Trong quá trình tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí đòi hỏi phải áp dụng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phương pháp địa chấn đóng vai trò rất quan trọng. Thăm dò địa chấn được tiến hành trong phạm vi rộng lớn của các bể trầm tích, kết quả đạt được không chỉ giải quyết các nhiệm vụ nghiên cứu cấu trúc địa chất mà còn cho phép dự báo trực tiếp đặc điểm môi trường trầm tích liên quan đến tiềm năng dầu khí.

Khái quát về thăm dò địa chấn

Thăm dò địa chấn là phương pháp giải quyết các nhiệm vụ địa chất trên cơ sở nghiên cứu quá trình truyền sóng đàn hồi trong môi trường đất đá. Quá trình phát sóng được tiến hành bằng nổ mìn, rung, đập (trên đất liền) hoặc ép hơi, xung điện (trên sông, biển). Trong môi trường địa chất, khi gặp các mặt ranh giới khác nhau sóng đàn hồi bị phản xạ và khúc xạ, với hệ thống thiết bị thích hợp có thể ghi nhận các sóng này. Sau quá trình xử lý và phân tích tài liệu sẽ tạo ra các lát cắt, các bản đồ và các thông tin khác phản ánh đặc điểm hình thái và bản chất môi trường vùng nghiên cứu. Quá trình phát thu sóng ngoài thực địa, xử lý số liệu và minh giải tài liệu kế tiếp nhau và có mối quan hệ lẫn nhau.

Các loại sóng đàn hồi

Trong quá trình phát sóng có thể tạo ra các loại sóng đàn hồi như sóng khối truyền trong không gian, sóng mặt chỉ truyền theo các bề mặt ranh giới (hình 3.1).

Hình 3.1 - Các loại sóng địa chấn

Hình 3.2 - Mô hình tia truyền a. Sóng dọc; b. Sóng ngang SH; c. Sóng ngang SV

Sóng khối gồm sóng dọc (sóng P) liên quan đến biến dạng co giãn, có phương dao động trùng với phương truyền sóng. Sóng ngang (sóng S) liên quan đến biến dạng trượt, có phương dao động thẳng góc với phương truyền sóng, chỉ truyền được trong môi trường rắn và không truyền được trong môi trường nước và khí. Sóng ngang gồm sóng dao động theo mặt thẳng đứng (SV) và sóng dao động theo mặt nằm ngang (SH). Mô hình tia truyền sóng dọc và sóng ngang được thể hiện trên hình 3.2. Sóng mặt gồm có sóng Raylei có dao động theo quỹ đạo hình elip theo mặt phẳng thẳng đứng song song với phương truyền sóng và sóng Love dao động trong mặt phẳng nằm ngang (hình 3.3).

Hình 3.3 - Quỹ đạo chuyển động của các loại sóng khác nhau. a. sóng dọc; b. sóng ngang SV; c. sóng ngang SH; d. sóng mặt Raylei; e. sóng mặt Love

Sóng xuất phát từ nguồn là sóng trực tiếp, khi gặp các mặt ranh giới thì sẽ xuất hiện các sóng phản xạ, sóng khúc xạ, sóng biến đổi (từ sóng dọc sang sóng ngang) hoặc sóng lặp nhiều lần từ các ranh giới khác nhau. Khi gặp các bất đồng nhất có kích thước nhỏ so với bước sóng thì xuất hiện sóng tán xạ. Loại sóng nào được sử dụng để phân tích tài liệu là sóng có ích, các sóng còn lại là nhiễu. Sóng phản xạ xảy ra khi các mặt ranh giới phân chia các lớp đá có trở sóng (tích của tốc độ truyền sóng và mật độ) khác nhau. Với các mặt ranh giới có trở sóng tăng từ trên xuống thì có thể thu được sóng khúc xạ khi thu sóng cách nguồn một khoảng nhất định. Khi khảo sát trên mặt đất hoặc mặt biển có thể sử dụng sóng phản xạ hoặc khúc xạ (phương pháp địa chấn phản xạ hoặc phương pháp địa chấn khúc xạ). Khi khảo sát trong giếng khoan có thể sử dụng sóng trực tiếp (phương pháp địa chấn giếng khoan), sử dụng sóng trực tiếp, sóng phản xạ và khúc xạ (phương pháp tuyến địa chấn thẳng đứng), sử dụng sóng trực tiếp với dải tần số âm và siêu âm (phương pháp địa chấn siêu âm).

Trong khảo sát môi trường trầm tích phân lớp thì phương pháp địa chấn phản xạ được áp dụng rộng rãi. Để khảo sát phần nông với độ phân giải cao cần sử dụng phương pháp dải tần số cao. Cho đến nay, thăm dò địa chấn được phát triển mạnh mẽ từ phát thu sóng, đến xử lý và minh giải tài liệu. Với kỹ thuật ghi số, các bộ lọc tối ưu, tự động hóa chương trình xử lý, mở rộng khoảng quan sát và hàng loạt đổi mới khác đã cho phép nâng cao hiệu quả thăm dò địa chấn. Ngoài xác định hình thái cấu trúc, phương pháp địa chấn còn có thể nghiên cứu đặc điểm địa tầng trầm tích và trực tiếp dự báo thành phần vật chất của đối tượng khảo sát. Các kết quả của thăm dò địa chấn có ý nghĩa quan trọng trong các giai đoạn khác nhau từ tìm kiếm, thăm dò, thẩm định, khai thác, phát triển mỏ...

Trên hình 3.4 là hình ảnh khảo sát địa chấn trên biển và trên đất liền.

Bên cạnh các ưu điểm, phương pháp địa chấn cũng có hạn chế như độ phân giải giảm theo chiều sâu, ngoài sóng có ích cần cho minh giải còn tồn tại nhiều loại nhiễu mà việc tách biệt và hạn chế chúng rất phức tạp. Để nâng cao hiệu quả của phương pháp địa chấn cần hoàn thiện hệ thống phát và thu sóng, áp dụng công nghệ mới trong xử lý và phân tích số liệu, phối hợp tốt với phương pháp địa vật lý giếng khoan và các phương pháp địa chất khác.

Hình 3.4 - Hình ảnh khảo sát địa chấn a. Khảo sát trên biển; b. Khảo sát trên đất liền

Theo Minh giải địa chấn trong thăm dò và khai thác dầu khí