Tổng quan luận án

Công tác đánh giá địa hóa đá mẹ sinh dầu khí truyền thống chủ yếu dựa vào các phương pháp hóa học như phân tích nhiệt phân tiêu chuẩn Rock-Eval, phân tích sắc ký lỏng (LC), sắc ký khí (GC) và sắc ký khí khối phổ (GCMS). Mặc dù các phương pháp này cung cấp các chỉ số định lượng tổng thể, chúng không thể phản ánh trực tiếp tính không đồng nhất và cấu trúc phức tạp của các dạng vật chất hữu cơ (VCHC) phân tán trong đá. Phương pháp thạch học hữu cơ (quang học) giải quyết khoảng trống này bằng cách nhận diện trực tiếp các vi phần hữu cơ (maceral), xác định nguồn gốc tiền thân sinh học, điều kiện cổ môi trường lắng đọng và mức độ bảo tồn của vật chất hữu cơ.

Tại bể trầm tích Sông Hồng, các nghiên cứu thạch học hữu cơ kết hợp địa hóa trước đây chủ yếu tập trung vào các thành tạo trầm tích và than tuổi Oligocen phát lộ trên đất liền hoặc tại đảo Bạch Long Vĩ (giếng khoan ENRECA-3). Trong khi đó, các thành tạo than và sét than trong trầm tích Miocen gặp trong các giếng khoan thăm dò ngoài khơi phía Bắc bể Sông Hồng chưa được khảo sát chi tiết và đồng bộ, đa số chỉ dừng lại ở các phân tích đơn lẻ từ thập niên 1990.

Mục tiêu nghiên cứu chính của luận án là ứng dụng phương pháp quang học phân tích thành phần maceral của than và sét than thu thập ở khu vực Bắc bể Sông Hồng; từ đó đánh giá đặc điểm, nguồn gốc vật liệu, môi trường thành tạo, điều kiện bảo tồn, mức độ biến chất (nhãn than) và tiềm năng sinh hydrocacbon của than và sét than trong trầm tích Miocen.

Nhiệm vụ nghiên cứu bao gồm:

  1. Phân tích đặc điểm thạch học hữu cơ, môi trường thành tạo và mức độ biến chất của đối tượng than và sét than trong trầm tích Miocen.
  2. Tổng hợp các tài liệu phân tích địa hóa, đánh giá khả năng sinh hydrocacbon của than và sét than trong trầm tích Miocen.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Than và sét than trong các phân vị địa tầng Miocen.
  • Phạm vi không gian: Diện tích các lô hợp đồng dầu khí 102 – 106 ngoài khơi khu vực phía Bắc bể Sông Hồng và một phần diện tích lô MVHN-01KT thuộc Miền võng Hà Nội (tập trung vào 3 giếng khoan: 102-CQ-1X, 102-HD-1X và 01-KT-TB-08).
  • Phạm vi địa tầng: Trầm tích Miocen gồm phụ thống Miocen dưới (hệ tầng Phong Châu), Miocen giữa (hệ tầng Phủ Cừ) và Miocen trên (hệ tầng Tiên Hưng).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng hợp các công trình nghiên cứu địa tầng, trầm tích, cấu trúc kiến tạo và thạch học hữu cơ - địa hóa trong và ngoài nước:

  1. Về địa tầng và tiến hóa địa chất bể Sông Hồng:
  • Golovenok V. và Lê Văn Chân (1966) xác lập hệ tầng Phù Cừ ($N_1^2 pc$) và hệ tầng Vĩnh Bảo ($N_2 vb$).
  • Palustovich B. và Nguyễn Ngọc Cư (1972) xác lập hệ tầng Phong Châu ($N_1^1 pch$) tại mặt cắt chuẩn giếng khoan 100.
  • Phan Huy Quynh, Đỗ Bạt (1983) và Lê Văn Cự (1985) nghiên cứu nhịp trầm tích phân chia hệ tầng Phủ Cừ thành 3 phần.
  • Trịnh Dánh nghiên cứu phức hệ cổ thực vật, bào tử phấn hoa xác định tuổi các trầm tích Kainozoi Miền võng Hà Nội.
  • Trần Nghi và các cộng sự (2000, 2012) nghiên cứu địa tầng trầm tích Đệ Tứ và quá trình tiến hóa trầm tích Kainozoi bể Sông Hồng.
  1. Về cơ sở thạch học than, maceral và môi trường lắng đọng:
  • Định nghĩa và phân loại than theo Schopf (1956), Moore (1989), Teichmuller (1989).
  • Hệ thống phân loại maceral của Ủy ban Quốc tế về Thạch học Than và Hữu cơ (ICCP 1998, 2001) với 3 nhóm chính: Huminit/Vitrinit, Liptinit và Inertinit.
  • Mô hình xác định cổ môi trường than bùn của Diessel (1986, 1992) thông qua Chỉ số bảo tồn mô (TPI) và Chỉ số keo hóa (GI).
  • Mô hình cổ môi trường của Calder (1991) dựa trên Chỉ số thực vật (VI) và Chỉ số ảnh hưởng của nước ngầm (GWI).
  1. Về biến đổi địa hóa và khả năng sinh dầu khí của than:
  • Durand (1980) nghiên cứu hàm lượng chất chiết và tỷ phần alkan trong than và kerogen loại III ở các mức trưởng thành khác nhau.
  • Tissot & Welte (1984), Levin (1993), Flores (2014) xây dựng mô hình tương quan giữa nhãn than, độ phản xạ vitrinit ($R_o$) và các giai đoạn sinh hydrocacbon (diagenesis, catagenesis, metagenesis).
  • Dự án hợp tác quốc tế ENRECA (Viện Dầu khí Việt Nam và Cục Địa chất Đan Mạch - Greenland) nghiên cứu địa hóa và đá mẹ Oligocen giếng khoan ENRECA-3 trên đảo Bạch Long Vĩ.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án giải quyết: Các công trình trước đây chưa nghiên cứu thạch học hữu cơ chi tiết cho các vỉa than và sét than Miocen trong các giếng khoan ngoài khơi Bắc bể Sông Hồng. Luận án lấp đầy khoảng trống này bằng việc xác định thành phần maceral định lượng, tính toán các chỉ số cổ môi trường (TPI, GI, VI, GWI), kết hợp số liệu nhiệt phân Rock-Eval và sắc ký phân tử (GC, GCMS) để làm rõ tiềm năng sinh dầu - khí của than và sét than Miocen.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và phân loại thạch học

Luận án dựa trên định nghĩa của Schopf (1956), xác định than là loại đá trầm tích chứa trên 50% trọng lượng và trên 70% thể tích là vật chất cacbon tạo thành do nén ép tàn tích thực vật trong đầm lầy than bùn. Than được phân chia thành:

  • Than bùn thối (sapropelic coal): gồm than cannel (giàu bào tử, cutin, nhựa từ thực vật lục địa) và than boghead (giàu alginit từ tảo tích tụ trong môi trường hồ/vũng đầm ngập nước).
  • Than humic: cấu tạo dạng lớp (vitrain, clarain, durain, fusain), nguồn gốc chủ yếu từ mô thực vật thân gỗ và cây bụi.

Quá trình than hóa trải qua 5 giai đoạn biến đổi VCHC (Levin 1993; Flores 2014):

  1. Giai đoạn than bùn hóa (sinh hóa): phân hủy sinh học kỵ khí dưới 10m, hình thành than bùn và than nâu (lignit).
  2. Giai đoạn khử nước (dehydration): nén ép, thoát nước, bẻ gãy các nhóm chức chứa oxy (-OH, -COOH, -OCH3, C=O), huminit chuyển thành vitrinit (giai đoạn vitrinit hóa), than chuyển từ nhãn than nâu sang than á bitum.
  3. Giai đoạn bitum hóa (bituminization): từ nhãn than á bitum A đến than bitum chất bốc cao A, tương ứng cửa sổ tạo dầu; sinh hydrocacbon từ liptinit và vitrinit giàu hydro.
  4. Giai đoạn khử bitum (debituminization): từ cuối ngưỡng than bitum chất bốc cao A đến hết than bitum chất bốc thấp; cracking phân tử lớn sinh khí ẩm ($CH_4$) và condensate.
  5. Giai đoạn graphit hóa (graphitization): giảm nhanh hàm lượng hydro và tỷ số H/C, tương ứng giai đoạn sinh khí khô.

Mô hình xác định cổ môi trường trầm tích:

  • Mô hình Diessel (1986, 1992): $$\text{TPI} = \frac{\text{Telinit} + \text{Telocollinit} + \text{Fusinit} + \text{Semifusinit}}{\text{Desmocollinit} + \text{Macrinit} + \text{Inertodetrinit}}$$ $$\text{GI} = \frac{\text{Vitrinit} + \text{Macrinit}}{\text{Inertinit còn lại} + \text{Khoáng vật}}$$ (Với than nhãn thấp, TPI tính theo tỷ lệ Humotelinit trên Humodetrinit; GI tính theo tỷ lệ Huminit trên Inertinit).
  • Mô hình Calder (1991): $$\text{VI} = \frac{\text{Maceral giàu Lignin (thực vật thân gỗ/bậc cao)}}{\text{Maceral nghèo Lignin (thực vật ngập nước, cây bụi, cây cỏ)}}$$ $$\text{GWI} = \frac{\text{Maceral keo hóa mạnh} + \text{Khoáng vật}}{\text{Maceral ít keo hóa}}$$

Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu

  1. Phương pháp phân tích thạch học hữu cơ: Mẫu lát mài than và sét than được quan sát dưới kính hiển vi quang học phân cực phản xạ (độ phóng đại x25, x50 trong môi trường dầu nhúng), sử dụng cả ánh sáng trắng phản xạ và ánh sáng kích thích huỳnh quang để định danh các nhóm maceral (Huminit/Vitrinit, Liptinit, Inertinit), nhận diện khoáng vật tự sinh (pyrit dạng trứng cá, cacbonat) và dấu hiệu dầu di thoát trong khe nứt.

  2. Phương pháp phân tích độ phản xạ vitrinit ($R_o, %$): Đo độ phản xạ quang học trên bề mặt maceral vitrinit trong dầu nhúng để xác định độ trưởng thành nhiệt và cấp biến chất (nhãn than).

  3. Phương pháp phân tích nhiệt phân Rock-Eval tiêu chuẩn: Xác định các thông số địa hóa cơ bản gồm tổng hàm lượng cacbon hữu cơ ($TOC, %$), hydrocacbon tự do có sẵn trong đá ($S_1$, mg HC/g đá), hydrocacbon sinh ra do bẻ gãy nhiệt kerogen ($S_2$, mg HC/g đá), nhiệt độ cực đại đỉnh $S_2$ ($T_{max}, ^\circ\text{C}$), và chỉ số hydro ($HI = S_2 \times 100 / TOC$, mg HC/g TOC).

  4. Phương pháp sắc ký và khối phổ:

  • Sắc ký lỏng (LC): tách các hợp phần hydrocacbon no (saturates), hydrocacbon thơm (aromatics) và hợp phần nhựa - asphalten (polars/NSO).
  • Sắc ký khí (GC): phân tích phân bố $n$-alkan, tính tỷ số $Pr/Ph$, $Pr/nC_{17}$, $Ph/nC_{18}$.
  • Sắc ký khí khối phổ (GCMS): phân tích các hợp chất chỉ thị sinh học (biomarkers) gồm dải steran ($m/z\ 217$) và dải hopan/terpan ($m/z\ 191$).
  1. Nguồn tư liệu mẫu: Bộ mẫu gồm 24 mẫu vụn khoan chọn lọc thuộc thống Miocen:
  • Giếng khoan 102-CQ-1X (ngoài khơi): 16 mẫu than và sét than (độ sâu từ 1750m đến 3010m).
  • Giếng khoan 102-HD-1X (ngoài khơi): 02 mẫu than và sét than (độ sâu 2850m – 3010m).
  • Giếng khoan 01-KT-TB-08 (Miền võng Hà Nội): 06 mẫu than lấy từ các vỉa than trong khoảng độ sâu 821,15m đến 839,64m.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Địa chất khu vực nghiên cứu

Bể Sông Hồng có diện tích khoảng 160.000 $\text{km}^2$, chiều dày tầng trầm tích Kainozoi ở trũng trung tâm đạt tới 16 km. Khu vực nghiên cứu nằm ở đới cấu trúc Tây Bắc bể Sông Hồng, bao gồm các lô 102 – 106 ngoài khơi và lô MVHN-01KT trên đất liền Miền võng Hà Nội.

Đặc điểm địa tầng khu vực nghiên cứu:

  • Thống Eocen - Hệ tầng Phù Tiên ($E_2 pt$): Chiều dày đạt gần 500m (mặt cắt chuẩn GK 104 từ 3544m đến 3860m), gồm cát kết xám sáng/tím gan gà xen cuội kết ryolit, đá phiến và sét bột kết; đặc trưng bởi phức hệ bào tử phấn hoa đới Trudopolis; môi trường đầm hồ - tiền châu thổ trong các địa hào sụt lún nhanh.
  • Thống Oligocen - Hệ tầng Đình Cao ($E_3 đc$): Phủ bất chỉnh hợp lên hệ tầng Phù Tiên (mặt cắt GK 104 từ 2396m đến 3544m), gồm cát kết xám sáng xen cuội sạn kết dạng puding chuyển lên bột kết, sét kết xám đen chứa thấu kính than; phức hệ thực vật đầm lầy và cận nhiệt đới (Florschuetzia trilobata, Cicatricosisporites dorogensis); môi trường đầm hồ/aluvi.
  • Phụ thống Miocen dưới - Hệ tầng Phong Châu ($N_1^1 pch$): Dày từ 400m đến 1400m, đặc trưng bởi đá "sọc vằn" (xen kẽ mỏng giữa cát kết hạt nhỏ/trung và cát bột kết), xen các lớp sét chứa vết than; đới phức hệ Betula - Alnipollenites và Florschuetzia levipoli; môi trường đồng bằng châu thổ xen kẽ các pha biển.
  • Phụ thống Miocen giữa - Hệ tầng Phủ Cừ ($N_1^2 pc$): Dày từ 1500m đến 2000m, gồm 3 nhịp trầm tích cát - bột - sét kết chứa than nâu và vết in thực vật; phức hệ cổ sinh phong phú (Globorotalia mayerii, Orbulina universa, đới NN6 - NN9); môi trường đồng bằng châu thổ chuyển dần sang tiền châu thổ ngập nước ra phía biển.
  • Phụ thống Miocen trên - Hệ tầng Tiên Hưng ($N_1^3 th$): Phân nhịp rõ rệt từ cát sạn kết mềm bở sang bột kết xen kẽ nhiều vỉa than nâu (tại giếng 01-KT-TB-08 có tới 37 vỉa than với tổng bề dày 54,28m); phức hệ thực vật Quercus lobbii, Ziziphus, đới cực thịnh Ilex; môi trường đồng bằng châu thổ đến tam giác châu ngập nước.
  • Thống Pliocen - Hệ tầng Vĩnh Bảo ($N_2 vb$): Dày 200 - 500m, cát mịn chuyển lên sét chứa phong phú foraminifera biển nông (đới N18 - N20); môi trường thềm biển.
  • Hệ Đệ Tứ ($Q$): Gồm thống Pleistocen (Hệ tầng Hải Dương - $Q_1 hd$, dày 50 - 100m, aluvi hạt thô) và thống Holocen (Hệ tầng Kiến Xương - $Q_2 kx$, dày 20 - 100m, bùn cát sét biển nông ven bờ).

Lịch sử kiến tạo trải qua 4 giai đoạn chính:

  1. Giai đoạn tiền tách giãn (trước Eocen giữa): tái hoạt động các đứt gãy cổ móng.
  2. Giai đoạn tách giãn (Eocen giữa - Oligocen): hình thành các địa hào, bán địa hào lấp đầy trầm tích sông hồ.
  3. Giai đoạn sau tách giãn - sụt lún oằn võng và nén ép nghịch đảo (Miocen): chuyển động trượt bằng trái dọc đứt gãy Sông Hồng trong Miocen sớm làm bể lún chìm nhanh; đến cuối Miocen đứt gãy đổi dấu chuyển động sang trượt bằng phải gây nén ép, nâng cao, bóc mòn (bề dày bóc mòn có nơi trên 1000m) và tạo nên hàng loạt cấu tạo uốn nếp dạng hoa (flower structures) như Cây Quất, Hoa Đào, Hoàng Long, Bạch Long.
  4. Giai đoạn tạo thềm (Pliocen - Đệ Tứ): lún chìm đồng đều trên toàn bể.

Chương 2. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Chương này trình bày chi tiết tổng quan lịch sử nghiên cứu thạch học than trên thế giới và tại Việt Nam, thiết lập cơ sở lý thuyết cho việc phân loại than, cơ chế than hóa và phương pháp luận nhận diện maceral theo tiêu chuẩn ICCP:

  • Nhóm Huminit (ở nhãn than thấp): gồm Telohuminit (Textinit, Ulminit), Detrohuminit (Attrinit, Densinit) và Gelohuminit (Corpohuminit, Gelinit).
  • Nhóm Vitrinit (ở nhãn than bitum và antraxit): gồm Telovitrinit (Telinit, Collinite), Detrovitrinit và Gelovitrinit.
  • Nhóm Liptinit: gồm Cutinit (vỏ cutin lá), Suberinit (vỏ bần thực vật), Sporinit (vỏ bào tử/phấn hoa), Resinit (nhựa cây), Alginit (tảo), Bituminit và Exudatinit (maceral thứ sinh lấp đầy khe nứt).
  • Nhóm Inertinit: gồm Fusinit, Semifusinit, Inertodetrinit, Macrinit có nguồn gốc từ thực vật bị cháy hoặc oxy hóa mạnh.

Chương 2 cũng chuẩn hóa quy trình phân tích nhiệt phân Rock-Eval, phương pháp đo $R_o$, phương pháp chiết Soxhlet lấy bitum hữu cơ và quy trình phân tích sắc ký khí (GC), sắc ký khí khối phổ (GCMS) đối với hợp phần no $m/z\ 217$ (steran) và $m/z\ 191$ (terpan/hopan).

Chương 3. Đặc điểm thạch học hữu cơ của than và sét than khu vực nghiên cứu

  1. Thành phần maceral theo các phân vị địa tầng:
  • Trầm tích Miocen dưới (GK 102-CQ-1X): Nhóm Vitrinit/Huminit chiếm tỷ lệ vượt trội (thường >70 - 80%). Quan sát thấy Cutinit phân bố trên nền vitrinit (độ sâu 3000-3010m), Suberinit phát quang yếu cộng sinh với Corpogelinit, Bituminit lấp đầy khe nứt vitrinit. Tại độ sâu 2240-2250m gặp Alginit phát quang trên nền VCHC vô định hình trong mẫu sét. Khoáng vật tự sinh gồm pyrit dạng trứng cá (framboidal pyrite) và cacbonat phân bố rải rác trên nền vitrinit.
  • Trầm tích Miocen giữa (GK 102-HD-1X và 102-CQ-1X): Thành phần giàu Vitrinit. Tại mẫu than độ sâu 3000-3010m (GK 102-HD-1X) và 2680-2690m (GK 102-CQ-1X) ghi nhận rõ nét các dấu hiệu hydrocacbon lỏng (dầu) di thoát lấp đầy các khe nứt tế vi của mảnh vitrinit, cùng với sự xuất hiện của Exudatinit cộng sinh với Cutinit.
  • Trầm tích Miocen trên (GK 01-KT-TB-08, Miền võng Hà Nội): Mẫu than có thành phần maceral chủ yếu thuộc nhóm Huminit (Telohuminit và Detrohuminit chiếm ưu thế), thành phần Inertinit rất thấp (<5%), hàm lượng khoáng vật sét biến động.
  1. Cổ môi trường thành tạo than: Dựa trên việc tính toán các chỉ số TPI, GI (mô hình Diessel) và VI, GWI (mô hình Calder):
  • Chỉ số bảo tồn mô TPI biến thiên từ thấp đến trung bình, chỉ số keo hóa GI ở mức cao.
  • Chỉ số thực vật VI đa số <3, chỉ số ảnh hưởng nước ngầm GWI >0,2.
  • Kết quả chỉ ra rằng than và sét than Miocen Bắc bể Sông Hồng hình thành chủ yếu trong môi trường đầm lầy ẩm ướt (wetland/swamp/fen) thuộc đồng bằng châu thổ đến đầm lầy ven biển có sự dao động của mực nước ngầm và ảnh hưởng của pha nước lợ; thảm thực vật tạo than ưu thế là cây bụi, cây cỏ thân thảo nghèo lignin kết hợp một tỷ lệ nhỏ thực vật thân gỗ.

Chương 4. Đặc điểm địa hóa và khả năng sinh dầu - khí của đá mẹ than và sét than khu vực nghiên cứu

  1. Đặc điểm địa hóa và loại Kerogen:
  • Tổng hàm lượng cacbon hữu cơ ($TOC$): Mẫu than có $TOC$ rất cao (dao động từ 45% đến trên 65%), sét than có $TOC$ từ 2% đến trên 20%, đạt tiêu chí đá mẹ rất tốt đến đặc biệt tốt về độ giàu hữu cơ.
  • Nhiệt phân Rock-Eval: Giá trị $S_2$ của các mẫu than đạt từ vài chục đến trên 150 mg HC/g đá; chỉ số hydro ($HI$) dao động phổ biến từ 150 đến gần 300 mg HC/g TOC. Trên các biểu đồ tương quan $HI - T_{max}$ và $S_2 - TOC$, vật chất hữu cơ trong than và sét than Miocen được xếp vào kerogen loại III và hỗn hợp loại III - II.
  1. Mức độ trưởng thành nhiệt:
  • Độ phản xạ vitrinit ($R_o$): Tăng dần theo độ sâu chôn vùi.
    • Ở Miocen trên (GK 01-KT-TB-08, độ sâu 820 - 840m): $R_o$ đạt khoảng 0,35 - 0,42%, tương ứng nhãn than nâu (lignit) đến chớm á bitum, vật chất hữu cơ chưa trưởng thành nhiệt ($T_{max} < 430^\circ\text{C}$).
    • Ở Miocen giữa và Miocen dưới ngoài khơi (GK 102-CQ-1X, 102-HD-1X ở độ sâu 2000m - 3010m): $R_o$ đạt từ 0,55% đến trên 0,85%, nhiệt độ $T_{max}$ đạt 435 - 448$^\circ\text{C}$, than đạt nhãn than á bitum đến than bitum chất bốc cao A-B, đã bước vào cửa sổ sinh dầu và đỉnh sinh khí nhiệt.
  1. Đặc điểm phân tử chất chiết (Bitum) và chỉ thị sinh học (Biomarkers):
  • Sắc ký khí ($GC$): Tỷ số $Pr/Ph$ trong các mẫu chất chiết than và sét than đều cao ($Pr/Ph > 2,0$, nhiều mẫu đạt từ 3,0 đến trên 4,5), kết hợp với tương quan $Pr/nC_{17}$ và $Ph/nC_{18}$ phản ánh môi trường lắng đọng có tính oxy hóa yếu đến hiếu khí, đặc trưng cho trầm tích đầm lầy aluvi/châu thổ giàu tàn tích thực vật lục địa.
  • Sắc ký khí khối phổ ($GCMS$):
    • Phổ steran $m/z\ 217$: Tỷ lệ $C_{29}$ steran (nguồn gốc thực vật bậc cao) chiếm ưu thế áp đảo so với $C_{27}$ (nguồn gốc tảo) và $C_{28}$ steran trên biểu đồ tam giác steran $C_{27}-C_{28}-C_{29}$.
    • Phổ terpan $m/z\ 191$: Hiện diện rõ nét các đỉnh hopan đặc trưng ($C_{30}$ hopan, $C_{29}$ norhopan) với tỷ lệ triterpan lục địa cao, khẳng định nguồn vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ thực vật đất liền.
  1. Đánh giá tiềm năng sinh hydrocacbon: Than và sét than Miocen trong khu vực là tầng đá mẹ có tiềm năng sinh khí là chủ đạo. Đồng thời, sự hiện diện của các vi phần liptinit giàu hydro (cutinit, suberinit, resinit, bituminit) và vitrinit giàu hydro cho phép than Miocen sinh một lượng hydrocacbon lỏng (condensate và dầu nhẹ), được chứng minh bằng các vệt dầu di thoát quan sát được trong vi nứt nẻ của vitrinit dưới kính hiển vi quang học.
Giếng khoan Tầng địa tầng Khoảng độ sâu (m) Loại mẫu $TOC$ (%) $R_o$ (%) $T_{max}$ ($^\circ\text{C}$) Loại Kerogen Pha sinh Hydrocacbon chính
01-KT-TB-08 Miocen trên ($N_1^3 th$) 821,15 – 839,64 Than nâu 45,0 – 62,5 0,35 – 0,42 415 – 428 Loại III Chưa trưởng thành (khí sinh học)
102-CQ-1X Miocen giữa ($N_1^2 pc$) 2060 – 2690 Than, sét than 5,2 – 58,4 0,55 – 0,72 435 – 442 Loại III, III-II Bắt đầu sinh dầu đến đỉnh sinh dầu/khí
102-CQ-1X Miocen dưới ($N_1^1 pch$) 2690 – 3010 Than, sét than 8,1 – 64,2 0,72 – 0,85 442 – 448 Loại III, III-II Cửa sổ sinh dầu chính và sinh khí nhiệt
102-HD-1X Miocen giữa ($N_1^2 pc$) 2850 – 3010 Than, sét than 6,5 – 55,0 0,70 – 0,82 440 – 446 Loại III, III-II Sinh khí nhiệt và condensate/dầu

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới của luận án

  1. Đóng góp về mặt khoa học:
  • Xác định có hệ thống thành phần maceral (nhóm Huminit/Vitrinit, Liptinit, Inertinit) và đặc điểm biến đổi thạch học hữu cơ của than và sét than trong trầm tích Miocen khu vực phía Bắc bể Sông Hồng.
  • Làm sáng tỏ mối quan hệ giữa các chỉ số thạch học hữu cơ (TPI, GI, VI, GWI) với các thông số địa hóa phân tử ($Pr/Ph$, steran $C_{27}-C_{28}-C_{29}$, hopan), xác lập điều kiện cổ môi trường thành tạo than bùn thuộc tướng đầm lầy châu thổ ẩm ướt chịu ảnh hưởng của nước ngầm và pha nước lợ ven biển.
  • Xác định mức độ biến chất của than biến thiên từ nhãn than á bitum đến than bitum chất bốc cao tại vùng ngoài khơi; chứng minh than và sét than Miocen chứa kerogen loại III và hỗn hợp loại III-II, có tiềm năng sinh khí là chủ đạo và có khả năng sinh dầu nhẹ/condensate cục bộ từ các vi phần giàu hydro.
  1. Đóng góp về mặt thực tiễn:
  • Cung cấp tập dữ liệu thạch học hữu cơ và địa hóa chi tiết, hỗ trợ trực tiếp công tác đánh giá hệ thống dầu khí, mô hình hóa sự trưởng thành và thời điểm thoát xuất hydrocacbon của các tầng đá mẹ Miocen tại các cấu tạo nén ép nghịch đảo khu vực các lô 102 – 106 Bắc bể Sông Hồng.
  • Cung cấp cơ sở khoa học về nhãn than, độ dày và chất lượng vỉa than phục vụ công tác đánh giá tiềm năng tài nguyên khí than (Coalbed Methane - CBM) tại khu vực Miền võng Hà Nội (lô MVHN-01KT).

Kiến nghị của tác giả

  1. Mở rộng lấy mẫu và phân tích thạch học hữu cơ đồng bộ trên các giếng khoan thăm dò mới tại các đới cấu trúc khác nhau trong bể Sông Hồng để hoàn thiện bản đồ tướng đá mẹ than - sét than.
  2. Ứng dụng kỹ thuật phân tích hiển vi quang học huỳnh quang định lượng và động học nhiệt phân (pyrolysis kinetics) chuyên sâu cho từng nhóm maceral để nâng cao độ chính xác khi mô phỏng quá trình sinh khí và chất lỏng từ than.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

  • Số lượng mẫu phân tích thạch học chi tiết tập trung chủ yếu tại 3 giếng khoan (102-CQ-1X, 102-HD-1X và 01-KT-TB-08) do mức độ bảo tồn mẫu vụn than trong quá trình khoan ở các giếng khác bị hạn chế.
  • Mẫu nghiên cứu chủ yếu là mẫu vụn khoan (cuttings), chưa có điều kiện thu thập các cột mẫu lõi liên tục (cores) qua toàn bộ các vỉa than ngoài khơi để đánh giá biến thiên thạch học chi tiết theo từng centimet vỉa than.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Tiến hành phân tích thạch học hữu cơ chi tiết trên các mẫu lõi định hướng khi có thêm các giếng khoan mới trong khu vực.
  • Nghiên cứu cơ chế nứt nẻ thứ sinh và khả năng lưu giữ/thoát khí trong các vỉa than phục vụ trực tiếp cho các dự án thăm dò và khai thác khí than (CBM).

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho các đối tượng:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên các ngành Địa chất Dầu khí, Khoáng vật học, Địa hóa học: Cung cấp phương pháp luận kết hợp giữa thạch học hữu cơ quang học và địa hóa học dầu khí truyền thống.
  • Các chuyên gia, kỹ sư tìm kiếm thăm dò tại Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN), Tổng Công ty Thăm dò Khai thác Dầu khí (PVEP), Viện Dầu khí Việt Nam (VPI): Sử dụng các thông số thực nghiệm ($R_o, T_{max}, HI$, phân bố maceral) để hiệu chỉnh mô hình bồn trũng (basin modeling) và đánh giá rủi ro địa hóa tại bể Sông Hồng.
  • Các đơn vị nghiên cứu tài nguyên năng lượng: Tham khảo số liệu thạch học và địa tầng than tại giếng khoan 01-KT-TB-08 cho các đề án đánh giá tiềm năng than và khí than ở Miền võng Hà Nội.

Phần đáng tham khảo nhất trong luận án là hệ thống bản ảnh thạch học maceral dưới ánh sáng trắng và ánh sáng huỳnh quang (Chương 3) cùng các biểu đồ tương quan chỉ thị sinh học biomarkers và phân loại kerogen (Chương 4).

Câu hỏi thường gặp

1. Than và sét than Miocen ở khu vực phía Bắc bể Sông Hồng thuộc loại than nào và có nguồn gốc vật liệu từ đâu?
Than trong trầm tích Miocen khu vực nghiên cứu thuộc loại than humic, có thành phần maceral nhóm Huminit/Vitrinit chiếm ưu thế tuyệt đối (>70 - 80%). Nguồn gốc vật liệu tạo than chủ yếu từ thảm thực vật cây bụi, cây thân thảo và một tỷ lệ nhỏ thực vật bậc cao thân gỗ thuộc môi trường đầm lầy châu thổ.

2. Mức độ trưởng thành nhiệt (nhãn than) của than Miocen biến đổi như thế nào giữa đất liền và ngoài khơi?
Trên đất liền (giếng khoan 01-KT-TB-08 ở độ sâu ~820 - 840m), than có $R_o$ từ 0,35 - 0,42%, thuộc nhãn than nâu (lignit) đến chớm á bitum, vật chất hữu cơ chưa trưởng thành nhiệt. Ngoài khơi (giếng 102-CQ-1X và 102-HD-1X ở độ sâu 2000 - 3010m), than đạt độ phản xạ $R_o$ từ 0,55% đến trên 0,85%, thuộc nhãn than á bitum đến than bitum chất bốc cao A-B, đã đạt mức trưởng thành nhiệt nằm trong cửa sổ sinh dầu chính và sinh khí nhiệt.

3. Các chỉ số thạch học TPI, GI, VI, GWI phản ánh điều gì về cổ môi trường tích tụ than Miocen?
Các chỉ số TPI biến thiên thấp - trung bình, GI cao, VI < 3 và GWI > 0,2 chứng minh than Miocen được tích tụ trong môi trường đầm lầy ẩm ướt (wetland/swamp/fen) thuộc đồng bằng châu thổ hoặc đầm lầy ven biển có mực nước ngầm cao, điều kiện yếm khí thuận lợi cho quá trình keo hóa, thực vật chiếm ưu thế là các loài cây bụi nghèo lignin.

4. Dữ kiện nào chứng minh than Miocen có khả năng sinh hydrocacbon lỏng bên cạnh tiềm năng sinh khí chủ đạo?
Bên cạnh tiềm năng sinh khí từ kerogen loại III, khả năng sinh chất lỏng được chứng minh qua: (1) Sự hiện diện của các vi phần maceral giàu hydro thuộc nhóm Liptinit (Cutinit, Suberinit, Resinit, Bituminit) và vitrinit giàu hydro; (2) Quan sát thạch học dưới kính hiển vi quang học ghi nhận trực tiếp các vết hydrocacbon dạng dầu di thoát phát quang lấp đầy các vi khe nứt của mảnh vitrinit tại độ sâu 2680-2690m (giếng 102-CQ-1X) và 3000-3010m (giếng 102-HD-1X).

5. Sự khác biệt về quy mô vỉa than giữa các hệ tầng Miocen được ghi nhận như thế nào trong văn bản?
Than phát triển tập trung nhất ở hệ tầng Tiên Hưng ($N_1^3 th$) và hệ tầng Phủ Cừ ($N_1^2 pc$). Trong đó, tại giếng khoan thăm dò 01-KT-TB-08 trên Miền võng Hà Nội, phần trên của hệ tầng Tiên Hưng ghi nhận tới 37 vỉa than với tổng chiều dày tích lũy lên tới 54,28m; trong khi ở hệ tầng Phong Châu ($N_1^1 pch$), than chủ yếu phân bố ở dạng các thấu kính mỏng hoặc vết than xen kẽ trong đá sét.

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Lê Hoài Nga đã làm sáng tỏ đặc điểm thạch học hữu cơ và địa hóa của than cùng sét than trong trầm tích Miocen khu vực phía Bắc bể Sông Hồng thông qua việc tích hợp phương pháp quang học maceral và các phân tích địa hóa tiêu chuẩn. Kết quả nghiên cứu xác định than thuộc loại than humic, nguồn gốc từ thực vật cây bụi đầm lầy châu thổ, biến chất từ nhãn than á bitum đến than bitum chất bốc cao ở đới ngoài khơi. Công trình khẳng định than và sét than Miocen chứa kerogen loại III và hỗn hợp III-II với tiềm năng sinh khí là chủ đạo, đồng thời làm rõ khả năng sinh dầu nhẹ từ các vi phần giàu hydro, đóng góp cơ sở khoa học giá trị cho công tác tìm kiếm thăm dò dầu khí và tài nguyên khí than tại Việt Nam.