NGHIÊN CỨU KHOA HỌC-ĐỀ TÀI: "xác định chiều dày tầng hình thành và ổn định Gas hydrate(GHSZ) trên biển đông"

Chia sẻ: Pham Linh Dan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

50
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Báo cáo trình bày kết quả tính toán chiều dày tầng hình thành và lưu giữ ổn định Gas hydrate(GHSZ) trong khu vực iển đông theo mô hình của Milkow và Sassen.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC-ĐỀ TÀI: "xác định chiều dày tầng hình thành và ổn định Gas hydrate(GHSZ) trên biển đông"

NGHIÊN C U KHOA H C ĐỀ TÀI: “Xác nh chi u dày t ng hình thành và n nh Gas hydrate (GHSZ) trên bi n ông”
NGHIÊN C U KHOA H C Thăm dò, Khai thác Xác nh chi u dày t ng hình thành và n nh Gas hydrate (GHSZ) trên bi n ông Báo cáo trình bày k t qu tính toán chi u dày t ng hình thành và lưu gi n nh gas hydrate (GHSZ) trong khu v c bi n ông theo mô hình c a Milkov và Sassen. nh ư c chi u dày t ng GHSZ trong khu v c bi n K t qu tính toán ã xác ông d a sâu nư c bi n, gradient trên m i quan h gi a a nhi t và ba lo i gas hydrate lo i I (thành ph n 100% CH4), lo i II (95,9% CH4) và lo i H (90,4% CH4)... i v i gas sâu nư c bi n t i thi u hydrate lo i I, hình thành gas hydrate trên bi n ông là 600m và chi u dày trung bình ca t ng GHSZ là 225m. i vi sâu nư c bi n t i gas hydrate lo i II, chi u dày trung bình c a t ng GHSZ là 270m và
thi u hình thành gas hydrate là 400m. i v i gas hydrate lo i H, chi u dày trung bình sâu nư c bi n t i thi u c a t ng GHSZ là 365m và hình thành gas hydrate là 300m. Trong khu v c bi n ông chi u dày l n nh t c a t ng GHSZ n m trong kho ng sâu nư c bi n t 1.500-2.500 m và chi u dày l n nh t có th lên n 365m. V i gi thi t gas 30% di n tích t 300-3000 m nư c và n ng hydrate phân b bão hòa khí gas 1,2%, thì lư ng khí CH4 ông tính ư c cho ba lo i gas i u ki n tiêu chu n c a toàn bi n hydrate là 1,7x 1014 m3 cho lo i H, 1,41 x 1014 m3 cho lo i II và 1,38 x 1014 m3 cho lo i I. T i khu v c bi n mi n Trung và Hoàng Sa lư ng CH4 là 4,4 x 1013 m3 cho lo i H; 3,6 x 1013 m3 cho lo i II và 3,5 x 1013 m3 cho lo i I. Khu v c bi n ông Nam và Trư ng Sa lư ng CH4 là 7,5 x1013 m3 cho lo i H; 6,1 x 1013 m3 II và 5,9 x 1013 m3 cho lo i l. Gas hydrate ư c hình thành t nư c và khí gas (ch y u là khí CH4) dư i d ng c u trúc k t tinh như băng nhi t th p và áp su t cao. Tùy thu c vào thành ph n khí gas, nhi t nư c bi n, gradient nhi t mu i c a nư c l r ng mà gas hydrate có th b t , u ư c hình thành nh ng vùng nư c bi n có sâu t 200-600 mét [11-14, 18, 20, 26, b Tây Thái Bình Dương, ư c ánh giá là 32, 34]. Bi n ông là m t bi n rìa l n nh t m t trong nh ng vùng có tri n v ng gas hydrate c a th gi i [6]. Sau hơn mư i năm nghiên c u, năm 2007, Trung Qu c l n u tiên ã thu ư c m u gas hydrate khu v c Shenhu, phía Nam b n trũng Châu Giang, sâu nư c bi n 1.500 mét và dư i l p tr m nh bi n ông có gas hydrate. Sư n l c tích cách áy bi n 200m [34], ã kh ng a Vi t Nam cũng là vùng có các i u ki n c n thi t hình thành gas hydrate [25]. M t s công trình g n ây c a các tác gi Trung Qu c ã ti n hành tính chi u dày t ng hình thành và Hydrate Stability Zone) và ư c tính tr n nh gas hydrate (GHSZ - Gas lư ng CH4 cho khu v c bi n ông (Wang n.n.k 2006, Chi n.n.k, 2006, Cheng n.n.k 2004, Fang n.n.k 2002, Yao, 2001). Wang n.n.k (2006) b ng phương pháp c a Milkov và Sassen (2001) ã tính chi u dày GHSZ cho toàn b khu v c bi n ông v i gi nh sư n gradient a nhi t b ng 37,50C/km cho toàn vùng. K t qu o gradient a nhi t ông trong chương trình khoan i dương (ODP-Leg 184) ã cho th y gi lc a bi n
thi t này hoàn toàn không phù h p. Gradient a nhi t là hàm ph thu c vào sâu áy bi n [28]. T i sư n B c bi n a nhi t o ư c ông gradient l khoan 1145 là sư n Nam, gradient 900C/km, LK1146 là 590C/km, LK1148 là 830C/km và a nhi t t i l khoan 1143 là 840C/km. Nhi t trong các l p tr m tích là y u t quan tr ng trong vi c hình thành gas hydrate, bài báo này trình bày k t qu tính mi chi u dày t ng (GHSZ) b ng phương pháp Milokov [13] trên cơ s xác nh ư c hàm phân b gradient a nhi t sâu nư c bi n. K t qu c a bi n ông theo tính toán cho ta nh ng thông tin h u ích hơn v kh năng phân b c a gas hydrate theo di n và theo chi u sâu. Trên cơ s k t qu tính GHSZ này, tr lư ng gas hydrate trên bi n ông bư c u ư cd báo. i u ki n a ch t chung ông là m t bi n rìa ư c hình thành do quá trình tách giãn áy i dương vào th i Bi n kỳ t 32-16 tri u năm [1, 24]. Ph n rìa phía B c, Nam thu c lo i rìa l c a th ng có sư n l c a tương i r ng 500-600 km. Ph n phía Tây rìa l c a h p kéo dài. Phía ông bi n ông là i hút chìm ang ho t ng Manila. Ph n phía Nam là i hút chìm c Mezozoi. Song song v i vi c hình thành b n trũng Trung tâm, m t lo t các b n trũng a , sư n l c a ư c hình thành. Kainoizoi v i chi u dày tr m tích l n các th m l c Quá trình lún chín nhi t khu v c v i t c nhanh sau tách giãn bi n ông ng tr m tích và tích t v t ch t h u cơ ã t o i u ki n thu n l i cho quá trình l ng trong các tr m tích tr . Các ho t ng t gãy hi n i phát tri n m nh nhi u khu v c trong vùng như h th ng t gãy B-TN d c khu v c sư n l c a phía B c và Nam [6], h th ng N-S th m l c a phía Tây (P.N. Vu, 2007). Các c u trúc diapir magma, bùn nhi u nơi trong khu v c. V i các y u t ki n t o xu t hi n a m o trên ã hình thành trong khu v c bi n ông nhi u d ng c u trúc thu n l i cho vi c hình thành và lưu gi gas hydrate như các nêm tăng trư ng khu v c Nam b n trũng ài Loan, trũng Palawan, các i nâng, các nón tr m tích áy bi n, turbidi, các diapir, vol- cano bùn… khu v c rìa B c, Nam và Tây bi n ông. Trên hu h t các th m l c a bao b c xung quanh sư n l c u hình thành các b n trũng v i chi u dày tr m tích a bi n ông
và hàm lư ng v t ch t h u cơ l n như b n trũng Châu Giang, ài Loan, Nam H i Nam, phía B c, Phú Khánh, C u Long, Nam Côn Sơn phía Tây, b n trũng Sông H ng Zengmin và nhóm b Trư ng Sa phía Nam. Ph n l n các b n trũng trên th m l c a là nh ng b n d u khí có tr lư ng l n. Các tr m tích tr có chi u dày l n ư c hình thành có tư ng delta và á bi n phát tri n khá ph bi n rìa các l c a, m c tích t v t ch t h u cơ cao [13]. Các i u ki n trong khu v c ph n nào cho th y gas hydrate phía sư n lc a phía B c s thu n l i cho vi c hình thành gas hydrate c u trúc lo i I, sư n l c còn a phía Nam thu n l i cho lo i hình gas hydrate c u trúc lo i II và H. Tính chi u dày t ng (GHSZ) khu v c bi n ông và áp su t dư i m t T ng GHSZ là t ng t i ó có các i u ki n v nhi t t m b o khí gas t nhiên k t tinh thành gas hydrate và duy trì n nh trong ó. Chi u dày t ng GHSZ ư c quy t sâu nư c bi n, nhi t nư c áy, áp su t nh b i các y u t : mu i c a nư c l r ng và thành ph n khí gas. và gradient a nhi t trong tr m tích, Ngoài ra, s n nh c a gas hydrate còn ph thu c vào ki n trúc và thành ph n khoáng xu t phương pháp tính nh lư ng mô v t trong tr m tích. Milkov và Sassen (2001) ã t các hi u ng này và tính toán chi u dày t ng GHSZ cho vùng v nh Mexico [13]. Phương pháp tính này ư c chúng tôi áp d ng tính cho khu v c bi n ông dư i ây. Xác nh nhi t tr m tích áy bi n: Trên cơ s s li u nhi t - Nhi t các sâu o khác nhau, Wang (2006) ã xây d ng ư c phương trình xác áy bi n theo công th c hàm mũ sau nh nhi t [27]: y=373,41*B-0,6269 (1) Trong ó: y là nhi t áy bi n(0C); B là sâu ãy bi n (m). Theo công th c này cho phép ta tính ư c nhi t áy bi n t b t kỳ s li u sâu áy bi n. K t qu tính toán cho th y v i sâu áy bi n t 300-500 mét thì nhi t áy bi n i t 10,5-7,50C và khu v c bi n ông thay sâu t 1000- 3000 mét nhi t thay i trong kho ng t 5-2,50C. K t qu o gradient a nhi t trên bi n ông cho th y nó có tính không ng nh t trên toàn bi n ông và có xu hư ng tăng d n theo chi u sâu áy bi n (Hình 2). Ph n th m l c
a nhi t có giá tr th p (300C-400C/1km) [19], trong khi khu v c sư n l c a gradient a gradient a nhi t l i có giá tr r t cao, t 60-940C/km [28]. T các s li u trên Hình 2, cho phép chúng ta xây d ng ư c công th c xác nh gradient a nhi t theo sâu áy bi n như sau: G= 0,01593* B+28,39 (2) Trong ó: G là gradien a nhi t (0C/m); B là sâu áy bi n (m). T phương trình (2) cho th y sâu nư c bi n 600 m, gradient a nhi t là 380C/km, sâu 1000 m, gradient a nhi t là 44,40C/km, sâu 1500 m, gradient a nhi t là 52,40C/km. V i k t qu này nó khác xa v i vi c ch n gradient a nhi t b ng 37,50C/km cho toàn b bi n ông c a Wang n.n.k (2006). Như v y, phương trình xác c a tr m tích ư c xây d ng b ng cách c ng nh nhi t phương trình nhi t áy bi n (1) v i phương trình gradient a nhi t (2). Khi ó ta phương trình sau: Ts = (0,01593*B+28,39)*C/1000+373,41*B-0,6269(3) sâu C dư i m c áy bi n; B là Trong ó: Ts là nhi t tr m tích sâu áy bi n; nh ư c phân b nhi t c a tr m tích T công th c (3) cho phép ta xác các sâu khác nhau dư i m c a hình áy bi n. Hình 2. Gradient a nhi t ph thu c vào sâu áy bi n Xây d ng phương trình xác nh t ng GHSZ khí gas t nhiên k t tình hình thành gas hydrate ã ư c Sloan’s i u ki n cân b ng (1998) nghiên c u và phát tri n m t chương trình ph n m m CSMHYD tính toán [22]. mu i trong nư c l r ng. S li u u vào g m nhi t , áp su t, thành ph n khí gas, Trên cơ s các s li u thành ph n khí gas t nhiên thu ư c trên th c t , Sloan (1998) ã phân ra ba lo i gas hydrate v i các thành ph n CH4 là 100% (lo i I), 95,9% (lo i II) và 90,4% (lo i H) và các h p ph n khí khác (B ng 1). Milkov và Sassen [13] s d ng chương trình CSMHYD xác nh phương trình cân b ng cho ba lo i gas hydrate này v i mu i trong nư c l r ng gi thi t b ng 3,5% như sau:
T100%CH = 8,9*Ln(D)-50,1 (4) T95,9%CH = 7,1*Ln(D)-33,9 (5) T90,4%CH= 6,7*Ln(D)-27,6 (6) nh (0C) Trong ó: T là nhi t gas hydrate t n t i n sâu D (m). sâu ây ư c chuy n i gradient th y tĩnh tuy n tính it áp su t v i gi thi t s thay (10Mpa/km) trong nư cvà trong tr m tích. B ng 1. Thành ph n phân t c a khí gas (%) s d ng tính toán [13] Hình 3 là ư c sâu nư c bi n) và nhi t c tuy n bi u di n i u ki n áp su t ( hình thành ba lo i gas hydrate theo phương trình (4), (5) và (6) [13]. Hình 3 cho th y v i hàm lư ng CH4 có trong khí t nhiên khác nhau không nhi u, nhưng i u ki n nhi t và áp su t khi hình thành gas hydrate l i r t khác bi t. ư ng Hình 3. c tuy n bi u di n i u ki n áp su t và nhi t hình thành gas hydrate ph thu c vào hàm lư ng CH4 (100% CH4, 95,9% CH4 và 90,4% CH4) [13] Như v y, chúng ta th y r ng, ranh gi i dư i c a t ng GHSZ i v i ba lo i khí gas trên chính là i m giao nhau c a hai phương trình (3) và (4); (3) và (5); và (3) và (6). Công nh ranh gi i dư i c a t ng GHSZ tr thành bài toán xác th c xác nh i m không c a các c p phương trình (3) và (4); (3) và (5); và (3) và (6) như sau: F(B)100 = -[(0,0159*B+28,39)*C/1000 + 373,41*B-0,6269 ]+ 8,9*Ln(C+B)-50,1 (7) F(B)95,9= -[(0,0159*B+28,39)*C/1000 + 373,41*B-0,6269 ] +7,1*Ln(C+B)-33,9 (8) F(B)90,4= -[(0,0159*B+28,39)*C/1000 + 373,41*B-0,6269] +6,7*Ln(C+B) -27,6 (9) Trong ó: B: sâu áy bi n (m); C: Chi u dày t ng GHSZ (m) S d ng phương pháp Newton gi i phương trình (7), (8), (9) ta nh n ư c giá tr chi u sâu B khác nhau. K t qu gi i phương trình (7), (8), dày t ng GHSZ (C) ng v i m i ông chúng ta nh n ư c ư ng (9) cho khu v c bi n c tuy n chi u dày t ng hình
sâu áy bi n cho ba lo i gas hydrate như thành và n nh gas hydrate (GHSZ) theo sâu nư c bi n trên Hình 4. Hình 4 cho th y chi u dày t ng GHSZ ph thu c vào và thành ph n c a khí gas khi hình thành nên gas hydrate. Khi sâu không thay i, chi u dày t ng GHSZ tăng d n khi hàm lư ng CH4 sâu nư c bi n tăng gi m. Khi u gi m d n. D ng ư ng n m t m c nào ó thì chi u dày t ng GHSZ b t c tuy n này hoàn toàn ngư c v i k t qu tính ph n nư c c a Wang n.n.k (2006) sâu (vì nư c nư c Wang gi thi t ph n sâu và ph n nông u có i b ng 37,50C). gradient a nhi t không chi u dày t ng GHSZ tính ư c theo Hình 4. Bi u sâu áy bi n khu v c bi n ông cho các gas hydrate lo i I, II và H Hình 4 ư c s d ng tính toán chi u dày t ng GHSZ cho b t kỳ i m nào Thi t ông. Hình 5 là sơ trong khu v c bi n phân b chi u dày t ng GHSZ c a bi n ông tính toán cho ba lo i gas hydrate theo s li u sâu áy bi n t 300-3000 m. K t qu tính toán chi u dày t ng GHSZ cho khu v c bi n ông cho th y: ưc i v i gas hydrate lo i I, t ng GHSZ hình thành • sâu nư c bi n ≥ 600m và có chi u dày thay it 0-260m, trung bình là sâu 2400m nư c, ra xa hơn 225m. Chi u dày l n nh t có th t i 260m t i vùng chi u dày m ng d n. sâu nư c bi n ≥ i v i gas hydrate lo i II, t ng GHSZ b t u hình thành • 400m và có chi u dày thay i t 0-300 m, trung bình là 270m. Chi u dày l n nh t sâu 1800m nư c, ra xa hơn chi u dày m ng d n. có th t t i 300m vùng sâu nư c bi n ≥ i v i gas hydrate lo i H, t ng GHSZ b t u hình thành • 300m và có chi u dày thay i t 0-365 m, trung bình là 330m. Chi u dày l n nh t sâu 1500m nư c, ra xa hơn chi u dày m ng d n. có th t t i 365m vùng Hình 5. Sơ d chi u dày t ng GHSZ tính cho gas hydrate Lo i H (a); Lo i II và Lo i I
T các k t qu tính trên cũng cho th y vùng nư c bi n có chi u sâu t 1500-2500 m là vùng có chi u dày t ng GHSZ l n nh t. Trên cơ s tính toán này chúng ta cũng xác nh ư c di n tích phân b c a t ng GHSZ ông là 1,7 x 106km2. Trong ó, sư n l c trên toàn b bi n at sâu 300-3000 m nư c, t ng GHSZ có di n tích là 1,1 x 106km2. Khu v c bi n mi n Trung và Hoàng Sa t ng GHSZ có di n tích là 0,27 x 106 km2 và khu v c bi n ông Nam và Trư ng Sa t ng GHSZ có di n tích là 0,45 x 106km2. B ng 2. K t qu tính tr lư ng khí CH4 i u ki n tiêu chu n trên bi n ông Ư c tính tr lư ng gas hidrat Kh i lư ng khí metan (CH4) gi i phóng t gas hydrate i u ki n tiêu chu n dư c tính toán theo cong th c sau [13]: QCH4 = S * Az * E*E (10) Trong dó: S: Di n tích phân b gas hydrate (m2); Az: Chi u dày trung bình c a t ng GHSZ; e: bão hòa c a gas hydrate trong tr m tích (%); E: Giá tr khí CH4 thu dư c t 1m3 gas hydrate trong i u ki n tiêu chu n. Theo các s li u th ng kê trên th gi i n ng bão hòa c a gas hydrate trong tr m tích ông chưa có s li u thay d i trong kho ng e = 0,9 - 1,5% [5, 17]. Hi n t i khu v c bi n th ng kê v h s e, nên trong tính toán nay chúng tôi ch n giá tr trung bình c a s trên, e = 1,2%. Theo Yu va n.n.k [32], ư c oán m t cách l c quan là gas hydrate có th t n ½ di n tích vùng sư n l c a. M t s k t qu th ng kê khác trên m t s vùng sư n ti a ưc t n tai kho ng 30-40% di n tích sư n l c lc oán ch a [5]. tính toán trong bài báo này chúng tôi ch n lư ng gas hydrate ch t n t i kho ng 30% a. Lư ng khí gas CH4 thu dư c t 1m3 gas hydrate di n tích c a vùng sư n l a iu và áp su t tiêu chu n là 164 m3 ( i v i c u trúc lo i I) và 140m3 ( ki n nhi t iv i lo i c u trúc II và H ) [22]. T các s li u trên, áp d ng công th c (10) tính dư c t ng tr lư ng khí gas CH4 trên bi n ông i u ki n tiêu chu n như B ng 2.
K T LU N T ng h p các i u ki n v nhi t áy bi n, gradient nhi t , sâu dáy bi n, có th th y r ng: Khu v c bi n ông là vùng có i u ki n v nhi t và áp su t c n thi t cho vi c hình thành và lưu gi gas hydrate sâu nư c bi n l n hơn 300m i v i gas hydrate lo i H, 400m nư c i v i gas hydrate II và 600m nư c i v i gas hydrate lo i I. T ng di n tích vùng bi n có kh năng hình thành và duy trì n nh gas hydrate (GHSZ) ông là 1,6 x 106 km2. Trong dó, khu v c bi n mi n Trung và Hoàng Sa có trên bi n di n tích là 0,26 x 106km2 và khu v c bi n ông Nam và Trư ng Sa có di n tích là 0,45 x 106 km2. i v i gas hydrate lo i I, chi u dày trung bình c a t ng GHSZ tinh toán ư c là 225, và sâu nư c bi n t i thi u ph i ≥ 600m nư c. i v i gas hydrate lo i II, chi u dày trung sâu nư c bi n t i thi u ph i ≥ 400m. bình c a t ng GHSZ là 270 mét và i v i gas sâu nư c bi n t i hydrate lo i H, chi u dày trung bình c a t ng GHSZ là 365m và thi u ph i ≥ 300m nư c.Vùng hình thành và t n t i n nh gas hydrate (GHSZ) sâu nư c bi n t trong khu v c bi n ông có chi u dày l n nh t n m trong kho ng 1.500-2.500 m và chi u dày l nh t có th lên d n 365 m. ây dư c xem là vùng có tri n v ng tr lư ng l n nh t. 30% di n tích t 300- 3000 m nư c sư n l c V i gi thi t gas hydrate phân b a ông và gas hydrate bão hòa 1,2% th tích tr m tích thì lư ng khí CH4 bi n i u ki n tiêu chu n ư c tính ư c cho ba lo i gas hydrate là 1,7 x 1014 m3 cho lo i H; 1,41 x 1014 m3 cho lo i II và 1,38 x 1014 m3 cho lo i I. Trong ó khu v c bi n mi n Trung và Hoàng Sa Ià 4,4 x 1013 m3 cho lo i H; 3,6 x 1013 m3 cho lo i II và 3,5 x 1013 m3 cho ông Nam và Trư ng Sa 7,5 x 1013m3 cho lo i H; 6,1 x 1013 m3 lo i I. Khu v c bi n cho lo i II và 5,9 x 1013 m3 cho lo i I.• Ts. Nguy n Như Trung Vi n a c h t và a v t lý bi n Vi n Khoa h c & Công ngh Vi t Nam
(Theo TCDK s 3-2009)