ĐỊA CHẤT DẦU KHÍ KHU VỰC Chương 1 – Khái niệm, phân loại các tích tụ dầu khí - Tích tụ cục bộ: nơi dầu nằm (vùng hẹp) vỉa, mỏ - Tích tụ khu vực: đới chứa dầu, bồn, tỉnh dầu (vùng rộng) hình thành trong cùng điều kiện kiến tạo của khu vực Ví dụ: tỉnh dầu Đệ Tam ở Đông Nam Á Chương 2 - Bồn dầu khí - Lịch sử nghiên cứu bồn - Phân loại bồn (theo quá trình hình thành bồn), khả năng về dầu khí . Theo 2 cách • Klemme • North - Sự phụ thuộc của kiểu bồn với tuổi địa chất - Mối liên quan giữa kiểu bồn và tiếm năng dầu khí Chương 3 - Sự phân bố địa tầng, địa lý của dầu khí theo từng khu vực (Địa Trung Hải, Âu, Úc, Á, Mỹ, Canada, ĐNÁ) Chương 4 - Dầu khí ĐNÁ - Kiến tạo vùng ĐNÁ - Các bồn trũng Đệ Tam - Một số mỏ điển hình - Chương 5 - Dầu khí Việt Nam - Lịch sử nghiên cứu - Vùng chứa dầu khí 1 CHƯƠNG 1 – KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI CÁC TÍCH TỤ DẦU KHÍ Phân loại : Phân loại vỉa và mỏ cần chỉ ra các đặc điểm chính hình thành bẫy liên quan đến nguồn gốc của vỉa và mỏ. - Vỉa dầu là một tích tụ đơn lẻ của dầu khí nằm trong các kênh dẫn có độ rỗng cao hoặc các nứt nẻ có lỗ rỗng và độ thấm tốt. - Mỏ dầu là tập hợp các vỉa trong một hoặc vài bẫy tự nhiên phân bố trên diện tích địa phương. Phân loại vỉa và mỏ theo kiểu bẫy A - Lớp vỉa: • Theo cấu trúc cấu tạo (kiến trúc) • Riffogen • Địa tầng • Các lớp trầm tích địa phương 1. Bẫy kiến trúc • Nếp lồi • Nếp lõm, treo • Màn chắn kiến tạo • Đơn nghiêng – phá hủy kiến tạo 2. Bẫy rift : • Ám tiêu san hô 3. Bẫy trầm tích: Giới hạn trầm tích • Thấu kính cát • Gờ cát ven bờ Màn chắn trầm tích • Vát mỏng thay đổi độ thấm • Dầu khí kết đặc tạo những lớp hữu cơ đặc 4. Bẫy địa tầng: Đá có kênh dẫn bị cắt ngang bởi xói mòn, sau đó bị phủ bởi lớp không thấm (bất chỉnh hợp do kiến tạo, bất chỉnh hợp do xói mòn, địa hình bị chắn bởi phần lồi của đá móng kết tinh) 2 • Vỉa rift • Vỉa trầm tích (thấu kính cát) • Vỉa địa tầng bất chỉnh hợp B - Mỏ: Tập hợp những vỉa hoặc vỉa có trữ lượng lớn • Mỏ rift • Mỏ trầm tích • Mỏ địa tầng • Mỏ kết hợp trầm tích địa tầng • Mỏ kiến trúc 1- Mỏ kiến trúc • Nếp lồi đơn giản không bị phá hủy • Nếp lồi kèm theo các phức tạp do đứt gãy • Nếp lồi phức tạp do cấu tạo muối • Nếp lồi phức tạp do bùn núi lửa hoặc các thành tạo núi lửa 2- Mỏ rift • Khối ám tiêu đơn lẻ • Nhóm khối ám tiêu 3- Mỏ trầm tích 3 - Hình thành tại các khu vực vát mỏng do thay đổi chế độ trầm tích hoặc thay đổi hướng đi lên của trầm tích - Các thành tạo ở ven bờ biển xưa - Các thành tạo lòng sông cổ - Các thấu kính - Thay đổi trầm tích trong cùng một kênh dẫn - Bị chắn bởi nút asphal hoặc đá kết tinh 4- Mỏ địa tầng Bất chỉnh hợp tại các nếp lồi hoặc đơn nghiêng bào mòn của đới lồi trước đó. 5- Mỏ kết hợp Xảy ra tại các đới vát mỏng hoặc vỉa, kênh dẫn bị xâm thực, bị phủ bởi bất chỉnh hợp hoặc đá không thấm trẻ hơn. C - Đới chứa dầu - Đới dầu là sự tích tụ dầu khí theo một điều kiện địa chất nhất định - Ranh giới dựa vào cấu trúc (ví dụ: miền nền, đới trung tâm) - Nhân tố chủ yếu để hình thành là trầm tích; yếu tố cấu trúc quyết định sự hình thành bẫy dầu. - Đới dầu còn được phân chia theo ranh giới địa lý Theo Bakrov (1959): đới dầu là tập hợp những tích tụ có liên quan với nhau, có quan hệ về nguồn gốc. Có các loại đới dạng cấu trúc, dạng rift, trầm tích, địa tầng, hỗn hợp trầm tích và địa tầng. Chia mỗi dạng thành những nhóm và phụ nhóm - Xâm nhập muối: Khi đi lên, các lớp có trước bị vát nhọn - Xâm nhập Magma : cắt ngang các lớp có trước 2 loại xâm nhập này đều tạo nên vỉa kiến tạo 4 CHƯƠNG 2 – CÁC BỒN DẦU KHÍ I – Phân biệt tỉnh dầu, bồn dầu - Bồn dầu (Oil basin, Petroliferous basin) là một dạng chứa có địa hình 3 chiều (dài, rộng, sâu) chứa đựng những mỏ dầu khí. Một bồn dầu luôn là một bồn trầm tích - Tỉnh dầu (Petroleum province) là một khu vực địa chất chứa những mỏ dầu có cùng đặc tính chung về địa chất. Có thể đồng nghĩa với một bồn dầu hoặc bao gồm một số bồn với những đặc tính tương tự rõ ràng về mặt địa chất và được tách biệt bởi những vùng không phải là bồn. Tỉnh dầu gồm những mỏ hoặc bồn giống nhau về cấu trúc địa chất, tuổi địa chất, cách hình thành dầu khí. Nghĩa là, có một đặc tính giống nhau về địa chất dầu khí Ví dụ: Tỉnh dầu P3, M3, K3 Tỉnh dầu có cùng đặc tính đá chứa, cấu trúc bẫy, không mang tính hành chính, khu vực. II - Lịch sử nghiên cứu bồn: (North 17.1, 17.2) III – Phân loại bồn 1. Bồn trũng trầm tích Các lớp trầm tích nằm trên bề mặt trái đất, nằm trên các đá núi lửa bản chất phức tạp thuộc vùng lục địa. Phần đá nền (Núi lửa và biến chất) gọi là đá móng. Bồn trầm tích là nơi trũng xuất hiện trên bề mặt bị nén ép của đá móng. Các nhà địa chất thường dùng từ bồn trũng. Bồn trũng bao gồm phần bị sụt lún với những lớp trầm tích nằm trong nó (kích thước dầy, địa hình âm). Nền hoặc thềm là những lớp trầm tích mỏng nằm trên đá móng không bị trũng. Cung chỉ phần nâng lên của đá móng trong vùng và nhân tố khách quan (chiều dày nhỏ, địa hình dương) nổi lên. Chỗ nước sâu ở đại dương không phải là bồn trầm tích do nơi đây chỉ phủ một lớp mỏng trầm tích trên nền đá móng 5 Các bồn trũng thường tiến triển theo thời gian trải qua một số giai đoạn khác nhau, tiến triển từ bồn trũng này sang bồn trũng khác. Phát triển từ bồn trũng sang cung hoặc ngược lại. 1.1- Hình dạng của bồn trầm tích • Bồn trũng tiến triển rộng rãi về kích thước và hình dạng, bao phủ diện tích tối thiểu 1.000 km2. Một số bồn trũng có diện tích vài triệu km2 • Chiều dày trầm tích lớn nhất tại trung tâm tích tụ của bồn trũng thường không vượt quá 2-3 km, đôi khi đạt 10 km • Không phải nơi sâu nhất có bề dày lớn nhất, vật liệu trầm tích lấn dần ra theo mặt dốc bị mất cân bằng và trượt xuống • Một số bồn trũng có dạng tròn, elip. Một số khác hình chữ nhật. Một số bắt đầu là vũng, vịnh, sau đó mở rộng ra thành bồn trầm tích lớn hơn và không có sự khép kín. • Một số bồn nhận trầm tích lục địa (ví dụ: Delta châu). Trung tâm thu của bồn tiếp cận với rìa bồn, chiều dày trầm tích mỏng dần khi ra tới biển. Theo thời gian, trung tâm tích tụ dịch chuyển theo chiều ngang và tiến ra xa rìa bồn, tiến đến nơi thấp nhất của bồn (trung tâm thu ≅ chỗ sâu nhất) 6 • Trung tâm thu của bồn và vị trí có sự sụt lún của đá móng lớn nhất có thể không trùng nhau. Ví dụ: Trong bồn trũng đá cacbonat, đa số trung tâm tích tụ ở rìa bồn (Sinh vật vỏ vôi thường sống ở thềm lục địa, biển nông) • Nhóm trầm tích chứa cacbonat có thể tiến ra biển sâu hơn trong các tầng bùn vôi. 1.2- Quá trình lấp đầy trầm tích Có các loại: trầm tích lục nguyên (mang ra từ lục địa), trầm tích biển nông và biển sâu. Tùy thuộc chiều dày và mối quan hệ giữa tốc độ trầm tích và tốc độ sụp lún. Đa số quá trình sụp lún và tích tụ xảy ra cùng lúc. o Nếu quá trình trầm tích theo kịp quá trình sụp lún thì không có chỗ còn trống không được lấp đầy. Như vậy, bồn trũng được lấp đầy theo kiểu trầm tích biển nông. o Nếu quá trình sụp lún đầu tiên tạo ra vùng trống sâu, sau đó mới được lấp đầy sẽ tạo ra sự sụp lún đẳng tĩnh. Nhiều bồn trũng phát triển xa nguồn trầm tích lục nguyên hoặc bị cô lập bởi những kênh chắn địa hình tại eo. 1.3- Thời gian và quá trình kiến tạo Bản chất và thời gian của quá trình kiến tạo là tác nhân quan trọng . Các kiểu uốn nếp và đứt gãy phát triển trong bồn trũng do sự biến dạng và thành phần đá trầm tích gây ra. Do nén ép tạo ra nếp uốn và đứt gãy chờm nghịch. Sự mở rộng dẫn đến sự hình thành đứt gãy khối và thông thường. Còn có sự hiện diện chỏm muối (dome muối) kèm theo đứt gãy phụ thuộc vào chiều dày trầm tích trong bồn trũng. Khi xem xét quá trình sinh, dịch chuyển và tích tụ dầu cần xét thời gian phát triển cấu trúc bồn vì nó rất quan trọng ( lịch sử phát triển vùng suy ra lịch sử phát triển bồn). Như vậy, do các tích tụ dầu khí thường thích hợp với biến dạng cấu trúc trong suốt quá trình tích tụ dẫn đến sự phát triển nhanh về tướng và chiều dày tích tụ. Ví dụ: đá phiến sét giàu vật 7 chất hữu cơ tích tụ ở vùng cấu trúc thấp, trong khi đó tầng chứa có hạt thô hơn, sự hình thành bẫy kết hợp phát triển ở vùng cao hơn. Ranh giới bất chỉnh hợp hoặc đứt gãy thường tạo ra quá trình dịch chuyển. Sự biến dạng về cấu trúc xảy ra trong giai đoạn muộn của quá trình tích tụ trong bồn trầm tích giúp ích trong việc sinh dầu do tạo ra dòng nhiệt cao hơn bình thường. Giai đoạn sau khi hình thành tích tụ dầu trong bồn, quá trình kiến tạo gây ra hiệu ứng ngược, nghĩa là phá hủy. Ví dụ: nâng tầng chứa lên bề mặt, sự xâm nhập của nước ngầm hoặc sự bào mòn, sự phá hủy và thất thoát dầu khí có thể xảy ra. Đôi khi kiến tạo tạo ra dòng nhiệt cao, tầng chứa bị chôn vùi sâu, gây ra biến chất dầu (dầu có thể chín đối với những loại chưa đủ nhiệt độ) Theo thời gian, bồn phát triển dẫn đếnlớp trầm tích tiến triển về cấu trúc 1.4- Cơ chế hình thành bồn Các bồn hình thành là do những quá trình dịch chuyển ngang và đứng theo quy mô lớn của những lớp bề mặt trái đất. Nguyên nhân: kiến tạo mảng Lớp ngoài của vỏ trái đất là lớp cứng rắn (thạch quyển) gồm lớp vỏ và manti trên. Vùng địa hình thấp hình thành trên bề mặt trái đất nơi lớp vỏ mỏng là loại đá bazan, tạo thành lớp vỏ đại dương . Vỏ lục địa dày, cấu tạo bởi những loại đá nhẹ, hơn ở địa hình cao hơn . Bồn trầm tích hình thành ở ranh giới vỏ đại dương và lục địa và nằm trên vỏ lục địa. Lớp thạch quyển cứng nằm trên quyển mềm ít nhớt hơn, tạo sự dịch chuyển. Do các dòng đối lưu trong quyển mềm gây sự gãy vỡ các mảnh cứng. Có 8 mảng chính và một số mảng nhỏ chia 2 phần: Nội mảng thường ổn định và rìa mảng có hoạt động kiến tạo. Phá vỡ mảng ở sống núi đại dương làm cho bazan trồi lên, đáy biển tách ra. Các lực liên quan mở rộng và tác động lên vỏ lục địa. Mỗi giai đoạn đánh dấu sự sinh ra, lớn lên và tiêu hủy của bồn. 1.5- Tuổi bồn Bồn sinh ra khi bắt đầu bị sụt lún, thành tạo trầm tích chưa lớn, chuyển động âm lõm xuống sẽ mở rộng diện lân cận theo sự dịch chuyển ly tâm theo nếp oằn ven rìa. Thời kỳ trưởng thành của bồn: Phần nổi trên bề mặt trước có xu hướng hạ thấp, đới trung tâm chìm dưới nước có xu hướng nâng lên, quá trình này diễn ra song song làm giảm hoạt động sụp lún làm bồn mở rộng tối đa. Đây là pha căng giãn mạnh Sau đó, hoạt động sụp lún trở lại với tốc độ nhất định, tăng nhanh ở những diện tích nhỏ bằng sự di chuyển hướng tâm của các nếp oằn ven rìa. Giai đoạn già của bồn: thành tạo trầm tích mạnh mẽ, lấp đầy nhanh. 8 Các pha thành tạo và tiêu hủy bồn liên quan với các thời kỳ vận động kiến tạo tích cực đặc trưng bởi luồng nước mạnh, trầm tích thường thô và không đồng nhất. Các thời kỳ mà môi trường xáo động sẽ kém thuận lợi cho trầm đọng đá mẹ, chỉ cho những tầng sét phần lớn có chất lượng xấu. Các thời kỳ kiến tạo yên tĩnh hơn, có sự dịch chuyển ly tâm của nếp uằn ven rìa cùng sự hạ thấp những lớp nổi bên trên mặt nước tạo sự thuận lợi. Thành tạo những nền rộng lớn như biển và động lực của môi trường yếu sẽ sàng lọc dễ dàng những sản phẩm mảnh vụn tạo tầng chứa tốt. Ở những bồn trũng kín với sự trầm đọng chất mùn, bùn nguồn gốc biển , tạo môi trường thuận lợi cho tích tụ, bảo tồn vật chất hữu cơ. Ở những thời kỳ môi trường có trầm tích yếu, trong giai đoạn trưởng thành mà không có kiến tạo lớn sẽ thích hợp cho quá trình tổng hợp trầm tích, từ đó thường tạo ra bồn có trầm tích hoá học hoặc sinh hoá. Ví dụ: Tỉnh đá vôi, evaporit Những pha căng dãn và động lực giảm cho phép có sự trùng lặp trầm tích, có được các lớp phủ, bảo đảm cho sự khép kín tốt của bồn , đó là thời kỳ đặc biệt thuận lợi. Các chu kỳ trầm tích được kết thúc bằng sự hoạt động trở lại của kiến tạo sẽ có nguy cơ tạo sự xói mòn sâu dẫn tới không có được lớp phủ. Khi dòng đối lưu đi lên tạo ra chỗ lồi, đến lúc lực quá lớn, chỗ lồi nứt ra theo chiều toả tia (thường là 3 nhánh). Dịch chuyển tập trung ở hai cánh của khối nứt, 2 cánh này tiếp tục giãn ra, nối liền với 2 cánh của tam giác khác trở thành bồn trũng đại dương nhỏ, cánh thứ 3 ngừng quá trình mở trở thành đới tách mà không phát triển. Ví dụ: vùng biển Hồng Hải và vịnh Eden. Đây là bồn trũng đại dương hình thành 2 đới nứt làm Châu Phi tách ra xa Arập. Thung lũng rift phía Đông Phi là dấu vết cánh thứ 3 không phát triển. - Khi đáy biển tiếp tục tách giãn, lớp vỏ đại dương mới hình thành ngay tại nơi sống núi đại dương. Bồn trũng phát triển dọc theo rìa thụ động của chúng (rìa Đại Tây Dương). - Khi các mảng hội tụ, lực chủ yếu là nếp ép, từ đó hình thành các bồn trũng kế cận cung đảo. Trong trường hợp hội tụ 2 mảng đại dương, bồn trầm tích không được hình thành, mảng đại dương sẽ tiêu biến và hình thành dãy núi ven biển: Ví dụ: dãy Alps Khi vỏ đại dương làm hai lục địa tách ra , các lục địa hội tụ sẽ bị va mảng. Các đới tuyến tính hẹp trong quá trình va mảng lục địa - lục địa và cung đảo - lục địa gọi là đới Sutu. Ở đới này hình thành bồn trũng nhỏ, phức tạp nằm sát bên đới nâng tạo núi ở cả hai phía đới Sutu. Ở ranh giới, lớp vỏ không bị tiêu biến. (hai mảng trượt bằng đứt gãy chuyển dạng), các bồn trũng sâu nhỏ có thể hình thành ở đây. Ví dụ: Bồn trũng California nằm kề đứt gãy chuyển dạng San Andreas -> Sống núi giữa đại dương, đới hút chìm, đới Sutu, đứt gãy 9 chuyển dạng. Các bồn trũng được tạo ra dọc rìa thụ động của các lục địa bị xé toạc. - Các bồn dọc rìa hội tụ tích cực do quá trình hút chìm (đới Sutu hoặc đứt gãy chuyển dạng) - Các bồn trong các vùng nội mảng bình yên mà nguồn gốc ít liên quan đến quá trình kiến tạo. 2. Phân loại bồn Dựa theo tổng hợp biểu đồ Huff (1978-1980) và Klemme (1980), có 10 kiểu bồn trũng, trong đó có: - 2 loại liên quan mảng lục địa bình ổn miền nền, trước núi - 2 loại liên quan mảng phân kỳ dạng rift, kéo toạc - 4 loại liên quan mảng hội tụ trước cung, sau cung, không cung va mảng - 2 loại liên quan sự lên xuống của các đại dương nhỏ (sự hình thành và đặc trưng dầu khí riêng) Ngoài ra còn có tam giác châu Đệ Tam phủ lên bồn trầm tích. 2.1- Bồn trũng miền nền (nội mảng) (* Nội mảng: bình ổn, chu kỳ trầm tích đều đặn, đối xứng hoàn chỉnh. * Rìa nền: những hoạt động kiến tạo, nâng lên, nén ép, có những chu kỳ trầm tích đối xứng tương đối. nhiệt độ và áp suất đủ để vật chất hữu cơ bảo tồn và trưởng thành dầu.) - Vị trí: Nằm trên vỏ lục địa bình ổn, hình thành ở vùng trung tâm của lục địa. Gọi là bồn trũng miền nền, nội mảng hoặc võng hình thành do sự lên xuống, nén ép, không có vùng núi cao ở kế cận - Tính chất Chúng có dạng tròn, elip (mở rộng theo các chiều), kích thước thay đổi lớn. Trong mặt cắt ngang, bồn có tính chất xác định, nông, đôi khi gần giống như phẳng. - Nguồn gốc ít được nghiên cứu - Đá móng bị đứt gãy khối, trầm tích đều đặn không bị gián đoạn, vỏ bị suy giảm, liên quan đến quá trình mở rộng -> chiếu rộng lơn hơn nhiều so với chiều sâu. - Đặc trưng: ở trong vùng có quá trình tạo rift không phát triển, vật liệu nặng được đưa vào lớp vỏ nhẹ hơn, làm giảm khả năng nổi của lớp vỏ. - Một số bồn trũng lớn trên thế giới thuộc loại này. Ví dụ: Bồn Williston (Mỹ, Canada), Illinois, Michigan, Paris (Pháp). + Ví dụ: Bồn Williston (trung tâm Bắc Mỹ, tiếp giáp Canada): * Đường kính 400 km, trầm tích dày 4-5 km. * Các đá tuổi Pz lấp đầy bồn trũng, đa phần là đá vôi (môi trường biển nông), trên đó là một lượng nhỏ cát kết và phiến sét trong Pz muộn, 10 . ĐỊA CHẤT DẦU KHÍ KHU VỰC Chương 1 – Khái niệm, phân loại các tích tụ dầu khí - Tích tụ cục bộ: nơi dầu nằm (vùng hẹp) vỉa, mỏ - Tích tụ khu vực: đới chứa dầu, bồn, tỉnh dầu (vùng rộng). tuổi địa chất - Mối liên quan giữa kiểu bồn và tiếm năng dầu khí Chương 3 - Sự phân bố địa tầng, địa lý của dầu khí theo từng khu vực (Địa Trung Hải, Âu, Úc, Á, Mỹ, Canada, ĐNÁ) Chương 4 - Dầu khí. nhau về địa chất dầu khí Ví dụ: Tỉnh dầu P3, M3, K3 Tỉnh dầu có cùng đặc tính đá chứa, cấu trúc bẫy, không mang tính hành chính, khu vực. II - Lịch sử nghiên cứu bồn: (North 17 .1, 17 .2) III