2.2.1. Phương pháp khảo sát thực địa
Trong suốt thời gian làm luận án, nghiên cứu sinh đã có cơ hội khảo sát đảo Phú Quốc và các đảo lân cận của vùng biển Tây Nam tổng cộng 3 lần, đó là vào các khoảng thời gian: tháng 3 năm 2006, tháng 8 năm 2008 và tháng 1 năm 2010. Tháng 3 năm 2006, đợt khảo sát tiến hành cùng Thầy giáo và các cán bộ Viện dầu khí, các chuyên gia của Cục địa chất Đan mạch và Greenland. Đợt khảo sát đã tiến hành thu thập mẫu tại giếng khoan Enreca 2 (sâu 504m), phía Nam đảo Phú Quốc. Đợt khảo sát năm 2008 mục đích chính là tìm hiểu đặc trưng địa chất chung của toàn bộ khu vực Phú Quốc và các đảo lân cận (Quần đảo Nam Du). Tháng 1 năm 2010, đợt khảo sát bổ sung thêm mẫu cho luận án (hình 2.3).
Nhiệm vụ chung khi khảo sát thực địa đó là định hình địa hình, địa mạo, xác định các điểm lấy mẫu, mô tảđiểm lộ và mô tả sơ bộ mẫu ngoài thực địa. Mẫu được đóng gói và mang về phòng thí nghiệm phân chia thành nhóm để phục vụ phân tích.
Hình 2.4. Khảo sát thực địa tại đảo Phú Quốc tháng 3 năm 2006.
Hình 2.6. Khảo sát địa chất tại quần đảo Nam Du, tháng 1 năm 2008.
Hình 2.7. Khảo sát thực địa tại đảo Phú Quốc tháng 1 năm 2010.
2.2.2. Xử lý mẫu sau thực địa
Các mẫu thạch học sau khi mô tả sơ bộđược phân loại theo từng chỉ tiêu cần phân tích. Đối với mẫu của LK E2, sau khi các khay mẫu được mang về phòng thí nghiệm, NCS dành 2 tuần ngồi mô tả mẫu, chọn mẫu, đóng gói theo các chỉ tiêu phân tích.
2.2.2.1. Một số phương pháp nghiên cứu định lượng đá cát kết chứa dầu khí
a. Phương pháp phân tích độ hạt và hiệu chỉnh số liệu đá cát kết bằng lát mỏng thạch học dưới kính hiển vi phân cực
Các thông sốđộ hạt là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá điều kiện di chuyển và lắng đọng của trầm tích, tính chất thủy động lực của môi trường. Đối với trầm tích bở rời người ta dùng bộ rây và pipet để phân chia các cấp hạt, song đối với cát kết không còn áp dụng được phương pháp này. Vì vậy, chỉ còn phương pháp dùng lát mỏng thạch học để phân tích.
Tuy nhiên điều hết sức lưu ý là lát mỏng thạch học là một lát cắt bất kỳ nên kích thước hạt đo được không trùng với kích thước thật của chúng, thường bé hơn nhưng lại không cố định. Vậy nhiệm vụ đặt ra là phải tìm cách hiệu chỉnh kích thước thật. Năm 1960 Svanop (Nga) đã đưa ra một công thức hiệu chỉnh công thức đó được áp dụng phổ biến trong các văn liệu Nga và giảng dạy ở Việt Nam. Tuy vậy vì công thức hiệu chỉnh của Svanop có những điểm chưa được hợp lý nên luận án đã sử dụng phương pháp xử lý, hiệu chỉnh do Trần Nghi đề nghị năm 2000 [42].
Các bước phân tích độ hạt bằng lát mỏng thạch học được tiến hành như sau: - Đo kích thước bằng trắc vi thị kính - - - - - - Lập bảng ghi kết quả Xử lý kết quả theo công thức hiệu chỉnh Đo hàm lượng xi măng Hiệu chỉnh hàm lượng % cấp hạt (hạt vụn và xi măng)
Lập biểu đồđường cong tích lũy và đường cong phân bốđộ hạt Từ biểu đồ tính toán các tham số : Md, So, Sk
Công thức hiệu chỉnh như sau (sử dụng ở bước 3) Cấp hạt (mm) Công thức hiệu chỉnh 2 - 1 T1 = 1,33 x M1 1 - 0,5 T2 = 1,36(M2 - 0,19T1) 0,5 - 0,25 T3 = 1,44[M3 - (0,047T1 + 0,18T2)] 0,25 - 0,1 T4 = 1,79[M4-(0,012T1 + 0,044T2 + 0,165T3)] 0,1 - 0,01 T5 = M5 - (0,001T1 + 0,037T2 + 0,142T3 + 0,44T4)
Trong đó: M1, M2,... M5 là hàm lượng cấp hạt đo được
T1, T2,...T5 là hàm lượng cấp hạt có thật (sau khi hiệu chỉnh)
Công thức này mới tính hạt vụn mà chưa tính xi măng (tức là cấp hạt <0.01mm) vì vậy hàm lượng xi măng đo vẽđược sẽđược quy đổi vào hàm lượng % trong toàn bộ các cấp hạt.
Ta có: M = T1 + T2 +...+ T5+ C6
Hàm lượng % các cấp hạt trên lát mỏng (C1, C2...C6) được tính theo công thức (bảng 2.1).
Trong đó C6: là hàm lượng % cấp hạt thứ 6 (<0,01mm)
Sau khi áp dụng các công thức hiệu chỉnh ở trên, với số liệu thu được ta xây dựng các đường cong phân bố và đường cong tích lũy độ hạt. Trên cơ sở đường cong tích lũy, các hệ số như: kích thước hạt trung bình (Md), độ chọn lọc (So), hệ số bất đưới xứng (Sk) được tính theo công thức sau:
Md = Q50 So = 75 25 Q Q Sk = Md xQ Q25 75 Trong đó, Q25, Q50, Q75 là độ hạt ứng với hàm lượng tích lũy 25%, 50%, 75% trên đường cong tích lũy.
Bảng 2.1. Công thức hiệu chỉnh hàm lượng phần trăm các cấp hạt trên lát mỏng thạch học Cấp hạt (mm) Công thức hiệu chỉnh 2 – 1 C T1(100100 C6) 1 − = 1 - 0,5 100 ) C (100 T C 2 6 2 − = 0,5 - 0,25 100 ) C (100 T C 3 6 3 − = 100 ) C (100 T C 4 6 4 − = 0,25 - 0,1 100 ) C (100 T C 5 6 5 − = 0,1 - 0,01
b. Phương pháp phân tích hệ số mài tròn của đá vụn cơ học trên lát mỏng thạch học (Ro)
Độ mài tròn (Ro) của hạt vụn trong thành phần trầm tích là tính chất góc cạnh hay tròn cạnh của hạt vụn, đặc trưng cho chế thủy động lực, thời gian lưu lại của hạt vụn và quãng đường di chuyển của hạt vụn, được tính theo phương pháp của GS. TS. Trần Nghi, đề nghị năm 2000 [43].
Hệ số mài tròn của một hạt vụn bất kì (Roi) được tính như sau: Roi = 1- 0,1Ai
Trong đó: 1 là đơn vị biểu thị trình độ mài tròn cao nhất (lý tưởng) của hạt thứ i.
Ai: là số lượng góc lồi chưa bị mài tròn của rìa hạt thứ i, biến thiên từ 10 đến 0 và [0,1 Ai] sẽ cấu thành đại lượng biến thiên từ 1 đến 0 và tỷ lệ nghịch với độ mài tròn của hạt vụn. Như vậy khi [0,1Ai] biến thiên từ 1 đến 0 thì Roi sẽ biến thiên từ 0 đến q. Đó là khoảng hữu hạn có thể sử dụng để chia bậc mài tròn.
Từ đó hệ số mài tròn (Ro) của một lát mỏng thạch học sẽ bằng trung bình cộng của các hệ số mài tròn của mỗi hạt (Roi) ta có: n Ro n Ro Ro Ro Ro n i i n ∑ = = + + + = 1 2 ... 1
Trong đó: Ro: hệ số mài tròn trung bình của đá (lát mỏng đá), Roi: hệ số mài tròn của hạt thứ i,
n: là số hạt quan trắc.
Trường hợp tổng quát có thể phân chia mức độ mài tròn hạt vụn trong 1 lát mỏng thành 6 cấp tương ứng với 6 khoảng giá trị của Roi như sau:
Cấp 1: Ro1 = 0 - 0,1 không mài tròn và mài tròn rất kém (rất góc cạnh) Cấp 2: Ro2 = 0,1 - 0,3 mài tròn kém (góc cạnh) Cấp 3: Ro3 = 0,3 - 0,5 mài tròn trung bình (nửa góc cạnh) Cấp 4: Ro4 = 0,5 - 0,7 mài tròn tương đối tốt (nửa tròn cạnh) Cấp 5: Ro5 = 0,7 - 0,9 mài tròn tốt (tròn cạnh) Cấp 6: Ro6 = 0,9 - 1,0 mài tròn rất tốt (rất tròn cạnh) c. Phương pháp xác định độ cầu (Sf)
Độ cầu là tính chất đẳng thước hay kéo dài của hạt vụn sau quá trình di chuyển và lắng đọng, được xác định bằng hệ số (Sf).
Sf = A/B
Trong đó: A: Trục ngắn của hạt vụn B: Trục dài của hạt vụn
Giá trị của độ cầu thay đổi từ 0-1 chia làm ba bậc: 0 - 0,5 : Nguồn gốc biến chất là chủ yếu
0,5-0,75: Nguồn gốc magma là chủ yếu 0,75-1,0: Nguồn gốc tái trầm tích là chủ yếu
d. Phương pháp xác định mức độ trưởng thành (Mt) của cát và đá cát kết (Trần Nghi, 1989)
Mỗi một phức hệ đá hoặc một thể trầm tích trẻ nào đó đều được đặc trưng bởi độ trưởng thành (maturity) tức độ chín muồi của một quá trình vận chuyển, phân dị và lắng đọng trầm tích. Độ trưởng thành được biểu thị qua hệ số trưởng thành (Mt) và được tính như sau [38]: Mt = Li So Q Sf Ro + + + Trong đó: Ro - Hệ số mài tròn Sf - Hệ số cầu Q - Hàm lượng thạch anh So - Hệ số chọn lọc (tính theo Trask)
Li - Hàm lượng nền bao gồm matrix và ximăng hoá học (đã gắn kết) hoặc hàm lượng cấp hạt < 0,01mm (trầm tích bở rời).
Mt thay đổi từ 0 - 3, Giá trị Mt càng lớn thì đá càng có độ trưởng thành cao, cát kết chuyển từđa khoáng sang ít khoáng và đơn khoáng thạch anh.
e. Phương pháp xác định mức độ biến đổi thứ sinh của đá vụn cơ học (I)
Phương pháp xác định mức độ biến đổi thứ sinh của cát kết (I) dựa vào dạng tiếp xúc giữa các hạt vụn: thạch anh - fenspat, thạch anh - thạch anh, thạch anh - mảnh đá bền vững (quazit, silit) thay đổi theo mức độ biến đổi thứ sinh gia tăng có thể chia là hai nhóm dạng tiếp xúc sau đây [37, 38]:
Nhóm A đặc trưng cho tiếp xúc nguyên sinh (tiếp xúc điểm và tiếp xúc đường thẳng)
Nhóm B đặc trưng cho tiếp xúc thứ sinh (tiếp xúc đường cong và tiếp xúc răng cưa)
Tiếp xúc điểm: thành đá sớm
Tiếp xúc đường thẳng: thành đá muộn Tiếp xúc đường cong: hậu sinh sớm
Tiếp xúc răng cưa: hậu sinh muộn và biến sinh Mức độ biến đổi thứ sinh được đặc trưng bởi hệ số I ∑ = + = n 1 i Ai Bi Bi n 1 I Trong đó:
Ai - Số lượng tiếp xúc điểm nguyên sinh hàng quan trắc thứ i Bi - Số lượng tiếp xúc thứ sinh hàng quan trắc thứ i
n - Số hàng quan trắc trong lát mỏng
Giá trị I biến thiên từ 0 (min) đến 1 (max) có thể chia thành các khoảng giá trị: I = 0 - 0,25: giai đoạn thành đá sớm I = 0,25 - 0,5: giai đoạn thành đá muộn I = 0,5 - 0,75: giai đoạn hậu sinh sớm I = 0,75 - 1: giai đoạn biến sinh f. Phương pháp xác định độ chặt xít của đá cát kết (Co)
Độ chặt xít của đá (Co) biểu thị sự sắp xếp trong không gian của một tập hợp hạt và chúng có quan hệ với độ rỗng của đá vì vậy giá trị Co cũng biểu thị khả năng chứa dầu khí, chứa các hợp chất phóng xạ trong lỗ hổng xi măng. Công thức tính Co do Trần Nghi đề nghị: ∑ = − = n 1 i Ki 1 ti n 1 Co Trong đó: ti - Số tiếp xúc của các hạt cắt thước hàng thứ i Ki - số hạt cắt thước ở hàng thứ i
n - tổng số hàng quan trắc
g. Phương pháp đánh giá chất lượng colector trên cơ sở phân tích tương quan với các tham số trầm tích
Để đánh giá chất lượng đá chứa (colector) dầu khí bằng phương pháp định lượng phải tiến hành phân tích tương quan và giải bài toán bằng phương pháp thống kê [42]. Thông qua mối quan hệ phụ thuộc và ảnh hưởng lẫn nhau giữa các đại lượng trầm tích như kích thước hạt vụn (Md), hàm lượng thạch anh (Q), hệ số chọn lọc (So), hệ số mài tròn (Ro), độ cầu (Sf), hàm lượng xi măng và nền (Li), hệ số nén ép (Co) và hệ số biến đổi thứ sinh (I) làm ảnh hưởng đến các tham số colecter như: độ rỗng hiệu dụng (Me), độ thấm (K).
Để tiến hành phân tích tương quan bằng thống kê toán học và máy tính cần xác định vai trò hàm biến của các tham số trầm tích và độ rỗng (Me) và độ rỗng (K), trong mối tương quan đó Me và K là hàm số còn các tham số trầm tích nêu trên là biến số:
Me(K) = f (Md, Q, So, Ro, Sf, Li, Co, I)
h. Các phương pháp xác định thành phần khoáng vật và chỉ tiêu địa hóa môi trường của ximăng
Xi măng của đá vụn cơ học có thành phần đa dạng, vừa có nguồn gốc tại sinh (canxit, siderit, sét, Fe2O3, sunfat..) vừa có nguồn gốc thứ sinh (serixit, clorit, anbit, canxit..). Các thành phần tại sinh có kích thước bé và được thành tạo từ giai đoạn đồng sinh đến thành đá phụ thuộc vào điều kiện hóa lý của môi trường. Vì vậy, để xác định thành phần khoáng vật và môi trường trầm tích cần sử dụng nhiều phương pháp:
- Để xác định ximăng canxit, siderit, clorit, serixit, anbit, epidot có thể dùng phương pháp nghiên cứu lát mỏng thạch học bằng kính hiển vi phân cực và phương pháp phân tích Rơnghen.
- Để xác định thành phần khoáng vật sét, khoáng vật thuộc nhóm oxit sắt và tự sinh hạt nhỏ cần phải phân tích Rơnghen định lượng và SEM.
2.2.2.2. Phương pháp sinh địa tầng
Đây là một phương pháp hữu ích để xác định tuổi tương đối của các thành tạo địa chất. Phương pháp sử dụng tổ hợp phức hệ bào tử phấn hoa và tảo
dinoflagelate để xác định tuổi tương đối của các phân vị địa tầng và môi trường thành tạo. 34 mẫu lấy tại giếng khoan Enreca 2 được phân tích bào tử phấn hoa cho kết quả cát kết trong LK E2 có tuổi Kreta sớm (Alpian tới Aptian).
2.2.2.3 Phương pháp xây dựng bản đồ tướng đá cổđịa lý
Bản đồ tướng đá cổ địa lý là một bức tranh phong phú thể hiện các tổ hợp cộng sinh tướng đặc trưng cho một điều kiện địa lý tự nhiên nhất định trong một khoảng thời gian và không gian nhất định.
- Bản đồ tướng đá (lithofacies) nhưng chi tiết hóa các đặc điểm tướng đá và đặc điểm thạch học. Để biểu diễn thạch học người ta xây dựng hai loại bản đồ thạch học kiểu chung và kiểu biến đổi thẳng đứng. Bản đồ kiểu chung là phản ánh quy luật phân bố thạch học theo không gian trong một thời điểm nhất định. Bản đồ biến đổi thắng đứng là biểu diễn trọng số của các vỉa cát so với các kiểu trầm tích khác theo thời gian tức trong một khoảng địa tầng nhất định.
- Bản đồ cổ địa lý: là bản đồ thể hiện điều kiện địa lý tự nhiên các bể trầm tích và vùng xâm thực. Nội dung bao gồm sự phân bố các mạch núi, dòng sông, hồ, biển với độ sâu của chúng và sự phân bố các đảo, đặc điểm cổ khí hậu, điều kiện hóa lý môi trường, đặc trưng thế giới sinh vật.
- Bản đồ tướng đá - cổ địa lý là loại bản đồ tổng hợp những đặc điểm tướng và cổđịa lý của một bể trầm tích và trên một lãnh thổ rộng lớn gồm những đặc điểm sau:
1/ Đặc điểm vùng xâm thực, ranh giới vùng xâm thực và vùng lắng đọng trầm tích.
2/ Quy mô phân bố các bể trầm tích và những đặc điểm tướng đá và tổ hợp cộng sinh tướng theo thời gian và không gian.
3/ Hướng vận chuyển của vật liệu trầm tích từ vùng xâm thực đến bể trầm tích và các dòng bồi tích trong bể nước.
Luận án nghiên cứu diện tích nhỏ, nên chỉ xây dựng sơđồ tướng đá cổđịa lý. Phương pháp xây dựng sơ đồ tướng đá cổ địa lý cũng phải thực hiện đầy đủ các bước như thành lập một bản đồ tướng đá cổđịa lý trên toàn vùng rộng lớn.
- Chọn tỷ lệ
- Chọn khoảng địa tầng
- Phương pháp lấy mẫu và mô tả nhật ký - Phân tích mẫu và xửa lý thông tin - - - - - -
Biểu diễn các thông tin tiêu biểu lên bản đồ nền đã khôi phục Vẽ mặt cắt tướng đá cổđịa lý
Khoanh ranh giới các tướng và phức hệ tướng trầm tích Xác định ranh giới vùng xâm thực và vùng trầm tích
Vẽ các hướng dòng vận chuyển trầm tích từ vùng xâm thực đến vùng lắng đọng
Xác định đường bờ cổ và hướng dòng bồi tích trong bể nước
2.2.2.3. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD)
Đây là phương pháp xác định tổng thành phần các loại khoáng vật có trong đá cũng như hàm lượng (bán định lượng) các khoáng vật sét trong thành phần của xi măng.
Việc phân tích cấu trúc bằng tia Rơnghen được tiến hành bằng cách chiếu lên bề mặt mẫu nghiên cứu chùm tia Rơnghen với bước sóng cỡ từ vài phần trăm đến vài chục ăngstrom (Ǻ), thông thường từ 0,2 - 0,3Ǻ, sau đó bằng các phương pháp khác nhau ghi nhận và phân tích phổ nhiễu xạ từ mẫu. Trong phương pháp nhiễu xạ Rơnghen thì phổ nhiễu xạđược ghi nhận bằng cách đếm số lượng xung (hoặc tốc độ tạo xung) sinh ra trong ống đếm (detector). Khi chùm tia Rơnghen chiếu vào tinh