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.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐỖ CẢNH DƯƠNG GIAO TRINH| DIA CHAT CAC MO THAN DAU. VA KHI DOT LI NHA XUAT BAN KHOA HOC VA KY THUAT TS. ĐỖ CẢNH DƯƠNG GIÁO TRÌNH ĐỊA CHẤT CÁC MỎ THAN, DẦU VÀ KHÍ ĐỐT Đùng cho sinh viên Đại học Mỏ - Địa chất và các trường khác NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI Chịu trách nhiệm xuất bản: PGS. Te Dang Hải Biên tập và sửa bài: ThS. Nguyễn Huy Tiến Ngọc Linh Trình bày bìa: Huong Lan 6-6CLI —— 6-279-04 KHKT - 04 NHA XUAT BAN KHOA HOC VÀ KỸ THUAT 70 TRAN HUNG DAO ~ HÀ NỘI In 700 cuốn, khổ 19x27 em, tại Nhà in KH & CN Giấy phép xuất bản số: 6-279-18/2/2004 ` Ìn xong và nộp lưu chiếu tháng 2 năm 2004 LOI NOI DAU Khoảng sản cháy bao gầm: than dd, than bùn, đá phiến cháy, dầu mo va khí đối. là những nguồn nguyên liệu "răng lượng cơ bản nhất của loài người. Khoáng sản cháy là lên gọi truyền thống khi con người đầu tiên sử dụng than oà dầu làm nguyên liệu đốt cháy. Hiện nay, các khoáng sản cháy còn được xem như là những nguyên liệu hoá học quan trọng nhất. Việt Nam có tiềm năng rất lớn uê khoáng sản cháy, than đá ở bể than Quảng Ninh đã được khai thác từ hàng trăm năm nay, than lìnhH tuổi Neogen ở uũng trùng Hà Nội, có trừ lượng rất lớn đang được quan tâm đánh giá. Dầu khí cũng đã được phát hiện từ những năm +270. một xố mỗ như Bạch Hổ, Đại Hing oà Rồng. đang khai thác có hiệu quả, các bể khác ở thêm lục địa dang được thăm dò đánh gid. Như ody, uiệc đào tạo cáo kỹ sư địa chất. địa chất dâu khí trong Trường Đại học Mỏ - Địa chất uà các trường khác, có ý nghĩa rất quan trọng dé tao nguồn lực cho đất nước. Cuốn sách đầu tiên oiết uê khoảng sản cháy có tên “Dầu va các sẵn phẩm của chúng” của G. Gpher được xuất bám năm 1988. Đến nay, khoa học oê địa chất các mỏ khoảng sản cháy đã được bổ sung uà ngày càng được hoàn thiện hơn. Giáo trừnh này cung cấp các hiển thức cơ bản oê địa chất các mỏ khoáng sản cháy, dùng cho sùth uiên Trường Đại học Mỏ - Địa chất uà các trường khác. Các nội dụng được sắp xếp thành ba phần chính: 1. Sự biến đổi 0ật liệu hữu cơ ban đầu thành khoáng sẩn cháy (từ chương I đến 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).