Forage sismique

Types de forages sismiques

Les forages sismiques sont des trous profonds et étroits forés dans le sol pour étudier le sous-sol terrestre à l'aide d'ondes sismiques. Une onde sismique est une onde d'énergie qui se déplace à travers la terre, souvent générée par des tremblements de terre. L'objectif principal d'un forage sismique est de se concentrer sur les couches rocheuses et les autres matériaux qui composent la croûte terrestre.

L'utilisation de forages sismiques aide les géologues et autres disciplines concernées à déterminer ce qui suit :

• le type et la structure des roches et des sédiments souterrains
• la présence et la forme des caractéristiques souterraines telles que les failles, les grottes et les formations géologiques
• un examen détaillé des couches terrestres

Il existe différents types de forages sismiques en fonction de la méthodologie et de la technologie employées pour l'analyse sismique et de la caractéristique à explorer.

• Forages de vitesse des ondes P et S : Ces forages se concentrent spécifiquement sur la mesure des vitesses des ondes sismiques, en particulier la vitesse des ondes primaires (P) et la vitesse des ondes secondaires (S). Les ondes P sont des ondes de compression qui se propagent à travers les matériaux solides et liquides, tandis que les ondes S sont des ondes de cisaillement qui ne peuvent se déplacer que dans les matériaux solides.
• Forages de surveillance de la microsismicité : La microsismicité fait référence aux tremblements de terre de faible magnitude. La surveillance ou la mesure de cela nécessite l'insertion de capteurs ou de géophones dans les forages. Cela permet une surveillance continue ou périodique de l'activité terrestre.
• Forages de réflexion/réfraction sismique : Ces forages impliquent des levés sismiques utilisant des ondes sismiques pour obtenir des informations sur la structure géologique du sous-sol. En réflexion sismique, les ondes réfléchies par différentes couches géologiques sont analysées. Pendant ce temps, en réfraction sismique, les ondes réfractées (courbées) aux interfaces de différents matériaux sont étudiées. Ceux-ci peuvent également être appelés « forages de levé sismique ».
• Forages VSP (profilage sismique vertical) : Cela implique une méthode où les sources sismiques et les récepteurs sont placés dans ou à proximité d'un forage. Il aide à comprendre les caractéristiques géologiques autour du forage et permet une détermination et une délimitation précises des structures souterraines.
• Forages géophoniques : Un géophone est un dispositif qui convertit le mouvement du sol (déplacement) en signal électrique. Les géophones sont largement utilisés en sismologie et en prospection sismique pour détecter et enregistrer les ondes sismiques. Une série de géophones peut être placée dans un forage pour mesurer les ondes sismiques. Les données collectées à partir des forages équipés de géophones peuvent être utilisées à diverses fins, telles que l'évaluation des réservoirs de pétrole et de gaz, l'évaluation des eaux souterraines et les investigations géotechniques.

Spécifications et maintenance d'un forage sismique

Les spécifications d'un forage sismique dépendront du type et des exigences spécifiques du levé sismique.

• Profondeur du forage : Dans certains cas, un forage profond est nécessaire pour placer les capteurs à une certaine profondeur. De plus, un forage profond ou vertical peut être nécessaire pour intersecter une zone de faille.
• Diamètre du forage : Le diamètre du forage dépendra de l'équipement utilisé. Il est crucial que le trou ne soit pas trop large pour perdre l'équipement et qu'il ne soit pas trop étroit pour que l'équipement puisse être déposé en douceur en position.
• Forage directionnel : Dans certains cas, ce n'est pas seulement la profondeur qui est requise, mais aussi une certaine longueur dans une direction latérale. Par exemple, si un capteur doit être placé à une certaine distance d'une zone de faille ou d'un autre point d'intérêt, un forage directionnel peut être nécessaire.
• Gainage : Parfois, un tube creux ou un gainage est mis en place pour empêcher les parois du forage sismique de s'effondrer. Ce tube extérieur, appelé gainage, peut être utilisé pour maintenir plusieurs capteurs sismiques dans le forage sismique.

Des équipements de forage spécialisés et des mèches de forage sont utilisés pour réaliser des forages sismiques. Pour se préparer aux problèmes qui pourraient survenir, il est essentiel de maintenir l'équipement de forage. Avant chaque levé sismique, tous les outils et instruments doivent être étalonnés. L'étalonnage doit être documenté dans le rapport, et au moins un puits d'essai de profondeur et de diamètre doit être foré pour s'assurer que la procédure est appropriée pour les conditions du site. Le gainage, le cas échéant, doit être exempt de tout défaut, et un patin doit être placé au fond pour éviter tout dommage dû aux forces environnementales. Un journal de sondage doit être tenu pour tous les forages, et au moins un journal de forage numérique doit être réalisé pour chaque sondage formel à titre de registre.

Scénarios

• Surveillance sismique et alerte précoce

  Les forages sismiques jouent un rôle essentiel dans les systèmes de surveillance sismique et d'alerte précoce. Les sismographes de forage sont installés en profondeur souterraine pour détecter et surveiller les événements sismiques tels que les tremblements de terre, l'activité volcanique et le mouvement du sol. Le placement en profondeur de ces instruments améliore leur sensibilité à détecter même les activités sismiques mineures, réduisant le bruit et les interférences provenant des vibrations de surface. En détectant rapidement les événements sismiques, les instruments de forage sismique contribuent à la diffusion rapide d'alertes et d'avertissements afin de minimiser les impacts potentiels et d'assurer la sécurité publique.

• Investigations géotechniques pour les zones à risque sismique

  Les investigations géotechniques dans les zones à risque sismique utilisent des forages sismiques pour évaluer les propriétés du sol et des roches en sous-sol. Les essais sismiques de forage fournissent des informations cruciales sur le comportement du sol, la vitesse des ondes de cisaillement et les risques potentiels de liquéfaction. Ces données sont essentielles pour concevoir des fondations stables, réaliser des analyses de stabilité des pentes et des évaluations des risques sismiques dans les régions sujettes aux tremblements de terre.

• Évaluer la réponse du site lors de tremblements de terre

  Les forages sismiques sont utilisés pour étudier la réponse du site, qui fait référence à la manière dont les ondes sismiques se propagent à travers différentes formations de sol et de roche à un endroit précis. Comprendre la réponse du site est crucial pour les évaluations des risques sismiques et l'ingénierie parasismique. Les mesures sismiques de forage aident à déterminer les effets d'amplification, le tassement et d'autres conditions spécifiques au site lors des événements sismiques.

• Surveillance de la sismicité induite

  Les sismographes de forage sont utilisés pour surveiller la sismicité induite, qui fait référence aux tremblements de terre déclenchés par des activités humaines telles que l'extraction d'eau souterraine, la fracturation hydraulique, la sismicité induite par les réservoirs (liée à la gestion des réservoirs d'eau) et l'extraction d'énergie géothermique. La sismicité induite peut poser des défis environnementaux et réglementaires importants. La surveillance de ces événements sismiques est essentielle pour comprendre leurs causes, évaluer les risques potentiels et mettre en œuvre des stratégies de gestion appropriées.

Comment choisir des forages sismiques

Les forages sismiques sont généralement choisis en fonction d'un ou plusieurs des critères suivants :

• Objectif de mesure sismique

  Les types de mesures sismiques pour lesquelles le forage est destiné doivent être alignés sur ses caractéristiques. Par exemple, si l'objectif est de réaliser un profilage de vitesse et des mesures d'atténuation, un forage sismique avec des géophones spécialisés et des équipements pour ces mesures doit être sélectionné.

• Profondeur et diamètre

  La profondeur et le diamètre du forage sismique doivent correspondre aux exigences de mesure spécifiques et aux conditions géologiques de la zone étudiée. La profondeur doit être suffisante pour atteindre les zones de mesure souhaitées, tandis que le diamètre doit permettre d'accueillir les instruments utilisés.

• Conditions géologiques

  Le choix du type approprié de méthode sismique de forage est crucial face aux différentes conditions géologiques. Par exemple, dans les sédiments meubles, les ondes de forage peuvent nécessiter des configurations spécifiques pour améliorer la propagation des ondes et minimiser l'atténuation.

• Budget

  Le forage sismique doit être choisi en fonction des contraintes budgétaires, y compris les coûts associés au forage, à l'installation des instruments, à l'acquisition de données et à l'analyse. Il est important de trouver un équilibre entre les objectifs de mesure et les contraintes budgétaires pour s'assurer que le forage sélectionné et l'équipement associé sont rentables pour l'analyse sismique prévue.

Q&A

Q1 Quelle est la taille standard d'un forage sismique ?

A1. La taille standard d'un forage sismique varie en fonction de l'objectif spécifique et des conditions géologiques de la zone où le forage est réalisé. La plupart des forages sismiques ont un diamètre de 10 à 20 cm.

Q2 Quelle est la profondeur maximale des forages sismiques ?

A2. Les forages sismiques atteignent généralement des profondeurs allant jusqu'à 1 000 m ou plus. La profondeur d'un forage sismique est déterminée par les objectifs du levé, le contexte géologique et les limitations techniques.

Q3 Quelle est la différence entre un forage et un trou ?

A1. Un trou est une ouverture ou une cavité. Un forage est un puits étroit foré pour obtenir des informations sur la composition terrestre ou à d'autres fins spécialisées.

Q4 Quels sont les deux types de forages ?

A1. Il existe plusieurs types de forages selon la méthode de forage et l'objectif. Parmi les types les plus courants, on trouve : Forage de puits d'eau. Forage pour étude géotechnique ou pédologique.