ĐẶC điểm của HYDRAT KHÍ và điều KIỆN THÀNH tạo – KHẢ NĂNG THĂM dò và KHAI THÁC ở TRÊN THẾ GIỚI và VIỆT NAM

ĐẶC ĐIỂM CỦA HYDRAT KHÍ VÀ ĐIỀU KIỆN THÀNH TẠO – KHẢ NĂNG THĂM DÒ VÀ KHAI THÁC Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM I ĐẶC ĐIỂM HYDRAT KHÍ I.1 Khái niệm Hydrat khí có tên khoa học Natural hydrate Gas Hydrate Đó chất dạng rắn, hình thành từ khí thiên nhiên nước, điều kiện áp suất cao (trên 30 atm) nhiệt độ thấp (dưới 00 C) Khi nhiệt độ tăng giảm áp suất, băng cháy phân giải theo tỷ lệ: m3 băng cháy cho 164 m3 khí methane 0,8 m3 nước Và hàm lượng methane vượt 75% thành phần Gas Hydrate thường gọi methane hydrat Hình (Hình 1) I.2 Các tính chất vật lý hydrat khí ❖ Hydrat khí giống tuyết tươi ép,màu hydrat thay đổi từ trắng đến xám tùy thuộc vào thành phần tạp chất có thành phần, đốt cháy với lửa màu vàng cam nhạt.Tinh thể hydrat khí có cấu trúc có cấu trúc gần tinh thể nước đá,bao gồm khung tinh thể nước (chất chủ) phân tử khí tạo hydrat(chất khách).Hydrat khí có khối lượng riêng từ 0,8-1,24g/cm3, tinh thể hydrat khí có độ bền học ,tính đàn hồi cao độ thấm nhỏ ❖ Tinh thể hydrat dễ bị phân hủy thành nước khí nhiệt độ tăng áp suất giảm.Thực nghiệm cho thấy:để phá hủy hoàn toàn mol hydrat metan cần 14,5Kcal; với đồng đẳng Metan C2+ nhiệt lượng cần cung cấp tăng lên theo khối lượng phân tử đạt tới 32Kcal ❖ Khi hydrat tạo thành từ nước có độ dẫn điện lớn nước trạng thái băng tới 10÷15 lần, tạo thành từ nước với độ khoáng hóa 10g/l độ dẫn điện lại nhỏ độ dẫn điện nước khống tới 3÷4 lần Độ dẫn điện hydrat tăng độ khống hóa nước tăng I.3 Cấu trúc hydrat khí Hydrat có cơng thức chung M.n.H2o :M phân tử tạo khí hydrat, n số phân tử nước(trong tự nhiên n=6-17) Quan sát thực tế khí tạo hydrat với tỉ lệ:CH4.7H20 ;C2H6.12H20;C3H818H20 Hydrat khí có cấu trúc tinh thể chứa khoảng trống lấp đầy phân tử khí hay chất lỏng dễ bay như: C2H6,CH4,H2S ,O2,N2,Ar,Xe,Br2, Do kích thước khoảng trống có giới hạn nên khí có đường kính phân tử lớn 0.7n.m khó tạo hydrat khí Trong dãy đòng đẳng Metan có cấu tử nhẹ từ CH4 đến iso Butan tạo hydrat khí Khí hydrat thường tạo nên dạng cấu trúc tinh thể lập phương –cấu trúc loại I loại II cấu trúc không gian tương ứng Pm⃗3n Fd⃗3m;hiếm gặp loại cấu trúc nhóm khơng gian lục phương P6/mmm Ơ sở loại I bao gồm 46 phân tử nước, loại gồm 136 phân tử nước loại H có 34 phân Hình 2.Cấu tạo khí hidrat tử nước Chúng tạo lên dạng cấu trúc đặc trưng khoảng trống chúng lấp đầy phân tử thích hợp LoạiI tạo hình 12 mặt ngũ giác (loại nhỏ )và hình 24 mặt ngũ giác (loại lớn), thích hợp để chứa khí metan, etan với đường kính phân tử khoảng 5.2Å(Hình 3) Loại II tạo 16 mặt ngũ giác (loại nhỏ) hình 36 mặt ngũ giác (loại lớn) thích hợp để chứa Propan, isobutan với kích thước Hình 3.Phân tủ chiếm giữ hốc cỡ lớn phân tử 5.9-6.9Å Loại H tìm Loại I cấu trú tạo nước thấy vịnh Mehico thích hợp với phân tử khí lớn Butan I.3.Giá trị kinh tế Trong điều kiện kinh tế toàn cầu phát triển mạnh mẽ, nhu cầu lượng trở lên cấp bách; nguồn lượng truyền thống (than,dầu khí )ngày cạn kiệt khí hydrat –với trữ lượng lớn gấp lần trữ lượng hóa thạch biết thu hút ý rộng rãi tồn giới Khí hydrat coi nguồn lượng tiềm tàng tương lai II.ĐIỀU KIỆN THÀNH TẠO HYDRAT KHÍ II.1 Điều kiện thành tạo hydrat khí ❖ Yếu tố tự nhiên ảnh hưởng đến hình thành Hydrat khí: • Điều kiện cần thiết để tạo thành hydrat khí áp suất cao nhiệt độ thấp khí hòa tan nước đạt độ bão hòa cần thiết Các chất khí thành tạo hydrat phần lớn khí tự nhiên như:CH4,C2H6,C3H8,CO2,N2,H2S, song chủ yếu CH4 CO2.Khí tham vào tạo hydrat khí chủ yếu khí sinh hóa hình thành từ phân hủy vật chất hữu tác động vi khuẩn men vi sinh • Đặc điểm lý hóa phân tử : - Về mặt lượng :Năng lượng tiêu tốn cho hình thành khoang trống lòng tinh thể hydrat nhỏ lượng càn thiết đẻ tạo hỗn hợp nước khí đóng băng điều kiện Nhờ “ liên kết Hydro” phân tử nước đóng băng tạo “khn” tinh thể - có chứa khoảng trống lấp đầy phân tử khí tạo thành Hydrat khí • Ngồi thành tạo hydrat khí chịu tác động yếu tố:thành phần cấu tử khí,độ khống hóa thành phần hóa học nước vỉa,chiều sâu đáy nước tầng chắn tầng chứa tạo điều kiện cho khí nước tích tụ ❖ Nhiệt độ áp suất thành tạo Hydrat khí • Hydrat khí thường tạo với nhiệt độ T= -5 ÷ 15 C P=25÷ 110 at(thích hợp P=30÷90 at) Hydrat khí tồn điều kiện áp suất khí với nhiệt độ thấp vài độ nước đóng băng • Các khí CH4 ,O2, N2,Ar,Kr,Xe thường tham gia tạo hydrat khí có cấu trúc I khơng có nhiệt độ tới hạn Các khí tham gia tạo Hydrat có cấu trúc II có nhiệt độ tới hạn : + C3H8 -Tth= 278,80 K áp suất P= 552kPa; + BrClF2C -Tth= 283,10 K áp suất P= 169kPa + CH3Cl - Tth= 293,60 k áp suất P= 496,0kPa ✓ Nhiệt độ tới hạn tạo Hydrat- Là nhiệt độ cao tạo hydrat khí Nếu nhiệt độ mơi trường vượt q giá trị tới hạn dù có tăng áp suất tạo hydrat + Nhiệt độ tăng lên theo tuyến tính đòi hỏi áp suất tăng theo tỷ lệ logarit Hình Đồ thị nhiệt áp tạo hydrat số loại khí • Từ hình vẽ ta thấy khí H2S có nhiệt độ tới hạn đạt giá trị cao T= 29,50C áp suất đạt 21at.Nhiệt độ tạo hydrat khí giảm độ khống hóa áp suất nước tăng lên.Trạng thái ổn định (trạng thái pha )của hydrat phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất thể đồ thị Hình 5.Đồ thị pha hydrat khí CH4 • Khi hàm lượng Metan lớn đòi hỏi điều kiện nhiệt độ thấp áp suất cao : - Khi nhiệt độ T=00C bền với áp suất P≥25at - Trong áp suất khí P=1at Hydrat metan bền vững T≤ 800C - Tuy nhiên ,do hiệu ứng “tự bảo tồn” Hydrat metan phân hủy tạo lớp vỏ băng bao bọc cản trở phân hủy hydrat • Ở điều kiên áp suất, kích thước phân tử khí (lỏng) tăng nhiệt độ tạo Hydrat khí tăng ví dụ: Dưới áp suất P=101,3kPa nhiệt độ tạo Hydrat CH4 T=194,40C ,C2H6 T=241,60K, C3H8 T=261,50K ❖ Yếu tố địa chất • Để tạo thành hydrat khí đòi hỏi lượng lớn nước ,vì lượng nước tích tụ có đủ thừa tồn khí tham gia vào thành phần Hydrat khí,còn khơng có đủ lượng nước cần thiết phần khí nằm cấu trúc hydrat ,phần lại tồn trạng thái khí tự • Dưới lớp trầm tích hydrat khí tồn bền vững khoảng độ sâu định : + Hydrat khí tồn điều kiện nhiệt độ áp suất định + Khi sâu vào lòng đất nhiệt độ tăng lên, vượt giá trị tới hạn nhiệt độ làm cho hydrat khí khơng thể tồn + Đới nhiệt áp thuận tiện cho thành tạo bền vững hydrat khí vỏ Trái đất gọi đới ổn định hydrat khí Đới ổn định Hydrat khí thường xác định mặt cắt phương pháp phân tích đồ hình(Chồng đồ thị đường cong thành tạo hydrat lên đường cong phân bố nhiệt độ áp suất theo độ sâu) Hình:6 Sơ đồ biểu diễn đới tồn hydrat khí trầm tích biển • Phần nhiều tích tụ hydrat khí nằm vùng có tốc độ trầm tích cao.Khống thể hydrat khí tạo phần mặt cắt trầm tích tiếp xúc: + Phía với tích tụ khí tầng đá chắn + Bên với nước vỉa dầu, khí khí Condensat ❖ Yếu tố địa lý Trong điều kiện nhiệt độ áp suất hydrat khí thường tồn vùng nước sâu 500m vùng có vĩ độ trung bình thấp chiều sâu nước biển từ 150÷ 200m vĩ độ cao.Tại vùng có mực nước biển sâu độ dày đới chứa hydrat khí mở rộng từ hàng trục đến hàng trăm m, vùng cực hydrat khí bắt gặp tập trầm tích nơng nằm lớp băng vĩnh cửu II.2 Nguồn gốc thành tạo khí hydrocacbon có hydrat Metan tạo lên 90% khí tạo hydrat khí hầu hết mỏ băng cháy tự nhiên sinh trái đất theo ba phương thức Metan bắt nguồn từ manti qua trình chiết tách từ vật liệu nguyên sinh bị nén chặt để tạo thành Trái Đất vững Nó tạo thông qua khử vật chất hữu bị trơn vùi nhờ vi khuẩn metan thành tạo sản phẩm phụ trình phân hủy(metan sinh học) thơng qua q trình trưởng thành nhiệt vật chất hữu bị trơn vùi Nguồn số liệu phân tích đồng vị cacbon cho thấy phần lớn Metan hydrat khí đại dương hình thành chủ yếu từ vật chất hữu bị trôn vùi bị biến đổi vi khuẩn chiếm ưu so với metan có nguồn gốc nhiệt Metan nguồn sinh học chủ yếu tích tụ trầm tích rìa lục địa nơi thông lượng cacbon hữu trao đổi với đáy biển lớn Các trầm tích chứa lượng vật liệu hữu vượt trội ,chủ yếu thực vật bị rửa lũa đưa ra.Thêm vào ,sản lượng sinh học đại dương cao dọc theo phần gờ thềm Đồng thời, đại dương rìa lục địa nơi có tốc độ trầm tích lớn nhất, khối lượng vật chất hữu bị trơn vùi nhanh Tốc độ tích tụ trầm tích nhanh bao bọc bịt kín vật chất hữu trầm tích để sinh vật sử dụng nguồn thứ ăn tạo metan sản phẩm phụ trước bị oxi hố nước biển đáy biển Mặc dù phần lớn lượng metan có nguồn gốc sinh học, có mặt etan khí hydrocac bon nặng khác lượng dầu thô phân hủy sinh học số vùng ví dụ phía bắc vịnh Mexico lại chứng cho nguồn gốc nhiệt trình sinh thành khí Loại khí sinh nhiệt độ cao sâu đáy biển so với khí Metan nguồn gốc sinh học ,hoặc độ sâu có gradient nhiệt tương ứng Hình Biểu đồ phân vùng nhiệt độ khí nguồn gốc sinh học nguồn gốc nhiệt theo gradien nhiệt độ sâu Sinh đới sâu tạo khí đốt thiên nhiên nguồn gốc sinh học phân bố độ sâu khác tùy thuộc vào bình đồ kiến tạo građient địa nhiệt Ở rìa va chạm,các thấu kính trầm tích dày gradient địa nhiệt sụt giảm cho phép khí nguồn sinh học hình thành từ khoảng độ sâu đáng kể, bị vô số chờm nghịch đứt gãy xuyên cắt tạo kênh dẫn cho khí di chuyển từ đới nóng nằm phần hậu cung đai rộng (Curry va nnk.,2004;Hyndman nnk.,2005) Tuy nhiên ,độ lỗ hổng trầm tích mơi trường thuận lợi cho khí di chuyển Các rìa tìm thấy dọc theo bờ Tây Bắc Mỹ nơi khác dọc theo mép phía Thái Bình Dương(Chẳng hạn rìa Cascadia), dọc theo bờ biển phía Đơng Ấn Độ rìa mảng va đập Indo-Australian ….và nơi khác có đới hút chìm nằm thấu kính tích tụ dày trầm tích dày trầm tích biển Hình 8.nền trầm tích phủ rìa lục địa tích cực hay va chạm Khí nguồn gốc nhiệt đưa lên từ nguồn sâu theo đứt gãy.TG-nguồn gốc nhiệt,BGnguồn gốc sinh học Cũng khí nguồn gốc sinh họ, khí có nguồn gốc nhiệt sinh thành từ sâu bên thấu kính từ trầm tích bị hút chìm, sinh thành từ gần nguồn nhiệt với đá magma chân cung núi lửa thấu kính tích tụ này, di chuyển khí tập trung dọc theo kênh dẫn vào đới khí hydrat ổn định (GHSZ-Gas Hydrat Sability Zone) đỉnh thấu kính.Tại rìa lục tích cục ,khí nguồn gốc nhiệt phổ biến Ở phía bắc vịnh Meexxico dầu lửa với mỏ Hydrat khí khí nguồn gốc nhiệt phổ biến băng cháy Ở rìa thụ động ,thường khơng có phá hủy cấu trúc cắt qua tồn nêm trầm tích Tuy nhiên, trầm tích muối tạo cấu trúc diapia xuyên qua trầm tích có bề dày đáng kể Các cấu trúc tạo hướng dịch chuyển gần thẳng đứng cho dung dịch lỏng khí từ sâu lên GHSZ gần bề mặt 10 Do trầm tích bên hâm nóng, nhiệt độ sâu tăng tới điểm tới hạn làm ngừng trình sinh khí, khí khơ (metan tinh khiết) sinh từ vật chất hữu với giá trị nhiệt độ cao Ở rìa lục địa cổ, chẳng hạn gờ biển Blake chứa trầm tích kỷ Jura giàu vật chất hữu có khả sinh metan Khí bắt nguồn từ đới chứa hydrat khí vùng Nankai chủ yếu meetan nguồn gốc vi sinh … Mặc dù vậy,nguồn gốc hydrocacbon không ảnh hưởng đến thành tạo hydrat khí Tốc độ cung cấp metan cho GHSZ phương thức cung cấp (ví dụ hòa tan nước ngầm hay dạng khí )mới yếu tố khống chế hình thành tập trung hydrat khí Sự tạo thành băng cháy thường xảy môi trường tự nhiên đủ chậm để nhiệt lượng sinh phản ứng ngừng lại giá trị mà không phụ thuộc vào độ sâu II.3 Môi trường thành tạo hydrat khí Phần lớn Metan hydrat bắt gặp gờ lục địa bồn biển rìa , giống Địa Trung Hải Biển Đen ,và số vùng băng hà vĩnh cửu.Có ngun nhân để metan nguồn gốc sinh vật tích tụ mơi trường nêu là: 1.Các vùng rìa đại dương vùng trũng đại dương nơi có lưu lượng cacbon hữu trao đổi với đáy biển lớn có tích tụ sản phẩm sinh học cao Đây nơi mà tốc độ trầm tích cao Các tích tụ trầm tích nhanh chóng bao bọc bảo vệ vật liệu hữu trước khỏi hoạt động oxi hóa, cho phép vi sinh vật cư ngụ trầm tích sử dụng vật liệu nguồn thức ăn,tạo metan –hợp phần hydrat khí II.4 Mơ hình hành tạo hydrat khí Trong tự nhiên Hydrat khí tồn dạng sau: • Dạng phân tán:hầu khắp trầm tích dạng lấp đầy lỗ hổng (đặc biệt cát) dạng ổ hay mạch nhỏ(phổ biến bùn) Đây 11 loại Hydrat khí phân bố rộng rãi xác định rõ mặt địa chấn • Dạng tích tụ: thường tồn mỏ xác định dạng khối, thường tụ đống bề mặt Các mỏ nhiên cứu thành công việc sử dụng tàu ngầm mini Một lượng đáng kể hydrat khí tích tụ theo hai dạng nêu Điều cho thấy tồn hai phương thức ,hai mơ hình tích tụ hydrat khí:Mơ hình dòng khí khuếch tán mơ hình dòng khí tập trung Tuy nhiên ,trên thực tế khơng vùng hồn toàn đặc trưng dạng hay dạng khác Mơ hình dòng khí khuếch tán điển hình phổ biển nhiều mơi trường rìa lục địa thụ động q trình trầm tích xảy chậm chạp toàn vùng thềm/sườn/gờ nâng lục địa rộng lớn bị ảnh hưởng hoạt động kiến tạo ❖ Mơ hình dòng khuếch tán Phần lớn metan có nguồn gốc sinh học hydrat khí sinh gần đáy vi khuẩn phân tán trầm tích Các vi khuẩn sinh metan cần có điều kiện thiếu oxi(điều kiện khử)bởi trầm tích chúng tồn mức nơi xảy khử sunphat Mặc dù số vi khuẩn sinh metan tồn sâu hơn, mức sinh metan lớn tính m hay chục m đáy biển Trái lại kết địa chấn tài liệu lỗ khoan cho thấy độ tập trung hydrat khí nhìn chung tăng lên theo chiều sâu qua đới hydrat khí ổn định (GHSZ) tập trung nhiều gần đáy đới này(một vài trăm m tính từ đáy biển) Bối cảnh bình thường phải có khí tự bị bẫy giữ bên đáy GHSZ.Tốc độ chậm khí khí bị bẫy giữ điểm tương phản tốc độ từ tạo mơ hình phản xạ đáy(BSR) Sự thành tạo hydrat cần phải có q trình gần bão hòa nước lỗ hổng, có mặt bọt khí thuận lợi cho phát triển hydrat khí Hàm lượng hydrat khí cao bắt gặp đáy GHSZ chứng tỏ khí bị bẫy giữ bên hoạt động nguồn tạo hydrat khí vùng kề 12 cận tồn trình luân chuyển khí từ bồn chứa bên GHSZ lên để thành tao hydrat khí Hình thể mơ hình khuếch tán hydrat vị trí trầm tích có có vi khuẩn tích cực sinh metan(có thể sâu vài chục m tính từ đáy biển trở xuống) Hình 9:Mơ hình khái qt dòng khuyếch tán hydrat khí ❖ Mơ hình dòng tập trung Giải thích thành tạo mỏ hydrat nguồn gốc khí nhiệt, liên quan đến đứt gãy sâu, có BSR nằm nghiêng hay cắt qua lớp trầm tích tạo nhiều dạng bẫy III SƠ LƯỢC VỀ NGHIÊN CỨU HYDRAT KHÍ Ở CÁC NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI III.1 Cơng tác thăm dò, nghiên cứu hydrat khí Hiện hydrat khí nhiều nước đầu tư nghiên cứu dẫn đầu nước như:Hoa Kỳ, Canada, Nhật Bản, Hàn Quốc.Liên Bang Nga .Các quốc gia đầu tư mạnh mẽ việc nghiên cứu hydrat khí Đã có nhiều hội nghị quốc tế khí hyddrat tổ chức, có quy mơ tồn diện hội nghị quốc tế khí hydrat(ICGH) tổ chức năm lần, năm 1993 13 III.2 Công tác khai thác Do hydrat khí nằm sâu điều kiện nhiệt độ thấp, áp suất cao dễ bị phân hủy điều kiện nhiệt độ áp suất bình thường dẫn đến việc khai thác hydrat khí khó khăn, khó cho hiệu kinh tế Các nước giới tăng cường việc nghiên cứu cách khai thác hydrat khí có hiệu hi vọng khai thác hydrat khí quy mô công nghiệp vào thời gian gần IV KHẢ NĂNG TỒN TẠI HYDRAT KHÍ TRÊN BIỂN ĐƠNG VIỆT NAM IV.1 Khái quát địa chất địa hình đáy biển +Về địa tầng Các thành tạo địa chất khu vực biển Đông bao gồm: -Thành tạo trước Kainozoi(Kz) Các thành tạo trước Kz chủ yếu trầm tích biến chất, đá magma xâm nhập trầm tích gồm cuội kết, phiến sét, cát kết đá vôi gặp giếng khoan GK 15-A1X Đá xâm nhập bị phong hóa nứt nẻ giàu felspat, đá vơi Dolomit xen với đá phiến sét sét vôi tuoir Devon phát GK 112-AV-1X, Dolomit bị phong hóa nứt nẻ, khe nứt lấp đầy calcit kết tinh, số khu vực gặp đá phun trào biến chất tuổi Paleozoi, Mesozoi -Thành tạo Kainozoi Trong phạm vi khu vực biển nước sâu Việt Nam tồn loạt trũng Đệ Tam ghi nhận qua kết phân tích minh giải tài liệu địa chất, địa vật lý, đặc biệt tài liệu địa chấn sâu Tập đồn dầu khí quốc gia VN cơng ty nước ngồi Các thành tạo trầm tich Kz có chiều dày từ 4000m đến 10.000m, phát hàng loạt giếng khoan tìm kiếm thăm dò dầu khí bể trầm tích, ba gồm thành tạo sau: Oligocen: Đặc trưng phức hệ cát kết, sét kết than nâu, dày từ ài ngàn mét đến 2000m, chúng lấp đày địa hào bán địa hào hình thành thời kỳ tạo rift 14 Miocen: Thường phần trầm tích lục nguyên, phân trầm tích biển carbonat, sét xám chứa calci nhiều nơi gặp đá vơi dolomit ám tiêu san hô, đặc trưng khu vực đới nâng Tri Tôn Phần Miocen thành tạo chủ yếu bột kết xen kẽ đá phiến(như GK 118-CVX-1X) Pliocen: Trầm tích Pliocen chủ yếu sét, cát bột thành tạo môi trường biển biển nơng ven bờ, ngồi gặp ám tiêu san hơ( khu vực Trường sa Hồng sa) Các trầm tích Pleistocen đặc trưng trầm tích sét,, bột ngồi có đá ám tiêu san hô khu vực Trường sa Hoàng sa + Về lịch sử phát triển địa chất- kiến tạo khu vực Biển Đơng chia giai đoạn sau: - Giai đoạn trước Kainozoi: Chu kì tạo núi Yến Sơn có tác động mạnh mẽ đến khu vực Biển Đông tạo đai uốn nếp hình thành đới nâng Tri Tôn, hoạt động magma xâm nhập phun trào xảy mạnh mẽ - Giai đoạn tác giãn: Diễn từ Eocen kéo dài đến cuối Oligocen, nhiều nơi đén tận Miocen trung hình thành trũng, địa hào lấp đầy với thành phần lục nguyên cát, bột sét - Giai đoạn sau tạo rift: Sau thay đổi mực nước Miocen mà nhiều nơi đới nâng bị nhấn chìm khu vực phía nam bể Sông Hồng thay đổi môi trường thuận lợi cho phát triển ám tiêu san hô đồng thời mở rộng địa hào bán địa hào Đến Miocen muộn Pliocen trình sụt lún làm gia tăng chiều dày trầm tích trũng, thời kì hoạt động núi lửa trẻ Pliocen-Pleistocen dẫn đến hình thành đá magma xâm nhập, phun trào rộng khắp Biển Đông + Về địa hình địa mạo đáy biển Địa hình đáy Biển Đơng nói chung, vùng biển nước sâu Việt Nam phức tạp, bao gồm đồng bằng phẳng, cao nguyên, sườn dốc, sườn 15 thoải, đồi núi ngầm tạo nên hình ảnh tương phản địa hình khu vực Theo đặc điểm địa hình- địa mạo khu vực chia địa hình khu vùng sườn lục địa biển sâu dạng địa hình khác Địa hình thềm lục địa Đây phần lục địa kéo dài bị ngập nước giới hạn từ 0m đến 200m, có địa hình tương đối phẳng, độ dốc khơng 0,2 độ, vùng chịu ảnh hưởng hoạt động thủy triều, dòng chảy, di chuyển bồi tích Do q trình sụt lún móng granit tạo loạt trũng lớn lấp đầy thành tạo trẻ Kz tạo nên bồn trũng: Sông Hồng, Tây Lôi Châu, Nam Hải Nam, Cửu Long, Nam Côn Sơn chúng lấp đầy thành tạo lục nguyên-carbonat: cát, bột, sét carbonat Địa hình sườn lục địa Địa hình sườn lục địa Việt Nam vùng kề cận phân bố diện tích rộng gân nằm vùng nước sâu từ 150m đến 4000m Trên đồ phân vùng địa hình-địa mạo đáy Biển Đơng tác giả Nguyễn Thế Tiệp nhiều người khác thành lập năm 2006-2007 cho thấy sườn lục địa dải bao quanh thềm lục địa, vùng sườn có xu nghiêng dần phía trung tâm Biển Đơng Với độ doocs thay đổi khác nên sườn lục địa chia làm vùng sườn khác nhau: +Vùng sườn có địa hình dốc lớn: vùng có độ dốc từ vài độ đến hàng chục độ gọi sườn kiến tạo Đây dải hẹp có chiều rộng từ vài km đến hàng chục km, với địa hình biểu lộ thay đổi nhanh độ dốc từ thềm lục địa xuống, dải sườn dốc chạy từ Đông Bắc Biển Đông qua Tây Bắc quần đảo Hồng Sa, đến Đơng Phú Khánh, qua Tư Chính đến Borneo kéo dài đến tận Tây Nam quần đảo Philipin + Vùng sườn có địa hình dốc thoải: Vùng trải rộng từ chân sườn dốc đến tận chân sườn lục địa gián tiếp với rìa đồng biển thẳm đới tách giãn Biển Đơng Diện tích vùng sườn thoải phân bố vùng có chiều sâu nước biển 500m đến 3500m Trong vùng sườn thoải có trũng 16 Kainozoi rộng lớn với chiều dày trầm tích từ 4000m đến 8000m, trũng cung cấp nguồn khí cho q trình hình thành Hydrate khí biển Địa hình đáy biển thẳm Địa hình đáy biển thẳm chiếm hầu hết diện tích hầu hết phần trung tâm Biển Đông, với chiều sâu nước biển từ 4000 đến 5015m Đây khu vực có vỏ đại dương bộc lộ với lớp bazan điển hình, phủ lớp bazan lớp trầm tích trẻ có chiều dày mỏng Địa hình bao gồm đồng biển thẳm, ngồi có vực thẳm, hố sâu gò đồi, khối núi ngầm có chiều cao từ vài trăm mét đến 3-4 ngàn mét, núi lửa cấu thành từ đá bazan phun trào lên theo đứt gãy sâu chúng tạo thành dãy núi ngầm Biển Đông IV.2 Các điều kiện tiền đề hình thành hydrat khí biển Đơng IV.2.1 Điều kiện hình thành Hydrate khí Hydrate khí hình thành trầm tích biển cần có điều kiện sau đây: 1) Nước lỗ rỗng trầm tích phải bão hòa khí ga tự (chủ yếu CH4 ) 2) Tại phải đảm bảo áp suất thủy tĩnh đủ lớn; 3) Nhiệt độ trầm tích nước lỗ rỗng đủ nhỏ Điều kiện( 1) liên quan tới trầm tích phải có, độ rỗng chứa nước có khí tự bão hòa Các vùng thích hợp để thỏa mãn điều kiện thường vùng nước nông ven bờ bồn trầm tích, cửa sơng, vùng sườn lục địa cấc trúc địa chất nêm tăng trưởng, cao nguyên ngầm,các đới nâng, nón trầm tích đáy biển, turbidi, diapir bùn, volcano bùn Điều kiện áp suất nhiệt độ cần thiết khí tự nhiên hình thành trì dạng hydrate, độ sâu 1000m, hàm lượng khí CH4 100% nhiệt đọp để hình thành trì hydrate khoảng 11.5 độ C, hàm lượng khí CH4 95.9% nhiệt độ khoảng 16 độ C ham lượng khí CH4 90.4 % nhiệt độ 19 độ C 17 Dựa theo thành phần CH4 khí mà hydrate khí thường phân thành loại gọi cấu trúc loại I ( với 100% CH4 ), cấu trúc loại II ( với 95.4 % CH4 )và cấu trúc loại H ( với 90% CH4 ) Cấu trúc loại II loại H thành phần khí tự nhiên có thêm thành phần hydrocarbon nặng Điều kiện nhiệt độ đáy biển gradien địa nhiệt -Nhiệt độ đáy biển: Các số liệu đo đạc nhiệt độ nước biển Biển Đông cho thấy nhiệt độ đáy biển Đông hàm phụ thuộc độ sâu Trên hình cho thấy với độ sâu đáy biển từ 300- 500m nhiệt độ đáy biển thay đổi từ 10.5- 7.5 độ C độ sâu từ 1000-3000m nhiệt độ thay đổi khoảng 5- 2.5 độ C Với mức nhiệt độ này, phần nước sâu 3000m nước Biển Đơng Việt Nam hồn tồn đáp ứng điều kiện nhiệt độ để hình thành hdrate khí -Gradien địa nhiệt: Gradien địa nhiệt có tính khơng đồng tồn Biển Đơng có xu hướng tăng dần theo chiều sâu đáy biển Phần thềm lục địa gradien địa nhiệt có giá trị thấp (30-40 độ C/km), khu vực sườn lục địa gradient địa nhiệt có giá trị cao, từ 60-94 độ C/km Hình sơ đồ phân bố nhiệt độ độ sâu 250m(a) 500m(b) mực địa hịnh đáy biển Trên hình 6a ta thấy độ sâu trầm tích 250m hầu hết diện tích sườn lục địa Biển Đơng có nhiệt độ từ 17-22 độ C, với ngưỡng nhiệt độ điều kiện thuân lợi để khí tự kết tinh thành hydrate khí IV.2.2 Các tiền đề hình thành hydrate khí ❖ Độ sâu địa hình đáy biển Trên khu vực biển Việt Nam, phần lớn diện tích biển nước ta nằm khu vực biển nước sâu >300m đến 3500m Khu vực quần đảo Hồng Sa Trường Sa, địa hình độ sâu đáy biển thay đổi mạnh, phần lớn biển khu vực có độ sâu >300m đến 3000m Phần lớn địa hình có phương cấu trúc ĐB-TN vỹ tuyến , trùng với hướng tách giãn Biển Đơng Địa hình xuất nhiều cấu trúc dạng núi lửa Dạng địa hình khu vực thuận lợi cho việc hình thành cao nguyên ngầm, đới nâng, turbidi, diapir bùn, volcano bùn, nêm tăng trưởng 18 Phần sườn lục địa miền trung đơng nam, địa hình đáy biển thay đổi đột ngột từ vài trăm mét xuống 1500m-2500m, tạo vách địa hình dốc đứng Tại xuất nhiều cấu trúc núi lửa trẻ, Đây vùng địa hình thuận lợi cho việc hình thành cấu trúc dạng turbidi, nón trầm tích đáy biển, bùn núi lửa ❖ Cấu trúc kiến tạo Cấu trúc-kiến tạo đóng vai trò quan trọng việc hình thành phân bố hydrate khí Biển Đơng biển rìa hình thành tiến hóa nhiều giai đoạn khác từ Mesozoi đến Kainozoi Trong Kainozoi, Biển Đông hình thành trình tách giãn đáy đại dương vào thời kì từ 32-16 triệu năm Phần rìa bắc Biển Đơng thuộc loại rìa thụ động có sườn lục địa tương đối rộng 500-600 km Phần tây Biển Đơng rìa lục địa thụ động có sườn lục địa hẹp, kéo dài Phần phía đơng Biển Đơng rìa lục địa tích cực, có sườn lục địa hẹp, chạy dọc theo đới hút chìm hoạt động Manila Phần rìa lục địa phía nam có cấu trúc phức tạp, Mesozoi, khu vực phía nam quần đảo Trường Sa lại mang đặc trưng rìa lục địa tích cực,trong Kainozoi lại rìa lục địa thụ động Song song với việc hình thành bồn trũng Trung Tâm, loạt bồn trũng Kainozoi với chiều dày trầm tích lớn thềm lục địa hình thành Quá trình lún chìm nhiệt khu vực với tốc độ nhanh sau tách giãn Biển Đông ngừng vào 16 triệu năm trước yếu tố quan trọng định đến tốc độ lắng đọng trầm tích vật chất hữu trầm tích trẻ Các điều kiện kiến tạo nêu cho thấy sườn lục địa Việt Nam mang đặc trưng chủ yếu rìa lục địa thụ động, cấu trúc thích hợp cho việc hình thành hydrate khí cao ngun ngầm, đới nâng, nón trầm tích đáy biển, turbidi, diapir bùn, volcano bùn Riêng phần phía nam quần đảo Trường Sa tồn cấu trúc dạng nêm tăng trưởng cấu trúc thuận lợi cho việc tồn hydrate khí 19 Khu vực quần đảo Hoàng Sa hoạt động đứt gãy phát triển mạnh, bao gồm hệ thống đứt gãy ĐB-TN, TB-ĐN Hệ thống đứt gãy kênh dẫn khí từ sâu lên mặt Sườn lục địa phía Biển Đơng bao gồm phía tây Hồng Sa, khu vực bồn trũng Phú Khánh, bồn trũng Nam Côn Sơn, Tư Chính- Vũng Mây, hệ thống đứt gãy B-N phát triển mạnh mẽ, hệ đứt gãy lớn khu vực Các kết nghiên cứu địa chấn nông phân giải cao hệ thống đứt gãy B-N hệ thống đứt gãy trẻ Đệ Tứ Ngồi có hệ thống đứt gãy trẻ TB-ĐN, hệ thống đứt gãy dọc theo đới trượt Tuy Hòa, hệ thống đứt gãy ĐB-TN dọc theo phần phía Bắc khu vực Tư Chính- Vũng Mây Các đứt gãy chủ yếu yếu tố cấu trúc thuận lợi cho việc dẫn khí sâu lên để tích tụ thành hydrate khí Dọc theo sườn lục địa tây Biển Đông nơi núi lửa trẻ phát triển mạnh mẽ, xuất số núi lửa phun bùn Các núi lửa nguồn cung cấp để hình thành nên hydrate khí Khu vực quần đảo Trường Sa có hệ thống đứt gãy phát triển mạnh theo hướng khác ĐB-TN, kinh tuyến vỹ tuyến, TB-ĐN Trong thấy hệ thống đứt gãy ĐB-TN hệ thống chủ đạo, tiếp đến hệ thống đứt gãy kinh tuyến Trên khu vực hệ thống núi lửa phát triển nhiều,phân bố chủ yếu phần trung tâm Như thấy hệ thống đứt gãy núi lửa tiền đề thuận lợi cho việc hình thành hydrate khí khu vực 20 Hình 10.Bản đồ độ sâu đáy biển Đơng.Biển Đơng có độ sâu trung bình 1,2km 1.6x106 km2 diện tích mặt nước có độ sâu >300m ❖ Trầm tích nguồn khí Một đặc điểm thuận lợi cho việc hình thành hydrate khí điều kiện trầm tích khu vực Biển Đơng Trên hầu hết thềm lục địa bao bọc xung quanh sườn lục địa Biển Đơng hình thành bồn trũng với chiều dày trầm tích lớn hàm lượng vật chất phong phú bồn trũng Châu Giang, Đài Loan, Nam Hải Nam, Sơng Hồng phía Bắc, bồn trũng Phú Khánh, Cửu Long, Nam Cơn Sơn phía tây, bồn trũng Zenmun nhóm bể Trường Sa phía nam Phần lớn bồn trũng thềm lục địa bồn dầu khí coa tiềm lớn Với bồn dầu khí lớn, giàu hợp chất hữu bị chia cắt hệ thống đứt gãy trẻ tiền đề thuận lợi cho việc hình thành loại hydrate khí loại II loại H Ngồi ra, trầm tích trẻ có chiều dày lớn hình thành có tướng delta biển phát triển kha phổ biến rìa lục địa Việt Nam tiền đề tốt cho việc hình thành hydrate khí loại I IV.2.3 Các dấu hiệu địa hóa địa vật lý khí IV.2.3.1 Biểu dị thường BSR tài liệu địa chấn Lớp hydrate khí thể rõ nét dị thường địa chấn mặt phản xạ mô đáy(BSR) khoảng trắng mặt ranh giới Trong 21 cơng trình tác giả Trung Quốc cơng bố nhiều mặt cắt địa chấn có dị thường BSR liên quan đến hydrate khí Biển Đơng phần trũng Hồng Sa, Dongsha, trũng Đài Loan, trũng Palawan Mặc dù Việt Nam chưa có dự án đo địa chấn nhằm xác định dị thường BSR phục vụ cho công tác nghiên cứu hydrate khí Biển Đơng Tuy nhiên, thấy dị thường BSR mặt cắt địa chấn dầu khí đo vùng sườn lục địa Việt Nam IV.2.3.2 Biểu dị thường địa hóa khí Các dị thường khí di chuyển dọc theo đứt gãy phát rõ tài liệu địa chấn dầu khí tài liệu lấy mẫu địa hóa khí V.PHÂN VÙNG ĐIỀU TRA HYDRAT KHÍ TRÊN BIỂN ĐƠNG • Từ tài liệu vừa trình bày cho thấy Biển Đông Việt Nam hội tụ đủ điều kiện thành tạo hydrate khí có tiền đề dấu hiệu chứng minh cho tiềm hydrate khí vùng biển Việt Nam Để tổ chức cơng tác nghiên cứu, điều tra bản, đánh giá tiềm hydrate khí, nhiệm vụ quan trọng phân vùng điều tra hydrate khí Biển Đơng theo yếu tố sau: - Vị trí địa lý - Độ sâu đáy biển - Cấu trúc địa chất - Có quan hệ với bể dàu khí vị trí phân bố lơ dầu khí • Căn theo yếu tố trên, tồn diện tích Biển Đơng chia vùng sau: -Khu vực biển Phú Khánh -Khu vực biển Đơng Nam- Tư Chính- Vũng Mây -Khu vực quần đảo Trường Sa -Khu vực quần đảo Hồng Sa 22 KẾT LUẬN Như hydrat khí nguồn lượng tiềm giới tương lai.Trong nguồn khống sản than ,dầu khí ngày cạn kiệt hydrat khí trở thành nguồn lượng thay hợp lý để đáp ứng nhu cầu ngày tăng nhân loại lượng.Đối với Việt Nam việc đầu tư nghiên cứu hydrat khí trở lên cần thiết cấp bách điều kiện Biển Đông khu vực tiềm dầu mỏ khí đốt ,có độ sâu thích hợp cho việc hình thành tích tụ hydrat khí;hơn ,hydrat khí phát phía Bắc Biển Đơng 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Lê Văn Bình “Hydrat khí nguồn lượng mới” (Hà Nội -2009) 2)Hội thảo chuyên đề “Hydrat khí nguồn lượng tương lai phương pháp nghiên cứu ” (Hà Nội -9/2009) 3)Michael D.Max, Arthur H.Johnson, William P.Dillon(2003) “ECONOMIC GEOLOGY OF NATURAL GAS HYDRAT ” 24 ... HYDRAT KHÍ II.1 Điều kiện thành tạo hydrat khí ❖ Yếu tố tự nhiên ảnh hưởng đến hình thành Hydrat khí: • Điều kiện cần thiết để tạo thành hydrat khí áp suất cao nhiệt độ thấp khí hòa tan nước... chứa tạo điều kiện cho khí nước tích tụ ❖ Nhiệt độ áp suất thành tạo Hydrat khí • Hydrat khí thường tạo với nhiệt độ T= -5 ÷ 15 C P=25÷ 110 at(thích hợp P=30÷90 at) Hydrat khí tồn điều kiện. .. Việt Nam hội tụ đủ điều kiện thành tạo hydrate khí có tiền đề dấu hiệu chứng minh cho tiềm hydrate khí vùng biển Việt Nam Để tổ chức công tác nghiên cứu, điều tra bản, đánh giá tiềm hydrate khí,