer, O., Fiduk, J.C., Holdaway, S., Mohriak, W.U., Mount, V., Quirk, D.G., Seeley, T., 2014. Introduction to special section : Salt tectonics and interpretation. Interpretation 2, SMi. Ruiu, J., Caumon, G., Viseur, S., Antoine, C., 2014. Modeling channel forms using a boundary representation based on non-uniform rational B-splines. Mathematics of planet earth, 581–584. Schmidt, L., Hegde, C., Indyk, P., Lu, L., Chi, X., Hohl, D., 2015. Seismic feature extraction using Steiner tree methods. In Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), 2015 I.E.E.E. International Conference on, 1647–1651. Sprague, K. B., de Kemp, E. A., 2005. Interpretive tools for 3-D structural geological modelling part II: Surface design from sparse spatial data. Geoinformatica 9, 1, 5–32. Vendeville, B., Ge, H., Jackson, M.P.A., 1995. Scale models of salt tectonics during basement-involved extension. Pet. Geosci. 1, 179–183. Wu, X., Hale, D., 2016.3D seismic image processing for faults.Geophysics81, 2, IM1–IM11. Wu, X., 2016. Methods to compute salt likelihoods and extract salt boundaries from 3D seismic images.Geophysics 81, 6, IM119–IM126.