Giáo trình thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí Chương 1 khái quát về phương pháp địa chấn trong địa chất dầu khí

Do quá trình khảo sát và xử lý số liệu được thực hiện với các thiết bị và phương tiện hiện đại nên có thể tiến hành trên các khu vực rộng lớn với năng suất và chất lượng cao, cho phép tă

Chương 1

khái quát về phương pháp địa chấn

trong địa chất dầu khí

1.1 Đặc điểm của các phương pháp địa chấn

Thăm dò dầu khí là một lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi phải sử dụng tổng hợp nhiều phương pháp địa chất và địa vật lý khác nhau Các phương pháp

địa vật lý tiến hành khảo sát trường vật lý ở trên mặt hoặc trong các giếng khoan, từ đó có thể xác định được các đối tượng địa chất bị phủ kín và nằm

ở dưới sâu trong lòng đất Do quá trình khảo sát và xử lý số liệu được thực hiện với các thiết bị và phương tiện hiện đại nên có thể tiến hành trên các khu vực rộng lớn với năng suất và chất lượng cao, cho phép tăng hiệu quả tìm kiếm thăm dò dầu khí, nhất là những vùng có điều kiện địa chất phức tạp

Thăm dò địa chấn là phương pháp địa vật lý nghiên cứu quá trình truyền sóng đàn hồi khi tiến hành phát và thu sóng ở trên mặt nhằm xác

định đặc điểm môi trường địa chất Để tiến hành thăm dò địa chấn, cần phát sóng tạo ra các dao động đàn hồi bằng nổ mìn, rung, đập (khi khảo sát trên

đất liền) hoặc ép hơi (khi khảo sát trên biển) , các dao động này truyền trong môi trường dưới dạng sóng đàn hồi Khi gặp các mặt ranh giới có tính chất đàn hồi khác nhau thì sẽ hình thành các sóng thứ cấp như sóng phản xạ, sóng khúc xạ Với hệ thống thiết bị máy móc thích hợp đặt ở trên mặt

có thể thu nhận và ghi giữ các dao động sóng này trên các băng địa chấn Sau quá trình xử lý và phân tích tài liệu sẽ tạo ra các lát cắt, các bản đồ địa chấn và các thông tin khác phản ánh đặc điểm hình thái và bản chất môi trường vùng nghiên cứu Hình ảnh tiến hành phương pháp địa chấn trên đất liền và trên biển được minh hoạ trên các hình 1.1 và 1.2

Có hai phương pháp địa chấn chính là phương pháp địa chấn phản xạ và địa chấn khúc xạ Phương pháp địa chấn phản xạ sử dụng sóng phản xạ từ các mặt ranh giới phân chia hai phần môi trường mà phần trên

và phần dưới có tốc độ truyền sóng và mật độ đất đá khác nhau Phương pháp này được áp dụng rất rộng rãi và có vai trò quan trọng trong thăm

dò dầu khí, cho phép khảo sát được môi trường địa chất từ độ sâu vài trăm mét đến 4 - 5km

Phương pháp địa chấn khúc xạ sử dụng các sóng khúc xạ từ các mặt ranh giới có tốc độ truyền sóng của lớp dưới lớn hơn lớp trên Trong thăm

dò dầu khí chúng thường được sử dụng để xác định các mặt có tốc độ truyền sóng tăng mạnh như mặt móng kết tinh

Hình1.1 Hình ảnh đo địa chấn trên đất liền

Hình 1.2 Hình ảnh đo địa chấn trên biển

Phương pháp địa chấn được hình thành từ những năm 20, tuy nhiên

sự phát triển đáng kể là từ những năm 70 Ngày nay, với những tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã cho phép đổi mới mạnh mẽ công nghệ địa chấn từ thiết bị máy móc thực địa đến xử lý và phân tích tài liệu Với kỹ thuật ghi

số, sử dụng các hệ giao thoa mạnh, các bộ lọc tối ưu, tự động hóa chương trình xử lý, mở rộng phạm vi quan sát trong không gian và hàng loạt đổi mới khác đã cho phép nâng cao hiệu quả thăm dò địa chấn, đáp ứng các đòi hỏi ngày càng cao của công tác thăm dò, khai thác dầu khí Ngoài việc xác

định hình thái cấu trúc địa chất, ngày nay phương pháp địa chấn còn có thể nghiên cứu đặc điểm tầng chứa, phục vụ trực tiếp tìm kiếm dầu khí Các kết quả của thăm dò địa chấn có ý nghĩa quan trọng trong các giai đoạn khác nhau của thăm dò dầu khí như thẩm định, đánh giá trữ lượng, phát triển và khai thác mỏ

Bên cạnh các ưu điểm rất cơ bản, phương pháp địa chấn cũng có hạn chế như dải tần số sóng địa chấn thấp nên độ phân giải của lát cắt địa chấn chưa cao, do đó khó phân chia tỷ mỷ các phân vị địa tầng, ngoài ra việc tách biệt và tăng cường sóng có ích so với nhiễu không phải trường hợp nào cũng đạt yêu cầu mong muốn

Để nâng cao hiệu quả của phương pháp địa chấn cần phải không ngừng hoàn thiện hệ thống phát và thu sóng, cải tiến thiết bị với độ chính xác cao, áp dụng các công nghệ mới trong xử lý và phân tích số liệu, phối hợp tốt giữa phương pháp địa chấn với phương pháp địa vật lý giếng khoan

và các phương pháp địa chất khác

Để hình dung hệ thống phương pháp địa chấn chúng ta có thể xét mô hình khái quát được thể hiện trên hình 1.3

Hình 1.3 Mô hình khái quát hệ thống địa chấn

Phân tích sơ đồ khối trên hình 1.3 cho thấy nhiệm vụ của phương pháp địa chấn là ghi nhận thông tin về trường sóng đàn hồi do các đối tượng

địa chất gây ra, xử lý và biến đổi chúng để nhận được các lát cắt, bản đồ phản ánh đặc điểm môi trường cần nghiên cứu

Khi tiến hành phương pháp địa chấn, có thể coi môi trường khảo sát bao gồm các yếu tố địa chất và các tham số đàn hồi của đất đá là “môi trường địa chấn - địa chất” (khối A) Môi trường địa chấn - địa chất vừa là đối tượng cần nghiên cứu vừa là nguồn phát thông tin đưới dạng sóng đàn hồi

Để ghi nhận trường sóng đàn hồi cần phải sử dụng hệ thống các phương pháp kỹ thuật và hệ thống máy móc thiết bị (khối B) Các hệ thống phương pháp và thiết bị này có nhiệm vụ biến đổi trường sóng đàn hồi thành các tài liệu có thể lưu trữ và nhận biết được dưới dạng các băng từ Hệ các phương pháp kỹ thuật và thiết bị chính là phương tiện để tích luỹ thông tin Trong quá trình phát triển, các phương pháp kỹ thuật không ngừng được hoàn thiện, đề xuất phương pháp mới, cải tiến và chế tạo máy móc thiết bị

Nguồn

Môi trường

địa chấn-

địa chất

-Phương pháp

- Thiết bị

- Xử lý

- Phân tích

Trường sóng Băng từ

Lát cắt

địa chấn (A) (B) (C)

hiện đại để thu nhận một cách tối đa lượng thông tin do môi trường địa chất phát ra Hiện nay thường dùng các thiết bị ghi số có độ nhạy cao và rất ổn

định, có thể khảo sát theo từng tuyến hoặc đồng thời khảo sát đồng thời theo nhiều tuyến, tăng độ phân giải theo chiều thẳng đứng và theo chiều ngang

Từ các số liệu địa chấn thu nhận được dưới dạng băng từ, cần tiến hành quá trình xử lý và phân tích (khối C) Đây là quá trình khai thác thông tin để được các kết quả địa chất phản ánh đặc điểm môi trường địa chất, đặc biệt là các đối tượng cần nghiên cứu Ngày nay việc áp dụng các thiết bị và chương trình xử lý hiện đại cùng với các thành tựu về địa tầng phân tập và

địa chấn địa tầng, đã cho phép tăng hiệu quả quá trình xử lý và phân tích tài liệu địa chấn để giải quyết tốt các nhiệm vụ địa chất dầu khí đặt ra

1.2 Quá trình áp dụng Địa chấn thăm dò dầu khí

1.2.1 Sự phát triển của phương pháp thăm dò địa chấn

Thăm dò địa chấn được hình thành từ những năm 20 của thế kỷ

XX Từ năm 1845 Mallet đã thí nghiệm đo vận tốc truyền sóng từ nguồn nhân tạo Năm 1899, Knolt đã công bố các nghiên cứu về sự phản xạ và khúc xạ sóng từ các mặt ranh giới Năm 1907, Zocppritz và Wichert đã xuất bản cuốn lý thuyết trường sóng

Phương pháp địa chấn phản xạ đã được Reginal Fessenden đặt nền móng vào năm 1913, tuy nhiên đến năm 1927 mới được ứng dụng ở vùng Oklahoma (Mỹ) Năm 1934 G.A Gambusev (Nga) cũng đã đưa phương pháp sóng phản xạ vào sản xuất Phương pháp địa chấn khúc xạ được Mintrong (Mỹ) đề xuất từ năm 1919 và bước đầu áp dụng ở Mehico và vùng ven biển nước Mỹ, năm 1930 đã ứng dụng để phát hiện các vòm muối Năm 1939 G.A Gambusev (Nga) cũng đã đề xuất phương pháp liên kết sóng khúc xạ

Năm 1956, phương pháp “điểm sâu chung” đã ra đời đánh dấu bước phát triển quan trọng của phương pháp địa chấn phản xạ nói riêng

và của địa chấn thăm dò nói chung Từ những năm 80, phương pháp địa chấn 3D được đề xuất và đưa vào sản xuất, tiếp đó các phương pháp địa chấn đa thành phần (4C), địa chấn 4D được nghiên cứu và có những ứng dụng rất có hiệu quả trong thăm dò dầu khí

Công tác xử lý số liệu địa chấn và ứng dụng lý thuyết thông tin vào xử lý được bắt đầu từ năm 1953 khi các trạm địa chấn ghi băng từ

được đưa vào sản xuất, từ đó ngày càng có nhiều máy tính điện tử cỡ lớn được sử dụng để xử lý các số liệu địa chấn Các bộ chương trình xử

lý hiện đại xuất hiện ngày càng nhiều kèm theo đó là chất lượng xử lý ngày càng cao

Sự ra đời của phương pháp địa chấn địa tầng từ những năm 70 và

sử dụng các trạm máy tính chuyên dụng Workstation trong minh giải tài liệu trong những năm gần đây đã cho phép nâng hiệu quả của thăm dò

địa chấn trong giải quyết nhiều nhiệm vụ địa chất dầu khí

Cho đến nay, thăm dò địa chấn đã và đang được phát triển mạnh

mẽ trong mọi lĩnh vực từ phương pháp thu nổ, thiết bị máy móc đến xử

lý và minh giải tài liệu Chính do sự phát triển mạnh mẽ đó mà ngày nay khối lượng địa chấn thăm dò ngày càng lớn, phạm vi sử dụng thăm

dò địa chấn ngày càng được mở rộng

1.2.2 Sự phát triển thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí ở Việt Nam

Việt Nam có diện tích đất liền trên 300.000km2 và vùng thềm lục

địa rộng trên một triệu km2 với nhiều bể trầm tích có tiềm năng dầu khí

to lớn Công tác tìm kiếm dầu khí đã được tiến hành từ đầu những năm

60 và hiện nay ngành công nghiệp dầu khí đang trở thành một ngành mũi nhọn trong nền kinh tế quốc dân

Để đạt được những thành tựu đáng tự hào của ngành dầu khí trong những năm qua, sự phát triển nhanh chóng và những kết quả đạt được của công tác thăm dò địa chấn đóng vai trò rất quan trọng Chúng ta có thể điểm qua vài nét về sự phát triển đó

Công tác tìm kiếm dầu khí ở nước ta được tiến hành từ những năm

60 với sự giúp đỡ của Liên Xô (cũ) Công tác này được triển khai ở các vùng trũng Hà Nội, An Châu Các phương pháp địa vật lý đặc biệt là phương pháp địa chấn phản xạ, địa chấn khúc xạ đã được áp dụng và cho những kết quả về cấu trúc địa chất, phát hiện các cấu tạo có triển vọng Năm 1975 đã phát hiện mỏ khí Tiền Hải C ở Thái Bình

ở thềm lục địa phía Nam, năm 1967 - 1969 Hải quân Mỹ đã triển khai các khảo sát địa vật lý như đo từ hàng không trên lãnh thổ và vùng ven biển Năm 1969 - 1970, công ty Ray Geophysical Mandrel (Mỹ) đã thăm

dò địa chấn kết hợp với đo từ và trọng lực ở Đông Nam thềm lục địa Các kết quả đạt được cho phép xây dựng các bản đồ tỷ lệ 1: 500.000 Năm 1973

- 1974, các công ty Sunning Dale, Mobil, Esso, Pecten, Union Texas, Marathon đã tiếp tục các khảo sát trên 13 lô và đã phát hiện các cấu tạo có triển vọng dầu khí trong trầm tích Miocen và Oligocen Công ty Mobil đã khoan 2 giếng khoan vào tháng 9 năm 1974 trong đó có giếng khoan Bạch

Hổ sâu 3062m là giếng khoan tìm thấy dầu đầu tiên ở Việt Nam Năm

1974, công ty Western Atlas (Mỹ) đã hoàn thành đo Địa vật lý và bắt đầu khoan thăm dò ở khu vực biển Bắc Trung Bộ - Hoàng Sa Các kết quả nghiên cứu đã phân chia các đới cấu trúc địa chất khu vực thềm và sườn lục

địa Bắc Trung Bộ Các Công ty dầu khí đã ký 13 hợp đồng với chính quyền Sài Gòn vào cuối năm 1974, đến đầu năm 1975 đã khoan và phát hiện dầu ở

mỏ Bạch Hổ thuộc bồn trũng Cửu Long và ở cấu tạo Dừa thuộc bồn trũng Nam Côn Sơn

Sau năm 1975, bắt đầu giai đoạn mới của đất nước thống nhất, công tác thăm dò dầu khí được đẩy mạnh trong phạm vi cả nước Năm 1975, công tác tìm kiếm thăm dò dầu khí được tiếp tục ở trũng Hà Nội và trũng Cửu Long Năm 1976, công ty CGG đã khảo sát địa chấn vùng đồng bằng sông Cửu Long và vùng ven biển Năm 1978, công ty GECO đã khảo sát gần 12.000 km tuyến địa vật lý ở khu vực các lô 09, 19, 20, 21 và khảo sát

tỉ mỉ trên một số cấu tạo như ở mỏ Bạch Hổ Kết quả cho phép thành lập các sơ đồ cấu tạo tỷ lệ 1: 25.000, 1: 50.000 trong vùng nghiên cứu và

tỷ lệ 1: 25.000 trên cấu tạo Bạch Hổ

Cùng trong năm 1978, các công ty DEMINEX, AGIP và BOW VALLEY cũng đã tiến hành đo hàng ngàn km tuyến địa chấn trên các lô 15,

04, 12, 28 và 29 Các kết quả khảo sát địa chấn và khoan đã cho những số liệu quan trọng khẳng định tính chất phức tạp của cấu trúc địa chất và bước

đầu đánh giá tiềm năng dầu khí trong khu vực nghiên cứu

Trong những năm 1979 - 1987, với sự hợp tác của Liên xô (cũ), tàu POISK đã khảo sát địa chấn ở bồn trũng Cửu Long và Nam Côn Sơn, tàu ISKATEL khảo sát tỉ mỉ trên một số cấu tạo Các kết quả khảo sát đã khẳng

định sự tồn tại của các đơn vị cấu trúc lớn và làm sáng tỏ thêm triển vọng dầu khí của thềm lục địa Năm 1983 - 1984, tàu khảo sát địa chấn GAMBuRSEV đã tiến hành đo 4.000 km tuyến địa chấn ở bồn trũng Cửu Long và một số cấu tạo thuộc lô16 Năm 1985, tàu MALƯGIN đã khảo sát 2.700 km tuyến địa chấn ở vùng cấu tạo Đại Hùng và cấu tạo lân cận thuộc lô 11 Trong chương trình SEATAR, tàu Sonne đã khảo sát nhiều lượt khu vực quần đảo Trường sa (1981-1983)

Từ năm 1981, Xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro được thành lập,

đánh dấu sự hợp tác có hiệu quả với Liên Xô (cũ) tạo cơ sở ban đầu cho nền công nghiệp dầu khí của Việt Nam Vietsovpetro tiến hành thăm dò và phát triển khai thác mỏ Bạch Hổ, đồng thời đã khoan thăm dò và phát hiện dầu ở các cấu tạo Rồng, Đại Hùng, Tam Đảo, Ba Vì và Sói Năm 1988, việc phát hiện dầu khí từ đới nứt nẻ của móng granit của mỏ Bạch Hổ đã mở ra một bước phát triển mới của ngành dầu khí nước ta Thăm dò và khai thác dầu khí trong đá móng là một lĩnh vực rất phức tạp và mới mẻ, thu hút sự quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà cả các nước trên thế giới

Năm 1988 - 1989 các Công ty ONGC Videsh, Enterprise Oil, PetroCanada cũng đã khảo sát trên 30.000 tuyến địa địa chấn ở thềm lục địa

phía Nam Từ năm 1990 đến nay, việc khảo sát tỉ mỉ bằng phương pháp địa chấn 2D và 3D ở các vùng có nhiều triển vọng và các vùng đang khai thác dầu khí ở bể Cửu Long và bể Nam Côn Sơn được tiến hành khẩn trương

ở vùng thềm lục địa phía Bắc và miền Trung, tàu ISKATEL đã thực hiện 46 tuyến khảo sát khu vực vịnh Bắc Bộ, tàu POISK khảo sát 50 tuyến với mạng lưới (2 x 2)km và (2 x 4)km Tại các khu vực ven bờ, tàu Bình Minh (Công ty ĐVL) cũng đã khảo sát 12.000km tuyến địa chấn Các kết quả khảo sát địa chấn đã phân định được phạm vi phát triển các đơn vị kiến trúc lớn của thềm lục địa Bắc Bộ và Trung Bộ Việt Nam, đặt cơ sở cho hướng tìm kiếm dầu khí trong các giai đoạn tiếp theo

Trong những năm 1988 - 1989, các Công ty TOTAL, BP, SHELL - FINA cũng đã tiến hành khảo sát Vịnh Bắc Bộ và Miền Trung Trong thời gian này các công ty dầu khí như Shell, IPL, BP, BHP , đã tìm kiếm dầu khí trên vùng thềm lục địa miền Trung Công ty NOPEC đã tiến hành đo địa vật lý gồm địa chấn sâu, từ và trọng lực theo các mạng lưới tuyến khu vực

từ Đà Nẵng đến bắc Tư Chính Trên vùng Tư Chính - Vũng Mây, Công ty

Địa vật lý Viễn Đông Nga đã đo địa vật lý với mật độ chi tiết khá cao

Trong những năm gần đây, công tác tìm kiếm và thăm dò dầu khí trên vùng thềm lục địa vẫn được tiến hành liên tục, trong đó đặc biệt là áp dụng các phương pháp hiện đại như địa chấn 3D, khoan sâu khảo sát tỷ

mỷ các khu vực có triển vọng dầu khí thuộc các bể trầm tích Cửu Long, Nam Côn Sơn, Sông Hồng, Malay - Thổ Chu Ngoài ra việc khảo sát địa chất và đánh giá triển vọng dầu khí ở các vùng nước sâu xa bờ như các bể Phú Khánh, Tư Chính - Vũng Mây, vùng quần đảo Trường sa, Hoàng sa cũng đang được quan tâm

Từ 1988 đến nay là thời kỳ phát triển rầm rộ công tác tìm kiếm thăm dò dầu khí ở thềm lục địa Việt Nam, đặc biệt từ khi nhà nước ta có luật đầu tư nước ngoài (1988) và luật dầu khí (1993) đã thu hút nhiều công ty dầu khí Quốc tế đầu tư vào lĩnh vực dầu khí Đến nay đã ký trên

50 hợp đồng dầu khí Tổng diện tích các lô đã ký hợp đồng khoảng gần 30% diện tích thềm lục địa Việt Nam tính tới độ sâu nước 200m, một số nơi tới 1.000m, tập trung chủ yếu ở bồn trũng Cửu Long và Nam Côn Sơn, Malay- Thổ Chu

Qua 40 năm hoạt động, ngành Dầu khí và các công ty dầu nước ngoài đã tiến hành khảo sát trên 300.000km tuyến địa chấn 2D, trên 30.000km2 địa chấn 3D và khoan gần 600 giếng khoan thăm dò, thẩm lượng và khai thác với khối lượng khoảng 1,4 triệu mét khoan với tổng chi phí đầu tư thăm dò khai thác trên 7 tỷ USD

Vị trí các lô thăm dò dầu khí và các hợp đồng dầu khí đang hoạt

động ở Việt Nam đ−ợc nêu trên hình 1.4 và kết quả công tác thu nổ địa chấn từ 1988 đến năm 2004 đ−ợc nêu trên hình 1.5

Hình 1.4 Các lô thăm dò dầu khí và các hợp đồng dầu khí

đang hoạt động ở thềm lục địa Việt Nam

Hình 1.5 Khối lượng khảo sát địa chấn 2D và 3D từ năm 1988 đến 2004

Dầu khí là tài nguyên quý hiếm, là nguồn năng lượng và nguyên liệu quan trọng cho sự phát triển kinh tế của đất nước Trữ lượng và tiềm năng các bể trầm tích Đệ Tam của Việt Nam dự báo trên 4,3 tỷ tấn dầu quy đổi và phân bố chủ yếu ở thềm lục địa Dầu đã phát hiện vào khoảng 1,2 tỷ tấn (28% tổng trữ lượng và tiềm năng dự báo) Hàng năm nguồn thu từ xuất khẩu dầu thô chiếm 20-24% tổng kim ngạch xuất khẩu và từ 22-25% tổng thu ngân sách của nhà nước Hiện nay, ngoài khai thác dầu thô, việc thăm dò khai thác khí thiên nhiên và các hoạt

động dầu khí khác (dịch vụ dầu khí, lọc hoá dầu, sản xuất phân đạm, PVC ) đang không ngừng tăng lên Sự phát triển của ngành dầu khí Việt Nam trong những năm qua cho phép đưa Việt Nam vào danh sách các nước sản xuất dầu khí trên thế giới và đứng thứ 3 Đông Nam á về khai thác dầu thô

Trong những năm tới, ngoài việc tiếp tục tìm kiếm thăm dò các vùng đã phát hiện dầu khí, cần thiết phải mở rộng khảo sát ở các vùng chưa thăm dò, đặc biệt là các vùng nước sâu, vùng xa bờ, vùng giáp ranh; thăm dò tỷ mỷ và khai thác các mỏ nhỏ, các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao; mở rộng hợp tác đầu tư thăm dò khai thác ở nước ngoài Những vấn đề trên đòi hỏi phát triển mạnh mẽ các giải pháp kinh tế- công nghệ, trong đó sự phát triển của thăm dò địa chấn đóng vai trò hết sức quan trọng