L’INTERPRETATION D’IMAGE GUIDEE PAR LA CONNAISSANCE

Cette thèse traite de l’interprétation sémantique d’une image sismique 3D en vue d’obtenir un modèle structural partagé. La faisabilité de la méthode proposée est prouvée sur la création d’un modèle structural basique c’est à dire composé essentiellement d’horizons, de failles et de leurs relations. Une image sismique 3D est une représentation volumique visuelle du sous sol obtenue par enregistrement des échos d’une onde acoustique traversant le sol. L’interprétation sémantique d’une image consiste à construire du sens à partir des données provenant de la scène analysée c’est-à-dire à structurer ces données, à reconnaître les différentes entités qui composent l’image, à comprendre leur organisation spatiale et à construire une description de la scène. Un modèle structural est un géo-modèle qui fournit une représentation des divers objets géologiques (horizons, failles, chenaux, diapir, etc.) présents dans tout ou partie d’un prospect et de leurs relations mutuelles.

Problématique

Interprétation sismique 

La problématique principale de cette thèse concerne l’interprétation d’une image sismique par un ordinateur. A ce jour, cette tâche est réalisée de manière très incrémentale avec manipulations, opérations et vérifications des données à chaque étape. Elle nécessite plusieurs mois d’études et la coopération de plusieurs experts du domaine. Chaque objet doit être pické avec précision puis tracké sur l’ensemble du bloc. Or ce bloc est fortement bruité (du à l’acquisition physique) et la plupart des objets apparaissent ainsi très déconnectés voire invisibles. Même si le picking manuel permet un contrôle total, le tracking a ses limites et n’arrivent pas toujours à étendre une sélection comme l’utilisateur le voudrait. Outre des difficultés que nous qualifierons de techniques comme la gestion d’images de très grandes tailles (plusieurs gigaoctets) ou encore le travail sur des images fortement bruitées, il apparaît que le problème principal de l’interprétation sismique relève plutôt du domaine de la connaissance qui n’est pas assez intégré dans les divers algorithmes actuels. En effet, le modèle structural recréé par l’interpréteur est le fruit d’un savoir provenant de différents domaines tels que la géologie, la géophysique, la sédimentologie, etc….

Or, de nos jours, la majeure partie des plateformes d’interprétation n’intègre que très peu de connaissance dans leurs algorithmes. Ces logiciels aident les experts du domaine principalement par calculs et par visualisation, le logiciel ne propose pas vraiment de solutions à l’utilisateur. L’assistance des solutions actuelles est bien plus visible au niveau de l’ergonomie qu’au niveau cognitif.

Ouverture du modèle 

Enfin, à l’heure actuelle, les modèles structuraux interprétés nous paraissent sous informés. En effet, aucune solution actuelle ne renseigne la manière dont les surfaces du modèle ont été extraites. Ceci empêche toute révision du modèle par la suite. De plus, en ce qui concerne les autres informations, comme la topologie entre les surfaces par exemple, elles n’existent simplement pas! L’information topologique est à déduire de la visualisation 3D ou alors de la pure connaissance de l’expert.

En sortie, il est seulement possible d’exporter chaque objet de manière indépendante. Cependant, aucune formalisation du modèle structural n’est encore implémentée dans un logiciel d’interprétation sismique de nos jours. Le modèle structural existe donc seulement dans l’esprit de l’interpréteur ou alors au mieux dans des documents textuels. Il est impossible de communiquer l’ensemble des résultats à une autre application. Il est, pour l’instant, nécessaire de transmettre les informations par l’intermédiaire d’une personne ou d’un document ou alors dans le pire des cas de refaire une interprétation des données extraites.

Le domaine métier 

La géologie

Comme toute science, la géologie définit des objets spécifiques et associe ceux-ci au travers de divers modèles selon le domaine d’intérêt adressé. Le domaine qui nous intéresse concerne la représentation de la structure du sous sol. Nous décrirons ici les propriétés des principaux objets géologiques qui seront pris en considération ainsi que les relations entre ces objets.

Objets géologiques simples
Divers types de modèles géologiques 3D sont utilisés pour les besoins de l’exploration pétrolière. Les plus simples de ces modèles, dont dérivent tous les autres, sont les modèles structuraux, qui représentent l’assemblage des différentes surfaces géologiques présentes dans une zone d’intérêt déterminée. Pour cette raison, les seuls objets géologiques qui sont pris en considération ici sont les surfaces géologiques. Elles sont classées selon 2 grandes familles :
• Les interfaces sédimentaires
Elles séparent deux strates sédimentaires, c’est à dire deux couches du sous sol déposées l’une au dessus de l’autre et chacune composées de roches du même type. Chaque interface sédimentaire correspond à un événement géologique marquant comme une érosion, l’achèvement d’un épisode de dépôt, le déplacement d’une aire de dépôt , etc…
• Les contacts tectoniques
Ils sont générés par les mouvements transversaux qui affectent la croûte terrestre et dont la cause première est le jeu des plaques tectoniques. Ces contacts correspondent à des surfaces de fracture le long lesquelles les masses rocheuses glissent de manière différentielle sous l’effet du champ de contraintes locales auxquelles elles sont soumises.

Les interfaces sédimentaires 

Horizon
Dans le domaine de la géologie pétrolière, les interfaces sédimentaires sont généralement désignées comme des horizons. Ces surfaces séparent des couches sédimentaires, qui sont regroupées, à plus grande échelle, en unités sédimentaires (encore appelées unités stratigraphiques). Les horizons sont généralement de grande taille (plusieurs kilomètres carrés) et sont souvent horizontaux ou faiblement inclinés. Leur forme peut être plane ou plus ou moins intensément plissée. Un horizon a un âge unique. Deux horizons peuvent donc être comparés en fonction de leurs âges relatifs. Du fait de leur plus ou moins grande horizontalité, les horizons sont dans la plupart des cas de bons réflecteurs des ondes acoustiques. Pour cette raison, ils sont donc généralement identifiables de manière aisée sur les images sismiques. Un horizon peut être continu sur l’ensemble de sa surface. A l’inverse, du fait des accidents tectoniques qui l’affectent, il peut éventuellement être découpé en plusieurs morceaux.

Les horizons sont généralement disposés parallèlement les uns aux autres mais sous l’effet de divers facteurs liés aux particularités des environnements de dépôt ou à la tectonique locale, il arrive que cette propriété ne soit pas respectée. Conscients que la terminaison des interfaces sédimentaires relativement les unes aux autres renseigne sur le mode de dépôt des strates et éventuellement sur les événements ultérieurs qui les ont affectées, Vail et Mitchum [Mitchum, 1977] puis [Catuneanu, 2002] ont caractérisé les différents types de terminaisons que peut posséder un horizon. Un résumé de ces résultats est présenté ci dessous.

Chenal
D’après la définition fournie dans [Schlumberger Oilfield Glossary, 2009], un chenal est une dépression de forme généralement concave et linéaire dans laquelle les sédiments transportés par un flux aqueux constituent divers corps sédimentaires allongés De manière plus imagée, il s’agit du lit d’une ancienne rivière asséchée remplie par des alluvions et par des dépôts ultérieurs.

Les contacts tectoniques 

Les contacts tectoniques appartiennent principalement à deux catégories : les failles et les chevauchements (encore appelés « contacts anormaux »). Selon [Groshong, 2006], [a fault] “is a surface or narrow zone across which there has been relative displacement of the two sides parallel to the zone. The term displacement is the general term for the relative movement of the two sides of the fault, measured in any chosen direction. » Il s’agit donc d’une discontinuité qui sépare les couches qu’elle affecte en deux compartiments qui ont subi un déplacement appréciable l’un par rapport à l’autre.

Bien qu’il existe des failles qui ne soient pas planes, nous portons essentiellement notre attention dans le présent travail sur les failles dont la surface peut être assimilée à un plan. Les failles peuvent avoir des extensions longitudinales extrêmement variables, allant du mètre à la dizaine de kilomètres ou plus. Le déplacement relatif l’un par rapport à l’autre des deux panneaux découpés par une faille est appelé rejet. Le rejet s’atténue progressivement lorsqu’on s’éloigne de la partie centrale de la surface de faille jusqu’à s’annuler à sa bordure externe. Une faille est fortement continue sur sa surface exceptée si elle est elle-même déconnectée par une autre faille. Dans ce dernier cas, elle n’est alors que continue par morceaux. Le contour d’une faille est mal connu mais il est supposé de préférence convexe. On appelle panneau supérieur (Hanging wall) l’ensemble des couches sédimentaires localisées au dessus de la surface de faille et panneau inférieur (Footwall) l’ensemble des couches sédimentaires localisées en dessous. Il existe principalement 3 types de déplacements des panneaux le long d’une faille :

1. Normal : Le déplacement est vertical, le panneau supérieur est déplacé vers le bas et la pente de la faille est d’environ 60 degrés par rapport à l’horizontal.
2. Inverse : Le déplacement est vertical, le panneau supérieur est déplacé vers le haut et la pente de la faille est d’environ 45 degrés par rapport à l’horizontal .
3. Décrochement : Le déplacement est horizontal, la pente de la faille est d’environ 90 degrés par rapport à l’horizontal.

Table des matières

INTRODUCTION
1. DEFINITION DU SUJET
1.1. Image sismique
1.2. Modèle structural
1.3. Interprétation sismique 3D
1.4. Modèle partagé
2. PROBLEMATIQUE
2.1. Interprétation sismique
2.2. Ouverture du modèle
3. L’OBJECTIF FIXE
4. CONTRIBUTIONS
5. CONTEXTE DU TRAVAIL
6. PLAN DU MEMOIRE
CHAPITRE 1 : LE DOMAINE METIER
1. INTRODUCTION
2. LA GEOLOGIE
2.1. Objets géologiques simples
2.1.1. Les interfaces sédimentaires
2.1.2. Les contacts tectoniques
2.2. Objets géologiques composés
2.2.1. Les séquences stratigraphiques
2.2.2. Les systèmes de failles
3. LA GEOLOGIE PETROLIERE
3.1. Où se trouve le pétrole?
3.2. La formation des bassin sédimentaires
3.3. La formation du pétrole
3.4. La formation d’un gisement
3.5. Trouver le pétrole
4. LA MODELISATION GEOLOGIQUE
4.1. Plusieurs modèles géologiques
4.2. De la sismique au modèle structural
4.2.1. Les données d’entrée
4.2.2. L’interprétation sismique
4.2.3. La formalisation de l’interprétation
4.2.4. Diagramme de Wheeler
4.2.5. Une syntaxe géologique
5. CONCLUSIONS
CHAPITRE 2 : ÉTAT DE L’ART
1. INTRODUCTION
2. L’INTERPRETATION SISMIQUE
2.1. Un bref historique
2.2. Attributs sismiques
2.2.1. Définition générale
2.2.2. Classification des attributs
2.2.3. Cohérence
2.2.4. Orientation
2.2.5. Décomposition spectrale
2.2.6. Bilan
2.3. Innovations récentes
2.3.1. Utilisation simultanée de plusieurs attributs sismiques
2.3.2. Post traitements des attributs
2.3.3. Classification des réflecteurs
2.3.4. Construction automatique du diagramme de Wheeler
2.4. Bilan
3. L’INGENIERIE DES CONNAISSANCES
3.1. Définitions
3.2. Acquisition de la connaissance
3.2.1. Les débuts
3.2.2. La modélisation
3.2.3. Le management de la connaissance
3.2.4. Le web sémantique
3.3. Les ontologies
3.4. Bilan
4. L’INTERPRETATION D’IMAGE GUIDEE PAR LA CONNAISSANCE
4.1. La vision par ordinateur jusqu’aux années 1980
4.2. Le paradigme de Marr
4.3. La vision par ordinateur basée sur la connaissance
4.4. L’interprétation d’image et la vision cognitive
4.4.1. La vision cognitive
4.4.2. Travaux de l’équipe PULSAR
4.4.3. Une réalisation basée sur la vision cognitive
4.5. Bilan
5. CONCLUSION
CHAPITRE 3 : METHODE PROPOSEE
1. INTRODUCTION
5.1. Principe de la méthode proposée
5.2. Architecture adoptée
5.3. Réalisation
2. L’INTERPRETATION DES HORIZONS
2.1 Module de connaissance
2.2. Module de gestion des données
2.3. Module de caractérisation visuelle
2.4. Module de corrélation géologique
3. L’INTERPRETATION DES FAILLES
3.1. Module de connaissance
3.2. Module de gestion des données
3.3. Module de caractérisation visuelle
3.4. Module de corrélation géologique
4. EXPORTATION DES RESULTATS
4.1. Exportation des horizons
4.2. Exportation des failles
5. CONCLUSION
CONCLUSION

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