Năng lượng và năng lượng địa nhiệt ở Việt Nam (Kỳ 2)

10. Độ dẫn nhiệt và xác định độ dẫn nhiệt giếng khoan

Độ dẫn nhiệt (K), được định nghĩa là năng lượng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích đá trong một đơn vị thời gian. Đơn vị đo vật lý là: w/mK (Wat trên mét độ Kelvin).

Có 2 giải pháp để xác định độ dẫn nhiệt: Một là, đo trực tiếp trên mẫu lõi giếng khoan. Hai là, xác định theo tài liệu địa vật lý giếng khoan.

Xác định đo độ dẫn nhiệt mẫu lõi giếng khoan bằng thiết bị Thercon 2-1992 QMT Made in Vietnam

QTM là cụm từ viết gọn lại từ chữ cái tiếng Anh. Tên đầy đủ là Quick Thermal Conductivity Meter. Tiếng Việt được hiểu là thiết bị đo nhanh độ dẫn nhiệt. QTM Việt Nam được chế tạo lần thứ 2 năm 1992 do GS. Đàm Trung Đồn, Đại học Quốc gia Hà Nội sáng chế. Do vậy, mang nhãn hiệu Made in Vietnam Thercon 2-1992 không chỉ đo độ dẫn nhiệt của đá, mẫu lõi giếng khoan có độ dẫn nhiệt nằm trong miền giá trị từ 0,12 tới 12w/mk mà còn đo được cả độ dẫn nhiệt của các nguyên liệu, vật liệu có độ dẫn nhiệt thấp và rất thấp như xốp, bông, len. Sai số phép đo trên cùng mẫu đồng nhất chỉ 2%. Quá trình đo được thực hiện bởi bằng phần mềm công nghệ cao do GS. Đàm Trung Đồn lập trình. Kích cỡ mẫu đo vào khoảng 6 x 8 (cm), được gia công thành mặt phẳng, mài nhẵn, mịn, ngâm trong nước trước khi đo 24h, trong phòng nhiệt độ 26⁰C. Kỹ năng thao tác dễ dàng, đơn giản. Thời gian đo 1 mẫu chỉ vài chục giây, gọi đo nhanh là thế.

Thiết bị QTM đã được chuyên gia dòng nhiệt của Hiệp hội thăm dò Khoáng sản ngoài khơi Đông Nam châu Á CCOP, GS.TSKH Osamy Matshybayashi kiểm định và có văn bản chính thức để nghị Việt Nam, trong điều kiện thuận lợi, có thể sản xuất đại trà để cung cấp cho các nước thành viên CCOP. Cần lưu ý rằng, ở thời điểm đó, năm 1992, mặc dù Thái Lan, Indonesia, Malaysia đã tiến hành nghiên cứu dòng nhiệt trước Việt Nam khoảng 20 năm, nhưng các nước này vẫn phải nhập thiết bị đo độ dẫn nhiệt mẫu lõi giếng khoan từ nước ngoài vì họ không thể tự sản xuất được.

Cách đo độ dẫn nhiệt cổ điển, thời Nga Hoàng là mẫu đo đặt trong hộp cách nhiệt hoàn toàn với môi trường bên ngoài. Nhưng trong thực tế không thể có hộp cách nhiệt lý tưởng như vậy. Do đó không đạt được độ chính xác của phép đo. QTM của Việt Nam là đo độ dẫn nhiệt của hạt đá rồi suy ra độ dẫn nhiệt của cả hòn đá. Thế mạnh QTM Việt Nam là sensor nhiệt nhạy, nhạy đến mức có thể đo được nhiệt năng của quả bóng bay kéo dài (cơ năng chuyển thành nhiệt năng), kiểm tra mức độ chín của gạch ở trong lò khi vị trí đo ở xa 300m, đo độ ẩm thấp nhất của giấy in tiền, của gạo, đỗ, ngô xuất khẩu. Đặc biệt, trong y học sensor Việt Nam đo được cả nhiệt độ riêng của từng bộ phận: tim, gan, phổi, dạ dày,... rất cần cho hội chẩn. Nhiệt độ ta đo hàng ngày 37⁰C chỉ là nhiệt độ trung bình của cơ thể.

Sensor nhạy Việt Nam chẳng phải mua từ nước giàu có nào trên thế giới mà nó được gia công bởi “đôi bàn tay vàng” của người phụ nữ Việt Nam duy nhất. GS. Đàm Trung Đồn là nhà khoa học tên tuổi của Việt Nam về vật lý nhiệt chất rắn. Trong chống Mỹ cứu nước, ông có nhiều công trong chiến dịch chống bom từ trường, ngư lôi. Trong hòa bình, hàng chục năm ông làm trưởng đoàn đưa học sinh Việt Nam đi thi Vật Lý quốc tế; nhiều năm ông là thành viên của Hội đồng vật lý Hà Lan, chuyên biên soạn giáo trình cho nghiên cứu sinh bậc Tiến sĩ nghiên cứu. Hiện thời ở tuổi 80, ông vẫn minh mẫn và sáng suốt, ngày đêm vẫn miệt mài hướng dẫn nghiên cứu sinh Việt Nam làm luận án bậc Tiến sĩ và cao hơn. Đôi khi ông sang Nhật Bản giảng bài ở trường Đại học Tổng hợp Tokyo. Hai tiết học đứng lớp của ông, nhà trường bồi dưỡng tới 3 nghìn đôla Mỹ. Bạn đọc thấy chưa, người Việt Nam giỏi giang thế, không chỉ thông minh trong chiến tranh mà còn tài hoa cả trong hòa bình.

Nhờ QTM Việt Nam, chỉ trong thời gian ngắn hàng nghìn mẫu lõi giếng khoan thềm lục địa Việt Nam đã được hoàn thành đo được độ dẫn nhiệt. Ví dụ: Mẫu lõi cát kết ở độ sâu 2841,1m tại giếng khoan BH - 4 (Bạch Hổ - 4) thuộc bể Cửu Long, độ dẫn nhiệt đo trên thiết bị QTM Việt Nam nói trên cho kết quả là 2,7w/mk. Tương tự, mẫu lõi cát kết ở độ sâu 3385m tại giếng khoan 12A – 1X của bể Nam Côn Sơn, độ dẫn nhiệt là 3,76 w/mk.

Từ độ sâu 500m tới 4000m, độ dẫn nhiệt của các loại đá trong các giếng khoan dầu khí thềm lục địa Việt Nam thay đổi trong miền giá trị từ 1,4 tới 4,6w/mk, trong đó độ dẫn nhiệt của đá cát kết, bồ kết cao hơn từ 2,28-3,37 w/mk, với đá vôi, than thì thấp hơn, giá trị tương ứng là; 2,27-2,47; và 1,38-1,44 (w/mk). Càng xuống sâu, đá đặc sít hơn, độ rỗng giảm nên độ dẫn nhiệt càng tăng. Độ dẫn nhiệt là hàm số tỷ lệ nghịch với tham số độ rỗng. Độ rỗng của đá giảm thì độ dẫn nhiệt tăng và ngược lại.

Tuy nhiên kết quả đo trên chỉ thể hiện độ dẫn nhiệt riêng của từng loại đá như cát kết, bồ kết, cacbornat, than… Để xác định độ dẫn nhiệt giếng khoan cần xác định độ dày của từng loại đá này từ tài liệu Địa vật lý giếng khoan. Hai thông số đó đưa vào phương trình cụ thể, từ đó sẽ xác định được giá trị trung bình của cả cột địa tầng giếng khoan. Ví dụ bằng giải pháp này, ở bể Nam Côn Sơn, độ dẫn nhiệt trung bình của giếng khoan 04A-1X, 12A-1X, 28A-1X lần lượt là 2,44; 2,55 và 4,13 (w/mk).

Xác định độ dẫn nhiệt giếng khoan theo tài liệu địa vật lý giếng khoan

Trong các giếng khoan thềm lục địa Việt Nam nhiều trường hợp mẫu lõi giếng khoan không lấy được đầy đủ hoặc không đảm bảo kích cỡ theo yêu cầu, thậm chí nhiều giếng khoan thực hiện khoan phá mẫu. Trong những trường hợp đó, bằng phần mềm công nghệ cao, độ dẫn nhiệt giếng khoan được xác định theo tài liệu địa vật lý giếng khoan, tài liệu điện trở suất. Ví dụ ở bể sông Hồng độ dẫn nhiệt của giếng khoan 103-TG-1X là 3,43 w/mk, giếng khoan 119-CH-1X là 2,12 w/mk… Ở thềm lục địa Việt Nam, hàng trăm giếng khoan độ dẫn nhiệt được xác định bằng giải pháp nói trên.

Bằng thuật toán trung bình trọng số, nghĩa là tổng của tích giữa độ dẫn nhiệt trung bình giếng khoan và độ sâu giếng khoan chia cho tổng độ sâu giếng khoan sẽ cho kết quả độ dẫn nhiệt trung bình của mỗi bể trầm tích. Theo đó độ dẫn nhiệt trung bình của bể trầm tích sông Hồng là 3,37 w/mk, Bể Nam Côn Sơn: 2,67 w/mk, Bể Cửu Long: 2,28 w/mk. (xem bảng số 1).

Trên cơ sở độ dẫn nhiệt của các giếng khoan bản đồ độ dẫn nhiệt của mỗi bể trầm tích được thiết lập.

11. Gradient nhiệt độ và xác định gradient nhiệt độ

Gradient nhiệt độ giếng khoan là nhiệt độ biến đổi theo chiều sâu trên 100m, ký hiệu là G, đơn vị vật lý ⁰C/100m. Tham số địa nhiệt này được xác định bằng nhiệt độ đáy giếng khoan trừ đi nhiệt độ bề mặt 26⁰C (với vùng nhiệt đới) hoặc 15⁰C (với vùng ôn đới) và chia cho độ sâu giếng khoan nhân với 100m

Muốn xác định gradient nhiệt độ giếng khoan, trước hết cần xác định nhiệt độ thật của giếng khoan đó. Trong các giếng khoan dầu khí, thường có hai loại tài liệu. Một là thử vỉa, hoặc nhiệt độ đo sau khi khoan kết thúc nhiều ngày. Loại tài liệu này là nhiệt độ thực giếng khoan nên khi sử dụng không cần phải hiệu chỉnh. Loại tài liệu thứ hai là nhiệt độ đo được bằng phương pháp địa vật lý giếng khoan hay thường gọi là carôta nhiệt (nguồn gốc chữ carôta từ tiếng Pháp do thiết bị đo na ná giống củ cà rốt nên gọi dân dã là carôta nhiệt). Tài liệu carôta nhiệt này không phải là nhiệt độ thực giếng khoan, nó chỉ là nhiệt độ biểu kiến. Bởi vì carôta nhiệt tiến hành đo ngay sau khi bơm rửa giếng khoan, dung dịch bị xáo trộn, giữa vỉa và dung dịch khoan chưa đạt tới trạng thái cân bằng nhiệt. Do đó nhiệt độ thu được chênh lệch và thấp hơn nhiệt độ của vỉa nghiên cứu nào đó. Do vậy, khi sử dụng nhất thiết phải hiệu chỉnh để tìm giá trị này. Theo lý thuyết, để có tài liệu nhiệt độ thực giếng khoan bằng carôta nhiệt thì thời gian đo sau khi khoan kết thúc phải gấp 15 lần thời gian hoàn thành khoan xong giếng khoan. Ví dụ, nếu thời gian khoan xong giếng khoan hết 1 năm thì 15 năm sau tới đo carôta nhiệt tại giếng khoan đó, nhiệt độ thu đc sẽ là nhiệt độ thực của giếng khoan. Điều đo không thể xảy ra trong thực tế nhất là công việc khoan thực hiện trên biển. Dựa vào thời gian bơm rửa giếng khoan và thời gian đo địa vật lý giếng khoan tức là thời gian tuần hoàn và ngừng tuần hoàn của dung dịch khoan t₁ và t₂ , bằng thuật toán cụ thể Dobbe đã xác định được nhiệt độ thực của giếng khoan bằng carôta nhiệt ngay sau khi nhận được tài liệu từ hiện trường mà không cần phải chờ tới khi khoan kết thúc.

Trong các bể trầm tích chứa dầu khí thềm lục địa Việt Nam, hàng trăm giếng khoan đã được xác định nhiệt độ thực theo phương pháp của Dobbe. Khi đã có tài liệu nhiệt độ thực giếng khoan thì gradient nhiệt độ giếng khoan được xác định một cách dễ dàng. Thí dụ giếng khoan 114 – KT – 1X ở bể Sông Hồng chiều sâu, nhiệt độ thực đáy giếng khoan và gradient nhiệt độ là 4100 m, 178ºC và 3.08ºC/100 m. Tương tự giếng khoan Dừa - 1X ở bể Nam Côn Sơn: 4050 m, 154ºC và 3,2ºC; giếng khoan Bà đen – 1X ở bể Cửu Long: 4200 m, 102ºC và 2,28ºC/100 m,...

Đối với đồng bằng Bắc Bộ thuộc bể Sông Hồng, nhiệt độ thực của hầu hết 60 giếng khoan tìm kiếm thăm dò nhiệt độ thực giếng khoan được xác định từ tài liệu carôta nhiệt đo sau khi khoan đã kết thưc từ 7 ngày với 3 năm, đo từ trên xuống, cứ 100 m 1 điểm đo. Khi đó giữa dung dịch khoan và vỉa ở trạng thái cân bằng nhiệt. Do vậy tài liệu nhiệt độ thực giếng khoan thu được rất đáng tin cậy. Sự chậm chạp và trì trệ của thời kỳ bao cấp là điều may mắn cho công tác nghiên cứu nhiệt độ thực giếng khoan. Sau đây là ví dụ cụ thể về độ sâu, nhiệt độ thực và gradient nhiệt độ của 3 giếng khoan, khoan tại đồng bằng Bắc Bộ. Đó là: giếng khoan (GK) 61: 2400m, 123,5ºC và 4ºC/100m; GK 100: 3200m, 148,6ºC và 3,78ºC/100m; GK 102: 3960m, 176,9ºC và 3,77ºC/100m.

Tương tự như trên, bằng thuật toán trung bình trong số gradient nhiệt độ trung bình của bể Sông Hồng là 3,59⁰C/100; Phú Khánh: 3,46⁰/100m; Nam Côn Sơn: 3,59⁰C/100. Malay - Thổ Chu: 3,4⁰C/100m và bể Cửu Long 2,8⁰C/100m. (xem bảng số 1) Gradient nhiệt độ trung bình của trái đất từ 2,5 - 3⁰C/100m. Như vậy ở thềm lục địa Việt Nam gradient nhiệt độ của bể Cửu Long tương đương với gradient nhiệt độ trung bình trái đất, các bể còn lại nói trên thì cao hơn. Bản đồ về gradient nhiệt độ của bể Sông Hồng, Nam Côn Sơn, Malay-Thổ Chu và Cửu Long và toàn thềm đã được thiết lập trên cơ sở gradient nhiệt độ giếng khoan trong vùng nghiên cứu.

Một nhà máy địa nhiệt trên đảo Bali của Indonesia

12. Xác định dòng nhiệt trong các bể trầm tích

Như đã đề cập ở trên dòng nhiệt Q đơn vị đo vật lý là mw/m², được xác định bằng tích giữa độ dẫn nhiệt và gradient nhiệt độ giếng khoan. Cho nên khi đã có 2 tham số đó, dòng nhiệt của hàng trăm giếng khoan thềm lục địa Việt Nam đã được xác định một cách dễ dàng. Ví dụ, ở bể Sông Hồng tại đồng bằng Bắc Bộ, giếng khoan 63, độ sâu 2400m, dòng nhiệt là 134,70mw/m². Còn ở ngoài khơi của bể này, tại giếng khoan 103- TG- 1X, độ sâu 3505m, dòng nhiệt là 115,75mw/m². Tương tự ở bể Nam Côn Sơn, Gk Dừa-1X, 4050m, 80,19mw/m²; ở bể Cửu Long GK BH-10, 4364m, 68,90mw/m² v.v... Cũng bằng phương pháp trung bình trọng số như đã đề cập ở trên, dòng nhiệt trung bình của bể Sông Hồng, Phú Khánh, Nam Côn Sơn, Malay-Thổ Chu, Cửu Long được xác định lần lượt là 119, 89, 80, 74 và 64 (mw/m²). (Xem Bảng số 1). Bản đồ dòng nhiệt toàn thềm đã được thiết lập cho phép thấy rõ quy luật phân bố của dòng nhiệt thềm lục địa Việt Nam. Theo đó, dòng nhiệt phía Bắc cao hơn phía Nam, nghĩa là theo phương Bắc-Nam dòng nhiệt giảm dần. Trong mỗi bể trầm tích, sự phân bố mang tính cục bộ địa phương điển hình. Thí dụ, dòng nhiệt khu vực Tây Bắc của bể Sông Hồng, tức là Đồng bằng Bắc Bộ đạt tới giá trị cao do bị chi phối bởi gradient nhiệt độ. Trong khi đó phía Đông Nam của bể này, lô 119, 120, 121 dòng nhiệt này giảm đi rõ rệt do sự hiện diện của đá carbonat có độ dẫn nhiệt thấp.

Bảng số 1. Giá trị nhỏ nhất, lớn nhất và trung bình về độ dẫn nhiệt, gradient nhiệt độ và dòng nhiệt của các bể trầm tích chứa dầu khí thềm lục địa Việt Nam.

Trên bản đồ thế giới, mặc dù Việt Nam không nằm trong khu vực dị thường cao của trường nhiệt trái đất, chỉ nằm rìa của vành đai núi lửa từ Camchatca (Liên Bang Nga) tới quần đảo Nhật Bản, qua Philippines, song dòng nhiệt trung bình của các bể trầm tích chứa dầu khí thềm lục địa Việt Nam đạt tới 85mw/m². Giá trị đó cao hơn dòng nhiệt trung bình trái đất (65mw/m²), đồng thời cũng cao hơn dòng nhiệt trung bình của khu vực Thái Bình Dương, Philippines và tương đương với một số bể trầm tích chứa dầu khí Đông Nam châu Á như bể Sarawati: 80mw/m², Bituni: 66mw/m² của Indonesia, bể Southern Malay: 92.37mw/m², Balingian: 92,13 mw/m², Malaysia: 81,75 mw/m² của Malaysia.

Cũng như các bể trầm tích khác trên thế giới nguồn nhiệt dưới sâu đưa lên của thềm lục địa Việt Nam là nguồn nhiệt nội sinh chiếm tới 80% được hình thành bởi các phản ứng phân rã hạt nhân của các nguyên tố phóng xạ như Uran ²³⁸U, ²³²U, Thori ²³²Th và Kali ⁴⁰K chứa trong đá bazan tầng Manti của Trái đất. Ở thềm lục địa Việt Nam nguồn nhiệt nội sinh còn lại 20% không chỉ được sinh ra trong quá trình tách giãn Biển Đông, hoạt động kiến tạo, phản ứng hóa học... mà còn được cung cấp bởi động đất và hoạt động núi lửa đã xảy ra trong vùng. Ở Việt Nam cho tới nay chưa tìm thấy bằng chứng động đất xảy ra trong quá khứ nhưng bạn biết đấy năm 1961, động đất ở Sơn La, năm 1983 ở Hà Nội và gần đây, năm 2012 ở đập Thủy điện Trà My Quảng Nam, cường độ tới 4,5 Richter. Ngày nay trên băng địa chấn thăm dò dầu khí, có thể nhận biết dễ dàng hoạt động núi lửa trẻ đã từng xảy ra ở Biển Đông. Hình số 3 là bằng chứng về hoạt động núi lửa ở bể Nam Côn Sơn, xảy ra cách đây khoảng 5 triệu năm, vào thời kỳ Pliocene + Đệ tứ (tuổi tương đối của chuyên môn địa chất dầu khí). Ngay năm 1923, hoạt động núi lửa đã xảy ra ở Nam Trung Bộ. Vì vậy đảo Tro đã được hình thành trong thời gian 4 tháng. Rất tiếc rằng chứng kiến sự kiện đó lại là thương gia người Nhật Bản, không có chuyên môn sâu về lĩnh vực này nên tài liệu, số liệu để lại rất ít ỏi và sơ sài. Nhưng nếu ngay bây giờ bạn tới tham quan đảo Lý Sơn cách Quảng Ngãi chừng 22km, sẽ được hướng dẫn viên chỉ dẫn thăm quan di tích còn lại của núi lửa đã từng xảy ra ở đảo Lý Sơn này. Có thể nói rằng ở thềm lục địa Việt Nam, động đất, hoạt động núi lửa là nguồn nhiệt bổ sung đáng kể cung cấp cho bể trầm tích.

Trong các bể trầm tích Việt Nam, dòng nhiệt liên quan chặt chẽ tới các cấu trúc sâu, đứt gẫy khu vực, với lịch sử phát triển địa chất và có vai trò quan trọng trong quá trình trưởng thành của nguồn đá mẹ Hydrocarbon, vì các mỏ dầu Việt Nam được tìm thấy trong các trầm tích trẻ, tuổi tuyệt đối chỉ từ 36 triệu năm (tuổi của chuyên môn dầu khí gọi là Oligocene - tuổi địa chất tương đối).

Kết quả nghiên cứu dòng nhiệt trên đây, cho phép nhận xét rằng chế độ địa nhiệt của các bể trầm tích chứa dầu khí thềm lục địa Việt Nam là cao. Đó là tiền đề, là căn cứ khoa học để xác định năng lượng địa nhiệt toàn thềm.

14. Năng lượng địa nhiệt và xác định năng lượng địa nhiệt

Năng lượng địa nhiệt là năng lượng nước nóng địa nhiệt tại chỗ (geothermal water) được tạo bởi nhiệt lượng chứa trong đá và trong nước nằm trong nứt nẻ và khoảng rỗng của nham thạch của vỏ trái đất. Đơn vị vật lý đo năng lượng nước nóng địa nhiệt tại chỗ là June (J); đơn vị vật lý đo năng lượng điện chuyển đổi tương đương là kwh, 1 MWh =1000kwh. Nhiệt năng chuyển thành điện năng 1kwh =3600kJ.

Năng lượng địa nhiệt của các bể trầm tích được tiến hành đánh giá tiềm năng dưới địa nhiệt ở mức độ “trữ lượng có thể có” tức là tổng thể tích nước nóng địa nhiệt chứa trong cả tầng đá chứa và tầng “nghèo nước” và tính tiềm năng năng lượng địa nhiệt chứa trong nước địa nhiệt đó. Phải tính cả tầng “nghèo nước” ở đây, bởi vì nó không hoàn toàn cách nước, dưới điều kiện khai thác và áp suất giảm trong tầng chứa thì nước trong tầng “nghèo nước” với khối lượng đáng kể sẽ tách ra và đi vào tầng chứa.

Ở thềm lục địa Việt Nam, năng lượng địa nhiệt được xác định theo phương pháp thể tích. Những thông số trong phương trình tính toán gồm: nhiệt độ, nhiệt dung, diện tích (m² ), độ dày (m), độ rỗng (%), độ bão hòa nước (%)... Theo diện tích được xác định cho từng lô, theo chiều sâu được xác định cho cho tầng phủ hay tầng trầm tích, với chiều dày hơn 4.500m, nhiệt độ từ 30⁰C tới hơn 200⁰C và chỉ cho 4 bể trầm tích: Sông Hồng, Nam Côn Sơn, Malay - Thổ Chu và Cửu Long chiếm khoảng 50% tổng diện tích toàn thềm. Ở độ sâu khoảng dưới 4500m hay còn gọi là tầng móng (đá gốc) chưa đủ số liệu nên chưa đề cập tới bốn bể còn lại gồm: Phú Khánh, Hoàng Sa, Trường Sa và Tư Chính - Vũng Mây chưa xác định. Cho nên gọi năng lượng địa nhiệt toàn thềm chỉ nên hiểu theo nghĩa tương đối.

Tổng trữ lượng nước nóng địa nhiệt tại chỗ của 4 bể trầm tích nói trên đạt tới 21.400 x 10¹⁸ June, năng lượng điện chuyển đổi tương đương là 6030 tỷ Mwh (nhiệt năng chuyển thành điện năng). Trong đó bể Sông Hồng là cao nhất, 8.700 x 10⁸ June, 2.450 tỷ Mwh, chiếm tỷ lệ 41%, còn bể Cửu Long thì thấp hơn chỉ 1.500 x 10¹⁸ June, tỷ lệ chỉ đạt 7%. (Xem bảng 2)

15. Phân cấp địa nhiệt theo nhiệt độ

Nguồn nước nóng địa nhiệt dưới sâu có thể xem như một dạng năng lượng. Cho nên nguồn năng lượng này có thể phân theo các cấp nhiệt độ (⁰C). Theo Tonya ( Toni Boyd 1996-1999 Geo- Heat Center USA) có thể phân thành 3 cấp nhiệt độ khác nhau. Đó là cấp I, nhiệt độ thấp < 90⁰C, cấp II nhiệt độ trung bình từ 90⁰C – 150⁰C, cấp III nhiệt độ cao > 150⁰C. Thông thường các nguồn nhiệt độ cao và trung bình, người ta sử dụng vào mục đích phát điện, còn các nguồn nhiệt độ trung bình và thấp có thể sử dụng trực tiếp hoặc bơm nhiệt (Heat pumps). Với sự phân cấp trên và dựa vào bảng số 3, nhiệt độ theo độ sâu thì thềm lục địa Việt Nam có thể xếp nguồn nhiệt của các bể trầm tích chứa dầu khí vào loại thấp và trung bình (đến chiều sâu 3.000m). Riêng khu vực Nam vịnh Bắc Bộ ( lô 112, 113, 114, 115) có thể xếp vào cấp III, nhiệt độ cao (từ 4500m)

Bảng số 2: Năng lượng nước nóng địa nhiệt tại chỗ và năng lượng điện chuyển đổi tương đương của bể Sông Hồng, Nam Côn Sơn, Malay-Thổ Chu và bể Cửu Long.

Bảng số 2: Sự phân bố nhiệt độ theo độ sâu của thềm lục địa Việt Nam

16. Hai bồn địa nhiệt Việt Nam

Trong các bể trầm tích chứa dầu khí thềm lục địa Việt Nam, có thể thấy 2 diện tích có tiềm năng năng lượng địa nhiệt cao hơn cả. Đó là vùng Duyên hải đồng bằng Bắc Bộ (từ chuyên môn địa chất dầu khí gọi là Trũng Hà Nội) và vùng Nam Đèo Ngang-Quảng Bình. Có thể xem 2 vùng này là 2 bồn địa nhiệt lớn nhất Việt Nam. Bởi những lý do sau đây:

Vùng thứ nhất: Vùng Duyên hải Đồng bằng Bắc Bộ: Chế độ địa nhiệt rất cao, dòng nhiệt đạt tới giá trị từ 120-140 mw/m², gấp 1,5 và 2 lần dòng nhiệt trung bình toàn thềm (85mw/m²) và dòng nhiệt trung bình trái đất (65mw/m²). Độ dẫn

nhiệt tốt phần lớn nằm trong dải từ 3,2-3,5 w/m². Gradient nhiệt độ tới 3,5⁰C/100m, 4⁰C/100m và hơn. Mặc dù diện tích đồng bằng Bắc Bộ chỉ bằng 10% diện tích của bể Sông Hồng nhưng chiếm tới 30% năng lượng điạ nhiệt của toàn bể Sông Hồng. Từ độ sâu 500m-3000m, nhiệt độ cao hơn từ 20⁰C tới 30⁰C cùng độ sâu tương ứng của toàn thềm. Do bị

lớp phủ của đất đá dầy từ 300m tới 500m, cho nên nước nóng địa nhiệt dưới sâu không thể xuất lộ trên mặt đất. Tuy nhiên trong những khu vực liền kề xuất hiện nhiều điểm lộ nước nóng – nước khoáng như điểm lộ nước nóng Quang Hanh – Quảng Ninh, nhiệt độ 41⁰C; Kênh Gà – Ninh Bình 65⁰C, La Phù – Phú Thọ 63⁰C, Thiện Mỹ - Ba Vì – Hà Nội 60⁰C…. Có thể nước nóng của những điểm lộ này do nước nóng địa nhiệt dưới sâu của vùng Duyên hải đồng bằng Bắc Bộ đưa lên qua hệ thống đứt gãy trẻ của khu vực. Kết quả phân tích của phòng thí nghiệm cho thấy thành phần hóa học Biocarbonat natri (HCO­₃-Cl-Na) chứa trong nước của hầu hết các điểm lộ đồng thời thành phần hóa học đó cũng chứa trong nước địa nhiệt dưới sâu của các giếng khoan dầu khí.

Vùng thứ hai: Vùng Nam Đèo Ngang Quảng Bình

Nam Đèo Ngang là ranh giới giữa tỉnh Hà Tĩnh và tỉnh Quảng Bình là tên gọi chung cho khu vực có nhiều điểm lộ nước nóng ở Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế. Khu vực này gần lô 111, 112, 113, 114 thuộc bể trầm tích Sông Hồng ngoài khơi thềm lục địa mà Dòng nhiệt, Độ dẫn nhiệt, Gradieent nhiệt độ, giá trị tương ứng tới 150mw/m², 3,3w/mk và 4,5⁰C/100m. Dải đất Bắc Trung Bộ này, ngoài điểm lộ nước nóng Suối Bang nhiệt độ tới 105⁰C như trên đã đề cập còn nhiều điểm lộ khác như điểm lộ Tân Lâm 70⁰C (Quảng Trị), Thanh Tân 67⁰C, (Thừa Thiên – Huế). Cả 2 điểm lộ này đang được khai thác phục vụ nhu cầu nước uống trong vùng.

Địa chất dầu khí nói chung và địa nhiệt nói riêng thường đi từ nơi đã biết để suy ra nơi chưa biết. Ranh giới bể trầm tích không phải lúc nào cũng trùng với gianh giới bồn địa nhiệt cho nên biết đâu bồn địa nhiệt Nam Đèo Ngang có thể bao gồm cả phần đất liền tỉnh Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên – Huế và ngoài khơi lô 111, 112,113,114 của bể trầm tích Sông Hồng. Có thể dưới sâu của dải đất xanh tươi ta ở là khối đá khô nóng, là nguồn nước nóng với nhiệt độ và áp suất rất cao. Khối đá khô nóng và nguồn nước nóng đó cho tiềm năng năng lượng địa nhiệt khổng lồ mà cho đến giờ ta vẫn chưa biết vì chưa có giếng khoan sâu nào trên đất liền ở vùng này. Trong tương lai vùng Duyên hải đồng bằng Bắc Bộ cũng như vùng Nam Đèo Ngang cần được điều tra, khảo sát một cách chi tiết.

17. Việt Nam - Năng lượng địa nhiệt trong tương lai

Năng lượng địa nhiệt là một dạng tài nguyên. Đã là tài nguyên thì phải quy hoạch tài nguyên. Muốn quy hoạch tài nguyên, trước hết phải đầu tư nghiên cứu, điều tra, khảo sát. Trên thế giới ở bất kỳ quốc gia nào cũng vậy, tài nguyên đất nước, nhất là tài nguyên năng lượng đều phải quy hoạch. Chỉ có quy hoạch Chính phủ mới có đủ căn cứ khoa học để hoạch định chính sách năng lượng quốc gia phù hợp với yêu cầu thực tế.

Như đã đề cập ở trên, ở Việt Nam vào những năm từ 1980 – 2000 địa nhiệt nói chung, năng lượng địa nhiệt nói riêng đã được tiến hành nghiên cứu mạnh mẽ, cả trên đât liền và ngoài thềm lục địa trong các đề tài cấp nhà nước. Nhưng rất tiếc rằng, từ năm 2000 tới nay, chuyên đề này đã dừng lại, không đề cập tới nữa. Khoa học địa nhiệt đã vắng mặt trong chương trình nghiên cứu cấp nhà nước cũng như các ngành. Gần đây, năm 2011, được đề cập trở lại trong chương trình nghiên cứu năng lượng mã số KC – 05 – 11/15 nói trên.

Dựa vào tình hình phát triển kinh tế, xã hội hiện tại, ngành Điện dự báo đến năm 2020, điện Việt Nam chỉ đáp ứng 2/3 nhu cầu, nghĩa là thiếu hụt 1/3. Hay nói rõ hơn, tới năm 2020, cứ 3 ngày phải cúp điện 1 ngày (Báo Năng lượng Mới số 145 ra ngày thứ sáu 10/08/2012). Để bù đắp sự thiếu hụt đó, trong 5 năm tới, ngành Điện cần gấp rút xây dựng 52 nhà máy nhiệt điện chạy than. Đó chỉ là giải pháp tình thế. Còn giải pháp lâu dài cần xúc tiến mạnh mẽ thực hiện chương trình KC - 05 – 11/15.

Trên thế giới, nhà máy điện – địa nhiệt đã ra đời hơn 50 năm. Song ở nước ta, cho tới nay, năm 2014 năng lượng địa nhiệt vẫn còn mới mẻ, nhất là điện – địa nhiệt còn rất xa vời, lẻ loi, đơn độc trong “ngôi nhà” điện Việt Nam. Mặc dù vậy tác giả bài báo này vẫn cho rằng điện địa nhiệt Việt Nam sẽ phát triển. Bởi vì năng lượng địa nhiệt nước nhà rất dồi dào cả trên đất liền và ngoài thềm lục địa. Kinh tế xã hội phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lượng sẽ phát triển. Khi đó, tư duy về giải pháp sử dụng tài nguyên đất nước sẽ thay đổi nhất là sử dụng tài nguyên năng lượng địa nhiệt dùng cho phát điện sẽ thay đổi theo. Dưới đây là những dự báo cụ thể cho từng giai đoạn trong 30 năm tới, từ 2015 - 2045. Dự báo đó xem như một giấc mơ, giấc mơ đẹp, mang tiêu đề Việt Nam. Năng lượng địa nhiệt trong tương lai.

Giai đoạn 2015 – 2025

Mặc dù đã có chương trình nghiên cứu năng lượng địa nhiệt trở lại từ năm 2011, nhưng có lẽ phải tới ngoài 2020 chuyên đề này mới có thể thực thi trong thực tế. Công việc chính của giai đoạn này là củng cố lại tổ chức nghiên cứu và đào tạo. Khi đó trong các trường Đại học truyền đạt về khoa học trái đất như Mỏ Địa chất Hà Nội, khoa Địa chất Đại học Khoa học và Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh, Đại học Dầu Khí sẽ có thời khóa biểu dạy địa nhiệt cho sinh viên thay vì hiện tại không còn học trình Địa nhiệt trong nhà trường. Ở các cơ sở nghiên cứu (Viện Vật Lý địa cầu, Viện Địa chất, Viện Địa chất và Địa Vật lý Biển thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Quốc gia, Viện Địa chất và Khoáng sản thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường, Viện Dầu khí Việt Nam thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam Petrovietnam) sẽ có tổ chức riêng nghiên cứu về Dòng nhiệt (Working group on Heat flow). Trong chương trình nghiên cứu Khoa học và Công nghệ cấp nhà nước sẽ có chuyên đề Dòng nhiệt lồng ghép – Đề tài nhánh.

Giai đoạn 2025 – 2035

Đặc điểm nổi bật nhất của giai đoạn này là quy hoạch năng lượng địa nhiệt Việt Nam. Muốn quy hoạch trước hết phải nghiên cứu, khảo sát. Công việc chính của công tác nghiên cứu khảo sát của giai đoạn này là thiết lập Bản đồ Dòng nhiệt trên phạm vi toàn quốc, cả trên đất liền và ngoài thềm lục địa Việt Nam. Bản đồ dòng nhiệt là 1 trong 6 bản đồ của ngành điều tra cơ bản của 1 quốc gia. Nó quan trọng như bản đồ Địa chất, Địa mạo, Địa hóa cảnh quan…

Để thiết lập bản đồ Dòng nhiệt, trên phạm vi toàn quốc sẽ phải khoan sâu từ 1000m tới 1500m. Tài liệu của các giếng khoan ngoài thềm lục địa sẽ được tổng hợp thay vì hiện tại khoảng 70% khối lượng tài liệu khổng lồ đó về địa chất, địa vật lý, nhiệt độ, mỗi lõi giếng khoan của gần 1000 giếng khoan tìm kiếm thăm dò chưa được khai thác chỉ được lưu giữ tại Trung tâm lưu trữ thuộc Viện Dầu khí Việt Nam. Dựa vào kết quả điều tra cơ bản trên toàn lãnh thổ sẽ chỉ rõ vùng nào, năng lượng địa nhiệt được sử dụng trực tiếp, vùng nào cho phát triển điện – địa nhiệt.

Giai đoạn 2035 - 2045

Còn khoảng 30 năm nữa là tới giai đoạn khai thác và sử dụng năng lượng địa nhiệt Việt Nam. Khi đó trên phạm vi toàn quốc, từ miền Bắc tới miền Nam nước nóng địa nhiệt sẽ được sử lý với quy mô công nghiệp thành nước khoáng thiên nhiên tinh khiết thay thế toàn bộ nước suối đang sử dụng hiện tại. Ví dụ nước nóng Quang Hanh – Quảng Ninh, nước nóng Tiền Hải – Thái Bình sẽ cấp đủ về nhu cầu về nước uống của 15 triệu dân thuộc 8 tỉnh, thành thuộc đồng bằng Bắc Bộ và những vùng lân cận. Bằng công nghệ mới bảo ôn công nghệ cao đường ống dẫn nước nóng từ La Phù – Phú Thọ, Thiện Mỹ - Ba Vì – Hà Nội sẽ dẫn nước ở nhiệt độ 60^oC về Thủ đô, đáp ứng nhu cầu nước nóng về mùa đông cũng như nhu cầu hàng ngày của các chung cư cao tầng, bệnh viện, nhà hàng, khách sạn, vv. Hiện tại dẫn nước từ Sông Đà về Hà Nội vượt qua quãng đường khoảng 70 km thì cũng có thể đưa nước nóng từ Ba Vì về Hà Nội vượt qua quãng đường 40 km. Khi đó lượng điện sử dụng từ lưới điện quốc gia sẽ giảm rõ rệt. Khu tắm nước nóng Tản Đà – Ba Vì – Hà Nội hiện tại sẽ được nâng cấp thành khu du lịch hoàn hảo không thua kém gì khu du lịch tham quan nước nóng hiện tại của Bình Châu – Vũnh Tàu. Tổ chức vui chơi du lịch cho 6 triệu đồng bào Thủ đô tại địa điểm gần Hà Nội khoảng 40 km là cần thiết và cấp thiết.

Vào khoảng 2040 – 2045 có thể nhà máy điện địa nhiệt Việt Nam sẽ ra đời ở miền Trung tại các Tỉnh: Quảng Bình, Quảng Trị, Khánh Hòa, Quảng Ngãi,… Khi đó điện địa nhiệt Việt Nam sẽ hòa vào lưới điện quốc gia và sẽ có tên trên bản đồ điện Việt Nam.

Địa nhiệt là nguồn năng lượng tái tạo, tồn tại hầu như vĩnh cửu, song song với sự tồn tại của hành tinh chúng ta. Năng lượng địa nhiệt mà vỏ Trái đất nhận được từ trung tâm của nó chiếm một phần rất nhỏ so với nguồn. Còn năng lượng nhiệt lan truyền trên mặt đất hoặc do con người khai thác lại là phần quá nhỏ so với nhiệt năng thường trực trong vỏ Trái đất. Vì vậy, ở đây chúng ta không phải quan tâm nhiều đến sự ổn định của nguồn dự trữ tài nguyên địa nhiệt tại chỗ, mà vẫn do chính chúng ta chọn phương pháp nào để khai thác có hiệu quả nhất mà thôi.

“Trời phú” cho thềm lục địa Việt Nam các nguồn tài nguyên năng lượng to lớn và quý giá. Đó là dầu khí, than đá, Titan, Mangan ven bờ, Hydrat dưới biển sâu và năng lượng địa nhiệt toàn thềm, với điện chuyển đổi tương đương tới hàng nghìn tỷ Mwh. Biển Đông yêu dấu, vừa đẹp lại vừa giàu.

Trần Huyên

Hội Dầu khí Việt Nam