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

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 HỒI NGA ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HĨA VÀ THẠCH HỌC HỮU CƠ CỦA THAN VÀ SÉT THAN TRONG TRẦM TÍCH MIOCEN KHU VỰC PHÍA BẮC BỂ SƠNG HỒNG Chun ngành: Khống vật học 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 chỉnh sửa theo Quyết nghị Hội đồng đánh giá luận án Người hướng dẫn khoa học Chủ tịch hội đồng đánh giá Luận án Tiến sĩ GS.TS Trần Nghi PGS.TS Nguyễn Văn Vượng HÀ NỘI - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi với hướng dẫn khoa học tập thể cán hướng dẫn Các kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Nghiên cứu sinh Lê Hồi Nga LỜI CẢM ƠN Luận án thực Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội hướng dẫn khoa học Giáo sư, Tiến sĩ, Nhà giáo Nhân dân Trần Nghi - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tiến sĩ Trần Đăng Hùng - Tổng Công ty Thăm dị Khai thác Với lịng kính trọng biết ơn, nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn chân thành tới hướng dẫn tận tình thầy hướng dẫn Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, tạo điều kiện động viên tập thể lãnh đạo Viện Dầu khí Việt Nam, Trung tâm Nghiên cứu Tìm kiếm Thăm dị Khai thác dầu khí, cán phịng Địa hóa đặc biệt cảm ơn hỗ trợ nhiệt tình Ban chủ nhiệm dự án ENRECA, cán chuyên gia dự án thuộc Cục Địa chất Đan Mạch Greenland Xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo - cán Khoa Địa chất, cán phòng ban Trường Đại học Khoa học Tự nhiên tạo điều kiện, giúp đỡ nghiên cứu sinh suốt trình học tập trường Xin gửi lời tri ân sâu sắc đến ủng hộ, động viên tinh thần lớn lao gia đình, bạn bè dành cho nghiên cứu sinh suốt trình học tập, làm việc hoàn thành luận án MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ CHƢƠNG 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 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 35 2.1.1 Môi trƣờng thành tạo than bùn 37 2.1.2 Quá trình biến đổi VCHC trầm tích – q trình than hóa 42 2.1.3 Thành phần vật chất hữu 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 giới 53 2.2.2 Lịch sử nghiên cứu thạch học than Việt Nam 54 2.3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 61 2.3.1 Phƣơng pháp phân tích thạch học hữu 61 2.3.2 Phƣơng pháp phân tích độ phản xạ vitrinit 62 2.3.3 Phƣơng pháp nhiệt phân tiêu chuẩn Rock-Eval 63 2.3.4 Phƣơng pháp sắc ký 68 CHƢƠNG 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 than, sét than phụ thống Miocen dƣới 71 3.1.2 Thành phần maceral than, sét than phụ thống Miocen 86 3.1.3 Thành phần maceral than phụ thống Miocen 92 3.2 NHÃN THAN (COAL RANK) 94 3.3 ĐIỀU KIỆN CỔ MÔI TRƢỜNG THÀNH TẠO THAN 96 CHƢƠNG 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 CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO 124 PHỤ LỤC 134 BẢN ẢNH 140 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT GK: Giếng khoan GC: Sắc ký khí GCMS: Khối phổ ký HC: Hydrocacbon hay dầu, khí HI: Chỉ số hydrogen LC: Sắc ký lỏng MVHN: Miền võng Hà Nội Pr: Pristan Ph: Phytan RE: Rock Eval Ro,%: Độ phản xạ ánh sáng môi trƣờng dầu nhúng vitrinit S1: Hydrocacbon tự phép phân tích Rock Eval S2: Hydrocacbon đƣợc sinh phép phân tích Rock Eval TOC,%: Tổng hàm lƣợng cacbon hữu tính phần trăm đá Tmax: Nhiệt độ cực đại đỉnh pick S2 phép phân tích Rock Eval VCHC: Vật chất hữu DANH MỤC BẢNG Bảng Phân loại kerogen theo nguồn gốc dạng maceral 52 Bảng 2 Các hệ thống phân loại maceral thông dụng 56 Bảng Hệ thống phân loại maceral đƣợc sử dụng luận án 57 Bảng Phân loại đá mẹ theo tiêu phân tích nhiệt phân RE 66 Bảng Tổng hợp tiêu phân loại kerogen [55] có chỉnh sửa 67 Bảng Ngƣỡng trƣởng thành đá mẹ theo Ro Tmax 67 Bảng Phân loại đá mẹ theo hàm lƣợng bitum [52] 68 Bảng Thành phần maceral than, sét than sét Miocen dƣới GK 102-CQ-1X 72 Bảng Thành phần maceral mẫu than Miocen 87 Bảng 3 Thành phần maceral mẫu than Miocen GK 01-KT-TB08 lô MVHN-01KT khu vực MVHN 93 Bảng Kết phân tích RE mẫu sét, sét than than khu vực nghiên cứu 101 Bảng Độ sâu đạt ngƣỡng trƣởng thành đá mẹ giếng khoan 110 Bảng Thứ tự sinh dầu từ maceral [90] 119 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Phân vùng cấu trúc bể trầm tích Sơng Hồng khu vực nghiên cứu 20 Hình Cột địa tầng tổng hợp khu vực phía Bắc bể Sơng Hồng [4] 25 Hình Mặt cắt mơ tả yếu tố cấu trúc khu vực nghiên cứu [4] 34 Hình Mơ hình mối tƣơng quan độ ẩm, xu hydrocarbon với nhãn than, trạng thái than hóa độ phản xạ vitrinit (Flores, 2014 chỉnh sửa theo Levin,1993) [24] 43 Hình 2 Vị trí GK Enreca-3 vị trí điểm lấy mẫu thực địa khu vực đới nghịch đảo Oligocen Bạch Long Vĩ [59] 60 Hình Biểu đồ tần xuất phân bố hàm lƣợng maceral mẫu sét GK Enreca-3 đảo Bạch Long Vĩ 60 Hình Sơ đồ chu trình nhiệt phân [52, 85] 64 Hình Sơ đồ hệ thống sắc ký khí [47] 69 Hình Cột địa tầng GK 102-CQ-1X 71 Hình Funginit (Fg) sporinit (Sp) phân bố Densinit (D) mẫu than 102-CQ-1X độ sâu 2080-2090m (ánh sáng trắng phản xạ, x50 dầu nhúng) 73 Hình 3 Corpohuminit (Co) phân bố cộng sinh với suberinit (Su) mẫu than 102-CQ-1X độ sâu 2080-2090m -(ánh sáng trắng phản xạ, x50 dầu nhúng) 73 Hình Corpohuminit (Co) phân bố cộng sinh với suberinit (Su) khoáng vật mẫu sét than 102-CQ-1X độ sâu 2150-2160m (ánh sáng trắng phản xạ, x50 dầu nhúng) 74 Hình Funginit (Fu) Sporinit (Sp) phân bố Collodetrinit (Cd) mẫu than Miocen dƣới GK 102-CQ-1X độ sâu 2660-2670m (ánh sáng trắng phản xạ, x50 dầu nhúng) 74 Hình Collotelinit (Ct) mẫu than Miocen dƣới GK 102-CQ-1X độ sâu 2590-2600m (ánh sáng trắng phản xạ, x50 dầu nhúng) 75 Hình Collotelinit (Ct) mẫu than Miocen dƣới GK 102-CQ-1X độ sâu 2660-2670 (ánh sáng trắng phản xạ, x50 dầu nhúng) 75 Hình Corpogelinit (Cg) phân bố chặt xít mẫu than Miocen dƣới GK 102-CQ-1X độ sâu 2580-2590m (ánh sáng trắng phản xạ, x50 dầu nhúng) 75 Hình Telinit (T) thể rõ cấu trúc mô gỗ thực vật mẫu than Miocen dƣới GK 102-CQ-1X độ sâu 3000-3010m (ánh sáng trắng phản xạ, x50 dầu nhúng) 75 Hình 10 Resinit (Re) Vitrinit phân bố khoáng vật mẫu sét than 102-CQ-1X độ sâu 2150-2160m (ảnh chụp dƣới ánh sáng phản xạ trắng –bên trái- ánh sáng huỳnh quang- bên phải; x50 dầu nhúng) 77 Hình 11 Alginit vật chất hữu vơ định hình có khả phát quang mẫu sét GK 102-CQ-1X độ sâu 2240-2250m (ánh sáng trắng ánh sáng huỳnh quang phản xạ, x50 dầu nhúng) 77 Hình 12 Sporinit (Sp) phân bố vitrinit mẫu than GK 102CQ-1X độ sâu 2080-2090m (ánh sáng huỳnh quang phản xạ, x50 dầu nhúng) 79 Hình 13 Resinit (Re) phân bố cộng sinh với vitrinit mẫu than GK 102-CQ1X độ sâu 2080-2090m (ánh sáng trắng phản xạ - bên trái- ánh sáng huỳnh quang- bên phải, x50 dầu nhúng) 79 Bản ảnh Thành phần maceral mẫu sét GK 102-CQ-1X độ sâu 2240-2250m (x50 lần) 146 Bản ảnh Thành phần maceral sét/sét than GK 102-CQ-1X độ sâu 2310-2320m (x50 lần) 147 Bản ảnh Thành phần maceral sét GK 102-CQ-1X độ sâu 2580-2590m (x50 lần) 148 Bản ảnh Thành phần maceral sét GK 102-CQ-1X độ sâu 2590-2600m (x50 lần) 149 Bản ảnh 10 Thành phần maceral sét than GK 102-CQ-1X độ sâu 2660-2670m (x50 lần) 150 Bản ảnh 11 Thành phần maceral than GK 102-CQ-1X độ sâu 2680-2690m (x50 lần) 151 Bản ảnh 12 Thành phần maceral than GK 102-CQ-1X độ sâu 3000-3010m (x50 lần) 152 Bản ảnh 13 Thành phần maceral than GK 102-CQ-1X độ sâu 1750-1760m (x50 lần) 153 Bản ảnh 14 Thành phần maceral sét GK 102-HD-1X độ sâu 2850-2860m (x50 lần) 154 Bản ảnh 15 Thành phần maceral than GK 102-HD-1X độ sâu 3000-3010m (x50 lần) 155 Ulminite Inertodetrinite (U) Cutinite (Id) Cutinite (Cu) (Cu) Suberinite (Su) Sporinite Sporinite (Sp) (Sp) Densinite Resinite Sporinite (Sp) (D) (R) Alginite (Al)? Desinite (D) Ulminite Funginite (U) (Fg) Bản ảnh 16 Thành phần maceral than GK 01-KT-TB-08 độ sâu 821,15-821,75m (x50 lần) 156 Desinite (D) Funginite (Fg) Inertodetrinite (Id) Corpohuminite (Co) Cutinite (Cu) Resinite (R) Corpohuminite (Co) Cutinite (Cu) Fusinite (Fu) Resinite (R) Suberinite (Su) Corpohuminite (Co) Corpohuminite (Co) Bản ảnh 17 Thành phần maceral than GK 01-KT-TB-08 độ sâu 822,78-823,38m (x50 lần) 157 Sporinite( Sp) Resinite (R) Inertodetrinite ( Id) Resinite (R) Resinite Fluorinite (F) Fluorinite (F) (R) Inertodetrinite Sporinite( Sp) Funginite ( Id) Fusinite Khoáng vật ( Fu) Sporinite( Sp) ( Fg) Desinite Ulminite (D) ( U) Semifusinite ( Sf) Bản ảnh 18 Thành phần maceral than GK 01-KT-TB-08 độ sâu 822,18-822,78m (x50 lần) 158 Ulminite Khoáng vật ( U) Funginite Desinite ( Sp) ( U) Resinite ( R) Ulminite ( U) Gelinite Semifusinite ( G) ( Sf) Sporinite ( Sp) Corpohuminite ( Co) Suberinite( Sp) Resinite Cutinite ( R) ( Cu) Bản ảnh 19 Thành phần maceral than GK 01-KT-TB-08 độ sâu 823,38-823,88m (x50 lần) 159 Phụ lục 6b: Ảnh Mẫu than 01-KT-TB-08, độ sâu 839.04-839.64m Funginite (Fg) Cutinite (Cu) Fusinite (Fu) Fusinite (Fu) Resinite (R) Resinite (R) Resinite (R) Fluorinite(F)l ) Cutinite (Cu) Bản ảnh 20 Thành phần maceral than GK 01-KT-TB-08 độ sâu 839,04-839,64m 160