Chương 1 MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ĐỊA CHẤT VÀ ĐỊA CHẤT DẦU KHÍ 1. Sự hình thành vũ trụ Trái Đất là một phần tử vô cùng nhỏ bé của vũ trụ. Nó nằm trong Thái Dương Hệ (hệ thống Mặt Trời). Thái Dương Hệ nằm trong một dải Thiên Hà gọi là Dải Ngân Hà.
Vũ trụ bao gồm vô số dải Thiên Hà. Các nhà khoa học phỏng đoán rằng vũ trụ hình thành vào khoảng từ 10 đến 15 tỉ năm trước đây với Vụ nổ lớn (Big Bang). Ngay trước Vụ nổ lớn, không gian và thời gian được đặt ở số không. Sau vụ nổ lớn, vũ trụ từ một điểm vô cùng nhỏ đã bành trướng nhanh chóng và không ngừng.
Các sự kiện trong lịch sử thoạt đầu của vũ trụ: Vụ nổ lớn Khởi thủy vũ trụ 10-43 giây sau Trọng lực tách khỏi các lực cơ bản khác Năng lượng bành trướng và chuyển hóa thành các loạt cơ bản 10-35 – 10-32 giây sau (quark và điện tử) và các bóng ảnh cơ bản của chúng (phản vật chất) Các hạt quark kết hợp lại tạo thành các proton và neutron; vật 10-06 giây sau chất và phản vật chất va chạm và hủy diệt lẫn nhau; với một số vật chất dôi dư còn lại (mà tạo thành vũ trụ hiện nay) 1 giây sau Các lực hạt nhân và lực điện từ chia tách 3 phút sau Các proton và neutron kết hợp thành các nhân nguyên tử Các electron nối các nhân để tạo các nguyên tử và ánh sáng phát 105 năm sau ra Vật chất sụp đổ thành các đám mây và tạo thành các thiên hà và 105 – 104 năm sau các vì sao Thái Dương Hệ gồm Mặt Trời, 5 hành tinh, các tiểu hành tinh, các thiên thạch, các sao chổi, đám mây Oort và vô số vệ tinh. Thái Dương Hệ tạo thành khoảng 4,6 tỉ năm trước. Trái đất tạo thành và tiến hóa Ø 4,5 – 4 tỉ năm trước: Báo cáo nghiên cứu khoa học năm 2013 Trang 1 - Trái đất kết tụ, nóng chảy và phân dị thành nhân, cùi (manti) và vỏ (ví như trái nhân) - Khí quyển ban đầu tạo thành chủ yếu từ các magma nặng hơn (hơi nước, CO2, N, các khí sulfur). - Do không có oxy nên khí quyển Trái Đất đã không thể đốt cháy các vật thể xâm nhập hoặc làm lệch các tia cực tím.
- Do mang nặng hơi nước và khí CO2 nên khí quyển Trái Đất vẫn oi nồng. Ø 4 – 3,5 tỉ năm trước: - Các phân tử hữu cơ tổng hợp và bền vững trong biển. - Các kết tập có tổ chức của các phân tử hữu cơ tạo thành một hệ thống chuyển hóa và sinh trưởng. - Sự sống bắt đầu với sự tiến hóa của các phân tử tự sao chép.
Ø 3,5 – 1,5 tỉ năm trước: - Vi khuẩn và các sinh vật đơn bào quang hợp tiến triển. - Oxy dôi ra từ sự quan hợp làm thay đổi đột ngột khí quyển, thủy quyển, thạch quyển và sinh quyển, theo hướng cho phép sự sống hình thành trên lục địa. Ø 1,5 – 0,5 tỉ năm trước : Các sinh vật biển đa bào phát triển Ø 0,5 tỉ năm trước đến nay : Các sinh vật biển phức tạp phát triển Ø 0,45 tỉ năm trước đến nay : Thực vật và động vật trên bộ phát triển Toàn thể bề mặt ngoài Trái Đất thuở đầu chỉ là một đại dương magma bazan nóng bỏng. Từ khoảng 4 tỉ năm trước đây vỏ Trái Đất bắt đầu hình thành từ sự kết tinh của magma bazan.
Lúc đầu chỉ là vỏ đại dương rồi dần dần có vỏ lục địa nhẹ hơn với sự có mặt chủ yếu của các nguyên tố Si, Al. Các lục địa nhỏ được tập hợp lại thành lục địa lớn gọi là siêu lục địa. Siêu lục địa từng nhiều lần tan vỡ và tái lập trong các quá trình địa chất phức tạp. Khi các khối vỏ lục địa bị chia tách thường sinh ra các bồn trũng và đại dương.
Khi các khối vỏ lục địa tiến lại gần nhau và va chạm thường sinh ra các địa hình núi. Vỏ lục địa do đó bị biến dạng dòn (dập vỡ, nứt nẻ, đứt gãy) hay biến dạng dẻo (uốn nếp, vò nhàu) khi chịu ảnh hưởng của các lực kiến tạo căng dãn và siết ép. Các đá và khoáng sản Vỏ Trái Đất bao gồm các đá magma, các đá trầm tích và các đá biến chất. Các đá magma hình thành do sự nóng chảy cục bộ của phần cùi (manti) trên hoặc của vỏ.
Dòng magma nóng Báo cáo nghiên cứu khoa học năm 2013 Trang 2 di chuyển lên và kết tinh do dự nguội đi trong vỏ trên, tạo thành các khối đá xâm nhập. Nếu dung nham thoát ra khỏi mặt đất thì tạo thành các đá núi lửa. Dựa vào thành phần hóa học SiO2, người ta chia các đá magma ra: các đá siêu mafic (SiO2 : 33 – 45%); các đá mafic (SiO2 : 45 – 52%); các đá trung tính (SiO2 : 53 – 64%) và các đá felsic (SiO2 : 64 – 78%). Các đá gần bề mặt của vỏ lục địa do tiếp xúc với không khí và chưa tác dụng hủy hoại của khí hậu nên dần dần bị biến đổi, thường bị mục nát, gọi là bị phong hóa và tạo ra các sản phẩm như kaolin, laterit sắt (đá ong), laterit bauxit (quặng nhôm).
Nước mưa và các dòng sông, suối xói mòn các địa hình cao, đem các vật liệu vụn bị rửa trôi như cuội, sỏi, cát, sét đến các vùng trũng ở lòng sông, hồ, các châu thổ, biển và đại dương. Ở các nơi đó chúng trầm đọng, lâu ngày kết lại thành các đá trầm tích lục nguyên. Ở xa bờ hơn trong các hồ lớn và biển cả hoặc đại dương lại có các thành tạo đá trầm tích có nguồn gốc sinh vật hoặc hóa học như đá vôi, đá silic, còn trong các hồ khô cạn thì có thích tụ muối khoáng. Khi gặp điều kiện nhiệt độ và áp suất tăng cao do bị vùi sâu, hoặc do tiếp xúc với các thể đá magma xâm nhập, hoặc do ảnh hưởng của các lực ép kiến tạo, tất cả các đá magma và trầm tích đều có thể bị biến chất (thay đổi thành phần khoáng vật và cấu tạo) để trở thành các đá biến chất.
Các khoáng sản là các tích tụ các khoáng sản vật tự nhiên trong vỏ Trái Đất mà có thể khai thác sử dụng trong nền kinh tế. Chúng có thể có nguồn gốc thành tạo từ các quá trình địa chất khác nhau như: nội sinh(magma, nhiệt dịch, biến chất) và ngoại sinh (phong hóa, trầm tích). Tùy theo tính chất và công năng, người ta chia ra: các khoáng sản kim loại gồm các kim loại quý, các kim loại màu (không phải sắt), sắt và các kim loại hợp kim sắt, các kim loại hiếm và phi kim loại liên quan; các khoáng sản phi kim loại gồm các nhiên liệu khoáng, các vật liệu gốm sứ, các vật liệu xây dựng, các vật liệu luyện kim và chịu lửa, các vật liệu công nghiệp và thủ công nghiệp, các khoáng hóa chất, các khoáng phân bón, các vật liệu mài, các đá quý và cuối cùng là nước ngầm dưới đất. Dầu và khí thiên nhiên Dầu thô và khí thiên nhiên tạo thành trong những điều kiện đặc biệt ở những vùng thích hợp về lịch sử kiến tạo địa chất và môi trường.
Cả hai đều là tàn tích hữu cơ có nguồn gốc từ các thực vật, vi khuẩn, tảo và các vi sinh vật khác, đã bị vùi lấp, biến đổi và bảo tồn trong các cấu tạo trầm tích hoặc đá móng thuận lợi. Dầu và khí thiên nhiên là các hydrocarbon với các Báo cáo nghiên cứu khoa học năm 2013 Trang 3 phân tử chỉ gồm có hydro và carbon ở nhiều dạng kết hợp khác nhau. Khác với than đá tạo thành từ cây cối, các hydrocarbon tạo thành các mỏ dầu và khí lại có nguồn gốc chủ yếu từ các vi sinh vật đã từng sống trong các đại dương và các hồ lớn. Xác các sinh vật này tích tụ cùng với bùn trên đáy biển.
Do bị vùi lấp nhanh chóng nên chúng không bị thối rữa hoàn toàn. Sự tích tụ dầu và khí cần hội đủ bốn điều kiện: 1. Đá sinh (đá nguồn): cần phải đủ lượng vật chất hữu cơ trong các trầm tích hạt mịn. Nhiều bồn trầm tích trong giai đoạn đầu ở thềm lục địa đáp ứng được điều kiện này, nơi và khi các sinh vật tăng trưởng mạnh và sự cung ứng oxy trong các trầm tích đáy không đủ để phân hủy tất cả các vật chất hữu cơ, vả lại có tốc độ trầm tích lớn.
Đá sinh phải được vùi lấp đủ sâu (thường ít nhất 500m) để có nhiệt độ và áp suất thích hợp cho sự biến đổi hóa học các xác sinh vật thành hydrocarbon. Một khi đã thành tạo, các hydrocarbon vì nhẹ nên di cư từ đá sinh lên phía trên đến cá đá thẩm thấu được và rỗng hơn (thường là cát kết, hoặc đá vôi hay dolomit hổng hốc) gọi là đá chứa. Có các bẫy hoặc đá chắn để ngăn giữ lại các hydrocarbon thoát đi do sự di cư qua khỏi đá chứa. Đá chắn thường là đá sét cách nước (không thấm nước).
Vấn đề dầu trong móng Móng là tầng cấu tạo đá có trước các trầm tích sinh dầu và khí. Do có trước nên nói chung móng nằm bên dưới đá sinh dầu. Tuy nhiên giữa bồn trầm tích có thể có những cấu tạo gờ nâng cao của móng, nên dầu và khí di cư đi lên có thể đến cư trú vào chỗ gờ nổi này nếu như có tầng đá chắn che phủ bên trên gờ. Dầu và khí chứa trong đá móng được biết ở hơn 300 mỏ trên thế giới nhưng phần lớn có quy mô không lớn và ít có giá trị công nghiệp.
Tuy nhiên ở Việt Nam dầu và khí trong móng đã được phát hiện ở 30 cấu tạo cả ở thềm lục địa lẫn đất liền, trong đó phần lớn ở các bồn Cửu Long, Nam Côn Sơn và Sông Hồng. Sản lượng dầu và khí ở Việt Nam được khai thác chủ yếu từ trong móng. Phần lớn các mỏ dầu trong móng trên thế giới nằm trong móng đá granitoid. Tỉ lệ này là 32,5%, trong lúc 29% vỉa dầu trong đá móng là đá biến chất, 14% là đá carbonat, 12,5% trong đá núi lửa, 7% trong vỏ phong hóa.
Các mỏ dầu ở móng luôn thuộc kiểu nứt nẻ và nứt nẻ hang hốc, đặc biệt là không có lớp nước ở đáy và mũi khí ở trên. Phần lớn dầu ở các mỏ dầu trong móng không bão hòa khí. Các vỉa dầu thường có lưu lượng khai thác thoạt đầu khá Báo cáo nghiên cứu khoa học năm 2013 Trang 4 lớn, nhưng nhanh chóng sụt giảm theo thời gian và không đồng đều về sản lượng ở các khu vực khác nhau.