Các dấu hiệu trực tiếp dự báo sự tồn tại của khí Hydrate từ tài liệu địa chấn trên khu vực nước sâu thềm lục địa Việt Nam
THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ
TẠP CHÍ DẦU KHÍ
Số 2 - 2020, trang 24 - 29
ISSN-0866-854X
CÁC DẤU HIỆU TRỰC TIẾP DỰ BÁO SỰ TỒN TẠI CỦA KHÍ HYDRATE
TỪ TÀI LIỆU ĐỊA CHẤN TRÊN KHU VỰC NƯỚC SÂU THỀM LỤC ĐỊA VIỆT NAM
Nguyễn Thu Huyền1, Trịnh Xuân Cường2, Nguyễn Thanh Tùng1, Nguyễn Trung Hiếu1, Tống Duy Cương1
Nguyễn Hoàng Sơn1, Vũ Quang Huy1, Nguyễn Mạnh Hùng3, Trần Ngọc Minh1
1Viện Dầu khí Việt Nam
2Tập đoàn Dầu khí Việt Nam
3Công ty Dầu khí Sông Hồng
Email: huyennt@vpi.pvn.vn
Tóm tắt
Địa chấn là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới để dự báo sự tồn tại và đánh giá định lượng khí hydrate (gas
hydrate) trong trầm tích biển. Có thể dự báo sự tồn tại của khí hydrate từ tài liệu địa chấn khi xác định được mặt phản xạ mô phỏng đáy
biển (BSR - bottom simulating reflector) và đới bình ổn (GHSZ - gas hydrate stability zone). Tuy nhiên, một số khu vực không tồn tại mặt
phản xạ mô phỏng đáy biển nhưng đã phát hiện thấy khí hydrate. Trong trường hợp này, để dự báo sự tồn tại của khí hydrate từ tài liệu
địa chấn, sẽ dựa vào các dấu hiệu dị thường biên độ.
Bài báo giới thiệu các dấu hiệu trực tiếp liên quan đến sự tồn tại của khí hydrate trên tài liệu địa chấn như BSR, GHSZ, các dấu hiệu dị
thường biên độ ở một số phát hiện khí hydrate trên thế giới và dự báo sự tồn tại của chúng trên tài liệu địa chấn ở khu vực nước sâu thềm
lục địa Việt Nam. Từ kết quả phân tích tài liệu địa chấn cho phép nhận định trên khu vực nước sâu thuộc thềm lục địa Việt Nam, xuất hiện
nhiều dấu hiệu trực tiếp có liên quan tới sự tồn tại của khí hydrate.
Từ khóa: Khí hydrate, mặt phản xạ mô phỏng đáy biển (BSR), đới bình ổn (GHSZ), dị thường biên độ.
1. Giới thiệu
Phương pháp địa chấn là phương pháp sử dụng
đã chỉ ra đó là sự hiện diện của một mặt BSR không liên
quan với hàm lượng khí hydrate cao bên trên [3]. Mặt
khác, một số khu vực không tồn tại mặt BSR nhưng đã
phát hiện thấy khí hydrate - như vịnh Mexico [4, 5]. Trong
trường hợp này để dự báo sự tồn tại của khí hydrate từ
tài liệu địa chấn, sẽ dựa vào các dấu hiệu dị thường biên
độ điểm sáng (bright spot), khoảng trắng (blank zone) và
cột khí (gas chimney) [4 - 6].
rộng rãi nhất để dự báo, phát hiện gián tiếp và đánh
giá định lượng khí hydrate trong trầm tích biển. Sự hiện
diện của hydrate đã được dự báo trên cơ sở mặt phản xạ
mô phỏng đáy biển (BSR), đánh dấu ranh giới giữa khí
hydrate và vùng khí tự do [1]. Mặt BSR là mặt chạy song
song và đảo cực với mặt phản xạ đáy biển. Trong đá trầm
tích, khí hydrate thường phát triển bên trong khoảng
không gian lỗ rỗng của đất đá. Thực nghiệm chỉ ra rằng
khí hydrate tinh khiết có vận tốc là 3,65 - 3,75km/s [2].
Vì khí hydrate có vận tốc cao hơn vận tốc của chất lỏng
chiếm chỗ trong khoảng không gian lỗ rỗng của đất đá,
đá trầm tích chứa khí hydrate bão hòa có vận tốc tương
đối cao so với trầm tích chứa nước. Bên dưới mặt BSR
thường quan sát thấy một lớp vận tốc thấp khoảng 1,2
- 1,5km/s được sinh ra bởi khí chiếm chỗ thay thế nước
trong không gian lỗ rỗng. Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu
Phân tích tài liệu địa chấn với áp dụng tích hợp các
phương pháp nghiên cứu kể trên đã cho phép dự báo sự
tồn tại của khí hydrate ở khu vực nước sâu thuộc thềm lục
địa Việt Nam.
Tài liệu sử dụng để dự báo sự tồn tại của khí hydrate
qua các dấu hiệu trực tiếp chủ yếu dựa vào nguồn tài liệu
quý giá trong tìm kiếm thăm dò dầu khí, đó là tài liệu địa
chấn. Dự báo sự tồn tại khí hydrate từ tài liệu địa chấn trên
khu vực nước sâu thềm lục địa Việt Nam (trình bày ở mục
3) là kết quả tổng hợp từ công tác minh giải, phân tích
trên 50.000km tuyến địa chấn 2D trên khu vực nước sâu
thềm lục địa Việt Nam [7, 8] (Hình 1, 7, 8).
Ngày nhận bài: 9/12/2019. Ngày phản biện đánh giá và sửa chữa: 9 - 13/12/2019.
Ngày bài báo được duyệt đăng: 15/1/2020.
DẦU KHÍ - SỐ 2/2020
24
PETROVIETNAM
Quần đảo
Hoàng Sa
Hình 2. Mặt BSR có hình dáng lặp lại mặt đáy biển (hình trên); mô hình
vận tốc (hình dưới) thể hiện sự phân dị vận tốc của BSR [2]
Quần đảo
Trường Sa
5], đó là lý do mặt BSR có hình dáng lặp lại mặt
đáy biển (Hình 2). Đặc tính của BSR phụ thuộc
vào tần số. Độ phân giải thấp hơn của bề mặt
địa chấn làm mờ các dạng phản xạ khác, tạo ra
một dải phản xạ liên tục phẳng [6, 9]. Sự đảo cực
của mặt BSR là do vận tốc sóng dọc Vp giảm khi
truyền qua ranh giới đới ổn định. Về nguyên tắc,
độ tương phản này có thể được gây ra bởi Vp
cao trong đới trầm tích chứa hydrate bên trên
của đới ổn định [9] và/hoặc vận tốc thấp trong
lớp trầm tích chứa khí bên dưới nó [4] (Hình 2).
Kết quả từ các nghiên cứu khác nhau cho thấy
với một số trường hợp ngoại lệ, có xuất hiện một
số mặt phản xạ mạnh BSR chủ yếu gây ra do Vp
giảm mạnh (Hình 3) vì khí tự do, với sự đóng góp
tương đối nhỏ từ "nêm hydrate" nằm phía trên
[4]. Tại một số nơi, phản xạ BSR yếu hơn có thể
được gây ra do khí hydrate không có đới khí tự
do bên dưới [10]. Bằng chứng quan trọng chứng
minh sự đảo cực của mặt BSR là nghịch đảo sóng
(Waveform inversion): tối ưu hóa mô hình vận
tốc bề mặt bằng cách so sánh với băng địa chấn
tổng hợp để có thể làm sáng tỏ các đặc tính của
đới vận tốc xung quanh mặt BSR [1 - 4, 6], bởi vì
những đới này thường rất mỏng (nhỏ hơn một
bước sóng địa chấn). Do đó, dạng sóng của BSR
Hình 1. Sơ đồ vị trí tài liệu địa chấn sử dụng trong dự báo dấu hiệu trực tiếp
liên quan tới khí hydrate [7]
2. Cơ sở lý thuyết phương pháp dự báo khí hydrate từ tài liệu
địa chấn
2.1. BSR
BSR là dấu hiệu trực tiếp được sử dụng để tìm kiếm khí hydrate
trong trầm tích biển. BSR tồn tại ở đáy của đới bình ổn (GHSZ), nơi
điều kiện áp suất và nhiệt độ ở ranh giới giữa pha hydrate và khí tự
do. Sự ổn định này nhạy cảm với nhiệt độ nhiều hơn là với áp suất,
do đó nơi xuất hiện BSR hầu như là đới đẳng nhiệt. Trong trầm tích
không bị phá hủy, đới đẳng nhiệt song song với mặt đáy biển [1, 2,
DẦU KHÍ - SỐ 2/2020
25
THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ
Hình 3. Mặt phản xạ BSR (hình trái); vận tốc truyền sóng Vp giảm mạnh (hình phải) [2]
khi các phản xạ mạnh bên dưới mặt BSR chỉ
đơn giản là điểm sáng liên quan tới một khu
vực khí tự do dày. Hiện tượng của vùng Blake
Ridge có thể là do lượng khí hydrate lớn trong
những lớp có độ rỗng cao, lượng hydrate cao
gây ra sự triệt tiêu phản xạ trong khu vực này.
Ngoài khoảng trắng, các dấu hiệu như
(gas chimney) (Hình 5), điểm sáng (bright
spot), điểm mờ (dim out), là các dấu hiệu trực
tiếp (DHI) tìm kiếm dầu khí và cũng là dấu hiệu
tìm kiếm khí hydrate.
Sự thay đổi vận tốc truyền sóng trong
trầm tích chứa khí, chứa khí hydrate và chứa
nước tạo ra các hiệu ứng điểm sáng, điểm mờ.
Do đó các dấu hiệu này cũng được ứng dụng
để dự báo sự tồn tại của khí hydrate [1, 3, 5,
9 - 11, 14, 15].
Hình 4. Mặt cắt địa chấn trong vùng Blake Ridge: Tương phản nổi bật của phản xạ bên trên
và dưới mặt BSR - khoảng trắng [6]
Điểm sáng: Có thể xác định được nơi
trầm tích chứa khí dựa vào đặc trưng phản xạ
địa chấn pha dương do vận tốc truyền sóng
thấp, trong khi tại những khu vực trầm tích
chứa khí hydrate thì dựa vào đặc trưng phản
xạ địa chấn pha âm do vận tốc truyền sóng
cao. Dạng phản xạ địa chấn này được gọi là
điểm sáng. Nơi nào có xuất hiện khí hoặc khí
hydrate thì có thể sẽ xuất hiện hàng loạt các dị
thường này.
là một chuỗi phức tạp các tín hiệu phản xạ từ nóc tới đáy lớp, thực
chất là mô hình AVO đơn giản.
2.2. Dị thường biên độ: khoảng trắng, điểm sáng, cột khí
Khoảng trắng có thể được sử dụng để dự báo vị trí nơi khí hydrate
thành tạo. Khái niệm khoảng trắng (blank zone) được hình thành và
phát triển để giải thích hiện tượng tương phản nổi bật của phản xạ
bên trên và dưới mặt BSR ở vùng Blake Ridge (thuộc vùng biển phía
Đông Nam nước Mỹ) [4, 6]: Biên độ phản xạ bên trên mặt BSR nói
chung là thấp hơn nhiều so với phần bên dưới (Hình 4). Theo giả
thuyết về khoảng trắng, độ tương phản này được gây ra bởi sự giảm
trở kháng bên trên mặt BSR và phản xạ "bình thường" dưới mặt BSR
[11]. Tuy nhiên, khi khoan và đo VSP tại chặng 164 (Blake Ridge) [6]
cho thấy tình trạng ngược lại: phản xạ thấp bên trên mặt BSR "bình
thường" là do trầm tích đồng nhất một cách bất thường [12] trong
Cột khí là dị thường phát triển rộng rãi
và đa dạng gồm kiểu dạng vòm, đẳng thước
thường gặp tại các đới nâng rìa, đới nâng
trung tâm và thường tạo thành các hố lõm
phân bố dọc theo các đứt gãy, thường đứt gãy
DẦU KHÍ - SỐ 2/2020
26
PETROVIETNAM
nơi trên thế giới, khí hydrate tồn tại trong trầm tích
nơi có diapir sét, núi lửa hoạt động [5, 12, 16].
2.3. Phản xạ đáy biển
Phản xạ của đáy biển có thể là một dấu hiệu tốt
để dự báo sự có mặt của khí hydrate [5, 13, 14, 17].
Các điểm lộ khí hydrate đáy biển bao gồm gần 100%
khí hydrate và thường được bao quanh bởi các trầm
tích với vận tốc Vp cao hơn vận tốc nước biển, vì thế
có hiện tượng hệ số phản xạ đáy biển tăng.
3. Dự báo sự tồn tại khí hydrate từ tài liệu địa chấn
trên khu vực nước sâu thềm lục địa Việt Nam
Nhiều nghiên cứu trên thế giới chỉ ra rằng,
những nơi có điều kiện lý tưởng cho sự thành tạo khí
hydrate là vùng trầm tích đáy biển sâu, nơi có nhiệt
độ thấp và áp suất thủy tĩnh cao và gần các tích tụ khí
thiên nhiên [2, 5, 17].
Theo kết quả phân tích do Viện Dầu khí Việt Nam
thực hiện và đã công bố trên Tạp chí Dầu khí [7, 8],
dựa trên các dấu hiệu DHI từ tài liệu địa chấn, dự báo
có khả năng tồn tại khí hydrate ở khu vực nước sâu
thuộc thềm lục địa Việt (Hình 7 và 8).
Khí hydrate có thể được phát hiện từ tài liệu
địa chấn khi xác định được mặt phản xạ mô phỏng
đáy biển và đới bình ổn. Trên một số lát cắt địa chấn
thuộc khu vực nước sâu thềm lục địa Việt Nam, xuất
hiện một ranh giới phản xạ mạnh, chạy song song và
đảo cực với mặt phản xạ đáy biển với biên độ phản
xạ cao, độ liên tục lớn. Với các đặc tính này có thể dự
đoán, đây chính là mặt phản xạ mô phỏng đáy biển
BSR. Ở khu vực nước biển có chiều sâu lớn trên 500m
thuộc khu vực phía Đông bể Phú Khánh, mặt BSR
xuất hiện khá liên tục và có thể liên kết được (Hình
7b). Các hiệu ứng điểm sáng, điểm mờ có thể do sự
thay đổi vận tốc truyền sóng trong các môi trường
khác nhau là các dấu hiệu dự báo tồn tại hàm lượng
khí hydrate cao gây các phản xạ mạnh hoặc phản
xạ trắng mà quan sát thấy trên Hình 7b, 7c và 8. Mặt
khác, hiện tượng dị thường biên độ có thể liên quan
tới khí hydrate này nằm ở vị trí rất gần với khu vực có
mỏ khí tự nhiên, như vậy kết quả dự báo này dường
như rất trùng hợp với các nghiên cứu về khí hydrate
mà thế giới đã công bố [2, 5, 6, 15, 18]. Đây là dấu
hiệu dị thường biên độ được cho là liên quan tới sự
tồn tại của khí hydrate ở khu vực nước sâu của bể
Sông Hồng, Phú Khánh, Nam Côn Sơn và Tư Chính -
Vũng Mây.
Hình 5. Dị thường biên độ (cột khí) có liên quan tới khí hydrate tại vùng biển Otkhosk [13]
Hình 6. Khí hydrate tại khu vực Kumanonada có nguồn gốc liên quan tới diapir sét
và hoạt động núi lửa [16]
sâu hoặc đồng tạo rift. Khi điều kiện bền vững (nhiệt độ - áp
suất) của GHSZ bị phá vỡ (do mực nước biển hạ thấp trong Đệ
Tứ, đáy biển nâng lên do hoạt động tân kiến tạo, magma) tạo
cơ hội đẩy khí thoát lên phía trên gây xáo trộn các lớp trầm tích
gắn kết yếu và thay đổi địa hình đáy biển [12, 16]. Khí thoát
ra từ đáy biển làm lõm địa hình tạo nên dạng địa mạo như
trên, có khi tạo nên dạng địa hình nhô lên (Hình 5). Vùng phát
triển diapir sét, san hô và núi lửa hoạt động cũng gây ra các dị
thường biên độ có liên quan tới khí hydrate (Hình 6). Ở nhiều
DẦU KHÍ - SỐ 2/2020
27
THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ
Hình 7. Trích đoạn mặt cắt địa chấn dự báo có khả năng tồn tại khí hydrate trên khu vực nước sâu bể Sông Hồng và Phú Khánh [7]
Lời cảm ơn
Nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Lãnh đạo
Tập đoàn Dầu khí Việt Nam và Viện Dầu khí Việt Nam đã tạo
điều kiện và cho phép sử dụng tài liệu. Xin trân trọng cảm
ơn Bộ Khoa học và Công nghệ cùng Ban chủ nhiệm đề tài
“Nghiên cứu cấu trúc địa chất và các điều kiện hình thành khí
hydrate ở vùng nước sâu thềm lục địa miền Trung và Đông
Nam bộ Việt Nam”đã hỗ trợ nghiên cứu và viết bài.
Tài liệu tham khảo
Hình 8. Trích đoạn mặt cắt địa chấn dự báo có khả năng tồn tại khí hydrate
trên khu vực nước sâu bể Tư Chính - Vũng Mây [8]
1. Thomas H.Shipley, Mark H.Houston, Richard T.Buffler,
F.Jeanne Shaub, Kenneth J.Mcmillen, John W.Ladd, J.Lamar
Worzel. Seismic evidence for widespread possible gas hydrate
horizons on continental slopes and rises. American Association
Petroleum Geologists Bulletin. 1979; 63(12): p. 2204 - 2213.
4. Kết luận
Phương pháp địa chấn là phương pháp sử dụng rộng
rãi nhất để dự báo gián tiếp và định lượng khí hydrate
trong trầm tích biển. Khí hydrate có thể được khoanh
vùng phát hiện từ tài liệu địa chấn khi xác định được mặt
phản xạ mô phỏng đáy BSR hoặc từ các dị thường biên
độ (khoảng trắng, điểm sáng, điểm mờ, cột khí).
2. M.B.Helgerud, J.Dvorkin, A.Nur, A.Sakai, T.Collett.
Elastic-wave velocity in marine sediments with gas hydrates:
Effective medium modeling. Geophysical Research. 1999;
26(13): p. 2021 - 2024.
Theo kết quả phân tích tài liệu địa chấn trên khu vực
nước sâu thềm lục địa Việt Nam, đã phát hiện, liên kết
được mặt phản xạ mô phỏng đáy biển - BSR và xác định
các dị thường biên độ địa chấn có khả năng liên quan
tới khí hydrate phân bố ở khu vực Nam bể Phú Khánh,
Đông Nam bể Nam Côn Sơn và Tư Chính - Vũng Mây.
3. Anne M.Trehu, Guibiao Lin, Edward Maxwell, Chris
Goldfinger. A seismic reflection profile across the cascadia
subduction zone offshore central Oregon: New constraints
on methane distribution and crustal structure. Journal of
Geophysical Research Solid Earth. 1995; 100: p. 15101 -
15116.
DẦU KHÍ - SỐ 2/2020
28
PETROVIETNAM
4. J.Korenaga, W.S.Holbrook, S.C.Singh, T.A.Minshull.
Natural gas hydrates on the southeast U.S. margin:
Constraints from full waveform and travel time inversions
of wide-angle seismic data. Journal Geophysical Research.
1997; 102: p. 15345 - 15365.
inversion. Journal of Geophysical Research Atmospheres.
1994; 99: p. 4715 - 4734.
11. Myung Woong Lee, D.R.Hutchinson, Warren
F.Agena, W.P.Dillon, John J.Miller, B.A.Swift. Seismic
character of gas hydrates on the southeastern U.S.
continental margin. Marine Geophysical Research. 1994;
16(3): p. 163 - 184.
5. Michael D.Max. Natural gas hydrate in oceanic and
permafrost environments. Kluwer Academic Publishers,
Netherlands. 2003.
12. Charles K.Paull, William J.Beulow, William Ussler III,
Walter S. Borowski. Increased continental-margin slumping
frequency during sea-level lowstands above gas hydrate-
bearing sediments. Geology. 1996; 24(2): p. 143 - 146.
6. W.T.Wood, C.Ruppel. Seismic and thermal
investigations of the Blake Ridge gas hydrate area.
Proceedings of the Ocean Drilling Program Scientific
Results. 2000; 164: p. 253 - 264.
13. G.D.Ginsburg, V.A.Soloviev. Submarine gas
hydrate. 1998.
7. Nguyễn Thu Huyền, Nguyễn Trung Hiếu, Tống Duy
Cương, Nguyễn Mạnh Hùng, Nguyễn Danh Lam, Trịnh
Xuân Cường. Sử dụng phương pháp phân tích AVO trong
tìm kiếm thăm dò khí hydrate và khả năng áp dụng tại Việt
Nam. Tạp chí Dầu khí. 2015; 4: trang 14 - 20.
14. E.Dendy Sloan, Jr.Marcel Dekker. Clathrate
hydrate of natural gases. Second edition. 1998.
15. W.F.Waite, et all. First measurements of P- and
S-wave speed on pure methane gas hydrate. EOS. 1998; 79.
8. Trịnh Xuân Cường, Nguyễn Mạnh Hùng, Nguyễn
Hoàng Sơn, Tạ Quang Minh. Dấu hiệu và dự báo vùng có
triển vọng khí hydrate ở Biển Đông Việt Nam. Tạp chí Dầu
khí. 2016; 7: trang 23 - 32.
16. Takashi Uchida. Methane hydrate: A future energy
resource? Special lecture in The Technology Research Center,
Japan Oil, Gas and Metals National Corporation. 2006.
17. I.S.Gramberg.
geophysical exploration of gas hydrate accumulations
offshore Vietnam. 2011.
Complex marine geology-
9. R.D.Hyndman, G.D.Spence. A seismic study of
methane hydrate marine bottom-simulating reflectors.
Journal Geophysical Research. 1992; 97: p. 6683 - 6698.
18. Charles K.Paull, Ryo Matsumoto. Proceedings
of the ocean drilling program scientific results. Leg 164
Overview. 2000; 164.
10. Timothy
A.Minshull,
Satish
C.Singh,
G.K.Westbrook. Seismic velocity structure at a gas hydrate
reflector, offshore western Colombia, from full waveform
DIRECT INDICATORS FOR PREDICTING GAS HYDRATE OCCURRENCE BY
SEISMIC DATA IN DEEPWATER AREAS OF VIETNAM’S CONTINENTAL SHELF
Nguyen Thu Huyen1, Trinh Xuan Cuong2, Nguyen Thanh Tung1, Nguyen Trung Hieu1, Tong Duy Cuong1
Nguyen Hoang Son1, Vu Quang Huy1, Nguyen Manh Hung3, Tran Ngoc Minh1
1Vietnam Petroleum Institute
2Vietnam Oil and Gas Group
3PVEP Song Hong
Email: huyennt@vpi.pvn.vn
Summary
Seismic methods are the most widely used approach for detection and quantification of gas hydrate in marine sediments. It appears
that bottom simulating reflector (BSR) distribution and gas hydrate stability zone (GHSZ) may be the best indicators for gas hydrate
occurrence. However, BSRs are absent in many locations where gas hydrates are known to occur. In this case, the amplitude anomalies
may be a good proxy of gas hydrate.
This paper presents several examples of gas hydrate discoveries in the world as well as gas hydrate prediction from seismic data in
deepwater areas of Vietnam. From the results of Vietnamese seismic data analysis, it can be considered that there are many indicators
related to the existence of gas hydrates in the deepwater areas of the continental shelf of Vietnam.
Key words: Gas hydrate (GH), Bottom Simulating Reflector (BSR), Gas Hydrate Stability Zone (GHSZ), amplitude anomaly.
DẦU KHÍ - SỐ 2/2020
29
6 trang
16/04/2022
5120
Bạn đang xem tài liệu "Các dấu hiệu trực tiếp dự báo sự tồn tại của khí Hydrate từ tài liệu địa chấn trên khu vực nước sâu thềm lục địa Việt Nam", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- cac_dau_hieu_truc_tiep_du_bao_su_ton_tai_cua_khi_hydrate_tu.pdf
