NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỀ TÀI: “Cơ sở vật lý địa chất và các
phương pháp địa vật lý để tìm kiếm thăm
dò khí Hidrat ở vùng biển Việt Nam”

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Thăm dò, Khai thác
Cơ sở vật lý địa chất và các phương pháp địa vật lý để tìm kiếm
thăm dò khí Hidrat ở vùng biển Việt Nam
Theo các tài liệu nghiên cứu về khí hydrat (gas hydrat-GH) ở Nga, Mỹ, Canada, Nhật
Bản, Hàn Quốc Ấn Độ, Trung Quốc…

và các tài liệu đã được công bố rộng rãi trên internet từ các cơ sở nghiên cứu như
Geological Survey of Canada, University of Victoria,University of Toronto, Dalhousie

Theo dự báo ban đầu, tài nguyên khí hydrat có thể lớn gấp 2 lần tổng tài nguyên dầu, khí,
than khoáng hiện có trên toàn thế giới.
GH là một dạng tồn tại thể rắn của khí tự nhiên chủ yếu là methane (>99%) có vẻ bề
ngoài giống như băng nước đá (đá cháy) nhưng khác về cấu trúc tinh thể. Trong điều kiện
áp suất cao và nhiệt độ thấp, nước sẽ ngậm thêm các phân tử khí methane vào trong mạng
hydrogen.
Về nguồn gốc, phần lớn GH chứa methane có nguồn gốc sinh học, được thành tạo do bẻ
gãy sinh học của vật chất hữu cơ phân hủy trong trầm tích đáy biển được chôn vùi ở độ
sâu thích hợp. Tuy vậy, GH cũng có thể có nguồn gốc sâu, do khí di cư lên theo các đứt
gãy từ các tích tụ dầu khí đã hình thành ở các độ sâu lớn hơn trong các bể trầm tích.
1. Cơ sở vật lý- địa chất của hệ phương pháp tìm kiếm thăm dò khí hydrat
Trong tìm kiếm thăm dò GH, phương pháp địa vật lý thường dùng nhất và cũng được
đánh giá là hiệu quả nhất là phương pháp địa chấn phản xạ (phân giải cao). Cơ sở vật lý
địa chất của phương pháp này là dựa trên sự khác biệt về vận tốc truyền sóng siêu âm
(sonic velocity) của GH so với môi trường trầm tích xung quanh (Hình 1).
Trên Hình 1 có thể nhận thấy sự biến thiên của vận tốc truyền sóng siêu âm (sonic
velocity), dòng địa nhiệt (geotherm) và pha của GH theo 3 lớp:
- Lớp nước: Sóng siêu âm xuất phát từ nguồn phát trên mặt biển sẽ đi qua lớp nước biển
với vận tốc không đổi là 1,5 km/s.
- Lớp trầm tích ngay sát mặt đáy biển: Vận tốc truyền sóng siêu âm trung bình ở đây
khoảng 1,8 km/s. Lớp trầm tích này thường bao gồm các trầm tích mảnh vụn (clastic) và
vật chất hữu cơ, với độ rỗng lớn (30-40 %) và bị lấp đầy bởi nước biển và khí tự nhiên.
Trong điều kiện thuận lợi về nhiệt độ(< 4-10 0C) và áp suất(>30 at), các phân tử nước
trong các lỗ rỗng này sẽ ngậm thêm khí tự nhiên và trở thành khí hydrat thể rắn dạng
nodules và có thể trở thành xi măng gắn kết cho các trầm tích mảnh vụn, lấp đầy khoảng
rỗng tạo thành GHSZ. Khi đó vận tốc truyền sóng siêu âm có thể đạt tới khoảng 2,5 - 3,3
km/s.
- Lớp trầm tích kế dưới: GH trong lớp trầm tích kế trên đôi khi tạo thành vùng GH tồn tại
bền vững GHSZ và trở thành lớp màn chắn đối với khí tự do di chuyển từ các lớp trầm
tích bên dưới lên. Lớp trầm tích phía dưới này sẽ có vận tốc truyền sóng giảm đột ngột

xung âm học có tần số lớn nhằm thu được các tín hiệu phản xạ có độ phân giải cao. Hệ
thống máy thu thường được sử dụng là hệ thống đơn kênh hoặc đa kênh gồm các máy thu
áp điện được bố trí nối tiếp nhau. Phương pháp này được sử dụng để khảo sát cấu trúc
của lát cắt địa chất nằm dưới mặt đáy biển ở độ sâu không lớn và thường được áp dụng
trong các nghiên cứu về địa chất môi trường vùng ven bờ, tìm kiếm khoáng sản rắn sát
đáy và khảo sát địa chất công trình biển.
Các thông số cơ bản của hệ thống này bao gồm:
- Năng lượng phát: Từ vài trăm joules đối với nguồn Boomer tới một vài kj đối với nguồn
Sparker.
- Tần số phát ưu thế: Từ 600Hz tới 3000Hz đối với nguồn Boomer và 200Hz tới 1000Hz
đối với nguồn Sparker. Bước mã hóa tín hiệu: Nhỏ nhất là 0,04ms.
- Dải đầu thu (Hydrophone aray): Từ 8 đến 20 máy thu áp điện mắc nối tiếp.
- Chu kỳ phát xung: Tùy theo yêu cầu về độ phân giải ngang chu kỳ phát xung được thay
đổi từ 0,5s đến 4s/1 xung.
- Khoảng cách bố trí thu nổ: 4-5 m.
- Tốc độ chạy tàu liên tục tối ưu: 6-7 km/h.
Tiến hành đồng thời cùng với các khảo sát địa chấn phân giải cao là hệ thống định vị
dẫn đường GPS và lưu trữ số liệu trực tiếp đồng thời cùng với số liệu địa chấn. Bộ thu
thập và lưu trữ số liệu đồng bộ cùng hệ thống máy địa chấn có tính năng cơ bản như bộ
nhớ có dung lượng lớn để có thể làm việc liên tục trong thời gian dài, bộ tiền khuếch đại
với khả năng khuếch đại biên độ lên tối đa là 4 lần, bộ lọc tần số, bộ hiệu chỉnh biên độ
theo thời gian thu sóng.

b. Quét ảnh đáy biển (side scan sonar)
Phương pháp này sử dụng các xung sóng đơn tần hoặc lưỡng tần (khác với phương pháp
địa chấn thông thường là sử dụng một phổ rộng tần số) với tần số rất lớn để thu được
hình ảnh bề mặt đáy biển với độ chính xác cao. Sonar quét sườn thường được sử dụng
cùng với đo độ sâu đáy biển (depth sonic) trong các khảo sát bề mặt đáy biển nhằm phục
vụ cho các chuyên ngành trầm tích, địa mạo, đo vẽ bản đồ đáy biển, xây dựng công trình
biển, tìm kiếm các vật thể bị chìm đắm Thiết bị được sử dụng trong Sonar quét sườn

Hình5. Ví dụ về dị thường AVO của hệ số phản xạ BSR, tăng biên độ phản xạ và chuyển
pha ở góc nghiêng lớn (khoảng cách thiết bị xa)
Phương pháp xử lý minh giải AVO là một trong những phương pháp địa chấn đặc biệt,
dựa trên sự chuyển pha và tăng biên độ tín hiệu đối với góc nghiêng lớn (far offset) và là
một trong những phương pháp xác định trực tiếp tiềm năng hydrocarbon.
Nội dung của phương pháp là dựa vào các dị thường biên độ của các mạch địa chấn liên
quan đến dầu khí, sử dụng các phần mền chuyên dụng để minh giải và xử lý chúng.
Từ các thông tin về hydrocarbon từ các giếng khoan chúng ta xác định được các giá trị
biên độ và dị thường AVO liên quan đến hydrocarbon, áp dụng các giá trị dị thường này
dùng để minh giải và xử lý các tài liệu địa chấn cho các vùng chưa có giếng khoan .Kết
quả của phương pháp này cho ta các bản đồ dị thường biên độ AVO liên quan đến GH/
hydrocarbon, các mặt cắt địa chấn sau cộng với các góc nghiêng (offset) khác nhau hay
các mặt cắt địa chấn cộng với các offset khác nhau (cộng các mạch gần, xa, toàn bộ…) từ
đó xác định được các tín hiệu liên quan đến GH/hydrocarbon.
- Phân tích địa chấn địa tầng phân giải cao
Địa chấn địa tầng là nghiên cứu địa tầng và các tướng trầm tích được minh giải từ tài liệu
địa chấn dựa trên các hình thái phản xạ và các kiểu đầu mút phản xạ. Các hình thái và
kiểu đầu mút phản xạ được dùng để liên kết các tập trầm tích, luận giải môi trường trầm
tích và tướng đá.
Trong phân tích địa chấn địa tầng, mặt cắt địa chấn được chia ra thành các tập trầm tích
bao gồm các lớp có liên hệ nguồn gốc và được phân cách bên trên và bên dưới bởi các
mặt bất chỉnh hợp hoặc mặt chỉnh hợp nhưng có thể liên kết được.
Các tập này lại bao gồm các lớp nhỏ hơn gồm các phản xạ chỉnh hợp được phân cách bởi
các mặt gián đoạn xác định bằng các đầu mút phản xạ có hệ thống. Các kiểu đầu mút
phản xạ được minh giải như những đầu mút của các lớp gồm bào mòn cắt cụt, chồng nóc,
kề áp và kề đáy lên các ranh giới bất chỉnh hợp hoăc chỉnh hợp có thể liên kết được.
f. Triển vọng khí hidrat ở Việt Nam
Việt Nam thuộc vùng có khí hậu nóng, có thể hy vọng tìm thấy GH trên vùng sườn dốc
thềm lục địa có độ sâu nước thích hợp cho việc hình thành GH như bể Phú Khánh, bể
Nam Côn Sơn, bể Tư Chính - Vũng Mây, cụm bể Hoàng Sa - Trường Sa. Trên các vùng