Thăm dò dầu khí phát hiện khoáng sản than

Do những điều kiện địa lý đặc biệt mà những rừng cây bị chôn vùi trong lòng đất. Rồi với thời gian, các lớp đất cứ dày lên và các rừng cây ngày càng bị chôn vùi sâu hơn nghĩa là nó chịu áp suất ngày càng lớn và nhiệt độ ngày càng cao. Sau nhiều triệu năm, các lớp đất phủ này dày tới nhiều trăm mét, nhiều kilomet và nhiệt độ cũng đạt hàng trăm độ. Trong điều kiện này các lớp đất biến dần thành đá và celulo biến dần thành than. Tùy thuộc vào điều kiện nhiệt độ, áp suất và thời gian mà ta có sản phẩm là than từ non (than bùn) tới già (than antraxit).

1. Các nhà địa chất dầu khí phát hiện than

Một trong các quy định quan trọng của công tác thăm dò khoáng sản nói chung là phát hiện tất cả các loại khoáng sản bắt gặp trong quá trình nghiên cứu. Do đó, nếu gặp một khoáng sản khác khoáng sản đang được nghiên cứu, các nhà địa chất đều phải có trách nhiệm quan tâm đến nó. Tùy theo hoàn cảnh cụ thể mà mức độ quan tâm có khác nhau. Có trường hợp chỉ báo có khoáng sản, có trường hợp phải bổ sung nhiệm vụ tìm kiếm thăm dò hoặc nghiên cứu có tính chất chuyên đề…Trong quá trình thăm dò dầu khí ở nước ta, các nhà địa chất dầu khí đã phát hiện than tại các khu vực thăm dò dầu khí như Đồng bằng Sông Hồng và thềm lục địa. Vậy họ phát hiện than bằng công cụ nào?

Ở nước ta, từ đầu những năm 60 của Thế kỷ trước các nhà địa chất Việt Nam với sự giúp đỡ của Liên Xô đã tiến hành tìm kiếm thăm dò dầu khí ở phần đất liền Miền Bắc Việt Nam. Để tìm dầu khí người ta phải biết được cấu trúc địa chất của lòng đất, phải khoan các giếng khoan qua các lớp đất đá để xem chúng có chứa dầu khí hay không. Ngay từ những giếng khoan đầu tiên, các nhà địa chất dầu khí đã phát hiện nhiều lớp than tồn tại trong lòng đất tại Đồng bằng Sông Hồng. Câu hỏi đặt ra là các nhà địa chất dầu khí đã nhận biết các lớp than này như thế nào ?. Có hai phương pháp để nhận biết sự có mặt của than: gián tiếp và trực tiếp. Trong quá trình khoan, ta đo địa vật lý giếng khoan để biết các đặc tính vật lý của các lớp đá được khoan qua. Trong đó hai đặc tính quan trọng nhất để nhận biết than là hàm lượng phóng xạ và điện trở. Do than có hai đặc tính đặc biệt là có độ chứa các nguyên tố phóng xạ thấp hơn nhiều lần nhưng lại có điện trở lại cao hơn so với các lớp đất đá xung quanh, nên khi phân tích các đường cong đo độ phóng xạ và điện trở, đặc biệt là độ phóng xạ là ta nhận biết ngay các lớp than.

Trong thực tế, có một số loại đá cũng có điện trở cao không khác than nên đôi khi có nhầm lẫn do vậy quan trọng hơn cả phải là nhận biết qua độ phóng xạ. Còn điện trở là để kiểm tra. Các chỉ số phóng xạ và điện trở là cơ sở của phương pháp gián tiếp để nhận biết các vỉa than trong giếng khoan. Phương pháp đơn giản và trực tiếp là nhận biết qua mẫu đất đá gồm mẫu lõi khoan và mẫu mùn khoan được đưa lên mặt đất. Mẫu lõi khoan được lấy trực tiếp từ các lớp đất đá khoan qua. Còn mẫu mùn khoan là hứng lấy các mảnh vỡ của đất đá khoan qua và được đưa lên mặt đất nhờ chất lỏng gọi là dung dịch khoan. Để biết được độ sâu chính xác của các lớp than, ta sử dụng đường cong đo địa vật lý giếng khoan tỷ lệ đo 1/200 nghĩa là một lớp than dày 1m trong lòng đất sẽ được thể hiện 5mm trên bản vẽ. Và nhờ các đường cong địa vật lý giếng khoan mà ta biết được chiều dày, độ sâu của nóc và đáy mỗi lớp than.

Tài nguyên than của Đồng bằng Sông Hồng được dự tính khoảng 40 tỷ tấn

Tìm kiếm thăm dò khoáng sản nói chung và than nói riêng đòi hỏi nhà địa chất phải biết được cấu trúc địa chất lòng đất nơi nghiên cứu. Ta hình dung rằng nhà địa chất hiểu cấu trúc lòng đất như hiểu cấu trúc của ngôi nhà nhiều tầng. Trong đó mỗi tầng nhà ví như là một tầng địa chất (địa tầng), mỗi phòng, mỗi lô ví như một khối địa chất. Nhà địa chất phải biết được ngôi nhà đó có bao nhiêu tầng, bao nhiêu lô, bao nhiêu phòng, kích thước cao thấp, rộng hẹp của mỗi tầng, mỗi lô, mỗi phòng. Khi khoan qua các phòng, các lô (khối địa chất) đó ta biết nó có than hay không, mỗi tầng có bao nhiêu lớp, dày mỏng ra sao…

Tại các giếng khoan, ta chỉ gặp được các vị trí rời rạc của các lớp than. Khi có nhiều giếng khoan, nhà địa chất phải tìm hiểu để nối các điểm rời rạc này của từng lớp than lại với nhau. Kết quả của công tác này là một bản đồ thể hiện sự phân bố của than trong lòng đất. Từ đó ta biết diện tích phân bố của mỗi lớp than. Nhờ vậy mà việc tính thể tích của mỗi lớp than tại mỗi địa tầng chứa than, mỗi khối địa chất chứa than là công việc đơn giản. Chỉ việc làm phép nhân chiều dày lớp than với diện tích của nó là có thể tích của than. Nhờ có mẫu than ta biết được khối lượng riêng của than và từ đó ta có con số trữ lượng than được tính bằng tấn. Mật độ công trình gặp than xác định độ chính xác của con số trữ lượng được thể hiện bằng các cấp trữ lượng khác nhau. Do mục đích cần sử dụng con số trữ lượng mà người ta xác định cấp trữ lượng để thiết kế mật độ công trình thăm dò phù hợp. Mật độ công trình càng cao thì con số trữ lượng càng chính xác, càng gần thực tế hơn.

Sơ bộ những nguyên lý cơ bản để bạn đọc biết các nhà địa chất dầu khí nhận biết về than gặp được trong quá trình thăm dò, khai thác dầu khí như thế nào và bằng cách nào. Thực tế, có thể nói rằng thông tin than thu được trong thăm dò dầu khí hoàn toàn đầy đủ và tin cậy để đánh giá tài nguyên than có trong lòng đất, nhất là các khu vực được nghiên cứu dầu khí lại có cấu trúc địa chất đơn giản hơn nhiều so với khu mỏ than lớn nhất Việt Nam đang được khai thác là Mỏ than Quảng Ninh. Về cơ bản, các nhà địa chất than cũng áp dụng những phương pháp này để thăm dò than. Tất nhiên, để phục vụ khai thác than, các nhà địa chất than phải có thêm các thông tin về tính chất cơ lý (độ bền) của đất đá các tầng địa chất chứa than, chế độ thủy địa chất (ngập và thoát nước) của mỏ than. Để sử dụng than trong công nghiệp và thương mại ta phải xác định chất lượng than, phân loại than…

Cho tới nay, công tác thăm dò dầu khí đã triển khai trên phạm vi cả nước từ Bắc vào Nam, từ miền núi tới đồng bằng, từ đất liền ra biển.. Những khu vực được tập trung nhiều hơn cả là: ở đất liền phải kể đến Đồng bằng Sông Hồng, Đồng Bằng Sông Cửu Long, Khu vực vùng núi Phía Đông Bắc Việt Nam thuộc phía Đông Tỉnh Lạng Sơn, phía Đông Bắc Tỉnh Bắc Giang, một phần phía Bắc Tỉnh Hải Dương và phần lớn diện tích Tỉnh Quảng Ninh. Về địa chất khu vực này được gọi là Trũng An Châu. Ở ngoài biển là toàn bộ thềm lục địa từ Bắc vào Nam, nhưng mật độ dày đặc hơn cả là khu vực thềm lục địa phía Nam. Toàn bộ khu vực nghiên cứu ở đâu cũng gặp than. Tuy nhiên, than có nhiều hơn cả là khu vực Đồng bằng Sông Hồng và thềm lục địa.

2. Than ở Đồng bằng Sông Hồng

Có thể nói rằng, các nhà địa chất dầu khí đã mất khá nhiều công sức, thời gian để tìm dầu khí tại đây. Ngay từ những năm 60 của thế kỷ trước, với sự giúp đỡ của Liên Xô, và tới nay các công ty nước ngoài vẫn chưa ngừng nghỉ tìm dầu khí tại Đồng bằng Sông Hồng. Cho tới nay, một khối lương khổng lồ các công trình tìm kiếm dầu khí đã được đầu tư. Có lẽ mật độ công trình tìm dầu khí không ở đâu trên trái đất này lại cao như Đồng bằng Sông Hồng. Với một diện chưa tới 3000km2 mà đã có gần 7000km tuyến địa chấn 2D và gần 100 giếng khoan sâu từ 650m đến trên 4000m.

Ngoài ra, riêng nghiên cứu về than, Tập đoàn Than và Khoáng sản Việt Nam đã khoan 80 giếng sâu từ 200m đến 800m Tại khu vực Huyện Khoái Châu, Hưng Yên và hai công ty nước ngoài đã khoan 13 giếng sâu từ 200m đến 1400m để thăm dò khí than tại Hưng Yên và Thái Bình. Trong số đó có 17 giếng khoan dầu khí sâu 1200m và tất cả các giếng khoan nghiên cứu than đều lấy mẫu đất đá của toàn bộ địa tầng khoan qua. Các giếng khoan còn lại được lấy mẫu không quá 10% chiều sâu giếng khoan. Do cấu trúc địa chất tại Đồng bằng Sông Hồng đơn giản hơn nhiều so với mỏ Than Quảng Ninh và với mật độ công trình nghiên cứu tại đây, nên các nhà địa chất có đủ cơ sở tin cậy để xác định một cách rõ ràng cấu trúc địa chất khu vực này, nhất là tới độ sâu chứa than nơi sâu nhất không quá 2500m.

Về than, đã xác định được chiều sâu, chiều dày các vỉa than đã gặp. Điều đó cũng có nghĩa là ta biết được khu vực nào, chiều sâu nào có than, không có than và như trên đã nói ta hoàn toàn biết được lượng than có trong từng khu vực khi ta vẽ bản đồ cấu trúc địa chất các địa tầng chứa than và các bản đồ phân bố các vỉa than ở những mức độ chính xác khác nhau tùy thuộc mật độ công trình. Mật độ công trình càng dày thì độ chính xác càng cao.

Tại Đồng bằng Sông Hồng than tập trung chủ yếu thành một dải chạy dọc theo trung tâm với chiều rộng khoảng 10 -15km bắt đầu từ khu vực các huyện Khoái Châu, Ân Thi Tỉnh Hưng Yên sang các Huyện Hưng Hà, Đông Hưng, Kiến Xương, Tiền Hải, Tỉnh Thái Bình và ra biển. Ngoài ra, khu vực Phía Đông Bắc Huyện Vũ Thư, Tỉnh Thái Bình và một dải kéo dài theo hướng cận Bắc Nam thuộc trung tâm Huyện Kiện Xương sang Huyện Giao Thủy, Tỉnh Nam Định và ra biển cũng có khá nhiều than. Những khu vực này than nằm trong khoảng chiều sâu 200m - 1600m. Đa số diện tích còn lại đều có than nhưng mức độ tập trung không cao, số lượng lớp than thấp, các lớp than thường mỏng và than có mặt ở chiều sâu từ 800m đến 2500m.

Vậy, tài nguyên than của Đồng bằng Sông Hồng là bao nhiêu? Hiện, công tác điều tra, đánh giá đang được thực hiện nhưng đa số các chuyên gia cho rằng con số này là khoảng 40 tỷ tấn. Đây cũng là một con số rất hấp dẫn đối với nền kinh tế nước ta khi mà nguồn than chính là Mỏ than Quảng Ninh đang dần cạn kiệt và nước ta trong tương lai gần sẽ phải nhập khẩu than cho nhu cầu phát triển của đất nước.

Một vấn đề được nhiều người quan tâm là tại sao lại chưa đầu tư khai thác than tại Đồng bằng Sông Hồng ?. Tuy có trữ lượng lớn nhưng than ở đây nằm ở độ sâu lớn, mức độ tập trung không cao, đất đá chứa than có kết cấu yếu và khu vực chứa than lại có mật độ dân cư rất cao (khoảng trên 1000 người/km2), mật độ các công trình lịch sử, văn hóa dày đặc…Với trình độ công nghệ khai thác than hiện nay của thế giới thì loại mỏ này được khai thác bằng hai phương pháp sau: Thứ nhất là khai thác theo công nghệ hầm lò. Đây là công nghệ khai thác truyền thống. Nhiều nước trên thế giới đã khai thác tới độ sâu trên 1000m so với mực nước biển. Tuy nhiên, ở nước ta tại Mỏ than Quảng Ninh, mặc dù đất đá chứa than rắn chắc, nhưng gần đây mới bắt đầu khai thác ở độ sâu 300m so với mực nước biển.

Thứ hai là khai thác bằng công nghệ khí hóa than. Đây là công nghệ mới. Trên trên thế giới mới chỉ có vài ba quốc gia áp dụng công nghệ này, trong đó đáng kể là Australia. Người ta khoan vào các lớp than và thực hiện việc khí hóa ngay tại các lớp than trong lòng đất sau đó đưa khí lên mặt đất, thu gom lại để sử dụng. Khó khăn lớn nhất, cũng là những rủi ro lớn nhất đối với khai thác than tại Đồng bằng Sông Hồng là tác động môi trường. Những tác động có thể thấy ngay, đó là sụt lún đất, xử lý nước mặn và tác động bởi nhiệt sinh ra trong phản ứng khí hóa than. Khi lấy than lên hoặc khí hóa đều tạo ra một khoảng rỗng trong lòng đất. Với đất đá mềm bở, không rắn chắc như ở Đồng bằng Sông Hồng thì việc sụt lún là khó tránh khỏi. Mặt đất chỉ cần sụt lún vài chục phân thì đã là vấn đề lớn khi mật độ công trình dày đặc như ở đây. Ngoài ra, còn việc thay đổi mực nước ngầm… cũng là câu chuyện không nhỏ. Dù khai thác bằng công nghệ nào thì cũng phải tháo khô lớp than đang được khai thác.

Nước ngầm ở Đồng bằng Sông Hồng rất mặn vậy xử lý nước mặn thế nào cũng là bài toán hóc búa. Khi phản ứng khí hóa xảy ra sẽ sinh nhiệt. Một phần nhiệt này sẽ truyền lên mặt đất làm thay đổi nhiệt độ trên mặt dù chỉ vài ba độ thôi cũng làm ảnh hưởng tới môi sinh… Chính vì những rủi ro như vậy nên công tác khai thác phải được nghiên cứu để giảm thiểu các tác động này là rất cần thiết. Thủ Tướng Chính phủ đã giao Tập đoàn Công nghiệp Than Khoáng sản Việt Nam tiến hành thử nghiệm công tác khai thác bằng công nghệ khi hóa than ngầm tại vùng ven bờ biển Tỉnh Thái Bình, nơi có mật độ dân cư và công trình xây dựng thấp. Chúng ta chờ xem kết quả của công tác nghiên cứu này.

3. Than ở thềm lục địa Việt Nam

Tại các phần trên, ta đã biết toàn bộ thềm lục địa Việt Nam có 8 bể trầm tích với tổng diện tích trên 1 triệu km2. Do điều kiện địa lý khác nhau (độ sâu nước biển, và mức độ xa bờ) nên mức độ nghiên cứu cũng rất khác nhau. Các bể được nghiên cứu dày đặc và đang khai thác dầu khí là các bể được nghiên cứu nhiều hơn cả như Bể Cửu Long, Bể Nam Côn Sơn và Bể Malay – Thổ Chu. Bể Sông Hồng (phần ở thềm lục địa) tuy chưa có khai thác nhưng cũng được nghiên cứu khá chi tiết cả về địa chấn và khoan thăm dò. Sử dụng toàn bộ tài liệu này đủ để đánh giá tài nguyên than Đồng bằng Sông Hồng ở mức khá chính xác. Bể Phú Khánh trong các năm gần đây đã có khoan thăm dò. Các bể Tư Chính – Vũng Mây, Trường Sa và Hoàng Sa công tác nghiên cứu còn rất sơ bộ.

Tập đoàn Dầu khí Việt Nam và các công ty nước ngoài đã tiến hành khoan thăm dò khai thác dầu khí trên nhiều diện tích thềm lục địa nước ta. Công tác nghiên cứu bằng địa chấn về cơ bản đã được phủ kín toàn bộ diện tích này. Ngay cả khu vực nước sâu xa bờ cũng không còn nhiều chỗ trống. Đã có gần 500 giếng khoan thăm dò, khai thác dầu khí được thực hiện và số giếng khoan này ngày một tăng lên. Hầu hết các giếng khoan này đều gặp than với mức độ khác nhau về số lượng và chiều dày lớp than. Tổng chiều dày các lớp than thay đổi từ vài ba mét tới gần 170m. Độ sâu gặp than cũng khác nhau. Có nơi chưa đến 200m đã gặp than nhưng có nơi lại tới trên 2000m. Đáy của các địa tầng chứa than cũng thay đổi từ trên 1000m tới trên 4000m, nhưng chủ yếu nằm trong khoảng 1500m - 2500m. Đến nay, chưa có công trình nghiên cứu tỷ mỷ về than ở thềm lục địa Việt Nam. Tuy nhiên, với các tài liệu hiện có, các nhà địa chất đã dự báo tiềm năng than ở thềm lục địa Việt Nam (khu vực đã có khoan dầu khí chiếm khoảng 50%-60% diện tích thềm) là khoảng 4320 tỷ tấn, cụ thể như sau:

Bể Sông Hồng có than trong khoảng chiều sâu 800m đến 4000m dưới mực nước biển, trữ lượng dự báo khoảng 980 tỷ tấn.

Bể Cửu Long có than trong khoảng chiều sâu 700m đến 2500m dưới mực nước biển, trữ lượng dự báo khoảng 150 tỷ tấn.

Bể Nam Côn Sơn có than trong khoảng chiều sâu 2960m đến 4450m dưới mực nước biển, trữ lượng dự báo khoảng 2030 tỷ tấn.

Bể Ma Lay - Thổ Chu có than trong khoảng chiều sâu 1580m đến 3200m dưới mực nước biển, trữ lượng dự báo khoảng 1180 tỷ tấn.

Các bể trầm tích Phú Khánh, Hoàng Sa, Trường Sa và Tư Chính - Vũng Mây, do mức độ nghiên cứu còn rất sơ bộ, có nơi chưa khoan nên chưa có tài liệu để tính toán, dự báo.

Có thể nói than ở thềm lục địa Việt Nam có tiềm năng lớn, nhưng mức độ tập trung rất khác nhau cả về diện tích và chiều sâu và nhất là than lại nằm sâu dưới đáy biển cho nên việc khai thác được trong điều kiện hiện nay là không thể.

Chúng ta tin rằng trong tương lai, khi trình độ công nghệ được nâng lên và khi “miếng ngon” không còn nữa, trong khi nhu cầu than ngày càng lớn thì con người sẽ có giải pháp để sử dựng loại tài nguyên này. Do vậy, công tác nghiên cứu than tại thềm lục địa Việt Nam nên để giành cho các thế hệ tương lai.

Nguyễn Xuân Nhự

Hội Dầu khí Việt Nam