Bài viết này đề cập cụ thể đến các quá trình biến đổi sau trầm tích của hệ tầng này bao gồm: quá trình nén ép, nứt nẻ, quá trình xi măng hóa, canxit hóa, dolomit hóa, pyrit hóa,thạch anh hóa, quá trình hòa tan và tái kết tinh để làm sáng tỏ đặc tính tầng chứa (tính chất rỗng, thấm của đá).
Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 58, Kỳ (2017) 335-347 335 Đặc điểm biến đổi sau trầm tích đá vơi Miocen Hệ tầng Tri Tôn nam bể sông Hồng Nguyễn Xuân Phong 1,*, Lê Hải An 2, Hoàng Ngọc Đang 1, Nguyễn Tiến Long Lương Thị Thanh Huyền 1, Nguyễn Trọng Liêm 1, Đặng Thị Minh Huệ 1, Nguyễn Thị Hồng 1, Lý Thị Huệ 1, Trịnh Sóng Biển 1 Tổng Cơng ty Thăm dò Khai thác Dầu khí, Tập đồn Dầu khí Quốc gia Việt Nam, Việt Nam Khoa Dầu khí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 15/08/2017 Chấp nhận 18/10/2017 Đăng online 30/10/2017 Thành tạo trầm tích cacbonat khối xây Hệ tầng Tri Tơn, phía Nam bể Sơng Hồng đối tượng chứa quan trọng cơng tác tìm kiếm, thăm dò khai thác dầu khí Bài viết đề cập cụ thể đến trình biến đổi sau trầm tích hệ tầng bao gồm: trình nén ép, nứt nẻ, q trình xi măng hóa, canxit hóa, dolomit hóa, pyrit hóa, thạch anh hóa, trình hòa tan tái kết tinh để làm sáng tỏ đặc tính tầng chứa (tính chất rỗng, thấm đá) Cơ sở phân tích q trình biến đổi sau trầm tích dựa kết phân tích mẫu lát mỏng thạnh học, mẫu lõi kết hợp với tài liệu ĐVLGK giếng khu vực nghiên cứu Đá vôi hệ tầng Tri Tôn trải qua ba giai đoạn biến đổi sau trầm tích mơi trường khác nhau: giai đoạn biến đổi sớm môi trường biển; giai đoạn biến đổi môi trường nước ngầm giai đoạn biến đổi môi trường chôn vùi sâu Ứng với giai đoạn trình biến đổi sau trầm tích tương ứng Từ khóa: Biến đổi sau trầm tích Trùng lỗ kích thước lớn Sinh tướng Mơi trường lắng đọng Hệ tầng Tri Tơn © 2017 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Đặt vấn đề Trầm tích đá vơi khối xây khu vực đới nâng Tri Tơn có diện phân bố rộng, kéo dài khoảng 500km có chiều dày từ 300 - 1.000m, phát triển rộng nằm cao Lô 120-121, kéo dài qua Lơ 117 - 119 chìm dần phía Lơ 115 Đây đối tượng chứa khí quan trọng ghi nhận thông qua loạt phát khu vực _ *Tác giả liên hệ E-mail: phongnx@pvep.com.vn như: STB, CVX, CH… (Hình 1) Đới nâng Tri Tơn địa lũy hình thành q trình tách giãn mở bể Sơng Hồng thời kỳ Eocen - Oligocen sớm (Nguyễn Mạnh Huyền Hồ Đắc Hồi nnk, 2007) Các trầm tích phát triển đới nâng kế thừa địa hình móng nâng cổ trước Cenozoi Hoạt động kiến tạo Miocen sớm đặc trưng trình tách giãn đáy tiếp tục mở rộng biển Đông giảm nhiệt kèm theo dâng cao mực nước đại dương gây nên biển tiến tạo điều kiện thuận lợi hình thành cacbonat hệ tầng 336 Nguyễn Xuân Phong nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(5), 335-347 Sơng Hương (Địa chất Tài ngun dầu khí, 2007) Vào Miocen thềm lục địa tiếp tục lún chìm cao trào biển tiến khu vực hình thành nên đá vôi khối xây ám tiêu sinh vật hệ tầng Tri Tôn Đá vôi địa lũy Tri Tôn gồm tập đá vôi bên tập dolomit bên Kết phân tích cổ sinh - địa tầng cho thấy tập dolomit có tuổi Miocen sớm xếp vào hệ tầng Sông Hương Tập đá vôi nằm chỉnh hợp trầm tích hệ tầng Sơng Hương có tuổi Miocen xếp vào hệ tầng Tri Tôn, theo tên đới nâng Tri Tôn Đá vôi hệ tầng Tri Tơn có màu trắng, xám sáng đến vàng sẫm - nâu, xám tối, độ cứng trung bình, đơi chỗ rắn Cấu trúc đá thường có dạng khối, phân lớp, kiến trúc vi kết tinh đến ẩn tinh, số nơi tái kết tinh (Nguyễn Xuân Phong, Hoàng Ngọc Đang nnk, 2016) Đây thành tạo đá vôi sinh vật vụn sinh vật với thành phần chủ yếu khung xương vỏ sinh vạ t thuộc giống loài khác như: trùng lỗ sống đá y, tảo, san hô, huệ biển, động vật dạng rêu Trong lát cắt nghiên cứu, đá vôi hệ tầng Tri Tôn phân chia thành hai bậc: bậc Langhian bậc Serravallian Bậc Langhian đặc trưng có mặt phổ biến loài Austrotrillina Bậc Serravallian đặc trưng loài Katacycloclypeus lồi Austrotrillina hồn tồn vắng mặt phần (Nguyễn Xuân Phong, Hoàng Ngọc Đang nnk, 2016) Bậc Langhian hệ tầng Tri Tôn đặc trưng tổ hợp đá cacbonat cộng sinh tướng: đá cộng sinh tướng dạng hạt (grainstone) Soritid Miliolid - Miogypsina, đá cộng sinh tướng dạng hạt Coral - Algal - Miliolid, đá hỗn hợp dạng dạng hạt (grainstone - packstone) cộng sinh tướng Miogypsina - Soritid - Miliolid (Nguyễn Xuân Phong, Hoàng Ngọc Đang nnk., 2016) Hai tổ hợp đầu phát triển mạnh phần mặt cắt bậc Langhian có mơi trường trầm tích vũng vịnh/ thềm (interior platform) dựa hóa thạch thỉ mơi trường Soritid -Miliolid Tổ hợp cộng sinh tướng lại nằm mặt cắt bậc Langhian với hóa thạch thị Miogypsina đặc trưng cho mơi trường rìa thềm (platform margin) Như bậc Langhian có mơi trường trầm tích biến đổi từ vũng vịnh đến rìa thềm Bậc Serravallian hệ tầng Tri Tôn với đá hỗn hợp dạng hạt - dạng cộng sinh tướng tảo đỏ với trùng lỗ kích thước lớn (Rhodolith Cycloclypeus - Amphistegina grainstone Packstone) đặc trưng cho môi trường biển tương đối sâu trước ám tiêu/sườn thềm (fore reef or slope) (a) (b) Hướng dịch chuyển khí Hình Bản đồ phân bố đá vôi Mioxen hệ tầng Tri Tôn( a) mặt cắt địa chất (b) Nguyễn Xuân Phong nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(5), 335-347 Đá vôi đới nâng Tri Tôn có độ rỗng đa dạng phức tạp, kết từ q trình biến đổi sau trầm tích trình bày chi tiết phần sau Các độ rỗng thứ sinh đá vôi quan sát mẫu lát mỏng thạch học gồm có: độ rỗng hạt, độ rỗng hạt, độ rỗng kết tinh, độ rỗng nứt nẻ Nhìn chung, độ rỗng đá vôi Tri Tôn bảo tồn tốt, từ 20-28%, đá chứa có chất lượng tốt phát CVX khu vực phía Nam bể Sơng Hồng nói chung Phương pháp nghiên cứu 37 mẫu lát mỏng thạch học đá vôi hệ tầng Tri Tôn ảnh lát mỏng số giếng khoan thu thập phân tích kính hiển vi điện tử để nghiên cứu thành phần thạch học, phân loại đá vôi, xác định tướng, môi trường thành tạo nghiên cứu trình biến đổi sau trầm tích Các phương pháp nghiên cứu áp dụng dựa sở lý thuyết nhiều nhà nghiên cứu thạch học trầm tích Folk (1965) Dunham (1962) Cơ sở lý thuyết 3.1 Khái niệm biến đổi sau trầm tích Biến đổi sau trầm tích (diagenesis processes) q trình biến đổi vật lý hóa học xảy trầm tích sau lắng đọng, sau trình tạo đá điều kiện nhiệt độ áp suất mơi trường trầm tích Q trình biến đổi sau trầm tích thơng thường xảy từ trầm tích lắng đọng làm biến đổi khoáng vật chưa bền vững thành khoáng vật có tính chất bền vững Wayne M Ahr (2008) trích dẫn Scoffin (1987) người nhấn mạnh yếu tố chi phối trình biến đổi sau trầm tích bao gồm thành phần thạch học ban đầu trầm tích, tính chất hóa học chuyển động nước lỗ rỗng thời gian chơn vùi trầm tích Q trình biến đổi sau trầm tích diễn mơi trường khác sinh kiến trúc cấu tạo thứ sinh khác Quá trình biến đổi sau trầm tích theo chế học (vật lý), hóa học, sinh học kết hợp chế Biến đổi sau trầm tích theo chế học giảm thể tích đá nén ép q trình trầm tích bị chơn vùi Biến đổi sau trầm tích theo chế học có ảnh hưởng 337 lớn đến thay đổi độ rỗng đá chứa vơi Q trình biến đổi sau trầm tích theo chế sinh học chủ yếu xói mòn sinh vật (bioerosion) hoạt động mài mòn, cào, đào bới, xâm thực sinh vật bề mặt đá Một vài loại sinh vật tiết chất có khả hòa tan đá Biến đổi sau trầm tích theo chế hóa học có vai trò quan trọng thay đổi tính chất đá vơi Đây q trình phản ứng hóa học đá nước mà tốc độ hướng phản ứng phụ thuộc vào mức độ cân đá nước Các trình biến đổi sau trầm tích bao gồm: q trình nén ép, hòa tan, xi măng hóa, biến đổi chỗ (authigenesis), thay khoáng vật, tái kết tinh,… Sự biến đổi thay đổi hình dạng, kích thước, thể tích, thành phần hóa học cấu trúc tinh thể đá trầm tích ban đầu 3.2 Mơi trường biến đổi sau trầm tích Mơi trường biến đổi sau trầm tích phân loại chủ yếu dựa thành phần hóa học nước vị trí đá vôi bề mặt trái đất Các loại chất lưu nước khí quyển, nước lợ, nước biển nước mặn tác nhân trình biến đổi sau trầm tích chúng dịch chuyển có tiếp xúc với đá vơi Mơi trường chơn vùi nông hay sâu xác định không dựa vào đới theo chiều sâu dẫn mà dựa vào dấu hiệu tăng cao nhiệt độ-áp suất với chứng thành phần hóa học nước ngoại lai điển hình cho nước biển chơn vùi sâu bồn trầm tích Các yếu tố thị khác bao gồm: vật liệu biến đổi thứ sinh, khoáng vật, đặc trưng xi măng, thị địa hóa mơi trường Một số đặc trưng đá tiếp xúc hạt cường độ nén ép mạnh (overcompaction) stylolit thị áp suất đá Chỉ thị khoáng vật bị chôn vùi sâu xuất khoáng vật chịu nhiệt cao khoáng vật dolomit dạng yên ngựa (saddle dolomite), kerogen biến đổi mức độ cao, đặc điểm tinh thể, thành phần đồng vị xi măng lấp đầy lỗ rỗng Thành phần đồng vị Cacbon Oxy kết hợp với địa hóa chất lưu thường sử dụng để xác định nguồn gốc Cacbon nhiệt độ kết tinh tương ứng (Wayne M Ahr, 2008) Các môi trường biến đổi sau trầm tích bao gồm: đới thơng khí (vadose zone), đới bão hòa nước khí (meteoric phreatic zone), đới bão hòa hỗn hợp nước khí nước biển 338 Nguyễn Xuân Phong nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(5), 335-347 Hình Các mơi trường biến đổi sau trầm tích đá vơi (chỉnh sửa bổ sung từ Moore, 2001) (Freshwater-Seawater mixing zone), đới bão hòa nước biển (marine phreatic zone) đới chơn vùi sâu (subsurface or burial environments) (Hình 2) Đới thơng khí đới nằm ranh giới mực nước ngầm (water table) tất lỗ rỗng lấp đầy khơng khí nước Nước đới thơng khí tồn thời gian ngắn phụ thuộc vào tần suất chất lượng trình kết tủa, sau di chuyển qua đới thơng khí để lại màng căng dãn bề mặt bề mặt hạt màng mặt khum chất lỏng phần họng lỗ rỗng (pore throat) Tại độ sâu mà tất lỗ hổng lấp đầy nước gọi ranh giới mực nước ngầm đới bão hòa nước ngầm Dưới mực nước ngầm, tất lỗ rỗng lấp đầy nước khí định nghĩa đới bão hòa nước khí đới bão hòa nước Độ sâu mực nước ngầm thay đổi theo khu vực phụ thuộc vào đặc điểm địa chất sâu, hình thái địa hình, tính mao dẫn khí hậu khu vực Đới hỗn hợp khu vực có trộn lẫn nước khí nước biển đới bão hòa nước biển khu vực bão hòa hồn tồn nước biển Mơi trường chơn vùi sâu nơi có nhiệt độ áp suất gia tăng thành phần hóa học nước khơng giống nước thuộc đới đề cập trước đó, khác biệt thành phần nước môi trường chơn vùi sâu có tương tác đá nước, nước bị đẩy khỏi lỗ hổng q trình nén ép bị chơn vùi với nước nguồn khác tạo thành phần nước lai tạp 3.3 Các trình biến đổi sau trầm tích 3.3.1 Q trình nén ép Khi bị chơn vùi, đá trầm tích bị nén ép học với cường độ tăng dần theo chiều sâu chiều dày/ tải trọng lớp phủ trầm tích bên tăng lên Khi trình nén ép học xảy ra, hạt trầm tích tái xếp xích lại gần hơn, chí hạt bị vỡ cường độ nén ép đủ lớn Trong đá vôi hạt mịn sét kết, bột kết chứa vơi, q trình nén ép xảy ra, nước lỗ hổng bị di thoát làm cho hạt trầm tích bị ép lại gần Nguyễn Xuân Phong nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(5), 335-347 hơn, dẫn đến chiều dày lớp/phân lớp giảm làm tăng mật độ đá Trong đá vơi có kích thước hạt lớn (thường đá vôi dạng hạt - grainstones, đá vôi dạng thể - boundstones), trình nén ép làm thay đổi xếp hạt, gây tiếp xúc hạt với cường độ mạnh dần theo lực nén ép Cấu trúc đường khâu (stylolit) phổ biến đá vơi hình thành q trình biến đổi thứ sinh kết hợp chế học hóa học bao gồm q trình nén ép q trình hòa tan 3.3.2 Q trình hòa tan Q trình hòa tan xảy hệ thống đá - nước chưa cân bằng, nghĩa nước chưa bão hòa CaCO3 Ví dụ, nước khí hòa tan CaCO3 độ bão hòa đạt trạng thái cân đá nước Khi hệ thống tiếp tục bổ sung nước khí quyển, chưa bão hòa nên phản ứng xảy q trình hòa tan lại tiếp tục Q trình hòa tan đá vơi phát triển rộng tạo địa hình karst (hang hốc, hố sụt) tăng kích thước lỗ hổng tạo lỗ rỗng dạng hình cầu (mold, vug) Nước di chuyển xuống tầng chứa nước (aquifer) tiếp tục hòa tan trình dịch chuyển chưa bão hòa CaCO3 Q trình hòa tan dừng lại nước ngầm trở nên bão hòa, lượng canxi cacbonat vượt giới hạn (dư thừa) dung dịch dẫn đến trình kết tủa, q trình xi măng hóa xảy 3.3.3 Q trình xi măng hóa Q trình xi măng hóa diễn độ bão hòa nước lỗ rỗng đá vơi cao, điển hình ngưng tụ khoáng vật lỗ rỗng nguyên sinh thứ sinh Quá trình xi măng hóa thường làm giảm độ rỗng độ thấm đá vơi Q trình xi măng hóa đá vôi bắt đầu với pha xi măng sớm môi trường biển sau lắng đọng trầm tích tiếp tục xảy mơi trường chôn vùi sâu Trong môi trường chứa chất lưu thành phần hóa học khác nhau, tiếp xúc với đá vơi q trình di chuyển tạo nên kiểu xi măng hóa đặc trưng riêng Wayne M Ahr (2008) cho biết Folk (1974) người nhấn mạnh tầm quan trọng yếu tố chi phối khoáng vật tinh thể hình thành dạng xi 339 măng bao gồm: hàm lượng Mg nước lỗ hổng, độ mặn nước kiểu môi trường xảy trình xi măng hóa Trong cơng trình cơng bố Wayne M Ahr (2008) nhấn mạnh James Choquette (1983) người cho mơi trường bão hòa nước biển mơi trường lí tưởng cho q trình xi măng hóa dẫn đến giảm độ rỗng đá chứa Trong môi trường này, xi măng phổ biến dạng Mg- Canxit Aragonit lượng hàm lượng Mg dồi có xu hướng kết tủa Aragonit Ma-Canxit Do cation hoạt động bề mặt (Ca2+, Mg2+) có hàm lượng cao nên tập trung ion CO3 có hàm lượng lớn so với mơi trường bão hòa nước khí quyển, điều kiện thích hợp cho hình thành xi măng Canxit-Mg Aragonit có kích thước tinh thể canxit dài, dạng sợi phát triển thành viền bọc xung quanh hạt (fibrous cement) Trong mơi trường thống khí mơi trường bão hòa nước khí quyển, xi măng kết tinh dạng tinh thể canxit hình khối (blocky calcite) hình thoi dạng phiến (bladed calcite cement) Mơi trường có hàm lượng cation hoạt động bề mặt (Ca2+, Mg2+) thấp, nên khả tập trung ion CO3 thấp Do vậy, đá vôi trạng thái cân mức bão hòa nên hình thành xi măng canxit dạng khối có kích thước Đặc biệt mơi trường thống khí, xi măng có dạng mặt khum điển hình xuất phần tiếp xúc hạt màng căng giãn bề mặt giữ lại chất lưu để kết tủa xi măng Xi măng đới bão hòa nước ngầm đặc trưng dạng kết vỏ dày theo vành dạng viền lỗ hổng (pore-lining cement) Mơi trường bão hòa hỗn hợp nước ngầm nước biển mơi trường có thành phần hóa học trung gian hai môi trường kể trên, tượng xi măng hóa tìm thấy phổ biến mơi trường xi măng kết vỏ (circumgranular cement) Cùng với q trình chơn vùi, thành phần khống vật nước lỗ hổng thay đổi có pha trộn nước di thoát đá nước lắng đọng ban đầu trầm tích, dẫn đến tinh thể khoáng vật xi măng thay đổi theo Xi măng canxit, dolomit khống vật khác hình thành dựa thành phần hóa học nước độ cân khống hóa khống vật Nếu canxit hình thành mơi trường chơn vùi sâu, chúng thường tinh thể 340 Nguyễn Xuân Phong nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(5), 335-347 có kích thước lớn, cấu trúc rõ ràng lấp đầy phần lại lỗ hổng không gian rỗng hạt Với lỗ hổng thông nhau, tinh thể lớn gọi tinh thể dạng khảm (poikilotopic crystals) Do thành phần Mg giảm theo chiều sâu chôn vùi, canxit chôn vùi hình thành chứa hàm lượng Mg thấp tương tự môi trường nước Tuy nhiên môi trường chôn vùi sâu, hàm lượng sắt canxit tương đối cao so với môi trường nước nước biển, phụ thuộc vào có mặt Fe giai đoạn oxy hóa - khử mơi trường diễn q trình xi măng hóa Hàm lượng sắt cao tinh thể mạng canxit đặc trưng cho môi trường khử dễ dàng nhận biết dùng phẩm màu kali ferixyanua K3Fe(CN)6 mẫu lát mỏng Canxit chứa sắt (Ferroan calcite), thường có hàm lượng ion Fe2+ lên đến hàng nghìn ppm, bị đổi thành sắc xanh da trời sử dụng phẩm màu Tóm lại, xi măng xuất mơi trường thống khí, mơi trường nước biển, nước khí mơi trường chơn vùi sâu Các giai đoạn hình thành xi măng nhận biết mối quan hệ xuyên cắt pha tạo xi măng Ví dụ, xi măng kết vỏ dày theo vành xung quanh hạt pha xuất môi trường bão hòa nước biển Xi măng có dạng mặt khum xuất điểm tiếp xúc hạt pha thứ hai đá vơi mơi trường thống khí Pha thành tạo xi măng cuối xảy lấp đầy khơng gian rỗng hạt hình thành xi măng canxit dạng khối có kích thước lớn, cấu trúc rõ ràng tạo thành xi măng dạng khảm lỗ hổng thông xi măng điển hình mơi trường chơn vùi sâu (Hình 3) 3.3.4 Quá trình tái kết tinh Tái kết tinh trình liên quan đến thay đổi kích thước, hình dạng hướng mạng lưới tinh thể mà khơng có thay đổi lớn thành phần khống vật, đơi q trình gọi “sự tạo hình mới” (neomorphism), thuật ngữ đưa R.L.Folk(1965) sau Wayne M Ahr (2008) bao gồm hai trình: tái kết tinh thực (true recrystallization) nghịch đảo khoáng vật (mineralogical inversion) Tái kết tinh thực sự thay đổi hình dạng tinh thể khơng thay đổi thành phần khống vật: ví dụ, tinh thể có kích thước cỡ µm micrit canxit trải qua q trình biến đổi thành tinh thể canxit dạng khối có kích thước cỡ mm gọi “sự tạo hình bồi tụ” (aggradational neomorphism) (R.L.Folk, 1965 Wayne M Ahr, 2008) Nghịch đảo khống vật khơng phải tái kết tinh hồn tồn, hơn, q trình mà khống vật khơng bền vững aragonit Mg-Canxit trải qua trình thay đổi tinh thể thành phần để trở thành canxit thơng thường Sự thay q trình thay hồn tồn khống vật thành khống vật khác, phổ biến tượng dolomit hóa Quá trình dolomit hóa thơng thường q trình thay canxit aragonit, thay khoáng vật anhydrit (CaSO4) SiO2 phổ biến, canxit silica (SiO2) nhìn chung thay khống vật bay trước 3.3.5 Q trình pyrit hóa Đới bão hòa nước biển-Xi măng riềm kết vỏ dày Đới thơng khí- Xi măng dạng khum Đới chơn vùi sâu- Xi măng canxit dạng khối Hình Trình tự hình thành trình xi măng hóa (Wayne M Ahr, 2008) Pyrit phổ biến đá vơi, nghiên cứu trầm tích gần cho thấy pyrit sinh xuất đầu giai đoạn biến đổi thứ sinh trầm tích độ sâu vài cm đáy biển (Berner, 1984) Dưới có mặt oxy, vi khuẩn nuôi dưỡng cacbon hữu trầm tích hơ hấp mơi trường ưa khí Khi chiều sâu chôn vùi tăng, vật chất hữu bị phân hủy yếm khí, chủ yếu khử sulfat Quá trình thể phương trình: 2CH2O + SO42- H2S + 2HCO3- Nguyễn Xuân Phong nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(5), 335-347 Tuy nhiên, theo Jogenson (1982) phản ứng trải qua nhiều giai đoạn khác nhau, bao gồm phân hủy hợp chất cao phân tử vi sinh (biopolymer) trình lên men vi khuẩn tạo phân tử hữu đơn giản cung cấp cho phản ứng khử sulfat Sản phẩm phụ phản ứng hydro-sulfit (H2S) lại tham gia vào phản ứng khử oxit sắt có nước lỗ hổng để tạo monosunphit (FeS) Vi khuẩn đóng vai trò phân hủy H2S giải phóng lưu huỳnh hòa tan dung mơi, sau tham gia phản ứng với FeS để tạo pyrit Các q trình biến đổi sau trầm tích đá vôi Hệ tầng Tri Tôn Sự biến đổi sau trầm tích đá vơi Hệ tầng Tri Tơn xảy sớm chí q trình tạo đá có mặt pha xi măng biển sớm (early marine cements) Các trình biến đổi sau trầm tích khác ảnh hưởng tới tính chất rỗng đá quan sát mẫu 341 lát mỏng từ giếng khoan trình nén ép, nứt nẻ, xi măng hóa, canxit hóa, q trình dolomit hóa, pyrit hóa, thạch anh hóa, q trình hòa tan tái kết tinh Các nghiên cứu cụ thể trình bày 4.1 Quá trình xi măng hóa Đá vơi Hệ tầng Tri Tơn trải qua q trình xi măng hóa mơi trường bão hòa nước biển thể qua kiểu xi măng đặc trưng có dạng canxit hạt nhỏ (Hình 4C), dạng sợi (fibrous cement) dạng kết vỏ sợi dày (isopachous cement) (Hình 4D) Trong mơi trường bão hòa nước khí quyển, xi măng kết tinh dạng tinh thể canxit hình khối (Blocky calcite - Hình 4A) hình thoi dạng phiến (bladed calcite cement) hay dạng phiến với sợi dày (isopachous blades) Q trình xi măng hóa mơi trường thống khí gặp đá vơi hệ tầng Tri Tơn khơng thể rõ ràng Hình Các dạng xi măng hóa đá vơi Hệ tầng Tri Tôn: A Xi măng canxit dạng khối (Mẫu độ sâu 1525.30 mMD, GK3); B Xi măng canxit kết tinh dạng khảm (1568.24mMD, GK3, Nicols-); C Xi măng kết vỏ canxit hạt nhỏ môi trường biển sớm (1558.96mMD, GK3, Nicols-); D Xi măng kết vỏ dạng Isopachous (1517.50mMD, GK3, Niclos-) 342 Nguyễn Xuân Phong nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(5), 335-347 Môi trường bão hòa hỗn hợp nước ngầm nước biển mơi trường có thành phần hóa học trung gian hai môi trường kể trên, tượng xi măng hóa tìm thấy phổ biến mơi trường xi măng kết vỏ quanh hạt có dạng hình cầu (circumgranular cement) Trong môi trường chôn vùi sâu, xi măng canxit dạng khảm (poikilotopic crystals) tìm thấy đá vơi hệ tầng Tri Tơn (Hình 4B) Như vậy, khu vực phát Cá Voi Xanh thuộc đới nâng Tri Tơn, tượng xi măng hóa tầng đá chứa đá vôi diễn phổ biến, bao gồm dạng: xi măng dạng mặt khum (meniscus cement), viền xi măng dạng sợi (fibrous cement), xi măng dạng khối (blocky cement), xi măng kết vỏ hình cầu (circumgranular cement) chí vỏ sợi dày gọi xi măng kết vỏ sợi dày (isopachous cement)… 4.2 Quá trình pyrit hóa Mặc dù khối lượng chúng so với tương quan hợp phần tạo đá khác, pyrit sinh phổ biến lát cắt địa tầng khu vực nghiên cứu Dưới Nicol- Nicol+, khoáng vật pyrit có màu đen, tắt sáng, tinh thể pyrit có dạng tự hình theo hình vng đa giác gần Tập hợp đơn tinh thể có dạng hình cầu thành đám hỗn độn (Hình 5A) Nhìn chung pyrit hóa lấp đầy khơng gian lỗ hổng hạt cấu trúc đường khâu (Hình 5B) làm giảm độ rỗng đá vơi 4.3 Q trình hòa tan tái kết tinh Q trình hòa tan phổ biến chi phối chất lượng chứa đá vơi hệ tầng Tri Tơn Q trình hòa tan liên quan đến thành phần hạt (là hóa thạch đặc biệt foram) xi măng tái kết tinh Khi quan sát mẫu lát mỏng đá vôi cho thấy có nhiều kiểu hòa tan hòa tan phần hạt, hòa tan hồn tồn hạt hòa tan xi măng tái kết tinh (Hình 6) Quá trình hòa tan mạnh mẽ liên quan đến xâm nhập nước ngầm thành hệ đá tiếp xúc với khơng khí giai đoạn mực nước biển thấp Loại hòa tan thường sinh hang hốc karst phần đá vôi Tri Tơn Pha hòa tan muộn làm mở rộng khe nứt cấu tạo đường khâu Q trình hòa tan tạo độ rỗng thứ sinh mở rộng độ rỗng nguyên sinh trước độ rỗng hạt, độ rỗng tái kết tinh tạo độ rỗng hạt Các lỗ rỗng sinh q trình hòa tan bảo tồn, bị lấp đầy xi măng qua trình chơn vùi sâu sau Q trình tái kết tinh quan sát rõ mẫu lát mỏng đá vơi hệ tầng Tri Tơn Q trình tái kết tinh, thường viền xi măng canxit, bảo tồn cấu trúc ban đầu vật liệu sinh vật đá vôi Một phần đáng kể khung xương sinh vật tái kết tinh thành canxit Tái kết tinh canxit dolomit sinh cấu trúc tinh thể vi tinh dạng men rạn đá có kích thước hạt lớn (Hình 4B) Hình A Pyrit tự hình, xâm tán (1528.48mMD, GK2, Nicols+); B Pyrit lấp đầy cấu trúc đường khâu (1530.03mMD, GK2, Nicols+) Nguyễn Xuân Phong nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(5), 335-347 343 Hình Q trình hòa tan sớm khung xương sinh vật A (1525.30 mMD, GK3); B (1524.49 mMD, GK3) Hình Q trình dolomit hóa đá vơi Tri Tơn: A Dolomit tự hình bán tự hình thay hoàn toàn canxit bên lỗ hổng (1583.25 mMD, GK2, Nicols+); B Dolomit hạt tự hình bán tự hình thay hoàn toàn canxit bên khe nứt (1583,25mMD, GK2, Nicols+) 4.4 Q trình dolomit hóa Dolomit hóa q trình phổ biến diễn đá vơi nói chung đá vơi hệ tầng Tri Tơn nói riêng Rất nhiều mẫu lát mỏng toàn mặt cắt quan sát thấy xuất dolomit nhiều giai đoạn với mức độ khác Quá trình dolomit hóa liên quan trực tiếp đến kết tủa khoáng vật dolomit thay khoáng vật canxit dolomit Dolomit hóa giai đoạn đầu diễn thay nền, hạt xi măng canxit; giai đoạn muộn hơn, q trình dolomit hóa lấp đầy lỗ hổng hạt hòa tan hạt sinh vật (Hình 7A) Sau cùng, q trình dolomit hóa lấp đầy phần đến tồn phần khe nứt (Hình 7B) Quan sát mẫu lát mỏng thạch học giếng GK-2X, GK-3X, kính hiển vi Nicol-, tinh thể dolomit có dạng hình thoi tự hình bán tự hình, khơng màu phớt hồng nhuộm, giả hấp phụ, cát khai hồn tồn Dưới kính hiển vi Nicol+, màu giao thoa cao trắng bậc cao Quá trình dolomit hóa làm tăng độ rỗng ảnh hưởng đến độ rỗng ban đầu phụ thuộc vào thành phần thạch học đá vơi mà thay Đối với đá vơi có thành phần bùn chiếm ưu thế, trình thay tinh thể dolomit có kích thước lớn làm tăng độ rỗng đá vơi có thành phần hạt chiếm ưu lại ảnh hưởng (F Jerry Luicia, 2007) Q trình dolomit hóa làm tăng độ rỗng co ngót thể tích hình thành tinh thể dolomit tạo độ rỗng hạt kết tinh (intercrytal porosity) Tuy nhiên, thường q trình dolomit hóa thay hồn tồn sau q trình nén ép xảy lại làm giảm độ rỗng đá Tỷ lệ dolomit hóa qua khảo sát giếng khoan khác nên việc nghiên cứu 344 Nguyễn Xuân Phong nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(5), 335-347 Hình Quá trình nén ép học đá vôi Hệ tầng Tri Tôn: A Nứt vỡ hạt (1528.52 mMD, GK3); B Vỏ xi măng canxit bị biến dạng nén ép học (1527.70 mMD, GK3) Hình Các khe nứt kiến tạo cắt qua hạt xi măng: A (1549.25mMD, GK2); B (1566.50mMD, GK2) phân bố dolomit đá vơi Tri Tơn dấu hỏi 4.5 Q trình nén ép Trong đá vơi hệ tầng Tri Tơn, quan sát mẫu lát mỏng thấy trình nén ép học gây vỡ hạt, tạo vi khe nứt cắt qua hạt làm biến dạng viền xi măng canxit bao xung quanh hạt (Hình 8A,B) Ngồi quan sát thấy cấu trúc đường khâu hay gọi cấu trúc stylolit Đây cấu trúc dạng đường cưa hình thành đá theo chế hòa tan áp suất (pressure solution), nghĩa trình nén ép kết hợp đồng thời với có mặt áp suất chất lưu lỗ hổng trình hòa tan (Wayne M Ahr, 2008) Khi quan sát mẫu lát mỏng thạch học cho thấy cấu trúc đường khâu bị lấp đầy pyrit màu đen (Hình 5B), canxit vi hạt nhuốm màu nâu đỏ oxit sắt sét (Hình 10A) dấu hiệu cho thấy đá vôi bị phơi lộ giai đoạn định Một số mẫu quan sát thấy cấu trúc stylolit cắt qua hạt xi măng tái kết tinh cho thấy cấu trúc đường khâu hình thành muộn (Hình 5B, 10B) Cấu trúc đường khâu làm tăng tính chất rỗng, thấm đá chứa Tuy nhiên, chúng bị lấp đầy vật liệu pyrit, canxit vi hạt dẫn đến làm giảm độ rỗng đá vôi Khi quan sát mẫu lát mỏng thấy khe nứt kiến tạo bị lấp đầy phần toàn phần xi măng canxit vi hạt, đôi chỗ quan sát thấy vi khe nứt mở lấp đầy chất nhuộm màu (Hình 9A,B) Một số khe nứt ban đầu lấp đầy xi măng canxit bị thay dolomit (Hình 7B) Một số khe nứt hình thành muộn cắt qua cấu trúc đường khâu chưa bị lấp đầy làm tăng độ rỗng đá (Hình 10B) Các khe nứt việc làm tăng lỗ hổng cho đá đóng góp quan trọng làm tăng độ thấm đá chứa Nguyễn Xuân Phong nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(5), 335-347 345 Hình 10 A Cấu trúc đường khâu bị lấp đầy canxit vi hạt nhuốm màu nâu đỏ oxit sắt sét (1553.28 mMD, GK2, Nicol-); B Cấu trúc đường khâu bị lấp đầy pyrit cắt qua hạt tảo xi măng tái kết tinh, khe nứt cắt qua đường khâu chưa bị lấp đầy (1522.50mMD, GK3, Nicol+) 4.6 Q trình thạch anh hóa Q trình thạch anh hóa khơng phổ biến đá vơi Hệ tầng Tri Tôn, chúng tập trung phần lát cắt Khơng giống q trình dolomit hóa, thạch anh hóa diễn muộn Trong đá vơi Hệ tầng Tri Tôn, thạch anh thay lấp đầy lỗ hổng hạt Dưới kính hiển vi Nicol - quan sát thấy hình dáng tinh thể lăng trụ đơi tha hình khơng gian lỗ hổng khống chế, cấu trúc vi hạt, không màu, mặt không sần, không (chiết suất gần chiết suất nhựa, No=1,544, Ne=1,553), không cát khai tắt sáng đồng thời Dưới Nicol+ có màu sáng trắng bậc Thạch anh hóa thay hạt xi măng (Hình 5A) Q trình thạch anh hóa làm giảm độ rỗng đá Về nguồn gốc luận giải trình nhiệt dịch, nguồn keo oxit silic từ mặt xâm nhập xuống sâu, gặp nhiệt độ áp suất cao tái kết kinh thành Opal (SiO2 nH2O) sau thành Chalcedon (SiO2 H2O) dạng ẩn tinh cuối hình thành tinh thể thạch anh mơi trường axit có độ PH thấp Ở có thêm chứng đá vôi Hệ tầng Tri Tôn nằm đới nước ngầm gần mặt liên quan đến hoạt động kasrt 4.7 Trình tự giai đoạn biến đổi sau trầm tích Q trình biến đổi sau trầm tích đá vơi Hệ tầng Tri Tôn diễn rộng sản phẩm nhiều trình bao gồm xi măng hóa, hòa tan gần bề mặt, dolomit hóa, thạch anh hóa, pyrit hóa, tái kết tinh nén ép đề cập Một số q trình bị chi phối thay đổi mực nước biển tương đối Qua nghiên cứu cho thấy trình biến đổi sau trầm tích đá vơi hệ tầng Tri Tơn chia làm giai đoạn: i) Quá trình biến đổi sau trầm tích sớm mơi trường biển; ii) Q trình biến đổi sau trầm tích gần bề mặt chơn vùi nông hoạt động nước ngầm; iii) Quá trình biến đối sau trầm tích mơi trường chơn vùi sâu Trình tự trình biến đổi sau trầm tích đá vơi hệ tầng Tri Tơn mơ tả chi tiết sau Q trình biến đổi sau trầm tích đá vơi hệ tầng Tri Tơn giai đoạn đầu phải kể đến trình xi măng hóa thứ mơi trường bão hòa nước biển môi trường nước ngầm hỗn hợp hai mơi trường Q trình xi măng hóa nhận biết có mặt xi măng canxit hạt mịn kết vỏ xung quanh hạt viền lỗ hổng hạt (hay gọi micritic hóa micritization), xi măng dạng sợi (Fibrous cement) xi măng dạng kết vỏ dày (Isopachous cement) Các mẫu lát mỏng giếng khoan GK1, GK2; GK3 GK4 thể rõ pha hình thành xi măng mơi trường biển giai đoạn sớm (Hình 4C, D-mũi tên màu đỏ) Q trình xi măng hóa sớm góp phần quan trọng việc cố kết hạt đá Sau pha xi măng sớm q trình hòa tan sớm thể khung xương sinh vật bị hòa tan phần tạo thành lỗ rỗng hạt (Moldic porosity) Q trình hòa tan xảy hạt hòa tan phần nhiều hạt tạo thành lỗ hổng có kích thước lớn 346 Nguyễn Xuân Phong nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(5), 335-347 Quá trình biến đổi sau trầm tích pha xi măng thứ hai môi trường nước ngầm thể qua có mặt xi măng canxit dạng khối lấp đầy lỗ rỗng hạt hạt, bao xi măng dạng vỏ dày bao xi măng canxit hạt nhỏ viền xung quanh hạt (Hình 4A, D-mũi tên màu đen) Q trình hòa tan sớm tiếp tục xảy thời gian để tạo lỗ rỗng hạt lỗ rỗng hạt Trên mẫu lát mỏng thạch học dễ dàng quan sát mảnh sinh vật bị canxit hóa phần khoang rỗng lại bị hòa tan phần khung xương (do khơng bị canxit hóa nên khơng bảo tồn) (Hình 6) Q trình dolomit hóa xảy sau q trình xi măng hóa thứ hai quan sát thấy mẫu lát mỏng Hiện tượng số hạt dolomit mọc canxit dạng khối canxit hạt mịn cho thấy dolomit tái kết tinh thay canxit hình thành trước Trong số mẫu lát mỏng quan sát thấy dolomit kết tinh thay thành đám có kích thước lớn (Hình 7) Khi chơn vùi sâu hơn, đá vôi Tri Tôn tiếp tục trải qua trình nén ép học Quá trình quan sát mẫu lát mỏng hạt trầm tích bị vỡ, chí viền xi măng canxit bị ép biến dạng so với khung sinh vật ban đầu (Hình 8B) Quá trình stylolit nứt nẻ diễn muộn q trình chơn vùi sâu đá Trên mẫu lát mỏng thạch học quan sát thấy cấu trúc đường khâu cắt ngang qua hạt, cắt qua xi măng canxit dạng khối dolomit hình thành trước Cuối pha hòa tan muộn nứt nẻ kiến tạo hình thành độ rỗng đá vôi quan sát thấy mẫu lỗ hổng khe nứt làm mở rộng cấu trúc đường khâu (Hình 10B) Ở ghi nhận xuất oxit sắt màu vàng nâu lấp đầy cấu trúc đường khâu cho thấy đá vôi bị nâng lên gần bề mặt bị ảnh hưởng nước ngầm thành hệ Một số mẫu lát mỏng quan sát thấy cấu trúc đường khâu bị lấp đầy pyrit (Hình 5B) Kết luận Qua kết nghiên cứu q trình biến đổi sau trầm tích đá vơi hệ tầng Tri Tơn thuộc phía Nam bể trầm tích Sơng Hồng, nhóm tác giả đến kết luận sau: - Các trình biến đổi sau trầm tích đá vơi hệ tầng Tri tơn xảy sớm trình thành đá Các trình biến đổi sau trầm tích đá bao gồm: i) Quá trình nén ép, nứt nẻ; ii) Quá trình xi măng hóa, canxit hóa; iii) Q trình dolomit hóa, pyrit hóa, thạch anh hóa; iv) Q trình hòa tan tái kết tinh - Đá vôi hệ tầng Tri Tôn trải qua ba (03) giai đoạn biến đổi sau trầm tích theo thứ tự gồm: i) Giai đoạn biến đổi sau trầm tích mơi trường biển giai đoạn sớm; ii) Giai đoạn biến đổi sau trầm tích môi trường nước ngầm; iii) Giai đoạn biến đổi sau trầm tích mơi trường chơn vùi sâu Tài liệu tham khảo Berner, R A., 1984 Sediment Pyrite formation: an update Geochimica et Cosmochimica Acta 48, 605-615 Nguyễn Hiệp, 2007 Địa chất Tài nguyên dầu khí Việt Nam Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Jerry Lucia, F., 2007 Carbonate reservoir characterization Van Gorsel, J T., 1981 Paleoenvironmental distribution of Mid-Cretaceous to Recent larger foraminifera Van Gorsel, J T., 2013 Báo cáo phân tích cổ sinh giếng khoan 1X, 2X, 3X, CH-1X khu vực Nam Sông Hồng Van Gorsel, J T., 2015 Báo cáo phân tích cổ sinh giếng khoan 4X khu vực Nam Sông Hồng James Lee Wilson, 1975 Carbonate facies in geology history Springer - Verlag, New York Jorgensen, B B., 1982 Ecology of the bacteria of the Sulphur cycle with special reference to anoxicoxic interface envirnments Philosophical transactions of the royal society of London B298, 543-561 Moore C.H, 2001 Carbonate reservoir: Porosity evolution and diagenesis in a sequence stratigraphic framework Nguyễn Xuân Phong, Hoàng Ngọc Đang, Nguyễn Ngọc, Lê Hải An, Lý Thị Huệ, Trịnh Sóng Biển, 2016 Sinh tướng mơi trường trầm tích carbonat hệ tầng Tri Tơn Miocen nam bể Sơng Hồng Tạp chí dầu khí 12 Nguyễn Xuân Phong nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(5), 335-347 Folk L Louis, 1959 Practical petrographic classification of limestone AAPG Bulletin 43 138 Duham J Robert, 1962 Classification of carbonate rocks according to depositional texture Classification of Carbonate rocks, edited by William E.Ham AAPG Memoir No.1.: p 108 121 347 Vũ Ngọc Diệp, 2011 Đặc điểm mơ hình trầm tích cacbonate tuổi Miocene phần Nam bể trầm tích Sơng Hồng Luận án Tiến sĩ, Đại học Mỏ - Địa chất Wayne M Ahr, 2008 Geology of Carbonate Reservoirs ABSTRACT The diagenesis characteristics of the Tri Ton carbonate formation in the southern Song Hong basin Phong Xuan Nguyen 1, An Hai Le 2, Dang Ngoc Hoang 1, Long Tien Nguyen 1, Huyen Thanh Thi Luong 1, Liem Trong Nguyen 1, Hue Minh Thi Dang 1, Hong Thi Nguyen 1, Hue Thi Ly 1, Bien Song Trinh 1 PetroVietnam Exploration Production Corporation, Vietnam Oil and Gas Group, Vietnam Faculty of Oil and Gas, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam Carbonate build-up of Tri Ton Formation is one of the most important targets in exploration in the South part of Song Hong Basin This paper is to discuss in more detail carbonate’s diagenesis processes including: compaction, fracturing, cementation, calcitezation, dolomitization, pyritezation, quartzation, karst, dissolution and precipitation with the aim of clarifying carbonate reservoir properties and their impacts on porosity and permeability based on studying of thin sections and cores combined with well log data in the studying area Tri Ton carbonate was experienced three stages of diagenesis: the marine realm soon after deposition, then the diagenesis in meteoric and vadose zone and finally diagenesis in deeply burial environment, each individual stage correspond to typical diagenesis processes ... - Đá vôi hệ tầng Tri Tôn trải qua ba (03) giai đoạn biến đổi sau trầm tích theo thứ tự gồm: i) Giai đoạn biến đổi sau trầm tích môi trường biển giai đoạn sớm; ii) Giai đoạn biến đổi sau trầm tích. .. thêm chứng đá vôi Hệ tầng Tri Tôn nằm đới nước ngầm gần mặt liên quan đến hoạt động kasrt 4.7 Trình tự giai đoạn biến đổi sau trầm tích Q trình biến đổi sau trầm tích đá vơi Hệ tầng Tri Tơn diễn... biến đổi sau trầm tích gần bề mặt chơn vùi nơng hoạt động nước ngầm; iii) Quá trình biến đối sau trầm tích mơi trường chơn vùi sâu Trình tự q trình biến đổi sau trầm tích đá vôi hệ tầng Tri Tôn