Đá mẹ trong dầu khí

Trang 1

Mục lục

CHƢƠNG I: KHÁI QUÁT ĐÁ MẸ ................................................................................ 4

I. Khái niệm Đá Mẹ ...................................................................................................... 4

1. Khái niệm .............................................................................................................. 4

2. Phân loại ................................................................................................................ 4

2.1. Theo thành phần thạch học ............................................................................. 4

2.2. Theo đặc điểm trầm tích ................................................................................. 4

2.3. Theo địa hóa ................................................................................................... 4

2.4. Theo ý nghĩa thực tiễn và các tiêu chuẩn khác ............................................... 5

II. Địa hóa đá mẹ và các quá trình sinh dầu ................................................................... 5

1. Vật liệu hữu cơ (VLHC) ban đầu, điều kiện tích lũy,

chôn vùi trong trầm tích ........................................................................................ 5

1.1. Loại vật liệu hữu cơ sapropel ......................................................................... 5

1.2. Loại vật liệu hữu cơ humic – sapropel ........................................................... 6

1.3. Tích lũy vật liệu hữu cơ trong giai đoạn trầm tích và tạo đá sớm(diagenes) . 6

2. Chuyển hóa VLHC (độ trƣởng thành) ................................................................... 8

2.1. Quá trình chuyển hóa VLHC trong giai đoạn tạo đá (diagenes) .................... 8

2.2. Thành phần và đặc điểm thạch học của VLHC, phân loại nguồn gốc ........... 8

2.3. Biến đổi vật liệu hữu cơ trong giai đoạn nhiệt xúc tác (Cataganez) .............. 9

2.4. Chuyển hóa VLHC trong giai đoạn nhiệt xúc tác

(Metacatagenez và Apocatagenez) ............................................................... 10

CHƢƠNG II: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊA HÓA NGHIÊN CỨU ĐÁ MẸ .................. 14

I. Các phƣơng pháp định lƣợng VLHC trong đá mẹ .................................................. 14

1. Phƣơng pháp Leco ............................................................................................... 14

2. Phƣơng pháp nhiệt phân Rock – Eval ................................................................. 15

3. Phƣơng pháp bitum hóa ....................................................................................... 19

4. Phƣơng pháp tách thành phần nhóm của bitum hoặc dầu thô ............................. 20

5. Sắc ký dải HCs (GC) ........................................................................................... 20

6. Phƣơng pháp sắc kí khối phổ GCMS .................................................................. 20

7. Phƣơng pháp phát quang ..................................................................................... 20

II. Các phƣơng pháp xác định độ trƣởng thành của VLHC trong đá mẹ ..................... 21

1. Phƣơng pháp đo phản xạ vitrinite........................................................................ 21

2. Chỉ tiêu Tmax ...................................................................................................... 22

3. Chỉ tiêu thời nhiệt TTI ......................................................................................... 23

Trang 2

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 3

Trang 4

CHƢƠNG I: KHÁI QUÁT ĐÁ MẸ

I. Khái niệm Đá Mẹ:

1. Khái niệm:

Theo I.M.Gubkin: Đá mẹ của dầu khí là loại đá chứa vật liệu có nguồn gốc hữu

cơ hay còn gọi là sinh học mà từ đó xuất hiện dầu khí.

Muộn hơn vào năm 1962, N.B.Vassoevich cho rằng: Sau khi xác định đƣợc sự

phân bố rộng rãi của các hạt sinh dầu trong đá trầm tích dƣới nƣớc, nguồn gốc dầu đƣợc

đƣa ra. Do đó cần phân biệt loại đá nào phong phú những hạt dầu, nghèo dầu, dễ dàng

hay khó khăn trong việc giải phóng dầu… Phải làm sáng tỏ dƣới điều kiện nào và dạng

gì xảy ra sự di chuyển dầu. Theo ông, dầu khí thƣờng nằm dƣới dạng phân tán khuếch

tán trong đá sét và chuyển vào đá chứa khi có điều kiện và thành tạo trong đó các vỉa

dầu khí.

Nhìn Chung:

Đá mẹ của dầu khí là loại có thành phần hạt mịn chứa phong phú vật liệu hữu

cơ. Tầng đá mẹ phong phú vật liệu hữu cơ là tầng hạt mịn, dày, nằm ở miền lún chìm

liên tục (sự lấp đầy vật liệu chỗ thấp và sự hạ mòn từ từ của lớp trên cao), trong điều

kiện yếm khí (thiếu Oxy). Đồng thời trong giai đoạn lắng nén vật liệu hữu cơ chịu tác

dụng và phân hủy của vi khuẩn…Sự lún sụp từng đợt một cách liên tục từ từ cho đến khi

bề dày lớp trầm tích đạt 2 km trở lên.

2. Phân loại:

2.1. Theo thành phần thạch học:

Đá mẹ Sét là loại phổ biến, đƣợc lắng động trong các môi trƣờng khác nhau.

Đá mẹ Silic là loại đá do sự lắng động của sét Silic ở nơi phát triển Diatomei

(khuê tảo) có phần khung xƣơng bằng silic (bùn silic hạt độ nhuyễn)

Đá mẹ là vôi liên quan tới bùn vôi, sau khi giải phóng nƣớc thành tạo sét vôi và

các ám tiêu san hô chứa nhiều vật liệu hữu cơ.

2.2. Theo đặc điểm trầm tích:

Loại có nhiều hạt thô thƣờng tích lũy trong các đới thoáng khí.

Loại nhiều thành phần hạt mịn, thƣờng tích lũy trong môi trƣờng yếm khí.

Loại mà vật liệu hữu cơ đƣợc tích lũy trong các ám tiêu san hô.

2.3. Theo địa hóa :

Đã gọi là đá mẹ thì phải chứa một vật liệu nào đó có điều kiện biến chất khác nhau

mà nó sản sinh ra đƣợc chất hữu cơ hòa tan tƣơng ứng đƣợc trong dung môi hữu cơ.

Trang 5

Giai đoạn biến chất từ chất này sang chất kia là quá trình biến chất từ từ theo thời

gian. Mỗi giai đoạn có một lƣợng hữu cơ sinh ra mà có thể hòa tan đƣợc trong dung môi

hữu cơ đƣợc gọi là Bitum. Đây là dạng vật liệu hữu cơ di chuyển đƣợc và là sản phẩm

của các vật liệu có nguồn gốc lipit. Loại thứ 2 của vật liệu hữu cơ là loại không hòa tan

đƣợc trong dung môi hữu cơ, phần cặn gọi là Kerogen.

Do sự polime hóa vật chất hữu cơ đƣợc tách ra từ xác sinh vật mà dầu đƣợc hình

thành từ khối Kerogen này.

2.4. Theo ý nghĩa thực tiễn và các tiêu chuẩn khác:

Loại hiệu dụng: là đá sinh dầu hoặc khí với chất lƣợng tốt có giá trị kinh tế.

Loại triển vọng: có khả năng nhƣng chƣa đƣợc đánh giá.

Loại tiềm năng: là đá có khả năng sinh dầu nhƣng chƣa đủ độ trƣởng thành

nhiệt (chƣa tạo thành những HC chuẩn với số lựng lớn.

Loại trƣởng thành: là loại đá đã kết thúc quá trình sinh dầu. Từ đá mẹ đã sản

sinh ra dầu và đủ độ sinh dầu khai thác.

II. Địa hóa đá mẹ và các quá trình sinh dầu:

1. Vật liệu hữu cơ (VLHC) ban đầu, điều kiện tích lũy, chôn vùi trong trầm

tích:

1.1. Loại vật liệu hữu cơ sapropel:

Dựa trên cơ sở nghiên cứu trầm tích hiện đại, Bogorov V.G cho rằng: loại

phytoplancon là loại chủ yếu, loại zooplancton nhỏ hơn 10 lần và loại phytobentos là rất

nhỏ.

Ví dụ: Theo số liệu của Romanskievich E.V thì nguồn VCHC có nguồn gốc sinh

học và lục địa là 21,1 tỷ tấn/năm, trong đó loại phyplancton chiếm tới 94,7%, loại

alloxan từ lục địa chiếm 4,8% và loại phytobentos chiếm 0.5%.

Ở những vùng biển và đại dƣơng gần bờ, thƣờng phát triển thảm thực vật dƣới

nƣớc và đó cũng là nơi tích lũy nhiều vật liệu vụn. Từ đó nhiều loài sinh vật phát triển,

đặc biệt là loài vi khuẩn phân hủy VLHC. Chính bản thân các loài sinh vật đó sau khi

chết đi cũng là nguồn VLHC loại sapropel.

Loại phytoplancon: Loài sống trôi nổi (plancton algae) là loại thực vật một tế

bào, đôi khi phát triển cả quần thể. Thành phần hóa học của loại rong này

thƣờng là: albumin chiếm 67%, lipit chiếm 17%, còn lại hydratcacbon chiếm

16%. Loại rong diatomei là loại chứa nhiều lipit, trong đó chất kitin tƣơng đối

bền đƣợc chôn vùi trong trạng thái hóa đá trong môi trƣờng khử mạnh và khử.

Loại zooplancton: đôi khi phát triển mạnh, trong đó phải kể đến loại graptolit.

Trang 6

Loại phytobentos: thƣờng là rong đáy và cỏ biển, chúng phát triển mạnh ở đới

gần bờ.

Nhƣ vậy, loại VCHC sapropel phát triển đa dạng, trong đó chú yếu là loại rong

tảo. Vì vậy trong một số trƣờng hợp trong đá đƣợc tích lũy loại VCHC hàm lƣợng cao

của sapropel chính là do sự phát triển của rong tảo

1.2. Loại vật liệu hữu cơ humic – sapropel

Vật liệu nguồn của VLHC humic sapropel là các tàn tích của thực vật, trong đó có

thực vật bậc cao và lẫn với phytoplancton. Trong một số trƣờng hợp phát triển cả rong

đáy. Thƣờng hiếm gặp loại VLHC humic đơn thuần vì đa phần chúng đƣợc tích lũy

trong môi trƣờng nƣớc, nơi bao gồm sự phát triển của loại phytoplancton biển hay đầm

hồ. Môi trƣờng tích tụ có thể khử hay khử yếu.

Trong một số trƣờng hợp, VLHC đƣợc tích lũy trong điều kiện lục địa hoàn toàn

(không có nƣớc). Ví dụ: đồng bằng aluvia, sa mạc thì trong kerogen thƣờng đƣợc tích

lũy các vi cấu tử ( microcompoment) không có cấu trúc rõ ràng. Tuy vậy cần lƣu ý là

trong môi trƣờng lục địa thƣờng chứa nhiều oxy – nhân tố chú yếu phân hủy các lipit –

đƣợc gọi là môi trƣờng oxy hóa nên chất lipit trong môi trƣờng trên cạn có thể bị phân

hủy gần nhƣ hoàn toàn.

Nguồn vật liệu humic tiến hóa theo sự tiến hóa của thực vật bậc cao. Ví dụ: theo

Crystovich A.N thì 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 cơ trong giai đoạn trầm tích và tạo đá sớm (diagenes)

Tồn tại hai vùng trầm tích cơ bản là vùng biển và vùng lục địa:

a. Vùng lắng đọng trầm tích biển:

Theo Romanskievich E.V thì vùng trầm tích biển tích lũy khoảng 25 – 70 tỉ

tấn, trong đó cacbon hữu cơ (Corg) chiếm tới 18 – 40 tỉ tấn. Vật liệu hữu cơ tồn tại ở

trạng thái hào tan và lơ lửng trong nƣớc biển. Còn trong nƣớc mặt có tới 45 – 70% Corg

bị sử dụng (tổng hợp) bởi rong plancton và diệp lục (macrofit) khi còn sống. Sau khi

chết, chúng chuyển sang trạng thái hòa tan và là dạng lơ lửng của VLHC trong nƣớc.

Đồng thời nguồn VLHC này cũng là nguồn thức ăn cho zooplancton tạo nên sự chuyển

hóa bởi sinh vật sống. Nhƣ vậy hệ thống quang hợp (tổng hợp) – phân hủy của VLHC

trong nƣớc biển hay trong lục địa liên tục xảy ra và cuối cùng để lại tàn tích của chúng

và đƣợc tích lũy trong bùn đáy. Theo tính toán của Romanskievich E.V thì lƣợng VLHC

ở lớp đáy chỉ khoảng 3 – 9% còn phần lớn bị mất ở giai đoạn lắng nén do vi khuẩn, do

động vật bám đáy, rong plancton.

Khi tàn tích VLHC đạt tới phần trên cùng của lớp bùn đáy, chúng bị vi khuẩn

ƣa khí tái tạo lại. Lớp này dày khoảng 2 – 3 cm đến 1m gọi là lớp oxy hóa. Tại đây

Trang 7

VLHC do tác động oxy hòa tan đã phân hủy và chuyển hóa dƣới tác dụng của thế năng

oxy hóa khử. Dƣới lớp này là hoạt động của loại vi khuẩn yếm khí. Các tàn tích VLHC

(> 90%) chuyển sang dạng khoáng hóa trong tập trầm tích. Do xâm nhập của SO4 2- tứ

nƣớc đáy, có độ sâu từ 1,55 – 8,40, xảy ra quá trình khử bởi sunphat của nƣớc từ bùn.

Lớp này dày khoảng 1,5 – 2m là đới hoạt động mạnh mẽ nhất. Trong đới này hình thành

các axit humic, giảm lƣợng lipit, albumin, axite amin và hydratcacbon. Tức là giảm

lƣợng nguyên tố N và P, ngƣợc lại tăng lƣợng C và H. Trên cơ sở trên, nhiều nhà nghiên

cứu dẫn đến kết luận là VLHC loại sapropel đƣợc tích lũy trong biển nông, biển sâu vừa,

vũng vịnh, các hồ lục địa cũng nhƣ các thung lũng đại dƣơng sâu. Theo các chuyên gia

địa hóa nhƣ Degens E, Rodd D… thì lƣợng VLHC sapropel đƣợc tích lũy nhiều hay ít

phụ thuộc vào mức độ phân rã của hydrosulfua ở lớp đáy. Tuy nhiên Neruchev C.G lại

cho rằng chủ yếu do mức độ phân hủy và tiêu thụ bởi rong xanh và đƣợc tích lũy ở các

đới tách giãn của vỏ Trái Đất dọc theo các đứt gãy sâu bởi riftơ. Nơi đây xảy ra quá trình

khử mạnh, các phản ứng khử sắt tạo thành

Năm 1975, Hoàng Đình Tiến đã phân chia lại theo các đƣờng trung tuyến,

trên cơ sở về sự tƣơng quan giữa các hàm lƣợng của các khoáng vật thứ sinh sắt nhƣ

sau:

Trƣờng

I : oxy hóa < 1 < 1 < 1

II : khử yếu < 1 < 1 > 1

III : khử < 1 > 1 > 1

IV : khử mạnh > 1 > 1 > 1

b. Vùng lắng đọng trầm tích lục địa:

Vùng lắng đọng trầm tích lục địa thƣờng liên quan đến các đầm lầy, hồ đƣợc

tích lũy VCHC dạng thực vật thân gỗ (bậc cao). Sự tích lũy sinh khối của dạng này

không thể phong phú nhƣ loại VCHC plancton nguồn gốc biển.

Waksmans S.A (1941) đã phân chia chúng thành ba dạng sau:

Loại lơ lửng: loại bị phân hủy bởi quá trình lý hóa, vi khuẩn để lại tàn tích.

Loại hòa tan và hóa keo: gồm loại bền với sự phân hủy tiếp theo (humic ở

dạng lỏng) và loại dễ bị đứt gãy nhƣ axit amin, axit béo, protein.

Loại trong bùn đáy: gồm các sinh vật chết dễ phân hủy nhƣ: hydratcacbon,

một số protein và mỡ. Loại humic đầm hồ bao gồm các chất tƣơng đối bền ít

bị phân hủy nhƣ lignin và sản phẩm chuyển hóa của nó, một số chất chứa

nitơ dạng melanit.

Trang 8

2. Chuyển hóa VLHC (mức độ trƣởng thành):

2.1. Quá trình chuyển hóa VLHC trong giai đoạn tạo đá (diagenes):

Trong giai đoạn này, vai trò của vi khuẩn là chủ đạo. Ban đầu xảy ra hiện tƣợng

oxy hóa VLHC trong trầm tích bởi các vi thảo mộc ƣa khí. Khi oxy tƣ do ở lớp trên cùng

biến mất thì đồng thời các vi sinh vật ƣa khí cũng kết thúc.

Xuống sâu hơn là quá trình khử trong điều kiện yếm khí.

Sự phân hủy VLHC trong giai đoạn lắng nén tùy thuộc vào sự hoạt động của vi

khuẩn yếm khí.

Trong trầm tích biển chứa nhiều VLHC loại sapropel thƣờng xảy ra quá trình lƣu

huỳnh hóa do sự có mặt ion sulphat. Do hoạt động vi khuẩn yếm khí mạnh mẽ mà xảy ra

sự chuyển hóa hydratcacbon thành các axit béo, lipit tƣơng đối bền vững. Vì lý do trên

trong dầu có nguồn gốc sapropel thƣờng phong phú lƣu huỳnh. Ngƣợc lại trong trầm

tích lục địa, đặc biệt thực vật bậc cao giảm hẳn quá trình lƣu huỳnh hóa các chất hữu cơ

humic và hỗn hợp do vắng mắt ion sulphat. Quá trình này dẫn đến nghèo nguyên tố lƣu

huỳnh trong dầu có nguồn gốc lục địa.

Các sản phẩm khí trong giai đoạn này thƣờng là CH4, C2H6, CO, CO2, H2S, N2, H2.

2.2. Thành phần và đặc điểm thạch học của VLHC, phân loại nguồn gốc:

Thành phần và đặc điểm thạch học của VLHC nhƣ sau:

Theo kết quả của nhiều nhà nghiên cứu thì có thể phân chia thành các nhóm như sau:

Nhóm tàn tích của thực vật bậc cao nhƣ vitrinit, fuzinit, semifuzinit, leiptinit,

chúng cùng tồn tại trong than (humic)

Nhóm tàn tích của rong plancton, động vật sống có thành phần hytin (sapropel)

và sản phẩm phân hủy của chúng.

Nhóm rong đáy cũng có thể liệt vào nhóm giả vitrinit (pseudovitrinit)

Nhóm hỗn hợp sapropel – humic hay humic – sapropel đƣợc tạo thành do sự

tham gia phân hủy của vi khuẩn.

Theo một số nhà nghiên cứu Tây Âu lại chia ra làm hai loại: kerogen loại than và

kerogen loại dầu

Theo Parparova G.M., 1981 thì VLHC có thể chia ra thành ba nhóm:

Nhóm thứ nhất có Corg lớn hơn 0,6% trong điều kiện có cƣờng độ cao của quá

trình lắng nén yếm khí, các tàn tích hữu cơ ít bị biến đổi trong quá trình lắng

nén yếm khí. Chúng có đặc điểm kế thừa nguồn vật liệu ban đầu (đó là nhóm

sapropel). Ví dụ tallomoalginit, kolloaginit, vitrinit

Trang 9

Nhóm thứ hai có Corg dao động trong khoảng 0.01 - 20% cƣờng độ lắng nén

yếm khí không cao hay là không có tàn tích bị oxy hóa mạnh trong giai đoạn

lắng nén thoáng khí (loại humic).

Nhóm thứ ba có Corg bé hơn 0.6%. Cƣờng độ oxy hóa yếm khí do vi khuẩn có

thể đạt 80% các tàn tích bị biến đổi nhiều trong giai đoạn lắng nén yếm khí (loại

hỗn hợp)

2.3. Biến đổi vật liệu hữu cơ trong giai đoạn nhiệt xúc tác (Cataganez)

a. Phân loại các giai đoạn nhiệt xúc tác

Giai đoạn nhiệt xúc tác là giai đoạn tạo thành đá trầm tích khi lún chìm dần.

Thực chất là biến đổi thành phần khoáng vật của đá khi tăng nhiệt độ (To) và áp suất (P)

cùng với khoảng thời gian xảy ra lắng nén (Catagenez).

Trong quá trình tăng nhiệt xúc tác xảy ra nén ép trầm tích, độ rỗng, độ thấm –

đặc biệt là sét giảm đáng kể. Trong quá trình này, nƣớc có hoạt tính đƣợc giải phóng

(phân lớn), VLHC cũng đƣợc chuyển hóa mạnh.

Yếu tố chủ yếu gây nên biến đổi VLHC là do nhiệt độ và áp suất. Tuy nhiên

do thành phần khoáng vật khác nhau nên chế độ nén ép cũng khác nhau. Sự chuển hóa

VLHC trong giai đoạn này chủ yếu do yếu tố nhiệt độ, còn yếu tố áp suất đóng vai trò

thứ yếu. Ngoài ra, yếu tố thời gian cũng tác động đến sự chuyển hóa này.

Thang phân chia nêu trên phản ánh sự thay đổi phần phần, cấu trúc phân từ,

quá trình sinh thành các sản phẩm HC khí và lỏng. Tuy nhiên, phân chia nhƣ vậy phù

hợp với VLHC, còn phần trầm tích không nhất thiết chia theo phân chia này. Vì sự biến

đổi trầm tích ngoài yếu tố nhiệt độ còn lệ thuộc nhiều vào áp suất (áp lực nén địa tĩnh).

Một số khoáng vật lại xuất hiện do yếu tố áp suất là chính.

Cần lƣu ý rằng yếu tố thời gian cũng quan trọng. Ví dụ ở mức độ biến chất

thấp song thời gian kéo dài cũng tạo điều kiện sinh dầu khí nhiều tƣơng đƣơng thời gian

ngắn nhƣng nhiệt độ tăng lên cao.

Điểm nữa cần lƣu ý là chế độ nhiệt cổ mà VLHC trải qua mới là thƣớc đo

đúng đắn. Chế độ nhiệt hiện tại đôi khi mới đƣợc hình thành do hoạt động kiến tạo đƣa

đến (từ dƣới sâu theo các đứt gãy sâu) hay do các đai mạch magma mới xuất hiện. Với

thời gian quá ngắn, VLHC chƣa cảm nhận đƣợc chế độ nhiệt mới.

b. Đặc điểm biến đổi của VLHC trong giai đoạn đầu xúc tác (Procatagenez)

Loại VLHC có sapropel

Phần lớn có thành phần kế thừa từ giai đoạn lắng nén. Đặc điểm của bitum

trong giai đoạn procatagenez là chứa nhiều oxy. Cấu trúc của nó chứa nhiều mối gắn kết

C = O, mà ít C = C. Hệ số chẵn lẻ của dãy phân bố n-ankan thƣờng lớn hơn 1, của C23 -

Trang 10

C29 thƣờng là 2.6. Hệ số Pr/Ph thƣờng nhỏ hơn 1 (trung bình là 0.11), có thể đến 0.3

vào giai đoạn giữa của procatagenez

Loại VLHC humic

Loại rất dễ hòa tan trong kiềm, là phần không thể tách khỏi than. Axite humic

là hỗn hợp cao phân tử màu tối vô định hình. Chúng chứa nhiều oxy, nitơ, lƣu huỳnh.

Đó là loại điển hình cho VLHC humic. Chứa nhiều cấu trúc aromatic C = C, C – H.

Ngoài ra còn có cả cấu trúc C = O, C – O và OH.

Đặc điểm nổi bật là có nhiều cấu trúc chứa oxy (C = O), có hàm lƣợng cao các

cấu tử C21 – C25. Hệ số chẵn lẻ của C23 - C29 thƣờng lớn hơn 1.

2.4. Chuyển hóa VLHC trong giai đoạn nhiệt xúc tác (Metacatagenez và

Apocatagenez)

a. Loại VLHC sapropel:

Trong giai đoạn nhiệt xúc tác, đặc điểm chủ yếu của VLHC 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 VLHC không tan

Trong giai đoạn đầu của mezocataganez thƣờng chiếm tới 90% VLHC phân

tán. Lúc đầu mất một phần cacbon, phần lớn hydro và các dị nguyên tố để tạo thành các

sản phẩm lỏng và khí, tức là đạt đƣợc các pha chính tạo dầu (MK1-2) pha chính tạo

condensat (MK3-4) khí (MK5-AK1-2)

Đến giai đoạn apocatagenez mất phần lớn hydro, chỉ còn khoảng 2-3%, chứng

tỏ sự cạn kiệt tiềm năng đá mẹ.

Loại bitum

Bitum đƣợc sinh ra trong giai đoạn protocatagenez và sinh ra 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 sự di cƣ các HC

lỏng nên trong thành phần của bitum nhựa asphalten tăng.

Hydrocacbon n-alkan (bão hòa)

Chúng có thể thay thế gốc methyl đơn. N-alkan của phân đoạn metan-naftenic

của bitum ở đới mazocataganez (lớn hơn 3500C) thƣờng chứa các cấu tử từ C13-C35. Hệ

số chẵn lẻ 1,0-1,1 có giá trị cực đại đối với cấu tử C17-C20. Các đồng phân thƣờng có các

nguyên tử cacbon từ C13-C25.

Trang 11

b. Loại VLHC humic

VLHC không hòa tan

Càng tăng mức độ biến chất càng tăng lƣợng cacbon, giảm tất cả các nguyên

tố còn lại. Tuy vậy, sự biến đổi không đều.

Trong giai đoạn MK1 sinh khí, vật liệu than giải phóng nhiều khí chứa oxy.

Tiếp tục tới giai đoạn MK2 phá hủy tiếp tục các phần không bền vững của than, và mất

chủ yếu các phần chứa S. Trong giai đoạn này mất đi tới 24% S. Lƣợng này tác động tới

oxy. Vì vậy, trong giai đoạn MK2 lƣợng oxy chƣa tham gia phản ứng đƣợc tăng lên gấp

đôi.

Sự phân hủy VLHC ở suốt giai đoạn MK2 thay đổi theo chiều hƣớng than hóa.

Chuyển sang giai đoạn MK3 xảy ra sự đột biến trong hệ thống than hóa, đặc biệt với

oxy. Lúc này lƣợng oxy giảm tới 50%. Tức là mất cầu nối C = O mà thay vào đó là mối

gắn kết C = C. Tăng lƣợng aromatic, phân hủy VLHC đƣợc kết thúc bằng việc phục hồi

lại hƣớng than hóa ở giai đoạn MK4 trong quá trình biến đổi VLHC của than bên cạnh

các nguyên tố O2 và S còn thấy cả N2 và H2. Sự mất đáng kể các nguyên tố này dẫn đến

hình thành mối gắn kết C = C nhiều hơn và than hóa càng tăng.

Giai đoạn MK5 đặc trƣng bằng phá hủy các cấu trúc lớn của than và kèm theo

việc tách hydro ra khi còn có lƣợng nitơ và oxy dƣ thừa. Quá trình kết thúc bằng lƣu

huỳnh hóa vật liệu và chuyển phần oxy không tham gia phản ứng vào phần phản ứng.

Đó là giai đoạn tạo khí chủ yếu và khống chế quá trình gắn kết C = C. Đến giai đoạn

AK1 giảm đáng kể tất cả các dị nguyên tố. Phần còn lại chủ yếu là cacbon. Chuyển sang

giai đoạn AK2-3 thay đổi lại cấu trúc phân tử. Phần oxy tham gia phản ứng chuyển sang

giai đoạn không phản ứng. Mối liên kết C = C khống chế toàn bộ quá trình than hóa ở

giai đoạn này. Trong các cấp biến chất HC aromatic luôn chiếm ƣu thế.

c. Giai đoạn diagenez

Là giai đoạn tích lũy VLHC cùng với vật liệu vụn khoáng vật của sét, bột,

cát. Hàm lƣợng nƣớc chiếm tới 60% trong trầm tích. Quá trình này diễn ra ở ranh giới

nƣớc và bùn đáy.

Trên cùng xảy ra quá trình khử oxy. Trong cát kết, VLHC thƣờng bị oxy

hóa hoàn toàn, còn sét chỉ bị oxy hóa một phần nhỏ. Ở đới này vi khuẩn ƣa khí hoạt

động mạnh làm giải phóng CO2 và H20.

Xuống sâu hơn là đới khử của vi khuẩn yếm khí. Chúng lấy O2 của sunfat

và nitrat để giải phóng khí H2S, N2, NH4 và CH4. Thực vật bậc cao nếu đƣợc tích lũy ồ

ạt, chƣa kịp bị vi khuẩn phân hủy thì đƣợc tích lũy chọn lọc thành lớp than mùn tƣơng

ứng với R0 = 0,25%.

Trang 12

Song đa số các nhà chuyên gia địa hóa lại cho rằng, ở giai đoạn này đã xảy

ra sự đứt vỡ hóa học một số mạch nhánh dƣới tác động của nhiệt và các chất xúc tác nên

phải đƣa vào giai đoạn đầu của pha nhiệt – xúc tác và là giai đoạn đầu protocatagenez.

d. Giai đoạn catagenez (bao gồm protocatagenez, mezocatagenez và

apocatagenez)

Protocatagenez là giai đoạn bắt đầu nén ép và giải phóng nƣớc, không còn

vi sinh vật hoạt động. Ở đây xảy ra quá trình thủy phân, giải phóng nƣớc mạnh mẽ cho

ra các sản phẩm nhƣ H20, CH4, NH4, CO2, H2S. Sau đó, các axit fulvic chuyển sang

humic, cuối cùng là sự hình thành kerogen trong trầm tích. Kết thúc giai đoạn than nâu

R0 = 0,5% các lớp trầm tích bắt đầu gắn kết.

Mezocatagenez là giai đoạn cơ bản đứt vỡ các cấu trúc phân tử lớn mà

VLHC cho sinh ra các loại HC, tức là do phân hủy nhiệt kerogen. Các trầm tích tiếp tục

bị nén chặt hơn và giải phóng nƣớc, kể cả nƣớc liên kết đuổi ra khỏi trầm tích. Độ rỗng,

độ thấm về cơ bản đã giảm hẳn. Độ muối khoáng của nƣớc tăng dần và tiến tới trạng thái

bão hòa.

Kết thúc là giai đoạn than khí tƣơng ứng với giá trị R0 = 1,35%.

Apocatagenez tiếp tục sinh ra HC, dạng khí ẩm tăng cao. VLHC nghèo dần

hydro. Do bị nén chặt với áp lực địa tĩnh cao nên vật liệu trầm tích bị mất nƣớc nhiều.

Nhiệt độ tăng cao do nguồn magma hay nguồn nhiệt dịch dƣới sâu lên làm giãn nở các

mối gắn kết tinh thể của đá cộng với áp suất tăng cao nên ở đới này xuất hiện các khe

nứt, vi khe nứt, vết rạn dẫn đến việc hình thành các đới bở rời. Kết thúc đới catagenez là

sự mất hoàn toàn các mạch cacbon alifatic trong kerogen tƣơng ứng với than cốc và than

tổ ong ở mức R0 = 2 – 2,2%.

e. Giai đoạn metagenez và cao hơn

Ở đới này nhiệt độ và áp suất tăng cao do chìm sâu của bể hoặc có nguồn

nhiệt do hoạt động magma, hoạt động nhiệt dịch. VLHC đã cạn kiệt hydro. Vì vậy, ƣu

thế sinh ra khí metan và khí grafit thậm chí tách H2O và CO2 từ các cấu trúc tinh thể của

khoáng vật. Khí H2S cũng tăng cao do tách S từ khoáng vật có chứa sulfat hay sulfide –

gowtit chuyển sang hematit.

Nhƣ vậy, nếu ở giai đoạn diagenez xảy ra khử oxy tự do, sau đó khử oxy

trong các sulfat, nitrat bởi vi khuẩn, dẫn đến giải phóng H2O và CO2 , CH4, NH4… thì

chuyển sang giai đoạn catagenez là bắt đầu các quá trình hóa học tức là đứt vỡ mạch

nhánh OH, COOH, các hợp chất chứa N, S và O. Sau đó là quá trình đứt mạch cacbon C

= C để tạo thành các cấu tử HC nặng và thậm chí cả HC trung bình và nhẹ.

Khi chuyển sang giai đoạn metagenez xảy ra đứt vỡ tiếp nối gắn kết C-C

tạo thành các phân tử HC nhẹ và khí metan từ các HC nặng và thậm chí cả HC trung

bình.

Trang 13

Tóm lại, quá trình chuyển hóa VLHC sapropel cũng nhƣ humic có tính

giai đoạn. Mỗi giai đoạn biến chất sinh ra một số loại sản phẩm tƣơng ứng. Các loại khí,

lỏng rồi lại khí và khi cạn kiệt hydro sẽ cho sản phẩm cuối cùng là grafit. Vì vậy một số

nơi trên thế giới có các mỏ grafit.

2.5. Cơ chế chung sinh dầu khí:

Giai đoạn sinh CO2 và phần không đáng kể CH4 ở procatagenez (PK1 –

PK3 ) khó có tích lũy khí công nghiệp trong giai đoạn này.

Giai đoạn sinh dầu chủ yếu của VLHC sapropel cũng nhƣ humic –

sapropel ở giai đoạn đầu mezocatagenez (MK1 – MK2) trong pha chủ

yếu sinh dầu. Xảy ra quá trình di cƣ dầu từ đá mẹ vào đá chứa rất mạnh

trong giai đoạn này.

Sinh rất mạnh khí HC và hệ thống khí condesat đầu tiên ở giai đoạn

MK3 và đầu MK4, trong pha chủ yếu sinh condesat dẫn đến hình thành

các tích lũy, các mỏ condesat đầu tiên và các vỉa dầu condesat. Đối với

VLHC humic đỉnh sinh khí đầu tiên vào giai đoạn MK4.

Sinh chủ yếu khí metan ở giai đoạn MK5 – AK2, trong thời gian xuất

hiện đỉnh cao thứ hai sinh khí của pha chủ yếu sinh khí tạo điều kiện

hình thành vỉa khí khô (metan). Đặc biệt mạnh vào giai đoạn AK1-2.

Giai đoạn sinh khí với hàm lƣợng chủ yếu là khí axit (CO2, H2S) ở giai

đoạn AK3 – AK4 sau khi hoàn tất pha chủ yếu sinh khí và chấm dứt quá

trình sinh khí metan. Khó có thể hình thành vải khí metan ở đới này.

Trong điều kiện nhiệt độ cao có thể hình thành khí CO2, H2S và grafit.

Trang 14

CHƢƠNG II: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊA HÓA

NGHIÊN CỨU ĐÁ MẸ

I. Các phƣơng pháp định lƣợng VLHC trong đá mẹ

1. Phƣơng pháp Leco

Là phƣơng pháp xác định tổng hàm lƣợng cacbon hữu cơ (TOC) có trong đá mẹ,

TOC (total organic cacbon).

Cơ sở lý thuyết:

Xác định lƣợng VCHC có trong đá mẹ bằng phƣơng pháp đốt cháy mẫu đá mẹ,

lƣợng CO2 sinh ra là lƣợng nhiệt sinh ra. Do phản ứng khi lƣợng nhiệt sinh ra

chuyển đổi thành CO2 và tính ra lƣợng cacbon.

Khi đốt mẫu đá mẹ, lƣợng CO2 sinh ra có thể không phải là C hữu cơ mà có

thể là C vô cơ (VD: Đem đốt đá vôi sẽ cho ta CO2 mặc dù không có C hữu

cơ). Ngoài ra ngoài lƣợng CO2 đƣợc tạo thành thì cũng có thể có them SO2,

H2O.. Đẻ thực hiện phƣơng pháp này ta cần phải tìm cách loại bỏ những chất

không mong muốn nhƣ trên (CO2 do vật chất vô cơ tạo ra và S2O, H2O…).

Trong phƣơng pháp này, phản ứng tạo ra SO2 và H2O (hai chất này đều tạo ra

nhiệt) dẫn tới sẽ làm tăng lƣợng nhiệt.

Tia hồng ngoại xác định CO2 trong VCHC

Dẫn nhiệt xác định nhiệt độ SO2 và H2O.

→ Trừ ra cả hai lƣợng nhiệt này, sau đó sẽ xác định đƣợc lƣợng nhiệt tạo ra do

CO2 (của VCHC).

Trình tự thí nghiệm:

Mẫu đá đƣợc chọn có khối lƣợng 10 – 100g (tùy theo hàm lƣợng VCHC trong

mẫu), làm sạch và ngâm mẫu từ 1 – 3 ngày.

Nghiền nhỏ qua rây với đƣờng kính 50 – 60 micro.

Tiến hành loại bỏ C vô cơ bằng cách ngâm mẫu (đã nghiền nhỏ) trong dung

dịch HCl từ 12 -16h. Khuấy đều lên, khi không còn bọt khí (khí CO2) thoát ra

có nghĩa là lƣợng C trong thành phần vô cơ đã hết.

Vụn đá không chứa cacbonat cùng VCHC ngƣời ta đem lọc qua phễu, phần

nằm trên phễu là toàn bộ mảnh đá và VCHC. Phần này đƣợc làm khô và sau đó

đƣợc đốt tự động trong là đốt của máy LECO – 412OC. Lƣợng CO2 thoát ra sẽ

đƣợc ghi nhận để tính TOC theo công thức:

Trang 15

(%) TOC =

*100%

Trong đó:

Fco2=0.2792: hệ số chuyển đổi

Mo(g): klg mẫu đá ban đầu

Mđ(g): klg mẫu đá đã loại cacbonat để đƣa vào lò đốt

Mco2(g): klg mẫu chuẩn

Cst(%): hàm lƣợng C trong mẫu chuẩn

Chỉ tiêu phân loại đá mẹ theo TOC:

- Đối với đá sét: TOC = 0.5 – 2%

- Đối với đá carbonat: TOC > 0.25%

TOC (%) Phân loại đá mẹ

< 0.5 Nghèo

0.5 – 1.0 Trung bình

1.0 – 2.0 Tốt

>2.0 Rất tốt

Bảng 1: Định lƣợng đá mẹ theo chỉ tiêu %TOC

2. Phƣơng pháp nhiệt phân Rock – Eval:

Phƣơng pháp này đƣợc ứng dụng trong nghiên cứu địa hóa dầu khí nhằm đánh giá

tiềm năng của đá mẹ.

Tiến hành nhiệt phân Rock – Eval vật chất hữu cơ, từ 80 – 100mg đá (có khi tới

500mg) tùy mức độ phong phú vật liệu hữu cơ. Tăng nhiệt độ từ thấp đến cao, ta thu

đƣợc các sản phẩm sau:

Ở nhiệt độ thấp (khoảng 90oC) trong vòng 1-1.5 phút, đƣợc lƣợng khí và

hydrocacbon lỏng thấp phân tử (C1-C7), lƣợng này kí hiệu So. Nhƣng lƣợng

này rất nhỏ so với phần còn lại nên thƣờng không xét.

Nâng nhiệt độ lên khoảng 100 - 300oC trong 2 phút, ta thu đƣợc lƣợng

hydrocacbon di cƣ của mạng dầu, kí hiệu S1, cực đại ở nhiệt độ khoảng 2500C.

Lƣợng này tƣơng đƣơng lƣợng bitum dạng dầu, là lƣợng hydrocacbon di cƣ.

Ta có HC/TOC.

[Type a quote from the

document or the summary of an

interesting point. You can

position the text box anywhere

in the document. Use the Text

Box Tools tab to change the

formatting of the pull quote text

box.]

Trang 16

Tiếp tục cracking ở nhiệt độ cao từ 300 – 550OC, nhận đƣợc lƣợng

hydrocacbon tiềm năng trong đá mẹ (peak cao nhất nhất thƣờng khoảng 460 –

500OC) cũng là chỉ số Tmax phản ánh độ trƣởng thành của vật liệu hữu cơ, kí

hiệu S2. Ta có HC/TOC. Cửa sổ tạo dầu Tmax = 435 – 470OC), lƣợng này

cũng chính là hydrocarbon đƣợc tách ra do phân hủy nhiệt, nhiệt độ tối đa là

600OC.

Sau đó tự động hạ nhiệt độ xuống tới 300 – 390OC trong dòng oxygen vật liệu

hữu cơ sẽ cháy sinh ra khí CO2 của kerogen S3 = mg CO2/TOC – tổng lƣợng

CO2 đƣợc tạo thành.

Các chỉ tiêu phân tích trên RE gồm:

o S1 (kg HC/tấn đá) là lƣợng hydrocacbon tự do trong đá, tức là lƣợng

hydrocacbon sinh ra từ đá mẹ.

o S2 (kg HC/tấn đá) là lƣợng hydrocacbon tiềm năng trong đá, tức là lƣợng

hydrocacbon còn lại trong đá mẹ.

o S1+S2 (kg HC/tấn đá) là tổng tiềm năng của hydrocacbon trong đá mẹ.

Thông thƣờng tổng tiềm năng hydrocacbon của đá mẹ bao gồm: (S0 + S1 + S2 +

S3). Tuy nhiên do lƣợng S0, S1, S3 thƣờng rất nhỏ, đặc biệt là trong trầm tích gần đây

thƣờng không có S1. Trong các bể trầm tích cổ thì S0 vắng mặt và S3 lại có giá trị rất

Trang 17

nhỏ. Do đó các nhà địa hóa coi S2 là chỉ tiêu quan trọng trong việc đánh giá tiềm năng

của đá mẹ.

Lƣợng

Loại 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

ảng : Chỉ tiêu đánh giá phân loại đá mẹ (theo Moldowan J.M và n.n.k)

PI = S1/(S1+S2) (mg/g): chỉ ra sự có mặt của hydrocacbon di cƣ hay tại sinh nhằm

xác định sự hiện diện của đới sản phẩm

PI (mg/g) Sự có mặt của hydrocacbon di cƣ hay tại sinh

< 0.1 Hydrocacbon tại sinh

0.1 – 0.4 Hydrocacbon di cƣ

> 0.4 Có dầu di cƣ

Bảng 3: Chỉ tiêu đánh giá sự có mặt của hydrocacbon tại sinh hay di cƣ

Trên cơ sở đó đánh giá đƣợc mức độ của đới chứa sản phẩm.

Dựa trên cơ sở dữ liệu nhiệt phân ta có thể tính gián tiếp tổng cacbon hữu cơ

(TOC) nhƣ sau:

Với S4 là lƣợng cacbon hữu cơ còn lại sau nhiệt phân.

TOC (%) =

Tuy nhiên các chỉ tiêu trên chỉ có tính chất tƣơng đối, ta cũng có thể tham khảo

thêm bảng bên dƣới:

Trang 18

Lƣợng Theo TOC, %

Tác giả Geochem

Rodionovs K.F,

Maksimov S.P

1971

Kontorovick

A.E, Nếtrov

1971

Vasoevich

N.B, 1968

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 4. Phân cấp vật liệu hữu cơ theo TOC của các tác giả khác

S1+S2 (kg HC/tấn đá) Đánh giá tổng tiềm năng hydrocacbon của đá mẹ

< 3.0 Khả năng 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 rất tốt

Bảng 5: Chỉ tiêu đánh giá tổng tiềm năng hydrocacbon của đá mẹ

Trang 19

3. Phƣơng pháp bitum hóa

Lấy lƣợng mẫu đá 5-50g nghiền nhỏ đến 40-50nm chiết trong dung môi cloroform

( hoặc dung dichlormetan ) đun sôi trong 12-24h và cồn benzen. Sau đó cho bay hơi ở bộ

thiết bị cất xoay. Sau khi bay hơi ta nhận đƣợc hai loại bitum: bitum trung tính(β1) và

bitum axit (β2).

Nguyên tắc của phƣơng pháp này là dựa vào cân bằng vật chất. Lƣợng bitum ban

đầu trƣớc khi di cƣ phải bằng tổng lƣợng bitum di cƣ và lƣợng bitum còn sót lại.

Tính lƣợng vật liệu hữu cơ ban đầu và di cƣ có thể thực hiện 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 cơ sở tính toán ở trên cũng có thể tính tiềm năng cho các 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 ở trạng thái ban đầu. Còn Cs, Hs, Ns,

Ss, Os là các nguyên tố ở trạng thái còn sót lại và Cd.c, Hd.c, Nd.c, Sd.c, Od.c là các

nguyên tố di cƣ. Khi vật liệu hữu cơ đã ở cuối MK2(Mesokatagenesis trung) và cao hơn

nữa và asfalten đã chuyển sang trạng thái không hòa tan thì việc tính hệ số di cƣ (Kd.c)

không còn chính xác nữa. Vì vậy, tính hệ số Kd.c chỉ chính xác ở các giai đoạn PK3-

MK1-MK2 (K2 = 0,7-0,8 vào cuối MK2), còn trong pha chủ yếu sinh dầu thƣờng chỉ

đạt 0,5-0,64 . trong các lỗ hổng chứa bitum tồn tại hai loại lỗ hổng hở và kín. Tuy nhiên,

trong quá trình tái kết tinh, dolomit hóa tạo thành các hang hốc do hòa tan các đá

carbonat, thủy mica và montmo, hoạt động nhiệt dịch hòa tan các felspat kém bền

vững…dẫn đến phá vỡ khối gắn kết của đá tạo thêm nhiều khe nứt lớn và vi khe nứt với

tác dụng của các yếu tố kiến tạo và các hang hốc mới…làm tăng độ rỗng độ thấm của

đá.

Độ rỗng hở sẽ là độ rỗng lƣu thông do các yếu tố nêu trên gây ra. Bitum di cƣ có

thể chiết đƣợc bằng dung môi hữu cơ từ các lỗ hổng hở. còn các lỗ rỗng kín cũng chứa

loại bitum đồng sinh. Để chiết tách đƣợc loại bitum này cần phải đập vỡ mẫu bằng cơ

học hay hóa học.

Trang 20

Hình 2: Lƣợng bitum sinh ra

4. Phƣơng pháp xác định màu của kerogene:

Kerogene thu đƣợc rửa sạch và dung bromit kẽm làm nổi lên phía trên, thu

kerogene nổi. Mẫu kerogene thu đƣợc soi dƣới kính hiển vi, đối sánh với bảng màu

chuẩn để xác định độ trƣởng thành của kerogene, mức độ trƣởng thành đc biểu hiện từ

màu vàng sang đến đen.

5. Sắc ký dải HCs (GC)

Bơm lƣợng HCs vào cột dài 25-50-60m trên máy sắc ký khí. Lần lƣợt các HC từ

nhẹ tới nặng xuất hiện và đƣợc phát hiện bằng detector FID ( C+15). Trên máy sắc ký

khí có thể tiến hành phân tích HC – aromatic, asfalten, dầu thô toàn phần. Các bƣớc tiến

hành nhƣ trên.

6. Phƣơng pháp sắc kí khối phổ GCMS:

Các thành phần HCs và HC-aromatic, hoặc dầu thô đƣợc xác định qua zeolit phân

tử 5A0 để làm giàu thêm các cấu tử hydrocarbon vì các biomarker có mặt với hàm lƣợng

thấp. Sau đó bơm mẫu vào hệ thống GCMS( Gas Chromatography mass Spectomatry.

Kết quả từng cấu tử đƣợc ghi trên sắc đồ và từ đó tính diện tích của mỗi pic. Ta có hàm

lƣợng tƣơng ứng của mỗi thành phần biomaker.

7. Phƣơng pháp phát quang:

Phƣơng pháp phát quang dựa vào cƣờng độ phát quang của VLHC (bitum) dƣới

ánh sáng đèn huỳnh quang, cƣờng độ phát quang khác nhau cho ta biết hàm lƣợng khác

nhau của bitum.

Trang 21

Phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là không xác định đƣợc hàm lƣợng của bitum có

nhiều thành phần acid (thành phần acid của bitum kém phát quang).

Ứng dụng của phƣơng pháp này là có khả năng định tính nhanh chóng, cho kết

quả đối chiếu HC hay dầu phong phú. Ngƣời ta dùng phƣơng pháp này để xác định hàng

loạt mẫu tại các giếng khoan hay mẫu đất. Sau đó lựa chọn những mẫu có cƣờng độ phát

quang cao đem phân tích bitum hóa.

II. Các phƣơng pháp xác định độ trƣởng thành của VLHC trong đá mẹ

1. Phƣơng pháp đo phản xạ vitrinite:

Phƣơng pháp đo phản xạ Vitrinite đƣợc thực hiện trên kính hiển vi LEITZ.

Lấy 10 – 20g đá nghiền nhỏ, sau đó loại carbonate bằng axit HCl và loại silicat

bằng HF.

Mảnh Vitrinite có mặt trong Kerogen đƣợc thu hồi và đính trong một khối nhựa

trong suốt(epoxy), sau đó đƣợc mài phẳng và soi trong kính hiển vi để tìm các hạt

Vitrinite đẳng thƣớc dƣới ánh sáng tia tới.

Mỗi mẫu đo trên 50 mảnh Vitrinite và cần loại bỏ các giá trị ngoại lai để nhận

đƣợc các giá trị phổ biến và đại diện cho mẫu nghiên cứu.

- Hạn chế của phương pháp vitrinite:

Vitrinite có đầy đủ nhất trong kerogen loại III, xuất hiện có mức độ trong

kerogen loại II và hầu nhƣ vắng mặt trong kerogen loại I.

Thời gian tạm ngừng phản xạ trên ranh giới giữa vùng dầu và khí chỉ là gần

đúng. Không giải thích đƣợc sự khác nhau của kerogen loại I và kerogen

loại II.

Do đó các đá mẹ khác nhau có cùng chế độ nhiệt sẽ đạt cùng mức độ phản xạ

vitrinite.

Ro (%) Độ trƣởng thành của đá mẹ

<0.6 Đá mẹ chƣa trƣởng thành

0.6 – 0.8 Đá mẹ trƣởng thành (giai đoạn đầu tạo dầu)

0.8 – 1.35 Đá mẹ sinh dầu mạnh nhất ( trƣởng thành muộn)

> 1.35 Sinh khí condensate (quá trƣởng thành)

Bảng 6: Bảng chỉ tiêu đánh giá độ trƣởng thành của đá mẹ

Trang 22

Giới hạn của hệ số phản xạ Vitrinite là nguồn gốc của Vitrinite xuất phát từ Lignin

nghĩa là xuất phát hoàn toàn từ thực vật trên cạn và không có phổ biến đối với giai đoạn

trƣớc Paleozoi giữa. Do vậy, sử dụng hệ số phản xạ Vitrinite giống nhƣ TAI bị giới hạn

bởi nguồn gốc vật liệu hữu cơ và thời gian địa chất.

Vài biến đổi Maceral (ví dụ: Exinite) có thể dùng phƣơng pháp này, nhƣng sự

giảm dần hệ số phản xạ thì ít tin cậy và không tƣơng quan trực tiếp đến giá trị Vitrinite.

2. Chỉ tiêu Tmax:

Chỉ tiêu Tmax là nhiệt độ cực đại khi xác định lƣợng HC đồng sinh (S2) của

kerogen. Các giá trị của chỉ tiêu này đƣợc dung để phân loại mức độ biến chất cảu

VLHC.

Dữ liệu Tmax thƣờng đƣợc đƣa ra với đơn vị 0C và đƣợc so sánh với một tỷ lệ

trƣởng thành. Điển hình giai đoạn trƣởng thành hoặc cửa sổ tạo dầu, khoảng nhiệt độ ở

khoảng 4300C – 470

0C. Tuy nhiên qua thực tế ở các bể trầm tích trẻ Kainozoi thấy rằng

chỉ đạt các giá trị Tmax – 440 – 4500C tƣơng ứng với phản xạ vitrinite R0(%) = 0.6 – 0.8

mới bắt đầu điểm ngoặt về sự trƣởng thành của VLHC. Chỉ khi T0max đạt các giá trị >

4460C thì cƣờng độ sinh dầu diễn ra mạnh mẽ và bắt đầu quá trình di cƣ hydrocacbon.

Quá trình này diễn ra tới khi T0max đạt 4700C.

Trang 23

Hình 4: Đồ thị biểu di n độ trƣởng thành của VLHC

Bảng : Độ trƣởng thành VLHC theo Ro và Tmax

3. Chỉ tiêu thời nhiệt TTI:

Nguyên lý của phƣơng pháp là các phản ứng đứt mạch của VLHC xảy ra để hình

thành các hydrocarbon lỏng và khí còn lệ thuộc vào thời gian địa chất.

Theo Lopatin (1969) cứ tăng 100C lƣợng chất bốc tăng 2 lần và toàn bộ chu trình

biến đổi của than sẽ sinh ra chất bốc theo cấp số nhân. Ký hiệu là hệ số nhiệt độ phản

ánh tốc độ của phản ứng gấp đôi là r=2. Lớp đá mẹ đó tăng đƣợc 100C phải trải qua một

thời gian nhất định ∆t từ đó tính tích của 2 thông số r. ∆t sẽ là chỉ số thời nhiệt của phản

Mức độ trƣởng thành % Ro Tmax

Không trƣởng thành < 0.6 <440

Trƣởng thành 0.60-0.80 440-460

Trƣởng thành muộn 0.80-1.35 446-470

Quá trƣởng thành >1.35 >470

Trang 24

ứng vật liệu hữu cơ trong khoảng thời gian đó. Nhƣ vậy, tổng cộng dồn của r. ∆t phản

ánh chỉ số thời nhiệt (TTI) theo thời gian địa chất.

Tuy nhiên, Lapotin còn phát hiện ở điều kiện nhiệt độ 100 – 1100C cƣờng độ xin

chất bốc nhiều nhất. Nhƣng cao hơn 1100C cƣờng độ sinh chất bốc giảm dần, nên lấy

khoảng nhiệt độ 100 – 1100C có r0=1, thấp hơn các khoảng nhiệt độ này r có số mũ là r-

n hay 1/rn, còn trong các khoảng nhiệt độ cao hơn thì hệ số r có số mũ rn.

Bảng 8: Mức độ trƣởng thành của VLHC theo chỉ tiêu Ro và TTI

Tác dụng của phƣơng pháp này là có thể tính toán và dự báo các pha sinh dầu, khí

condensat và khí khô cho bất kỳ điểm nào của bể trầm tích khi chƣa có giếng khoan.

Tuy nhiên, chỉ tiêu này có hiệu quả đối với các bể trầm tích Paleozoi, Mesozoi (có thời

gian hàng trăm triệu năm) đặc biệt ở vùng nền bằng lún chìm chậm, ổn định lâu dài thì

có thể áp dụng chế độ nhiệt độ hiện tại. Còn đối với các bể Cenozoi có tốc độ tích lũy

trầm tích trung bình, thấp, phân bố ở các đai hoạt động tích cực, đặc biệt đối với các bể

trẻ (cuối đệ tam) thì cần dùng chế độ nhiệt cổ mà VLHC đã trải qua. Đối với các đới mới

bị nâng lên (vài triệu năm) cũng áp dụng chế độ nhiệt cổ mà VLHC đã trải qua (nhiệt độ

cổ đƣợc tính từ phản xạ vitrinit theo đồ thị của Teichmiiler, 1971).

Tissot B 1975 còn cho rằng phản ứng đứt vỡ các mạch của vật liệu hữu cơ

sapropel không phải bao giờ cũng tăng gấp đôi khi tăng cấp nhiệt độ lên 100C. Vì nó

còn lệ thuộc vào thành phần nhựa asfalten và các tàn tích còn lại. Vì vậy Gritener P và

Kurtis K đã đề nghị tính thêm yếu tố nhiệt độ, tức là:

%R0 TTI theo Waple D.V Mức độ trƣởng thành của VLHC và các sản

phẩm sinh ra

0,50 15 Chƣa trƣởng thành

0,60 25 Chớm trƣởng thành

0,80 75 Cƣờng độ sinh hữu cơ rất mạnh

1,35 130 Kết thúc quá trình sinh HC lỏng

2,2 ~ 1500 Kết thúc quá trình sinh khí condensate

>2,2 > 1500 Sinh khí thô

Trang 25

∑

T0 là nhiệt độ của trầm tích. Họ tính đƣợc rằng cửa sổ tạo dầu có TTI =

100 – 1000

Kết thúc sinh khí béo TTI = 10000

Giới hạn trên sinh khí khô là TTI = 450000

Trang 26

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 là có tiềm năng dầu khí lớn nhất Việt Nam với

khoảng 700 – 800 triệu m3 quy dầu. Việc mở đầu phát hiện dầu trong đá móng phong

hoá nứt nẻ ở mỏ Bạch Hổ là sự kiện nổi bật nhất, không những làm thay đổi phân bố trữ

lƣợng và đối tƣợng khai thác mà còn tạo ra một quan niệm địa chất mới cho việc thăm

dò khai thác dầu khí ở thềm lục địa Việt Nam.

Theo đặc điểm trầm tích và qui mô phân bố của các tập sét ở bồn trũng Cửu Long có

thể phân chia 3 tầng đá mẹ:

Tầng sét Miocene hạ (N11): có bề dày từ 250m ở ven rìa tới 1.250m ở trung

tâm bồn

Tầng sét của Oligocene thƣợng (E32): có bề dày từ 100m ở ven rìa tới

1.200m ở trung tâm bồn

Tầng sét ở Oligocene hạ và Eocene (E31 + E2): có bề dày 0m đến 600m ở

phần trũng sâu của bồn

● Trong Miocen dưới: thuộc loại trung bình về VLHC và S1,S2. Vì vậy, dầu

khí chứa trong tầng này là các sản phẩm di cƣ từ nơi khác đến (PI = 0,48-0,5 kg

HC/t.TOC). Ngoài ra tầng này loại VCHC thuộc loại III là chủ yếu, phần nhỏ loại II có

ƣu thế sinh khí. Vì sét lục địa và sét tạp chứa nhiều vật liệu núi lửa nên nghèo VLHC.

Tuy nhiên tầng đá mẹ này làm nhiệm vụ chắn là chính vì chƣa trải qua pha chủ yếu sinh

Bảng 9: Đặc tính cơ bản của các tầng đá mẹ

Trang 27

dầu. Ở các hố sụt đáy lớp sét này mới đạt tới ngƣỡng trƣởng thành, nhƣng chƣa qua đới

sinh dầu.

● Tầng Oligocen trên: rất phong phú vật chất hữu cơ (loại rất tốt), Corg. Tầng

này có bề dày (P32) khá lớn, đặc biệt ở sƣờn và các hố trũng thuộc Đông và Tây bắc

Bạch hổ. Song chỉ phần đáy của tầng này ở các hố sụt đã trải qua pha chủ yếu sinh dầu.

Còn phần lớn đang nằm ở đới chủ yếu sinh dầu nên đang sinh ra lƣợng lớn Hydrocacbon

(S1 = 4 ÷12.0 và S2 = 16.7÷21kg HC/Tđá). Điều đó chứng tỏ phần lớn HC đã đƣợc sinh

ra nhƣng chƣa bị đẩy ra khỏi đá mẹ. Loại VLHC chủ yếu là loại II, phần nhỏ loại I và

loại III. Chúng đƣợc tích lũy trong điều kiện đầm hồ, nƣớc lợ, cửa sông và biển nông,

đƣợc tái tạo lại bởi các vi khuẩn và có ƣu thế sinh dầu.

● Tầng Oligocen dưới + Eocen: có vật chất hữu cơ thuộc loại tốt và rất tốt. TOC

=0,97% - 2,5%. Có bề dầy lớn ở các hố sụt chủ yếu ở các địa hào hẹp dọc theo các đứt

gãy sâu thuộc hai bên đới nâng Trung tâm. Đó là trũng Tây và Bắc Bạch hổ, trũng Đông

Bạch hổ. Ở tầng này lƣợng hydrocarbon trong đá mẹ có giảm so với tầng trên là do đã

sinh dầu và giải phóng phần lớn hydrocarbon vào đá chứa. Đối với tầng đá mẹ Oligocen

dƣới + Eocen loại VCHC chủ yếu loại II, thứ yếu là loại III, không có loại I. Các giá trị

Pr/Ph cũng chỉ đạt 1,7-2,35, phản ánh điều kiện tích tụ cửa sông, nƣớc lợ, gần bờ và một

phần đầm hồ, đƣợc tái tạo lại bởi các vi khuẩn và có ƣu thế sinh dầu.

Nhƣ vậy tại bể Cửu long tầng đá mẹ quyết định tới lƣợng dầu khí chủ yếu là

tầng Oligocen dƣới + Eocen và phần đáy của Oligocen trên ở các hố sụt. Tầng đá mẹ

Miocen dƣới chỉ làm nhiệm vụ chắn, chƣa tham gia vào quá trình sinh và cung cấp dầu

khí.

II. BỒN TRŨNG NAM CÔN SƠN

Ở bể Nam Côn sơn có rất nhiều tập sét trong các thành hệ trầm tích từ lục địa (Oligocen +

Eocen và Miocen dƣới) tới biển (Miocen giữa-trên Pliocen đệ tứ). Song độ phong phú

VLHC chỉ đƣợc phát hiện trong các trầm tích thuộc Oligocen, có thể cả Eocen và Miocen

dƣới. Tuy nhiên trong các trầm tích Miocen giữa cũng có các lớp carbonat chứa phong phú

VLHC, nhƣng diện phân bố của chúng cũng bị hạn chế. Chúng là các tầng chứa tốt.

● Tầng đá mẹ Oligocen + Eocen (P3+ P2): Do không phân chia đƣợc trên toàn bể nên

gộp thành một tầng đá mẹ thống nhất Oligocen + Eocen (P3+ P2)- (Tầng cau + Dừa).

Đặc điểm là kerogen loại III là chủyếu , tƣơng đối phong phú VLHC trong các trầm tích

sét than và than, chúng đƣợc tích lũy trong điều kiện trên cạn và đầm hồ (lục địa) chứa

nhiều thực vật bậc cao với các giá trị rất cao của chỉ tiêu Pr/ph = 4.9- 7.5. Chúng có ƣu

thế sinh condensat và khí. Tuy nhiên ở phía Bắc bể chất lƣợng của VLHC đƣợc cải thiện

nên có thể sinh ra lƣợng dầu đáng kể.

Trang 28

● Tầng đá mẹ Miocen dưới (N11): Là tầng trầm tích phân bố rộng rãi toàn bể,

song bề dầy lớn thƣờng tập trung ở các hố sụt, mỏng ở các đới nâng (các cấu tạo nâng).

Đây cũng là tầng sét lục địa chứa VLHC lục địa. Đặc điểm kerogen cũng là loại III bao

gồm VLHC trên cạn và thực vật bậc cao Pr/Ph= 4,69 -7,04. Chúng có ƣu thế sinh khí và

condensat, tầng này tƣơng đối phong phú VLHC đã và đang nằm ở pha chủ yếu sinh

dầu.

● Các tập sét của Miocen trung- trên, Pliocen: Các tập này ghèo VLHC và vẫn

chƣa qua pha chủyếu sinh dầu vì vậy các chỉ tiêu S1, S2, PI, HI, Tmax, Ro luôn có giá trị

thấp. Môi trƣờng tích lũy VLHC là chuyển tiếp vào biển hoặc gần bờ nên lƣợng oxygen

giảm, tạo nên chỉ tiêu Pr/ph luôn có giá trị thấp (Pr/ph = 1,11÷ 3,16). Tóm lại VLHC

trong các trầm tích Oligocen + Eocen và Miocen dƣới luôn đóng vai trò chủ yếu sinh ra

các condensat và khí ở bể Nam Côn Sơn. Vì chứa nhiều VLHC lục địa (trong sét than và

than), trong khi đó trầm tích Miocen trung – trên + Pliocen đệ tứ... chƣa rơi vào đới sinh

dầu.

TT Chỉ tiêu Bể Cửu Long Bể Nam Côn Sơn

1 Tuổi tầng đá mẹ Eocen + Oligocen dƣới,

đáy Oligoxen trên

Eocen + Oligocen, Miocen

dƣới

2 Loại Kerogen Chủ yếu loại II, thứ yếu

loại I và III

Chủ yếu loại III, thứ yếu

loại II

3 Môi trƣờng tích

luỹ VLHC

Nƣớc lợ, cửa sông, biển

ven và biển nông

Sông, bãi bồi, đầm lầy và

đồng bằng ngập nƣớc ngọt

(ảnh hƣởng của delta)

4 Môi trƣờng tích

luỹ VLHC

Nƣớc lợ, cửa sông, biển

ven và biển nông

Sông, bãi bồi, đầm lầy và

đồ bằng ngập nƣớc ngọt

(ảnh hƣởng của delta)

5 Sản phẩm Chủ yếu dầu, phần nhỏ

khí và condelsat

Chủ yếu khí, condelsat,

phần nhỏ dầu

Bảng 10: Tổng hợp, so sánh các chỉ tiêu cơ bản giữa hai bể trầm tích

Trang 29

KẾT LUẬN 1. Dầu, khí và condensat ở hai bể trầm tích Cửu long và Nam Côn sơn đƣợc sinh

ra từ hai nguồn VLHC khác nhau. Ở bể Cửu Long đa phần là kerogen loại II (sapropel)

từ loài rong tảo, cỏ biển đƣợc tích luỹ trong môi trƣờng cửa sông, đầm lầy ven biển, biển

nông là chính, lại đƣợc tái tạo lại bởi vi khuẩn. Trong khi đó VLHC ở bểNam Côn Sơn

chủ yếu thuộc karogen loại III (humic) (sét than và than), đƣợc tích luỹ trong môi trƣờng

lục địa từ loại thực vật trên cạn, trong đó có nhiều thực vật bậc cao (môi trƣờng lòng

sông, bãi bồi, đầm lầy và đồng bằng ngập nƣớc ngọt – đồng bằng delta).

2. Ở bể Cửu Long vai trò chủ yếu để sinh dầu là VLHC trong trầm tích Oligocen

dƣới + Eocen và phần đáy của trầm tích ở Oligoxen trên ở các hố sụt. Còn phần lớn thể

tích của trầm tích Oligocen trên vẫn rất phong phú VLHC và đang sinh dầu. Vì vậy

chúng chƣa giải phóng nhiều HC ra khỏi đá mẹ. Trong trầm tích Miocen dƣới VLHC

chƣa trƣởng thành, chƣa sinh ra dầu khí.

3. Vai trò chủ đạo để sinh dầu khí ở bể Nam Côn sơn là VLHC trong các trầm tích

Oligocen + Eocen và Miocen dƣới. Sản phẩm chủ yếu của nó là condensat, khí và một ít

dầu.

Trang 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO