The relationship between rock pore structure and elastic wave velocity : theory, experiment and application

La détermination e la structure des pores d’une roche et son application à l'analyse de lvitesses sismiques sont des sujets pétrophysiques et géophysiques importants. Cette thèse a combiné des approches théoriques et expérimentales pour comprendre comment la structure des pores affecte la vitesse sismique.Le spectre du rapport d'aspect des pores (distribution du rapport d'aspect par rapport à la distribution de la porosité) est un paramètre clé de la structure poreuse et peut être inversé à partir des données de reliant pression de confinement et vitesses sismiques. Le spectre du rapport d'aspect des pores a un grand potentiel dans l'analyse de la dispersion de la vitesse sismique, cependant, la plupart des modèles de dispersion de vitesse vers l'avant existants ne prennent pas en compte le spectre du rapport d'aspect des pores lors de l'interprétation des données de laboratoire. Dans l'étude théorique, nous avons (1) étendu le modèle existant de dispersion de vitesse à une seule fissure, (2) inversé le spectre de rapport d’aspect des fissures et (3) intégré ce spectre dans le nouveau modèle, pour prédire la dispersion de vitesses sismiques. En appliquant ces travaux à un jeu de 51 ensembles de données décrivant l’évolution des vitesses sismiques avec la pression de confinement nous avons mis en évidence une relation universelle entre la porosité et le coefficient d’une loi de puissance décrivant le spectre du rapport d'aspect des pores ont été examinées. Cette relation s’explique mathématiquement à partir d’observation de loi de puissances empiriques décrivant le réseau de fracture. Connaitre la distribution de loi de puissance permet donc de relier la porosité à la relation vitesse-pression.Dans les études expérimentales de vitesses sismiques, nous avons sélectionné la serpentinite naturelle et la serpentinite déshydratée car (1) la serpentinite a une grande importance géodynamique, avec une signature sismique qui reste à raffiner car il différents types de serpentinite ; (2) l’échantillon de serpentinite déshydratée présente un réseau de fractures et de pores sur lequel les développements théoriques de la partie 1 pourront être appliqués. Nous avons d'abord sélectionné plusieurs roches de serpentinite naturelles présentant différents degrés de métamorphisme dans les Alpes occidentales, pour fournir un nouvel étalonnage expérimental du rapport Vp/Vs pour interpréter les profils de tomographie sismique acquis sur le terrain. Les nouveaux résultats montrent que les différents types de serpentine peuvent être distingués via des données sismiques. Ensuite, les études expérimentales et théoriques sont combinées pour comprendre les effets de la distribution de la structure des pores sur la vitesse de la serpentinite déshydratée. Le rapport Vp/Vs de l'échantillon augmente après déshydratation en laboratoire. L’inversion du spectre du rapport d'aspect des pores de la serpentinite déshydratée montre également une distribution claire en loi de puissance.