PHÂN TÍCH TÀI LIỆU TỪ VỚI MỤC ĐÍCH TÌM KIẾM HYDROCARBON

 

PHAN THỊ KIM VĂN

Viện Địa Chất, Viện KH & CN VN, 18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội

 

Tóm tắt: Các khoáng vật từ magnetit tồn tại trong các tích tụ dầu và khí có thể là dấu hiệu trực tiếp chỉ ra các trầm tích chứa dầu và khí. Đó chính là cơ sở của việc áp dụng phương pháp từ để thăm dò hydrocarbon trong các bể trầm tích chứa dầu. Để thực hiện công việc này cần phải tách được các nguồn dị thường yếu do sự tập trung thấp của các khoáng vật từ.  Các dị thường yếu này thường bị che bởi các dị thường từ có cường độ mạnh hơn do các đá có từ tính cao nằm phía dưới gây ra. Các dị thường yếu có thể được tách ra bằng cách áp dụng các bộ lọc tần số. Phương pháp lọc này đã được thử nghiệm trên những số liệu thu được từ các mô hình của các nguồn gây dị thường từ. Bài báo cũng trình bày các kết quả xác định tham số nguồn như độ sâu, toạ độ ngang các đỉnh trên mô hình lý thuyết và trên số liệu thực tế ở vùng trũng Hà Nội. Các kết quả nghiên cứu đã chứng tỏ khả năng ứng dụng phương pháp từ trong mục đích tìm kiếm hydrocarbon ở Việt Nam.

 

Phương pháp từ trước đây đã đóng vai trò gián tiếp trong tìm kiếm dầu khí, như việc giúp xác định các cấu trúc móng kiểm soát tích tụ hydrocarbon trong các bể trầm tích nằm phủ trên. Trong những năm gần đây, nhờ các nghiên cứu về các khoáng vật từ tính đi kèm trong quá trình hình thành các tích tụ dầu khí, các nhà tìm kiếm đã có một cách nhìn mới về khả năng ứng dụng phương pháp từ để phát hiện các mỏ dầu và khí.

Trong những năm 90 trên thế giới đã xuất hiện một trào lưu mới trong việc áp dụng các phương pháp từ với mục đích tìm kiếm dầu và khí. Nổi bật là các công trình của Saunders, Goldhaber, Reynolds Andrew và các cộng sự. Các nhà khoa học này cho rằng các đá trầm tích trong các bể chứa dầu và khí có thể bao gồm các khoáng vật từ tính biểu sinh. Họ giả thiết rằng các khí hydrocarbon ở trong các mỏ có thể thoát ra dọc các khe nứt và gây ra sự biến đổi hoặc tạo ra các quá trình phát triển sinh vật, làm hình thành các khoáng vật từ trong các đất đá nằm phía trên. Sự tồn tại của chúng có thể nhận được qua các dị thường từ.

Nhiều công trình trên thế giới đề cập đến sự hiện diện của các khoáng vật từ tính trong trầm tích và chỉ ra khả năng sử dụng chúng như một dấu hiệu của các bẫy khí hydrocarbon. Điều này đã khiến chúng tôi tiến hành thử nghiệm phân tích số liệu từ với mục đích tìm kiếm hydrocarbon ở vùng trũng Hà Nội, nơi mà các nhà chuyên môn đang rất quan tâm.   

I. KHẢ NĂNG NHIỄM TỪ CỦA CÁC ĐÁ CHỨA DẦU

Cơ sở để sử dụng các phương pháp từ với mục đích xác định trực tiếp hoặc bán trực tiếp dầu và khí dựa trên việc xác định magnetit tạo đá do vết lộ hydrocarbon gây ra.

Trong thời gian qua trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết liên quan đến việc thành tạo của magnetit tạo đá. Theo D.F Saunder và S.A Terry thì có ba khả năng để hematit (không từ tính) trong các trầm tích nằm trên nơi có tích tụ dầu khí chuyển hoá thành magnetit (có từ tính), đó là [2]:

- Sự biến đổi hoá học do sulfur hydro được tạo thành nhờ vi khuẩn đã biến đổi sulfat trong môi trường có khí hydrocarbon. Sulfur hydro có thể được tạo thành trong các bể nông với sự tham gia của các vi khuẩn kị khí trong điều kiện mất nước nhanh. Vi khuẩn lựa chọn thức ăn của nó từ các hydrocarbon và oxy được giải phóng bởi sự biến đổi của các ion sulfat khi có nước thẩm thấu vào.

- Các ion sulfat được tạo ra trong dung dịch kết hợp với hematit và nước để tạo thành magnetit.

- Các ion sắt được tạo ra ở một độ sâu nào đó có thể di chuyển lên phía trên vào trong vùng oxy hoá. Sự oxy hoá chậm có thể trực tiếp tạo ra magnetit.

Về vấn đề này các nhà khoa học Nga có quan điểm khác đôi chút. Berezkin đã liên kết sự có mặt của các magnetit với tái tạo của siderit. Họ cũng có một điểm khác trong việc nhìn nhận vai trò của vi sinh vật trong thành tạo magnetit và cho rằng các vi sinh vật đóng vai trò chính trong sự oxy hoá các hydrocarbon dẫn đến thành tạo các axit hữu cơ đơn giản nhất, các axit carbon...lần lượt phản ứng hoá học với các khoáng vật trong đất đá vây quanh.    

Sự hiện diện của các khoáng vật từ tính ở các nơi tích tụ dầu và khí đã được chứng minh ở nhiều vùng khai thác dầu và thường ở các độ sâu từ 300 m đến 900 m [2]. Các dị thường từ gần bề mặt thường được xem như gắn liền với các khu vực sinh dầu [5]. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các cơ chế cả vi sinh vật lẫn sinh vật đều có thể tạo ra các khoáng vật sulfur từ tính (pyrhotit, greigit, vv.) ở vết lộ hydrocarbon.

Các hydrocarbon có thể giảm sự từ hoá bằng cách thay thế các khoáng vật từ tính vụn với các khoáng vật sulfur phi từ tính. Mối liên hệ trực tiếp như vậy có thể giải thích được bản chất của các dị thường từ gần bề mặt trong bể trầm tích có mặt hydrocarbon. 

Sự biến đổi của hematit không từ tính thành magnetit tạo ra các dị thường “gợn sóng” trên trường toàn phần hàng không [2].

II. PHÂN TÍCH SỐ LIỆU

Các khoáng vật từ (magnetit) tồn tại trong các tích tụ dầu và khí có thể chỉ ra một cách trực tiếp sự biểu hiện của các trầm tích chứa dầu và khí và đó là cơ sở của việc áp dụng phương pháp từ để thăm dò hydrocarbon trong các bể trầm tích chứa dầu.

Nhiệm vụ cơ bản của việc áp dụng các phương pháp từ vào mục đích tìm kiếm các hydrocarbon là phải tách được các nguồn dị thường yếu do sự tập trung thấp của các khoáng vật từ.  Các dị thường yếu thường bị che bởi các dị thường từ mạnh hơn do các đá có từ tính nằm phía dưới gây ra. Các dị thường này có thể tách ra bằng cách áp dụng các bộ lọc tần số.

Để giải quyết nhiệm vụ này, chúng tôi đưa ra một quy trình phân tích số liệu bao gồm hai bước như sau:

- Bước thứ nhất để tách các dị thường yếu. Trong bước này các bộ lọc tần số được sử dụng để tách các dị thường yếu liên quan đến các mỏ dầu và khí. Các dị thường yếu này thường bị trường từ mạnh hơn do các đất đá phía dưới móng che lấp. Trong nghiên cứu này chúng tôi đã sử dụng chương trình FFTFIL của Hildenbrand [3] cho phép thực hiện các bộ lọc 2 chiều dùng biến đổi Fourier nhanh. Phương pháp lọc này đã được thử nghiệm trên các số liệu nhận được từ các mô hình của các nguồn dị thường từ đơn giản.

- Bước tiếp là xác định các vị trí không gian của nguồn gây dị thường từ như độ sâu, vị trí đường bao của các đối tượng địa phương. Để giải quyết được nhiệm vụ này chúng tối đã sử dụng phương pháp Boundary của Blakely và Simpson để xác định vị trí nằm ngang các ranh giới và các phương pháp xác định độ sâu như phương pháp Werner của Hartman, phân tích tín hiệu của Nabighian, phương pháp tự động hiệu chỉnh của Phillips, phương pháp Euler của Thompson [1].

Dưới đây là các kết quả nghiên cứu ứng dụng phương pháp lọc tần số, phương pháp xác định toạ độ ngang các ranh giới và các phương pháp xác định độ sâu đã nêu trên mô hình lý thuyết có các tham số như góc nghiêng từ hoá nhỏ và ở vùng trũng Hà Nội.

1. Mô hình lý thuyết

 Để tìm hiểu, đánh giá khả năng tách các dị thường yếu của phương pháp lọc tần số, một mô hình lý thuyết ba chiều đã được thiết kế. Mô hình này bao gồm 7 khối hộp chữ nhật với các tham số được biểu diễn trên bảng 1 và các tham số của trường từ Trái đất như sau: T₀ = 48000 nT, I₀ = 20°, D₀ = 0°. Vật thể thứ nhất có kích thuớc và độ từ cảm lớn tượng trưng cho nguồn của trường khu vực, 6 khối hộp chữ nhật còn lại với kích thước nhỏ, nằm nông và có độ từ cảm nhỏ, được phân bố thành hai cấu trúc nhỏ tượng trưng cho nguồn địa phương- liên quan với những nơi có tích tụ dầu và khí. Sơ đồ phân bố các vật thể này trên mặt phẳng nằm ngang được thể hiện ở hình 1a và trên mặt phẳng thẳng đứng ở hình 1b.

Áp dụng phương pháp lọc dải, các dị thường yếu đã được tách ra. Trên hình 2a là trường dị thường từ DTa của mô hình lý thuyết - trường tổng; hình 2b biểu diễn trường dị thường nhận được sau khi đã lọc để tách ra trường dị thường yếu của các vật thể nằm nông.

Các kết quả nghiên cứu đã chứng tỏ khả năng áp dụng phương lọc tần số để tách các dị thường địa phương yếu ra khỏi trường khu vực.

Các kết quả xác định ranh giới nằm ngang của các đối tượng địa phương theo phương pháp Boundary của Blakely và Simpson được thể hiện trên hình vẽ 2c.

Độ sâu các đối tượng này được xác định theo các phương pháp như: phương pháp Werner của Hartman, phân tích tín hiệu của Nabighian, phương pháp tự động hiệu chỉnh của Phillips, phương pháp Euler của Thompson. Trên bản đồ dị thường của trường tổng (hình 2a) chúng tôi chọn tuyến T250 cắt qua phần trung tâm của dị thường và cũng tại vị trí như vậy trên bản đồ dị thường sau khi lọc (hình 2b) chúng tôi chọn tuyến T50b. Số liệu trên hai tuyến này được sử dụng để xác định độ sâu các vật thể gây dị thường. Hình vẽ 3 biểu diễn các kết quả xác định độ sâu trên các tuyến T50b và T250.

Các kết quả tính toán nhận được trên các mô hình lý thuyết đã chỉ ra rằng các độ sâu nguồn được xác định trên trường đã được lọc thì hội tụ và chính xác hơn đối với trường hợp khi trường chưa được tách.

Các kết quả phân tích nhận được trên các mô hình lý thuyết đã chứng tỏ được khả năng cũng như hiệu quả của quy trình phân tích trên. Chính đó là cơ sở để tiến hành áp dụng thử nghiệm hệ phương pháp này trên một số liệu thực tế ở vùng trũng Hà Nội, nơi có nhiều tiềm năng về khí nông đang được các nhà chuyên môn rất quan tâm.

 Bảng 1. Các tham số nguồn của mô hình lý thuyết

 

2. Vùng trũng Hà Nội

Trường dị thường từ DT_a của vùng nghiên cứu được thể hiện trên hình 4a, với các dị thường âm dương có giá trị cực trị trong khoảng từ –25 nT đến +30 nT. Kết quả áp dụng phương pháp lọc dải tần số cho thấy trên bản đồ trường lọc thể hiện các dị thường âm dương có kích thước và cường độ nhỏ hơn nhiều, dao động trong khoảng từ –12 nT đến 8 nT (hình 4.b).  Theo như quy trình đã sử dụng khi tính toán trên các mô hình lý thuyết, trên bản đồ trường nhận được sau khi lọc chúng tôi đã sử dụng phương pháp Boundary của Blackely và Simpson để xác định toạ độ nằm ngang của các biên vật thể.

Kết quả phân tích đã chỉ ra được ba cấu trúc nhỏ phân bố khu vực tây nam, trung tâm và phía bắc vùng nghiên cứu (hình 5.a).

 

 

 

Để đánh giá độ sâu của các cấu trúc này, các phương pháp xác định độ sâu đã được sử dụng trên các tuyến cắt ngang qua ba cấu trúc này. Các tuyến T2283, T2285,T2287 cắt qua cấu trúc nằm phía tây nam vùng nghiên cứu; các tuyến T2293, T2295 và T2297 cắt qua cấu trúc nằm phần trung tâm vùng nghiên cứu; các tuyến T2325, T2327 cắt qua cấu trúc phân bố phía bắc vùng nghiên cứu.

Hình 5b biểu diễn kết quả xác định độ sâu trên tuyến T 2295 bởi các phương pháp đã nêu trên cả trường trước khi lọc và trường sau khi lọc.

Trên các tuyến T2285, T2287, T2289 các kết quả xác định ranh giới nằm ngang chỉ ra vị trí của cấu trúc nằm  ở tây nam vùng nghiên cứu từ mốc 640 đến 660 với độ sâu nằm trong khoảng từ 300 đến hơn 900 m.

Trên các tuyến T2293, T2295, T2297, T2299, T2301 các kết quả xác định ranh giới nằm ngang chỉ ra vị trí của cấu trúc nằm  ở trung tâm vùng nghiên cứu từ mốc 670 đến 685 với độ sâu nằm trong khoảng từ 300 m đến hơn 1000 m. Các kết quả độ sâu cho thấy các giá trị độ sâu xác định trên trường lọc thông qua các phương pháp xác định độ sâu đã nêu hội tụ hơn và phù hợp với các thông tin nhận được từ các phương pháp khác.

Trên các tuyến T2325, T2327 các kết quả xác định ranh giới nằm ngang chỉ ra vị trí của cấu trúc nằm ở phía bắc vùng nghiên cứu từ mốc 660 đến 675 với độ sâu nằm trong khoảng từ 500m đến hơn 1400m.

 

So sánh các kết quả nghiên cứu trên đây với các tài liệu địa chất, địa vật lý ta thấy các cấu trúc xác định trên các tuyến T 2285, T2295 có thể liên quan đến các bể khí nông ở Tiền Hải, Thái Bình.

Các kết quả nghiên cứu trên mô hình lý thuyết và thực tế đã chứng tỏ khả năng áp dụng phương pháp từ trong việc tìm kiếm các hydrocarbon ở Việt Nam. Tuy nhiên trên thực tế cần phải có các phương pháp khác như địa chấn, địa hoá kết hợp trong quy trình tìm kiếm này.

III. KẾT LUẬN

Như vậy, ngoài mục đích sử dụng phương pháp từ để xác định móng kết tinh, các yếu tố kiến tạo của các bồn trầm tích liên quan tới các thành tạo dầu và khí, ngày nay phương pháp thăm dò từ với nội dung như trên đã mở ra hướng sử dụng mới trong việc tìm kiếm trực tiếp các bẫy dầu khí có độ sâu không lớn ở Việt Nam. Trong điều kiện tiến bộ kỹ thuật ngày nay, với điều kiện thích hợp đặc biệt trong việc tổ hợp với các phương pháp khác như địa chấn, địa hóa, các công nghệ từ có thể đóng góp vai trò to lớn hơn trong việc xác định các mỏ dầu và khí. Các kết quả nhận được trong nghiên cứu này là bước đầu tiên trong quá trình sử dụng phương pháp từ phục vụ công tác tìm kiếm dầu và khí ở Việt Nam. Tuy nhiên để nâng cao hiệu quả sử dụng cần kết hợp với các phương pháp khác.

Công trình nghiên cứu này đã nhận được sự hỗ trợ kinh phí của Đề tài nghiên cứu cơ bản mã số 731002 thuộc Chương trình nghiên cứu cơ bản (2002-2004). Xin chân thành cám ơn GS.TSKH Nguyễn Thị Kim Thoa và TS Đinh Văn Toàn đã tạo điều kiện cho tác giả thực hiện đề tài, GS. TSKH Phạm Năng Vũ đã đóng góp những ý kiến quý báu cho bài báo.

VĂN LIỆU

1. Cordell L., J. D. Phillips, and R.H. Godson. U.S. Geological survey potential-field geophysical software. Version  2.0.

2. Eventov L., 1997. Applications of magnetic methods in oil and gas exploration. The leading edge.

3. Hildenbrand T.G., 1983. FFTFIL: A filtering program based on two dimensional Fourier analysis:  U.S. Geol. Surv. Rep. 83-237, 31 p.

4. Milenko B. and Milinko G., 1983. Magnetic data processing for the purpose of hydrocarbon exploration in the Pannonia Basin, Yugoslavia. J. of Petrol. Technology, 35/12 :  110-118.

5. Raymond C. A. and R. J. Blakely, 1994. Crustal magnetic anomalies. U.S. Nat. Rep. to IUGG.