Đang tải... (xem toàn văn)
Tóm tắt: Gas Hydrate (GH) là một nguồn năng lượng mới tiềm năng, là đối tượng nghiên cứu của nhiều công trình khoa học trong nước và trên thế giới. Tuy nhiên vẫn còn nhiều vấn đề về GH hiện chưa được làm rõ. Bài báo này tập trung giải quyết vấn đề xây dựng mô hình tín hiệu địa chấn cụ thể theo phương pháp AVO của trầm tích chứa GH trên phần mềm Hampson Russell. Trước hết nhóm nghiên cứu tổng quan về GH; các phương pháp nghiên cứu tìm kiếm thăm dò GH, trong đó chủ yếu đi sâu tìm hiểu địa chấn phản xạ đa kênh phân giải cao và AVO nghiên cứu sự biên đổi biên độ phản xạ theo khoảng cách thu nổ. Từ đó tổng hợp các tham số tạo mô hình, xây dựng mô hình đối với trường hợp GH có nồng độ không thay đổi và trường hợp nồng độ GH thay đổi tăng dần theo độ sâu. Nội dung nghiên cứu thực chất chính là giải quyết nội dung bài toán thuận trong Thăm dò địa chấn.
NGHIÊN CỨU KHÍ HYDRATE BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN GVHD: PGS. TS. PHAN THIÊN HƯƠNG SVTH: BÙI THỊ HẠNH, NGUYỄN VĂN QUÝ, NGUYỄN ĐĂNG CƯƠNG LỚP ĐỊA VẬT LÝ K55 Tóm tắt: Gas Hydrate (GH) là một nguồn năng lượng mới tiềm năng, là đối tượng nghiên cứu của nhiều công trình khoa học trong nước và trên thế giới. Tuy nhiên vẫn còn nhiều vấn đề về GH hiện chưa được làm rõ. Bài báo này tập trung giải quyết vấn đề xây dựng mô hình tín hiệu địa chấn cụ thể theo phương pháp AVO của trầm tích chứa GH trên phần mềm Hampson Russell. Trước hết nhóm nghiên cứu tổng quan về GH; các phương pháp nghiên cứu tìm kiếm thăm dò GH, trong đó chủ yếu đi sâu tìm hiểu địa chấn phản xạ đa kênh phân giải cao và AVO - nghiên cứu sự biên đổi biên độ phản xạ theo khoảng cách thu nổ. Từ đó tổng hợp các tham số tạo mô hình, xây dựng mô hình đối với trường hợp GH có nồng độ không thay đổi và trường hợp nồng độ GH thay đổi tăng dần theo độ sâu. Nội dung nghiên cứu thực chất chính là giải quyết nội dung bài toán thuận trong Thăm dò địa chấn. 1. MỞ ĐẦU 1.1. Hiện trạng nghiên cứu trên thế giới và trong nước Hiện đã có hơn 90 nước trên thế giới đang tiến hành các chương trình nghiên cứu điều tra về GH. Ở Nhật Bản, năm 2013, đã công bố sự thành công trong việc thu khí đốt từ lớp methane hydrate nằm sâu 300m dưới lớp trầm tích ở đáy đại dương. Ở Việt Nam, GH đã bước đầu được nghiên cứu. Biển Việt Nam nằm trong khu vực Biển Đông được Sở Địa chất Hoa Kỳ đánh giá đứng hàng thứ 5 ở Châu Á về tiềm năng GH. Hiện nay, đã có một số kết quả nghiên cứu bước đầu về triển vọng GH ở sườn lục địa Bắc, Tây và Tây Nam của biển Đông nước ta. Trong đó, năm vùng biển triển vọng GH ở sườn phía Tây và Tây Nam biển Đông đã được xác định: Nam và Tây Nam đới Tri Tôn, Đông và Đông Nam đới Phú Quý, Bắc cụm bãi Phúc Tần - Phúc Nguyên, Tây Nam bãi Tư Chính và quanh bãi cạn Vũng Mây [15]. 1.2. Tính cấp thiết của nghiên cứu Hiện nay, thế giới đang đối mặt với nguy cơ cạn kiệt nguồn tài nguyên năng lượng hoá thạch. Trước tình hình mức tiêu thụ năng lượng thế giới ngày càng tăng cao và năng lượng hóa thạch chiếm 90% tổng nhu cầu thì việc tìm kiếm các nguồn năng lượng mới ngày càng được quan tâm. Một trong số đó là GH - hiện được đánh giá là một nguồn năng lượng mới tiềm năng và triển vọng. Nó là đối tượng nghiên cứu của hàng trăm công trình nghiên cứu khoa học trên thế giới và ở Việt Nam. Tuy nhiên, hiện nay ở nước ta vẫn chưa có công trình nghiên cứu nào về vấn đề mô hình hóa tín hiệu địa chấn của trầm tích chứa GH. Vì vậy, nhóm tôi đã lựa chọn đề tài này. 2. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2.1. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu của đề tài là ứng dụng địa chấn phản xạ đa kênh, phân giải cao và AVO để tiến hành xây dựng mô hình tín hiệu địa chấn của trâm tích chứa GH. 2.2. Nội dung nghiên cứu đã thực hiện được Tổng quan về GH GH (băng cháy hay còn gọi là hydrat khí) là hợp chất giữa các chất khí và nước, khí ở đây chủ yếu là metan CH 4 , một lượng nhỏ các khí hydocarbon nặng như etan, propan; CO 2 ; H 2 S [3, 4, 5]. Có thể hình dung “ phân tử metan được bao bọc và ngồi trong chiếc lồng làm từ phân tử nước”. GH thường hình thành trong các trầm tích đại dương, rìa lục địa, sườn lục địa nước sâu nói chung cũng như ở các vùng địa cực nơi phát triển đất băng vĩnh cửu và có cả trong các hồ, biển nội lục trong điều kiện áp suất cao, nhiệt độ thấp [16]. GH xuất hiện dưới 3 dạng chủ yếu: cấu trúc loại I (với cấu trúc mỗi lồng được tạo thành từ 46 phân tử nước và nó chỉ có thể nhốt giữ các phân tử khí nhỏ với đường kính phân tử không vượt quá 0.5nm như metan và etan), cấu trúc loại II ( với cấu trúc mỗi lồng rỗng được tạo thành từ 136 phân tử nước, nhìn chung các lồng rỗng nhốt giữ được các phân tử khí lớn hơn (như propan và isobutan) có đường kính phân tử từ 0.6 - 0.7 nm) và cấu trúc loại H ( loại này không phổ biến, chỉ xuất hiện khi có sự trộn lẫn giữa các phân tử khí nhỏ và lớn, đường kính phân tử khí trong mỗi lồng lớn hơn hai loại trên từ 0.8-0.9nm), trong đó trong tự nhiên thì cấu trúc loại I là phổ biến nhất. GH ẩn chứa một tiềm năng năng lượng khổng lồ. Trên thế giới đã ước tính lượng khí tự nhiên trong các tích tụ GH ở vùng băng vĩnh cửu nằm trong phạm vi từ 5.0x102 đến 1.2x106 nghìn tỉ cubic feet, còn ở trong các trầm tích biển là từ 1.1x105 đến 2.7x108 nghìn tỉ cubic feet [3, 13]. Áp dụng địa chấn phản xạ đa kênh phân giải cao và AVO vào nghiên cứu Cơ sở của phương pháp địa chấn phản xạ đa kênh phân giải cao là sự thay đổi về tốc độ truyền sóng dọc Vp. Dấu hiệu nhận biết GH từ tài liệu địa chấn phản xạ phân giải cao gồm có BSR - mặt phản xạ mô phỏng đáy biển, “sự đảo ngược” tốc độ truyền sóng và blanking - sự giảm mạnh biên độ phản xạ trong tầng trầm tích chứa GH. Trong đó BSR là dấu hiệu tìm kiếm trực tiếp, quan trọng nhất đối với GH. BSR có thể quan sát được trong các mặt cắt địa chấn phản xạ, nó có thể xuất hiện ở đáy của vùng ổn định nhiệt độ - áp suất của GH, đánh dấu đáy của đới trầm tích chứa GH và nóc của đới chứa khí tự do ở bên dưới (hình 1). Tại BSR biên độ phản xạ mạnh và sự đảo cực sóng phản xạ, hệ số phản xạ RC âm. BSR có dạng mô phỏng mặt đáy biển. Theo các kết quả nghiên cứu, độ sâu thường gặp GH là ở khoảng vài trăm m từ 300-600 dưới mặt đáy biển trong vùng sườn dốc thêm lục địa hay trong vùng đới hút chìm của các mảng và có độ sâu nước biển lớn (>600-800m). Hình 1. Ví dụ về BSR. ([12]) Chú thích: Trong phân tích minh giải địa chấn phần đỉnh sóng lệch về phía bên phải được kí hiệu là peak - phần được bôi đen (đây là sóng phản xạ tại một mặt ranh giới nó đi từ lớp có trở kháng âm học thấp tới lớp có trở kháng âm học cao) và phần đỉnh sóng lệch về phía bên trái được kí hiệu là trough (đây là sóng phản xạ tại một mặt ranh giới nó đi từ lớp có trở kháng âm học cao tới lớp có trở kháng âm học thấp). 2.3. Mô hình hóa tín hiệu địa chấn cụ thể theo phương pháp AVO của trầm tích chứa GH Xây dựng mô hình 4 lớp gồm trầm tích biển nằm trên đới trầm tích chứa GH, trầm tích chứa GH nằm trên BSR, đới khí tự do bên dưới BSR, các trầm tích bão hoà nước biển. Với các tham số địa vật lý tạo mô hình tín hiệu địa chấn của trầm tích chứa GH (bảng 1) là kết quả tìm hiểu các công trình nghiên cứu khoa học về GH bằng địa chấn phản xạ đa kênh phân giải cao đã được công bố ở trên thế giới. Hình 2. Dị thường AVO loại I[18]. Hình 3. Dị thường AVO loại II[18]. Hình 4. Dị thường AVO loại IIi[18]. Đối với phương pháp AVO - Nghiên cứu sự biến đổi biên độ theo khoảng cách thu nổ. Phương pháp này dựa trên cơ sở các mặt ranh giới phản xạ có trở sóng âm học và hệ số Poisson khác nhau sẽ dẫn tới sự thay đổi biên độ khi quan sát ở khoảng cách khác nhau. Có 3 loại dị thường AVO khác nhau. Dị thường AVO loại I có biên độ phản xạ dương rõ rệt ở khoảng cách gần nguồn nổ và giảm dần theo khoảng cách, có biên độ phản xạ âm nhỏ dần tại khoảng cách xa mặc dù gradien AVO của loại bất thường này có thể nhỏ (hình 2). Dị thường AVO loại II có giá trị biên độ dương nhỏ ở khoảng cách gần và biên độ âm trung bình đến tương đối cao ở khoảng cách xa (hình 3). Dị thường AVO loại III có biên độ âm cao ở gần nguồn nổ và biên độ âm mạnh dần hơn khi ra xa. Sự biến đổi của chúng là đáng kể nhưng biên độ thường nhỏ hơn dị thường loại I. (hình 4). Về tham số độ dày dựa vào kết quả nghiên cứu của T.S Nguyễn Như Trung về tầng ổn định về nhiệt độ-áp suất của GH ở biển Đông. 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ NHẬN XÉT 4.1. Kết quả 4.1.1. Trường hợp nồng độ GH không đổi Ở trường hợp này các tham số Vp, Vs, tương đối ổn định trong tầng trầm tích chứa GH, sau khi sử dụng chương trình AVO modelling tính toán các tham số bao gồm hệ số Poisson, trở kháng âm học, hệ số phản xạ (hình 6); xây dựng băng địa chấn (hình 8) ta nhận thấy tại BSR có sự đảo cực sóng phản xạ, biên độ phản xạ mạnh đồng thời biên độ thay đổi theo khoảng cách thu nổ, hệ số RC tại đó âm lớn vì sóng đi từ môi trường có trở kháng âm học cao đến môi trường có trở kháng âm học thấp. 4.1.2. Trường hợp nồng độ GH thay đổi tăng dần theo độ sâu Đối với trường hợp này GH có nồng độ thay đổi tăng dần theo chiều sâu do với vai trò là xi măng gắn kết trong trầm tích các tham số Vp, Vs, tăng lên khi xuống sâu. Kết quả ở hình 7, 9. 4.2. Nhận xét Từ sự biến thiên của Vp, Vs, , và đặc điểm băng địa chấn tổng hợp: tại phần nóc có giá trị biên độ dương nhỏ ở khoảng cách gần và biên độ âm trung bình đến tương đối cao ở khoảng cách xa nên có thể đây là dị thường AVO loại II; tại phần đáy của tầng trầm tích chứa GH có biên độ âm cao ở gần nguồn nổ và biên độ âm mạnh dần hơn khi ra xa đây có thể là dị thường AVO loại III. Tuy nhiên để khẳng định được điều này cần phải Lớp Vp (m/s) Vs (m/s) (kg/m 3 ) Bề dày (m) Trầm tích đáy biển 1510- 1620 460 1460- 1580 200- 300 Trầm tích chứa GH 1950- 2600 700 1860- 1900 225- 360 Đới chứa khí tự do 1200- 1420 740 1720- 1840 20-100 Trầm tích bão hoà nước biển 1820- 1900 610 1880- 1900 Bảng 1. Bảng tổng hợp các tham số tạo mô hình Hình 6. Kết quả trường hợp nồng độ GH không đổi Hình 7. Kết quả trường hợp nồng độ GH thay đổi dựa vào nhiều điều kiện đia chất khác. Việc xây dựng mô hình hóa tín hiệu địa chấn cụ thể theo phương pháp AVO của trầm tích chứa GH thực chất là giải bài toán thuận trong Thăm dò địa chấn, kết quả bài thu được là một trong những cơ sở để giải bài toán ngược. Nhóm nghiên cứu kiến nghị được cung cấp tài liệu các tuyến địa chấn thực tế cũng như tài liệu giếng khoan vùng nghiên cứu GH để từ đó xây dựng được mô hình dị thường AVO trên tài liệu thực, so sánh đối chiếu mô hình lý thuyết và thực tế. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Andreassen_1995_seismic studies of a bottom silulating reflection related to gas hydrate beneath the continental margin of the Beaufort sea, Journal of Geophysical research. [2]. William P Dillon, Identification of marine hydrate In situ and their distribution off the Atlantic Coast of the United States, U.S Geological Survey. [3]. Lee_1993_seismic character of gas hydrates on the southeastern U.S continental margin , U.S Geological Survey. [4]. Lee Wyung_2001_amplitude blanking related to the pore-filling hydrate in sediments. [5]. Taylor_2000_trapping and migration of methane associated with the gas hydrate statiblity zone at the Blake Ridge Diapir. [6]. Swart_2009_hydrate occurrentces in the Namibe basin, offshore Namibia; Geological society, London, special publications. [7]. Sutan_ 2007 _detection of free gas and gas hydrate based on 3D seismic data and cone penetration testing_ an example from the Nigerian continental slope. Hình 9. Băng địa chấn tổng hợp trường hợp nồng độ GH thay đổi Hình 8. Băng địa chấn tổng hợp trường hợp nồng độ GH không đổi [8]. Sultan_2004_ gas hydrate melting on seafloor slope instability. [9]. Stoian_2008_ seismic reflection blank zones , offshore korea, associated with high concentratio of gas hydrate. [10]. Spence_1995 seismic studies of methane gas hydrate, offshore vancouver island. [11]. Shipley_1979_Seismic evidence for widespread possible gas hydrate horizons on continental slopes and rises. [12]. Nghiên cứu khoa học - 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,ThS. Phạm Văn Tiềm, 2009, Viện Dầu khí Việt Nam. [13]. Trung_2012_gas hydrate potentialing the SCS [14]. Giáo trình Thăm dò địa chấn _ GS.TSKH Mai Thanh Tân_2011_Đại học Mỏ Địa Chất. [15]. Tạp chí Khoa học và Công nghệ biển T11(2011). Số 2. Tr 1-22. [16]. Một số thông tin về điều tra địa chất Hydrat khí, Nguyễn Thành Vạn, Trần Văn Trị. [17]. Phần mềm Hampson Russell được Viện Dầu Khí Việt Nam hỗ trợ. [18]. Rutherford, S.R., and Williams, R.H., 1989, Amplitude-versus-offset variations in gas sands: Geophysics, 54, 680-688. . QUYẾT VẤN ĐỀ 2.1. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu của đề tài là ứng dụng địa chấn phản xạ đa kênh, phân giải cao và AVO để tiến hành xây dựng mô hình tín hiệu địa chấn của trâm tích. tìm kiếm các nguồn năng lượng mới ngày càng được quan tâm. Một trong số đó là GH - hiện được đánh giá là một nguồn năng lượng mới tiềm năng và triển vọng. Nó là đối tượng nghiên cứu của hàng. NGHIÊN CỨU KHÍ HYDRATE BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN GVHD: PGS. TS. PHAN THIÊN HƯƠNG SVTH: BÙI THỊ HẠNH, NGUYỄN VĂN QUÝ, NGUYỄN ĐĂNG CƯƠNG LỚP ĐỊA VẬT LÝ K55 Tóm tắt: Gas Hydrate (GH) là một nguồn