Bể than đồng bằng sông Hồng có diện tích trên 3.500km2 nằm trong Miền võng Hà Nội trải dài từ Việt Trì (Phú Thọ) đến Tiền Hải (Thái Bình). Công tác thăm dò khai thác khí than (CBM) được nghiên cứu từ nhiều năm nay. Kết quả khoan thăm dò khí than tại giếng 01-KT-TB-08 cho thấy, than bùn/Lignite đến than á Bitum trong hệ tầng Tiên Hưng có tập dày vài mét. Thành phần Maceral nhóm Huminite chiếm trên 80%; Liptinite chiếm 5 - 10%; Inertinite nhỏ hơn 5%; khoáng vật chủ yếu là kết hạch Siderite và Pyrite. Thành phần thạch học than cũng như các chỉ số của tướng than cho thấy đây là môi trường đầm ẩm ướt, mức độ biến chất thấp.
PETROVIETNAM THÀNH PHẦN MACERAL VÀ MÔI TRƯỜNG THÀNH TẠO CỦA MỘT SỐ MẪU THAN/TRẦM TÍCH MIOCEN TRÊN TRONG GIẾNG KHOAN THĂM DỊ KHÍ THAN 01-KT-TB-08 TẠI MIỀN VÕNG HÀ NỘI ThS Lê Hồi Nga, TS Vũ Trụ, KS Phí Ngọc Đơng, ThS Nguyễn Thị Bích Hạnh Viện Dầu khí Việt Nam Tóm tắt Bể than đồng sơng Hồng có diện tích 3.500km2 nằm Miền võng Hà Nội trải dài từ Việt Trì (Phú Thọ) đến Tiền Hải (Thái Bình) Cơng tác thăm dò khai thác khí than (CBM) nghiên cứu từ nhiều năm Kết khoan thăm dò khí than giếng 01-KT-TB-08 cho thấy, than bùn/lignite đến than bitum hệ tầng Tiên Hưng có tập dày vài mét Thành phần maceral nhóm huminite chiếm 80%; liptinite chiếm - 10%; inertinite nhỏ 5%; khoáng vật chủ yếu kết hạch siderite pyrite Thành phần thạch học than số tướng than cho thấy môi trường đầm ẩm ướt, mức độ biến chất thấp Từ khóa: Maceral, than, huminite, liptinite, inertinite, độ phản xạ vitrinite Giới thiệu Trong chương trình khoan thăm dò, đánh giá tiềm khí than tầng than Miocen Miền võng Hà Nội, Arrow Energy khoan giếng 01-KT-TB-08 Lơ MVHN-01-KT phía Bắc bể Sơng Hồng Tổng độ sâu giếng khoan 847,15m, có 37 tập than với tổng chiều dày đạt 54,28m - dày số giếng khoan diện tích Lơ mà Arrow thực Kết phân tích số tiêu vật lý than khu vực cho thấy: độ ẩm 15,8%; độ tro 11,8%; chất bốc 42%; độ bão hòa từ 33,31 - 42,04% với độ dư khí từ 0,004 - 0,44m3/tấn [1] Nhóm tác giả nghiên cứu mẫu than vụn khoan nằm tập than dày 8m tầng Tiên Hưng khoảng độ sâu từ 818 - 840m Các mẫu tiến hành phân tích thành phần maceral, xác định tướng thạch học hệ thống kính Leica DMR (Hình 1) Mẫu than chuẩn bị để phân tích kính hiển vi ánh sáng phản xạ theo tiêu chuẩn ISO 7404-2 [2] Than rửa sạch, để khơ điều kiện phòng, nghiền nhỏ đến cỡ hạt < 1mm Mẫu đúc khn đường kính 5cm với nhựa epoxy chất làm rắn theo tỷ lệ quy định nhà sản xuất điều kiện đúc nguội hệ thống hút chân không EpoVac Khuôn mẫu để qua đêm cho đóng rắn hồn tồn, sau mài đánh bóng bề mặt theo chế độ cài đặt từ trước hệ thống mài Struers Tergra đạt yêu cầu Mẫu sau đạt độ bóng cần thiết tiến hành phân tích thành phần maceral hệ thống kính Leica DMR với vật kính có độ phóng đại 20, 50 100 lần dầu nhúng, sử dụng ánh sáng phản xạ trắng ánh sáng huỳnh quang Số lượt đếm tối thiểu cho mẫu 500 điểm [3] Kết thảo luận Thành phần thạch học than xác định khối lượng maceral mẫu Bảng thể có mặt nhóm huminite, liptinite inertinite than; kết lượng khoáng vật mẫu 2.1 Maceral nhóm huminite Thuật ngữ huminite (bắt nguồn từ chữ “humus” nghĩa đất chữ Latinh) Szádecky-Kardoss giới thiệu năm 1949 để thành phần cấu trúc than nâu hay gọi lignite Nghiên cứu [4] sử dụng thuật ngữ cho nhóm maceral than nâu (lignite) Huminite (tiền thân vitrinite) nhóm maceral có màu xám trung bình, độ phản xạ nằm khoảng giá trị phản xạ maceral nhóm liptinite inertinite cộng sinh với [5] Q trình gel hóa (gelification) than nâu mềm, than bùn dần chuyển hóa huminite thành vitrinite (q trình gọi vitrinite hóa) Bảng Thành phần maceral mẫu than giếng khoan 01-KT-TB-08 TT Mẫu than Huminite Liptinite Inertinite Khoáng độ sâu (m) (%) (%) (%) vật (%) 818,55 - 819,00 85,9 7,6 2,4 4,2 821,15 - 521,75 87,0 9,5 1,9 1,6 822,18 - 822,78 87,4 7,3 3,1 2,3 822,78 - 823,38 81,2 11,8 4,7 2,4 823,38 - 823,88 89,5 4,7 3,5 2,3 839,04 - 839,64 87,4 7,5 2,8 2,4 DẦU KHÍ - SỐ 5/2014 31 THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ Maceral nhóm huminite gồm maceral chia thành phụ nhóm telohuminite (textinite ulminite) - detrohuminite (attrinite densinite) - gelohuminite (corpohuminite gelinite) Phụ nhóm maceral phân loại dựa cấu trúc (mức độ bảo tồn tàn tích thực vật) Maceral phân loại dựa mức độ gel hóa Sự đa dạng hình thái maceral phân biệt dựa khác độ phản xạ; dạng A thường có độ phản xạ thấp dạng B chủ yếu áp dụng cho ulminite textinite maceral [5] Trong mẫu than phân tích, thành phần huminite chiếm 80%, chủ yếu ulminite (U), densinite (D), corpohuminite (Co) gelinite với tỷ lệ hợp phần khác thay đổi khơng có tính quy luật Ulminite maceral thuộc phụ nhóm telohuminite nhóm huminite, có nguồn gốc từ tế bào mơ bần tế bào mô gỗ rễ cây, cành Đây nhóm mà cấu trúc tế bào thực vật bảo tồn gần nguyên vẹn dễ dàng quan sát kính hiển vi Sự phong phú thành phần huminite mẫu thị cho điều kiện bảo tồn cấu trúc tế bào cao, mơi trường thành tạo có độ pH thấp đầm lầy rừng vùng nước tù đọng (Hình 1a, c, f ) Densinite maceral bao gồm hạt có tính humic kích thước nhỏ 10μm, với nhiều hình dạng khác gắn kết với xi măng vật chất humic vơ định hình Do đó, densinite bề mặt mài bóng khơng có tính đồng có dạng bề mặt lốm đốm (Hình 1b, c, d) Corpohuminite (Co) (Hình 1) maceral thuộc phụ nhóm gelohuminite - nhóm huminite; có dạng hình cầu, oval kéo dài; phi cấu trúc đồng Corpohuminite có nguồn gốc từ dịch tế bào, tannin, hay hỗn hợp hợp chất thơm Khả bảo tồn Co điều kiện phân hủy tự nhiên tốt, không tan dung môi phân cực, không phân cực hydrocide nóng Trong mẫu phân tích, Co chủ yếu dạng lấp đầy cấu trúc Suberinite (Su) tạo thành dạng hình thái đặc trưng dễ nhận biết (Hình 1e), có màu xám đến xám sáng, khơng phát quang ánh sáng huỳnh quang Ngồi ra, phần nhỏ gelinite với tỷ lệ nhỏ, không đáng kể Bảng Thành phần maceral nhóm huminite mẫu Phụ nhóm Maceral Telohuminite Detrohuminite Gelohuminite Loại maceral (%) Textinite Ulminite Attrinite Densinite Gelinite Corpohuminite 818,55 819,00m 0,0 48,8 0,0 23,7 0,0 13,3 821,15 821,75m 0,0 32,0 0,0 44,6 0,0 10,5 Độ sâu lấy mẫu 822,18 822,78 822,78m 823,38m 0,0 0,0 29,4 30,2 0,0 0,0 34,4 31,8 0,0 0,0 23,7 19,2 823,38 823,88m 0,0 24,2 0,0 29,7 6,3 29,3 839,04 839,64m 0,0 42,1 0,0 30,4 0,0 14,8 Hình Thành phần maceral nhóm huminite (ảnh chụp ánh sáng trắng phản xạ dầu nhúng, độ phóng đại x 50 lần) 32 DẦU KHÍ - SỐ 5/2014 PETROVIETNAM Hình Thành phần liptinite mẫu (ảnh chụp dầu nhúng, ánh sáng trắng/ánh sáng huỳnh quang, đọ phóng đại x 50 lần) Hình Thành phần inertinite mẫu (ảnh chụp ánh sáng trắng phản xạ dầu nhúng, độ phóng đại x 50 lần) Nhìn chung, mức độ bảo tồn maceral hai mẫu khơng cao, bị gặm mòn lấp đầy khống vật 2.2 Maceral nhóm liptinite Thành phần liptinite mẫu chủ yếu sporinite, resinite cutinite Sporinite hóa thạch phần vỏ sáp bên ngồi bào tử phấn hoa [6]; mẫu trên, maceral phần lớn dạng micro-sporinite, phân bố dạng đơn lẻ dạng đám vitrinite; mức độ bảo tồn tốt Cấu trúc mô suberinite bảo tồn tốt bị lấp đầy coporgelinite (Hình 2d) Sự có mặt suberinite coi thị cho than mức độ biến chất thấp Cutinite - maceral có nguồn gốc từ lớp áo sáp phủ bên cây, rễ cành [6] - mẫu có kích thước lớn, độ bảo tồn tốt, độ khơng cao (Hình 2a, f ) Mẫu độ sâu 839,04 - 839,64m quan sát dạng đặc trưng cutinite - phía phẳng nhẵn, phía cưa thể rõ vách thành tế bào mơ (Hình 2a) 2.3 Maceral nhóm inertinite Thành phần maceral nhóm inertinite [7] chủ DẦU KHÍ - SỐ 5/2014 33 Tỷ lệ điểm đếm (%) THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ , yếu fusinite, semifusinite (Sf ) funginite (Fu) Khả bảo tồn cấu trúc maceral tốt (Hình 3); lỗ rỗng khoang tế bào fuginite funginite bị lấp đầy resinite Thành phần khoáng vật mẫu chủ yếu carbonate lấp đầy ô rỗng tế bào, kết hạch siderite pyrite , 2.4 Nhãn than, tướng thạch học môi trường thành tạo 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 Tỷ lệ điểm đếm (%) s , 0.4 0.8 1.2 1.6 Nhìn chung, điều kiện chôn vùi nông, mẫu than đạt tới giai đoạn trưởng thành thấp, nhãn than bitum B theo phân loại American Society for Testing and Materials (ASTM) [9] (Hình 5) Than chủ yếu có tướng duroclarite (Hình 6) , 2.0 Kết phân tích độ phản xạ huminite mẫu độ sâu 818,55 - 819,00m 839,64 - 839,94m tương ứng 0,43% 0,48% (Hình 4) 2.4 s Hình Biểu đồ tần suất phản xạ vitrinite mẫu than giếng khoan 01-KT-TB-08 [8] Môi trường vật liệu ban đầu thành tạo than hệ sinh thái đất ngập nước đầm lầy nội lục (limnic) mơi trường đầm lầy có liên thơng đến biển (paralic); tùy thuộc vào loại môi trường có tướng than định Trong năm gần đây, maceral ứng rộng rãi việc nghiên cứu tướng hữu than Các số số bảo tồn mơ (TPI); số gel hóa (GI) [10]; số ảnh hưởng nước ngầm (GWI), số thực vật (VI) [11] công cụ quan trọng để nghiên cứu tướng than Mơ hình tướng theo nghiên cứu Diesel [10] xây dựng dựa hai tiêu “Chỉ số bảo tồn mô TPI” “chỉ số gel hóa GI” maceral Chỉ số TPI thể mối tương quan maceral có cấu trúc nhóm vitrinite + inertinite maceral phi cấu trúc nhóm vitrodetrinite + telocollinite + inertodetrinite; thể mức độ humic hóa maceral tiền thân TPI > thị cho mơi trường có phát triển mạnh thực vật thân gỗ Chỉ số gel hóa GI cho thấy mức độ tương đối độ ẩm môi trường thành tạo than bùn; giá trị GI tính theo cơng thức Chỉ số liên quan đến tốc độ tích tụ than bùn tăng giảm gương nước ngầm [10] Đối với nhãn than thấp (than nâu), số bảo tồn mơ (TPI) số gel hóa (GI) tính theo cơng thức: TPI = humotelinite + telogelinite + fusinite + semifusinite + sclerotinite humodetrinite + detrogelinite + eugelinite + porigelinite + coporhuminite + inertodetrinite + micrinite + macritinite GI = Hình Nhãn than theo ASTM, 1992 [9] 34 DẦU KHÍ - SỐ 5/2014 huminite + macritinite fusinite + semifusinite + sclerotinite + inertodetrinite + micrinite PETROVIETNAM khoảng 0,2 ranh giới đới ẩm ướt thành tạo than bùn vùng đầm lầy ngập nước thường xuyên GWI từ - thị môi trường chuyển tiếp ao hồ - lục địa (limno-telmatic) VITRINITE Đối với nhãn than thấp, số thực vật (VI) số độ ảnh hưởng nước ngầm (GWI) tính theo công thức sau [11]: humotelinite + telogelinite + fusinite + semifusinite + surberinite + resinite VI = densinite + detrogelinite + inertodetrinite + alginite + liptodetrinite + sporinite + cutinite 102-CQ-1X 01-KT-TB-08 102-HD-1X INERTINITE GWI = Hình Vi tướng thạch học than mẫu than giếng khoan 01-KT-TB-08 Mơ hình tướng theo nghiên cứu Calder [11] xác định cổ mơi trường tích tụ than xây dựng dựa hai tiêu “Chỉ số thực vật - Vegetation index VI” “Chỉ số độ ảnh hưởng nước ngầm - Ground water index GWI” Chỉ số thực vật (VI) phụ thuộc vào loài thực vật hình thành than bùn Nó định nghĩa tỷ lệ maceral có nguồn gốc từ thực vật giàu lignin (thành tạo môi trường khô) với maceral nguồn gốc từ thực vật nghèo lignin (thành tạo môi trường ngập nước) [11] VI thường lớn (VI > 3) mẫu than thành tạo môi trường có tính lục địa cao, vật liệu đóng góp chủ yếu thực vật bậc cao; VI < liên quan đến môi trường nội lục ven sông, hồ với chủ yếu bụi thực vật thân thảo, mức độ bảo tồn cấu trúc vật liệu trầm tích thấp [11] Chỉ số độ ảnh hưởng nước ngầm GWI đánh giá mối tương quan maceral nhóm bị gel hóa mạnh (corpogelinite, gelocollinite) khống vật với maceral nhóm bị ảnh hưởng q trình gel hóa (telinite, telogelinite) desmocollinite Gelocollinite có nguồn gốc từ thực vật giàu lignin, desmocollinite coi có nguồn gốc từ thực vật giàu cellulo [11] Mật độ cao vật liệu bị gel hóa thị cho mơi trường có ảnh hưởng mực nước ngầm (GWI > 0,5) GWI Kết nghiên cứu cho thấy, mẫu than Miocene giếng khoan 01-KT-TB-08 thành tạo đầm lầy thấp ven sông suối, ao hồ phát triển thực vật thân thảo nghèo lignin (phần dưới) chuyển dần sang môi trường đầm lầy bị nâng lên chịu ảnh hưởng nước ngầm (phần trên) có phát triển thực vật bậc cao 100 C hỉ số gel hóa G I ( G elification I ndex) Hình cho thấy, mẫu than giếng khoan 01-KT-TB-08 (Miocen trên) chủ yếu thành tạo môi trường đồng tam giác châu dưới, mức độ ngập nước cao dẫn đến mức độ gel hóa cao Sự có mặt fusinite, sporinite (Hình Hình 3) tất mẫu than nghiên cứu khẳng định ảnh hưởng nước môi trường thành tạo khu vực eugelinite + porigelinite + coporhuminite + khoáng vật humotelinite + telogelinite + densinite + detrogelinite 01-KT-TB-08 Miocene 10 Dry f orest swamp: Rừng đầm lầy khô - phát triển gỗ bụi Wet f orest swamp: Rừng đầm lầy ẩm ướt phát triển gỗ bụi Fen: Đầm lầy thấp có sậy cỏ đất than bùn nông Marsh: Đầm lầy cỏ bụi Limnic: Môi trường ao hồ nội lục 0 Chỉ số bảo tồn mô TPI (Tissue Preservation Index) Hình Mơi trường thành tạo than theo Diesel, 1992 [10] 100 2,2 2,4 2,6 2,8 2,9 ao3 hồ 01-KT-TB-1X Miocene Đầm lầy C hỉ số nước ngầ m ( G r ound W a ter I ndex) LIPTINITE Vùng ven sông, suối, Vùng chuyển tiếp Đầm lầy thân gỗ bụi (swamp) Rừng đầm lầy thân gỗ bụi (swamp forrest) Đầm lầy thấp có cỏ đất than bùn nơng (fen) Đầm lầy có thân gỗ, bụi, sậy đất than bùn sâu (bog) 3,3 Vùng chân núi 10 Rừng đầm lầy có thân gỗ, bụi, sậy đất than bùn sâu (bog forest) Vùng nghèo dinh dưỡng Chỉ số thực vật (Vegetation Index) Hình Mơi trường thành tạo than Calder, 1991 [11] DẦU KHÍ - SỐ 5/2014 35 THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ Nhìn chung, mẫu than nghiên cứu thành tạo môi trường nội lục - môi trường đồng tam giác châu dưới, chịu ảnh hưởng nước American Society for Testing and Materials (ASTM) Standard test method for microscopical determination of the maceral composition of coal ASTM D2799-05a 2005 Kết luận International Committee for Coal and Organic Petrology (ICCP) International handbook of coal petrography, ed s.s.t 2nd 1971, CNRS (Paris) Từ kết nghiên cứu thành phần maceral môi trường thành tạo số mẫu than/trầm tích Miocen giếng khoan thăm dò khí than 01-KTTB-08 Miền võng Hà Nội, nhóm tác giả rút số kết luận sau: - Thành phần maceral mẫu than/trầm tích khu vực chủ yếu huminite/vitrinite; vi tướng duroclarite; - Mức độ biến chất maceral than/trầm thấp; mức độ bảo tồn trung bình; bị lấp đầy khoáng vật; nhãn than bitum B (phân loại ASTM, 1992); - Than thành tạo nội lục - môi trường đồng tam giác châu dưới, chịu ảnh hưởng nước Vật liệu tạo than chủ yếu thực vật thân thảo thực vật bậc cao Tài liệu tham khảo Vũ Trụ, Nguyễn Hoàng Sơn (chủ biên) Báo cáo tổng kết Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Ngành: Đánh giá tiềm khả khai thác khí than CBM dải nâng trung tâm Miền võng Hà Nội (Phù Cừ - Tiên Hưng - Kiến Xương - Tiền Hải) 2010 International Organization for Standardization (ISO) Methods for the petrographic analysis of bituminous coal and anthracite - Part 2: Methods for preparing coal samples ISO 7404-2:2009 I.Sýkorová, W.Pickel, K.Christanis, M.Wolf, G.H.Taylor, D.Flores Classification of huminite - ICCP system 1994 International Journal of Coal Geology 2005; 62(1-2): p 85 - 106 G.H.Taylor Organic Petrology - A new handbook incorporating some revised parts of Stach’s Textbook of coal petrology 1998 Published by Gebrüder Borntraeger International Committee for Coal and Organic Petrology (ICCP) The new inertinite classification (ICCP system 1994) Fuel 2001; 80(4): p 459 - 471 Arrow Final well report - CBM well 01-KT-TB-08 in MVHN-KT-01 Block 2009 American Society for Testing and Materials (ASTM) Classification of coal by rank ASTM D 388-92a 1992 10 Claus F.K.Diessel Coal bearing depositional systems 1992 Published by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 721 pages 11 J.H.Calder, M.R.Gibling, P.K.Mukhopadhyay Peat formation in a Wesrphalian B piedmont setting, Cumberland basin, Nova Scotia: Implications for the maceral-based interpretation of rheotrophic and raised paleomires Buletin de la Societé Géologique de France 1991 163(2): p 283 - 293 Peat-forming environment and maceral composition of coal in coal-bearing strata in CBM exploration well 01-KT-TB-08 in Hanoi trough Le Hoai Nga, Vu Tru, Phi Ngoc Dong, Nguyen Thi Bich Hanh Vietnam Petroleum Institute Summary The Song Hong coal province is situated in the Hanoi trough with a total area of over 3,500 km2, spreading from Viet Tri (Phu Tho province) to Tien Hai (Thai Binh province) The exploration of coal-bed methane (CBM) has been carried out in this area for several years, and lignite and sub-bituminous coal bed have been found in Tien Hung formation in CBM exploration well 01-KTTB-08 The macerals from the huminite group constitute more than 80% of the coal The amount of liptinite is - 10% Inertinite group macerals are less than 5% Minerals are mainly siderite and framboidal pyrite The petrographical properties and the coal facies indices indicate deposition in limnic-telmatic mire and coal is at a low coalification stage Key word: Maceral, coal, huminite, liptinite, inertinite 36 DẦU KHÍ - SỐ 5/2014 ... cứu thành phần maceral môi trường thành tạo số mẫu than/ trầm tích Miocen giếng khoan thăm dò khí than 01-KTTB-08 Miền võng Hà Nội, nhóm tác giả rút số kết luận sau: - Thành phần maceral mẫu than/ trầm. .. vật giàu lignin (thành tạo môi trường khô) với maceral nguồn gốc từ thực vật nghèo lignin (thành tạo môi trường ngập nước) [11] VI thường lớn (VI > 3) mẫu than thành tạo mơi trường có tính lục... trường thành tạo than Calder, 1991 [11] DẦU KHÍ - SỐ 5/2014 35 THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ Nhìn chung, mẫu than nghiên cứu thành tạo môi trường nội lục - môi trường đồng tam giác châu dưới, chịu ảnh