Giáo trình Địa chất các mỏ Than, Dầu và Khí đốt - Đỗ Cảnh Dương

Giáo trình cung cấp kiến thức nền tảng về địa chất các mỏ than, dầu và khí đốt. Tìm hiểu quy trình hình thành, phương pháp thăm dò và khai thác tài nguyên.

• Tác giả: Đỗ Cảnh Dương
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Văn Trường
• Trường học: Đại học Mỏ - Địa chất
• Chuyên ngành: Địa chất
• Đề tài: Địa chất các mỏ than, dầu và khí đốt
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2004
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về địa chất các mỏ than dầu và khí đốt

Địa chất các mỏ than, dầu và khí đốt nghiên cứu nguồn gốc và sự hình thành khoáng sản cháy. Khoáng sản cháy gồm than đá, than bùn, đá phiến cháy, dầu mỏ và khí đốt. Đây là nguồn năng lượng cơ bản nhất của loài người. Chúng cũng là nguyên liệu hóa học quan trọng. Giáo trình của TS. Đỗ Cảnh Dương cung cấp kiến thức nền tảng về lĩnh vực này. Sách dùng cho sinh viên Đại học Mỏ - Địa chất và các trường khác. Nội dung chia làm ba phần chính. Phần đầu nói về sự biến đổi vật liệu hữu cơ ban đầu thành khoáng sản cháy. Phần hai trình bày về than khoáng. Phần ba bàn về dầu mỏ và khí đốt. Việt Nam có tiềm năng rất lớn về khoáng sản cháy. Bể than Quảng Ninh đã được khai thác hàng trăm năm. Than nâu tuổi Neogen ở vùng trũng Hà Nội có trữ lượng lớn. Dầu khí được phát hiện từ thập niên 1970. Các mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng và Rồng đang khai thác hiệu quả. Việc đào tạo kỹ sư địa chất dầu khí có ý nghĩa quan trọng cho đất nước.

1.1. Khái niệm khoáng sản cháy và vai trò năng lượng

Khoáng sản cháy là tên gọi truyền thống. Con người đầu tiên dùng than và dầu làm nguyên liệu đốt cháy. Nhóm khoáng sản này gồm than đá, than bùn, đá phiến cháy, dầu mỏ và khí đốt. Chúng cung cấp năng lượng cho công nghiệp và đời sống. Ngày nay chúng còn là nguyên liệu hóa học hàng đầu. Từ dầu mỏ con người chế tạo nhựa, sợi tổng hợp và phân bón. Giá trị của khoáng sản cháy vì thế ngày càng tăng. Hiểu rõ nguồn gốc địa chất giúp tìm kiếm và khai thác hiệu quả hơn. Đây là nền tảng của ngành địa chất các mỏ khoáng sản cháy.

1.2. Tiềm năng khoáng sản cháy tại Việt Nam

Việt Nam giàu tài nguyên khoáng sản cháy. Bể than Quảng Ninh là vùng than đá lớn nhất nước. Nơi đây đã khai thác liên tục hàng trăm năm. Than nâu tuổi Neogen phân bố ở vùng trũng Hà Nội. Trữ lượng than nâu rất lớn và đang được đánh giá. Về dầu khí, các mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng và Rồng cho sản lượng cao. Nhiều bể trầm tích ở thềm lục địa đang được thăm dò. Tiềm năng này đòi hỏi nguồn nhân lực địa chất chất lượng. Giáo trình ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu đào tạo đó cho cả nước.

II. Phân tích quá trình hình thành khoáng sản cháy

Khoáng sản cháy hình thành từ vật liệu hữu cơ ban đầu. Vật liệu này chủ yếu là tàn tích thực vật và sinh vật cổ. Quá trình biến đổi diễn ra qua hàng triệu năm. Điều kiện môi trường quyết định loại khoáng sản cháy được tạo ra. Đầm lầy giàu thực vật là nơi sinh ra than. Biển và hồ giàu sinh vật phù du là nơi sinh ra dầu khí. Hệ thực vật cổ thay đổi qua các đại địa chất. Đại Paleofit có quyết tùng và thạch tùng. Đại Mezofit xuất hiện dương xỉ, lá nhọn và tuế. Đại Kainofit ngự trị bởi thực vật hạt kín. Mỗi giai đoạn để lại dấu ấn trong thành phần khoáng sản cháy. Khí hậu cũng ảnh hưởng mạnh tới quá trình tích tụ. Vùng khí hậu ấm ẩm thuận lợi cho thực vật đầm lầy phát triển. Vùng khô hạn kìm hãm sự tạo than. Sau khi tích tụ, vật liệu hữu cơ bị chôn vùi dần. Nhiệt độ và áp suất tăng theo độ sâu. Quá trình biến chất biến vật liệu thành than, dầu hay khí. Phân tích quá trình này là chìa khóa để dự báo mỏ.

2.1. Biến đổi vật liệu hữu cơ qua các đại địa chất

Hệ thực vật biến đổi rõ rệt qua thời gian địa chất. Trong Paleofit, khí hậu nhiều nơi nghiệt ngã với thực vật. Sự chuyển sang Mezofit diễn ra từ từ ở Gondwana và Châu Á. Tại Châu Âu, khí hậu khô từ Pecmi sớm cản trở đầm lầy kiểu Cacbon. Sang Jura, thực vật các miền gần như giống nhau. Dương xỉ, lá nhọn và tuế chiếm ưu thế. Đến Kainofit, thực vật hạt kín ngự trị từ Creta muộn. Mỗi hệ thực vật tạo nên vật liệu hữu cơ khác nhau. Sự khác biệt này phản ánh trong thành phần than và dầu sau này.

2.2. Vai trò của khí hậu và môi trường tích tụ

Khí hậu kiểm soát lượng vật liệu hữu cơ tích tụ. Khí hậu ôn hòa, ấm ẩm giúp thực vật phát triển mạnh. Đầm lầy ven biển và ven hồ là nơi tích tụ lý tưởng. Ở đó tàn tích thực vật được bảo tồn dưới nước. Môi trường thiếu oxy ngăn cản sự phân hủy hoàn toàn. Nhờ vậy vật liệu hữu cơ tích lũy dày theo thời gian. Trái lại, khí hậu khô hạn làm gián đoạn quá trình. Mức độ ngập nước và độ axit nước cũng ảnh hưởng. Các yếu tố này cùng quyết định chất lượng khoáng sản cháy về sau.

III. Phương pháp nghiên cứu địa chất mỏ than dầu khí

Nghiên cứu địa chất mỏ khoáng sản cháy dùng nhiều phương pháp. Phương pháp thạch học mô tả thành phần và cấu tạo than. Nhà địa chất quan sát kiến trúc và cấu tạo bằng mắt thường. Họ phân biệt vết vỡ vỏ sò, vết vỡ dạng bậc thang và vết vỡ dạng hạt. Mỗi loại vết vỡ phản ánh thành phần và mức độ biến chất. Than nâu mềm có vết vỡ dạng đất. Than claren biến chất trung bình thường có vết vỡ bậc thang. Than đuren đặc trưng vết vỡ không bằng phẳng. Phân tích dưới kính hiển vi bổ sung chi tiết vi mô. Phương pháp địa tầng xác định tuổi và trình tự lớp đất đá. Khoan thăm dò lấy mẫu lõi từ độ sâu lớn. Địa vật lý đo đạc tính chất vật lý dưới lòng đất. Các phương pháp này kết hợp để dựng bức tranh mỏ đầy đủ. Việc lựa chọn vỉa than dựa trên đặc điểm khối nứt. Hiểu hệ thống khe nứt giúp khai thác an toàn và hiệu quả. Phương pháp đúng cho kết quả thăm dò chính xác hơn.

3.1. Phân tích thạch học và đặc điểm vết vỡ của than

Thạch học than nghiên cứu thành phần vật chất tạo than. Đặc điểm vết vỡ là dấu hiệu nhận biết quan trọng. Vết vỡ vỏ sò thấy ở than đồng nhất như than bùn thối. Vết vỡ dạng bậc thang gặp ở than claren biến chất trung bình. Đặc điểm này liên quan tới khe nứt nội sinh phát triển. Than đuren có vết vỡ không bằng phẳng, dạng hạt. Than nâu mềm cho vết vỡ dạng đất. Khi biến chất mạnh, vết vỡ chuyển sang dạng sỏi. Quan sát vết vỡ giúp xác định loại và mức biến chất than nhanh chóng.

3.2. Khảo sát kiến trúc cấu tạo và hệ khe nứt

Kiến trúc than là đặc điểm hình thái các thành phần tạo than. Cấu tạo than là đặc điểm phân bố không gian của chúng. Hai khái niệm này chỉ các dấu hiệu quan sát bằng mắt thường. Chúng khác nhau về kích thước và hình dạng. Khảo sát hệ khe nứt cho biết tính nguyên khối của vỉa. Đặc điểm khối nứt có ý nghĩa thực tế khi lựa chọn vỉa than. Khe nứt ảnh hưởng tới độ ổn định và an toàn khai thác. Kết hợp các quan sát này giúp đánh giá chất lượng vỉa chính xác.

IV. Ứng dụng và kết luận về địa chất khoáng sản cháy

Kiến thức địa chất mỏ than dầu khí có nhiều ứng dụng thực tế. Nó định hướng công tác thăm dò và đánh giá trữ lượng. Kỹ sư dùng nó để chọn vỉa than và vùng dầu khí triển vọng. Hiểu nguồn gốc khoáng sản cháy giúp dự báo phân bố mỏ. Điều này tiết kiệm chi phí khoan và khảo sát. Tại Việt Nam, kiến thức này phục vụ khai thác than Quảng Ninh. Nó cũng hỗ trợ đánh giá than nâu vùng trũng Hà Nội. Trong dầu khí, nó giúp thăm dò các bể thềm lục địa. Giáo trình là tài liệu giảng dạy cho sinh viên ngành địa chất. Cán bộ điều tra và nghiên cứu cũng dùng làm tham khảo. Đào tạo nhân lực địa chất là nhu cầu cấp thiết của đất nước. Khoa học về khoáng sản cháy ngày càng hoàn thiện. Công nghệ thăm dò mới nâng cao độ chính xác. Quản lý tài nguyên bền vững là mục tiêu lâu dài. Nắm vững địa chất khoáng sản cháy là nền tảng cho ngành năng lượng quốc gia.

4.1. Ứng dụng trong thăm dò và khai thác tại Việt Nam

Kiến thức địa chất phục vụ trực tiếp ngành năng lượng. Tại Quảng Ninh, nó hướng dẫn chọn vỉa than chất lượng. Vùng trũng Hà Nội cần đánh giá trữ lượng than nâu lớn. Ngành dầu khí dùng nó thăm dò bể trầm tích ngoài khơi. Các mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng và Rồng là ví dụ khai thác hiệu quả. Hiểu nguồn gốc mỏ giúp giảm rủi ro thăm dò. Khoan trúng vỉa tiết kiệm chi phí lớn. Quản lý tài nguyên hợp lý bảo đảm phát triển bền vững. Đây là đóng góp thiết thực cho kinh tế đất nước.

4.2. Vai trò trong đào tạo và nghiên cứu địa chất

Giáo trình là tài liệu giảng dạy chuẩn cho sinh viên đại học. Trường Đại học Mỏ - Địa chất sử dụng làm giáo trình chính. Các trường khác cũng dùng tham khảo cho ngành liên quan. Cán bộ điều tra và nghiên cứu mỏ dùng làm cẩm nang. Sách cung cấp kiến thức cơ bản và hệ thống. Người học nắm vững quá trình hình thành khoáng sản cháy. Họ hiểu các phương pháp nghiên cứu mỏ hiện đại. Nhờ vậy nguồn nhân lực địa chất được nâng cao. Đào tạo tốt tạo nền móng cho ngành năng lượng phát triển.

Nội dung chính

TỔNG QUAN VỀ GIÁO TRÌNH ĐỊA CHẤT CÁC MỎ THAN, DẦU VÀ KHÍ ĐỐT

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Địa chất các mỏ than, dầu và khí đốt (còn có tên gọi chuyên môn là Địa chất các mỏ khoáng sản cháy) do TS. Đỗ Cảnh Dương biên soạn, được Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật phát hành năm 2004. Công trình được xuất bản với sự hỗ trợ chuyên môn của Bộ môn Khoáng sản thuộc Trường Đại học Mỏ - Địa chất, dưới sự thẩm định của PGS. Phạm Văn Trường và ThS. Nguyễn Văn Cần.

Trong chương trình đào tạo đại học và sau đại học ngành Địa chất, Địa chất Thăm dò và Địa chất Dầu khí, giáo trình đóng vai trò là tài liệu học tập bắt buộc thuộc khối kiến thức chuyên ngành. Môn học trang bị hệ thống lý thuyết về nguồn gốc, quy luật phân bố, các quá trình biến đổi địa hóa học, đặc điểm thạch học và giá trị công nghệ của các dạng vật liệu cháy trong vỏ Trái Đất.

Mục tiêu học tập của giáo trình bao gồm:

• Cung cấp cơ sở khoa học về sự hình thành các thành tạo khoáng sản cháy từ vật liệu hữu cơ ban đầu thông qua các quá trình sinh hóa và biến chất.
• Thiết lập phương pháp nhận diện, phân loại thạch học than ở quy mô vĩ mô (tổ phần) và vi mô (vi tổ phần, thành phần tạo than/maceral).
• Xác định các chỉ tiêu cơ lý, hóa học và công nghệ của than đá nhằm phục vụ công tác thăm dò, luyện kim và năng lượng.
• Phân tích cơ chế sinh dầu, cấu trúc đá chứa, đá chắn, bẫy chứa và sự di chuyển của hydrocacbon trong các bể trầm tích.

Giáo trình được cấu trúc thành 3 phần chính với 15 chương, triển khai theo trình tự từ bản chất hóa - sinh học của vật liệu hữu cơ, chuyển tiếp qua cơ chế tạo than và kết thúc ở địa chất dầu khí. Điểm đặc sắc của công trình là sự kết hợp giữa hệ thống danh pháp quốc tế (Ủy ban Thạch học Than Quốc tế - ICCP, Hội nghị Roma 1955) với các số liệu thực tế tại các bể than và mỏ dầu khí của Việt Nam như bể than Đông Bắc Bắc Bộ, than nâu trũng Hà Nội, mỏ than Na Dương, Núi Hồng, mỏ dầu khí Bạch Hổ, Đại Hùng và Rồng.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Cấu trúc nội dung của giáo trình được triển khai qua 3 phần chính gồm 15 chương:

1. Phần I: Sự biến đổi vật liệu hữu cơ ban đầu thành khoáng sản cháy - Phân loại khoáng sản cháy (Chương I đến Chương II): Phân tích nguồn vật liệu sinh vật ban đầu (xenlulozơ $(C_6H_{10}O_5)_n$, licnin, anbumin, chất béo, chất nhựa, sáp). Trình bày ba kiểu phân hủy di tích hữu cơ: thối rữa (trong môi trường giàu oxy, tạo $CO_2$ và $H_2O$), mục rữa / mùn hóa (thiếu oxy, tạo bùn hữu cơ và than bùn) và bitum hóa (môi trường khử yếm khí tuyệt đối ở đáy bồn nước sâu, phân hủy sinh vật hạ đẳng tạo sapropel, đá phiến dầu hoặc hydrocacbon). Tổng hợp sơ đồ biến chất dãy than (than bùn $\rightarrow$ than nâu $\rightarrow$ than đá $\rightarrow$ antraxit $\rightarrow$ grafit) và dãy dầu (dầu nguyên sinh $\rightarrow$ metan hóa). Chương II phân loại khoáng sản cháy theo trạng thái vật lý (rắn, lỏng, khí), theo A. Dobrianxki (1948), V.A. Ratsenko (1953) và phân loại bitum tại Hội nghị Quốc tế về Dầu mỏ ở Roma (1955).

2. Phần II: Than khoáng (Chương III đến Chương IX):

   • Chương III (Thành phần thạch học của than khoáng): Trình bày phương pháp lát mỏng (Winter, Thiessen, Stopes, Wheeler) và mài láng phản xạ (Potonié, Stach, Seyler, Teichmüller). Phân cấp 3 cấp độ thạch học: Maxeran / Thành phần tạo than (nhóm Vitrinit gồm telinit, colinit; nhóm Exinit/Liptinit gồm sporinit, cutinit, alginit, rezinit; nhóm Inectinit gồm micrinit, semifuzinit, fuzinit, sclerotinit); Vi tổ phần / Microlithotype (vitrit, fuzit, microit, sporit, clarit, durit, vitrinectit, duroclarit, clarodurit); Tổ phần / Lithotype (vitren, claren, duren, fuzen).
   • Chương IV (Tính chất vật lý, đặc tính hóa học và công nghệ của than): Đo lường các chỉ tiêu vật lý (màu sắc, vết vạch, ánh quang, năng suất phản quang $R$, khe nứt nội sinh/ngoại sinh, vết vỡ, kiến trúc, tỷ trọng, độ cứng Vickers, độ giòn, độ dẫn điện bán dẫn). Xác định thành phần nguyên tố hóa học ($C, H, O, N, S, P$ và nguyên tố vi lượng quý hiếm như Germani - Ge). Các chỉ tiêu phân tích kỹ thuật: độ ẩm ($W$), độ tro ($A$), chất bốc ($V^b$), nhiệt lượng cháy (tính theo công thức Mendeleev $Q_t = 81C + 300H - 26(O-S)$ hoặc bom nhiệt kế $Q_b$). Đánh giá khả năng luyện cốc thông qua độ thiêu kết (phương pháp Roga $RI$, Gray-King từ A đến G), độ phồng (Arnu-Audibert) và chỉ số dẻo theo phương pháp Sapojnikov ($X, Y$).
   • Chương V (Nguồn gốc than): Lịch sử tiến hóa cổ thực vật qua các đại địa chất: Eofit (Tảo), Paleofit (Psilophyta, Lepidodendron, Sigillaria, Calamites, dương xỉ Marattiales, dương xỉ có hạt Glossopteris lục địa Gondwana), Mezofit (hạt trần, Ginkgo, thông, tuế), Kainofit (hạt kín).
   • Chương VI đến Chương IX: Cấu trúc địa tầng, thành hệ trầm tích chứa than, hình thái vỉa than và các bể than chính trên thế giới cùng Việt Nam.

3. Phần III: Dầu mỏ và khí đốt (Chương X đến Chương XV): Trình bày thành phần hóa học của dầu và khí thiên nhiên (dãy parafin, naphten, hydrocacbon thơm); các giả thuyết nguồn gốc hữu cơ và vô cơ; đặc tính thạch học của tầng đá sinh, đá chứa (độ rỗng, độ thấm); cấu trúc bẫy chứa dầu khí (bẫy cấu tạo, bẫy địa tầng, bẫy thấu kính); cơ chế di chuyển nguyên sinh và thứ sinh của hydrocacbon; quy luật phân bố các mỏ dầu khí trên thế giới và thềm lục địa Việt Nam.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Các lý thuyết cơ bản (Fundamental theories): Lý thuyết nguồn gốc sinh vật của nhiên liệu hóa thạch; lý thuyết biến chất nhiệt - động lực của vật chất hữu cơ; quy luật tiến hóa trầm tích và địa hóa học khoáng sản cháy.
• Các nguyên lý cốt lõi (Core principles): Định luật biến đổi thành phần nguyên tố trong quá trình cacbon hóa (tăng tỷ lệ cacbon, suy giảm oxy và hydro); nguyên lý phụ thuộc của mức độ biến chất vào áp suất và nhiệt độ theo mô hình E. Szadeczki-Kardoss (1952); nguyên lý phân dị tỷ trọng và độ dẫn điện dị hướng trong than antraxit.
• Hệ thống phân loại chuẩn (Essential frameworks): Hệ thống thuật ngữ thạch học Liege (1955); phân loại bitum Carbobitum - Petrobitum Roma (1955); tiêu chuẩn phân tích kỹ thuật mẫu nhiên liệu rắn theo TCVN và tiêu chuẩn quốc tế.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Nhận biết vĩ mô các tổ phần than (vitren, claren, duren, fuzen); đo độ cứng tế vi Vickers trên maceral; tính toán nhiệt lượng cháy lý thuyết dựa trên hàm lượng nguyên tố; đo đếm mật độ khe nứt nội sinh trên khoảng cách 5 cm thẳng góc mặt lớp.
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Luận giải biểu đồ dẻo than Sapojnikov (xác định chiều dày lớp dẻo $Y$ và độ co rút $X$); giải thích đường cong giãn nở Arnu-Audibert; đánh giá nguồn gốc lưu huỳnh hữu cơ và vô cơ ($S_{ch} = S_{hc} + S_p + S_s$); phân tích số liệu carota địa vật lý lỗ khoan để xác định vỉa than và vỉa dầu khí.
• Năng lực ứng dụng thực tế (Practical competencies): Đánh giá tiềm năng luyện cốc của các loại than đá phục vụ công nghiệp luyện kim; phân cấp chất lượng than thương phẩm theo hàm lượng tro và lưu huỳnh; xác định điều kiện địa chất thuận lợi để định vị bẫy chứa dầu khí trong công tác thăm dò.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương pháp tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach)

Giáo trình triển khai phương pháp tiếp cận liên ngành, kết hợp chặt chẽ giữa Địa chất học đại cương, Thạch học trầm tích, Địa hóa học hữu cơ và Hóa học công nghệ. Tác giả dẫn dắt sinh viên từ bản chất vi mô (cấu trúc hóa học của tế bào thực vật, phản ứng phân hủy kỵ khí/hiếu khí) đến các hiện tượng vĩ mô (sự hình thành bồn trũng trầm tích, quy luật phân bố vỉa than và vỉa dầu khí).

Bài tập và bài học điển hình (Case studies)

Giáo trình tích hợp các số liệu thực địa và bài học điển hình từ các vùng mỏ khoáng sản cháy tại Việt Nam và thế giới:

• Case study mỏ than Na Dương: Phân tích sự hình thành hàm lượng lưu huỳnh cao ($5 - 8% S$) trong môi trường hồ nội địa xa biển, làm rõ vai trò của vi khuẩn khử sunfat đối với anbumin thực vật.
• Case study Bể than Đông Bắc Bắc Bộ: Đánh giá đặc điểm than antraxit biến chất cao, hàm lượng lưu huỳnh thấp ($< 1%$), cấu trúc khe nứt và vết vỡ dạng mắt trong claren.
• Case study mỏ than Núi Hồng: Khảo sát sự tập trung bất thường của nguyên tố hiếm Germani (Ge) trong than đá vượt trị số Clark, mở ra hướng thu hồi khoáng sản đi kèm.
• Case study Bể trầm tích dầu khí Cửu Long và Nam Côn Sơn: Phân tích đặc điểm bẫy dầu khí trong tầng đá móng nứt nẻ (mỏ Bạch Hổ, Rồng) và tầng cát kết trầm tích (mỏ Đại Hùng).

Bài tập thực hành và phương pháp tự học

• Thực hành phòng thí nghiệm: Hướng dẫn quy trình xác định chỉ số Roga ($RI$), quy trình nung mẫu than trong ống thạch anh theo phương pháp Gray-King để so sánh với thang chuẩn từ A đến G, kỹ thuật đo bề dày lớp dẻo trên thiết bị Sapojnikov.
• Phương pháp tự học: Người học sử dụng hệ thống bảng biểu so sánh (như bảng đối chiếu các tổ phần, vi tổ phần than; bảng tiến hóa cổ thực vật qua các kỷ địa chất) để tự hệ thống hóa kiến thức; kết hợp tra cứu số liệu phân tích kỹ thuật mẫu than để rèn luyện kỹ năng phân loại công nghiệp.

---

Điểm nổi bật và cập nhật học thuật

1. Chuẩn hóa hệ thống danh pháp quốc tế: Giáo trình cập nhật và hệ thống hóa toàn bộ thuật ngữ thạch học than theo đề án của Hội nghị Quốc tế về Thạch học Than tại Liege (1955), phân định rành mạch giữa các khái niệm Maxeran (thành phần tạo than), Vi tổ phần (Microlithotype) và Tổ phần (Lithotype), loại bỏ sự nhầm lẫn trong các tài liệu cũ trước thập niên 1980.

2. Tích hợp các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm hiện đại: Giới thiệu chi tiết kỹ thuật thạch học mài láng dưới ánh sáng phản xạ, phương pháp đo năng suất phản quang Vitrinit ($R_o$) theo công trình của I. Ammosov và Tan Xuy (1961) làm chỉ tiêu định lượng cấp độ biến chất than, thay thế cho việc chỉ đánh giá định tính qua màu sắc hay vết vạch.

3. Cập nhật dữ liệu địa chất khoáng sản cháy Việt Nam: Điểm nổi bật là việc tích hợp kết quả điều tra địa chất, thăm dò than và dầu khí giai đoạn từ sau năm 1975 đến đầu những năm 2000. Các tài liệu về than nâu tuổi Neogen ở võng trũng Hà Nội, than antraxit Quảng Ninh, cùng thành tựu khai thác dầu khí tại bồn trũng Cửu Long (mỏ Bạch Hổ, Rồng, Đại Hùng) được đưa vào làm dẫn chứng trực tiếp cho phần lý thuyết.

4. Kế thừa tài liệu kinh điển quốc tế: Giáo trình tổng hợp có chọn lọc các công trình nền tảng của ngành địa chất nhiên liệu thế giới: từ tài liệu lịch sử của G. Höfer (1888), các nghiên cứu của M. Stopes (1935), A. Dobrianxki (1948), E. Szadeczki-Kardoss (1952), V.A. Ratsenko (1953) đến các số liệu thực nghiệm của Dormans, Sarbeeva và B. Roga.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên đại học: Sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 các chuyên ngành Địa chất, Thăm dò Địa chất, Địa chất Dầu khí, Khai thác mỏ thuộc Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và các cơ sở đào tạo kỹ thuật liên quan.
• Học viên cao học và nghiên cứu sinh: Tài liệu tham khảo nền tảng cho các hướng nghiên cứu về Địa hóa dầu khí, Thạch học than, Trầm tích bồn trũng và Đánh giá trữ lượng khoáng sản năng lượng.
• Kiến thức tiền đề (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần: Địa chất đại cương, Khoáng vật học - Tinh thể học, Thạch học trầm tích, Hóa học đại cương (vô cơ và hữu cơ).
• Giảng viên và nhà nghiên cứu: Cung cấp khung chương trình chuẩn để xây dựng đề cương bài giảng, thiết kế bài thí nghiệm phân tích than và bài tập tình huống địa chất mỏ.
• Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật: Sử dụng làm tài liệu tra cứu các tiêu chuẩn phân loại than, chỉ tiêu luyện cốc, phương pháp đánh giá bẫy chứa dầu khí trong công tác khảo sát thực tế tại các liên đoàn địa chất, mỏ than và các nhà thầu dầu khí.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp cho đối tượng người học nào?

Giáo trình được thiết kế chuyên biệt cho sinh viên đại học, học viên sau đại học ngành Địa chất, Địa chất Dầu khí, Kỹ thuật Mỏ, đồng thời là tài liệu tra cứu chuyên môn cho các kỹ sư, cán bộ nghiên cứu tại các cơ quan điều tra địa chất và doanh nghiệp khai thác khoáng sản năng lượng.

2. Người học cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi tiếp cận giáo trình?

Học viên cần nắm vững kiến thức về Địa chất đại cương (các quá trình nội sinh và ngoại sinh), Thạch học (đặc biệt là trầm tích học), Hóa học hữu cơ (cấu trúc hydrocacbon, hợp chất cao phân tử) và kiến thức cơ bản về Địa vật lý giếng khoan.

3. Điểm khác biệt cốt lõi của giáo trình so với các tài liệu địa chất thông thường là gì?

Giáo trình không chỉ trình bày đặc điểm hình thái mỏ mà đi sâu vào bản chất địa hóa học của quá trình chuyển hóa vật liệu hữu cơ; chuẩn hóa hệ thống phân loại thạch học theo danh pháp quốc tế (Liege 1955, Roma 1955); đồng thời cung cấp chi tiết các phương pháp thí nghiệm công nghệ than (Roga, Gray-King, Sapojnikov) gắn liền với số liệu các mỏ thực tế tại Việt Nam.

4. Làm thế nào để tự học và nắm vững các nội dung thực nghiệm trong sách hiệu quả?

Người học nên kết hợp đọc lý thuyết với việc phân tích biểu đồ (như biểu đồ phụ thuộc biến chất của Szadeczki-Kardoss, đường cong giãn nở Arnu-Audibert, đường cong dẻo than Sapojnikov), tự giải các bài tập tính nhiệt lượng theo công thức Mendeleev và đối chiếu các bảng danh pháp thạch học để ghi nhớ bản chất các nhóm maceral.

5. Có những tài liệu bổ trợ nào liên quan mật thiết với nội dung giáo trình?

Người học nên tham khảo thêm: các tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) về lấy mẫu và phân tích kỹ thuật than đá; các công trình bản đồ địa chất và khoáng sản Việt Nam tỷ lệ 1:200.000; tài liệu chuyên khảo về Địa chất Dầu khí Việt Nam và các ấn bản chuẩn hóa của Ủy ban Thạch học Than Quốc tế (ICCP).

---

Kết luận

Giáo trình Địa chất các mỏ than, dầu và khí đốt của TS. Đỗ Cảnh Dương là công trình học thuật chuyên ngành, cung cấp toàn diện cơ sở khoa học về các loại khoáng sản cháy từ nguồn gốc vật chất sinh học, quá trình biến chất địa hóa đến đặc tính công nghệ và cấu trúc mỏ. Lộ trình học tập đề xuất cho người học là tiếp cận tuần tự từ nguyên lý biến đổi vật chất hữu cơ ở Phần I, làm chủ các kỹ thuật phân tích thạch học - công nghệ than ở Phần II và mở rộng sang quy luật tích tụ hydrocacbon bồn trũng ở Phần III. Để phục vụ công tác nghiên cứu chuyên sâu, người học cần kết hợp giáo trình với các tài liệu chuyên khảo về trầm tích học, địa vật lý giếng khoan và các báo cáo thăm dò địa chất thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương ID); 2.Than khoáng (từ chương HỊ đến chương IX); Dầu mỏ oà khí đốt (từ chương X đến chương XV). Trong quá trùnh biên soạn, tuy đã có rất nhiều cố gắng những không tránh khỏi những thiểu sót. Tác giá chân thành mong được sự góp ý của các thầy cô giáo va bạn đọc. Giáo trình dược biên soạn tối sự giáp đỡ, động uiên của Bộ môn Khoáng sản.

Đặc biệt PGS. Phạm Văn Trường uà ThS. Nguyễn Văn Cần đã tận tình giúp đã, góp ý các nội dụng trong cuốn sách. Túc gid bay tủ long cdm on sâu sắc đốt uới sự giúp đỡ này.

Tác giả LỜI GIỚI THIỆU Giáo trùnh “Địa chất các mỏ than, dầu va khí đốt" còn gọi là “Địa chất các mô khoảng sẵn cháy”, cung cấp các biến thức cơ bản vé dia chất các mỏ than, đầu oà khí đốt. Giáo trình này dùng làm tài liệu giảng dạy cho sinh vién dai hoc ngành Địa chất. Ngoài ra giáo trình còn là tài liệu tham khảo tối cho các cần bộ làm công tác điêu tra, nghiên cứu địa chất các mỏ khoáng sản cháy. Cuốn sách được chỉa làm ba phần chính: - Phần thứ nhất: Sự biến đổi oật liệu hữu cơ bạn đầu thành khoáng sản cháy, bao gém các quá trình phân huỷ các di tích hữu cơ trong các môi trường khác nhau, vdi các giai đoạn biến đổi uật chất hữu cơ thành than tả đầu, - Phân thú hai: Than khoáng.

Trong phần này giới thiệu thành phân thạch học than (thành phần tạo than, tổ phan, vi tổ phân), cdc tinh chat vat ly, đặc tính hoá học uà công nghệ hoá học của than. Tác giả đưa các bảng phân loại than theo nguồn gốc, công nghiệp của các nước thuộc Liên Xô cũ, Ba Lan, Trung Quốc, Anh. Tác giả đã để cập đến đặc điểm của các trầm tích chúa than, uïa than, - Phân thứ ba: Dâu mô oè khí đối, trình bày các oấn đề liên quan đến thành phần, tích chất của dầu mỏ uà khí đốt, các giả thuyết uê nguồn gốc dẫu mỏ, các đặc tính của các đá chứa đầu, sinh dầu oà bẫy chứa đầu, phân loại cdc via ddu va các yếu tố ảnh hưởng đến sự di chuyển của dầu khí. Cuốn sách đã chú ý đến tình hệ thống của môn học uè liên hệ uúi đặc điểm địa chất các mô cụ thể của Việt Nam Mặc dù tác giả đã dành nhiều nỗ lực nhưng do biên soạn lần đâu, nên không tránh khỏi cồn thiếu sốt.

Rất mong các bạn đồng nghiệp va ban đọc góp ý bổ sung để cuốn sách được hoàn thiện hơn trong các lần tdi bản sau PGS. Phạm Văn Trường CHU NHIEM BO MON KHOANG SAN TRUONG BAI HOC MO - BIA CHAT HA NOL Phan I SỰ BIẾN ĐỔI VẬT LIỆU HỮU CƠ BAN ĐẦU THÀNH KHOÁNG SAN CHAY - PHAN LOAI KHOANG SAN CHAY Chuong I VAT LIEU HUU CO BAN DAU CUA KHOANG SAN CHAY VÀ CAC QUA TRINH BIEN DOI CHUNG LL. VAT LIEU HUU CO BAN DAU CUA CAC KHOANG SAN CHAY Trong vẻ Trái Đất bợp chất hữu cơ có thể sinh ra Lữ các nguồn và theo các con đường khác nhau: - Từ các đi tích động thực vật đã chết và từ các sản phẩm của các hoạt động sống của chúng. - Từ các phản ứng vô sinh trong thạch quyển.

- Từ các phản ứng tổng hợp xảy ra trong lò magma. Trong ba nguồn trên, nguồn từ các di tích động thực vật đã chết đóng vai trò chủ yếu hình thành các thành tạo hữu cơ của vỏ quả đất. Nói riêng về nguồn vật liệu tạo nên các khoáng sản cháy thì đa số các khoáng sản cháy gồm day than, khối lượng chủ yếu các khoáng sản cháy thuộc dãy đầu, được tạo nên từ các sinh vật chết. Vì khối lượng sống của động vật không đáng kế so với thực vật, nên thực vật đóng vai trò chính trong thành tạo các khoáng sản cháy.

Vật liệu tạo nên thực vật gồm ba nhóm: a. Vật liệu tạo nên thành phần của tế bào (anbumin, đường); b. Vật liệu tạo nên thành phần của hạt và các vật liệu dự trữ (giàu mỡ); c. Vật liệu tạo nên vỏ tế bào (xenlulozơ).

Xenlulozo Cong thite chung (C,H,,O;},. Trong than cay gỗ xenlulozơ chiếm tới 40-50%. Xenlulozơ có cấu trúc sợi, khá bên vững, thường không bị các hoá chất nhẹ tác dụng. § Xenlulozơ trương nên đo sự hấp thụ các axit và muối.

Dưới tác dụng của axit mạnh, xenlulozơ bị thuỷ phân. Xenlulozơ có thể bị oxy hoá và phân huỷ. Dưới ảnh hưởng của nhiệt độ xenlulozơ có thé bị phân huỷ nhiệt (gẫy mạch phân tử). Xenlulozơ bền vững trong thực vật sống, còn trong thực vật chết dưới tác dụng cua vi sinh vật, nó bị phân huỷ nhanh chóng.

Tốc đệ phân huỷ sẽ đặc biệt lớn trong điều kiện tiếp xúc tự do với không khí. Licnin Trong thực vật gỗ nó chiếm khoảng 18-30%. C6 thé coi licnin nhu ximang gan vào các sợi xenlulozơ thành một kết cấu bên vững. tạo nên các tế bào, Thành phản của Henin thay đổi tùy theo loại thực vật Lienin để bị các hoá chất tác dụng hơn là xenlulozo, nhưng licnin lại khá bể vững trước các phản ứng thuỷ phân.

do đó về mật hoá học nó bên vững hơn xenlulozơ nhiều. Khi thực vật bị phân huỷ nó thường bị tách khỏi gỗ muộn hơn các thành phần khác. Ngược lại lienin rất đế bị oxy hoá để tạo thành các axit thơm và axit béo, để bị sôi dưới tác động của kiểm 1. Anbumin và các hợp chất chứa nitơ khác Anbumin cũng là thành phần cơ bản của các sinh vật, 6 nim wong ác tế bào xố § và là thành phần chính của chất nguyên sinh.

Thành phần nguyên tổ của anbumin gần như cố định: Œ; 51-55%, H: 7%, N:15-19%, §: 0,3- 2% ,O: 20 - 23,5% và P: vết, Ham lugng cua nito đặc trưng đối với anbumin tới mức là Khi phân tích hoá học các thực vật, chỉ cần biết hàm lượng của nước là có thể định ra gần đúng hàm lượng anbumin bằng cách nhãn với hệ số 6. Trong thực vật, anbumin ở dưới đạng các dung địch keo. Ngoài ra cũng có cá anbumin 6 dudi dạng kết tỉnh, Anbumin của thực vật rất dé bị phân huỷ, chúng thuộc nhóm ít bền vững nhất của v; + liệu thực vật. Nhưng các sản phẩm phân huỷ của chúng (các axit amin) đóng vai trò quan trọng trong quá trình tao than.

Anbumin rat dé dong keo dưới các dung môi hữu cơ và các chất điện phân cũng như đưới tác dụng của nhiệt và các tác nhân cơ học. e chất mỡ Các chất mỡ thuộc nhóm vật chất dự trữ của sinh và - Trong thực vật, các chất mỡ tích *„ chủ yếu trong các hạt (đặc biệt là lac.) mot it trong thân cây 6 dương, liêu. Ngoài ra trong tảo và nấm cũng có các chất mỡ. T tổ của các chất mỡ có hàm lượng €: 74-78%, 1I:10-13% , ành phần nguyên O:90,16%.

Trong tự nhiên các chất mỡ khá bên vững. vì thế chúng có thể tồn tại lâu đài dưới dạng chúng đã tích tụ. Sau khi thực vật chết đi, các chất mỡ phần huỷ nhanh do quá trình thuỷ phân. Kết quả là glixcrin với nồng độ cao sẽ giết chết các sinh vật, nhưng thường nó bị nước làm loãng và lôi cuốn đi.

Các axit béo sẽ tiếp tục bị phân huỷ nếu rơi vào môi trường giầu oxy tự do. còn nếu rơi vào một môi trường thiếu ö sẻ xảy ra phản ứng trùi ø hợp. Trong những điều kiện thuận lợi. nhóm cacboxvl tách khỏi các axit béo, kết quả là các axit này biến thành các hydrocacbua tương ứng Các chất mỡ dưới dạng cứng hoặc lỏng.

Về mặt hoá học, chúng gần gũi với chất sáp và cũng có độ bên vững trước các tác dong sinh hoá. Ngoài ra trong thành phần của thực vật còn có mọt lượng nhỏ các chất hữu cơ khác như chất mâu, các chất glucozit, ancaloit. chúng thường chiếm một 1y lệ ất nhỏ trong thực àt, nhưng ở trong những trường hợp dạ c biệt, ở một số loại cây, những chất trên đây có thể chiếm một lượng đáng kể L2. QUA TRINH PHAN HUY CAC DITICH HUU CO Sau khi thực vat chết đi xác của chúng có thể tích tụ lại theo hai cách: Lắng đọng ở mọi đọng ngay tại nơi chúng đã sống (tai chỗ) hoặc được vận chuyển đi và lắng nơi khác (ngoại lai).

Trong giải đoạn đầu của quá trình biến đổi các vật liệu hữu cơ thành khoáng sản chảy, các biến đổi xinh hoá chiếm ưu thế: Dưới tác dụng của các vị sinh vật (ví khuẩn và nấm) các vật liệu hữu cơ bị phân huỷ. Vì thể tùy theo đặc điểm của môi trường tích tụ như lượng oxy của không khí đủ hay không. mức độ tham gia của nước hay khoáng chất như thế nào, mà các đi tích sinh vật có thể bị phân huỷ theo những cách khác nhau. yếu tổ tác dòng trên đây có liên quan với nhau rất chật Những chẽ.

Chẳng hạn mức độ ngập nước của môi trường sẻ quyết định mức độ tham gia cua không khí. quyết định sự hoạt động của các ví sinh vật Về cơ bản có thể phản quá trình phân huy vật liệu hữu cơ thành ba kiểu sau đây: 1. Sự phản huỷ vật liệu hữu cơ trong điều kiện có sự tham gia day đủ của không khí Quá trình này xảy ra với các vật liêu thực vật chết được tích tụ trên lục địa 7 hoặc trong các bồn nước nông có đồng chảy tự do. Sự phân huỷ xảy ra bằng con đường oxy hoá hoàn toàn vật liệu thực vật để tạo ra các sản phẩm phân huy lũ khí cacbonic và nước.

Đó là quá tình cháy xảy ra với tốc độ vô cùng chậm chap. Để phân biệt với quá trình cháy thực sự.Potonic gọi nó là quá trình thối rữa. Đó là một quá trình sinh nhiệt và sự sinh nhiệt này lại tác động đẩy nhanh hoạt động của các vi khuẩn. Kết quả là thực vật bị thối rữa nhanh hơn.

Nếu oxy cứ được cung cấp tiếp tục thì quá trình thối rữa sẽ còn xảy ra cho đến chừng nào mà toàn bộ lượng cacbon tạo nên vật liệu thực vật bị biến hết thành CO;. Kết quả là gần như toàn bộ vật liệu thực vật bị phân huỷ hoàn toàn và biến mất đưới dạng CO; và H;O, chỉ còn lại một lượng rất nhỏ các chất bển vững nhất như nhựa, sáp, chất sừng. Như vậy quá trình thối rữa không dân đến sự thành tạo các khoáng sản cháy. Chỉ trong những trường hợp rất đặc biệt khối lượng lớn nhựa, sáp.

được tích tụ tạo nên than tàn sinh (liptobiolit).