Nouvelle méthode d'estimation de la dispersion à partir d'un réseau linéaire de capteurs

Nouvelle méthode d'estimation de la dispersion à partir d'un réseau linéaire de capteurs

New estimation method of the dispersion from a linear array of sensors

Antoine Roueff Jérôme I. Mars  Jocelyn Chanussot  Helle Pedersen 

Laboratoire de Détection et de Géophysique (LDG), CEA/DASE/LDG - BP12 - 91680 Bruyères-le-Chatel, France

Laboratoire des Images et des Signaux (LIS), BP 46 - 38402 Saint Martin d'Hères Cedex France, CNRS, UMR 5083, OSUG, GDR Information Signal Image viSion (ISIS)

Laboratoire de Géophysique Interne et de Tectonophysique (LGIT), BP 53 - 38041 Grenoble

Page: 
295-312
|
Received: 
10 February 2004
|
Accepted: 
N/A
|
Published: 
31 August 2004
| Citation

OPEN ACCESS

Abstract: 

The dispersion estimation is an important objective in seismic processing and near surface acquisition. We propose a new algorithm, which performs the dispersion estimation from a linear array of geophones using time-frequency properties. This estimation enables a robust characterization and extraction of dispersive propagating waves from a seismic profile. In comparison with standard methods which are based either on the time-frequency representations of each trace or on the velocity-frequency representation of the seismic image, our method can be seen as an hybrid method since it proposes jointly a time-frequency-velocity representation. In this algorithm, the crucial step is the model of the propagation by a simultaneous time delay and phase shift correction around each frequency. The main advantage of our algorithm is that the gain in resolution leads to a more powerful tool to separate propagating waves. A comparison between the presented algorithm and other standard methods is presented both on synthetic and real data.

Résumé

L'estimation de la dispersion est un objectif important en traitement des signaux sismiques, notamment lors de l'acquisition de données surfaciques. Nous proposons dans cet article un nouvel algorithme qui effectue l'estimation de la dispersion d'une onde à partir d'un réseau linéaire de capteurs en utilisant les propriétés du plan temps-fréquence. Cette estimation permet une caractérisation robuste et l'extraction des ondes dispersives d'un profil sismique. Les méthodes classiques sont basées soit sur l'interprétation des représentations temps-fréquence de chaque trace, soit sur l'interprétation de la représentation fréquence-vitesse de l'image du profil en entier. Notre méthode peut être interprétée comme une approche hybride dans la mesure où elle propose une représentation simultanée temps-fréquence-vitesse. Dans cet algorithme, l'étape cruciale est la modélisation de la propagation par une double correction : déphasage et retard, et ce, autour de chaque fréquence. Le principal avantage de notre algorithme est que le gain obtenu en résolution permet de séparer plus facilement les différentes ondes. Une comparaison entre les différentes méthodes classiques et la méthode proposée est présentée sur un profil synthétique complexe ainsi que sur des données réelles.

Keywords: 

Time-frequency analysis, frequency-velocity, wave dispersion, waves' separation

Mots clés

Analyse temps-fréquence, fréquence-vitesse, dispersion d'onde, séparation d'ondes

1. Introduction
2. État De L'art Des Méthodes D'estimation De La Dispersion
3. Méthode Proposée
4. Résultats Sur Des Données Réelles
5. Conclusion
  References

[Baraniuk01] R.G. BARANIUK, M. COATES et P. STEEGHS, Hybrid linear/quadratic time-frequency attributes. IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 49, n° 4, 2001, pp. 760-766.

[Boashash92] B. BOASHASH, Estimating and interpreting the instantaneous frequency of a signal-part1 : Fundamentals. Proceedins of the IEEE, vol. 80, n° 4, 1992, pp. 519-538.

[Chakraborty95] A. CHAKRABORTY et D. OKAYA, Frequency-time decomposition of seismic data using wavelet-based methods. Geophysics, vol. 60, n° 6, 1995, pp. 1906-1916.

[Dietrich88] M. DIETRICH, Modeling of marine seismic profiles in the t - x and t - p domains. Geophysics, vol. 53, n° 4, 1988, pp. 453-465.

[Dziewonski69] A. DZIEWONSKI, S. BLOCH et M. LANDISMAN, A technique for the analysis of transient seismic signals. Bulletin of the Seismological Society of America, vol. 59, n° 1, 1969, pp. 427-444.

[Flandrin98] P. FLANDRIN, Temps-Fréquence, Hèrmes, Paris, 1998.

[Glangeaud99a] F. GLANGEAUD, Traitement du signal pour géologues et géophysiciens. Techniques avancées, chap. les Ondes dispersives, Ed Technip, Paris, 1999volume 3.

[Glangeaud99b] F. GLANGEAUD, J.L. MARI, J. MARS et M. NARDIN, Dispersive seismic waves in geophysics. European Journal of environmental and engineering geophysics, vol. 3, 1999, pp. 265-306.

[Mari97] J.L. MARI, F. GLANGEAUD et F. COPPENS, Traitement du signal pour géologues et géophysiciens, Ed Technip, Paris, 1997.

[Mcmechan81] G. A. MCMECHAN et M. J. YEDLIN, Analysis of dispersive waves by wave field transformation. Geophysics, vol. 46, n° 6, 1981, pp. 869-874.

[Morlet82] L. MORLET, G. ARENS, E. FOURGEAU et D. GIARD, Wave propagation and sampling theory, 1, complex signal and scattering in multilayered media. Geophysics, vol. 47, n° 2, 1982, pp. 203-221.

[Pedersen03] H. A. PEDERSEN, J.I. MARS et P.O. AMBLARD, Improving group velocity measurements by energy reassignment. Geophysics, vol. 68, n° 2, 2003, pp. 677-684.

[Shapiro99] N. SHAPIRO et S.K. SINGH, A systematic error in estimating surface-wave group velocity dispersion curves and a procedure for its correction. Bulletin of the Seismological Society of America, vol. 89, 1999, pp. 1138-1142.

[Stocker03] T. STÖCKER, Weyl filters for linear array data. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 41, n° 3, 2003, pp. 697-707.

[Yilmaz87] O. YILMAZ, Seismic Data Processing, Society of Exploration Geophysicists (SEG), 1987.