CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.3. Thành phần vật chất hữu cơ trong than – loại kerogen
Maceral là những vi phần hữu cơ tạo nên kerogen và than xác định đƣợc dƣới kính hiển vi dựa trên tính chất quang lý, tƣơng đƣơng với các khoáng vật tạo nên đá [75, 76]. Hệ thống phân loại maceral của ICCP đƣợc ứng dụng phổ biến nhất hiện nay [38, 39, 43, 68] gồm:
2.1.3.1. Nhóm Huminit
Thuật ngữ huminit (bắt nguồn từ chữ ―humus‖ nghĩa là đất trong chữ Latin) đƣợc Szádecky-Kardoss giới thiệu năm 1949 để chỉ một thành phần trong cấu trúc của than nâu hay còn gọi là lignit. ICCP (1971) [35] đã sử dụng thuật ngữ này cho nhóm maceral trong than nâu (lignit). Huminit (tiền thân của Vitrinit) là nhóm maceral có màu xám trung bình; độ phản xạ nằm giữa khoảng giá trị phản xạ của maceral nhóm liptinit và inertinit cộng sinh với nó [78].
Maceral nhóm Huminit gồm 6 maceral đƣợc chia thành 3 phụ nhóm là Telohuminit (Textinit và Ulminit) – Detrohuminit (Attrinit và Densinit) - Gelohuminit (Corpohuminit và Gelinit). Phụ nhóm maceral đƣợc phân loại dựa trên cấu trúc (mức độ bảo tồn của tàn tích thực vật). Maceral đƣợc phân loại dựa trên mức độ keo hóa. Sự đa dạng về hình thái của một maceral đƣợc phân biệt dựa trên sự khác nhau về độ phản xạ; dạng A thƣờng có độ phản xạ thấp hơn dạng B và chủ yếu áp dụng cho Ulminit và Textinit maceral (bảng 2.1).
Telohuminit là phụ nhóm maceral bao gồm textinit (các thành tế bào chƣa bị keo hóa hoặc bị cơ lập nhƣng cịn ngun vẹn tế bào riêng lẻ hoặc trong các mô) và ulminit (các thành tế bào thực vật đã bị keo hóa nhƣng ít nhiều cịn giữ lại đƣợc hình thái cấu trúc (bảng 2.1) [78].
Detrohuminit là phụ nhóm maceral gồm các mảnh vật chất hữu cơ humic có kích thƣớc <10 miocromet đƣợc gắn kết bằng các ximăng humic vơ định hình. Phụ nhóm này bao gồm attrinit (chƣa bị keo hóa) và densinit (đã bị keo hóa) đƣợc phân chia dựa trên mức độ keo hóa. Trong trầm tích, tất cả các mảnh humic khơng thể xác định chính xác đƣợc nhóm của nó sẽ đƣợc quy về nhóm detrohuminit kể cả khi kích thƣớc >10micromet (bảng 2.1) [78].
Gelohuminit là phụ nhóm chứa các maceral nguồn gốc humic đồng nhất và vơ định hình; thƣờng lấp đầy trong các lỗ rỗng của maceral thuộc 2 nhóm trên. Phụ nhóm này bao gồm gelinit và corpohuminit (bảng 2.1).
Ulminit là maceral có nguồn gốc từ các tế bào mơ bần và tế bào mô gỗ của rễ cây, cành cây và lá cây. Về mặt hóa học, chúng chủ yếu là cellulo và lignin trong các loại thực vật thân thảo và thực vật thân gỗ. Đây là nhóm mà cấu trúc tế bào thực vật đƣợc bảo tồn gần nhƣ nguyên vẹn và dễ dàng quan sát đƣợc dƣới kính hiển vi. Sự phong phú thành phần huminit trong mẫu là chỉ thị cho điều kiện bảo tồn cấu trúc tế bào rất cao, mơi trƣờng thành tạo có độ pH thấp nhƣ các đầm lầy trong rừng hoặc vùng nƣớc tù đọng [20].
Densinit là maceral thuộc phụ nhóm detrohuminit- nhóm huminit. Chúng là sản phẩm của một quá trình rộng từ phân hủy tế bào mô bần và mô gỗ của lá và thân cây (chủ yếu là cellulo và lignin) đến q trình keo sinh hóa trong điều kiện ẩm ƣớt. Densinit bao gồm các hạt humic mịn (> 10micromet) của hình dạng khác nhau đƣợc gắn kết bởi keo humic vơ định hình [78]. Vì vậy mà trong khối mẫu đánh bóng của than, maceral này ít nhiều có tính đồng nhất và đơi khi là một bề mặt lốm đốm.
Corpohuminit (Co) là maceral thuộc phụ nhóm gelohuminit – nhóm huminit. Chúng có dạng hình cầu, oval hoặc kéo dài; phi cấu trúc và khá đồng nhất; có màu xám đến xám sáng, không phát quang dƣới ánh sáng huỳnh quang. Corpohuminit có nguồn gốc từ dịch tế bào, tannin, hay hỗn hợp của các hợp chất thơm. Khả năng bảo tồn của Corpohuminit trong điều kiện phân hủy tự nhiên khá tốt. Corpohuminit không tan trong dung môi phân cực, khơng phân cực và hydroxit nóng [19].
2.1.3.2. Nhóm Vitrinit
Thuật ngữ Vitrinit bắt nguồn từ ―vitrum‖ trong tiếng latin là cỏ; đƣợc đƣa ra để chỉ các thành phần có màu xám và có độ phản xạ nằm trong khoảng
của mảnh liptinit tối nhất và mảnh inertinit sáng nhất, có trong than nhãn từ trung bình trở lên, có thể nhận biết đƣợc dƣới kính hiển vi. Tiền thân của maceral nhóm vitrinit chính là maceral nhóm huminit bị bitum hóa. Maceral nhóm vitrinit đƣợc chia thành 3 phụ nhóm: Telovitrinit (tiền thân là telohuminit), detrovitrinit (tiền thân là detrohuminit) và gelovitrinit (tiền thân là gelohuminit) (bảng 2.7) [38].
Màu của maceral nhóm vitrinit dƣới ánh sáng trắng phản xạ thay đổi tùy thuộc vào mức độ bitum hóa của than hay nhãn than; chúng thƣờng có màu xám sẫm trong than nhãn thấp hoặc trong mẫu trầm tích chƣa trƣởng thành, chuyển dần lên màu xám sáng rồi đến trắng trong than nhãn trung bình đến cao và trong trầm tích có độ trƣởng thành tƣơng ứng. Độ nổi của maceral nhóm vitrinit so với các maceral thuộc nhóm khác khơng cao, tuy nhiên nó lại cao hơn độ nổi của nhựa đúc mẫu.
Collodetrinit (Cd) là loại maceral trong phụ nhóm detrovitrinit; có nguồn gốc tƣơng tự detrohuminit nhƣng mức độ biến chất cao hơn. Đây là những khối vitrinit đặc xít, có những chấm lốm đốm kết lại với các thành phần humic khác của than; cƣờng độ phát quang và màu sắc của collodetrinit thay đổi, không cố định.
Collotelinit (Ct) là maceral thuộc phụ nhóm telovitrinit. Đây là các thể tƣơng đối đồng nhất, hầu nhƣ khơng có cấu trúc. Giá trị phản xạ của nó thƣờng đƣợc dung để xác định nhãn than. Chúng có nguồn gốc từ các mô và tế bào gỗ nhƣ cellulo và lignin. Tiền thân của nó là ulminit bị biến chất ở mức độ cao hơn [38].
Corpogelinit (Cg) thuộc phụ nhóm Gelovitrinit. Chúng là các thể đồng nhất, phi cấu trúc và có rất nhiều hình dạng; lấp đầy trong các lỗ rỗng.
2.1.3.3. Nhóm Liptinit
Liptinit maceral bắt nguồn từ vật liệu nguồn gốc thực vật giàu hydro (nhƣ màng của bào tử phấn hoa, cutin của lá cây, mô bần, nhựa, sáp, các chất béo và dầu) cũng nhƣ sản phẩm phân hủy sinh vật của đạm, celullo và các carbohydrate khác.
Trong suốt giai đoạn than bùn hóa và thành đá của than nâu, các tiền thân của liptinit maceral tƣơng đối bền vững; chúng khơng chịu ảnh hƣởng cuả q trình humic hóa và keo hóa nhƣ VCHC nhóm humic [79].
Sự thay đổi các đặc tính của thành phần lipid bắt đầu quan sát đƣợc ở ranh giới giữa nhãn than á bitum và than bitum (0,5%Ro); đây là bƣớc nhảy đầu tiên trong q trình than hóa của maceral nhóm liptinit. Ngƣỡng này tƣơng đồng với giai đoạn bắt đầu trƣởng thành sinh hydrocacbon của đá mẹ. Bƣớc nhảy thứ hai xảy ra ở giai đoạn chuyển từ trạng thái than bitum chất bốc cao B sang than bitum chất bốc cao A – tƣơng ứng với giai đoạn sinh dầu mạnh. Bƣớc nhảy thứ 3 là ở giai đoạn tạo than bitum chất bốc thấp, lúc này đặc điểm quang - hóa - lý của liptinit tƣơng tự vitrinit, độ phản xạ của liptinit và vitrinit tƣơng tự nhƣ nhau; khả năng phân biệt chúng dƣới kính hiển vi dựa trên hình thái cấu trúc. Ở các nhãn than cao hơn, độ phản xạ của liptinit còn lớn hơn cả vitrinit và inertinit [79, 81, 83].
Đặc tính quang học đặc trƣng riêng của maceral nhóm litipnit là khả năng phát quang dƣới ánh sáng huỳnh quang. Cƣờng độ phát quang giảm dần tƣơng ứng với sự tăng của nhãn than cho đến khi không thể đo đƣợc.
Sporinit maceral có nguồn gốc từ bào tử và phấn hoa [79]. Dƣới kính hiển vi, chúng có thể là các thể riêng biệt hoặc phân bố thành từng đám, thƣờng bị nén ép, mức độ bảo tồn tốt, hình thái rõ ràng, độ nổi cao; độ dầy và kích thƣớc khá phong phú. Đặc điểm nhận biết của sporinit là rãnh sâu phân
bố giữa thể bào tử hoặc phấn hoa; dƣới ánh sáng thƣờng chúng có màu nâu vàng đến nâu đỏ và ánh sáng huỳnh quang chúng có màu vàng - vàng đậm
Resinit có nhiều nguồn gốc khác nhau nhƣ nhựa, sáp thực vật; đặc trƣng nhận dạng của resinit là vầng sáng khác màu ở rìa mảnh khi chúng phát quang dƣới ánh sáng huỳnh quang; dƣới ánh sáng trắng thông thƣờng, resinit là thể đồng nhất màu xám tối đến nâu đỏ, độ nổi cao hơn vitrinit. Resinit phân bố đơn lẻ trên nền vitrinit hay lấp đầy trong các lỗ rỗng của cấu trúc tế bào nhƣ funginit, fusinit và cutinit [79].
Cutinit là các maceral có nguồn gốc từ lớp biểu bì (cutin) của lá cây; hình dải dài, một phía phẳng, một phía có răng cƣa, mức độ bảo tồn tốt, độ nổi cao [79].
Suberinit có nguồn gốc từ tế bào mơ bần; khả năng bảo tồn cấu trúc của nó khá tốt. Dƣới ánh sáng huỳnh quang, cutinit phát quang mạnh hơn suberinit. Chúng thƣờng bị lấp đầy bởi corpohuminit/corpogelinit. Suberinit ít quan sát thấy ở than có độ phản xạ vitrinit lớn hơn 0,8%. Các loại maceral trong nhóm liptinit đƣợc mơ tả chi tiết trong phụ lục 4.
2.1.3.4. Nhóm Inertinit
Inerinit là nhóm bao gồm các maceral có độ phản xạ cao hơn, trơ ì hơn so với vitrinit và liptinit trong than; thƣờng đƣợc coi là nhóm khơng có khả năng sinh hydrocacbon. Thuật ngữ này bắt nguồn từ chữ ―inertia‖ trong tiếng latin nghĩa là khơng hoạt động. Maceral nhóm inertinit có nguồn gốc khá đa dạng nhƣ [39]:
Nguồn gốc tế bào (nấm hay thực vật bậc cao) gồm Fusinit, Semifisinit và Funginit. Các maceral này thƣờng thể hiện rất rõ nét cấu trúc của thành tế bào với mức độ biến đổi, mức độ nén ép và các mảnh vỡ.
Nguồn gốc từ các VCHC vơ định hình bị keo hóa (micritinit, macritinit)
Nguồn gốc từ phần bên trong của tế bào bị oxy hóa và phân hủy sinh vật trong suốt giai đoạn than bùn hóa (secretinit)
Nguồn gốc từ mảnh vụn của các maceral trong nhóm – inertodetrinit Trên bề mặt khối mẫu đã mài bóng, inertinit có màu xám đến trắng xám; độ nổi rất cao so với nhựa đúc và cao hơn so với vitrinit.
Fusinit có nguồn gốc từ của thành tế bào; đƣợc bảo tồn tốt, có dạng các ơ/ngăn mở/kín đẳng hƣớng; mức độ phản xạ cao; màu trắng đến hơi vàng [39]. Các ô rỗng của fusinit thƣờng bị lấp đầy bởi các maceral khác nhƣ vitrinit hay resinit.
Funginit là các thể hình cầu, gần trịn có cấu trúc ơ lỗ rõ ràng; chúng là phần còn lại của các thể nấm (đơn bào hoặc đa bào); có hình oval, màng, sợi nấm với cấu trúc ngăn có độ phản xạ cao [39].
Inertodetrinit - là sản phẩm fusinit hóa các vật liệu có nguồn gốc thực vật- kích thƣớc thƣờng nhỏ hơn 10micron.
Semifusinit bắt nguồn gốc từ nhu mô và tế bào gỗ của thân cây, thảo mộc và lá, hình thái tƣơng tự fusinit nhƣng độ phản xạ thấp hơn; dƣới ánh sáng thƣờng chúng có màu xám tối và khơng phát quang [39]. Phụ lục 2 đến phụ lục 5 thống kê nguồn gốc, đặc điểm thạch học của các loại maceral hiện nay [33].
2.1.3.5. Kerogen
Kerogen là thành phần sinh dầu – khí chính trong trầm tích; đƣợc định nghĩa là các hợp chất hữu cơ không tan trong các dung môi hữu cơ thông thƣờng.
Bảng 2. 1. Phân loại kerogen theo nguồn gốc và dạng maceral
Môi trƣờng Loại
kerogen Dạng maceral Nguồn gốc
Môi trƣờng
ngập nƣớc I
Alginit Tảo
VCHC vơ định hình
Các dạng phi cấu trúc có nguồn gốc tảo
II
Các dạng phi cấu trúc có nguồn gốc sinh vật biển trôi nổi Môi trƣờng
lục địa Liptinit
Bào tử, phấn hoa, cutin của là và thực vật thân thảo
III Vitrinit Mảnh vụn của thực vật thân gỗ
và các dạng humic phi cấu trúc
IV Inertinit Mảnh vụn thực vật bị oxi hóa
Có 4 loại kerogen khác nhau tƣơng ứng với các loại vật liệu có nguồn gốc khác nhau (Bảng 2. 1). Trong trầm tích, kerogen chiếm khoảng 90% lƣợng cacbon hữu cơ; có nguồn gốc từ sự phân hủy và thành đá của động - thực vật và đƣợc phân loại dựa trên thành phần maceral và các thông số nhiệt phân nhƣ HI, OI, Tmax.