Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng thấm chứa của đá móng bao gồm thành phần thạch học - khoáng vật, các biến đổi nhiệt dịch, hoạt động kiến tạo và độ sâu, hoạt động magma trẻ (volcanic activity), mối quan hệ giữa quá trình hình thành nứt nẻ và dịch chuyển dầu khí. Những yếu tố này đã tác động tương hỗ quyết định đến chất lượng tầng chứa [13, 15, 31].
Thành phần khoáng vật chính của đá móng granitoid gồm có thạch anh và feldspar (plagioclas và feldspar kali) ngoài ra còn có các khoáng vật màu như pyroxen, hornblend, biotit, muscovit và các khoáng vật phụ, quặng. Tỷ lệ % khoáng vật khác nhau tùy theo từng loại đá.
Phần lớn các khoáng vật tạo đá magma đều có phản ứng dưới tác dụng của dung dịch nhiệt dịch sau magma, ngay cả thạch anh cũng bị gặm mòn, hòa tan. Quá trình này hình thành các hang hốc kích thước từ vài chục micromet đến hàng chục milimet. Dung dịch nhiệt dịch trong quá trình dịch chuyển dọc theo các khe nứt, đứt gãy có thể hình thành các khoáng vật như zeolite và calcite... lấp nhét vào không gian rỗng. Thành phần khoáng vật của đá móng là yếu tố căn bản đến phản ứng với dung
dịch nhiệt dịch và được xác định dễ biến đổi nhất trong đá diorite, ít hơn là granodiorite và ít nhất là granite. Quá trình nhiệt dịch có tính hai mặt: mở rộng các nứt nẻ và hang hốc tồn tại trước đó hoặc lấp đầy, làm giảm không gian rỗng bằng các khoáng vật thứ sinh. Nhưng nhìn chung, quá trình này khi xảy ra mạnh sẽ có tác động xấu làm giảm mạnh không gian rỗng trong đá.
Thành phần thạch học cũng có ảnh hưởng rất lớn đến mật độ, tính chất và quy mô phát triển các hệ thống nứt nẻ. Các hệ thống nứt nẻ hiệu dụng đa phần đều có nguồn gốc kiến tạo, hình thành đi kèm hệ thống đứt gãy, các đới phá hủy kiến tạo và các vùng chịu ảnh hưởng cao của trường ứng suất kiến tạo. Mặc dù đá móng luôn bị tác động bởi các đứt gãy, nứt nẻ nhưng có thể nhận thấy các nứt nẻ mở, có độ liên thông tốt thường gặp nhiều trong các đá magma acid (granite, granodiorite) hơn trong đá trung tính-bazơ (diorite, gabro). Điều này liên quan đến đặc tính giòn (chứa nhiều thạch anh) của granite hơn so với diorite có tính dẻo (nhiều thành phần feldspar) nhiều hơn [13].
Về phân bố theo chiều sâu, kết quả nghiên cứu ở mỏ Bạch Hổ và Sư Tử Đen có thể cho thấy xu thế biến đổi độ rỗng có tính quy luật giảm dần theo chiều sâu so với mặt móng. (hình 2.10).
Hình 2.10. Biến đổi độ rỗng đá móng nứt nẻ theo chiều sâu so với mặt móng của bể Cửu Long.
2.2. Đặc điểm địa chất - kiến tạo tầng chứa granitoid ở cấu tạo Hải Sư Đen. 2.2.1. Đặc điểm hình thái cấu trúc móng
Nóc móng trước Kainozoi của cấu tạo Hải Sư Đen là một cấu trúc nâng có đường khép kín 4100m, kéo dài theo phương đông bắc-tây nam với chiều dài khoảng 16km, chiều rộng khoảng 5,3km, mở rộng về phía tây bắc, nam, đông nam và thu hẹp dần lại về phía đông bắc [19]. Khối nâng móng bị chia cắt bởi các đứt gãy có phương á vĩ tuyến, tây bắc - đông nam và đông bắc - tây nam (hình 2.11). Tại khu vực phía Tây Nam, bề mặt nóc móng nằm thấp hơn phần còn lại và được tách biệt bởi hệ thống đứt gãy phương á vĩ tuyến. Phủ trên móng trước Kainozoi ở khu vực này là các trầm tích có tuổi từ Oligoxen (tập E) đến Đệ Tứ (tập A) (hình 2.12).
Hình 2.11. Bản đồ chiều sâu nóc móng cấu tạo Hải Sư Đen [19].
2.2.2. Thành phần thạch học
Tham gia vào cấu trúc địa chất cấu tạo Hải Sư Đen bao gồm các đá móng granitoid tuổi Mesozoi muộn và lớp phủ trầm tích, trầm tích-phun trào Cenozoi (gồm các tập địa chấn E, D, C, BI, BII, BIII & A). Theo kết quả phân tích thạch học các mẫu lấy từ 8 giếng khoan cho thấy các đá granitoid trong móng Hải Sư Đen chủ yếu là monzogranite và granodiorite (hình 2.13). Ngoài ra còn gặp các đai mạch trung tính xuyên cắt qua đá móng [19].
Hình 2.13. Thành phần thạch học trong móng cấu tạo Hải Sư Đen dọc theo giếng khoan HSD-3X: từ nóc móng đến độ sâu 4200m gặp đá granodiorite, từ độ sâu 4200m
trở xuống gặp đá monzogranite [19].
2.2.3. Hệ thống đứt gãy
Kết quả minh giải tài liệu địa chấn cho thấy trong móng của cấu tạo Hải Sư Đen tồn tại 06 hệ thống đứt gãy chính được phân chia theo đường phương và loại đứt gãy, bao gồm (Hình 2.14 – 2.16) [19]:
- Hệ thống đường phương 20-30o (Đông Bắc – Tây Nam) phân bố chủ yếu ở trung tâm của cấu tạo.
- Hệ thống đường phương 40-50o (Đông Bắc – Tây Nam) phân bố chủ yếu ở rìa
tây nam và trung tâm.
- Hệ thống đường phương 60-70o (Đông Bắc – Tây Nam) phát triển mạnh trong
toàn cấu tạo.
- Hệ thống đường phương vĩ tuyến và á vĩ tuyến (Đông – Tây) phát triển mạnh trong toàn cấu tạo.
- Hệ thống đường phương 300-320o (Tây Bắc - Đông Nam) phân bố ở trung tâm và tây nam cấu tạo.
- Hệ thống đường phương 330-340o (Tây Bắc - Đông Nam) phân bố ở trung tâm và tây nam cấu tạo.
Hình 2.15. Hệ thống đứt gãy Đông Bắc – Tây Nam tại mỏ Hải Sư Đen.
Trong cấu tạo Hải Sư Đen, đã có 08 giếng khoan thăm dò vào đối tượng móng bao gồm HSD-1X, HSD-2X/2XST, HSD-3X, HSD-4X, HSD-5XP, VD-1X và VD- 2X. Kết quả thử vỉa trong các giếng khoan này cho thấy kết quả cho dòng tốt nhất trong các hệ thống đứt gãy phương á vĩ tuyến (đường phương đông tây) so với các hướng còn lại (hình 2.17). Tại khu vực mỏ Hải Sư Đen, hệ thống đứt gãy theo phương Đông Tây được hình thành trong giai đoạn nén ép D3.2 và giai đoạn tách giãn D3.3. Trong các pha hoạt động kiến tạo từ D3.4 trở về sau tiếp tục mở rộng các khe nứt đã có và tạo ra các khe nứt mới và tạo nên lỗ rỗng hiệu dụng. Thời gian các đứt gãy phương đông tây hình thành và tái hoạt động xảy ra trước và cùng thời điểm với thời gian dịch chuyển của dầu khí đã khiến cho các hệ thống nứt nẻ và đứt gãy phương đông tây trong vùng nghiên cứu có ý nghĩa chứa dầu khí tốt hơn so với các hệ thống đứt gãy, nứt nẻ theo phương khác.
Hình 2.16. Hệ thống đứt gãy Tây Bắc – Đông Nam tại mỏ Hải Sư Đen.
Hình 2.17. Mặt cắt địa chấn dọc theo các giếng khoan HSD-1X và HSD-5XP với hệ thống đứt gãy á vĩ tuyến và kết quả đo PLT [18].
2.3. Các phương pháp nghiên cứu đặc điểm nứt nẻ trong đá móng.
Có nhiều phương pháp nghiên cứu đặc điểm và tiếp cận xây dựng mô hình độ rỗng đá chứa nứt nẻ khác nhau. Trong nghiên cứu này, NCS sử dụng một số phương pháp cổ điển kết hợp với hiện đại như phương pháp địa chất, phương pháp địa vật lý giếng khoan, phương pháp địa chấn và các phương pháp toán học: mạng nơron nhân tạo (ANN) và phương pháp địa thống kê (Co-Kriging).
2.3.1. Các phương pháp địa chất.
Phương pháp địa chất nghiên cứu nứt nẻ bao gồm phương pháp nghiên cứu mẫu lõi, đo vẽ trên thực địa và ảnh hàng không/vệ tinh.
Nghiên cứu trên các mẫu lõi khoan
Đối với đá móng nứt nẻ, nghiên cứu mẫu lõi của các thành hệ nứt nẻ có thể giúp: phân loại khe nứt macro và micro, thành phần thạch học, mối quan hệ giữa đai mạch với đá gốc, phân loại khe nứt mở và khe nứt kín, độ mở của khe nứt, độ lấp nhét.
Các mẫu lõi được đo trong phòng thí nghiệm để xác định độ rỗng, độ thấm và các tham số vật lý thạch học khác như mật độ, vận tốc truyền sóng, đặc tính mao dẫn, các hệ số thành hệ của phương trình Archie, độ thấm pha, giúp cho đánh giá đặc tính rỗng-thấm và chất lượng của tầng chứa. Ngoài ra, mô tả chi tiết lát mỏng thạch học bằng kính hiển vi điện tử quét để nghiên cứu thạch học và dựa vào các kết quả đó xác định thành phần khoáng vật tạo đá, kiến trúc của đá, thành phần khoáng vật thứ sinh và các giai đoạn biến đổi sau magma từ đó xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ rỗng và độ thấm của đá cũng như chất lượng đá chứa.
Hình 2.19. Mẫu phân tích lát mỏng thạch học của đá granite, bao gồm các thành phần khoáng vật thạch anh, Feldspar, plagioclase và mica [18]
Ảnh hàng không
Phương pháp phân tích ảnh viễn thám được sử dụng để phân tích và xác định các yếu tố dạng tuyến (photolinement), thông qua đó có thể giải đoán các đứt gãy và quy luật phân bố của chúng trong khu vực nghiên cứu. Phương pháp này kết hợp với đo vẽ thực địa thường xuyên được sử dụng trong nghiên cứu đứt gãy, khe nứt.
Đo vẽ thực địa
Đo đạc tính chất của các hệ thống nứt nẻ trên điểm lộ nhằm xác định mối quan hệ giữa đặc điểm của nứt nẻ và đứt gãy, thống kê tính chất của các nứt nẻ mở, mối quan hệ giữa nứt nẻ mở và lấp nhét.
2.3.2. Các phương pháp Địa Vật Lý Giếng Khoan.
Địa vật lý giếng khoan là một phần của địa vật lý thăm dò, bao gồm việc sử dụng nhiều phương pháp địa vật lý hiện đại nghiên cứu vật chất để khảo sát lát cắt địa chất ở thành giếng khoan nhằm phát hiện và đánh giá và thu thập các thông tin về vận hành khai thác mỏ và trạng thái kỹ thuật của giếng khoan. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, đặc biệt là 30 năm gần đây, địa vật lý giếng khoan đã áp dụng các thành tựu mới nhất của ngành tự động hóa và công nghệ thông tin trong các hoạt động của mình. Địa vật lý giếng khoan bao gồm nhiều nhóm phương pháp, trong mỗi nhóm lại có nhiều phương pháp riêng rẻ đáp ứng các đòi hỏi khác nhau khi nghiên cứu các điều kiện địa chất khác nhau. Ngày trước, địa vật lý giếng khoan trong nghiên cứu dầu khí có đối tượng chủ yếu là đá trầm tích. Tuy nhiên, hiện nay, khi ngày càng nhiều mỏ
dầu đã và đang được khai thác trong đối tượng đá móng nứt nẻ, địa vật lý giếng khoan với những cải tiến của mình đã góp phần không nhỏ trong việc nghiên cứu đá móng. Về cơ bản, địa vật lý giếng khoan trong đá móng cũng áp dụng những quy luật và nguyên lý hoạt động của các thiết bị đo như trong đối tượng trầm tích nhưng có kết hợp thêm các hiểu biết về đặc điểm của móng.
Khác với đá trầm tích, trong đối tượng móng thì độ rỗng trong các khe nứt là quan trọng và được lưu tâm hàng đầu. Các loại đá magma khác nhau thì có thành phần khoáng vật khác nhau dẫn đến các đặc trưng thấm chứa hay nứt nẻ khác nhau. Các phương pháp địa vật lý giếng khoan đã tận dụng các đặc tính này để nghiên cứu và phân tích các thành hệ đá móng.
Một số phương pháo địa vật lý giếng khoan có thể kể đến trong việc nghiên cứu đặc tính của đá móng nứt nẻ bao gồm: phương pháp gamma tự nhiên, phương pháp mật độ, phương sáp siêu âm, phương pháp neutron, phương pháp điện, phương pháp quét hình ảnh thành giếng khoan (FMI).
2.3.2.1. Phương pháp gamma tự nhiên và phổ gamma tự nhiên
Phương pháp gamma tự nhiên tổng
Phương pháp gamma tự nhiên (GR) đo ghi cường độ phóng xạ gamma tự nhiên của thành hệ. Hầu như tất cả các loại thành hệ đất đá đều bức xạ ra tia gamma và cường độ phụ thuộc vào hàm lượng của các đồng vị phóng xạ của kali, thori và uran có chứa trong thành hệ đó.
Có hai phương pháp đo ghi gamma trong giếng khoan: phương pháp gamma toàn phần (GR) đo ghi cường độ phóng xạ gamma tự nhiên toàn phần của thành hệ và phương pháp phổ gamma (NGS) đo ghi cường độ phóng xạ gamma toàn phần và hàm lượng kali, thori và uran của thành hệ. Các nhóm đá granodiorite thường có giá trị GR thấp hơn so với nhóm đá granite và monzogranite do chứa ít thành phần fenspat kali và giàu khoáng vật màu, khoáng vật sét, các đá đai mạch trung tính có cường độ GR thấp hơn cả.
2.3.2.2. Các phương pháp xác định độ rỗng
Trong địa vật lý giếng khoan, độ rỗng của đá móng nứt nẻ có thể xác định từ các đường cong mật độ, siêu âm và neutron. Tất cả các đường cong này đều bị ảnh hưởng của xương đá (matrix), độ rỗng, và chất lưu trong thành hệ. Nếu các hiệu ứng của chất lưu, xương đá được biết trước thì độ rỗng của thành hệ hoàn toàn có thể xác định được [12].
Phương pháp mật độ (Density log)
Phương pháp mật độ là phương pháp đo ghi mật độ khối biểu kiến của thành hệ dựa trên hiện tượng tán xạ của tia gamma khi tương tác với môi trường. Phương pháp mật độ được sử dụng chính để xác định độ rỗng trong ĐVLGK, ngoài ra còn được sử dụng để xác định thành phần thạch học nhờ phép đo chỉ số hấp thụ quang điện Pe của các lớp đất đá.
Phương pháp mật độ và mật độ thạch học được sử dụng để tính độ rỗng và nhận biết các lớp đá trong lát cắt theo thành phần thạch học của chúng. Phương pháp này tỏ ra hữu hiệu trong việc xác định sự hiện diện của các đới nứt nẻ mở. Các đới nứt nẻ mở có độ thấm tốt, thường được lấp đầy bởi dung dịch khoan thường có giá trị GR thấp và giá trị mật độ giảm [12]
Phương pháp âm (Sonic log)
Phương pháp âm trong Địa vật lý giếng khoan là phương pháp đo thời gian lan truyền của sóng đàn hồi, ở tần số âm thanh trong môi trường đất đá. Sóng âm được phát ra từ chấn tử phát T, lan truyền trong dung dịch khoan, trong đất đá và lại quay trở vào dung dịch khoan để đi tới các chấn tử thu R. Thời gian truyền sóng phụ thuộc vào thành phần thạch học và độ rỗng của đá móng. Phương pháp âm chủ yếu dùng để xác định độ rỗng của nứt nẻ, độ rỗng tổng, phân biệt giữa nứt nẻ kín và mở và trợ giúp cho minh giải địa chấn.
Các loại sóng âm có thể được kể đến như:
Sóng nén hay sóng dọc P là loại sóng gây cho các điểm chất chuyển dời xung quanh vị trí cân bằng dọc theo phương truyền sóng. Sóng P có thể truyền qua tất cả các môi trường rắn, lỏng và khí.
Sóng ngang (S-sóng) làm cho các điểm chất dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. Sóng S chỉ tồn tại trong môi trường rắn và không tồn tại trong môi trường lỏng và khí.
Sóng ống (Stonely Wave) truyền dọc thành giếng khoan trong điều kiện giếng khoan có dung dịch (nước), trên thành giếng tồn tại một loại sóng sinh ra trên bề mặt tiếp xúc giữa dung dịch khoan và đất đá ở thành giếng khoan. Sự lan truyền sóng này làm cho thành giếng bị biến dạng. Tốc độ của sóng Stonely thường rất thấp, thậm chí nó còn chậm hơn cả sóng P truyền trong dung dịch.
Các giá trị đo sóng P và sóng S thường được sử dụng kết hợp với các thông số địa vật lý giếng khoan khác như GR, Density... để xác định các đặc tính của đá móng nứt nẻ.
Phương pháp neutron (Neutron log)
Phương pháp neutron là phương pháp độ rỗng nghiên cứu các thành hệ có lỗ hổng và xác định độ rỗng của chúng trên cơ sở khác biệt về hàm lượng hydrogen có trong thành hệ. Như vậy khi đá chứa là đá sạch bão hòa nước và dầu, khí trong lỗ rỗng thì phương pháp neutron sẽ phản ánh phần lỗ rỗng bão hòa lưu chất. Các đới chứa khí cũng có thể được phát hiện bằng cách so sánh kết quả đo của phương pháp này với các phương pháp độ rỗng khác. Trong đá móng, các đới nứt nẻ mở bị lấp đầy bởi các chất lưu hoặc chứa các khoáng vật thứ sinh có hàm lượng hydro cao nên giá trị NPHI cao. Do đó, trong nghiên cứu nứt nẻ, phương pháp neutron kết hợp với các đường log khác