Khí thiên nhiên-nguồn gốc và đặc tính
các mỏ
Có rất nhiều giả thiết về nguồn gốc của các nhiên liệu hoá thạch. Theo giả
thiết được chấp nhận nhiều nhất thì các nhiên liệu hoá thạch được thành tạo
từ các vật chất hữu cơ (phần còn lại của cây cối hoặc động vật) nén ép trong
lòng đất tại áp suất cao trong thời gian dài. Quá trình này được gọi là quá
trình thành tạo metan do nhiệt. Tương tự với sự thành tạo dầu, metan sinh ra
do nhiệt được tạo thành từ các mảnh vật chất hữu cơ bị bao phủ trong bùn và
các trầm tích khác.
Theo thời gian, ngày càng nhiều trầm tích, bùn và các mảnh vụn đá chồng
chất trên đỉnh của vật chất hữu cơ. Chúng tạo ra một áp suất rất lớn tác dụng
lên vật chất hữu cơ, và nén chặt vật chất hữu cơ lại. Sự nén ép này, kết hợp
với nhiệt độ cao tại độ sâu phát hiện dưới lòng đất, đã phá huỷ các cấu trúc
cacbon trong vật chất hữu cơ. Càng xuống sâu dưới lớp vỏ Trái đất thì nhiệt
độ càng cao. Tại các vị trí có nhiệt độ thấp (các trầm tích nằm nông), thì dầu
được sinh ra nhiều hơn so với khí thiên nhiên. Tuy nhiên, tại nơi có nhiệt độ
cao hơn thì khí thiên nhiên được sinh ra nhiều hơn, trái ngược với dầu. Đó là
lý do tại sao khí mỏ thường đi đồng hành với dầu trong các trầm tích nằm
sâu 1 ÷ 2 dặm trong vỏ trái đất. Các trầm tích nằm càng sâu, rất sâu dưới
lòng đất, về cơ bản có chứa khí mỏ và trong nhiều trường hợp thì chứa
metan nguyên chất.
Khí mỏ cũng có thể được thành tạo qua quá trình vận chuyển các vật chất
hữu cơ nhờ các vi sinh vật. Loại metan này được gọi là metan sinh học.
Metanogen, các vi sinh vật sản sinh ra metan, biến đổi hoá học vật chất hữu
cơ tạo thành metan. Chúng thường được tìm thấy tại các khu vục gần bề mặt
trái đất tại đó có rất ít oxy. Các vi sinh vật này cũng tồn tại trong ruột của
hầu hết các loài động vật, trong đó có cả ở con người. Sự thành tạo metan
theo phương thức này thường xảy ra gần bề mặt trái đất, và metan sinh ra
thường bay vào trong khí quyển. Tuy nhiên, trong những trường hợp nhất
định nó có thể bị giữ lại trong lòng đất, và có thể thu hồi được dưới dạng khí
mỏ. Một ví dụ về metan sinh học là khí gas từ các bãi đất đắp. Các bãi đất
chứa chất thải sinh ra một lượng tương đối lớn khí mỏ nhờ sự phân huỷ các
chất thải trong chứa trong đó. Các công nghệ hiện đại cho phép lấy được loại
khí này và đưa thêm nó vào danh mục các nguồn cung cấp khí mỏ.
Cách thứ ba trong đó metan (và khí thiên nhiên) được cho là hình thành qua
các quá trình tự sinh. Tại độ sâu rất lớn trong vỏ Trái Đất, có chứa các phân
tử cacbon và khí gas tự nhiên giàu hydro. Khi các khí này chuyển động
hướng lên trên bề mặt trái đất, chúng có thể tương tác với các khoáng vật có
trong lòng đất, trong điều kiện không có oxy. Sự tương tác này có thể dẫn
đến xảy ra phản ứng hoá học tạo thành các đơn chất và hợp chất gặp nhiều
trong khí quyển như N2, O2, CO2, Ar, và hơi nước. Nếu các chất khí này tồn
tại dưới áp suất lớn khi di chuyển lên trên bề mặt, chúng có xu hướng tạo
thành các tích tụ khí metan, tương tự như metan thành tạo dưới tác dụng
nhiệt.
Cũng có nhiều nhà khoa học và chuyên gia bảo lưu lý thuyết “tổng hợp
nguồn gốc phi sinh học” của trường phái D.I. Mendeleev. Ông cho rằng,
trong thời gian xày ra quá trình tạo đá của nước trượt xuống dưới theo các
nứt nẻ, chèn vỏ quả đất. Gặp trong lòng đất với cacbid sắt, nước liên kết với
chúng trong phản ứng dưới tác dụng của nhiệt độ cao. Từ đó các nhà địa
chất giải thích rằng các mỏ khí thường hình thành ở vùng đứt gãy sâu – điều
đó tuân theo giả thuyết của Mendeleev.
đề nguồn gốc khí thiên ở đây không phải là vấn đề khoa học trừu tượng, nó
có ý nghĩa đối với mọi người. Nguồn gốc khí thiên nhiên đến nay vẫn gây ra
nhiều tranh cãi. Nhiều nhà khoa học đã bảo vệ lý thuyết khí mỏ có nguồn
gốc sinh học, căn cứ vào đó dầu và khí được hình thành từ các tàn tích của
các sinh vật.
Việc phát hiện tầng chứa dầu khí năm 1988 tại mỏ “Bạch Hổ”
không nằm trong các tầng đá trầm tích mà là trong móng granit nhờ sự hình
thành các hệ thống khe nứt đã tạo thuận lợi cho các hoạt động biến đổi nhiệt
dịch gây nên bởi nhân tổ chính là nước vỉa tồn trữ trong các khe nứt. Lần
nữa, dầu và khí có thể tích tụ trong đá, trong đó không có các tàn tích hữu
cơ, và từ đó lý thuyết không sinh vật là hoàn toàn có căn cứ.
Đặc tính địa chất-vật lý các mỏ khí thiên nhiên
Khí thiên nhiên và dầu mỏ trong vỏ quả đất tích tụ trong tầng trầm tích và
trong đá-collecto, có nghĩa là trong đá rỗng và thấm, có khả năng chứa và
thu hồi các chất lưu này khi khai thác.
Thông thường có hai loại đá-collecto: bở rời và nứt nẻ. Phổ biến nhất là
collecto bở rời, độ rỗng của chúng là độ rỗng giữa các hạt bé. Collecto bở
rời gồm có đá sa thạch-alevrolit, và đá vôi và đolomit.
Collecto bở rời gồm có đá trầm tích cũng như đá phun trào và biến chất.
Chúng khác nhau bởi mật độ cao và các khe nứt phát triển theo hệ thống kéo
dài khác nhau, sự định hướng và kích thước khác nhau. Độ nứt nẻ có thể liên
quan đến đá vôi, đolomit, diệp thạch và sa thạch.
Các thông số quan trọng nhất của đá-collecto là độ rỗng, độ thấm và độ bão
hòa của chất lưu. Các thông số này phụ thuộc vào thành phần hạt và bề mặt
đơn vị, cũng như các tính chất cơ học và nhiệt của đá. Nghiên cứu các tính
chất và thông số collecto nhờ có phương pháp vật lý vỉa (nghiên cứu mẫu
lõi), khí động lực ngầm (nghiên cứu giếng khoan) và địa vật lý công trường
(minh giải các số liệu địa vật lý).
Phụ thuộc vào các điều kiện thế nằm, các vỉa khí có thể chia ra thành dạng
vỉa, khối, trầm tích và lớp chắn kiến tạo. Thân dạng vỉa phổ biến nhất là hình
vòm nằm ở phần vòm của cấu tạo nếp lồi. Vỉa dạng khối được tạo thành
trong collecto độ dày lớn (đôi khi tuổi và thành phần) và trải bởi nước đáy.
Vỉa che phủ trầm tích được tạo thành thông thường trong lớp dày của đá ít
thấm, khi trong chúng có các thấu kính rỗng và thấm cục bộ, vùng hang hốc,
vv.
Thân vỉa khí vòm được giới hạn bên trên và bên dưới bởi nóc tầng và đáy
tầng không thấm. Điểm cao nhất của của vỉa khí gọi là đỉnh, còn bề mặt trực
tiếp tiếp xúc với đỉnh – vòm (cung). Chiều dày vỉa – khoảng cách ngắn nhất
giữa nóc và đáy. Tầng chứa khí – khoảng cách từ vị trí tiếp xúc khí-nước
đến điểm cao nhất của tầng khí. Chia ra đường bao ngoài và đường bao
trong của chứa khí, là giao điểm tương ứng với vị trí tiếp xúc khí-nước với
nóc và đáy vỉa.
