Luận án tiến sĩ đặc điểm địa hóa và thạch học hữu cơ của than và sét than trong trầm tích miocen khu vực phía bắc bể sông hồng

Luận án tiến sĩ nghiên cứu đặc điểm địa hóa và thạch học hữu cơ của than và sét than trong trầm tích miocen khu vực phía bắc, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý thuyết, đề

• Tác giả: Lê Hoài Nga
• Người hướng dẫn: GS. Trần Nghi
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoáng vật học và Địa hóa học
• Đề tài: Đặc điểm Địa Hóa và Thạch Học Hữu Cơ của Than và Sét Than trong Trầm Tích Miocen Khu Vực Phía Bắc Bể Sông Hồng
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. VỊ TRÍ VÙNG NGHIÊN CỨU
• 1.2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA TẦNG TRẦM TÍCH
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3. CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM THẠCH HỌC HỮU CƠ CỦA THAN VÀ SÉT THAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 4. CHƯƠNG 4: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA VÀ KHẢ NĂNG SINH DẦU- KHÍ CỦA ĐÁ MẸ CHỨA THAN VÀ SÉT THAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• PHỤ LỤC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Đặc điểm địa hóa

Đặc điểm địa hóa của than và sét than trong trầm tích Miocen khu vực bể sông Hồng được nghiên cứu nhằm xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh hydrocacbon. Các chỉ tiêu địa hóa như hàm lượng carbon hữu cơ (TOC), độ phản xạ vitrinit (Ro) và các chỉ số nhiệt phân Rock-Eval được sử dụng để đánh giá tiềm năng sinh dầu khí. Kết quả cho thấy than trong khu vực nghiên cứu chủ yếu thuộc loại than humic, với thành phần maceral chủ yếu là huminit và vitrinit. Mức độ biến chất của than từ nhãn than á bitum đến than bitum chất bốc cao cho thấy sự chuyển hóa của vật chất hữu cơ trong điều kiện địa chất cụ thể. Đặc biệt, các mẫu than và sét than chứa kerogen loại III và hỗn hợp loại III và II, cho thấy tiềm năng sinh khí là chính. Việc phân tích địa hóa không chỉ giúp hiểu rõ hơn về nguồn gốc và điều kiện hình thành của than mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho công tác tìm kiếm dầu khí trong khu vực.

1.1. Đặc điểm địa hóa của than

Than trong trầm tích Miocen khu vực bể sông Hồng có đặc điểm địa hóa đa dạng. Các mẫu than được phân tích cho thấy hàm lượng carbon hữu cơ cao, cho thấy khả năng sinh hydrocacbon tốt. Đặc biệt, độ phản xạ vitrinit (Ro) của các mẫu than cho thấy mức độ biến chất cao, từ đó xác định được giai đoạn phát triển của than. Các chỉ số nhiệt phân Rock-Eval cho thấy sự hiện diện của các hydrocacbon tự do và khả năng sinh hydrocacbon trong tương lai. Điều này cho thấy rằng than trong khu vực này có tiềm năng lớn trong việc cung cấp nguồn năng lượng cho ngành công nghiệp dầu khí. Việc nghiên cứu địa hóa của than không chỉ giúp xác định tiềm năng sinh dầu khí mà còn cung cấp thông tin về môi trường lắng đọng và điều kiện bảo tồn của vật chất hữu cơ.

1.2. Đặc điểm địa hóa của sét than

Sét than trong trầm tích Miocen cũng có những đặc điểm địa hóa quan trọng. Các mẫu sét than cho thấy hàm lượng carbon hữu cơ thấp hơn so với than, nhưng vẫn có khả năng sinh hydrocacbon. Đặc biệt, sự hiện diện của kerogen loại III trong sét than cho thấy khả năng sinh khí. Phân tích nhiệt phân cho thấy rằng sét than có thể đóng vai trò như một đá mẹ tiềm năng trong tương lai. Việc nghiên cứu địa hóa của sét than giúp hiểu rõ hơn về vai trò của nó trong chu trình sinh hydrocacbon và khả năng tương tác với các loại đá khác trong khu vực. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá tiềm năng khai thác dầu khí trong khu vực bể sông Hồng.

II. Đặc điểm thạch học hữu cơ

Đặc điểm thạch học hữu cơ của than và sét than trong trầm tích Miocen khu vực bể sông Hồng được phân tích nhằm xác định thành phần maceral và môi trường thành tạo. Các mẫu than cho thấy sự hiện diện chủ yếu của các nhóm maceral như huminit, vitrinit và liptinit. Mỗi nhóm maceral có vai trò khác nhau trong quá trình hình thành và phát triển của than. Đặc biệt, sự phân bố của các nhóm maceral cho thấy môi trường lắng đọng ẩm ướt, giàu thực vật, phù hợp với điều kiện hình thành than. Phân tích thạch học hữu cơ không chỉ giúp xác định nguồn gốc vật liệu mà còn chỉ ra sự biến đổi của thành phần maceral trong quá trình than hóa. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá khả năng sinh hydrocacbon của than và sét than trong khu vực.

2.1. Thành phần maceral trong than

Thành phần maceral trong than khu vực bể sông Hồng chủ yếu bao gồm huminit và vitrinit. Huminit chiếm ưu thế cho thấy nguồn gốc thực vật phong phú, trong khi vitrinit phản ánh mức độ biến chất cao. Sự phân bố của các nhóm maceral cho thấy môi trường lắng đọng ẩm ướt, giàu thực vật, phù hợp với điều kiện hình thành than. Phân tích thành phần maceral giúp xác định tiềm năng sinh hydrocacbon của than, đồng thời cung cấp thông tin về điều kiện bảo tồn và môi trường lắng đọng. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá khả năng khai thác dầu khí trong khu vực bể sông Hồng.

2.2. Thành phần maceral trong sét than

Sét than trong khu vực bể sông Hồng có thành phần maceral đa dạng, nhưng chủ yếu là các nhóm maceral như huminit và liptinit. Sự hiện diện của liptinit cho thấy khả năng sinh khí của sét than, mặc dù hàm lượng carbon hữu cơ thấp hơn so với than. Phân tích thạch học hữu cơ cho thấy rằng sét than có thể đóng vai trò như một đá mẹ tiềm năng trong tương lai. Việc nghiên cứu thành phần maceral trong sét than giúp hiểu rõ hơn về vai trò của nó trong chu trình sinh hydrocacbon và khả năng tương tác với các loại đá khác trong khu vực. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá tiềm năng khai thác dầu khí trong khu vực bể sông Hồng.

III. Khả năng sinh dầu khí

Khả năng sinh dầu - khí của than và sét than trong trầm tích Miocen khu vực bể sông Hồng được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu địa hóa và thạch học hữu cơ. Kết quả cho thấy than trong khu vực nghiên cứu có tiềm năng sinh khí lớn, trong khi sét than có khả năng sinh dầu. Việc phân tích các chỉ số như TOC, Ro và các chỉ số nhiệt phân Rock-Eval cho thấy rằng than và sét than có khả năng sinh hydrocacbon tốt. Đặc biệt, sự hiện diện của kerogen loại III trong than và sét than cho thấy khả năng sinh khí là chính. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá tiềm năng khai thác dầu khí trong khu vực bể sông Hồng.

3.1. Đánh giá tiềm năng sinh dầu

Đánh giá tiềm năng sinh dầu của than và sét than trong khu vực bể sông Hồng cho thấy rằng mặc dù hàm lượng carbon hữu cơ thấp hơn so với than, sét than vẫn có khả năng sinh dầu. Phân tích nhiệt phân cho thấy rằng sét than có thể đóng vai trò như một đá mẹ tiềm năng trong tương lai. Việc nghiên cứu khả năng sinh dầu của sét than giúp hiểu rõ hơn về vai trò của nó trong chu trình sinh hydrocacbon và khả năng tương tác với các loại đá khác trong khu vực. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá tiềm năng khai thác dầu khí trong khu vực bể sông Hồng.

3.2. Đánh giá tiềm năng sinh khí

Đánh giá tiềm năng sinh khí của than trong khu vực bể sông Hồng cho thấy rằng than chủ yếu thuộc loại humic, với thành phần maceral chủ yếu là huminit và vitrinit. Sự hiện diện của kerogen loại III cho thấy khả năng sinh khí là chính. Phân tích nhiệt phân cho thấy rằng than có khả năng sinh hydrocacbon tốt, đặc biệt là khí. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá tiềm năng khai thác khí trong khu vực bể sông Hồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu Chƣơng 1. Địa chất khu vực nghiên cứu Chƣơng 2. Cơ sở lý thuyết và phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng 3. Đặc điểm thạch học hữu cơ của than và sét than khu vực nghiên cứu Chƣơng 4.

Đặc điểm địa hóa và khả năng sinh dầu- khí của đá mẹ chứa than và sét than khu vực nghiên cứu Kết luận Kiến nghị 18 z CHƢƠNG 1. ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1. VỊ TRÍ VÙNG NGHIÊN CỨU Bể Sông Hồng là bể trầm tích Kainozoi lớn chứa dầu khí trên thềm lục địa phía Bắc Việt Nam. Tổng diện tích trên phần hải phận của Việt Nam rộng khoảng 160.000km2, bao gồm cả phần đất liền MVHN, vùng biển nông ven bờ và phần diện tích ngoài khơi Vịnh Bắc Bộ kéo dài đến biển miền Trung Việt Nam.

Bể có dạng hình thoi kéo dài với chiều dày trầm tích ở trũng trung tâm có thể lên đến 16km. Cấu trúc địa chất bể Sông Hồng phức tạp, thay đổi từ đất liền ra biển theo hƣớng Tây Bắc- Đông Nam và Nam [5], gồm:  Vùng Tây Bắc: bao gồm MVHN và một số lô phía Tây Bắc của Vịnh Bắc Bộ. Đây là vùng uốn nếp phức tạp kèm nghịch đảo kiến tạo trong Miocen.  Vùng Trung tâm từ lô 107 - 108 đến lô 114 -115 với mực nƣớc biển dao động từ 20 - 90m.

 Vùng phía Nam từ lô 115 - 121 với cấu trúc khác hẳn so với hai vùng nói trên, với địa hào - bán địa hào nhỏ phát triển dọc theo các đứt gãy và thềm cacbonat - ám tiêu san hô phát triển trên địa lũy Tri Tôn. Vùng nghiên cứu nằm trong vùng cấu trúc Tây Bắc bể Sông Hồng bao gồm diện tích các lô 102 - 106 và một phần lô MVHN-01KT trên MVHN (Hình 1. Tuy nhiên, thực tế lấy mẫu cho thấy, than và sét than trong trầm tích Miocen chủ yếu có trong các GK 102-CQ-1X, 102-HD-1X và các GK thăm dò khí than trong khu vực MVHN. Do đó, các mẫu đƣợc chọn trong luận án này đƣợc lấy ở ba giếng 102-CQ-1X, 102-HD-1X và 01-KT-TB-08 (GK có độ dày tổng cộng các vỉa than lớn nhất trong số các giếng thăm dò khí than); các GK này đều nằm trong đới nghịch đảo kiến tạo Miocen.

19 z 01-KT-TB-08 102-CQ-1X 102-HD-1X Hình 1. Phân vùng cấu trúc bể trầm tích Sông Hồng và khu vực nghiên cứu [4] 20 z 1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA TẦNG TRẦM TÍCH 1. Thống Eocen (E2) Hệ tầng Phù Tiên (E2 pt) Hệ tầng Phù Tiên đƣợc đặt theo tên địa phƣơng nơi đặt giếng khoan 104- giếng khoan đầu tiên phát hiện trầm tích của hệ tầng.

Mặt cắt chuẩn đƣợc xác lập tại GK 104 từ độ sâu 3544m đến 3860m gồm các lớp cát kết, sét bột kết màu tím gan gà, màu xám xen các lớp cuội kết kích thƣớc rất khác nhau từ vài cm đến vài chục cm. Cuội thƣờng là ryolit, đá phiến kết tinh và quazit. Cát kết có thành phần đa khoáng, độ mài tròn, chọn lọc kém, nhiều hạt thạch anh, canxít bị gặm mòn, xi măng canxit - serixit. Bột kết rắn chắc, màu tím chứa serixit và oxit sắt.

Trên cùng là lớp cuội kết hỗn tạp màu tím, màu đỏ xen các đá phiến sét với nhiều vết trƣợt láng bóng. Bề dày của hệ tầng đạt 316m. Trầm tích thuộc hệ tầng Phù Tiên ở GK 107T-PA-1X Vịnh Bắc Bộ (3050-3535 m) gồm: cuội sạn có kích thƣớc nhỏ, thành phần chủ yếu là các mảnh đá granit và đá biến chất xen kẽ là cát kết, sét kết màu xám, màu nâu có các mặt trƣợt hoặc bị phân phiến mạnh. Đá của hệ tầng bị biến đổi thứ sinh mạnh từ giai đoạn katagenes muộn (107T-PA-1X) metagenes sớm.

Bề dày hệ tầng khoảng gần 500 m. Trên các mặt cắt địa chấn, trầm tích của hệ tầng Phù Tiên đƣợc thể hiện bằng tập địa chấn nằm ngang, phân bố ở phần đáy các địa hào sâu và hẹp và nằm dọc theo các đứt gãy sâu; phủ bất chỉnh hợp ngay trên mặt móng (trƣớc Đệ tam) [1,4]. Trong trầm tích có mặt các phấn hoa lục địa và dấu vết thực vật ngập mặn, có khoáng vật pyrit chỉ ra môi trƣờng trầm tích đầm hồ - tiền châu thổ. Đây là dạng thành tạo trầm tích lấp đầy các địa hào sụt lún nhanh.

21 z Trong bột kết và sét kết của hệ tầng Phù Tiên đã phát hiện thấy các bào tử phấn hoa: Arancarya, Klukisporites, Cicatricosisportes, Trudopollenites, Trudopolis, Tricolporopollenites, Ephedripites. tập hợp lại chúng đã tạo thành đới Trudopolis đặc trƣng cho hệ tầng. Hóa thạch định tuổi là tập hợp bào tử phấn hoa Cica, dorogensis, F. trilobata, đặc biệt là Trudopolis và Ephedrripilis [1,4].

Thống Oligocen (E3) Hệ tầng Đình Cao (E3 đc) Hệ tầng Đình Cao phủ bất chỉnh hợp trên hệ tầng Phù Tiên mang tên thôn Đình Cao, nơi đặt GK 104 đã khoan qua mặt cắt chuẩn của hệ tầng. Mặt cắt chuẩn (2396-3544m) gồm chủ yếu là cát kết màu xám sáng, xám sẫm đôi chỗ phớt tím, xen các lớp cuội, sạn kết dạng puding, chuyển lên trên là các lớp bột kết, sét kết màu xám, đen rắn chắc xen ít lớp cuội sạn. Trong đá đã gặp các hoá thạch bào tử phấn hoa nhƣ Verrucatosporites, Florschuetzia trilobata v. Hóa thạch đã tìm thấy trong hệ tầng Đình Cao gồm: vết in lá thực vật, bào tử phấn hoa, Diatomae và động vật nƣớc ngọt.

Các hóa thạch thực vật thuộc các họ ôn đới điển hình của Fagaceae, Lauraceae, Betulaceae, Ulmaceae và các dạng đầm lầy với tỷ lệ nhỏ hơn của Graminophyllum, Phragmites, Arundo đƣợc Trịnh Dánh gọi là phức hệ cận nhiệt đới/nóng ẩm. Ngoài ra, còn có các dạng bào tử phấn hoa: Alnipollenits, Quercidites, Liquidambarpollenits, Tricolpites longicolpus, Pinuspollenits, Magnastriatites howardi, Verrucatosporites usmensis, Triletes, Triporocolpites, Tricolpopollenits, Corsinipollenits, Lycopodiumsporites neogenicus, Cicatricosisporites dorogensis, Verrucatopollenits pachydermus, Florschuerzia trilobata, Gothanopollis bassensis, Tsugapollenits, Dacrydium (rất ít), các tảo nƣớc ngọt. Tuổi Oligocen của phức hệ này dựa trên cơ sở: Cicatricosisporites dorogensis (LAD trong Oligocen muộn); 22 z Lycopodumsporites neogenicus (chỉ trong Oligocen); còn theo Gothanopollis bassensis (chỉ trong Oligocen muộn); Florschuetzia trilobata (FAD trong Eocen/Oligocen). Ngoài ra trong trầm tích của hệ tầng này còn thấy có động vật nƣớc ngọt Viviparus kích thƣớc nhỏ [1,4].

Hệ tầng Đình Cao phát triển mạnh ở khu vực Đông Quan, Thái Thụy, Tiền Hải. Trong khu vực phía bắc bể Sông Hồng, trầm tích thuộc hệ tầng gặp trong GK 107T-PA-1X. Thành phần gồm cát kết xám sáng, xám tối, xám xanh hạt nhỏ đến vừa, ít hạt thô, đôi khi cuội, sạn độ chọn lọc trung bình đến tốt. Đá gắn kết chắc, xi măng là cacbonat, sét, thạch anh và ít ôxit sắt.

Đôi chỗ gặp glauconit, cát kết thuộc loại litharenit, ít sublitharenit và litharenit felspat. Sét kết xám sáng, xám tối, xám nâu sẫm có các mặt láng bóng, đôi khi có các thấu kính than hoặc các lớp sét vôi mỏng, chứa hoá thạch động vật. Đá bị biến đổi thứ sinh vào giai đoạn hậu sinh muộn. Với những đặc điểm trầm tích, cổ sinh nêu trên, có thể thấy rằng trầm tích hệ tầng Đình Cao thành tạo trong môi trƣờng đầm hồ/aluvi, liên quan đến các địa hào, bán địa hào và có liên hệ chặt chẽ với quá trình hình thành trầm tích hệ tầng Phù Tiên.

Trầm tích tuổi Oligocen với tiềm năng hữu cơ cực tốt cũng đã đƣợc chứng minh trong GK ENRECA3 trên đảo Bạch Long Vĩ [1, 4, 10]. Thống Miocen - Phụ thống Miocen dƣới (N11) Hệ tầng Phong Châu (N11 pch) Mặt cắt chuẩn của hệ tầng Phong Châu đƣợc Palustovich B. và Nguyễn Ngọc Cƣ xác lập năm 1972 khi tổng kết địa tầng GK 100 tại Phong Châu, huyện Tiên Hƣng, tỉnh Thái Bình. Đặc trƣng của hệ tầng Phong Châu là sự xen kẽ liên tục giữa những lớp cát kết hạt trung, hạt nhỏ màu xám trắng, xám xanh gắn kết rắn chắc với những lớp cát bột kết có cấu tạo phân lớp rất mỏng 23 z từ vài mm đến vài cm tạo thành các cấu tạo dạng mắt, dạng thấu kính, dạng gợn sóng và đƣợc gọi là các đá ―sọc vằn‖[1, 4, 10].

Hóa thạch tìm thấy trong hệ tầng Phong Châu gồm bào tử phấn hoa và lá cây. Tuổi của hệ tầng đƣợc xác định dựa trên cơ sở các hóa thạch thực vật và bào tử phấn hoa: Betulapollenits, Pinuspollenits, Quercidites, Selaginella, Pteris, Polypodiaceiosporites, Acrostichum, Tsugapollenits, Alnipollenits, Florschuetzia levipoli đã lập nên các đới phức hệ Betula - Alnipollenits và đới Florschuetzia levipoli. Trầm tích hệ tầng Phong Châu phân bố chủ yếu theo dải Khoái Châu - Tiền Hải và có thể phát triển ra vịnh Bắc Bộ (103-TH-1X) trong sự xen kẽ giữa các lớp cát kết, cát bột kết có những lớp sét chứa dấu vết than hoặc những lớp đá vôi mỏng (103-TG-1X, 103PV-HOL-1X). Cát kết xám, xám sáng, xám tối, xám xanh; hạt nhỏ đến trung, ít hạt thô (103-TH-1X); độ chọn lọc trung bình đến tốt; xi măng gắn kết chủ yếu là canxit, có ít sét (kaolinit, illit và ít crolit) [1, 4, 10].

Các đá của hệ tầng bị biến đổi thứ sinh trong giai đoạn từ hậu sinh sớm đến muộn [1, 4, 10]. Trầm tích hệ tầng Phong Châu phủ bất chỉnh hợp trên các trầm tích hệ tầng Đình Cao và các đá cổ hơn, bề dày thay đổi từ 400-1400m. Chúng đƣợc thành tạo trong môi trƣờng đồng bằng châu thổ có xen kẽ nhiều pha biển [1, 4, 10] 24 z Hình 1. Cột địa tầng tổng hợp khu vực phía Bắc bể Sông Hồng [4] 25 z 1.

Thống Miocen – Phụ thống Miocen giữa (N12) Hệ tầng Phủ Cừ (N12 pc) Hệ tầng Phù Cừ (N12 pc) lần đầu đƣợc Golovenok V., Lê Văn Chân (1966) mô tả tại GK 2 (độ sâu 960 - 1.180 m) trên cấu tạo Phù Cừ. Tuy nhiên, lúc đó mới chỉ gặp một phần của hệ tầng gồm: trầm tích có tính chu kỳ rõ rệt bao gồm các lớp cát kết hạt trung, cát bột kết phân lớp mỏng (dạng sóng, thấu kính, xiên chéo), bột kết, sét kết cấu tạo khối trong đó chứa nhiều hóa đá thực vật, dấu vết động vật ăn bùn, Hoá thạch Foraminifera và lớp than nâu. Sau này, khi xem xét lại toàn bộ hệ tầng Phủ Cừ tại các giếng khoan cắt qua toàn bộ hệ tầng (GK100, 101, 102, 204) và quan hệ của chúng với hệ tầng Tiên Hƣng nằm trên, theo quan điểm về nhịp và chu kỳ trầm tích Phan Huy Quynh, Đỗ Bạt (1983) và Lê Văn Cự (1985) đã chia trầm tích của hệ tầng Phủ Cừ thành 3 phần, mỗi phần là một nhịp trầm tích gồm các trầm tích cát - bột, sét kết có chứa than và các hóa đá thực vật [1, 4, 10]. So với các phức hệ cổ sinh của hệ tầng Phong Châu, phức hệ cổ sinh của hệ tầng Phủ Cừ phong phú hơn rất nhiều với tất cả các dạng: Cổ thực vật (vết in lá cây), bào tử phấn hoa, Foraminifera, Ostracoda, Mollusca.

Phức hệ bào tử phấn hoa của hệ tầng Phủ Cừ gồm phổ biến các dạng sau: Florschuetzia trilobata, Fl.