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

Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí

Chơng 1
khái quát về phơng pháp địa chấn
trong địa chất dầu khí
1.1. Đặc điểm của các phơng pháp địa chấn.

Thăm dò dầu khí là một lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi phải sử dụng tổng
hợp nhiều phơng pháp địa chất và địa vật lý khác nhau. Các phơng pháp
địa vật lý tiến hành khảo sát trờng vật lý ở trên mặt hoặc trong các giếng
khoan, từ đó có thể xác định đợc các đối tợng địa chất bị phủ kín và nằm
ở dới sâu trong lòng đất. Do quá trình khảo sát và xử lý số liệu đợc thực
hiện với các thiết bị và phơng tiện hiện đại nên có thể tiến hành trên các khu
vực rộng lớn với năng suất và chất lợng 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 phơng 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 trờng 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 trờng dới 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 nh 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
trờng vùng nghiên cứu. Hình ảnh tiến hành phơng pháp địa chấn trên đất
liền và trên biển đợc minh hoạ trên các hình 1.1 và 1.2.
Có hai phơng pháp địa chấn chính là phơng pháp địa chấn phản
xạ và địa chấn khúc xạ. Phơng pháp địa chấn phản xạ sử dụng sóng
phản xạ từ các mặt ranh giới phân chia hai phần môi trờng mà phần trên

và phần dới có tốc độ truyền sóng và mật độ đất đá khác nhau. Phơng
pháp này đợc áp dụng rất rộng rãi và có vai trò quan trọng trong thăm
dò dầu khí, cho phép khảo sát đợc môi trờng địa chất từ độ sâu vài
trăm mét đến 4 - 5km.
Phơng pháp địa chấn khúc xạ sử dụng các sóng khúc xạ từ các mặt
ranh giới có tốc độ truyền sóng của lớp dới lớn hơn lớp trên. Trong thăm
dò dầu khí chúng thờng đợc sử dụng để xác định các mặt có tốc độ
truyền sóng tăng mạnh nh mặt móng kết tinh...
5


Mai Thanh Tân

Hình1.1. Hình ảnh đo địa chấn trên đất liền

Hình 1.2. Hình ảnh đo địa chấn trên biển
Phơng pháp địa chấn đợc 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 u, tự động hóa chơng
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
6


Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí

định hình thái cấu trúc địa chất, ngày nay phơng 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 nh thẩm định, đánh giá trữ lợng, phát triển và
khai thác mỏ...
Bên cạnh các u điểm rất cơ bản, phơng pháp địa chấn cũng có
hạn chế nh dải tần số sóng địa chấn thấp nên độ phân giải của lát cắt địa
chấn cha cao, do đó khó phân chia tỷ mỷ các phân vị địa tầng, ngoài ra
việc tách biệt và tăng cờng sóng có ích so với nhiễu không phải trờng
hợp nào cũng đạt yêu cầu mong muốn...
Để nâng cao hiệu quả của phơng 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 phơng pháp địa chấn với phơng pháp địa vật lý giếng khoan
và các phơng pháp địa chất khác.
Để hình dung hệ thống phơng pháp địa chấn chúng ta có thể xét mô
hình khái quát đợc thể hiện trên hình 1.3.
Nguồn

Môi trờng
địa chấnđịa chất
(A)

Trờng
sóng

-Phơng
pháp
- Thiết bị

(B)

Băng từ

- Xử lý
tích

- Phân

Lát cắt
địa chấn

(C)

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 phơng
pháp địa chấn là ghi nhận thông tin về trờng sóng đàn hồi do các đối tợng
địa chất gây ra, xử lý và biến đổi chúng để nhận đợc các lát cắt, bản đồ
phản ánh đặc điểm môi trờng cần nghiên cứu.
Khi tiến hành phơng pháp địa chấn, có thể coi môi trờng khảo sát bao
gồm các yếu tố địa chất và các tham số đàn hồi của đất đá là môi trờng địa
chấn - địa chất (khối A). Môi trờng địa chấn - địa chất vừa là đối tợng cần
nghiên cứu vừa là nguồn phát thông tin đới dạng sóng đàn hồi.
Để ghi nhận trờng sóng đàn hồi cần phải sử dụng hệ thống các
phơng pháp kỹ thuật và hệ thống máy móc thiết bị (khối B). Các hệ thống
phơng pháp và thiết bị này có nhiệm vụ biến đổi trờng sóng đàn hồi
thành các tài liệu có thể lu trữ và nhận biết đợc dới dạng các băng từ. Hệ
các phơng pháp kỹ thuật và thiết bị chính là phơng tiện để tích luỹ thông
tin. Trong quá trình phát triển, các phơng pháp kỹ thuật không ngừng đợc
hoàn thiện, đề xuất phơng pháp mới, cải tiến và chế tạo máy móc thiết bị
7

Mai Thanh Tân

hiện đại để thu nhận một cách tối đa lợng thông tin do môi trờng địa chất
phát ra. Hiện nay thờng 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 đợc dới dạng băng từ, cần tiến
hành quá trình xử lý và phân tích (khối C). Đây là quá trình khai thác thông
tin để đợc các kết quả địa chất phản ánh đặc điểm môi trờng địa chất, đặc
biệt là các đối tợng cần nghiên cứu. Ngày nay việc áp dụng các thiết bị và
chơng 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 phơng pháp thăm dò địa chấn
Thăm dò địa chấn đợc 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 trờng sóng.
Phơng pháp địa chấn phản xạ đã đợc Reginal Fessenden đặt nền
móng vào năm 1913, tuy nhiên đến năm 1927 mới đợc ứng dụng ở vùng
Oklahoma (Mỹ). Năm 1934 G.A. Gambusev (Nga) cũng đã đa
phơng pháp sóng phản xạ vào sản xuất. Phơng pháp địa chấn khúc
xạ đợc Mintrong (Mỹ) đề xuất từ năm 1919 và bớc đầu áp dụng ở
Mehico và vùng ven biển nớc Mỹ, năm 1930 đã ứng dụng để phát

hiện các vòm muối. Năm 1939 G.A. Gambusev (Nga) cũng đã đề xuất
phơng pháp liên kết sóng khúc xạ.
Năm 1956, phơng pháp điểm sâu chung đã ra đời đánh dấu
bớc phát triển quan trọng của phơng pháp địa chấn phản xạ nói riêng
và của địa chấn thăm dò nói chung. Từ những năm 80, phơng pháp địa
chấn 3D đợc đề xuất và đa vào sản xuất, tiếp đó các phơng pháp địa
chấn đa thành phần (4C), địa chấn 4D... đợc 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 đợc bắt đầu từ năm 1953 khi các trạm địa chấn ghi băng từ
đợc đa vào sản xuất, từ đó ngày càng có nhiều máy tính điện tử cỡ
lớn đợc sử dụng để xử lý các số liệu địa chấn. Các bộ chơng trình xử
lý hiện đại xuất hiện ngày càng nhiều kèm theo đó là chất lợng xử lý
ngày càng cao.
8


Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí

Sự ra đời của phơng 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 đợc phát triển mạnh
mẽ trong mọi lĩnh vực từ phơng 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 lợng địa chấn thăm dò ngày càng lớn, phạm vi sử dụng thăm
dò địa chấn ngày càng đợc 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 đợc 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 đợc những thành tựu đáng tự hào của ngành dầu khí trong
những năm qua, sự phát triển nhanh chóng và những kết quả đạt đợc
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 nớc ta đợc tiến hành từ những năm
60 với sự giúp đỡ của Liên Xô (cũ). Công tác này đợc triển khai ở các
vùng trũng Hà Nội, An Châu. Các phơng pháp địa vật lý đặc biệt là
phơng pháp địa chấn phản xạ, địa chấn khúc xạ đã đợc 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 nh 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 đợc 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 sờn lục
9

Mai Thanh Tân

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 nớc thống nhất, công
tác thăm dò dầu khí đợc đẩy mạnh trong phạm vi cả nớc. Năm 1975,
công tác tìm kiếm thăm dò dầu khí đợc 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 nh 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 bớc
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 chơng trình SEATAR, tàu Sonne đã khảo sát nhiều lợt khu
vực quần đảo Trờng sa (1981-1983).

Từ năm 1981, Xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro đợc 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
bớc phát triển mới của ngành dầu khí nớc 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 nớc 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
10


Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí

phía Nam. Từ năm 1990 đến nay, việc khảo sát tỉ mỉ bằng phơng 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 đợc tiến hành khẩn trơng.
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 lới (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 đợc 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
hớng 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 nh 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 lới tuyến khu vực

từ Đà Nẵng đến bắc T Chính. Trên vùng T 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 đợc tiến hành liên tục, trong đó đặc biệt là áp
dụng các phơng pháp hiện đại nh 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 nớc sâu xa bờ nh các bể
Phú Khánh, T Chính - Vũng Mây, vùng quần đảo Trờng sa, Hoàng sa...
cũng đang đợc 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 nớc ta có
luật đầu t nớc ngoài (1988) và luật dầu khí (1993) đã thu hút nhiều
công ty dầu khí Quốc tế đầu t 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 nớc 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 nớc
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
lợng và khai thác với khối lợng khoảng 1,4 triệu mét khoan với tổng
chi phí đầu t thăm dò khai thác trên 7 tỷ USD.

11


Mai Thanh Tân

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

động ở Việt Nam đợc nêu trên hình 1.4 và kết quả công tác thu nổ địa
chấn từ 1988 đến năm 2004 đợc 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
12


Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí

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

Dầu khí là tài nguyên quý hiếm, là nguồn năng lợng và nguyên
liệu quan trọng cho sự phát triển kinh tế của đất nớc. Trữ lợng 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 lợng 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 nớc. 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 đa Việt Nam vào danh sách
các nớc 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
cha thăm dò, đặc biệt là các vùng nớc sâu, vùng xa bờ, vùng giáp
ranh; thăm dò tỷ mỷ và khai thác các mỏ nhỏ, các mỏ khí có hàm lợng
CO2 cao; mở rộng hợp tác đầu t thăm dò khai thác ở nớc ngoài.

Những vấn đề trên đòi hỏi phát triển mạnh mẽ các giải pháp kinh tếcông nghệ, trong đó sự phát triển của thăm dò địa chấn đóng vai trò hết
sức quan trọng.

13