Tổng quan luận án

Công trình luận án tiến sĩ "Nghiên cứu địa hóa khí trong trầm tích khu vực Tây Nam trũng sâu Biển Đông" của nghiên cứu sinh Lê Đắc Lương, chuyên ngành Khoáng vật học và Địa hóa học (mã số: 9 44 02 05), được thực hiện tại Học viện Khoa học và Công nghệ thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam dưới sự hướng dẫn của PGS. Nguyễn Hoàng và PGS. Shakirov.

Về tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu, Biển Đông nằm tại giao điểm của ba mảng kiến tạo Âu - Á, Thái Bình Dương và Úc - Ấn, có cấu trúc địa chất phức tạp và tiềm năng tài nguyên phong phú. Các nghiên cứu địa chất biển trước đây tại Việt Nam chủ yếu tập trung ở vùng nước nông từ 100 m trở vào; các công bố quốc tế về trường địa hóa khí thường tập trung ở phần phía Bắc và trũng trung tâm hoặc trong cột nước biển. Chưa có công trình công bố đầy đủ về đặc điểm phân bố và nguồn gốc khí trong trầm tích tầng mặt tại khu vực phía Nam Biển Đông, đặc biệt là vùng Tây Nam trũng sâu có độ sâu thay đổi từ 50 m đến hơn 4.000 m. Nghiên cứu địa hóa khí tầng mặt đóng vai trò là phương pháp tiền đề phục vụ công tác đánh giá triển vọng dầu khí và khoáng sản rắn ở vùng biển nước sâu chưa có giếng khoan.

Mục tiêu và nội dung nghiên cứu được xác định cụ thể trong văn bản:

  1. Mục tiêu nghiên cứu: Làm sáng tỏ đặc điểm địa hóa khí hydrocacbon, hydro, heli và carbonic trong trầm tích tầng mặt tại khu vực Tây Nam trũng sâu Biển Đông làm căn cứ cho việc đánh giá, khoanh định các khu vực có triển vọng dầu khí trong khu vực nghiên cứu.
  2. Nội dung nghiên cứu:
    • Nghiên cứu đặc điểm các thành phần và nguồn gốc khí hydrocacbon, hydro, heli và carbonic trong trầm tích tầng mặt tại khu vực Tây Nam trũng sâu Biển Đông.
    • Nghiên cứu đặc điểm phân bố khí hydrocacbon, hydro, heli và carbonic trong trầm tích tầng mặt tại khu vực Tây Nam trũng sâu Biển Đông, từ đó chỉ ra các khu vực có triển vọng dầu khí trong khu vực nghiên cứu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các loại khí hydrocacbon ($C_1$, $C_2$, $C_{2:1}$, $C_3$, $C_4$), hydro ($H_2$), heli ($He$) và carbonic ($CO_2$) trong trầm tích tầng mặt.
  • Phạm vi không gian: Khu vực kéo dài từ thềm lục địa Nam Trung Bộ đến vùng Tây Nam trũng sâu Biển Đông, giới hạn từ 9° đến 11° vĩ độ Bắc và từ 109° đến 111° kinh độ Đông; độ sâu dao động từ 50 m đến trên 4.000 m.
  • Cơ sở tài liệu thực địa: Thu thập 39 mẫu khí từ 19 ống phóng trọng lực qua hai hải trình năm 2019 của tàu DK105 (tháng 8 - 9/2019, 17 mẫu khí từ 8 ống phóng bằng phương pháp không gian đỉnh "head space") và tàu R/V Akademik Lavrentyev (tháng 11/2019, 22 mẫu khí từ 11 ống phóng bằng phương pháp chiết tách chân không). Kết hợp 38 mẫu độ hạt, 20 mẫu nguyên tố chính và vết, 20 mẫu địa hóa hữu cơ từ đề tài VAST05.03/20-21.

Hai luận điểm bảo vệ cốt lõi của tác giả:

  • Luận điểm 1: Khí metan trong trầm tích tầng mặt tại khu vực nghiên cứu có hàm lượng cao vượt trội so với các khí hydrocacbon khác. Hàm lượng các khí trong trầm tích tầng mặt thu được tại bồn trũng Nam Côn Sơn cao hơn nhiều so với khu vực Tây Nam phụ trũng sâu Biển Đông. Khí hydrocacbon trong trầm tích tầng mặt tại khu vực nghiên cứu có hai kiểu nguồn gốc: nguồn gốc nhiệt dưới sâu tại khu vực phía Đông bể Nam Côn Sơn và nguồn gốc hỗn hợp tại khu vực Tây Nam phụ trũng sâu Biển Đông. Hệ thống đứt gãy Vách dốc Đông Việt Nam (kinh tuyến 109°), cùng với hệ thống các đứt gãy phương Đông Bắc - Tây Nam có thể đóng vai trò kênh dẫn chính của các khí có nguồn gốc nhiệt dưới sâu tại khu vực này.
  • Luận điểm 2: Trong vùng nghiên cứu, các khí hydrocacbon có hàm lượng giảm dần từ Tây sang Đông theo chiều tăng của độ sâu cột nước. Khu vực nghiên cứu tồn tại một đới thoát khí hydrocacbon lớn, phân bố trong khoảng rộng từ 8°25' tới gần 9°40' vĩ Bắc, dọc theo khu vực sườn lục địa của bồn trũng Nam Côn Sơn. Hàm lượng phông của khí metan trong trầm tích tầng mặt giảm dần từ Nam lên Bắc khi so sánh bồn trũng Nam Côn Sơn với bồn trũng Phú Khánh và bồn trũng Sông Hồng với các giá trị lần lượt là 103 ppm, 34 ppm và 26 ppm.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu trong luận án điểm lại các mốc khảo sát địa chất biển và địa hóa học:

  • Các chuyến khảo sát biển quốc tế và liên kết: Tàu De Lanessan của Pháp (1923, 1927), tàu Magelen (1978), tàu Jean-Charcot (1984), chương trình PONAGA (1995-1997); các chuyến khảo sát của tàu SONNE (Đức) gồm SONNE-115 (1997), SONNE-132 (1998), SONNE-140 (1999), SONNE-187 (2006); các tàu Liên Xô/Nga như tàu Vulcanolog (1979, 1981, 1982, 1987), Viện sĩ Lavrentyev (1987), Giáo sư Bogorov (1988, 1994); chương trình JOMSRE Việt Nam - Philippines sử dụng tàu RPS Explorer (1996), tàu BRP Hydrographer Presbitero (2005, 2007).
  • Lịch sử nghiên cứu tiến hóa kiến tạo và trầm tích: Taylor và Hayes (1980, 1983), Briais và cs. (1993), Li và cs. nghiên cứu cơ chế tách giãn Kainozoi hình thành vỏ đại dương; lỗ khoan U1433 của chương trình IODP chuyến 349 tại trũng sâu Tây Nam ghi nhận hoạt động phun trào bazan; Liu và cs. (2016) tính toán lưu lượng trầm tích sông Mekong đổ vào Biển Đông là 166 triệu tấn/năm; Schimanski và Stattegger (2005) xác định tốc độ trầm tích Holocen ở thềm phía Nam thấp (5-10 cm/1.000 năm); Wang và Li (2009) phân loại trầm tích đáy biển gồm cát gần bờ, bột ở vùng nông và sét/sét bột ở vùng sâu.
  • Nghiên cứu địa hóa khí và hydrat khí: Shakirov và cs. (2017) xác định Biển Đông nằm trong vành đai hydrat khí rìa Tây Thái Bình Dương cùng Biển Bering, Okhotsk, Nhật Bản, Hoa Đông và Đông Siberi (Mishukova và Shakirov 2017; Yatsuk và cs. 2019; Shakirov và cs. 2020); Anatoly Obzhirov và cs. (2004) nghiên cứu địa hóa khí tại các biển rìa; Obzhirov (1993) phát hiện dị thường metan trong nước tầng đáy ở bể Nam Côn Sơn; tàu Akademik Boris Petrov (2017) xác định 5 vùng thoát metan từ eo biển Đài Loan đến thềm bán đảo Malacca (Shakirov và cs. 2018, 2019); Luong và cs. (2019) ghi nhận hàm lượng metan trong nước đáy đạt tới 1.540 nl/l ở độ sâu 110-280 m tại thềm Nam Việt Nam; Shakirov và cs. (2016) và Syrbu và cs. (2021) xác định dị thường heli (đến 60 ppm) và hydro (đến 120 ppm) liên quan đến các đới đứt gãy sâu tại vùng dốc Sakhalin biển Okhotsk.

Khoảng trống nghiên cứu giải quyết: Mặc dù các nghiên cứu trước đã ghi nhận trường khí trong nước biển và địa chất khu vực, số liệu thực nghiệm về các hợp phần khí hydrocacbon ($C_1 - C_4$) kết hợp khí trơ ($He$), khí khử ($H_2$) và khí axit ($CO_2$) bị bắt giữ trong lớp trầm tích tầng mặt tại khu vực Tây Nam trũng sâu Biển Đông chưa từng được thu thập, xử lý thống kê và đối chiếu với hệ thống cấu trúc đứt gãy. Luận án giải quyết trực tiếp khoảng trống này.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên khung lý thuyết địa hóa học khí của Nguyễn Văn Phổ (2002), Hoàng Đình Tiến (2006), Trần Nghi (2008, 2010), White (2003), Claypool và Kvenvolden (1983), Bernard và cs. (1976), O'Nions và Oxburgh (1983).

Khung lý thuyết biến đổi vật chất hữu cơ và sinh khí

Vật liệu hữu cơ (phytoplankton, zooplankton, thực vật bậc cao) sau khi chôn vùi trong trầm tích hạt mịn yếm khí trải qua ba giai đoạn biến đổi theo gradient địa nhiệt:

  1. Giai đoạn thành đá (Diagenesis) và hậu sinh sớm (Catagenesis sớm): Độ sâu từ bề mặt đến vài trăm mét, nhiệt độ $<50^\circ\text{C}$, diễn ra quá trình khử sulfat ($SO_4^{2-}$) và $NO_x$ bởi vi khuẩn yếm khí, sản sinh khí sinh học gồm $CH_4$, $CO_2$, $H_2S$, $H_2O$.
  2. Giai đoạn hậu sinh (Catagenesis): Nhiệt độ $50 - 160^\circ\text{C}$, vật chất hữu cơ chuyển hóa mạnh tạo dầu và hỗn hợp hydrocacbon. Khi nhiệt độ đạt $160 - 260^\circ\text{C}$ (giai đoạn biến sinh Metagenesis sớm), chuỗi phân tử hydrocacbon bị đứt gãy (cracking) sinh ra khí ẩm và condensat.
  3. Giai đoạn biến sinh (Metagenesis muộn): Nhiệt độ $260 - 300^\circ\text{C}$, xảy ra sự bẻ gãy hoàn toàn các mạch cao phân tử thành khí khô ($CH_4$). Ở nhiệt độ $>300^\circ\text{C}$, nguồn hydro cạn kiệt, sinh khí $CO_2$, $H_2S$ và graphit.
Loại kerogen Chỉ số Hydrogen (HI) Hàm lượng VCHC (TOC %) Sản phẩm Tiềm năng sinh dầu khí của đá mẹ
Loại III (thực vật đẳng cao) $< 200$ Kém: $< 0,5$
Trung bình: $0,5 - 1,0$
Sinh khí chủ yếu Kém đến trung bình
Loại II (động vật biển, lipid thực vật) $200 - 300$ Tốt: $1,0 - 3,0$ Sinh dầu và khí Tốt
Loại I (rong tảo) $> 300$ Rất tốt: $3,0 - 5,0$
Cực tốt: $> 5,0$
Sinh dầu Rất tốt đến cực tốt

(Nguồn: Tổng hợp từ tài liệu Trần Nghi, 2010 dẫn trong văn bản luận án)

Chỉ tiêu so sánh Bể Cửu Long Bể Nam Côn Sơn
Tuổi tầng đá mẹ Eocen + Oligocen dưới, Oligocen trên Eocen + Oligocen, đáy Miocen dưới
Loại Kerogen Chủ yếu loại II, thứ yếu loại I và III Chủ yếu loại III, thứ yếu loại II
Loại vật liệu hữu cơ Sapropel: rong tảo, cỏ biển tái tạo bởi vi khuẩn (sét chuyển tiếp và biển) Humic: thực vật trên cạn và thực vật bậc cao (sét than và than)
Môi trường tích lũy Nước lợ, cửa sông, biển ven và biển nông Sông, bãi bồi, đầm lầy, đồng bằng ngập nước ngọt (delta)
Sản phẩm chính Chủ yếu dầu, phần nhỏ khí và condensat Chủ yếu khí, condensat, phần nhỏ dầu

(Nguồn: Tổng hợp từ tài liệu Hoàng Đình Tiến và cs., 2008 dẫn trong văn bản luận án)

Chỉ số xác định nguồn gốc khí và khí trơ

  • Tỷ số hydrocacbon: Sử dụng các tỷ số $C_1/(C_2+C_3)$, $C_1/C_2$, $C_2/C_{2:1}$, $(C_2+C_3)/C_1$ để phân định nguồn gốc khí sinh học (tỷ số $C_1/(C_2+C_3) > 1.000$) và nguồn gốc nhiệt ($C_1/(C_2+C_3) < 100$).
  • Thành phần đồng vị cacbon $\delta^{13}\text{C}$: Phân biệt khí sinh vật ($\delta^{13}\text{C}$ từ $-60‰$ đến $-85‰$) và khí nhiệt ($\delta^{13}\text{C}$ lớn hơn $-50‰$).
  • Khí Heli ($He$) và Hydro ($H_2$): Nguồn gốc nội sinh/manti di chuyển dọc theo các đứt gãy sâu và đới dập vỡ kiến tạo, không phụ thuộc vào quá trình sinh học bề mặt.

Phương pháp phân tích thực nghiệm và xử lý dữ liệu

  • Chiết tách khí: Phương pháp không gian đỉnh ("head space") với xi lanh 60 ml trên tàu DK105 và phương pháp chiết tách khí chân không (vacuum degasification) tại phòng thí nghiệm chuyên dụng trên tàu R/V Akademik Lavrentyev. Phân tích thành phần khí bằng máy sắc ký khí (Gas Chromatography).
  • Phân tích trầm tích: Phân tích thành phần độ hạt bằng máy LA960 – Horiba; thành phần nguyên tố chính bằng quang phổ huỳnh quang tia X (XRF) trên máy ZSX Primus II kết hợp lò nung KDF; thành phần nguyên tố vết và đất hiếm bằng khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS) trên máy X series-2 (Thermo Fisher Scientific); phân tích chỉ tiêu hữu cơ (TOC, protein, tổng sulfua, tổng nitơ) tại Trường Đại học Ryukyus (Nhật Bản) và Viện Địa chất.
  • Xử lý thống kê: Xây dựng đồ thị biểu đồ tần suất (histogram), histogram phân bố logarit, đồ thị hộp (boxplot) để tính toán giá trị trung vị, độ trải giữa (Interquartile Range - IQR), phân tách giá trị phông, ngưỡng thống kê và xác định các điểm dị thường địa hóa.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Điều kiện tự nhiên của vùng nghiên cứu

Chương 1 tổng hợp các đặc trưng địa hình, khí tượng hải văn, địa tầng và cấu trúc kiến tạo của khu vực khảo sát (9°–11°B, 109°–111°Đ):

  • Đặc điểm địa hình: Địa hình đáy biển chuyển tiếp liên tục từ thềm lục địa đến đáy biển thẳm (độ sâu từ 50 m đến trên 4.000 m):
    • Thềm lục địa: Dài 80 km, sâu 0–200 m bao quanh các đảo san hô, độ dốc chung $<1^\circ$, chuyển tiếp sang sườn dốc tăng lên $3^\circ$–$7^\circ$; chênh cao gò nổi và trũng đạt 50 m.
    • Sườn lục địa: Kéo dài theo phương Tây Bắc – Đông Nam từ mép thềm đến độ sâu 2.500–3.000 m, góc dốc 2°–14° (cục bộ đạt 40°), chia làm 3 bậc: sườn cao ($<300\text{ m}$), sườn giữa ($300 - 1.000\text{ m}$, có hẻm rãnh chữ V cắt sâu) và sườn thấp ($1.000 - 2.500\text{ m}$, kéo dài theo phương Đông Bắc – Tây Nam).
    • Đáy biển thẳm: Độ sâu $>3.500\text{ m}$ cấu trúc vỏ đại dương, bề mặt tích tụ tương đối phẳng, có các khối và dãy núi ngầm nhô cao khoảng 1.000 m.
  • Khí tượng, hải văn: Khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trung bình mùa hè khoảng 28°C, mùa đông 25°C, độ ẩm không khí 82%, lượng mưa trung bình năm 1.400–1.600 mm. Hoàn lưu mùa đông tạo dòng chảy ven bờ tốc độ 60–70 cm/s từ vịnh Bắc Bộ xuống phía Nam và xoáy thuận trung tâm; hoàn lưu mùa hè tạo xoáy nghịch quy mô lớn có tâm tại 7°B, 110°Đ.
  • Địa tầng Kainozoi:
    • Hệ tầng Vũng Mây ($E_2-E_3?\text{ vm}$): Dày 500–1.000 m, cát kết, sét kết lắng đọng môi trường sông hồ, đồng bằng ven biển.
    • Hệ tầng Cau ($E_3\text{c}$): Dày 100–500 m, cát kết xen sét kết giàu vật chất hữu cơ, là tầng sinh dầu khí quan trọng.
    • Hệ tầng Phúc Nguyên ($N_1^1\text{pn}$): Dày 200–2.000 m, cát kết chọn lọc tốt, xi măng cacbonat, glauconit xen sét kết.
    • Hệ tầng Dừa ($N_1^1\text{d}$): Dày 100 đến $>1.000\text{ m}$, cát sét kết xen than mỏng, giàu bào tử phấn hoa, nanofossil, là tầng sinh dầu khí chủ lực.
    • Hệ tầng Tư Chính ($N_1^2\text{tc}$): Dày 300–1.000 m, đá vôi ám tiêu san hô, cát sét kết ven biển.
    • Hệ tầng Thông - Mãng Cầu ($N_1^2\text{t-mc}$): Dày 300–1.500 m, cát kết chứa glauconit xen sét vôi và đá vôi.
    • Hệ tầng Phúc Tần ($N_1^3\text{ph}$): Dày 500–1.500 m, đá vôi san hô nứt nẻ, nhiều hang hốc dolomit hóa.
    • Hệ tầng Nam Côn Sơn ($N_1^3\text{ncs}$): Cát kết hạt mịn xen sét kết vôi giàu hóa thạch trùng lỗ (Foraminifera).
    • Hệ tầng Biển Đông ($N_2-\text{Q}$): Trầm tích Pliocen – Đệ tứ dạng nêm lấn dày từ vài trăm đến hàng nghìn mét.
  • Magma và kiến tạo Kainozoi: Hoạt động núi lửa bazan Pliocen – Đệ tứ thuộc pha muộn (3,2–0,37 triệu năm) và Holocen (phun nổ trung tâm như đảo Phú Quý 1,27–2,5 Ma, Hòn Đinh Trung 0,4 Ma, Hòn Tro 1923). Các cấu trúc kiến tạo chính gồm Địa lũy Hòn Hải (dài 190 km phương ĐB-TN), Gờ nâng Côn Sơn, Bể Nam Côn Sơn, Bể Tư Chính – Vũng Mây và hệ thống đứt gãy Vách dốc Đông Việt Nam (đường khâu kinh tuyến 109°).

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

Chương 2 trình bày chi tiết cơ sở lý thuyết địa hóa khí, tổng quan tình hình nghiên cứu và mô tả các phương pháp phân tích:

  • Trình bày bản chất quá trình hình thành khí trong trầm tích đáy biển từ nguồn gốc nhiệt do biến đổi kerogen loại III ở bể Nam Côn Sơn và nguồn gốc sinh học phân hủy yếm khí ở tầng nông.
  • Mô tả chi tiết quy trình lấy mẫu khí đáy biển bằng ống phóng trọng lực (gravity core) trên tàu DK105 và tàu R/V Akademik Lavrentyev.
  • Trình bày nguyên lý và quy trình kỹ thuật phân tích độ hạt (LA960 – Horiba), huỳnh quang tia X (ZSX Primus II, nung KDF), khối phổ plasma cảm ứng (X series-2 ICP-MS Thermo Fisher) và phân tích các chỉ tiêu hữu cơ (TOC, protein, tổng sulfua, tổng nitơ).
  • Thiết lập quy trình xử lý thống kê địa hóa: chuyển đổi logarit dữ liệu hàm lượng khí, xây dựng biểu đồ histogram, xác định hàm lượng phông, ngưỡng dị thường thông qua biểu đồ hộp (boxplot) và khoảng tứ phân vị IQR.

Chương 3. Đặc điểm địa hóa khí trong trầm tích tầng mặt khu vực Tây Nam trũng sâu Biển Đông

Chương 3 trình bày kết quả phân tích định lượng thành phần, thông số thống kê, ngưỡng địa hóa và nguồn gốc của các khí:

  • Thành phần và hàm lượng khí: Khí metan ($C_1$) chiếm ưu thế tuyệt đối trong toàn bộ tập mẫu, vượt trội hoàn toàn so với các khí đồng đẳng etylen ($C_{2:1}$), etan ($C_2$), propan ($C_3$), butan ($C_4$). Hàm lượng các khí trong trầm tích tại bồn trũng Nam Côn Sơn (BTNCS) cao hơn đáng kể so với khu vực phụ trũng sâu (KVPTS).
  • Phát hiện dị thường khí: Biểu đồ boxplot xác định các điểm dị thường metan nổi bật tại các mẫu ống phóng LV88-10GC-3 ($440\text{ ppm}$) và LV88-07GC-2 ($400\text{ ppm}$) thuộc bồn trũng Nam Côn Sơn. Các dị thường $C_{2:1}$, $C_2$, $C_3$, $C_4$, $CO_2$, $He$, $H_2$ cũng được ghi nhận và phân tách rõ rệt so với nền phông khu vực.
  • Luận giải nguồn gốc khí hydrocacbon:
    • Dựa trên các tỷ số $C_1/(C_2+C_3)$, $C_1/C_2$, $(C_2+C_3)/C_1$, $C_2/C_{2:1}$ kết hợp độ sâu cột nước và số liệu thành phần đồng vị $\delta^{13}\text{C}$ của metan và $CO_2$, luận án xác định hai kiểu nguồn gốc khí:
      1. Nguồn gốc nhiệt dưới sâu: Chiếm ưu thế tại khu vực phía Đông bồn trũng Nam Côn Sơn, đặc trưng bởi tỷ số $C_1/(C_2+C_3)$ thấp và sự có mặt của các hydrocacbon nặng.
      2. Nguồn gốc hỗn hợp (nhiệt kết hợp sinh vật): Phổ biến tại khu vực Tây Nam phụ trũng sâu Biển Đông.
  • Mối liên hệ giữa khí, trầm tích và đứt gãy:
    • Kết quả phân tích 38 mẫu độ hạt và 20 mẫu địa hóa cho thấy hàm lượng khí có mối tương quan thuận với độ mịn của trầm tích (bùn sét) và hàm lượng vật chất hữu cơ (TOC). Ghi nhận các ống phóng có biểu hiện khí $H_2S$ và dị thường kim loại vết $As$, $Cu$, $Mo$, $Pb$ tại ống phóng LV88-12GC.
    • Hệ thống đứt gãy Vách dốc Đông Việt Nam (kinh tuyến 109°) cùng các đứt gãy phương Đông Bắc – Tây Nam đóng vai trò là các kênh dẫn đứt gãy hoạt động đưa dòng khí nhiệt và khí trơ ($He$, $H_2$) từ móng và các tầng đá mẹ sâu (Hệ tầng Cau, Hệ tầng Dừa) dịch chuyển lên lớp trầm tích tầng mặt.

Chương 4. Đặc điểm phân bố khí trong trầm tích tầng mặt tại khu vực Tây Nam trũng sâu Biển Đông

Chương 4 phân tích không gian phân bố khí và tiến hành so sánh đối chiếu khu vực:

  • Quy luật phân bố không gian: Hàm lượng khí hydrocacbon có xu hướng giảm dần theo chiều từ Tây sang Đông, tương ứng với sự gia tăng của độ sâu cột nước (từ thềm/sườn lục địa xuống đáy thẳm).
  • Xác lập đới thoát khí: Phát hiện một đới thoát khí hydrocacbon quy mô lớn phân bố trong dải vĩ độ từ 8°25'B đến gần 9°40'B dọc theo sườn lục địa bồn trũng Nam Côn Sơn.
  • Phân bố khí carbonic, hydro và heli: Khí $CO_2$, $H_2$, $He$ phân bố tập trung thành các dải hẹp trùng khớp với các đới dập vỡ kiến tạo của đứt gãy kinh tuyến 109° và hoạt động núi lửa ngầm.
  • So sánh khu vực và quốc tế:
    • So sánh bồn trũng Nam Côn Sơn với bồn trũng Phú Khánh và bồn trũng Sông Hồng: Hàm lượng phông của khí metan ($C_1$) trong trầm tích tầng mặt giảm dần từ Nam lên Bắc: Nam Côn Sơn đạt 103 ppm, Phú Khánh đạt 34 ppm, Sông Hồng đạt 26 ppm.
    • So sánh với khu vực Vịnh Bắc Bộ và các biển trên thế giới (Vịnh Mexico, Biển Địa Trung Hải, Biển Okhotsk, Biển Bering, Biển Nhật Bản, Biển Na Uy): Hàm lượng khí hydrocacbon trong trầm tích tầng mặt khu vực Tây Nam trũng sâu Biển Đông thể hiện sự tương đồng về cơ chế tích tụ khí đáy biển mở và phản ánh tiềm năng hydrocacbon nội tại của bể trầm tích Kainozoi.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới về mặt khoa học

  1. Xây dựng bộ dữ liệu thực nghiệm đầu tiên: Luận án đã thu thập và công bố bộ số liệu địa hóa khí chi tiết trong trầm tích tầng mặt tại khu vực Tây Nam trũng sâu Biển Đông, bao gồm các hợp phần hydrocacbon ($C_1$, $C_2$, $C_{2:1}$, $C_3$, $C_4$), $CO_2$, $He$, $H_2$.
  2. Xác định nguồn gốc và quy luật phân bố khí: Xác lập được quy luật biến đổi hàm lượng khí giảm dần từ Tây sang Đông theo độ sâu cột nước và giảm dần từ Nam lên Bắc (giá trị phông metan: Nam Côn Sơn 103 ppm $>$ Phú Khánh 34 ppm $>$ Sông Hồng 26 ppm). Làm sáng tỏ hai kiểu nguồn gốc khí: nguồn gốc nhiệt dưới sâu ở phía Đông bể Nam Côn Sơn và nguồn gốc hỗn hợp tại phụ trũng sâu.
  3. Phát hiện đới thoát khí quy mô lớn: Đề xuất sự tồn tại của một đới thoát khí hydrocacbon quy mô lớn kéo dài từ 8°25'B đến gần 9°40'B dọc theo sườn lục địa bồn trũng Nam Côn Sơn, được kiểm soát bởi hệ thống đứt gãy kinh tuyến 109° và đứt gãy Đông Bắc – Tây Nam.

Ý nghĩa thực tiễn và kiến nghị

  • Ý nghĩa thực tiễn: Cung cấp cơ sở khoa học và các tiền đề địa hóa trực tiếp phục vụ định hướng công tác tìm kiếm, thăm dò dầu khí và khoáng sản rắn ở vùng biển nước sâu Việt Nam.
  • Kiến nghị: Tiếp tục mở rộng các tuyến khảo sát địa hóa khí trầm tích tầng mặt và nước tầng đáy tại các vùng nước sâu lân cận; kết hợp các phương pháp địa chấn phân giải cao để nghiên cứu chi tiết đới thoát khí tại sườn lục địa Nam Côn Sơn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của nghiên cứu: Dữ liệu địa hóa khí và trầm tích tầng mặt được thu thập bằng ống phóng trọng lực ở tầng nông (độ sâu mẫu hạn chế trong lớp bùn sét tầng mặt); chưa có giếng khoan sâu trực tiếp tại vùng phụ trũng để đối chiếu mẫu khí vỉa; số lượng mẫu phân tích đồng vị cacbon $\delta^{13}\text{C}$ còn hạn chế, chủ yếu kế thừa và liên hệ gián tiếp với các công bố khu vực.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo: Mở rộng mạng lưới trạm lấy mẫu trầm tích và mẫu khí không gian đỉnh/chân không tại vùng phụ trũng sâu và bồn trũng Tư Chính – Vũng Mây; tiến hành phân tích chi tiết hơn thành phần đồng vị bền ($\delta^{13}\text{C}$, $\delta\text{D}$) của metan và các khí đồng đẳng; tích hợp tài liệu địa vật lý địa chấn 2D/3D để xác định chính xác các bẫy chứa khí và cấu trúc ống dẫn khí (gas chimneys) dưới sâu.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng: Công trình có giá trị tham khảo chuyên môn đối với các nghiên cứu sinh, học viên, giảng viên và các nhà khoa học thuộc các chuyên ngành Địa hóa học, Khoáng vật học, Địa chất dầu khí, Địa chất biển và Hải dương học; đồng thời cung cấp tài liệu cơ sở cho các cơ quan quản lý và doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực điều tra tài nguyên khoáng sản và dầu khí biển (như Tập đoàn Dầu khí Việt Nam).
  • Các nội dung đáng tham khảo: Quy trình chiết tách khí chân không và headspace trên tàu khảo sát; bộ thông số thống kê phông, ngưỡng, dị thường khí trầm tích tầng mặt; phương pháp luận sử dụng tổ hợp tỷ số hydrocacbon và đồng vị cacbon để phân định nguồn gốc khí; dữ liệu tổng hợp địa tầng - thạch học các bể trầm tích Nam Côn Sơn và Tư Chính – Vũng Mây.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án đã thu thập và phân tích bao nhiêu mẫu khí và mẫu trầm tích thực tế?
Nghiên cứu sinh đã thu thập 39 mẫu khí từ 19 ống phóng trọng lực qua hai hải trình năm 2019 (17 mẫu khí từ 8 ống phóng bằng phương pháp "head space" trên tàu DK105 và 22 mẫu khí từ 11 ống phóng bằng phương pháp chiết tách chân không trên tàu R/V Akademik Lavrentyev). Đồng thời, tác giả tổng hợp và phân tích 38 mẫu độ hạt, 20 mẫu nguyên tố chính và vết, 20 mẫu chỉ tiêu hữu cơ (TOC, protein, tổng sulfua, tổng nitơ).

2. Sự khác biệt về loại kerogen và tiềm năng sinh dầu khí giữa bể Cửu Long và bể Nam Côn Sơn là gì?
Bể Cửu Long có tầng đá mẹ chứa kerogen chủ yếu loại II (nguồn gốc sapropel từ rong tảo, cỏ biển), sản phẩm sinh ra chủ yếu là dầu, phần nhỏ khí và condensat. Ngược lại, bể Nam Côn Sơn có tầng đá mẹ chứa kerogen chủ yếu loại III (nguồn gốc humic từ thực vật trên cạn và than bùn), sản phẩm sinh ra chủ yếu là khí, condensat và phần nhỏ dầu.

3. Hàm lượng phông của khí metan ($C_1$) thay đổi như thế nào từ Nam lên Bắc giữa ba bồn trũng biển Việt Nam?
Theo kết quả nghiên cứu so sánh trong luận án, hàm lượng phông của khí metan trong trầm tích tầng mặt giảm dần từ Nam lên Bắc: bồn trũng Nam Côn Sơn có giá trị phông cao nhất là 103 ppm, bồn trũng Phú Khánh đạt 34 ppm và bồn trũng Sông Hồng đạt 26 ppm.

4. Những trạm lấy mẫu nào ghi nhận giá trị dị thường metan cao nhất trong khu vực nghiên cứu?
Các giá trị dị thường metan cao nhất được phát hiện tại hai mẫu ống phóng trọng lực thuộc bồn trũng Nam Côn Sơn: mẫu LV88-10GC-3 đạt hàm lượng 440 ppm và mẫu LV88-07GC-2 đạt hàm lượng 400 ppm.

5. Đới thoát khí hydrocacbon quy mô lớn được tác giả xác định phân bố ở tọa độ nào và do hệ thống cấu trúc nào chi phối?
Đới thoát khí hydrocacbon quy mô lớn phân bố trong khoảng từ 8°25'B đến gần 9°40'B dọc theo sườn lục địa của bồn trũng Nam Côn Sơn. Đới thoát khí này được dẫn truyền chủ yếu bởi hệ thống đứt gãy Vách dốc Đông Việt Nam (kinh tuyến 109°) kết hợp cùng hệ thống đứt gãy phương Đông Bắc – Tây Nam.


Kết luận

Luận án tiến sĩ của Lê Đắc Lương đã cung cấp bức tranh toàn diện và có hệ thống về đặc điểm địa hóa khí trong trầm tích tầng mặt tại khu vực Tây Nam trũng sâu Biển Đông. Công trình đã làm rõ thành phần, thông số thống kê, ngưỡng địa hóa và xác lập hai kiểu nguồn gốc chính của khí hydrocacbon gồm nguồn gốc nhiệt dưới sâu và nguồn gốc hỗn hợp. Việc phát hiện đới thoát khí quy mô lớn từ 8°25'B đến 9°40'B cùng quy luật suy giảm hàm lượng phông metan từ Nam lên Bắc (103 ppm, 34 ppm, 26 ppm) khẳng định vai trò kiểm soát của hệ thống đứt gãy kinh tuyến 109° và cung cấp tiền đề khoa học trực tiếp phục vụ công tác điều tra, tìm kiếm thăm dò dầu khí nước sâu tại Việt Nam.