NHIỆM VỤ THƯỜNG XUYÊN THEO CHỨC NĂNGNĂM 2018TÊN NHIỆM VỤ: NGHIÊN CỨU X Y DỰNG TỔ HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRA, NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NGUỒN ĐỊA NHIỆTMà SỐ: VĐCKS.2018.02 (032018PGV NVTXTCN) BÁO CÁO CÁ NH N“BÁO CÁO X Y DỰNG TỔ HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRA NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NGUỒN ĐỊA NHIỆT BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM, ĐỊA CHẤT, ĐỊA VẬT LÝ”MỤC LỤCMỤC LỤC I. TỔNG QUAN 11. Tổng quan về địa nhiệt 12. Nguồn Năng Lượng Địa Nhiệt 1II. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRA ĐÁNH GIÁ NGUỒN ĐỊA NHIỆT 71. Tổng quan các phương pháp điều tra đánh giá nguồn địa nhiệt 72. Phương pháp viễn thám 73 Các phương pháp Địa chất 94. Phuơng pháp Địa vật lý 13III. SƠ LƯỢC HIỆN TRẠNG ĐIỀU TRA ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG ĐỊA NHIỆT VIỆT NAM.1 24IV. VÍ DỤ THỰC TẾ Đà THỰC HIỆN ĐỂ ĐIỀU TRA ĐÁNH GIÁ NGUỒN ĐỊA NHIỆT TẠI VIỆT NAM. 271. Các phương pháp địa vật lý đã thi công và khối lượng 282. Kỹ thuật thi công công tác địa vật lý 282.1. Mạng lưới khảo sát 282.2. Kỹ thuật thi công các phương pháp địa vật lý 283. Công tác xử lý và tổng hợp tài liệu 303.1. Tách các trường địa phương và khu vực 303.2 Phân tích định lượng tài liệu điện theo mô hình hai chiều (2D) 304. Kết quả công tác địa vật lý 334.1. Phương pháp từ 334.2. Kết quả của phương pháp mặt cắt phân cực 334.3 Phương pháp đo sâu phân cực 334.4 Kết quả tính lượng sinh nhiệt do phóng xạ 34KẾT LUẬN 39TÀI LIỆU DẪN 40I. TỔNG QUAN1. Tổng quan về địa nhiệt Địa Nhiệt là nguồn nhiệt năng có sẵn trong lòng đất. Cụ thể hơn, nguồn năng lượng nhiệt này tập trung ở khoảng vài km dưới bề mặt Trái Đất, phần trên cùng của vỏ Trái Đất. Cùng với sự tăng nhiệt độ khi đi sâu vào vỏ Trái Đất, nguồn nhiệt lượng liên tục từ lòng đất này được ước đoán tương đương với với một khoảng năng lượng cỡ 42 triệu MW. Lòng đất thì vẫn tiếp tục nóng hằng tỷ năm nữa, đảm bảo một nguồn nhiệt năng gần như vô tận. Chính vì vậy Địa Nhiệt được liệt vào dạng năng lượng tái tạo. Nguồn nhiệt lượng này được chuyển lên mặt đất qua dạng hơi hoặc nước nóng khi nước chảy qua đất đá nóng. Nhiệt lượng thường được sử dụng trực tiếp, ví dụ như hệ thống điều hòa nhiệt độ (bơm địa nhiệt), hoặc chuyển thành điện năng (nhà máy nhiệt điện). Địa nhiệt là dạng năng lượng sạch và bền vững. So với các dạng năng lượng tái tạo khác như gió, thủy điện hay điện mặt trời, địa nhiệt không phụ thuộc vào các yếu tố thời tiết và khí hậu. Do đó địa nhiệt cũng có hệ số công suất rất cao, nguồn địa nhiệt luôn sẵn sàng 24hngày,7 ngày trong tuần.Cho đến nay, hơn 30 quốc gia trên thế giới đã khai thác tổng cộng 12.000 MW địa nhiệt cho các ứng dụng trực tiếp và sản xuất hơn 8.000 MW điện. Tại một vài quốc gia đang phát triển, địa nhiệt điện chiếm một vai trò đáng kể trong việc đáp ứng nhu cầu điện.Các nhà máy địa nhiệt có giới hạn công suất từ 100 kW cho đến 100 MW, phụ thuộc vào nguồn năng lượng vào nhu cầu điện năng. Kỹ thuật này rất thích hợp cho điện khí hóa nông thôn và các ứng dụng mạng lưới mini (minigrid), bên cạnh ứng dụng trong việc hòa mạng quốc gia. Tại các quốc gia có nguồn tài nguyên eo hẹp hoặc có điều kiện khí hậu khắc nghiệt, địa nhiệt điện có thể đóng một vai trò rất hữu dụng. Các ứng dụng trực tiếp của địa nhiệt có thể góp phần tăng đáng kể sản lượng nông nghiệp và ngư nghiệp (nuôi trồng thủy hải sản) và cung cấp nhiệt cho các quá trình xử lý công nghiệp phụ trợ. Nguồn địa nhiệt được xem là đặc biệt quan trọng đối với các quốc gia đang phát triển mà lại không có các nguồn tài nguyên năng lượng như than, dầu và khí tự nhiên.2. Nguồn Năng Lượng Địa Nhiệt Nguồn địa nhiệt liên quan mật thiết đến cấu trúc nhiệt độ của Trái Đất và chu trình đối lưu nhiệt trong lòng Trái Đất. Nhiệt độ của Trái Đất tăng dần theo độ sâu và đạt đến 4.200oC tại tâm (Hình1.a). Hình 1. a) Cấu trúc nhiệt độ sơ giản và b) các dạng biểu hiện của nguồn địa nhiệt thường quan sát được trên mặt đất như lỗkhenúi lửa (fumarole), suối nước nóng(hot spring), bọt bùn (mud pot) và một số dạng khác (Nguồn: Geothermal education Ofice) Hình 2. a) Vỏ trái đất không phải là một khối vật chất liền mạch mà bị phân chia ra thành các mảng lớn. Do động lực của đối lưu nhiệt phía dưới, các mảng này có thể dịch chuyển ra xa nhau (đới phân kỳ) hoặc hút vào nhau (đới hội tụ), hoặc trượt ngang qua nhau ở một vận tốc rất chậm (vài cmnăm).b) tại đới phân kỳ ở giữa các đại dương (spreading center) và tại nft lục địa , vỏ Trái đất được “tái sinh” . Tại các đới hội tụ các mảnh có thể trượt chồm lên nhau (subduction). ở rìa của mảng trượt chìm, magma có thể dâng lên về phía bề mặt Trái đất. Tại những nơi vỏ Trái đất “yếu”, magma có thể phụ trào lên mặt đất trở thành lava. Tuy nhiên đa phần magma không phun trào lên đến mặt đất mà chỉ thường đun nóng một diện tích khổng lồ các lớp đất đá bên dưới mặt đất, đồng thời đun nóng các dòng nước ngầm (bắt nguồn từ nước mưa thấm qua bề mặt đất hoặc len theo các đứt gãy bề mặt xuống sâu trong lòng đất). Nước ngầm bị nung nóng có thể dâng lên mặt đất dưới dạng hơi nước hoặc dưới dạng nước nóng. Đây chính là nguồn địa nhiệt mà con người đang khai thác.Một phần trong tổng khối nhiệt lượng khổng lồ trong lòng Trái Đất này bắt nguồn từ quá trình hình thành hành tinh trong khoảng 4,5 tỷ năm trước (Trái Đất hình thành từ một khối cầu vật chất cực nóng, nguội dần từ trong ra ngoài qua quá trình quay quanh trục), và phần còn lại là kết quả của quá trình phân rã của các nguyên tố phóng xạ tồn tại trong lõi Trái Đất. Theo nguyên lý tuần hoàn nhiệt lượng từ nơi nhiệt độ cao xuống nhiệt độ thấp, dòng nhiệt của Trái Đất di chuyển từ trong lõi ra ngoài vỏ. Dưới tác động của một quá trình địa chất gọi là kiến tạo mảng (xem tài liệu VnGG), vỏ Trái Đất được phân ra thành 12 mảng lớn (mảng kiến tạo, Hình 2.a) và được tái tạo (tái sinh) một cách chậm chạp qua hàng triệu năm. Các mảng này di chuyển tương đối với nhau (phân tách hoặc hội tụ) với tốc độ vài cmnăm. Khi hai mảng kiến tạo va chạm vào nhau, 1 mảng có thể hút chìm xuống mảng còn lại, tạo nên các trũng đại dương và gây ra động đất (Hình 2.b). Đây chính là nơi vỏ Trái Đất trở nên yếu hơn bình thường, cho phép vật chất nóng từ trong lòng đất dịch chuyển lên mặt. Ở độ sâu lớn tại đới hội tụ, ngay bên dưới mảng sụp chìm, nhiệt độ tăng lên đủ cao đến nung chảy đất đá và tạo ra magma (nham thạch). Do có mật độ thấp hơn khối đất đá xung quanh, magma di chuyển lên phía trên vỏ Trái Đất và mang theo nhiệt lượng cùng với nó. Đôi khi magma di chuyển lên tới bề mặt Trái Đất thông qua các điểm yếu của vỏ Trái Đất và phun trào lava tại các miệng núi lửa. Tuy nhiên, đa phần magma được giữ lại trong vỏ Trái Đất và nung nóng đất đá và các khối nước ngầm (subterranean water). Một phần khối nước nóng này có thể di chuyển lên mặt đất thông qua các đới đứt gãy hoặc khe đá rạn (cracks), hình thành suối nước nóng (hay là geysers, mạch nước nóng). Một khi khối nước nóng và hơi nước này bị “bẫy” do khối đất đá không thấm (impermeable) ở phía bên trên và được giữ lại trong khối đất đá thấm (permeable), bồn trũng địa nhiệt được hình thành (Hình 3). Các bồn trũng này chính là nguồn địa nhiệt có thể được dùng trực tiếp hoặc để sản xuất điện qua hệ thống turbine hơi nước (steam turbine). Hình 3. a) Bể địa nhiệt được hình thành khi nước nóng và hơi nước dâng lên bề mặt và bị “bẫy“ bởi tầng đá “nóc” không thấm và được giữa lại bởi đá rỗng; b) mô hình một hệ địa nhiệt lý tưởng. Một hệ địa nhiệt bao gồm 3 thành phần: nguồn nhiệt (heat source), bể địa nhiệt (reservoir) và lưu chất địa nhiệt (heat trasntsfer fluid). Nguồn nhiệt có thể là magma intrution có nhiệt độ cao (>6000) dâng lên phần trên cùng của vỏ trái đất (510km), hoặc chỉ đơn giản là nhiệt độ chuẩn của trái đất tăng theo độ sâu trong một số trường hợp hệ địa nhiệt nhiệt độ thấp. Bể địa nhiệt là một khối đất thấm (permeable) cho phép chất lỏng hồi chuyển nhiệt có thể chảy qua thu nhiệt từ nguồn. Bể địa nhiệt thường được “phủ” bởi đá không thấm ((impermeable rock) và thông với một khu vực “tái sinh” trên bề mặt thông qua đó lưu chất địa nhiệt có thể được lưu thông và tái sử dụng qua hệ thống các bơm lỗ khoan. Chất lỏng địa nhiệt có thể là nước ngầm đa phần là meteoric water ở pha lỏng hoặc khí tùy thuộc vào nhiệt độ và áp suất bồn. lưu chất này thường mang các hợp chất hóa học hoặc khí như CO2, H2S… (Nguồn: Geothermal education Ofice IGA) Có 5 dạng nguồn địa nhiệt khác nhau, trong đó chỉ có bồn trũng thủy địa nhiệt (hydrothermal reservoirs) và năng lượng trái đất (earth energy) là đã được đưa vào khai thác thương mại. 3 dạng còn lại, nước muối địa áp (geopressureed brine), đá khô nóng (dry hot rock) và magma, vẫn còn yêu cầu phát triển các kỹ thuật caotân tiến. Bể thủy nhiệt là các bể chứa hơi hoặc nước nóng bị bẫy trong đá porous (Hình 3). Để sản xuất điện, hơi hoặc nước nóng được bơm từ các bể lên mặt đất để vận hành các turbin phát điện. Do nguồn hơi nước tương đối hiếm, nên hầu hết các nhà máy địa nhiệt sử dụng nguồn nước nóng. Chi tiết về kỹ thuật sẽ được giới thiệu ở phần sau. Đá khô nóng: địa nhiệt có thể được khai thác từ một số các nguồn đá khô, không thấm ở độ sâu khoảng 510 m dưới mặt đất, hoặc thậm chí nông hơn ở một số khu vực. Ý tưởng chủ đạo là bơm nước lạnh xuống nguồn đá khô này tại một giếng khoan, cho khối nước này chảy qua nguồn đá khô và được nung nóng, sau đó dẫn khối nước được nung nóng ra một giếng khoan khác và trữ trong bể địa nhiệt. Tuy nhiên hiện nay vẫn chưa có ứng dụng thương mại nào cho kỹ thuật này (xem Hình 4). Hình 4. Sơ đồ công nghệ khai thácđịa nhiệt dạng khô nóng (hot dry rock. HDR). Dự án HDR đầu tiên được thử nghiệm vào năm 1970 tại Los Alamos, Neww Mexico, Hoa Kỳ. Thông qua các giếng khoan đặc biệt, nước áp suất cao được bơm vào khu đá nhiệt độ cao, nén cặt nhằm gây ra hiện tượng “rạn” thủy lực (hydraulic fracturing). Nước sẽ thấm vào các khe rạn “nhân tạo”này, từ đó thu nhiệt của lớp địa nhietj cao ở xung quanh, tương tự như dạng bồn địa nhiệt tự nhiên . Bồn địa nhiệt này sau đó sẽ được khoan đến qu một giếng thứ haiddeer thu nhiệt của lưu chất được đun nóng. Do đó, hệ HDR bao gồm (i) lỗ khoan dùng để tạo “rạn” thủy lực qua đó được bơm vào (ii) bồn địa nhiệt nhân tạo và (iii) giếng khoanđể thu lưu chất nhiệt độ cao. Toàn bộ hệ thống này có thể tạo thành một chu kỳ hoàn toàn khép kín(garnish, 987) ( Nguồn: IGA và Deep Heat Mining project (DHM), Thụy Sỹ)Magma: tất cả các kỹ thuật địa nhiệt hiện nay đều chỉ khai thác “gián tiếp” nhiệt năng từ lòng đất do magma chuyển lên. Hiện tại vẫn chưa có kỹ thuật này cho phép khai thác trực tiếp nhiệt lượng từ magma, mặc dù magma là nguồn nhiệt lượng cực kỳ dồi dào trong vỏ Trái Đất. Nước muối địa áp là dạng nước nóng, áp suất cao và chứa methane hòa tan. Cả nhiệt và methane đều có thể được sử dụng để sản xuất điện thông qua turbine.II. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRA ĐÁNH GIÁ NGUỒN ĐỊA NHIỆT 1. Tổng quan các phương pháp điều tra đánh giá nguồn địa nhiệtMặc dù nguồn địa nhiệt không thể quan sát trực tiếp trên bề mặt đất nhưng lại có rất nhiều phương pháp có thể cung cấp các thông tin về sự tồn tại của nó trong những điều kiện nhất định, thậm chí có thể cung cấp cả những thông tin về chất lượng của nguồn địa nhiệt từ những vị trí trên mặt đất hay từ không gian. Các phương pháp điều tra, khảo sát trên mặt nguồn địa nhiệt rất ít khi thành công bởi các kết quả thu được thường đưa ra một bức tranh không hoàn chỉnh về địa chất địa nhiệt. Tuy nhiên, các phương pháp này lại thường kinh tế hơn nhiều so với các phương pháp khảo sát bên dưới mặt đất. Các phương pháp địa chất đưa ra những nhận định quan trọng ban đầu cho mọi phương pháp khảo sát nguồn địa nhiệt khác, bao gồm phân tích các tài liệu địa chất và khảo sát ngoài thực địa. Phương pháp viễn thám, nghĩa là phương pháp điều tra từ máy bay hay và vệ tinh đã đang trở thành một công cụ hữu hiệu cho nghiên cứu nguồn địa nhiệt. Cuối cùng, các phương pháp địa vật lý mà đặc biệt là phương pháp điện và phương pháp địa chấn đã cung cấp cho ta những thông tin gián tiếp về nguồn địa nhiệt. Do vậy, các thông số địa chất địa nhiệt phải được suy luận, giải đoán ra từ các tài liệu khảo sát trên bề mặt. Tuy nhiên, trong khi nghiên cứu cần phải kết họp với tài liệu khảo sát dưới mặt đất đế đánh giá độ họp lý của các tài liệu thu được từ các phương pháp bề mặt.2. Phương pháp viễn thámCác hình ảnh về trái đất thu được từ máy bay hay vệ tinh ở những bước sóng điện từ khác nhau có thể cung cấp cho ta những thông tin hữu ích liên quan đến điều kiện tồn tại của nguồn địa nhiệt. Công nghệ viễn thám đã và đang phát triển nhanh chóng những năm gần đây trong khi việc ứng dụng của nó trong nghiên cứu tài nguyên địa nhiệt vẫn còn đang được nghiên cứu và khám phá. Hơn nữa, việc sẵn có các bức ảnh này ở các hãng tư nhân và các cơ quan đã làm thúc đẩy việc ứng dụng chúng.Nghiên cứu các bức ảnh máy bay đen trắng ba chiều có thể thu được những thông tin quan trọng. Các cấu trúc địa chất, màu sắc và địa hình quan sát được có thể phân biệt được sự khác nhau về điều kiện địa chất, các loại đất, độ ẩm của đất, thảm thực vật và hiện trạng sử dụng đất. Do đó các bức ảnh về địa chất có thể phân biệt được giữa các loại đá với các loại đất cho ta biết được tính thấm và diện phân bố của chúng, từ đó xác định được diện tích của các nguồn cấp và nguồn thoát của nguồn địa nhiệt. Các bản đồ phân vùng khả năng cung cấp nguồn địa nhiệt thành khu vực cung cấp địa nhiệt tốt, trung bình và kém có thể được thành lập. Bảng 1 tóm tắt vai trò của ảnh viễn thám trong việc trợ giúp công tác minh giải điều kiện địa chất – địa nhiệt.Các bức ảnh từ không gian cũng có thể chỉ ra các khe nứt. Các khe nứt này có thể liên quan đến độ rỗng, tính thấm và cuối cùng là lưu lượng của lỗ khoan. Vị trí các con suối và các khu vực đầm lầy chỉ ra rằng ở những nơi đó mực nguồn địa nhiệt nằm tương đối nông. Việc nghiên cứu về thuỷ thực vật từ ảnh viễn thám có thể rất hữu ích. Các thực vật nhạy cảm địa nhiệt sẽ giúp ích cho việc xác định độ sâu của mực nguồn địa nhiệt do chúng có thể hút địa nhiệt từ mực nguồn địa nhiệt ở độ sâu không lớn. Ngoài ra, nghiên cứu các phổ điện từ cũng giữ một vai trò quan trọng trong hệ thống phương pháp ảnh ứng dụng trong khảo sát và nghiên cứu địa chất – địa nhiệt. Phương pháp ảnh hồng ngoại là phương pháp ghi lại sự khác biệt về nhiệt độ tại các vị trí khác nhau trên bề mặt trái đất. Phương pháp này có thể cho ta thông tin về độ ẩm của đất, sự vận động của nguồn địa nhiệt, và các đứt gãy đóng vai trò như là những tầng dẫn địa nhiệt. Một trong những kết quả thú vị nhất của phương pháp ảnh hồng ngoại là đã thành lập được bản đồ của các dòng chảy địa nhiệt nóng và địa nhiệt lạnh dưới đất ở khu vực ven biển, ở những diện tích phân bố đá bazan hoặc đá vôi. Hình 2 cho thấy những dòng thoát của nguồn địa nhiệt có nhiệt độ thấp hơn địa nhiệt biển đã lộ ra xung quanh vùng đảo Hawaii. Ảnh rada có thể cung cấp cho ta thông tin về độ ẩm trên bề mặt hoặc ở những vị trí nông dưới mặt đất. Cuối cùng, những khảo sát điện từ tần thấp đã cho ta thấy vị trí các dòng mặt bị chôn vùi . Địa hình + Đánh giá điều kiện địa hình toàn vùng + Đánh giá điều kiện địa hình khu vực Thực vật không ưa địa nhiệt Các thành tạo địa chất thấm dẫn nhiệt từ dưới lên Các hồ, suối Các hồ suối có hiện tượng bốc hơi nóng hoặc nước sôi. Các điểm địa nhiệt nhân tạo + Lỗ khoan + Giếng đào + Các bồn chứa + Các kênh đào....3 Các phương pháp Địa chấtCác nghiên cứu địa chất có khả năng đánh giá tiềm năng nguồn địa nhiệt cho một vùng rộng lớn một cách nhanh chóng và kinh tế. Một khảo sát địa chất được bắt đầu bằng việc thu thập, phân tích và minh giải về điều kiện địa chất – địa nhiệt từ các bản đồ địa hình, ảnh viễn thám, bản đồ địa chất, tài liệu địa vật lý lỗ khoan và các tài liệu liên quan khác. Ngoài các tài liệu thu thập được, nếu có thể cũng cần tiến hành khảo sát thực địa để đánh giá mức độ tin cậy của các tài liệu thu thập được thông qua việc nghiên cứu các hiện tượng địa nhiệt trên mặt, lỗ khoan, nguồn cấp và thoát của nguồn địa nhiệt, đặc điểm địa nhiệt.Những hiểu biết về sự hoạt động của kiến tạo trẻ cho biết được quy mô của các thành tạo nguồn địa nhiệt. Thông tin về các loại đá sẽ cho ta thông tin về mức độ chứa địa nhiệt có thể phù hợp cho việc cung cấp địa nhiệt cho hộ gia đình chứ không chỉ phù hợp cho quy mô công nghiệp hoặc cho một thành phố. Địa tầng và lịch sử địa chất của một vùng có thể cho ta biết về các tầng chứa địa nhiệt ở bên dưới, tính liên tục và mối liên hệ giữa các tầng chứa địa nhiệt với nhau. Thành phần vật chất, chiều dày các tầng chắn bên trên, thế nằm của các thành tạo chứa địa nhiệt sẽ giúp ta tính toán được độ sâu lỗ khoan. Tương tự, từ dấu hiệu các tầng chứa địa nhiệt có thể phán đoán được chiều sâu đặt máy khai thác. Các đứt gãy đã hình thành nên các đới dập vỡ là miềm thoát của nguồn địa nhiệt từ dưới sâu.3. 1.Vị trí của lãnh thổ so với những vành đai động của hành tinh1Những trường địa nhiệt (geothermal field) lớn của Trái Đất chủ yếu nằm trùng với các vành đai động (mobile belt) của hành tinh, thường là ranh giới giữa các mảng kiến tạo, dọc theo đó hay xảy ra sự va chạm, hút chìm, trượt ngang, tách giãn, gây nên những trận động đất, phun trào núi lửa và những biểu hiện địa động lực khác, như sự xuất lộ những hố phun bùn sôi, lỗ phun khí núi lửa (fumarol, mofet, solfata), geyser và những mạch nước nóng,... Những hiện tượng trên cũng thường thấy ở các sống núi giữa đại dương (midocean ridge), đới rift, các điểm nóng (hot spot) dưới biển và trên đất liền.Nhìn lên bản đồ kiến tạo toàn cầu ta thấy rõ lãnh thổ Việt Nam ở vào một vị trí khá đặc biệt: nằm “lọt thỏm” giữa đôi “gọng kìm” của hai vành đai động: trước mặt là nhánh tây của “Vòng lửa quanh Thái Bình Dương” (Circum Pacific Ring of Fire), sau lưng và dưới chân là nhánh đông của “đai AlpesHimalaya” (Alpine Himalayan Belt hay Alpides) (hình 1), nhưng (may thay) khoảng cách từ dải đất hình chữ S của chúng ta đến cái “vòng kim cô oan nghiệt” đó luôn duy trì ở mức vừa đủ để tránh được những thảm họa khủng khiếp như đã từng xảy ra ở các nước láng g
Trang 1BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
VIỆN KHOA HỌC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN
NHIỆM VỤ THƯỜNG XUYÊN THEO CHỨC NĂNG
NĂM 2018
TÊN NHIỆM VỤ: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG TỔ HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU TRA, NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NGUỒN ĐỊA NHIỆT
MÃ SỐ: VĐCKS.2018.02 (03/2018/PGV- NVTXTCN)
BÁO CÁO CÁ NHÂN
“BÁO CÁO XÂY DỰNG TỔ HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRA NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NGUỒN ĐỊA NHIỆT BẰNG CÁC
PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM, ĐỊA CHẤT, ĐỊA VẬT LÝ”
HÀ NỘI, 11-2018
Trang 2BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
VIỆN KHOA HỌC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN
NHIỆM VỤ THƯỜNG XUYÊN THEO CHỨC NĂNG
NĂM 2018
TÊN NHIỆM VỤ: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG TỔ HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU TRA, NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NGUỒN ĐỊA NHIỆT
MÃ SỐ: VĐCKS.2018.02 (03/2018/PGV- NVTXTCN)
BÁO CÁO CÁ NHÂN
“BÁO CÁO XÂY DỰNG TỔ HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRA NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NGUỒN ĐỊA NHIỆT BẰNG CÁC
PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM, ĐỊA CHẤT, ĐỊA VẬT LÝ”
Trang 3MỤC LỤC
MỤC LỤC
I TỔNG QUAN 1
1 Tổng quan về địa nhiệt 1
2 Nguồn Năng Lượng Địa Nhiệt 1
II CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRA ĐÁNH GIÁ NGUỒN ĐỊA NHIỆT 7
1 Tổng quan các phương pháp điều tra đánh giá nguồn địa nhiệt 7
2 Phương pháp viễn thám 7
3 Các phương pháp Địa chất 9
4 Phuơng pháp Địa vật lý 13
III SƠ LƯỢC HIỆN TRẠNG ĐIỀU TRA ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG ĐỊA NHIỆT VIỆT NAM.[1 * ] 24
IV VÍ DỤ THỰC TẾ ĐÃ THỰC HIỆN ĐỂ ĐIỀU TRA ĐÁNH GIÁ NGUỒN ĐỊA NHIỆT TẠI VIỆT NAM 27
1 Các phương pháp địa vật lý đã thi công và khối lượng 28
2 Kỹ thuật thi công công tác địa vật lý 28
2.1 Mạng lưới khảo sát 28
2.2 Kỹ thuật thi công các phương pháp địa vật lý 28
3 Công tác xử lý và tổng hợp tài liệu 30
3.1 Tách các trường địa phương và khu vực 30
3.2 Phân tích định lượng tài liệu điện theo mô hình hai chiều (2D) 30
4 Kết quả công tác địa vật lý 33
4.1 Phương pháp từ 33
4.2 Kết quả của phương pháp mặt cắt phân cực 33
4.3 Phương pháp đo sâu phân cực 33
4.4 Kết quả tính lượng sinh nhiệt do phóng xạ 34
KẾT LUẬN 39
TÀI LIỆU DẪN 40
Trang 4I TỔNG QUAN
1 Tổng quan về địa nhiệt
Địa Nhiệt là nguồn nhiệt năng có sẵn trong lòng đất Cụ thể hơn, nguồnnăng lượng nhiệt này tập trung ở khoảng vài km dưới bề mặt Trái Đất, phần trêncùng của vỏ Trái Đất Cùng với sự tăng nhiệt độ khi đi sâu vào vỏ Trái Đất,nguồn nhiệt lượng liên tục từ lòng đất này được ước đoán tương đương với vớimột khoảng năng lượng cỡ 42 triệu MW Lòng đất thì vẫn tiếp tục nóng hằng tỷnăm nữa, đảm bảo một nguồn nhiệt năng gần như vô tận Chính vì vậy ĐịaNhiệt được liệt vào dạng năng lượng tái tạo
Nguồn nhiệt lượng này được chuyển lên mặt đất qua dạng hơi hoặc nướcnóng khi nước chảy qua đất đá nóng Nhiệt lượng thường được sử dụng trựctiếp, ví dụ như hệ thống điều hòa nhiệt độ (bơm địa nhiệt), hoặc chuyển thànhđiện năng (nhà máy nhiệt điện)
Địa nhiệt là dạng năng lượng sạch và bền vững So với các dạng năng lượngtái tạo khác như gió, thủy điện hay điện mặt trời, địa nhiệt không phụ thuộc vàocác yếu tố thời tiết và khí hậu Do đó địa nhiệt cũng có hệ số công suất rất cao,nguồn địa nhiệt luôn sẵn sàng 24h/ngày,7 ngày trong tuần
Cho đến nay, hơn 30 quốc gia trên thế giới đã khai thác tổng cộng 12.000
MW địa nhiệt cho các ứng dụng trực tiếp và sản xuất hơn 8.000 MW điện Tạimột vài quốc gia đang phát triển, địa nhiệt điện chiếm một vai trò đáng kể trongviệc đáp ứng nhu cầu điện
Các nhà máy địa nhiệt có giới hạn công suất từ 100 kW cho đến 100 MW,phụ thuộc vào nguồn năng lượng vào nhu cầu điện năng Kỹ thuật này rất thíchhợp cho điện khí hóa nông thôn và các ứng dụng mạng lưới mini (mini-grid),bên cạnh ứng dụng trong việc hòa mạng quốc gia Tại các quốc gia có nguồn tàinguyên eo hẹp hoặc có điều kiện khí hậu khắc nghiệt, địa nhiệt điện có thể đóngmột vai trò rất hữu dụng Các ứng dụng trực tiếp của địa nhiệt có thể góp phầntăng đáng kể sản lượng nông nghiệp và ngư nghiệp (nuôi trồng thủy hải sản) vàcung cấp nhiệt cho các quá trình xử lý công nghiệp phụ trợ Nguồn địa nhiệtđược xem là đặc biệt quan trọng đối với các quốc gia đang phát triển mà lạikhông có các nguồn tài nguyên năng lượng như than, dầu và khí tự nhiên
2 Nguồn Năng Lượng Địa Nhiệt
Nguồn địa nhiệt liên quan mật thiết đến cấu trúc nhiệt độ của Trái Đất vàchu trình đối lưu nhiệt trong lòng Trái Đất Nhiệt độ của Trái Đất tăng dần theo
độ sâu và đạt đến 4.200oC tại tâm (Hình1.a)
Trang 5Hình 1 a) Cấu trúc nhiệt độ sơ giản và b) các dạng biểu hiện của nguồn địa nhiệt thường quan sát được trên mặt đất như lỗ/khenúi lửa (fumarole), suối nước nóng(hot spring), bọt bùn (mud pot) và một số dạng khác (Nguồn: Geothermal education Ofice)
Trang 6Hình 2 a) Vỏ trái đất không phải là một khối vật chất liền mạch mà bị phân chia ra thành các mảng lớn Do động lực của đối lưu nhiệt phía dưới, các mảng này có thể dịch chuyển ra xa nhau (đới phân kỳ) hoặc hút vào nhau (đới hội tụ), hoặc trượt ngang qua nhau
ở một vận tốc rất chậm (vài cm/năm).b) tại đới phân kỳ ở giữa các đại dương (spreading center) và tại nft lục địa , vỏ Trái đất được “tái sinh” Tại các đới hội tụ các mảnh có thể trượt chồm lên nhau (subduction) ở rìa của mảng trượt chìm, magma có thể dâng lên về phía
bề mặt Trái đất Tại những nơi vỏ Trái đất “yếu”, magma có thể phụ trào lên mặt đất trở thành lava Tuy nhiên đa phần magma không phun trào lên đến mặt đất mà chỉ thường đun nóng một diện tích khổng lồ các lớp đất đá bên dưới mặt đất, đồng thời đun nóng các dòng nước ngầm (bắt nguồn từ nước mưa thấm qua bề mặt đất hoặc len theo các đứt gãy bề mặt xuống sâu trong lòng đất) Nước ngầm bị nung nóng có thể dâng lên mặt đất dưới dạng hơi nước hoặc dưới dạng nước nóng Đây chính là nguồn địa nhiệt mà con người đang khai thác.
Trang 7Một phần trong tổng khối nhiệt lượng khổng lồ trong lòng Trái Đất nàybắt nguồn từ quá trình hình thành hành tinh trong khoảng 4,5 tỷ năm trước (TráiĐất hình thành từ một khối cầu vật chất cực nóng, nguội dần từ trong ra ngoàiqua quá trình quay quanh trục), và phần còn lại là kết quả của quá trình phân rãcủa các nguyên tố phóng xạ tồn tại trong lõi Trái Đất Theo nguyên lý tuần hoànnhiệt lượng từ nơi nhiệt độ cao xuống nhiệt độ thấp, dòng nhiệt của Trái Đất dichuyển từ trong lõi ra ngoài vỏ.
Dưới tác động của một quá trình địa chất gọi là kiến tạo mảng (xem tàiliệu VnGG), vỏ Trái Đất được phân ra thành 12 mảng lớn (mảng kiến tạo, Hình2.a) và được tái tạo (tái sinh) một cách chậm chạp qua hàng triệu năm Cácmảng này di chuyển tương đối với nhau (phân tách hoặc hội tụ) với tốc độ vàicm/năm Khi hai mảng kiến tạo va chạm vào nhau, 1 mảng có thể hút chìmxuống mảng còn lại, tạo nên các trũng đại dương và gây ra động đất (Hình 2.b).Đây chính là nơi vỏ Trái Đất trở nên yếu hơn bình thường, cho phép vật chấtnóng từ trong lòng đất dịch chuyển lên mặt Ở độ sâu lớn tại đới hội tụ, ngay bêndưới mảng sụp chìm, nhiệt độ tăng lên đủ cao đến nung chảy đất đá và tạo ramagma (nham thạch) Do có mật độ thấp hơn khối đất đá xung quanh, magma dichuyển lên phía trên vỏ Trái Đất và mang theo nhiệt lượng cùng với nó Đôi khimagma di chuyển lên tới bề mặt Trái Đất thông qua các điểm yếu của vỏ TráiĐất và phun trào lava tại các miệng núi lửa Tuy nhiên, đa phần magma đượcgiữ lại trong vỏ Trái Đất và nung nóng đất đá và các khối nước ngầm(subterranean water) Một phần khối nước nóng này có thể di chuyển lên mặt đấtthông qua các đới đứt gãy hoặc khe đá rạn (cracks), hình thành suối nước nóng(hay là geysers, mạch nước nóng) Một khi khối nước nóng và hơi nước này bị
“bẫy” do khối đất đá không thấm (impermeable) ở phía bên trên và được giữ lạitrong khối đất đá thấm (permeable), bồn trũng địa nhiệt được hình thành (Hình3) Các bồn trũng này chính là nguồn địa nhiệt có thể được dùng trực tiếp hoặc
để sản xuất điện qua hệ thống turbine hơi nước (steam turbine)
Trang 8Hình 3 a) Bể địa nhiệt được hình thành khi nước nóng và hơi nước dâng lên bề mặt và bị
“bẫy“ bởi tầng đá “nóc” không thấm và được giữa lại bởi đá rỗng; b) mô hình một hệ địa nhiệt lý tưởng Một hệ địa nhiệt bao gồm 3 thành phần: nguồn nhiệt (heat source), bể địa nhiệt (reservoir) và lưu chất địa nhiệt (heat trasntsfer fluid) Nguồn nhiệt có thể là magma intrution có nhiệt độ cao (>600 0 ) dâng lên phần trên cùng của vỏ trái đất (5-10km), hoặc chỉ đơn giản là nhiệt độ chuẩn của trái đất tăng theo độ sâu trong một số trường hợp hệ địa nhiệt nhiệt độ thấp Bể địa nhiệt là một khối đất thấm (permeable) cho phép chất lỏng hồi chuyển nhiệt có thể chảy qua thu nhiệt từ nguồn Bể địa nhiệt thường được “phủ” bởi đá không thấm ((impermeable rock) và thông với một khu vực “tái sinh” trên bề mặt thông qua đó lưu chất địa nhiệt có thể được lưu thông và tái sử dụng qua hệ thống các bơm lỗ khoan Chất lỏng địa nhiệt có thể là nước ngầm đa phần là meteoric water ở pha lỏng hoặc khí tùy thuộc vào nhiệt
độ và áp suất bồn lưu chất này thường mang các hợp chất hóa học hoặc khí như CO 2 , H 2 S … (Nguồn: Geothermal education Ofice &IGA)
Trang 9Có 5 dạng nguồn địa nhiệt khác nhau, trong đó chỉ có bồn trũng thủy địanhiệt (hydrothermal reservoirs) và năng lượng trái đất (earth energy) là đã đượcđưa vào khai thác thương mại 3 dạng còn lại, nước muối địa áp (geopressureedbrine), đá khô nóng (dry hot rock) và magma, vẫn còn yêu cầu phát triển các kỹthuật cao/tân tiến
Bể thủy nhiệt là các bể chứa hơi hoặc nước nóng bị bẫy trong đá porous
(Hình 3) Để sản xuất điện, hơi hoặc nước nóng được bơm từ các bể lênmặt đất để vận hành các turbin phát điện Do nguồn hơi nước tương đốihiếm, nên hầu hết các nhà máy địa nhiệt sử dụng nguồn nước nóng Chitiết về kỹ thuật sẽ được giới thiệu ở phần sau
Đá khô nóng: địa nhiệt có thể được khai thác từ một số các nguồn đá khô,
không thấm ở độ sâu khoảng 5-10 m dưới mặt đất, hoặc thậm chí nônghơn ở một số khu vực Ý tưởng chủ đạo là bơm nước lạnh xuống nguồn
đá khô này tại một giếng khoan, cho khối nước này chảy qua nguồn đákhô và được nung nóng, sau đó dẫn khối nước được nung nóng ra mộtgiếng khoan khác và trữ trong bể địa nhiệt Tuy nhiên hiện nay vẫn chưa
có ứng dụng thương mại nào cho kỹ thuật này (xem Hình 4)
Hình 4 Sơ đồ công nghệ khai thácđịa nhiệt dạng khô nóng (hot dry rock.
HDR) Dự án HDR đầu tiên được thử nghiệm vào năm 1970 tại Los Alamos, Neww Mexico, Hoa Kỳ Thông qua các giếng khoan đặc biệt, nước áp suất cao được bơm vào khu đá nhiệt độ cao, nén cặt nhằm gây ra hiện tượng “rạn” thủy lực (hydraulic
Trang 10fracturing) Nước sẽ thấm vào các khe rạn “nhân tạo”này, từ đó thu nhiệt của lớp địa nhietj cao ở xung quanh, tương tự như dạng bồn địa nhiệt tự nhiên Bồn địa nhiệt này sau đó sẽ được khoan đến qu một giếng thứ haiddeer thu nhiệt của lưu chất được đun nóng Do đó, hệ HDR bao gồm (i) lỗ khoan dùng để tạo “rạn” thủy lực qua đó được bơm vào (ii) bồn địa nhiệt nhân tạo và (iii) giếng khoanđể thu lưu chất nhiệt độ cao Toàn bộ hệ thống này có thể tạo thành một chu kỳ hoàn toàn khép kín(garnish, 987) ( Nguồn: IGA và Deep Heat Mining project (DHM), Thụy Sỹ)
Magma: tất cả các kỹ thuật địa nhiệt hiện nay đều chỉ khai thác “gián
tiếp” nhiệt năng từ lòng đất do magma chuyển lên Hiện tại vẫn chưa có
kỹ thuật này cho phép khai thác trực tiếp nhiệt lượng từ magma, mặc dùmagma là nguồn nhiệt lượng cực kỳ dồi dào trong vỏ Trái Đất
Nước muối địa áp là dạng nước nóng, áp suất cao và chứa methane hòa
tan Cả nhiệt và methane đều có thể được sử dụng để sản xuất điện thôngqua turbine
II CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRA ĐÁNH GIÁ NGUỒN ĐỊA NHIỆT
1 Tổng quan các phương pháp điều tra đánh giá nguồn địa nhiệt
Mặc dù nguồn địa nhiệt không thể quan sát trực tiếp trên bề mặt đấtnhưng lại có rất nhiều phương pháp có thể cung cấp các thông tin về sự tồn tạicủa nó trong những điều kiện nhất định, thậm chí có thể cung cấp cả nhữngthông tin về chất lượng của nguồn địa nhiệt từ những vị trí trên mặt đất hay từkhông gian Các phương pháp điều tra, khảo sát trên mặt nguồn địa nhiệt rất ítkhi thành công bởi các kết quả thu được thường đưa ra một bức tranh khônghoàn chỉnh về địa chất - địa nhiệt Tuy nhiên, các phương pháp này lại thườngkinh tế hơn nhiều so với các phương pháp khảo sát bên dưới mặt đất Cácphương pháp địa chất đưa ra những nhận định quan trọng ban đầu cho mọiphương pháp khảo sát nguồn địa nhiệt khác, bao gồm phân tích các tài liệu địachất và khảo sát ngoài thực địa Phương pháp viễn thám, nghĩa là phương phápđiều tra từ máy bay hay và vệ tinh đã đang trở thành một công cụ hữu hiệu chonghiên cứu nguồn địa nhiệt Cuối cùng, các phương pháp địa vật lý mà đặc biệt
là phương pháp điện và phương pháp địa chấn đã cung cấp cho ta những thôngtin gián tiếp về nguồn địa nhiệt Do vậy, các thông số địa chất - địa nhiệt phảiđược suy luận, giải đoán ra từ các tài liệu khảo sát trên bề mặt Tuy nhiên, trongkhi nghiên cứu cần phải kết họp với tài liệu khảo sát dưới mặt đất đế đánh giá độhọp lý của các tài liệu thu được từ các phương pháp bề mặt
2 Phương pháp viễn thám
Các hình ảnh về trái đất thu được từ máy bay hay vệ tinh ở những bước
Trang 11sóng điện từ khác nhau có thể cung cấp cho ta những thông tin hữu ích liên quanđến điều kiện tồn tại của nguồn địa nhiệt Công nghệ viễn thám đã và đang pháttriển nhanh chóng những năm gần đây trong khi việc ứng dụng của nó trongnghiên cứu tài nguyên địa nhiệt vẫn còn đang được nghiên cứu và khám phá.Hơn nữa, việc sẵn có các bức ảnh này ở các hãng tư nhân và các cơ quan đã làmthúc đẩy việc ứng dụng chúng.
Nghiên cứu các bức ảnh máy bay đen trắng ba chiều có thể thu đượcnhững thông tin quan trọng Các cấu trúc địa chất, màu sắc và địa hình quan sátđược có thể phân biệt được sự khác nhau về điều kiện địa chất, các loại đất, độ
ẩm của đất, thảm thực vật và hiện trạng sử dụng đất Do đó các bức ảnh về địachất có thể phân biệt được giữa các loại đá với các loại đất cho ta biết được tínhthấm và diện phân bố của chúng, từ đó xác định được diện tích của các nguồncấp và nguồn thoát của nguồn địa nhiệt Các bản đồ phân vùng khả năng cungcấp nguồn địa nhiệt thành khu vực cung cấp địa nhiệt tốt, trung bình và kém cóthể được thành lập Bảng 1 tóm tắt vai trò của ảnh viễn thám trong việc trợ giúpcông tác minh giải điều kiện địa chất – địa nhiệt
Các bức ảnh từ không gian cũng có thể chỉ ra các khe nứt Các khe nứtnày có thể liên quan đến độ rỗng, tính thấm và cuối cùng là lưu lượng của lỗkhoan Vị trí các con suối và các khu vực đầm lầy chỉ ra rằng ở những nơi đómực nguồn địa nhiệt nằm tương đối nông Việc nghiên cứu về thuỷ thực vật từảnh viễn thám có thể rất hữu ích Các thực vật nhạy cảm địa nhiệt sẽ giúp íchcho việc xác định độ sâu của mực nguồn địa nhiệt do chúng có thể hút địa nhiệt
từ mực nguồn địa nhiệt ở độ sâu không lớn
Ngoài ra, nghiên cứu các phổ điện từ cũng giữ một vai trò quan trọngtrong hệ thống phương pháp ảnh ứng dụng trong khảo sát và nghiên cứu địa chất– địa nhiệt Phương pháp ảnh hồng ngoại là phương pháp ghi lại sự khác biệt vềnhiệt độ tại các vị trí khác nhau trên bề mặt trái đất Phương pháp này có thể cho
ta thông tin về độ ẩm của đất, sự vận động của nguồn địa nhiệt, và các đứt gãyđóng vai trò như là những tầng dẫn địa nhiệt Một trong những kết quả thú vịnhất của phương pháp ảnh hồng ngoại là đã thành lập được bản đồ của các dòngchảy địa nhiệt nóng và địa nhiệt lạnh dưới đất ở khu vực ven biển, ở nhữngdiện tích phân bố đá bazan hoặc đá vôi Hình 2 cho thấy những dòng thoát củanguồn địa nhiệt có nhiệt độ thấp hơn địa nhiệt biển đã lộ ra xung quanh vùngđảo Hawaii Ảnh rada có thể cung cấp cho ta thông tin về độ ẩm trên bề mặthoặc ở những vị trí nông dưới mặt đất Cuối cùng, những khảo sát điện từ tầnthấp đã cho ta thấy vị trí các dòng mặt bị chôn vùi
Trang 12* Địa hình
+ Đánh giá điều kiện địa hình toàn vùng
+ Đánh giá điều kiện địa hình khu vực
* Thực vật không ưa địa nhiệt
Các thành tạo địa chất thấm dẫn nhiệt từ dưới lên
* Các hồ, suối
Các hồ suối có hiện tượng bốc hơi nóng hoặc nước sôi.
* Các điểm địa nhiệt nhân tạo
lý lỗ khoan và các tài liệu liên quan khác Ngoài các tài liệu thu thập được, nếu
có thể cũng cần tiến hành khảo sát thực địa để đánh giá mức độ tin cậy của cáctài liệu thu thập được thông qua việc nghiên cứu các hiện tượng địa nhiệt trênmặt, lỗ khoan, nguồn cấp và thoát của nguồn địa nhiệt, đặc điểm địa nhiệt
Những hiểu biết về sự hoạt động của kiến tạo trẻ cho biết được quy môcủa các thành tạo nguồn địa nhiệt Thông tin về các loại đá sẽ cho ta thông tin vềmức độ chứa địa nhiệt có thể phù hợp cho việc cung cấp địa nhiệt cho hộ giađình chứ không chỉ phù hợp cho quy mô công nghiệp hoặc cho một thành phố.Địa tầng và lịch sử địa chất của một vùng có thể cho ta biết về các tầng chứa địanhiệt ở bên dưới, tính liên tục và mối liên hệ giữa các tầng chứa địa nhiệt vớinhau Thành phần vật chất, chiều dày các tầng chắn bên trên, thế nằm của cácthành tạo chứa địa nhiệt sẽ giúp ta tính toán được độ sâu lỗ khoan Tương tự, từdấu hiệu các tầng chứa địa nhiệt có thể phán đoán được chiều sâu đặt máy khaithác Các đứt gãy đã hình thành nên các đới dập vỡ là miềm thoát của nguồn địanhiệt từ dưới sâu
3 1.Vị trí của lãnh thổ so với những vành đai động của hành tinh[1 * ]
Những trường địa nhiệt (geothermal field) lớn của Trái Đất chủ yếu nằm trùng với các vành đai động (mobile belt) của hành tinh, thường là ranh giới giữa các mảng kiến tạo, dọc theo đó hay xảy ra sự va chạm, hút chìm, trượt
Trang 13ngang, tách giãn, gây nên những trận động đất, phun trào núi lửa và những biểuhiện địa động lực khác, như sự xuất lộ những hố phun bùn sôi, lỗ phun khí núilửa (fumarol, mofet, solfata), geyser và những mạch nước nóng, Những hiện tượng trên cũng thường thấy ở các sống núi giữa đại dương (mid-ocean ridge), đới rift, các điểm nóng (hot spot) dưới biển và trên đất liền.
Nhìn lên bản đồ kiến tạo toàn cầu ta thấy rõ lãnh thổ Việt Nam ở vàomột vị trí khá đặc biệt: nằm “lọt thỏm” giữa đôi “gọng kìm” của hai vành đaiđộng: trước mặt là nhánh tây của “Vòng lửa quanh Thái Bình Dương” (Circum
- Pacific Ring of Fire), sau lưng và dưới chân là nhánh đông của “đai
Alpes-Himalaya” (Alpine - Himalayan Belt hay Alpides) (hình 1), nhưng (may
thay!) khoảng cách từ dải đất hình chữ S của chúng ta đến cái “vòng kim côoan nghiệt” đó luôn duy trì ở mức vừa đủ để tránh được những thảm họakhủng khiếp như đã từng xảy ra ở các nước láng giềng Nhật Bản,Philippines, Indonesia, Trung Quốc, Pakistan, song đồng thời ở vị trí đó, ViệtNam cũng không thể là nơi tàng trữ nguồn tài nguyên địa nhiệt phong phúnhư các quốc gia kể trên
Hình 5 Vị trí lãnh thổ Việt Nam trên bản đồ các vành đai động của hành tinh
Chú giải ký hiệu: 1 - Ranh giới mảng; 2 - Núi lửa trẻ; 3 - Nhánh của vành đai động: (1) - Nhánh tây của vòng lửa quanh Thái Bình Dương; (2) - Nhánh đông của đai Alpes -
Himalaya.
Trang 143.2 Cường độ dòng nhiệt [1 * ]
Dòng nhiệt (heat flow) là lượng nhiệt từ lòng đất thoát lên bề mặt trêndiện tích 1cm2(hay m2) trong 1 giây Dòng nhiệt trung bình của Trái Đất đạtkhoảng 1,5 microcal/cm2.s hay 63mW/m2 Tuy nhiên, có nơi nó chỉ bằng vài bachục mW/m2, ngược lại, có nơi tới hàng ngàn mW/m2
Trên bản đồ dòng nhiệt toàn cầu [2] lãnh thổ Việt Nam nằm trong miền códòng nhiệt 50-80 mW/ m2, nghĩa là chỉ ở mức trung bình Số liệu trên cũng phùhợp với kết quả đo đạc của Viện Địa chất (Viện Khoa học và Công nghệ ViệtNam) [21, 22, 26], theo đó, dòng nhiệt trung bình ở miền Bắc đạt 68-90mW/
m2, còn ở miền Nam - phổ biến trong khoảng 40-80mW/ m2 Chỉ có một sốđiểm trùng vào đới đứt gãy mới đạt trên 100 mW/ m2, như phần đông nam(Thái Bình) trũng Hà Nội: 110-120mW/ m2, Huế: 106-143mW/ m2, QuảngNgãi: 90-120mW/ m2, Kon Tum: 86-108mW/ m2 Đó hẳn là yếu tố tạo nênnhững dị thường nhiệt với biểu hiện là những mạch lộ nước nóng trên mặt đất
và trong lỗ khoan nông, nhưng chỉ mang tính cục bộ, không đủ tạo thành trườngđịa nhiệt lớn
3.3 Gradien địa nhiệt [1 * ]
Trên lãnh thổ Việt Nam, đến nay chưa có một công trình nghiên cứu vềgradien địa nhiệt chuyên sâu nào hoàn chỉnh Những tính toán dựa vào số liệuthu thập từ các lỗ khoan khảo sát địa chất, thăm dò nước dưới đất, dầu khí,cho thấy gradien địa nhiệt trên phần đất liền chỉ đạt mức trung bình (2,5-3,0°C/100m) Riêng một số lỗ khoan do Chương trình quốc tế Khoan đại dương(Ocean Drilling Program) thực hiện ở thềm lục địa Tây Biển Đông cho thấygradien có cao hơn, nhưng cũng không quá 40°C/km Chỉ có những lỗ khoan ởsườn lục địa mới phát hiện gradien gia tăng đột ngột: tới 60-94°C/km, có lẽ liênquan với sự suy giảm chiều dày thạch quyển ở Biển Đông Như vậy, gradienđịa nhiệt không có ý nghĩa quan trọng đối với sự hình thành trường địa nhiệttrên phần đất liền
3.4 Ảnh hưởng của manti, hoạt động magma và tân kiến tạo [1 * ]
Theo kết quả nghiên cứu của Viện Vật lý Địa cầu, bề dày thạch quyển lãnhthổ Việt Nam (và kế cận) thay đổi trong khoảng 85-95km (độ sâu mặt Moho từ
24 đến 37km) ở phần đất liền [25], có nghĩa ở đây ảnh hưởng của manti khônglớn, biểu hiện ở trị số dòng nhiệt và gradien địa nhiệt trên quy mô khu vực chỉđạt mức trung bình
Về mặt địa chấn, do vị trí kiến tạo đặc biệt của mình, lãnh thổ Việt Nam
Trang 15chưa phải hứng chịu những trận động đất thảm họa, nhưng cũng là nơi thường
có những tai biến, chủ yếu ở mức trung bình với chấn cấp 5-5,5 độ Richter, chỉmột số ít vùng đạt tới 5,6-7,0, tập trung ở miền núi uốn nếp Tây Bắc Bộ,Trường Sơn Bắc, Trường Sơn Nam và phía tây Biển Đông Động đất thườngphân bố thành đới dọc theo những hệ thống đứt gãy hoạt động
Hoạt tính địa động lực cũng thể hiện bằng hiện tượng nứt đất nội sinh xảy
ra ở nhiều nơi trên lãnh thổ trong những thập kỷ 70 - 80 của thế kỷ trước, rõrệt nhất là ở đồng bằng Bắc Bộ, Tây Nguyên và Đông Nam Bộ
Hoạt động núi lửa từng phổ biến trên đất liền cũng như ngoài Biển Đôngvới sự bùng nổ trong Kainozoi muộn, tạo nên những lớp phủ dung nham phân
bố rộng rãi ở Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và một số vùng hẹp ở Trung Bộ: PhủQuỳ, Vĩnh Linh, Dốc Miếu, Vân Hòa, Một số hải đảo ở rìa tây Biển Đông:Cồn Cỏ, Lý Sơn, Phú Quý, cũng là sản phẩm của hoạt động phun trào dướibiển
Hoạt động núi lửa về cơ bản đã kết thúc từ Pleistocen muộn - Holocensớm, nhưng một vài biểu hiện tàn dư vẫn còn tiếp tục đến thời gian gần đây như
sự xuất hiện Đảo Tro ở ngoài khơi Bình Thuận năm 1923, hoặc hiện tượngphun tro bụi và khí ở vùng Chư Prông (Gia Lai) năm 1993 Chính nguồn nhiệttàn dư từ những hoạt động magma trẻ hoặc phát sinh từ các quá trình địa độnglực hiện đại (động đất, dịch chuyển khối, kích hoạt đứt gãy, ) đã đun nóngđất đá cùng với nước, khí tàng trữ trong đó, có thể là nguyên nhân tạo nên một
số biểu hiện dị thường địa nhiệt ở nước ta
Qua sự phân tích ở trên, có thể nhận định tiền đề chủ yếu của sự hìnhthành trường nhiệt trên lãnh thổ Việt Nam là những hoạt động tân kiến tạo vàkiến tạo hiện đại cùng với trạng thái ứng suất trong vỏ Trái Đất, kích hoạtnhững đứt gãy cổ hoặc làm phát sinh các đứt gãy mới, đóng vai trò “kênh dẫn”đưa nhiệt dịch từ dưới sâu đi lên, tàng trữ trong đới dập vỡ, tạo thành những
mỏ thủy nhiệt kiểu khe nứt - mạch (fissure - vein hydrothermal deposit), phân
bố thành dải kéo dài, nhưng chiều ngang hẹp, nên trữ lượng hạn chế Còn cácvõng Sông Hồng và Cửu Long là hai bể trầm tích trẻ, không có quan hệ vớihoạt động magma, trường nhiệt phát sinh chủ yếu theo quy luật địa nhiệt cấpvới gradien chỉ đạt mức trung bình, nên cũng không thể hình thành những hệthống địa nhiệt quy mô lớn kiểu địa áp (geopressured geothermal system)
Trang 164 Phuơng pháp Địa vật lý
4.1 Phương pháp trọng lực
Phương pháp đo trọng lực được sử dụng trong quá trình thăm dò địa nhiệt để xácđịnh mật độ biến đổi liên quan đến các thể magma sâu bên trong, có thể lànguyên nhân dẫn đến nguồn nhiệt Những dị thường được tạo bởi mức độ khácnhau của sự khác biệt của magma trong chiều sâu của lớp vỏ bề mặt từ đó tạo ra
sự biến đổi chiều sâu của lớp đẳng nhiệt
Phương pháp đo trọng lực được thực hiện chủ yếu ở các khu vực địa nhiệt
để xác định thay đổi mực nước ngầm và giám sát sụt lún Hiệu ứng này có thểxuất hiện trên bề mặt và tạo ra sụt lún có tỷ lệ phụ thuộc vào tốc độ nạp của chấtlỏng trong khu vực khai thác và các loại đá được quan tâm bởi sự nén chặt.Quan sát trường trọng lực lặp đi lặp lại liên quan đến thay đổi thời tiết có thể xácđịnh mối quan hệ giữa trọng lực và lượng mưa tạo ra nước ngầm cạn hay đầy.Khi lực hấp dẫn được hiệu chỉnh bởi hiệu ứng này, sự thay đổi trọng lực chothấy lượng nước thải vào khí quyển được thay thế bằng dòng chảy tự nhiên.Quan sát thủy văn dưới lòng đất bằng phương pháp trọng lực rất quan trọng khinghiên cứu địa nhiệt một cách có hệ thống
Phương pháp đo từ rất hữu ích trong việc lập bản đồ các núi lửa có liênquan thăm dò địa nhiệt, nhưng tiềm năng lớn nhất của phương pháp nằm ở khảnăng của nó để phát hiện chiều sâu mà nhiệt độ Curie đạt được Vật liệu sắt từthể hiện một hiện tượng đặc trưng bởi sự mất đi gần như tất cả tính nhạy cảm từtính tại một nhiệt độ tới hạn gọi là nhiệt độ Curie Các khoáng vật sắt từ khácnhau có nhiệt độ Curie khác nhau, nhưng nhiệt độ Curie của titano-magnetite,
Trang 17phổ biến từ mineral trong đá magma, nằm trong khoảng từ vài trăm đến 570°C.Khả năng xác định độ sâu đến điểm Curie sẽ là khả năng xác định chiều sâu tốt.
Hình 6: Tính tương quan giữa độ từ cảm và hàm lượng sắt từ trong đá xâm
nhập.
4.3 Phương pháp địa chấn
Phương pháp địa chấn có thể được chia thành hai phương pháp: phươngpháp địa chấn nghiên cứu thụ động nhằm nghiên cứu với những ảnh hưởng củađộng đất tự nhiên hoặc những trận động đất liên quan đến khai thác và tiêm chấtlỏng địa nhiệt và phương pháp địa chấn nghiên cứu chủ động, bao gồm tất cảviễn cảnh địa chấn có nguồn sóng nhân tạo
4.3.1 Phương pháp địa chấn nghiên cứu thụ động
Phương pháp này được quan sát trên hệ thống địa nhiệt diễn ra chủ yếu ởcác khu vực được đặc trưng bởi một hoạt động vi mô tương đối cao Tuy nhiên,chi tiết ở đó dường như không phải là mối quan hệ một-một giữa các địa điểmquan sát và sự hiện diện của các hồ chứa địa nhiệt Việc xác định các điểm quansát trong một khu vực tiềm năng chủ yếu như một phương tiện để điều tra và mô
tả hiện đại hoạt động kiến tạo, có thể được kiểm soát bởi cùng một vài yếu tốđặc trưng vị trí của một hệ thống địa nhiệt; trong một vài hoàn cảnh đặc biệtthuận lợi, nghiên cứu về vi mô hoạt động này nhằm khắc phục khi khoan vào đá
bị gãy trong một hồ chứa địa nhiệt
Thời gian xảy ra một trận động đất được ghi lại tại một số trạm quan trắcđộng đất từ đó xác định được vị trí trận động đất xảy ra Khi tính toán, người tathường cho rằng năng lượng động đất được phát ra từ một nguồn điểm và rằng
Trang 18các sóng địa chấn xuyên qua trong vỏ trái đất thống nhất được ghi lại tại mỗitrạm địa chấn
Để xác định tâm chấn, các ẩn số là các tọa độ x, y và z được xác định cùngvới thời gian và tốc độ truyền sóng dưới bề mặt Với giả thiết tốc độ sóng khôngđổi, vị trí của tâm chấn có thể là chỉ tìm thấy từ bốn lần Tuy nhiên, các phươngtrình không phải lúc nào cũng ổn định bởi tốc độ sóng có thể không giống nhaucho tất cả các đường đi Tương tự như vậy, nếu có các biến thể trong vận tốc từđiểm này sang điểm khác Phương án thay thế có thể làm việc tốt hơn liên quanđến việc sử dụng thời gian đến cũng như đến p lần Trong trường hợp này, mộtgiải pháp có thể thu được bằng cách sử dụng các điểm đến của sóng p (sóngdọc) và sóng s (sóng ngang) được ghi lại ở ba trạm Một sơ đồ Wadati là mộtbiểu đồ chéo giữa thời gian đến p và s – p sự khác biệt về thời gian đến, đượcxây dựng (hình 7) Nếu xu hướng p so với p - s lần được dự báo là không có sựkhác biệt p - s, thời gian gốc cho trận động đất được xác định Khi đã biết thờigian xuất xứ, chỉ cần ba lần đến để có được giải pháp cho tọa độ của một trậnđộng đất
Hình 7: Ví dụ một cuộc khảo sát vi mô của khu vực Đông Rift trên Đảo Hawaii Các sóng p và s được ghi lại trên một dải với khoảng cách gần nhau Các
đường dốc là loci của các điểm có cùng tỷ lệ Poisson.
Trang 19Ngoài việc xác định của các trận động đất mang tính địa phương trongmột nghiên cứu địa nhiệt cho ta thông tin về địa chất và kiến tạo nơi xảy ranhững trận động đất này.
Tóm lại, các phương pháp địa chấn thụ động có hiệu quả nhất khi xácđịnh trấn tâm của trận động đất nhỏ trong khu vực có tiềm năng Thông tin bổsung có sẵn từ các vị trí động đất vi mô như vậy bao gồm việc xác định tỷ lệPoisson, thường biểu thị đứt gãy Ngoài các ứng dụng này về phương pháp địachấn thụ động, một số phương pháp tiếp cận khác cũng đã được đề xuất Chúngbao gồm phát hiện sự chậm trễ sóng p và quan sát tiếng ồn dưới đất Nếu sự giatăng nhiệt độ dẫn đến việc giảm vận tốc sóng p trên một khối lượng lớn tronglớp vỏ, đo thời gian trễ từ teleseisms hoặc xa động đất có thể được sử dụng đểxác định vị trí các hoạt động như nguồn địa nhiệt hệ thống Kỹ thuật này đã làchủ đề nghiên cứu đáng kể trong những năm gần đây, nhưng đã phải đối mặt vớinhững khó khăn thực tế trong quá trình triển khai Teleseisms xảy ra ở khoảngcách đủ lớn để được sử dụng trong các cuộc điều tra độ trễ sóng p, hiếm khi xảy
ra, có lẽ là vài lần một tháng, với cường độ cần thiết để có được thời gian đếnchính xác của sóng p Để có được một bức tranh chi tiết về cấu trúc bên dưới,hàng trăm lượt sóng đến phải được ghi lại Điều này chỉ có thể được thực hiệnbằng cách sử dụng một vài trạm trong một thời gian dài hoặc một số lượng lớncác trạm trong khoảng thời gian ngắn hơn
4.3.2 Phương pháp địa chấn nghiên cứu chủ động
Cả hai phương pháp địa chấn phản xạ và khúc xạ được sử dụng trong thăm
dò địa nhiệt Khảo sát địa chấn khúc xạ đã được sử dụng ở một mức độ hạn chế
vì cung cấp thông tin ở độ sâu 5 đến 10 km và các vấn đề gây ra bởi mức độphức tạp cao về cấu trúc địa chất trong các khu vực có khả năng lưu trữ các hệthống địa nhiệt Yêu cầu kỹ thuật chính để sử dụng phương pháp địa chấn phản
xạ là mặt dưới được tạo thành lớp mỏng trong các đặc tính âm thanh sao chophản xạ có thể theo dõi theo chiều ngang và gián đoạn trong phản xạ có thểđược sử dụng để xác định lỗi sự dịch chuyển đã diễn ra
Trang 20Kết quả của phương pháp địa chấn được thể hiện bởi mặt cắt ngang tronghình 5, được nội suy từ giải thích phần thời gian địa chấn như trong Hình 9 vàcác dữ liệu điện khác thu được bằng phương pháp Schlumberger Vùng có điệntrở suất tương đối thấp, được cho là đại diện cho hồ chứa nước suối khoáng,được xem là liên kết với một khối lỗi giảm xuống được truy tìm bởi bề mặt củacác dòng bazan.
Trang 21Hình 9: Giá trị điện trở thu được từ phép đo Schlumberger.
Các phương pháp thu thập và xử lý dữ liệu địa chấn phản xạ thật tốt thôngqua máy và các thiết bị hiện đại cho phép quan sát hiện trường cần nghiên cứuxuống sâu hơn Nói một cách khác trong xử lý dữ liệu phản xạ địa chấn là, bằngcách thay đổi sự tách biệt giữa máy rung (máy tạo sóng địa chấn) và geophonelan truyền, có thể xác định tốc độ truyền sóng âm trung bình đến độ sâu của mộtphản xạ cần nghiên cứu
4.3.3 Phương pháp điện
Có nhiều phương pháp khác nhau để đo điện trở suất được sử dụng trongthăm dò địa nhiệt, dựa trên tiền đề rằng nhiệt độ ảnh hưởng đến tính chất điệncủa đá, hệ quả của nhiệt độ là tăng cường độ dẫn điện của nước trong các lỗhổng của đá Trong đá, độ dẫn điện diễn ra chỉ bằng cách thông qua các chấtlỏng trong lỗ hổng, vì hầu như tất cả các khoáng vật hình thành đá là chất cáchđiện ở những nhiệt độ nào đó Sự nâng cao tối đa tính dẫn điện xấp xỉ gấp 7 lầntrong khoảng 350°C và 20°C đối với hầu hết các chất điện giải (Hình 10)