Đặc điểm địa hóa và thạch học hữu cơ của than và sét than trong trầm tích miocen khu vực phía bắc bể sông hồng

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, tạo điều kiện và động viên của tập thể lãnh đạo Viện Dầu khí Việt Nam, Trung tâm Nghiên cứu Tìm kiếm Thăm dò và Khai thác dầu khí, các c

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-*** -

LÊ HOÀI NGA

ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA VÀ THẠCH HỌC HỮU CƠ CỦA THAN VÀ SÉT THAN TRONG TRẦM TÍCH MIOCEN

KHU VỰC PHÍA BẮC BỂ SÔNG HỒNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

HÀ NỘI - 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-*** -

LÊ HOÀI NGA

ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA VÀ THẠCH HỌC HỮU CƠ CỦA THAN VÀ SÉT THAN TRONG TRẦM TÍCH MIOCEN

KHU VỰC PHÍA BẮC BỂ SÔNG HỒNG

Chuyên ngành: Khoáng vật học và Địa hóa học

Mã số: 62 44 02 05

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

Người hướng dẫn khoa học:

GS.TS TRẦN NGHI

TS TRẦN ĐĂNG HÙNG

Xác nhận NCS đã chỉnh sửa theo Quyết nghị của Hội đồng đánh giá luận án

Luận án Tiến sĩ

HÀ NỘI - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi với sự hướng dẫn khoa học của tập thể cán bộ hướng dẫn

Các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Nghiên cứu sinh

Lê Hoài Nga

LỜI CẢM ƠN

Luận án được thực hiện tại Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học

Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của Giáo sư, Tiến sĩ, Nhà giáo Nhân dân Trần Nghi - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

và Tiến sĩ Trần Đăng Hùng - Tổng Công ty Thăm dò Khai thác Với lòng kính trọng và biết ơn, nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn chân thành tới sự hướng dẫn tận tình của các thầy hướng dẫn

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, tạo điều kiện và động viên của tập thể lãnh đạo Viện Dầu khí Việt Nam, Trung tâm Nghiên cứu Tìm kiếm Thăm dò và Khai thác dầu khí, các cán bộ phòng Địa hóa và đặc biệt cảm ơn sự hỗ trợ nhiệt tình của Ban chủ nhiệm dự án ENRECA, các cán bộ chuyên gia trong dự án thuộc Cục Địa chất Đan Mạch và Greenland

Xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo - cán bộ Khoa Địa chất, các cán

bộ phòng ban của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tạo điều kiện, giúp

đỡ nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập tại trường

Xin gửi lời tri ân sâu sắc đến sự ủng hộ, động viên tinh thần lớn lao của gia đình, bạn bè đã dành cho nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập, làm việc và hoàn thành luận án này

1

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG 4

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

CHƯƠNG 1 ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 19

1.1 VỊ TRÍ VÙNG NGHIÊN CỨU 19

1.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA TẦNG TRẦM TÍCH 21

1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỊA CHẤT 32

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 35

2.1.1 Môi trường thành tạo than bùn 37

2.1.2 Quá trình biến đổi của VCHC trong trầm tích – quá trình than hóa 42

2.1.3 Thành phần vật chất hữu cơ trong than – loại kerogen 45

2.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THẠCH HỌC THAN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 53

2.2.1 Lịch sử nghiên cứu thạch học than trên thế giới 53

2.2.2 Lịch sử nghiên cứu thạch học than ở Việt Nam 54

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 61

2.3.1 Phương pháp phân tích thạch học hữu cơ 61

2.3.2 Phương pháp phân tích độ phản xạ vitrinit 62

2.3.3 Phương pháp nhiệt phân tiêu chuẩn Rock-Eval 63

2.3.4 Phương pháp sắc ký 68

CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM THẠCH HỌC HỮU CƠ CỦA THAN VÀ

SÉT THAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 71

3.1 THÀNH PHẦN MACERAL TRONG THAN VÀ SÉT THAN 71

3.1.1 Thành phần maceral trong than, sét than phụ thống Miocen dưới 71

3.1.2 Thành phần maceral trong than, sét than phụ thống Miocen giữa 86

3.1.3 Thành phần maceral trong than phụ thống Miocen trên 92

3.2 NHÃN THAN (COAL RANK) 94

3.3 ĐIỀU KIỆN CỔ MÔI TRƯỜNG THÀNH TẠO THAN 96

2

CHƯƠNG 4 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA VÀ KHẢ NĂNG SINH DẦU - KHÍ

CỦA ĐÁ MẸ THAN VÀ SÉT THAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 100

4.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA 100

4.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA CHẤT CHIẾT TRONG THAN VÀ MỐI QUAN HỆ VỚI CÁC SẢN PHẨM DẦU -KHÍ TRONG KHU VỰC 110

4.3 ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG SINH HYDROCACBON CỦA THAN VÀ SÉT THAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 117

KẾT LUẬN 121

KIẾN NGHỊ 122

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN

ĐẾN LUẬN ÁN 123

TÀI LIỆU THAM KHẢO 124

PHỤ LỤC 134

BẢN ẢNH 140

3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

HC: Hydrocacbon hay dầu, khí

RE: Rock Eval

Ro,%: Độ phản xạ ánh sáng trong môi trường dầu nhúng của vitrinit

S1: Hydrocacbon tự do trong phép phân tích Rock Eval

S2: Hydrocacbon được sinh ra trong phép phân tích Rock Eval

TOC,%: Tổng hàm lượng cacbon hữu cơ tính bằng phần trăm trong đá Tmax: Nhiệt độ cực đại tại đỉnh pick S2 trong phép phân tích Rock Eval VCHC: Vật chất hữu cơ

4

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Phân loại kerogen theo nguồn gốc và dạng maceral 52

Bảng 2 2 Các hệ thống phân loại maceral thông dụng hiện nay 56

Bảng 2 3 Hệ thống phân loại maceral được sử dụng trong luận án 57

Bảng 2 4 Phân loại đá mẹ theo chỉ tiêu phân tích nhiệt phân RE 66

Bảng 2 5 Tổng hợp các chỉ tiêu phân loại kerogen [55] có chỉnh sửa 67

Bảng 2 6 Ngưỡng trưởng thành của đá mẹ theo Ro và Tmax 67

Bảng 2 7 Phân loại đá mẹ theo hàm lượng bitum [52] 68

Bảng 3 1 Thành phần maceral trong than, sét than và sét Miocen dưới GK 102-CQ-1X 72

Bảng 3 2 Thành phần maceral trong mẫu than Miocen giữa 87

Bảng 3 3 Thành phần maceral trong mẫu than Miocen trên GK 01-KT-TB-08 lô MVHN-01KT khu vực MVHN 93

Bảng 4 1 Kết quả phân tích RE mẫu sét, sét than và than khu vực

nghiên cứu 101

Bảng 4 2 Độ sâu đạt ngưỡng trưởng thành của đá mẹ tại giếng khoan 110

Bảng 4 3 Thứ tự sinh dầu từ các maceral [90] 119

5

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Phân vùng cấu trúc bể trầm tích Sông Hồng và khu vực nghiên cứu 20

Hình 1 2 Cột địa tầng tổng hợp khu vực phía Bắc bể Sông Hồng [4] 25

Hình 1 3 Mặt cắt mô tả các yếu tố cấu trúc khu vực nghiên cứu [4] 34

Hình 2 1 Mô hình mối tương quan giữa độ ẩm, xu thế hydrocarbon với

nhãn than, trạng thái than hóa và độ phản xạ vitrinit (Flores, 2014 chỉnh sửa theo Levin,1993) [24] 43

Hình 2 2 Vị trí GK Enreca-3 và vị trí các điểm lấy mẫu thực địa tại khu vực đới nghịch đảo Oligocen Bạch Long Vĩ [59] 60

Hình 2 3 Biểu đồ tần xuất phân bố hàm lượng maceral trong mẫu sét GK Enreca-3 trên đảo Bạch Long Vĩ 60

Hình 2 4 Sơ đồ chu trình nhiệt phân [52, 85] 64

Hình 2 5 Sơ đồ hệ thống sắc ký khí [47] 69

Hình 3 1 Cột địa tầng GK 102-CQ-1X 71

Hình 3 2 Funginit (Fg) và sporinit (Sp) phân bố trên nền Densinit (D) trong mẫu than 102-CQ-1X độ sâu 2080-2090m (ánh sáng trắng phản xạ, x50

trong dầu nhúng) 73

Hình 3 3 Corpohuminit (Co) phân bố cộng sinh với suberinit (Su) trong

mẫu than 102-CQ-1X độ sâu 2080-2090m -(ánh sáng trắng phản xạ, x50 trong dầu nhúng) 73

Hình 3 4 Corpohuminit (Co) phân bố cộng sinh với suberinit (Su) trên nền khoáng vật trong mẫu sét than 102-CQ-1X độ sâu 2150-2160m (ánh sáng trắng phản xạ, x50 trong dầu nhúng) 74

6

Hình 3 5 Funginit (Fu) và Sporinit (Sp) phân bố trên nền Collodetrinit (Cd) trong mẫu than Miocen dưới GK 102-CQ-1X độ sâu 2660-2670m (ánh sáng trắng phản xạ, x50 trong dầu nhúng) 74 Hình 3 6 Collotelinit (Ct) trong mẫu than Miocen dưới tại GK 102-CQ-1X

độ sâu 2590-2600m (ánh sáng trắng phản xạ, x50 trong dầu nhúng) 75 Hình 3 7 Collotelinit (Ct) trong mẫu than Miocen dưới GK 102-CQ-1X độ sâu 2660-2670 (ánh sáng trắng phản xạ, x50 trong dầu nhúng) 75 Hình 3 8 Corpogelinit (Cg) phân bố chặt xít trong mẫu than Miocen dưới

GK 102-CQ-1X độ sâu 2580-2590m (ánh sáng trắng phản xạ, x50 trong dầu nhúng) 75 Hình 3 9 Telinit (T) thể hiện rõ cấu trúc mô gỗ của thực vật trong mẫu than Miocen dưới GK 102-CQ-1X độ sâu 3000-3010m (ánh sáng trắng phản xạ, x50 trong dầu nhúng) 75 Hình 3 10 Resinit (Re) và Vitrinit phân bố trên nền khoáng vật trong mẫu sét than 102-CQ-1X độ sâu 2150-2160m (ảnh chụp dưới ánh sáng phản xạ trắng –bên trái- và ánh sáng huỳnh quang- bên phải; x50 trong dầu nhúng) 77 Hình 3 11 Alginit trên nền vật chất hữu cơ vô định hình có khả năng phát quang trong mẫu sét GK 102-CQ-1X độ sâu 2240-2250m (ánh sáng trắng và ánh sáng huỳnh quang phản xạ, x50 trong dầu nhúng) 77 Hình 3 12 Sporinit (Sp) phân bố trên nền vitrinit trong mẫu than GK 102-CQ-1X độ sâu 2080-2090m (ánh sáng huỳnh quang phản xạ, x50 trong dầu nhúng) 79 Hình 3 13 Resinit (Re) phân bố cộng sinh với vitrinit mẫu than GK 102-CQ-1X độ sâu 2080-2090m (ánh sáng trắng phản xạ - bên trái- và ánh sáng huỳnh quang- bên phải, x50 trong dầu nhúng) 79

124

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TIẾNG VIỆT

1 Đỗ Bạt và nnk (2001), Định danh địa tầng và liên kết địa tầng trầm tích Đệ

Tam thềm lục địa Việt Nam, Báo cáo tổng kết nhiệm vụ nghiên cứu khoa học cấp ngành, Viện Dầu khí Việt Nam, Hà Nội

2 Hoàng Thanh Cảnh và nnk (1975), Nghiên cứu một số vấn đề về trầm tích

chứa than dải Khoái Châu- Tiền Hải và triển vọng của nó, Tổng cục Địa

chất, Đoàn Địa chất 45, Hà Nội

3 Lê Văn Cự, Hoàng Ngọc Đang, Trần Văn Trị và nnk (2007), Cơ chế hình

thành và các kiểu bể trầm tích Kainozoi Việt Nam, trong Địa chất và tài

nguyên dầu khí Việt Nam, Nhà Xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội

4 Nguyễn Thị Dậu, Vũ Trụ và nnk (2013), Nghiên cứu tổng thể đánh giá

tiềm năng dầu khí toàn thềm lục địa Việt Nam - Đánh giá tiềm năng dầu khí bể trầm tích Sông Hồng, Viện Dầu khí Việt Nam, Hà Nội

5 Nguyễn Hiệp, Nguyễn Văn Đắc và nnk (2007), Địa chất và tài nguyên dầu

khí Việt Nam, Nhà Xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 549 trang

6 Trịch Ích (1977), Đặc điểm thạch học và biến chất than Neogen vùng trũng

Hà Nội – dải Khoái Châu-Tiền Hải, Luận án Phó tiến sĩ, Đại học Mỏ Địa

chất, Hà Nội

7 Trần Nghi (Chủ trì) (2010), Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước Nghiên

cứu địa tầng phân tập (Sequence stratigraphy) các bể trầm tích sông Hồng, Cửu Long, Nam Côn Sơn nhằm đánh giá tiềm năng khoáng sản, mã số: KC.09.20/06-10, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội

8 Hoàng Văn Thắng, Lê Diên Dực (2006), Hệ thống phân loại đất ngập nước

Việt Nam, Cục Bảo vệ môi trường - Chương trình bảo tồn đa dạng sinh học

vùng đất ngập nước sông Mê Kong, Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội

125

9 Nguyễn Thanh Tùng, Lê Hoài Nga và nnk (2013), Hệ thống dầu khí và mô

hình bể lô MVHN-01, Báo cáo hợp đồng nghiên cứu khoa học, Viện Dầu

khí Việt Nam, Hà Nội

10 Vũ Trụ, Lê Hoài Nga và nnk (2010), Đánh giá tiềm năng và khả năng khai

thác khí than CBM tại dải nâng trung tâm MVHN (Phù Cừ - Tiên Hưng – Kiến Xương – Tiền Hải), Báo cáo tổng kết nhiệm vụ nghiên cứu khoa học

cấp ngành, Viện Dầu khí Việt Nam, Hà Nội

TIẾNG ANH

11 ASTM (1992), Classification of Coal by Rank, in ASTM D 388-92a,

American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, USA

12 ASTM (2005), Standard Test Method for Microscopical Determination of

the Vitrinit Reflectance of Coal in D2798-09a, American Society for

Testing and Materials, Philadelphia, USA

13 ASTM (2005), Standard Test Method for Microscopical Determination of

the Maceral Composition of Coal, in D2799-05a, American Society for

Testing and Materials, Philadelphia, USA

14 Bray E.E and Evans E.D (1961), ―Distribution of n-paraffins as a clue to

recognition of source beds‖ Geochim Cosmochim Acta, 22(1), pp 2-15

15 Brooks J.D., Gould K., and Smith J.W (1969), ―Isoprenoid hydrocarbons in

coal and petroleum‖ Nature, 222(1), pp 257- 259

16 Calder J.H (1993), ―The evolution of a ground-water-influenced (Westphalian B) peat-forming ecosystem in a piedmont setting: The No.3

seam,Springhill coalifield, Cumberland Basin, Nova Scotia, In: Cobb, J.C

& Cecil, C.B (Eds.), Modern and ancient coal- forimng environment‖,

Geology Society of America special paper, 286(1), pp 153-180

126

17 Calder J.H., Gibling M.R., and Mukhopadhyay P.K (1991), ―Peat formation in a Westphalian B piedmont setting, Cumberland Basin, Nova Scotia: Implications for the maceral based interpretaion of rheotrophic and

raised paleomires‖ Bulletin de la Societé Géologique de France, 163(1),

pp 283-293

18 Castano J.R and Sparks D.M (1974), ―Interpretation of vitrinit reflectance

measurements in sedimentary rocks, and determination of burial history

using vitrinit reflectance and authigenic minerals‖ Geology Society, 153(1),

pp 31-53

19 Diessel C.F.K (1986), On the Correlation between Coal Facies and

Depositional Environments in Advances in the Study of the Sydney Basin,

University of Newcastle, Australia

20 Diessel C.F.K (1992), Coal-bearing Depositional Systems,

Springer-Verlag, Heidenberg -Berlin

21 Durand B (1980), Kerogen: Insoluble organic matter from sedimentary

rocks, Technip edition, France

22 Espitalié J., et al (1977), Methode rapide de caracterisation des roches

meres, de leur potential petrolieret de leur degre d'evolution, Technip

edition, France

23 Flores R.M (2014), ―Chapter 3 - Origin of Coal as Gas Source and

Reservoir Rocks‖, in Coal and Coalbed Gas, 1(3), pp 97-165

24 Flores R.M (2014), ―Chapter 4 - Coalification, Gasification, and Gas

Storage‖, in Coal and Coalbed Gas, Elsevier, 1(4), pp 167-233

25 Flores R.M (2014), Coal and Coalbed Gas: Fueling the Future, ed 1st.,

Elsevier, America

127

26 Frank M.C (1999), Organic petrology and depositional environments of the

Souris Lignit, Ravenscrag Formation (Paleocen), southern Saskatchewan, Canada, Department of Geology, University of Regina, Springer-Verlag,

Canada

27 Geochem (1994), Geochemical Evaluation of the 102-CQ-1X, Red River

basin, Block 102, Offshore VietNam, Idemitsu Hai Phong Exploration Co.,

VietNam

28 Geochem (1995), A Geochemical Evaluation of the 102-HD-1X well, Red

River Basin, Block 102, offshore VietNam, Idemisu Hai Phong, Hai Phong

29 Horsfield, B., Yordy K., and Crelling J (1988), ―Determining the petroleum-generating potential of coal using organic geochemistry and

organic petrology‖, Organic Geochemistry, 13(1-3), pp 121-129

30 Huang W.Y., Meinschein W.G (1979), ―Sterols as ecological indicators‖,

Geochim Cosmochim, 43(1), pp 79-745

31 Hunt J.M (1980), Petroleum Geochemistry and Geology, ed 2nd., W H

Freeman and Company, New York

32 Hunt J.W (1988), ―Sedimentation rates and coal formation in the Permian

basins of eastern Australia‖, Australian Journal of Earth Sciences: An

International Geoscience Journal of the Geological Society of Australia,

35(2), pp 259-274

33 Indiana Geological Survey, Indiana Coal: Macerals Available from: http://igs.indiana.edu/Coal/Macerals.cfm

34 ICCP (1963), International hand-book of coal petrography, CNRS, Paris

35 ICCP (1971), International handbook of coal petrography, CNRS, Paris

36 ICCP (1975), International hand-book of coal petrography, CNRS, Paris

37 ICCP (1993), International hand-book of coal petrography, University of

Newcastle on Tyne, England