(Mezocatagenez và Apocatagenez)
a) Loại vật liệu hữu cơ sapropel
Trong giai đoạn nhiệt xúc tác đặc điểm chủ yếu của vật liệu hữu cơ phân tán là sự chuyển biến mạnh mẽ có liên quan tới quá trình sinh dầu khí.
Thành phần chủ yếu của chúng là loại không hòa tan, bitum, các cấu tử sôi ở nhiệt độ thấp và khí.
* Loại vật liệu hữu cơ không tan
Trong giai đoạn đầu của mezocatagenez thường chiếm tới 90% vật liệu hữu cơ phân tán. Lúc đầu mất một phần carbon, phần lớn hydrogen và các dị nguyên tố để tạo thành các sản phẩm lỏng và khí, tức là khi đạt được các pha chính tạo dầu
(MK1-2) và pha chính tạo condensat (MK3-4) khí (MK5-AK1-2). Theo
hữu cơ không hòa tan mất tới 75% chất lipide dự trữ. Sự phân hủy các chất lipide đa chuỗi tạo thành các sản phẩm hydrocacbon linh động hơn.
Trong giai đoạn MK1- 2 giảm lượng dị nguyên tố O, N, S mà
mất đi một phần hydrogen và các cấu tử khí.
Trong giai đoạn MK3- 4 tiếp tục mất hydrogen và dị nguyên
tố; các chất dễ bay hơi giảm tới 20%. Trong giai đoạn MK5-AK1-2 mất tiếp tục hydrogen, oxygen và lưu huỳnh.
Đến giai đoạn apocatagenez mất phần lớn hydrogen chỉ còn khoảng 2- 3% chứng tỏ sự cạn kiệt tiềm năng của đá mẹ. Loại lipide hầu như mất hòan toàn. Như vậy, cuối mezocatagenez đầu
apocatagenez hàm lượng nhóm CH2 giảm đáng kể, đồng thời
giảm cả nhóm CH3 do việc giảm hydrogen trong kerogen. Đó là lý do xẩy ra tăng cường sinh hydrocacbon khí, đồng thời sinh cả khí CO2. Lúc này, carbon chỉ còn 82,4-89,06% và H chỉ còn 2,32-3,6% trong kerogen phát hiện tăng lượng hydrocacbon aromatic (C-H).
* Loại bitum
Bitum là loại hòa tan trong dung môi clorofooc và cồn benzen. Đó là loại bitum dễ di động và rời khỏi đá mẹ. Bitum được sinh ra từ giai đoạn protocatagenez và sinh ra với cường độ mạnh vào giai đoạn MK1-2. Lượng carbon tăng lên tới 78-86%, hydrogen 10-12%. Trong thành phần nhóm tăng lượng dầu, giảm lượng nhựa cồn benzen. Trong thành phần của bitum tăng lượng nhựa asfalten do di cư các hydrocacbon lỏng.
Trên các sắc đồ phân bố hydrocacbon C+
15, HCno, HCaromat của bitum thấy sự chuyển dịch đỉnh của chúng tùy từng mức độ biến chất. Nghĩa là ở mức độ biến chất thấp xuất hiện nhiều HC nhẹ và trung bình trên sắc đồ. Nếu mức độ biến chất cao đỉnh của HC chuyển dịch về phía HC trung bình và nặng...
Quá trình di cư và phân hủy asfalten xẩy ra mạnh ở các cấp
biến chất MK2-3 đến MK4-5. Đến cuối giai đoạn mezocatagenez
hàm lượng bitum chỉ còn không quá 2% so với vật liệu hữu cơ. Cuối giại đoạn MK4-5 bị phá hủy phần lớn các cấu trúc bền vững do điều kiện nhiệt áp hà khắc. Do đó, giảm đáng kể lượng bitum clorofooc so với lượng vật liệu hữu cơ. Đến giai đoạn đầu
apocatagenez (AK1) bitum clorofooc bị tách thành hai thành phần:
loại bão hòa (alifatic) chiếm tới 79% hydrocacbon, còn lại loại
nặng aromatic phong phú nhựa và asfalten (> 53%). Tiếp đó loại nặng mất khả năng hòa tan trong clorofooc và ở giai đoạn biến chất AK2-3 bitum clorofooc chứa chủ yếu loại cấu trúc alifatic (bão hòa). Cuối apocatagenez lượng bitum clorofooc chỉ còn rất nhỏ (0,2%). Lúc này phong phú loại bitum nhựa - cồn benzen và chiếm ưu thế so với loại bitum clorofooc. Trong bitum chứa nhiều cấu trúc hydrocacbon aromatic và chứa oxygen do di cư và mất hydrocacbon bão hòa.
Như vậy, vật liệu hữu cơ loại fitoplancton thường chứa nhiều hydrocacbon metanic - naftenic 50-90% và một phần naftenic - aromatic. Còn vật liệu hữu cơ loại zooplancton thường chứa nhiều hydrocacbon aromatic- naftenic (đến 70%).
* Hydrocacbon n-alkan (bão hòa)
Đặc trưng của chúng là có thể thay thế gốc methyl đơn. N- alkan của phân đoạn metan-naftenic của bitum ở đới
mezocatagenez (> 350oC) thường chứa các cấu tử từ C13-C35. Hệ số
chẵn lẻ là 1,0-1,1 có giá trị cực đại đối với các cấu tử C17-C20. Các
đồng phân thường có các nguyên tử carbon từ C13-C25
(isoprenan). Tỷ lệ giữa isoprenan và n- alkan thường đạt 0,1- 0,4. Trong đó, thường gặp pristan và phytane với hàm lượng cao (chiếm 60- 90% trong tổng số isoprenan).
* Hydrocacbon naften và một phần iso-alkan
Thường chiếm phần lớn trong nhóm hydrocacbon bão hòa (60-80%). Vì cấu trúc naftenic thường là mono đến pentacyclic, rất ít gặp hexacyclic. Các loại hydrocacbon mono, bi- và tricyclic của vật liệu hữu cơ phân tán thường vắng mặt. Các nhóm tàn dư của chúng thường là hydrocacbon tetracyclic (sterane) C27-C29 và
pentacyclic (hopane) C27-C35. Trong giai đoạn chủ yếu sinh dầu
phát hiện phong phú n- alkan và giảm lượng hydrocacbon
naftenic, phong phú các cấu tử C16- C22, đặc biệt là C16, C17 và C18.
Tỷ lệ Σ(C15-C20) / Σ(C21-C30) đạt 0,5-4,8. Tỷ số pristane/ phytane
đạt 0,7-1,0. Trong số đó các isoprenan thẳng phong phú loại đồng phân (isomer thấp phân tử.)
- Các hydrocacbon aromatic thường có từ cấu trúc một vòng
đến năm vòng. Trong giai đoạn MK1 các hydrocacbon aromatic
của loại fitoplancton có quan hệ như sau: Naftalin ≥ Fenantren
≥Chrizen. Đến giai đoạn MK2 các cấu trúc polyaromatic tăng cao
phản ánh quá trình phân hủy kerogen trong giai đoạn chủ yếu sinh dầu.
Chuyển sang giai đoạn MK3 giảm lượng hydrocacbon aromatic chứng minh cho quá trình di cư các cấu tử linh động và cơ bản kết thúc quá trình phân hủy các cấu tử của vật liệu hữu cơ phân
tán: Naftalin = Fenantren ≥ Chrizen. Đến giai đoạn MK4-5 tăng
nồng độ của các cấu tử polyaromatic do tăng lượng benzen 4 vòng trong nhân.
Loại vật liệu hữu cơ zooplancton luôn tăng cường loại hydrocacbon polyaromatic trong giai đoạn chủ yếu sinh dầu được thể hiện mối quan hệ: Naftalin > Fenantren > Chrizen. Đến giai
đoạn MK4 tăng rõ rệt loại hydrocacbon aromatic. Mối quan hệ
được thể hiện như sau: Naftalin < Fenantren > Chrizen
* Hydrocacbon sôi ở nhiệt độ thấp
Lượng chủ yếu trong hydrocacbon sôi ở nhiệt độ thấp của loại sapropel được tạo thành trong giai đoạn mezocatagenez phần lớn là do phần lipide của kerogen. Tăng mức độ biến chất thì lượng hydrocacbon sôi ở nhiệt độ thấp cũng tăng và đạt cực đại ở độ sâu phù hợp với pha chủ yếu sinh dầu. Vượt qua pha chủ yếu sinh dầu lượng hydrocacbon này lại giảm do di cư mất. Thành phần chủ yếu là ba loại liên kết: cyclan, alkan và aren có trọng lượng
khác nhau từ C4 đến C10.
Quá trình tiến hóa của hydrocacbon sôi ở nhiệt độ thấp ở giai đoạn catagenez không những lệ thuộc vào yếu tố nhiệt độ mà còn lệ thuộc vào tuổi, đặc biệt thể hiện qua hệ số biến chất
KmC6: KmC nC iC cyclanC = + 6 6 6 6 Cyclan C6: MCP + CH MCP: Methylcyclopentan CH: Cyclohexan
* Thành phần khí
Càng tăng mức độ biến chất theo chiều sâu thành phần khí biểu diễn như sau:
- Ở đới protocatagenez chủ yếu khí CO2
- Ở giữa catagenez chuyển sang hỗn hợp khí carbonic-
hydrocacbon (CO2-HC) mà chủ yếu là khí hydrocacbon
- Tiếp tục thấy tăng khí CO (cuối đới mezocatagenez)
- Ở giai đoạn apocatagenez loại khí CO2-HC được thay thế
bằng khí CH4.
Ví dụ, ở giai đoạn MK1-2 khí hydrocacbon chủ yếu là C3H8-
C5H12, tỷ số C6H8/ΣKN≤0,24 (ΣKN: tổng khí nặng) C+
2= C2 + C3 +
C4 ở giai đoạn MK3-4 tăng lượng khí CO2, còn khí hydrocacbon bao
gồm chủ yếu là khí metan. Càng tăng mức độ biến chất càng tăng lượng khí metan và tỷ lệ thuận với lượng vật liệu hữu cơ. Do đó điều kiện khép kín của cấu tạo hay giảm độ rỗng của đá thường tăng áp suất của khí và dẫn tới hình thành dị thường áp suất.
Tóm lại, loại vật liệu hữu cơ sapropel từ protocatagenez đến grafit mất tới 83% khối lượng, trong đó 49,2% là khí, tổng lượng khí hydrocacbon giảm dần tới rất thấp từ 19,3% đến chỉ còn 1,3%.
Bảng 3.4: Thành phần khí sinh ra của vật liệu hữu cơ sapropel trong giai đoạn catagenez (theo số liệu của Neruchev Q. G và
Rogozina E. A, 1988) Hàm lượng, % thể tích Mức độ catagenez ΣKhí nặng CO2 CH4 H2S NH3(N2) PK - MK1 19,28 71,6 6,6 4,3 17,5 MK2 3,30 36,1 16,4 37,5 10,0 MK3 4,76 16,4 77,7 5,5 0,4 MK4 1,49 13,4 79,2 7,4 0,0 MK5 2,64 4,9 79,6 15,5 0,0 AK1-AK2 1,25 26,4 49,6 16,8 7,2 AK3 0,88 22,7 35,3 29,5 12,5 AK4 - grafit 1,29 16,3 62,8 15,5 5,4