FR2555322A1 - Procede et systeme de prospection et de caracterisation d'une formation de terrain recouverte d'une masse d'eau - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN APPAREIL PERFECTIONNES POUR LA PROSPECTION ET LA CARACTERISATION ELECTROMAGNETIQUES D'UNE FORMATION DE TERRAIN RECOUVERTE D'UNE MASSE D'EAU. UN NAVIRE 1 DE SURFACE REMORQUE AU MOYEN D'UN CABLE 30 UNE SOURCE 2 DE COURANT ELECTRIQUE COMPORTANT DEUX ELECTRODES 33, 34 ECARTEES D'UNE PREMIERE DISTANCE, DES ELECTRODES 36, 37, 38, 39 DE DETECTION DISPOSEES DE MANIERE QUE DEUX ELECTRODES 36, 37 OU 38, 39 SOIENT ECARTEES D'UNE DEUXIEME DISTANCE SENSIBLEMENT EGALE A LA PREMIERE DISTANCE, CES ELECTRODES DE DETECTION ETANT ECARTEES DE LA SOURCE DE COURANT D'UNE TROISIEME DISTANCE A PEU PRES EGALE A UN MULTIPLE ENTIER DE LA PREMIERE DISTANCE, ET DES MOYENS RELIES ELECTRIQUEMENT A UN GENERATEUR DE COURANT POUR MESURER UNE CARACTERISTIQUE DUDIT COURANT. DOMAINE D'APPLICATION: PROSPECTION MARINE POUR LA RECHERCHE DE GISEMENTS DE PETROLE, DE GAZ, DE MINERAUX, ETC.

Description

L'invention concerne des procédés et des appareils de prospection

électromagnétique d'une formation souterraine recouverte d'une masse d'eau. L'invention concerne plus particulièrement des procédés et des appareils pour positionner une source de courant électrique

alternatif dans une masse d'eau et mesurer des caracté-

ristiques des champs électrique et magnétique résultants dans la masse d'eau, en des points éloignés de la source

de courant.

Les systèmes de prospection électromagnétique sont utilisés de plus en plus pour la recherche du pétrole et du gaz à terre. Cependant, actuellement, les procédés mis en oeuvre pour la recherche du pétrole et du gaz en mer sont limités à la mesure des champs magnétiques et gravitationnels naturels à la surface du sol, de la

réflexion de l'énergie sismique sur des structures sous-

marines, ou aux indices de substances chimiques provenant de gisements minéraux, situés au-dessous du fond de la

mer, et passant dans l'eau de mer ou dans l'atmosphère.

Bien que des techniques passives telles que la méthode magnéto-tellurique à source naturelle puissent fournir une information utile concernant la croûte inférieure et le

manteau supérieur, des techniques de sondage électro-

magnétique utilisant une source active sont mieux adaptées à la prospection de formations souterraines sur 5 à 10 km au-dessous du fond de la mer. Etant donné que l'on ne connaît pas jusqu'à présent des techniques commodes pour le sondage électromagnétique actif de formations de terrain s'étendant au-dessous du fond de la mer, les structures électriques des marges continentales et des bassins marins restent largement inconnues, malgré

l'importance scientifique et économique de ces zones.

Les méthodes magnéto-telluriques pour l'explo-

ration de la structure électrique de telles formations géologiques relativement peu profondes s'étendant au-dessous de la mer ont des possibilités d'application pratiques limitées en raison d'une absence de signal aux fréquences élevées (supérieures à 0,1 Hz) demandées pour sonder des roches disposées à de faibles profondeurs au-dessous du fond de la mer. La mer amortit les ondes électromagnétiques incidentes ayant de telles hautes fréquences. En eau peu profonde, o cet amortissement est réduit, le bruit électromagnétique peut rendre de tels procédés impossibles

à mettre en oeuvre.

Des méthodes à "résistivité" utilisant une source active de courant électrique continu, ou de courant alternatif à très basse fréquence (ayant une fréquence suffisamment basse pour que les effets de l'induction soient négligeables),ont été proposées pour déterminer la

résistivité apparente de formations géologiques situées au-

dessous de la mer. Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 298 840 décrit un procédé et un appareil pour déterminer le profil de résistivité apparente du fond de la mer avec un câble remorqué au fond. Ce câble comporte deux électrodes d'alimentation en courant destinées à délivrer un courant électrique alternatif à basse fréquence au fond de l'eau. Le câble remorqué en

fond comprend également plusieurs électrodes de réception.

Les différences de potentiel entre des paires d'électrodes réceptrices sont mesurées. Il n'est pas décrit de méthode de sondage électromagnétique utilisant une source de fréquence variable, ni l'écartement absolu optimal entre la source et le point central de chaque paire d'électrodes réceptrices, ni la façon dont la fréquence optimale de travail de la source peut être choisie. Il n'est pas non plus décrit un procédé pour déterminer la profondeur d'une couche résistive s'étendant au-dessous du fond de la mer, et il n'est pas décrit ou même suggéré le remorquage des électrodes de source et de réception au-dessus du fond de

la mer.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 052 836 décrit un procédé et un appareil de prospection électrique marine qui utilisent une source de courant alternatif actif comportant deux électrodes et un circuit électrique de réception comportant deux électrodes. Il est demandé qu'au moins une électrode de la source de courant et les deux électrodes du circuit récepteur soient remorquées dans l'eau à moins de quelques dizaines de centimètres du fond de la mer. Il est décrit qu'un couplage électro- magnétique s'établit naturellement et directement entre la source et les circuits de réception, lequel couplage est indépendant des caractéristiques de la formation souterraine située au-dessous du fond de la mer. Pour éliminer l'effet de ce couplage direct sur le signal mesuré par le circuit récepteur, il est indiqué de mettre en place une impédance de transfert réglable entre la source et les circuits récepteurs. Il n'est pas décrit

comment la distance entre la source et les circuits récep-

teurs peut être réglée pour réduire le douplage électro-

magnétique direct s'établissant entre eux. Il n'est pas non plus mentionné un écartement source-récepteur préféré ni une fréquence optimale de travail de la source. Le brevet précité ne décrit aucun procédé pour déterminer la profondeur d'une couche résistive s'étendant au-dessous

du fond de la mer.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 2 531 088 décrit un autre procédé pour mesurer la résistivité d'une formation géologique descendant audessous d'une masse d'eau, qui consiste à tralner un câble,

comportant deux électrodes de courant et plusieurs élec-

trodes de potentiel, le long du fond de l'eau. Les électrodes de la source émettent un signal sinusoidal à très basse fréquence (inférieure à 1/3 Hz) ou un signal continu s'inversant périodiquement (à une fréquence inférieure à 2/3 Hz). La différence de potentiel entre des paires d'électrodes de potentiel est mesurée. Il n'est pas décrit un procédé utilisant une source à fréquence variable ni un procédé pour déterminer la profondeur d'une

couche résistive s'étendant au-dessous du fond de l'eau.

Les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 3 182 250, N 2 872 638 et N 2 839 721 décrivent également des procédés pour mesurer la résistivité de formations terrestres recouvertes d'eau, utilisant des sources actives de courant continu ou à très basse fréquence, mais ils ne décrivent pas de procédé utilisant une source à fréquence variable. En plus de ces procédés à résistivité, des procédés de sondage électromagnétique utilisant une

source active à fréquence variable ont été proposés.

Par exemple, l'article "Electromagnétic Investigation of the Seafloor", Geophysics, volume 35, N 3 (juin 1970), pages 476-489, de J. H. Coggon et collaborateurs donne

une description de base de la théorie sur laquelle reposent

de tels procédés à source active à fréquence variable, et suggère de sonder efficacement la structure du fond de la mer à l'aide d'un système utilisant une source

dipolaire magnétique verticale disposée à ou juste au-

dessus du fond de la mer et mise en oeuvre dans une plage de fréquences choisies suivant la conductivité de la structure du fond de la mer et l'écartement entre la source et le récepteur. L'article précité ne décrit qu'un système de prospection utilisant une source dipolaire magnétique verticale et il ne suggère aucun procédé utilisant un dispositif de récepteurs accordés ni aucun procédé pour

déterminer la profondeur d'une couche résistive souterraine.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 047 098 décrit un procédé de sondage électromagnétique à source active utilisant une source dipolaire électrique ou magnétique et des récepteurs remorqués à la surface d'une masse d'eau, derrière un navire de prospection sismique. Ce système utilise une paire d'électrodes en tant que récepteur pour la mesure de la composante du

champ électrique transversale à la direction du remorquage.

Il est également suggéré de mesurer les composantes radiale et verticale du champ magnétique à la surface de l'eau, mais il n'est décrit aucun appareil particulier pour

mesurer ainsi les champs magnétiques radial et vertical.

Il est indiqué que l'écartement source-récepteur doit être grand par rapport à la profondeur de recherche souhaitée et qu'il doit être avantageusement au moins double de la profondeur de recherche souhaitée. Il n'est pas suggéré une fréquence préférée de travail de la source dipolaire ni de disposer la source ou le récepteur à- proximité du fond de la mer ou même en une position

quelconque au-dessous de la surface de la masse d'eau.

Il n'est pas non plus suggéré de procédé utilisant un dispositif accordé de récepteursdipolaires électriques, ni un procédé pour déterminer la profondeur, au-dessous

du fond de la mer, d'une couche résistive souterraine.

Conformément au procédé de l'invention, une source dipolaire de courant électrique est remorquée par un navire de prospection dans une masse d'eau, à peu près parallèlement à la surface de la masse d'eau, et elle est séparée du fond par une distance inférieure à environ un quart de la distance comprise entre la surface et le

fond. Un courant électrique alternatif est mis en circu-

lation dans la source, ce courant comprenant au moins une composante de fréquence sinusoïdale. Au moins un détecteur dipolaire électrique, contenant une paire d'électrodes détectrices, est également remorqué par le navire de prospection, à peu près colinéairement à la source de courant et à une distance de celle-ci sensiblement égale à un nombre entier de longueurs d'onde du rayonnement électromagnétique se propageant dans l'eau et ayant une

fréquence égale à celle de la composante sinusoidale.

Une caractéristique du courant émis par la source et une caractéristique de la différence de potentiel entre la paire d'électrodes détectrices sont mesurées. On détermine à partir de ces mesures, une caractéristique de l'impédance mutuelle complexe de la source de courant et du détecteur

dipolaire. Le courant émis par la source comprend avan-

tageusement plusieurs composantes sinusoidales ayant chacune une fréquence distincte. Plusieurs détecteurs dipolaires sont avantageusement remorqués colinéairement à la source. Des mesures de la caractéristique du courant et de la caractéristique de la différence de potentiel sont avantageusement réalisées à plusieurs fréquences pour

chaque paire source-détecteur.

En plus du dispositif de détecteurs électriques dipolaires, un dispositif de détecteurs de gradient est remorqué par le navire de prospection dans une position écartée latéralement, ou située au-dessous, du milieu de la source de courant. Le dispositif de détecteurs de gradient comporte deux antennes dipôles aboutissant

chacune à une paire d'électrodes en couplage électro-

magnétique avec l'eau et écartées d'une distance inférieure

à la distance comprise entre les électrodes de la source.

Une antenne dipôle est orientée à peu près parallèlement à la source de courant et l'autre est orientée à peu près orthogonalement à la source de courant. De plus, un dispositif de capteurs de champs magnétiques à trois axes, montés dans des nacelles à instruments réglables, sont remorqués par le navire de prospection, sur les côtés

de la source de courant.

Des mesures de différence de potentiel sont réalisées par les paires d'électrodes du dispositif à gradient et du dispositif dipolaire, et des mesures de champ magnétique sont réalisées par les capteurs de champ magnétique tandis que le navire est en mouvement ou qu'il est immobile, et les mesures sont interprétées pour permettre la détection d'hydrocarbures ou d'autres gisements minéraux, ou de zones modifiées par leur présence, dans les formations géologiques souterraines recouvertes par la masse d'eau. Les mesures de domaine de fréquence des données des champs magnétique et électrique sont analysées pour l'élaboration du spectre

de l'impédance complexe de la formation souterraine au-

dessous de chaque station de prospection. Des mesures du domaine temporel, qui peuvent être effectuées de façon additionnelle, comprennent une intégration de certaines parties des données de champs magnétique et électrique enregistrées après une impulsion transitoire de sortie de la source de courant afin de mesurer classiquement l'aptitude,de la formation souterraine à renfermer des

matières premières.

L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: - la figure 1 est une coupe verticale d'une masse d'eau et de couches de terrain s'étendant audessous de l'eau, et illustrant une forme simplifiée et préférée de réalisation du système de prospection électromagnétique marine selon l'invention; et - la figure 2 est une vue de dessus de la forme préférée de réalisation du système de prospection

électromagnétique marine selon l'invention.

La forme préférée de réalisation peut être

plus aisément comprise en référence aux figures 1 et 2.

La figure 1 est une vue en coupe, dans un plan perpen-

diculaire à la surface 21 d'une masse d'eau 20, illustrant sous une forme simplifiée une partie de la forme préférée de réalisation de l'invention. Un navire 1 de prospection remorque un câble électrique flexible 30, de flottabilité neutre, dans la masse d'eau 20. Le câble 30 est déroulé

d'une bobine 31 pour pénétrer dans la masse d'eau 20.

Un poisson 40, attaché à l'extrémité libre du câble 30, peut être réglé en position et en profondeur à l'aide de signaux de commande générés à bord du navire 1. Bien qu'un poisson soit représenté sur la figure 1, plusieurs de ces poissons peuvent être attachés au câble 30. Le poisson 40 peut être choisi parmi ceux couramment utilisés pour régler la position d'une flate sismique par rapport à un navire sismique, tel que ceux fabriqués par la firme Edo Corporation. D'autres moyens pour régler la profondeur et la position latérale de l'un quelconque des câbles remorqués décrits ci-après, par exemple un

paravane, peuvent également être utilisés.

Le terme "eau" utilisé ici est destiné à englober l'eau de mer, l'eau douce, l'eau des marécages, la boue, l'eau des marais et tout autre liquide contenant suffisamment d'eau pour permettre la mise en oeuvre de

1' invention.

Le câble 30 contient au moins six conducteurs

(non représentés) entourés chacun d'une matière isolante.

Une électrode 33 de source, couplée électriquement à la masse d'eau 20, est formée par un dénudage convenable

de la matière isolante d'un premier conducteur du câble 30.

Un élément conducteur ayant une grande surface spécifique peut être couplé au conducteur dénudé et monté sur le câble 30 pour former une électrode 33 de source. Une électrode 34 de source est formée de façon similaire par enlèvement de la matière isolante d'un deuxième conducteur du câble 30. Les électrodes 33 et 34 sont écartées d'une distance "a" et sont parfois désignées globalement ci-après

par l'expression source électrique dipolaire 2 de courant.

Les premier et deuxième conducteurs du câble 30 sont connectés à un générateur électrique (non représenté) à bord du navire 1, qui fournit de l'énergie à la source dipolaire 2 de courant électrique. Le générateur est capable de produire un courant variable (comprenant un courant

sinusoldal ou un courant présentant au moins deux compo-

santes sinusoidales ayant des fréquences distinctes) entre les électrodes 33 et 34. Le générateur électrique peut âtre choisi parmi ceux connus dans la technique et il est capable de générer entre les électrodes 33 et 34 de source des courants de pointe élevés (d'environ 103 A à environ 105 A), sous de basses tensions (d'environ 20 volts à 200 volts), d'une manière régulée. En variante, pour minimiser la dimension demandée au câble 30 et l'importance des pertes de puissance lors de la transmission, un courant alternatif à 60 Hz, sous tension élevée, peut être transmis d'un générateur à bord du navire 1 à un transformateur proche des électrodes 33 et 34 qui, lui-même, alimente un émetteur à fréquence variable connecté aux électrodes 33 et 34. Un signal représentatif du courant de sortie entre les électrodes 33 et 34 de la source est généré et enregistré par des instruments (non représentés) situés

à bord du navire 1.

Des électrodes détectrices 36, 37, 38 et 39 peuvent être formées, d'une manière similaire à celle utilisée pour les électrodes 33 et 34 de la source, par enlèvement de la matière isolante de conducteurs distincts du c&ble 30. Bien que quatre électrodes détectrices soient représentées sur la figure 1, la présente invention peut faire appel à un nombre d'électrodes détectrices supérieur ou inférieur à quatre. Les différences de potentiel entre les électrodes 36 et 37 et entre les électrodes 38 et 39 sont mesurées et amplifiées, puis elles sont traitées et

enregistrées par un appareillage électrique (non repré-

senté) situé à bord du navire 1. Les données mesurées sont interprétées d'une manière décrite ci-après pour permettre une caractérisation de la formation 23 de terrain située au-dessous du fond 24 de la masse d'eau 20 et pour localiser des zones de la formation souterraine 23 qui présentent des propriétés "anormales", représentatives de gisements minéraux. Dans une application particulière, les données mesurées sont interprétées pour déterminer la

présence et la profondeur d'une couche résistive sou-

terraine, telle qu'une couche résistive 25, qui présente une résistivité différente de la résistivité moyenne de la partie de la formation 23 située au-dessus de cette

couche 25.

Chaque paire d'électrodes détectrices entre lesquelles on mesure une caractéristique de différence de potentiel (ou tension), est désignée globalement "détecteur électrique dipolaire". Les détecteurs électriques dipolaires forment ce qui est appelé globalement le

"dispositif de détecteursélectriquesdipolaires".

Il est avantageux que la source dipolaire 2 de courant électrique et les détecteurs électriques dipolaires soient remorqués à peu près colinéairement et parallèlement à la surface 21, et approximativement dans le quart inférieur de la colonne d'eau comprise entre

la surface 21 et le fond 24. Lorsque la profondeur, au-

dessous de la surface 21, à laquelle la source dipolaire 2 de courant et les détecteurs dipolaires sont remorqués descend à moins des trois-quarts de la distance comprise entre le fond 24 et la surface 21, la force du signal arrivant aux détecteurs dipolaires, représentative de la résistivité électrique de la formation souterraine 23 (le signal "anomalie"),diminue rapidement en raison d'un effet de masque produit par l'eau comprise entre le fond 24 et les détecteurs dipolaires. Il est en outre souhaitable de remorquer le dispositif dans le quart inférieur de la colonne d'eau comprise entre la surface 21 et le fond 24 car, dans cette zone, la sensibilité du signal d'anomalie à la hauteur au-dessus du fond 24 à laquelle l'appareil est remorqué est suffisamment faible pour qu'il soit demandé au poisson 40 d'agir uniquement sur la profondeur réelle de remorquage, dans un intervalle d'environ 5 %

de la profondeur du remorquage souhaitée.

Si les électrodes 33 et 34 sont écartées d'une première distance et que des paires adjacentes d'électrodes 36, 37, 38 et 39 sont également écartées sensiblement de la première distance, pour une détection directe de la couche résistive souterraine 25 située à une seconde distance D audessous du fond 24, le point milieu de la source 2 de courant et le point milieu de l'un des détecteurs électriques dipolaires devront alors être

écartés d'au moins 2D et avantageusement d'au moins 3D.

De plus, pour la détection de la couche souterraine 25, le courant de sortie de la source 2 doit avantageusement comporter une composante sinusoïdale ayant une fréquence égale à la "fréquence de pénétration" associée à la couche résistive souterraine 25. Cette fréquence de pénétration,

égale à p/,D2, o p et A sont respectivement la résis-

tivité moyenne et la perméabilité magnétique de la région de la formation 23 de terrain située au-dessus de la couche souterraine 25, est la fréquence qui rend la pénétration électromagnétique dans la région prospectée de la formation 23 de terrain égale à la profondeur D de la couche résistive souterraine 25. La profondeur utile à laquelle la prospection peut pénétrer dans la formation

23 de terrain est déterminée par la pénétration électro-

magnétique d, donnée par d = (roaf)- 1/2, o f est la fréquence de la source, et A et a sont respectivement la perméabilité magnétique moyenne et la conductivité moyenne de la partie prospectée de la formation 23 de terrain. Normalement, i est sensiblement égal à g0, la

perméabilité magnétique du vide.

On a trouvé que l'influence du couplage électromagnétique direct entre la source 2 et chaque détecteur dipolaire (lequel couplage est indépendant des caractéristiques de la formation de terrain 23) sur les mesures de différence de potentiel à ce détecteur dipolaire peut être avantageusement réduite si on écarte de la source chaque détecteur dipolaire d'un nombre entier n de longueurs d'onde Àw du signal électromagnétique provenant de la source 2. La longueur d'onde Xw est donnée par l'expression kw = 2(pw/0f)1/2 o Pw est la résistivité électrique à basse fréquence de la masse d'eau , 0 est la perméabilité magnétique du vide et f est la fréquence de la source. Si la source 2 et chaque détecteur dipolaire sont ainsi espacés l'un de l'autre, toutes les variations de la phase du signal mesuré par chaque détecteur (par rapport à la phase du courant de sortie de

la source 2) sont dues à des signaux électriques se propa-

geant le long ou au-dessous du fond 24.

Par conséquent, le dispositif de détecteurs dipolaires peut être accordé pour une sensibilité maximale à la structure géologique, par réglage de la fréquence de la source et de l'écartement entre la source et les

détecteurs dipolaires.

Si l'on souhaite rendre le système de prospec-

tion particulièrement sensible à une couche résistive enfouie à une profondeur D au-dessous du fond 24 et si la conductivité moyenne a de la formation 23 de terrain est connue jusqu'à une profondeur descendant juste au-dessous de la profondeur D, l'écartement entre la source 2 et chaque détecteur dipolaire doit alors être choisi de façon à être sensiblement égal à un multiple entier de 2fD(pa)1/2 et la source de courant doit être choisie de façon à comprendre une composante sinusoïdale ayant une fréquence sensiblement égale à la fréquence de pénétration associée à la profondeur D. Il est souhaitable de générer, à partir des mesures de différence de potentiel faites à chaque détecteur dipolaire, un signal représentatif de l'impédance mutuelle complexe de la source 2 et de ce détecteur. Une analyse des variations ou "anomalies" de la phase et de l'amplitude d'un tel signal d'impédance mutuel complexe permet de déterminer la présence d'une couche résistive souterraine telle que la couche 25. On a trouvé que la profondeur d'une telle couche souterraine pouvait être estimée par l'utilisation de plusieurs dipôles de détection dans le dispositif de détecteurs électriques dipolaires et par l'utilisation d'une source dipolaire à fréquence variable et la réalisation de mesures de différence de potentiel à chaque détecteur, pour chacune de plusieurs fréquences distinctes de la source. En particulier, on a trouvé que la fréquence à laquelle les anomalies de

phase ou d'amplitude, représentatives d'une couche sou-

terraine 25, atteignent une valeur de pointe (ou un maximum) diminue lorsque la distance comprise entre la source et le détecteur augmente, jusqu'à ce que cette distance atteigne une valeur critique égale à trois fois la profondeur de la couche souterraine 25 au-dessous du fond 24. Audelà de cette distance critique, la valeur de la fréquence de la source donnant les signaux anomalies de crête reste sensiblement constante. En déterminant la valeur de cette fréquence sensiblement constante fc' on

peut estimer la profondeur de la couche résistive souter-

raine 25 comme étant égale à D = (uaf) -1/2, o et a sont c respectivement la perméabilité magnétique moyenne et la conductivité de la formation 23 située au-dessus de la couche souterraine 25. Comme indiqué précédemment, M est normalement à peu près égal à 0, la perméabilité

magnétique du vide.

Il est avantageux que, en plus des détecteurs électriques dipolaires montrés sur la figure 1, des capteurs supplémentaires de champ électrique et de champ magnétique (non représentés sur la figure 1 pour plus

de clarté) soient remorqués par le navire 1 de prospection.

La structure et la fonction de tels capteurs supplémentaires

seront décrites ci-dessous en référence à la figure 2.

La figure 2 est une vue de dessus d'un système de prospection électromagnétique marine illustrant la forme préférée de réalisation de l'appareil selon l'invention. L'appareil comprend une source dipolaire 2

de courant électrique et un système de réception électro-

magnétique remorqués par un navire 1 de prospection qui flotte sur la masse d'eau 20. La source dipolaire 2 de courant électrique est remorquée par le navire 1 de prospection au moyen d'un câble électrique flexible 30, de flottabilité neutre. Des électrodes 33 et 34, qui peuvent être en métal nu et réalisées de la manière décrite ci-dessus en référence à la figure 1, doivent présenter une grande surface afin de maintenir la densité

de courant de pointe à une valeur aussi faible que possible.

Les électrodes 23 et 24 sont couplées électriquement à un générateur électrique (non représenté) placé à bord du navire 1. Le générateur est capable de fournir un courant variable aux électrodes 33 et 34, comme décrit ci-dessus en référence à la figure 1. Le système de réception comprend un dispositif de détecteurs électriques dipolaires

comprenant des électrodes de détection 36, 37, 38 et 39.

Conformément à l'invention, on peut utiliser plus ou moins de quatre électrodes de détection dans le dispositif de détecteurs dipolaires. Un poisson commandé 40 est fixé à l'extrémité libre du cable électrique 30 pour positionner la source 2 et le dispositif de détecteurs dipolaires

a une profondeur souhaitée pendant une prospection station-

naire ou en mouvement. D'autres moyens permettant de régler la profondeur ou la position latérale de l'un quelconque des câbles remorqués décrits ici, par exemple un paravane, peuvent également être utilisés. Le dispositif de détecteurs dipolaires est remorqué à peu près colinéairement à la source dipolaire 2 de courant électrique, à peu près parallèlement à la surface 21 de la masse d'eau 20. Pour effectuer une prospection "directe" (dans laquelle la

cible de la prospection est enfouie à une distance parti-

culière au-dessous du fond 24 et les propriétés électriques de la partie de la formation 23 de terrain située au-dessus de la cible ne sontpratiquement pas altérées par la cible) d'une formation 23 de terrain jusqu'à une profondeur suffisante pour une exploration des hydrocarbures, une distance pouvant aller jusqu'à 4,8 km entre la source 2 de courant et les détecteurs dipolaires peut être souhaitable. A un tel écartement, la source 2 doit avoir un moment dipolaire (défini comme étant le produit du courant de pointe par la distance comprise entre les électrodes de la source) de l'ordre de 106 ampères-mètres pour que le rapport signal/bruit au niveau des détecteurs dipolaires soit acceptable. Cependant, dans une prospection

indirecte "détection en cheminée", un moment dipolaire -

de la source beaucoup plus petit (de l'ordre de 103 ampères-

mètres) et des distances source-détecteur beaucoup plus

faibles suffisent.

Pour mettre en oeuvre le procédé de prospection directe, les détecteurs dipolaires doivent avantageusement avoir une sensibilité suffisante pour détecter des variations du champ électrique de l'ordre de 2 x 107 volts/mètre, dans le cas d'opérations effectuées en mer, o la distance source-détecteur est d'environ 4,8 km, le

moment dipolaire de la source est d'environ 106 ampères-

mètres, et la hauteur de remorquage du dispositif de détecteurs au-dessus du fond de la mer est d'environ 100 m, la profondeur de l'eau dépassant environ 400 mètres. Des électrodes détectrices convenables peuvent être formées

de la manière décrite ci-dessus en référence à la figure 1.

En variante, des électrodes détectrices du type argent-

chlorure d'argent, reliées par des ponts salins, peuvent convenir. Un objet résistif enfoui, tel qu'une couche enfouie 25, peut altérer électriquement une zone d'une formation souterraine 23 (connue sous le nom de "cheminée') s'étendant au-dessus de l'objet jusqu'à un point très proche du fond 24. Dans le cas o l'objet enfoui 25 est associé à une telle cheminée s'élevant jusqu'à une très faible profondeur au-dessous du fond 24, la cheminée peut être une cible qui peut être détectée par le sous-ensemble comprenant la source 2 et le dispositif de détecteurs électriques dipolaires. Comme indiqué précédemment, l'écartement nécessaire entre la source 2 et les détecteurs dipolaires du dispositif de détecteurs électriques dipolaires est sensiblement moindre en l'absence d'une telle cheminée associée à l'objet

enfoui 25.

Une antenne filaire 41, dont la fonction sera décrite ci-dessous, est également reliée au câble 30, mais en est isolée électriquement. Des poissons 42 et 43 pouvant être commandés sont reliés respectivement aux

extrémités de l'antenne 41 pour en régler l'orientation.

Le système de réception électromagnétique comprend également un câble flexible 16 de signal, de flottabilité neutre, qui remorque une première antenne dipolaire 17 d'un réseau de gradient, orientée à peu près

parallèlement à la source dipolaire 2 de courant élec-

trique, et une seconde antenne dipolaire 18 de réseau de gradient, orientée à peu près perpendiculairement à la source dipolaire 2 de courant électrique. Les antennes dipolaires 17 et 18 de réseau de gradient forment ensemble ce qui est désigné ci-après le "réseau de gradient". Un poisson 19 pouvant être commandé est relié à l'extrémité libre du câble 16 pour placer le réseau de gradient dans une position souhaitée par rapport à la source 2 de courant. Le système de réception électromagnétique comprend également un cable flexible 14

de transmission de signaux et de puissance, de flotta-

bilité neutre, et un câble flexible 15 de transmission de signaux et de puissance, de flottabilité neutre, qui remorquent respectivement une première nacelle 12 d'un capteur de champ magnétique et une seconde nacelle 13

d'un capteur de champ magnétique.

L'antenne dipolaire 17 du réseau de gradient comprend des électrodes 44 et 45 de détection qui peuvent

être réalisées de la même manière que le sont les élec-

trodes 36, 37, 38 et 39. Les électrodes 44 et 45 de détection sont écartées d'une distance inférieure à celle comprise entre des paires adjacentes d'électrodes 36, 37, 38 et 39. L'antenne dipolaire 18 du dispositif de gradient, qui comprend des électrodes de détection 46 et 47, est

identique à l'antenne 17, mais elle est orientée ortho-

gonalement par rapport à cette dernière. L'antenne 17 peut être maintenue orthogonalement à l'antenne 18 par des haubans (non représentés. Les antennes 17 et 18 peuvent, en variante, être renfermés dans une nacelle à instruments convenable (non représentée) qui peut être choisie parmi celles communément utilisées pour des applications marines. Les antennes 17 et 18 doivent être remorquées dans une position adjacente au point médian de la source 2, mais située au-dessous ou décalée latéralement de ce point, et elles doivent être orientées

de façon à être sensiblement parallèles à la surface 21.

Les différences de potentiel entre les électrodes de l'antenne 17 et entre les électrodes de l'antenne 18 sont mesurées et enregistrées au moyen d'instruments

électriques (non représentés) placés à bord du navire 1.

Les données mesurées, qui possèdent une résolution élevée par rapport aux données enregistrées à l'aide des

électrodes 36, 37, 38 et 39, sont utilisées pour carac-

tériser les propriétés électriques de la région de la formation 23 située à peu près directement au-dessous

de la source 2 et à peu de distance du fond 24.

Les nacelles 12 et 13 des capteurs de champ magnétique sont identiques. Chacune d'elles contient un capteur de champ magnétique à trois axes, choisi parmi ceux couramment utilisés pour l'obtention de mesures de champ magnétique vectoriel réel, et un dispositif destiné

mesurer l'orientation du capteur de champ magnétique.

Par exemple, un poste d'instruments vectoriels électromagné-

tiques à trois axes, du type fabriqué par TRW Inc., peut convenir à une utilisation en tant que capteur de champ magnétique. Un ensemble à accéléromètres triaxial, du type fabriqué par la firme Sperry Corporation, peut

convenir à une utilisation comme dispositif d'orientation.

Les nacelles 12 et 13 peuvent être choisies parmi celles couramment utilisées pour régler les positions verticale et horizontale d'une flûte sismique par rapport à un navire sismique, telle que celles fabriquées par la firme Edo Corporation. Les nacelles doivent avantageusement être remorquées symétriquement par rapport à la source 2, dans des positions espacées latéralement de cette source et à une profondeur, dans la masse d'eau 20, sensiblement égale à la profondeur à laquelle le dispositif de détecteurs électriques dipolaires est remorqué. Cependant, il entre dans le cadre de l'invention de remorquer les nacelles 12 et 13 de capteurs de champs magnétiques à toutes profondeurs souhaitées dans la masse d'eau 20. Les données de champs magnétiques vectoriels mesurées sont transmises par les câbles 14 et 15 à des instruments électriques places à bord du navire 1 et sont enregistrées. Les capteurs de champs électriques peuvent également être logés dans les nacelles 12 et 13 et raccordés aux instruments électriques situés à bord du navire 1. Il entre dans le cadre de l'invention d'utiliser plus d'une paire de nacelles de capteurs de champs magnétiques, disposées symétriquement

par rapport à la source 2.

Des objets de dimension finie, enfouis dans la formation souterraine 23 et ayant une résistivité contrastant avec la résistivité moyenne de la formation souterraine, produisent, en réponse au courant électrique émis par la source dipolaire 2, des composantes de champs électromagnétiques, dans la masse d'eau 20, dans des directions perpendiculaires à l'axe de la source dipolaire électrique 2. La force de ces composantes de champs électromagnétiques perpendiculaires est la plus grande au-dessus des bords de l'objet enfoui (ou de la cheminée associée qui le surmonte). Par conséquent, des anomalies détectées dans les données mesurées par l'antenne dipolaire 18 du dispositif de gradient et par les capteurs de champs magnéiuques placés dans les nacelles 12 et 13 tracent la

position de ces bords.

Pour faciliter également le tracé des bords de cibles enfouies finies, une antenne filaire isolée 41 est reliée au câble électrique 30. L'orientation de

l'antenne filaire 41 est réglée par des poissons orien-

tables 43 et 42 fixés respectivement aux extrémités de l'antenne filaire 41. En réponse à des signaux de commande générés à bord du navire 1, lepoissons 42 et 43 peuvent être tournés pour régler l'orientation de l'antenne 41. En particulier, en orientant l'antenne 41 de façon qu'elle soit sensiblement parallèle à la surface 21, on peut mesurer et analyser les variations de la composante horizontale du champ électrique à l'aide de

l'antenne 41 afin de tracer les bords d'une cible résis-

tive enfouie dans la formation souterraine 23. Si cela est souhaité, plusieurs antennes similaires à l'antenne 41 peuvent être reliées au câble 30 à diverses distances de la source 2. Dans une autre forme de réalisation, l'antenne 41 peut être maintenue en position à peu près

perpendiculaire au câble 30 par des haubans.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées audit procédé ou système décrit

et représenté sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Procédé de prospection et de caractéri-

sation d'une zone d'une formation de terrain recouverte d'une masse d'eau présentant une surface et un fond, ladite zone s'étendant jusqu'à une première profondeur au-dessous du fond, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à placer une source dipolaire de courant électrique, comprenant une paire d'électrodes de source écartées d'une première distance, à peu près parallèlement à la surface de la masse d'eau et écartées du fond d'une seconde distance qui est inférieure à environ un quart de la distance comprise entre la surface et le fond, à faire circuler dans la source un courant électrique alternatif comprenant une première composante sinusoïdale de fréquence choisie, à mesurer une caractéristique dudit courant, à placer en même temps au moins un détecteur

électrique dipolaire, comprenant deux électrodes détec-

trices écartées d'une troisième distance sensiblement égale à la première distance, à peu près colinéairement à la source de courant et de cette source de courant par une quatrième distance, à mesurer une caractéristique de la différence de potentiel entre la paire d'électrodes de détection, et à déterminer une caractéristique de l'impédance mutuelle complexe de la source de courant et du détecteur dipolaire à partir de la caractéristique de courant et de la caractéristique de différence de potentiel. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quatrième distance est à peu près égale à un

multiple entier de la première distance.

3. Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que la quatrième distance est à peu près égale à un multiple entier de la longueur d'onde, dans la masse d'eau, du rayonnement électromagnétique ayant ladite

fréquence choisie.

4. Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que la fréquence choisie est la fréquence à laquelle la pénétration électromagnétique dans la formation

de terrain est à peu près égale à la première profondeur.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première distance est à peu près égale à la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique ayant

ladite fréquence choisie dans la masse d'eau.

6. Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que la quatrième distance dépasse d'environ

trois fois la première profondeur.

7. Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le courant électrique alternatif mis en circulation dans la source comprend également une seconde

composante sinusoldale ayant une seconde fréquence diffé-

rente de ladite fréquence choisie.

8. Procédé de prospection et de caractéri-

sation d'une région d'une formation de terrain recouverte d'une masse d'eau présentant une surface et un fond, caractérisé en ce qu'il consiste à placer une source dipolaire de courant électrique, comprenant une paire d'électrodes de source écartée d'une première distance, à peu près parallèlement à la surface de la masse d'eau et séparées du fond par une deuxième distance qui est inférieure à environ un quart de la distance comprise entre la surface et le fond, à faire circuler dans la source un courant électrique alternatif comprenant au moins deux composantes sinusoïdales ayant chacune une fréquence choisie distincte, à mesurer une caractéristique dudit courant, à placer en même temps au moins un détecteur dipolaire électrique, comprenant une paire d'électrodes de détection écartées d'une troisième distance à peu près

égale à ladite première distance, sensiblement colinéaire-

ment à la source de courant et à une quatrième distance de cette source, à mesurer une caractéristique de la différence de potentiel entre la paire d'électrodes de

détection, et à déterminer une caractéristique de l'impé-

dance mutuelle complexe de la source de courant et du

détecteur électrique dipolaire à partir de la caractéris-

tique de courant et de la caractéristique de différence de potentiel, la caractéristique d'impédance mutuelle

étant représentative de la résistivité moyenne de la zone.

9. Procédé de prospection et de caractéri-

sation d'une zone d'une formation souterraine recouverte d'une masse d'eau présentant une surface et un fond, caractérisé en ce qu'il consiste à placer une source dipolaire de courant électrique, comprenant une paire d'électrodes de source écartées d'une première distance, à peu près parallèlement à la surface de la masse d'eau et à une deuxième distance du fond, la deuxième distance étant inférieure à environ un quart de la distance comprise entre la surface et le fond, à faire circuler dans la source un courant électrique alternatif comprenant au moins deux composantes sinusoidales ayant chacune une fréquence choisie distincte, à mesurer une caractéristique du courant associée à chacune desdites composantes sinusoïdales du courant, à placer simultanément au moins un détecteur électrique dipolaire, comprenant une paire d'électrodes de détection écartées d'une troisième distance sensiblement égale à la première distance, à peu près colinéairement à la source de courant et à une quatrième distance de cette source, à mesurer, pour chacune des

deux composantes sinusoïdales du courant, une caractéris-

tique de la différence de potentiel entre les deux électrodes de détection, et à déterminer, pour chacune

des caractéristiques sinusoïdales du courant, une carac-

téristique de l'impédance mutuelle complexe de la source

de courant et de chaque détecteur électrique dipolaire.

10. Procédé de prospection et de caractéri-

sation d'une zone d'une formation souterraine recouverte d'une masse d'eau représentant une surface et un fond, ladite zone s'étendant jusqu'à une première profondeur au-dessous du fond, caractérisé en ce qu'il consiste à placer une source dipolaire de courant électrique comprenant une paire d'électrodes de source écartées d'une première distance, à peu près parallèlement à la surface de la masse d'eau et à une deuxième distance du fond, inférieure à environ un quart de la distance comprise entre la surface et le fond, à placer en même temps au moins deux détecteurs électriques dipolaires dans la masse d'eau, chaque détecteur comprenant-une paire d'électrodes de détection écartées d'une troisième distance sensiblement égale à la première distance, à peu près colinéairement à la source de courant et à distance de cette source, à faire circuler dans la source un courant électrique alternatif comprenant au moins deux composantes sinusoldales ayant chacune une fréquence choisie distincte, à mesurer une caractéristique du courant associée à chacune des composantes sinusoïdales dudit courant, à mesurer, pour chacune des composantes sinusoïdales du courant, une caractéristique de la différence de potentiel entre les deux électrodes de chacun des détecteurs, et à déterminer, pour chacun des détecteurs et pour chacune des composantes sinusoïdales du courant, une caractéristique de l'impédance mutuelle complexe de la-source de courant et du détecteur, à partir de la caractéristique de courant et de la caractéristique de différence de potentiel associée à la composante

sinusoïdale et au détecteur.

11il. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la composante sinusoïdale de fréquence la plus basse des deux composantes sinusoïdales du courant et la caractéristique d'impédance mutuelle associée à la composante sinusoidale de fréquence la

plus basse sont choisies de manière que ladite carac-

téristique d'impédance mutuelle associée à la composante sinusoidale de fréquence la plus basse détermine la résistivité moyenne d'une partie de la zone située jusqu'à une seconde profondeur à partir du fond, ladite seconde

profondeur étant inférieure à la première profondeur.

12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel plusieurs détecteurs électriques dipolaires sont placés dans la masse d'eau et les caractéristiques d'impédance mutuelle complexe sont représentatives de la présence d'une couche résistive ayant une résistivité différente de ladite résistivité moyenne et située dans ladite zone, à une troisième profondeur au-dessous du fond, ladite troisième profondeur étant supérieure à la seconde profondeur, le procédé comprenant également les étapes qui consistent: (a) à déterminer la composante sinusoidale pour laquelle l'amplitude des caractéristiques d'impédance mutuelle complexe associée à un premier des détecteurs atteint une valeur extrême; (b) à répéter l'étape (a) sur un nombre de détecteurs différents, choisis parmi le groupe des détecteurs, suffisant pour déterminer une distance minimale à partir de la source, distance minimale au-delà de laquelle la même composante sinusoidale est associée à chaque amplitude extrême desdites caractéristiques d'impédance mutuelle associées à chaque détecteur écarté de la source d'une distance supérieure à ladite distance minimale; et (c) à déterminer la troisième profondeur à partir de la

distance minimale et de la résistivité moyenne.

13. Système de prospection et de caractéri-

sation d'une formation de terrain recouverte d'une masse d'eau (20) présentant une surface (21) et un fond (24) caractérisé en ce qu'il comporte un navire de surface (1), une source dipolaire (2) de courant électrique comprenant une paire d'électrodes (33, 34) de source écartées d'une première distance, remorquée par le navire de surface, dans la masse d'eau, à peu près parallèlerment à la surface de cette masse d'eau, des moyens destinés à générer un courant électrique alternatif dans la source dipolaire du courant électrique, au moins un détecteur électrique dipolaire comprenant une paire d'électrodes (36, 37) de détecteur écartées d'une deuxième distance sensiblement égale à la première distance, remorquée par ledit navire de surface dans la masse d'eau, à peu près colinéairement à la source de courant et à une troisième distance de la source de courant, cette troisième distance étant à peu près égale à un multiple entier de la première distance, des moyens reliés électriquement au moyen de génération d'un courant électrique afin de mesurer une caractéris- tique dudit courant, des moyens reliés électriquement au détecteur électrique dipolaire afin de mesurer une caractéristique de la différence de potentiel entre les deux électrodes du détecteur, et des moyens reliés électriquement aux moyens de mesure d'une caractéristique du courant et aux moyens de mesure d'une caractéristique de la différence de potentiel afin de déterminer une caractéristique de l'impédance mutuelle complexe de la source de courant et du détecteur à partir de ladite caractéristique de courant et de ladite caractéristique

de différence de potentiel.

14. Système selon la revendication 13, carac-

térisé en ce qu'il comporte également des moyens (40) destinés à régler la profondeur, au-dessous de la surface, à laquelle la souroe de courant et le détecteur sont remorqués afin que la source de courant et le détecteur puissent être remorqués à une profondeur choisie, supérieure aux trois-quarts, environ, de la distance comprise

entre la surface et le fond de la masse d'eau.

15. Système selon la revendication 13, carac-

térisé en ce qu'il comporte également au moins une antenne (41) présentant un axe, remorquée par ledit navire de

surface dans la masse d'eau afin que cet axe soit sensi-

blement perpendiculaire à la source dipolaire de courant

électrique.

16. système selon la revendication 13, carac-

térisé en ce qu'il comporte également un dispositif (17, 18) de détecteurs de gradient remorqué par le navire de surface, dans une position écartée du milieu de la paire d'électrodes de source, ce dispositif comprenant une première paire d'électrodes (44, 45) orientées à peu près parallèlement à la source de courant et écartées d'une quatrième distance inférieure à ladite première distance, et une seconde paire d'électrodes (46, 47) orientées à peu près orthogonalement à la source de courant et écartées d'une cinquième distance inférieure à ladite première distance, des première et seconde nacelles, (12, 13) pouvant être commandées, remorquées par le navire de surface, chacune dans une position écartée latéralement de la source de courant, un premier capteur de champ magnétique à trois axes monté dans la première nacelle afin de réaliser des mesures de champ magnétique vectoriel réel, et un deuxième capteur de champ magnétique à trois axes monté dans la seconde nacelle afin de réaliser

des mesures de champZmagnétique vectoriel réel.

17. Système selon la revendication 16, caractérisé en ce que le premier capteur comprend un premier dispositif de mesure d'orientation et en ce que le second capteur comprend un second dispositif de mesure d'orientation.