CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊA HÓA NGHIÊN CỨU ĐÁ MẸ

Mục lục CHƢƠNG I: KHÁI QUÁT ĐÁ MẸ I Khái niệm Đá Mẹ Khái niệm Phân loại 2.1 Theo thành phần thạch học 2.2 Theo đặc điểm trầm tích 2.3 Theo địa hóa 2.4 Theo ý nghĩa thực tiễn tiêu chuẩn khác II Địa hóa đá mẹ trình sinh dầu Vật liệu hữu (VLHC) ban đầu, điều kiện tích lũy, chơn vùi trầm tích 1.1 Loại vật liệu hữu sapropel 1.2 Loại vật liệu hữu humic – sapropel 1.3 Tích lũy vật liệu hữu giai đoạn trầm tích tạo đá sớm(diagenes) Chuyển hóa VLHC (độ trƣởng thành) 2.1 Quá trình chuyển hóa VLHC giai đoạn tạo đá (diagenes) 2.2 Thành phần đặc điểm thạch học VLHC, phân loại nguồn gốc 2.3 Biến đổi vật liệu hữu giai đoạn nhiệt xúc tác (Cataganez) 2.4 Chuyển hóa VLHC giai đoạn nhiệt xúc tác (Metacatagenez Apocatagenez) 10 CHƢƠNG II: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊA HÓA NGHIÊN CỨU ĐÁ MẸ 14 I Các phƣơng pháp định lƣợng VLHC đá mẹ 14 Phƣơng pháp Leco 14 Phƣơng pháp nhiệt phân Rock – Eval 15 Phƣơng pháp bitum hóa 19 Phƣơng pháp tách thành phần nhóm bitum dầu thô 20 Sắc ký dải HCs (GC) 20 Phƣơng pháp sắc kí khối phổ GCMS 20 Phƣơng pháp phát quang 20 II Các phƣơng pháp xác định độ trƣởng thành VLHC đá mẹ 21 Phƣơng pháp đo phản xạ vitrinite 21 Chỉ tiêu Tmax 22 Chỉ tiêu thời nhiệt TTI 23 Trang CHƢƠNG III: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA ĐÁ MẸ Ở MỘT SỐ BỒN TRŨNG Ở VIỆT NAM 26 I Bồn trũng Cửu Long 26 II Bồn trũng Nam Côn Sơn 27 KẾT LUẬN 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 Trang Trang CHƢƠNG I: KHÁI QUÁT ĐÁ MẸ I Khái niệm Đá Mẹ: Khái niệm: Theo I.M.Gubkin: Đá mẹ dầu khí loại đá chứa vật liệu có nguồn gốc hữu hay gọi sinh học mà từ xuất dầu khí Muộn vào năm 1962, N.B.Vassoevich cho rằng: Sau xác định đƣợc phân bố rộng rãi hạt sinh dầu đá trầm tích dƣới nƣớc, nguồn gốc dầu đƣợc đƣa Do cần phân biệt loại đá phong phú hạt dầu, nghèo dầu, dễ dàng hay khó khăn việc giải phóng dầu… Phải làm sáng tỏ dƣới điều kiện dạng xảy di chuyển dầu Theo ơng, dầu khí thƣờng nằm dƣới dạng phân tán khuếch tán đá sét chuyển vào đá chứa có điều kiện thành tạo vỉa dầu khí Nhìn Chung: Đá mẹ dầu khí loại có thành phần hạt mịn chứa phong phú vật liệu hữu Tầng đá mẹ phong phú vật liệu hữu tầng hạt mịn, dày, nằm miền lún chìm liên tục (sự lấp đầy vật liệu chỗ thấp hạ mòn từ từ lớp cao), điều kiện yếm khí (thiếu Oxy) Đồng thời giai đoạn lắng nén vật liệu hữu chịu tác dụng phân hủy vi khuẩn…Sự lún sụp đợt cách liên tục từ từ bề dày lớp trầm tích đạt km trở lên Phân loại: 2.1 Theo thành phần thạch học:  Đá mẹ Sét loại phổ biến, đƣợc lắng động môi trƣờng khác  Đá mẹ Silic loại đá lắng động sét Silic nơi phát triển Diatomei (khuê tảo) có phần khung xƣơng silic (bùn silic hạt độ nhuyễn)  Đá mẹ vôi liên quan tới bùn vơi, sau giải phóng nƣớc thành tạo sét vôi ám tiêu san hô chứa nhiều vật liệu hữu 2.2 Theo đặc điểm trầm tích:  Loại có nhiều hạt thơ thƣờng tích lũy đới thống khí  Loại nhiều thành phần hạt mịn, thƣờng tích lũy mơi trƣờng yếm khí  Loại mà vật liệu hữu đƣợc tích lũy ám tiêu san hơ 2.3 Theo địa hóa : Đã gọi đá mẹ phải chứa vật liệu có điều kiện biến chất khác mà sản sinh đƣợc chất hữu hịa tan tƣơng ứng đƣợc dung môi hữu Trang Giai đoạn biến chất từ chất sang chất trình biến chất từ từ theo thời gian Mỗi giai đoạn có lƣợng hữu sinh mà hịa tan đƣợc dung mơi hữu đƣợc gọi Bitum Đây dạng vật liệu hữu di chuyển đƣợc sản phẩm vật liệu có nguồn gốc lipit Loại thứ vật liệu hữu loại khơng hịa tan đƣợc dung môi hữu cơ, phần cặn gọi Kerogen Do polime hóa vật chất hữu đƣợc tách từ xác sinh vật mà dầu đƣợc hình thành từ khối Kerogen 2.4 Theo ý nghĩa thực tiễn tiêu chuẩn khác:  Loại hiệu dụng: đá sinh dầu khí với chất lƣợng tốt có giá trị kinh tế  Loại triển vọng: có khả nhƣng chƣa đƣợc đánh giá  Loại tiềm năng: đá có khả sinh dầu nhƣng chƣa đủ độ trƣởng thành nhiệt (chƣa tạo thành HC chuẩn với số lựng lớn  Loại trƣởng thành: loại đá kết thúc trình sinh dầu Từ đá mẹ sản sinh dầu đủ độ sinh dầu khai thác II Địa hóa đá mẹ trình sinh dầu: Vật liệu hữu (VLHC) ban đầu, điều kiện tích lũy, chơn vùi trầm tích: 1.1 Loại vật liệu hữu sapropel: Dựa sở nghiên cứu trầm tích đại, Bogorov V.G cho rằng: loại phytoplancon loại chủ yếu, loại zooplancton nhỏ 10 lần loại phytobentos nhỏ Ví dụ: Theo số liệu Romanskievich E.V nguồn VCHC có nguồn gốc sinh học lục địa 21,1 tỷ tấn/năm, loại phyplancton chiếm tới 94,7%, loại alloxan từ lục địa chiếm 4,8% loại phytobentos chiếm 0.5% Ở vùng biển đại dƣơng gần bờ, thƣờng phát triển thảm thực vật dƣới nƣớc nơi tích lũy nhiều vật liệu vụn Từ nhiều lồi sinh vật phát triển, đặc biệt lồi vi khuẩn phân hủy VLHC Chính thân lồi sinh vật sau chết nguồn VLHC loại sapropel  Loại phytoplancon: Lồi sống trơi (plancton algae) loại thực vật tế bào, phát triển quần thể Thành phần hóa học loại rong thƣờng là: albumin chiếm 67%, lipit chiếm 17%, lại hydratcacbon chiếm 16% Loại rong diatomei loại chứa nhiều lipit, chất kitin tƣơng đối bền đƣợc chơn vùi trạng thái hóa đá mơi trƣờng khử mạnh khử  Loại zooplancton: phát triển mạnh, phải kể đến loại graptolit Trang  Loại phytobentos: thƣờng rong đáy cỏ biển, chúng phát triển mạnh đới gần bờ Nhƣ vậy, loại VCHC sapropel phát triển đa dạng, yếu loại rong tảo Vì số trƣờng hợp đá đƣợc tích lũy loại VCHC hàm lƣợng cao sapropel phát triển rong tảo 1.2 Loại vật liệu hữu humic – sapropel Vật liệu nguồn VLHC humic sapropel tàn tích thực vật, có thực vật bậc cao lẫn với phytoplancton Trong số trƣờng hợp phát triển rong đáy Thƣờng gặp loại VLHC humic đơn đa phần chúng đƣợc tích lũy môi trƣờng nƣớc, nơi bao gồm phát triển loại phytoplancton biển hay đầm hồ Mơi trƣờng tích tụ khử hay khử yếu Trong số trƣờng hợp, VLHC đƣợc tích lũy điều kiện lục địa hồn tồn (khơng có nƣớc) Ví dụ: đồng aluvia, sa mạc kerogen thƣờng đƣợc tích lũy vi cấu tử ( microcompoment) khơng có cấu trúc rõ ràng Tuy cần lƣu ý môi trƣờng lục địa thƣờng chứa nhiều oxy – nhân tố yếu phân hủy lipit – đƣợc gọi mơi trƣờng oxy hóa nên chất lipit mơi trƣờng cạn bị phân hủy gần nhƣ hồn tồn Nguồn vật liệu humic tiến hóa theo tiến hóa thực vật bậc cao Ví dụ: theo Crystovich A.N vào hệ Devon phát triển giới thực vật nguyên sơ, hệ Cacbon phát triển thực vật bào tử, từ Pecmi đến trƣớc kỉ Kenozoi phát triển thực vật hạt trần 1.3 Tích lũy vật liệu hữu giai đoạn trầm tích tạo đá sớm (diagenes) Tồn hai vùng trầm tích vùng biển vùng lục địa: a Vùng lắng đọng trầm tích biển: Theo Romanskievich E.V vùng trầm tích biển tích lũy khoảng 25 – 70 tỉ tấn, cacbon hữu (Corg) chiếm tới 18 – 40 tỉ Vật liệu hữu tồn trạng thái hào tan lơ lửng nƣớc biển Còn nƣớc mặt có tới 45 – 70% Corg bị sử dụng (tổng hợp) rong plancton diệp lục (macrofit) sống Sau chết, chúng chuyển sang trạng thái hòa tan dạng lơ lửng VLHC nƣớc Đồng thời nguồn VLHC nguồn thức ăn cho zooplancton tạo nên chuyển hóa sinh vật sống Nhƣ hệ thống quang hợp (tổng hợp) – phân hủy VLHC nƣớc biển hay lục địa liên tục xảy cuối để lại tàn tích chúng đƣợc tích lũy bùn đáy Theo tính tốn Romanskievich E.V lƣợng VLHC lớp đáy khoảng – 9% phần lớn bị giai đoạn lắng nén vi khuẩn, động vật bám đáy, rong plancton Khi tàn tích VLHC đạt tới phần lớp bùn đáy, chúng bị vi khuẩn ƣa khí tái tạo lại Lớp dày khoảng – cm đến 1m gọi lớp oxy hóa Tại Trang VLHC tác động oxy hòa tan phân hủy chuyển hóa dƣới tác dụng oxy hóa khử Dƣới lớp hoạt động loại vi khuẩn yếm khí Các tàn tích VLHC (> 90%) chuyển sang dạng khống hóa tập trầm tích Do xâm nhập SO4 2- tứ nƣớc đáy, có độ sâu từ 1,55 – 8,40, xảy trình khử sunphat nƣớc từ bùn Lớp dày khoảng 1,5 – 2m đới hoạt động mạnh mẽ Trong đới hình thành axit humic, giảm lƣợng lipit, albumin, axite amin hydratcacbon Tức giảm lƣợng nguyên tố N P, ngƣợc lại tăng lƣợng C H Trên sở trên, nhiều nhà nghiên cứu dẫn đến kết luận VLHC loại sapropel đƣợc tích lũy biển nông, biển sâu vừa, vũng vịnh, hồ lục địa nhƣ thung lũng đại dƣơng sâu Theo chuyên gia địa hóa nhƣ Degens E, Rodd D… lƣợng VLHC sapropel đƣợc tích lũy nhiều hay phụ thuộc vào mức độ phân rã hydrosulfua lớp đáy Tuy nhiên Neruchev C.G lại cho chủ yếu mức độ phân hủy tiêu thụ rong xanh đƣợc tích lũy đới tách giãn vỏ Trái Đất dọc theo đứt gãy sâu riftơ Nơi xảy trình khử mạnh, phản ứng khử sắt tạo thành Năm 1975, Hồng Đình Tiến phân chia lại theo đƣờng trung tuyến, sở tƣơng quan hàm lƣợng khoáng vật thứ sinh sắt nhƣ sau: Trƣờng I II III IV : : : : oxy hóa khử yếu khử khử mạnh 1 b Vùng lắng đọng trầm tích lục địa: Vùng lắng đọng trầm tích lục địa thƣờng liên quan đến đầm lầy, hồ đƣợc tích lũy VCHC dạng thực vật thân gỗ (bậc cao) Sự tích lũy sinh khối dạng phong phú nhƣ loại VCHC plancton nguồn gốc biển Waksmans S.A (1941) phân chia chúng thành ba dạng sau:  Loại lơ lửng: loại bị phân hủy q trình lý hóa, vi khuẩn để lại tàn tích  Loại hịa tan hóa keo: gồm loại bền với phân hủy (humic dạng lỏng) loại dễ bị đứt gãy nhƣ axit amin, axit béo, protein  Loại bùn đáy: gồm sinh vật chết dễ phân hủy nhƣ: hydratcacbon, số protein mỡ Loại humic đầm hồ bao gồm chất tƣơng đối bền bị phân hủy nhƣ lignin sản phẩm chuyển hóa nó, số chất chứa nitơ dạng melanit Trang Chuyển hóa VLHC (mức độ trƣởng thành): 2.1 Quá trình chuyển hóa VLHC giai đoạn tạo đá (diagenes): Trong giai đoạn này, vai trò vi khuẩn chủ đạo Ban đầu xảy tƣợng oxy hóa VLHC trầm tích vi thảo mộc ƣa khí Khi oxy tƣ lớp biến đồng thời vi sinh vật ƣa khí kết thúc Xuống sâu trình khử điều kiện yếm khí Sự phân hủy VLHC giai đoạn lắng nén tùy thuộc vào hoạt động vi khuẩn yếm khí Trong trầm tích biển chứa nhiều VLHC loại sapropel thƣờng xảy trình lƣu huỳnh hóa có mặt ion sulphat Do hoạt động vi khuẩn yếm khí mạnh mẽ mà xảy chuyển hóa hydratcacbon thành axit béo, lipit tƣơng đối bền vững Vì lý dầu có nguồn gốc sapropel thƣờng phong phú lƣu huỳnh Ngƣợc lại trầm tích lục địa, đặc biệt thực vật bậc cao giảm hẳn q trình lƣu huỳnh hóa chất hữu humic hỗn hợp vắng mắt ion sulphat Quá trình dẫn đến nghèo nguyên tố lƣu huỳnh dầu có nguồn gốc lục địa Các sản phẩm khí giai đoạn thƣờng CH4, C2H6, CO, CO2, H2S, N2, H2 2.2 Thành phần đặc điểm thạch học VLHC, phân loại nguồn gốc: Thành phần đặc điểm thạch học VLHC nhƣ sau: Theo kết nhiều nhà nghiên cứu phân chia thành nhóm sau:  Nhóm tàn tích thực vật bậc cao nhƣ vitrinit, fuzinit, semifuzinit, leiptinit, chúng tồn than (humic)  Nhóm tàn tích rong plancton, động vật sống có thành phần hytin (sapropel) sản phẩm phân hủy chúng  Nhóm rong đáy liệt vào nhóm giả vitrinit (pseudovitrinit)  Nhóm hỗn hợp sapropel – humic hay humic – sapropel đƣợc tạo thành tham gia phân hủy vi khuẩn Theo số nhà nghiên cứu Tây Âu lại chia làm hai loại: kerogen loại than kerogen loại dầu Theo Parparova G.M., 1981 VLHC chia thành ba nhóm:  Nhóm thứ có Corg lớn 0,6% điều kiện có cƣờng độ cao q trình lắng nén yếm khí, tàn tích hữu bị biến đổi q trình lắng nén yếm khí Chúng có đặc điểm kế thừa nguồn vật liệu ban đầu (đó nhóm sapropel) Ví dụ tallomoalginit, kolloaginit, vitrinit Trang  Nhóm thứ hai có Corg dao động khoảng 0.01 - 20% cƣờng độ lắng nén yếm khí khơng cao khơng có tàn tích bị oxy hóa mạnh giai đoạn lắng nén thống khí (loại humic)  Nhóm thứ ba có Corg bé 0.6% Cƣờng độ oxy hóa yếm khí vi khuẩn đạt 80% tàn tích bị biến đổi nhiều giai đoạn lắng nén yếm khí (loại hỗn hợp) 2.3 Biến đổi vật liệu hữu giai đoạn nhiệt xúc tác (Cataganez) a Phân loại giai đoạn nhiệt xúc tác Giai đoạn nhiệt xúc tác giai đoạn tạo thành đá trầm tích lún chìm dần Thực chất biến đổi thành phần khoáng vật đá tăng nhiệt độ (To) áp suất (P) với khoảng thời gian xảy lắng nén (Catagenez) Trong trình tăng nhiệt xúc tác xảy nén ép trầm tích, độ rỗng, độ thấm – đặc biệt sét giảm đáng kể Trong trình này, nƣớc có hoạt tính đƣợc giải phóng (phân lớn), VLHC đƣợc chuyển hóa mạnh Yếu tố chủ yếu gây nên biến đổi VLHC nhiệt độ áp suất Tuy nhiên thành phần khoáng vật khác nên chế độ nén ép khác Sự chuển hóa VLHC giai đoạn chủ yếu yếu tố nhiệt độ, cịn yếu tố áp suất đóng vai trị thứ yếu Ngồi ra, yếu tố thời gian tác động đến chuyển hóa Thang phân chia nêu phản ánh thay đổi phần phần, cấu trúc phân từ, trình sinh thành sản phẩm HC khí lỏng Tuy nhiên, phân chia nhƣ phù hợp với VLHC, cịn phần trầm tích khơng thiết chia theo phân chia Vì biến đổi trầm tích ngồi yếu tố nhiệt độ cịn lệ thuộc nhiều vào áp suất (áp lực nén địa tĩnh) Một số khoáng vật lại xuất yếu tố áp suất Cần lƣu ý yếu tố thời gian quan trọng Ví dụ mức độ biến chất thấp song thời gian kéo dài tạo điều kiện sinh dầu khí nhiều tƣơng đƣơng thời gian ngắn nhƣng nhiệt độ tăng lên cao Điểm cần lƣu ý chế độ nhiệt cổ mà VLHC trải qua thƣớc đo đắn Chế độ nhiệt đơi đƣợc hình thành hoạt động kiến tạo đƣa đến (từ dƣới sâu theo đứt gãy sâu) hay đai mạch magma xuất Với thời gian ngắn, VLHC chƣa cảm nhận đƣợc chế độ nhiệt b Đặc điểm biến đổi VLHC giai đoạn đầu xúc tác (Procatagenez)  Loại VLHC có sapropel Phần lớn có thành phần kế thừa từ giai đoạn lắng nén Đặc điểm bitum giai đoạn procatagenez chứa nhiều oxy Cấu trúc chứa nhiều mối gắn kết C = O, mà C = C Hệ số chẵn lẻ dãy phân bố n-ankan thƣờng lớn 1, C23 Trang C29 thƣờng 2.6 Hệ số Pr/Ph thƣờng nhỏ (trung bình 0.11), đến 0.3 vào giai đoạn procatagenez  Loại VLHC humic Loại dễ hòa tan kiềm, phần tách khỏi than Axite humic hỗn hợp cao phân tử màu tối vơ định hình Chúng chứa nhiều oxy, nitơ, lƣu huỳnh Đó loại điển hình cho VLHC humic Chứa nhiều cấu trúc aromatic C = C, C – H Ngồi cịn có cấu trúc C = O, C – O OH Đặc điểm bật có nhiều cấu trúc chứa oxy (C = O), có hàm lƣợng cao cấu tử C21 – C25 Hệ số chẵn lẻ C23 - C29 thƣờng lớn 2.4 Chuyển hóa VLHC giai đoạn nhiệt xúc tác (Metacatagenez Apocatagenez) a Loại VLHC sapropel: Trong giai đoạn nhiệt xúc tác, đặc điểm chủ yếu VLHC phân tán chuyển biến mạnh mẽ có liên quan tới q trình sinh dầu khí Thành phần chủ yếu chúng loại khơng hịa tan, bitum, cấu tử sơi nhiệt độ thấp khí  Loại VLHC khơng tan Trong giai đoạn đầu mezocataganez thƣờng chiếm tới 90% VLHC phân tán Lúc đầu phần cacbon, phần lớn hydro dị nguyên tố để tạo thành sản phẩm lỏng khí, tức đạt đƣợc pha tạo dầu (MK1-2) pha tạo condensat (MK3-4) khí (MK5-AK1-2) Đến giai đoạn apocatagenez phần lớn hydro, khoảng 2-3%, chứng tỏ cạn kiệt tiềm đá mẹ  Loại bitum Bitum đƣợc sinh giai đoạn protocatagenez sinh với cƣờng độ mạnh vào giai đoạn MK1-2 Lƣợng cacbon tăng lên tới 78 – 86%, hydro 10-12% Trong thành phần nhóm tăng lƣợng dầu, giảm lƣợng nhựa cồn benzen Do di cƣ HC lỏng nên thành phần bitum nhựa asphalten tăng  Hydrocacbon n-alkan (bão hịa) Chúng thay gốc methyl đơn N-alkan phân đoạn metan-naftenic bitum đới mazocataganez (lớn 3500C) thƣờng chứa cấu tử từ C13-C35 Hệ số chẵn lẻ 1,0-1,1 có giá trị cực đại cấu tử C17-C20 Các đồng phân thƣờng có nguyên tử cacbon từ C13-C25 Trang 10  Tiếp tục cracking nhiệt độ cao từ 300 – 550OC, nhận đƣợc lƣợng hydrocacbon tiềm đá mẹ (peak cao nhất thƣờng khoảng 460 – 500OC) số Tmax phản ánh độ trƣởng thành vật liệu hữu cơ, kí hiệu S2 Ta có HC/TOC Cửa sổ tạo dầu Tmax = 435 – 470OC), lƣợng hydrocarbon đƣợc tách phân hủy nhiệt, nhiệt độ tối đa 600OC  Sau tự động hạ nhiệt độ xuống tới 300 – 390OC dòng oxygen vật liệu hữu cháy sinh khí CO2 kerogen S3 = mg CO2/TOC – tổng lƣợng CO2 đƣợc tạo thành Các tiêu phân tích RE gồm: o S1 (kg HC/tấn đá) lƣợng hydrocacbon tự đá, tức lƣợng hydrocacbon sinh từ đá mẹ o S2 (kg HC/tấn đá) lƣợng hydrocacbon tiềm đá, tức lƣợng hydrocacbon lại đá mẹ o S1+S2 (kg HC/tấn đá) tổng tiềm hydrocacbon đá mẹ Thông thƣờng tổng tiềm hydrocacbon đá mẹ bao gồm: (S0 + S1 + S2 + S3) Tuy nhiên lƣợng S0, S1, S3 thƣờng nhỏ, đặc biệt trầm tích gần thƣờng khơng có S1 Trong bể trầm tích cổ S0 vắng mặt S3 lại có giá trị Trang 16 nhỏ Do nhà địa hóa coi S2 tiêu quan trọng việc đánh giá tiềm đá mẹ Lƣợng TOC % T.L S2 mg/g đá Nghèo < 0,5 < 2,5 Trung bình 0,5-1,0 2,5-5,0 Tốt 1,0-2,0 5,0-10,0 Rất tốt >2,0 > 10 Loại ảng : Chỉ tiêu đánh giá phân loại đá mẹ (theo Moldowan J.M n.n.k) PI = S1/(S1+S2) (mg/g): có mặt hydrocacbon di cƣ hay sinh nhằm xác định diện đới sản phẩm PI (mg/g) Sự có mặt hydrocacbon di cƣ hay sinh < 0.1 Hydrocacbon sinh 0.1 – 0.4 Hydrocacbon di cƣ > 0.4 Có dầu di cƣ Bảng 3: Chỉ tiêu đánh giá có mặt hydrocacbon sinh hay di cƣ Trên sở đánh giá đƣợc mức độ đới chứa sản phẩm Dựa sở liệu nhiệt phân ta tính gián tiếp tổng cacbon hữu (TOC) nhƣ sau: Với S4 lƣợng cacbon hữu lại sau nhiệt phân TOC (%) = Tuy nhiên tiêu có tính chất tƣơng đối, ta tham khảo thêm bảng bên dƣới: Trang 17 Lƣợng Theo TOC, % Tác giả Rodionovs K.F, Maksimov S.P 1971 Geochem Kontorovick Vasoevich A.E, Nếtrov N.B, 1968 1971 Loại Đá sét Cacbonat Sét Sét Sét Nghèo < 0.5 < 0.25 < 0.5 < 0.5 < 0.5 Trung bình 0.5 – 1.0 0.25 – 0.5 0.5 – 1.5 0.5 – 1.0 0.5 – 1.0 Tốt 1.0 – 3.0 0.5 – 1.0 1.5 – 3.0 1.0 – 5.0 1.0 – 2.0 Rất tốt 3.0 – 5.0 1.0 – 2.0 >3.0 >5.0 >2.0 Giàu >5.0 >2.0 Bảng Phân cấp vật liệu hữu theo TOC tác giả khác S1+S2 (kg HC/tấn đá) Đánh giá tổng tiềm hydrocacbon đá mẹ < 3.0 Khả sinh hạn chế 3.0 – 6.0 Đá mẹ sinh dầu trung bình 6.0 – 12 Đá mẹ sinh dầu tốt > 12 Đá mẹ sinh dầu tốt Bảng 5: Chỉ tiêu đánh giá tổng tiềm hydrocacbon đá mẹ Trang 18 Phƣơng pháp bitum hóa Lấy lƣợng mẫu đá 5-50g nghiền nhỏ đến 40-50nm chiết dung môi cloroform ( dung dichlormetan ) đun sôi 12-24h cồn benzen Sau cho bay thiết bị cất xoay Sau bay ta nhận đƣợc hai loại bitum: bitum trung tính(β1) bitum axit (β2) Nguyên tắc phƣơng pháp dựa vào cân vật chất Lƣợng bitum ban đầu trƣớc di cƣ phải tổng lƣợng bitum di cƣ lƣợng bitum cịn sót lại Tính lƣợng vật liệu hữu ban đầu di cƣ thực qua hàm lƣợng bitum β s = βb.d – Kd.c βb.d = βb.d(1- Kd.c) βb.d: bitum ban đầu; Kd.c: hệ số di cƣ; βs: bitum sót lại βb.d = βs/(1- Kd.c) Kd.c = (βb.d- βs)/ βb.d = 1- βs/ βb.d Trên sở tính tốn tính tiềm cho nguyên tố riêng biệt Cb.d = (1-Kd.c)Cs + Kd.c.Cd.c Hb.d = (1-Kd.c)Hs + Kd.c.Hd.c Nb.d = (1-Kd.c)Ns + Kd.c.Nd.c Sb.d = (1-Kd.c)Ss + Kd.c.Sd.c Ob.d = (1-Kd.c)Os + Kd.c.Od.c Các nguyên tố Cb.d, Hb.d, Nb.d, Sb.d, Ob.d trạng thái ban đầu Còn Cs, Hs, Ns, Ss, Os nguyên tố trạng thái sót lại Cd.c, Hd.c, Nd.c, Sd.c, Od.c nguyên tố di cƣ Khi vật liệu hữu cuối MK2(Mesokatagenesis trung) cao asfalten chuyển sang trạng thái khơng hịa tan việc tính hệ số di cƣ (Kd.c) khơng cịn xác Vì vậy, tính hệ số Kd.c xác giai đoạn PK3MK1-MK2 (K2 = 0,7-0,8 vào cuối MK2), pha chủ yếu sinh dầu thƣờng đạt 0,5-0,64 lỗ hổng chứa bitum tồn hai loại lỗ hổng hở kín Tuy nhiên, q trình tái kết tinh, dolomit hóa tạo thành hang hốc hòa tan đá carbonat, thủy mica montmo, hoạt động nhiệt dịch hòa tan felspat bền vững…dẫn đến phá vỡ khối gắn kết đá tạo thêm nhiều khe nứt lớn vi khe nứt với tác dụng yếu tố kiến tạo hang hốc mới…làm tăng độ rỗng độ thấm đá Độ rỗng hở độ rỗng lƣu thông yếu tố nêu gây Bitum di cƣ chiết đƣợc dung mơi hữu từ lỗ hổng hở lỗ rỗng kín chứa loại bitum đồng sinh Để chiết tách đƣợc loại bitum cần phải đập vỡ mẫu học hay hóa học Trang 19 Hình 2: Lƣợng bitum sinh Phƣơng pháp xác định màu kerogene: Kerogene thu đƣợc rửa dung bromit kẽm làm lên phía trên, thu kerogene Mẫu kerogene thu đƣợc soi dƣới kính hiển vi, đối sánh với bảng màu chuẩn để xác định độ trƣởng thành kerogene, mức độ trƣởng thành đc biểu từ màu vàng sang đến đen Sắc ký dải HCs (GC) Bơm lƣợng HCs vào cột dài 25-50-60m máy sắc ký khí Lần lƣợt HC từ nhẹ tới nặng xuất đƣợc phát detector FID ( C+15) Trên máy sắc ký khí tiến hành phân tích HC – aromatic, asfalten, dầu thơ tồn phần Các bƣớc tiến hành nhƣ Phƣơng pháp sắc kí khối phổ GCMS: Các thành phần HCs HC-aromatic, dầu thô đƣợc xác định qua zeolit phân tử 5A để làm giàu thêm cấu tử hydrocarbon biomarker có mặt với hàm lƣợng thấp Sau bơm mẫu vào hệ thống GCMS( Gas Chromatography mass Spectomatry Kết cấu tử đƣợc ghi sắc đồ từ tính diện tích pic Ta có hàm lƣợng tƣơng ứng thành phần biomaker Phƣơng pháp phát quang: Phƣơng pháp phát quang dựa vào cƣờng độ phát quang VLHC (bitum) dƣới ánh sáng đèn huỳnh quang, cƣờng độ phát quang khác cho ta biết hàm lƣợng khác bitum Trang 20 Phƣơng pháp có nhƣợc điểm khơng xác định đƣợc hàm lƣợng bitum có nhiều thành phần acid (thành phần acid bitum phát quang) Ứng dụng phƣơng pháp có khả định tính nhanh chóng, cho kết đối chiếu HC hay dầu phong phú Ngƣời ta dùng phƣơng pháp để xác định hàng loạt mẫu giếng khoan hay mẫu đất Sau lựa chọn mẫu có cƣờng độ phát quang cao đem phân tích bitum hóa II Các phƣơng pháp xác định độ trƣởng thành VLHC đá mẹ Phƣơng pháp đo phản xạ vitrinite: Phƣơng pháp đo phản xạ Vitrinite đƣợc thực kính hiển vi LEITZ Lấy 10 – 20g đá nghiền nhỏ, sau loại carbonate axit HCl loại silicat HF Mảnh Vitrinite có mặt Kerogen đƣợc thu hồi đính khối nhựa suốt(epoxy), sau đƣợc mài phẳng soi kính hiển vi để tìm hạt Vitrinite đẳng thƣớc dƣới ánh sáng tia tới Mỗi mẫu đo 50 mảnh Vitrinite cần loại bỏ giá trị ngoại lai để nhận đƣợc giá trị phổ biến đại diện cho mẫu nghiên cứu - Hạn chế phương pháp vitrinite:  Vitrinite có đầy đủ kerogen loại III, xuất có mức độ kerogen loại II hầu nhƣ vắng mặt kerogen loại I  Thời gian tạm ngừng phản xạ ranh giới vùng dầu khí gần Khơng giải thích đƣợc khác kerogen loại I kerogen loại II Do đá mẹ khác có chế độ nhiệt đạt mức độ phản xạ vitrinite Ro (%) Độ trƣởng thành đá mẹ 1.35 Sinh khí condensate (quá trƣởng thành) Bảng 6: Bảng tiêu đánh giá độ trƣởng thành đá mẹ Trang 21 Giới hạn hệ số phản xạ Vitrinite nguồn gốc Vitrinite xuất phát từ Lignin nghĩa xuất phát hoàn toàn từ thực vật cạn khơng có phổ biến giai đoạn trƣớc Paleozoi Do vậy, sử dụng hệ số phản xạ Vitrinite giống nhƣ TAI bị giới hạn nguồn gốc vật liệu hữu thời gian địa chất Vài biến đổi Maceral (ví dụ: Exinite) dùng phƣơng pháp này, nhƣng giảm dần hệ số phản xạ tin cậy không tƣơng quan trực tiếp đến giá trị Vitrinite Chỉ tiêu Tmax: Chỉ tiêu Tmax nhiệt độ cực đại xác định lƣợng HC đồng sinh (S2) kerogen Các giá trị tiêu đƣợc dung để phân loại mức độ biến chất cảu VLHC Dữ liệu Tmax thƣờng đƣợc đƣa với đơn vị 0C đƣợc so sánh với tỷ lệ trƣởng thành Điển hình giai đoạn trƣởng thành cửa sổ tạo dầu, khoảng nhiệt độ khoảng 4300C – 4700C Tuy nhiên qua thực tế bể trầm tích trẻ Kainozoi thấy đạt giá trị Tmax – 440 – 4500C tƣơng ứng với phản xạ vitrinite R0(%) = 0.6 – 0.8 bắt đầu điểm ngoặt trƣởng thành VLHC Chỉ T0max đạt giá trị > 4460C cƣờng độ sinh dầu diễn mạnh mẽ bắt đầu trình di cƣ hydrocacbon Quá trình diễn tới T0max đạt 4700C Trang 22 Hình 4: Đồ thị biểu di n độ trƣởng thành VLHC Mức độ trƣởng thành % Ro Tmax Không trƣởng thành < 0.6 1.35 >470 Bảng : Độ trƣởng thành VLHC theo Ro Tmax Chỉ tiêu thời nhiệt TTI: Nguyên lý phƣơng pháp phản ứng đứt mạch VLHC xảy để hình thành hydrocarbon lỏng khí cịn lệ thuộc vào thời gian địa chất Theo Lopatin (1969) tăng 100C lƣợng chất bốc tăng lần tồn chu trình biến đổi than sinh chất bốc theo cấp số nhân Ký hiệu hệ số nhiệt độ phản ánh tốc độ phản ứng gấp đôi r=2 Lớp đá mẹ tăng đƣợc 100C phải trải qua thời gian định ∆t từ tính tích thơng số r ∆t số thời nhiệt phản Trang 23 ứng vật liệu hữu khoảng thời gian Nhƣ vậy, tổng cộng dồn r ∆t phản ánh số thời nhiệt (TTI) theo thời gian địa chất Tuy nhiên, Lapotin phát điều kiện nhiệt độ 100 – 1100C cƣờng độ xin chất bốc nhiều Nhƣng cao 1100C cƣờng độ sinh chất bốc giảm dần, nên lấy khoảng nhiệt độ 100 – 1100C có r0=1, thấp khoảng nhiệt độ r có số mũ rn hay 1/rn, cịn khoảng nhiệt độ cao hệ số r có số mũ rn %R0 TTI theo Waple D.V Mức độ trƣởng thành VLHC sản phẩm sinh 0,50 15 Chƣa trƣởng thành 0,60 25 Chớm trƣởng thành 0,80 75 Cƣờng độ sinh hữu mạnh 1,35 130 Kết thúc trình sinh HC lỏng 2,2 ~ 1500 Kết thúc q trình sinh khí condensate >2,2 > 1500 Sinh khí thơ Bảng 8: Mức độ trƣởng thành VLHC theo tiêu Ro TTI Tác dụng phƣơng pháp tính tốn dự báo pha sinh dầu, khí condensat khí khơ cho điểm bể trầm tích chƣa có giếng khoan Tuy nhiên, tiêu có hiệu bể trầm tích Paleozoi, Mesozoi (có thời gian hàng trăm triệu năm) đặc biệt vùng lún chìm chậm, ổn định lâu dài áp dụng chế độ nhiệt độ Còn bể Cenozoi có tốc độ tích lũy trầm tích trung bình, thấp, phân bố đai hoạt động tích cực, đặc biệt bể trẻ (cuối đệ tam) cần dùng chế độ nhiệt cổ mà VLHC trải qua Đối với đới bị nâng lên (vài triệu năm) áp dụng chế độ nhiệt cổ mà VLHC trải qua (nhiệt độ cổ đƣợc tính từ phản xạ vitrinit theo đồ thị Teichmiiler, 1971) Tissot B 1975 cho phản ứng đứt vỡ mạch vật liệu hữu sapropel tăng gấp tăng cấp nhiệt độ lên 100C Vì cịn lệ thuộc vào thành phần nhựa asfalten tàn tích cịn lại Vì Gritener P Kurtis K đề nghị tính thêm yếu tố nhiệt độ, tức là: Trang 24 ∑ T0 nhiệt độ trầm tích Họ tính đƣợc cửa sổ tạo dầu có TTI = 100 – 1000 Kết thúc sinh khí béo TTI = 10000 Giới hạn sinh khí khơ TTI = 450000 Trang 25 CHƢƠNG III: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÓA ĐÁ MẸ Ở MỘT SỐ BỒN TRŨNG Ở VIỆT NAM I BỒN TRŨNG CỬU LONG Bồn trũng Cửu Long đƣợc đánh giá có tiềm dầu khí lớn Việt Nam với khoảng 700 – 800 triệu m3 quy dầu Việc mở đầu phát dầu đá móng phong hố nứt nẻ mỏ Bạch Hổ kiện bật nhất, làm thay đổi phân bố trữ lƣợng đối tƣợng khai thác mà tạo quan niệm địa chất cho việc thăm dò khai thác dầu khí thềm lục địa Việt Nam Theo đặc điểm trầm tích qui mơ phân bố tập sét bồn trũng Cửu Long phân chia tầng đá mẹ:  Tầng sét Miocene hạ (N11): có bề dày từ 250m ven rìa tới 1.250m trung tâm bồn  Tầng sét Oligocene thƣợng (E32): có bề dày từ 100m ven rìa tới 1.200m trung tâm bồn  Tầng sét Oligocene hạ Eocene (E31 + E2): có bề dày 0m đến 600m phần trũng sâu bồn Bảng 9: Đặc tính tầng đá mẹ ● Trong Miocen dưới: thuộc loại trung bình VLHC S1,S2 Vì vậy, dầu khí chứa tầng sản phẩm di cƣ từ nơi khác đến (PI = 0,48-0,5 kg HC/t.TOC) Ngoài tầng loại VCHC thuộc loại III chủ yếu, phần nhỏ loại II có ƣu sinh khí Vì sét lục địa sét tạp chứa nhiều vật liệu núi lửa nên nghèo VLHC Tuy nhiên tầng đá mẹ làm nhiệm vụ chắn chƣa trải qua pha chủ yếu sinh Trang 26 dầu Ở hố sụt đáy lớp sét đạt tới ngƣỡng trƣởng thành, nhƣng chƣa qua đới sinh dầu ● Tầng Oligocen trên: phong phú vật chất hữu (loại tốt), Corg Tầng có bề dày (P32) lớn, đặc biệt sƣờn hố trũng thuộc Đông Tây bắc Bạch hổ Song phần đáy tầng hố sụt trải qua pha chủ yếu sinh dầu Còn phần lớn nằm đới chủ yếu sinh dầu nên sinh lƣợng lớn Hydrocacbon (S1 = ÷12.0 S2 = 16.7÷21kg HC/Tđá) Điều chứng tỏ phần lớn HC đƣợc sinh nhƣng chƣa bị đẩy khỏi đá mẹ Loại VLHC chủ yếu loại II, phần nhỏ loại I loại III Chúng đƣợc tích lũy điều kiện đầm hồ, nƣớc lợ, cửa sông biển nông, đƣợc tái tạo lại vi khuẩn có ƣu sinh dầu ● Tầng Oligocen + Eocen: có vật chất hữu thuộc loại tốt tốt TOC =0,97% - 2,5% Có bề dầy lớn hố sụt chủ yếu địa hào hẹp dọc theo đứt gãy sâu thuộc hai bên đới nâng Trung tâm Đó trũng Tây Bắc Bạch hổ, trũng Đông Bạch hổ Ở tầng lƣợng hydrocarbon đá mẹ có giảm so với tầng sinh dầu giải phóng phần lớn hydrocarbon vào đá chứa Đối với tầng đá mẹ Oligocen dƣới + Eocen loại VCHC chủ yếu loại II, thứ yếu loại III, khơng có loại I Các giá trị Pr/Ph đạt 1,7-2,35, phản ánh điều kiện tích tụ cửa sông, nƣớc lợ, gần bờ phần đầm hồ, đƣợc tái tạo lại vi khuẩn có ƣu sinh dầu Nhƣ bể Cửu long tầng đá mẹ định tới lƣợng dầu khí chủ yếu tầng Oligocen dƣới + Eocen phần đáy Oligocen hố sụt Tầng đá mẹ Miocen dƣới làm nhiệm vụ chắn, chƣa tham gia vào q trình sinh cung cấp dầu khí II BỒN TRŨNG NAM CƠN SƠN Ở bể Nam Cơn sơn có nhiều tập sét thành hệ trầm tích từ lục địa (Oligocen + Eocen Miocen dƣới) tới biển (Miocen giữa-trên Pliocen đệ tứ) Song độ phong phú VLHC đƣợc phát trầm tích thuộc Oligocen, Eocen Miocen dƣới Tuy nhiên trầm tích Miocen có lớp carbonat chứa phong phú VLHC, nhƣng diện phân bố chúng bị hạn chế Chúng tầng chứa tốt ● Tầng đá mẹ Oligocen + Eocen (P3+ P2): Do khơng phân chia đƣợc tồn bể nên gộp thành tầng đá mẹ thống Oligocen + Eocen (P3+ P2)- (Tầng cau + Dừa) Đặc điểm kerogen loại III chủyếu , tƣơng đối phong phú VLHC trầm tích sét than than, chúng đƣợc tích lũy điều kiện cạn đầm hồ (lục địa) chứa nhiều thực vật bậc cao với giá trị cao tiêu Pr/ph = 4.9- 7.5 Chúng có ƣu sinh condensat khí Tuy nhiên phía Bắc bể chất lƣợng VLHC đƣợc cải thiện nên sinh lƣợng dầu đáng kể Trang 27 ● Tầng đá mẹ Miocen (N11): Là tầng trầm tích phân bố rộng rãi toàn bể, song bề dầy lớn thƣờng tập trung hố sụt, mỏng đới nâng (các cấu tạo nâng) Đây tầng sét lục địa chứa VLHC lục địa Đặc điểm kerogen loại III bao gồm VLHC cạn thực vật bậc cao Pr/Ph= 4,69 -7,04 Chúng có ƣu sinh khí condensat, tầng tƣơng đối phong phú VLHC nằm pha chủ yếu sinh dầu ● Các tập sét Miocen trung- trên, Pliocen: Các tập ghèo VLHC chƣa qua pha chủyếu sinh dầu tiêu S1, S2, PI, HI, Tmax, Ro ln có giá trị thấp Mơi trƣờng tích lũy VLHC chuyển tiếp vào biển gần bờ nên lƣợng oxygen giảm, tạo nên tiêu Pr/ph ln có giá trị thấp (Pr/ph = 1,11÷ 3,16) Tóm lại VLHC trầm tích Oligocen + Eocen Miocen dƣới ln đóng vai trị chủ yếu sinh condensat khí bể Nam Cơn Sơn Vì chứa nhiều VLHC lục địa (trong sét than than), trầm tích Miocen trung – + Pliocen đệ tứ chƣa rơi vào đới sinh dầu TT Bể Nam Côn Sơn Eocen + Oligocen, Miocen dƣới Chủ yếu loại III, thứ yếu loại II Sông, bãi bồi, đầm lầy đồng ngập nƣớc (ảnh hƣởng delta) Mơi trƣờng tích Nƣớc lợ, cửa sông, biển Sông, bãi bồi, đầm lầy luỹ VLHC ven biển nông đồ ngập nƣớc (ảnh hƣởng delta) Sản phẩm Chủ yếu dầu, phần nhỏ Chủ yếu khí, condelsat, khí condelsat phần nhỏ dầu Chỉ tiêu Tuổi tầng đá mẹ Bể Cửu Long Eocen + Oligocen dƣới, đáy Oligoxen Loại Kerogen Chủ yếu loại II, thứ yếu loại I III Mơi trƣờng tích Nƣớc lợ, cửa sơng, biển luỹ VLHC ven biển nông Bảng 10: Tổng hợp, so sánh tiêu hai bể trầm tích Trang 28 KẾT LUẬN Dầu, khí condensat hai bể trầm tích Cửu long Nam Cơn sơn đƣợc sinh từ hai nguồn VLHC khác Ở bể Cửu Long đa phần kerogen loại II (sapropel) từ lồi rong tảo, cỏ biển đƣợc tích luỹ môi trƣờng cửa sông, đầm lầy ven biển, biển nông chính, lại đƣợc tái tạo lại vi khuẩn Trong VLHC bểNam Cơn Sơn chủ yếu thuộc karogen loại III (humic) (sét than than), đƣợc tích luỹ mơi trƣờng lục địa từ loại thực vật cạn, có nhiều thực vật bậc cao (mơi trƣờng lịng sơng, bãi bồi, đầm lầy đồng ngập nƣớc – đồng delta) Ở bể Cửu Long vai trò chủ yếu để sinh dầu VLHC trầm tích Oligocen dƣới + Eocen phần đáy trầm tích Oligoxen hố sụt Cịn phần lớn thể tích trầm tích Oligocen phong phú VLHC sinh dầu Vì chúng chƣa giải phóng nhiều HC khỏi đá mẹ Trong trầm tích Miocen dƣới VLHC chƣa trƣởng thành, chƣa sinh dầu khí Vai trị chủ đạo để sinh dầu khí bể Nam Cơn sơn VLHC trầm tích Oligocen + Eocen Miocen dƣới Sản phẩm chủ yếu condensat, khí dầu Trang 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 30 ... định qua zeolit phân tử 5A để l? ?m giàu th? ?m cấu tử hydrocarbon biomarker có m? ??t với h? ?m lƣợng thấp Sau b? ?m mẫu vào hệ thống GCMS( Gas Chromatography mass Spectomatry Kết cấu tử đƣợc ghi sắc đồ... nghi? ?m:  M? ??u đá đƣợc chọn có khối lƣợng 10 – 100g (tùy theo h? ?m lƣợng VCHC m? ??u), l? ?m ng? ?m mẫu từ – ngày  Nghiền nhỏ qua rây với đƣờng kính 50 – 60 micro  Tiến hành loại bỏ C vô cách ng? ?m mẫu... Chỉ tiêu đánh giá phân loại đá m? ?? (theo Moldowan J .M n.n.k) PI = S1/(S1+S2) (mg/g): có m? ??t hydrocacbon di cƣ hay sinh nh? ?m xác định diện đới sản ph? ?m PI (mg/g) Sự có m? ??t hydrocacbon di cƣ hay sinh