NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Thăm dò, Khai thác Quá trình phát triển và thoái hóa của Đá Cacbonat tuổi Miocen trên đới nâng tri tôn phần Nam Bể Trầm tích Sông Hồng Dựa trên kết quả minh giải tà
Trang 1NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ĐỀ TÀI: “ Quá trình phát triển và thoái hóa của Đá Cacbonat tuổi Miocen trên đới nâng tri tôn phần Nam Bể Trầm tích
Sông Hồng”
Trang 2
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Thăm dò, Khai thác
Quá trình phát triển và thoái hóa của Đá Cacbonat tuổi Miocen trên
đới nâng tri tôn phần Nam Bể Trầm tích Sông Hồng
Dựa trên kết quả minh giải tài liệu địa chấn và tài liệu giếng khoan, có thể chia thành hệ cacbonat thềm khu vực lô 117-120 ra thành ba tập
Với các đặc trưng khác biệt về đặc điểm tướng địa chấn, thạch học và kết hợp với bối cảnh cấu trúc kiến tạo khu vực, các tác giả xây dựng quá trình phát triển của cacbonat bao
Trang 3gồm: giai đoạn ban đầu (start up); phát triển chồng lấn, mở rộng (progradation); phát triển kiểu giật lùi (backstepping) thu hẹp diện tích và giai đoạn cuối cùng bị thoái hóa (drowning)
Sự thay đổi của mực nước biển tương đối vào thời kỳ Miocen giữa - muộn đã tạo ra đặc điểm phát triển giật lùi phổ biến không chỉ ở Nam bể trầm tích Sông Hồng mà còn ở khu vực khác ở Đông Nam Á (như Tây Natuna) So sánh các bản đồ đẳng dày thời kỳ Miocen
trong khoảng thời gian từ 24 - 16 triệu năm trước (trntr), tương ứng với thời kỳ thành tạo
lại khoảng 1.000 km2 vào thời kỳ 12 - 10 trntr
Quá trình sụt lún khu vực xảy ra trong khoảng 10-6 trntr đan xen với sự nâng lên cục bộ mạnh mẽ cũng trong giai đoạn Miocen giữa - muộn đã chấm dứt sự phát triển của thành
hệ carbonat Tri Tôn và cuối cùng chúng bị chôn vùi bởi các thành hệ trầm tích Quảng Ngãi, biển Đông trẻ hơn có thành phần cát kết, bột kết và sét kết xen kẹp tuổi Miocen muộn tới Pliocen, Đệ tứ
GIỚI THIỆU CHUNG
Trong suốt thời kỳ Miocen và Pliocen - Đệ tứ, một số bể trầm tích Kainozoi tại khu vực Đông Nam Á xuất hiện phổ biến các loại trầm tích carbonat biển nông Sự phát triển của chúng bị ảnh hưởng chi phối mạnh mẽ của hình thái cấu trúc cấu tạo riêng biệt liên quan tới quá trình phát triển kiến tạo và biến đổi môi trường ở mức độ phức tạp khác nhau (Fulthorpe và Schlenger, 1989) Đặc biệt, carbonat thềm phát triển rộng khắp tại phần Nam bể Sông Hồng, Tây bể Phú Khánh và Đông bể Nam Côn Sơn hay trong các cụm bể khác trên thềm lục địa Việt Nam Trên cơ sở tài liệu địa chấn 2D của BP (lô 117, 118, 119) thu nổ năm 1989-1991 cũng như BHP (lô 120, 121) năm 1991-1993 khu vực Nam
bể Sông Hồng, bản đồ các tầng cấu trúc từ mặt móng tới nóc Oligocen, Miocen và
Pliocen- Đệ tứ đã được xây dựng Dựa theo kết quả minh giải này, BP và BHP đã khoan
6 giếng khoan TKTD trên đới nâng Tri Tôn với mục đích TKTD dầu khí trong các đối tượng khác nhau 4 giếng khoan trong số đó đã gặp các thành tạo carbonat chứa khí như 117-STB, 118-CVX, 119-CH và 120-CS Tổng hợp các tài liệu địa chất, địa vật lý theo
Trang 4các tính chất vật lý, thạch học cũng như phân tích tướng địa chấn, hình thái cấu trúc của toàn bộ chu kỳ thành tạo xác định nền cacbonat (cacbonate platform) thuộc hệ tầng Sông Hương, Tri Tôn có tuổi Miocen (Hình 1, 2 và 6)
Bài viết tập trung nghiên cứu nền cacbonat phân bố chủ yếu trên đới nâng Tri Tôn có
triển trong thời kỳ Miocen sớm - giữa Liên quan tới chúng xác định được các thể đá vôi dạng khối xây cacbonat (build up), ám tiêu (reef), rìa ám tiêu (back reef)… Các thành tạo này phát triển trong điều kiện môi trường biển từ nước nông tới dốc sườn thềm trong phần Nam bể trầm tích Kainozoi Sông Hồng (BSH)
I CẢNH QUAN ĐỊA CHẤT
1 Vị trí kiến tạo
Như đã được đề cập trong nhiều văn liệu, phần Nam bể trầm tích Sông Hồng bao gồm các đơn vị cấu kiến tạo bậc 2 như đới nâng Tri Tôn, địa hào Quảng Ngãi, trũng Đông Tri Tôn (Hình 2)… và chịu ảnh hưởng của các yếu tố kiến tạo chung của bể liên quan các đứt gãy lớn như Sông Hồng, Sông Mã, Rào Nậy Hơn nữa, khu vực còn bị chi phối bởi các hoạt động địa phương khác mang tính cục bộ để tạo nên các thành tạo carbonat lớn và duy nhất trong bể trầm tích SH
Đới nâng Tri Tôn (từ phần móng) về mặt bản chất địa chất là một địa lũy nằm xen kẹp giữa địa hào và trũng lớn có phương á Tây Bắc - Đông Nam Lịch sử phát triển của Nam
bể Sông Hồng có các đặc thù riêng được xác định qua các tài liệu thực tế và còn nhiều quan niệm khác nhau Nhưng theo phân tích của nhiều tác giả cho rằng đới nâng này bị tách ra một phần từ khối Bắc Trung Bộ vào thời kỳ Eocen - Oligocen (khoảng 35 - 26 triệu năm trước- trntr)
Trang 5
Hình 2 Sơ đồ phân vùng cấu trúc (trái) và cột địa tầng tổng hợp Nam bể Sông Hồng
Trên cơ sở tổng hợp các kết quả phân tích mẫu cổ sinh, thạch học, địa vật lý giếng khoan
có thể nhận biết được thành phần thạch học của hai hệ tầng trên gồm những sinh vật tạo vôi liên quan tới các đá có đặc điểm sau:
+ San hô, trùng lỗ bám đáy, rhodolit - boundstone
+ Tảo đỏ, skeletal, equinoderm packstone - grainstone
+ Tảo đỏ, mollusk, bryozoa grainstone - packstone
+ Trùng lỗ trôi nổi, tảo đỏ, ostracode trôi nổi grainstone - wackestone
Toàn bộ tướng thạch học kể trên được đặc trưng cho cả môi trường biển nông (reef, flood margin, inner platform) tới sườn dốc thềm bể trầm tích (slope to shelf basin) và do đó có
Trang 6thể nhận biết được đá vôi trên đới nâng Tri Tôn có nguồn gốc từ các động thực vật tạo vôi kể trên, được thành tạo trong thời kỳ Miocen sớm, giữa
Độ rỗng trung bình của hệ tầng này được xác định theo tài liệu log từ 25 - 28% (theo tài liệu GK lô 118 và 119) và 24 - 26% tại GK 120-CS Các loại độ rỗng xác định theo tài liệu thạch học bao gồm chủ yếu dạng thứ sinh (moldic) được thành tạo do quá trình hòa tan rửa trôi các hợp phần khung xương aragonite có trong san hô và tảo đỏ Các kết quả nghiên cứu sinh địa tầng ở đây đã được sử dụng rất hiệu quả trong việc liên kết các mặt ranh giới giữa các hệ tầng Sông Hương, Tri Tôn và Quảng Ngãi
II XÁC ĐỊNH CÁC TẬP TRẦM TÍCH VÀ MÔ TẢ TƯỚNG ĐỊA CHẤN
Thành tạo cacbonat Tri Tôn được chia thành ba tập chính trên cơ sở minh giải các đặc trưng chủ yếu về tướng địa chấn có liên kết sử dụng với kết quả phân tích khác Ranh giới tập trầm tích được liên kết theo phương pháp địa chấn địa tầng Trên cơ sở kết quả phân tích tướng địa chấn có liên kết sử dụng với kết quả phân tích các tài liệu khác có thể phân chia thành tạo cacbonat Tri Tôn thành ba tập chính Ranh giới các tập được xác định dựa trên các tiêu chí địa chấn địa tầng: nhận dạng và liên kết các dấu hiệu kết thúc phản
xạ như downlap, onlap, toplap Các đặc trưng này được đánh giá xem xét để xác định các ranh giới tập trầm tích và các mút phản xạ bên trong từng tập Các đầu mút phản xạ trong mỗi tập như vậy với ranh giới bên trên và dưới mỗi tập có các đặc điểm riêng đã được mô tả chi tiết kết hợp với việc nhận biết hình thái phản xạ trong mỗi tập trầm tích (Hình 3)
Trang 7Hình 3 Mặt cắt địa chấn ngang qua lô 119 (BP89-2990b) theo hướng Tây - Đông
Với cách tiệm cận như vậy, 05 đới tướng địa chấn hệ tầng cacbonat Sông Hương và Tri Tôn đã được xác định dưới đây theo thứ tự sắp xếp giảm dần với dự báo thay đổi độ rỗng thấp dần: dạng gò đồi (mounded); chồng lấn biển tiến (progradation); hỗn độn (chaotic); dạng song song (tại nhiều vị trí khác biệt tại nền cacbonat); dạng nghiêng, dốc (incline và slope) như Hình 4 và 5 Đối với các tướng song song trong thềm cacbonat có thể chia phụ đới tướng chi tiết nhỏ hơn phụ thuộc địa hình tại vị trí thành tạo ở vị trí cao, thấp hay phân dị tương đối (tuyến BP89-2990b)
Trang 8Hình 4 Sơ đồ minh họa các loại tướng địa chấn trong đá cacbonat tuổi Mioxen
1 Tướng địa chấn dạng gò đồi (mounded)
Tướng địa chấn này có đặc trưng hai đầu mút phản xạ có dạng downlap Các phản xạ
nhìn chung có thể song song với ranh giới tập trầm tích bên trên trong khi đó các hình
dạng phản xạ bên trong như bát úp (convex-up) lồi lên trên và điển hình như dạng gò,
nâng kích thước nhỏ Sự tăng độ dày thực tế trong mỗi tập trầm tích này phù hợp với các
vị trí xuất hiện tướng địa chấn kể trên Tuy nhiên cũng có tài liệu giải thích dạng tướng
địa chấn dạng gò đồi liên quan tới sự chuyển tiếp sang tướng địa chấn dạng hỗn độn
Trên mặt cắt địa chấn tướng này đặc trưng cho sự xuất hiện của cacbonat thềm, ám tiêu nội thềm Đặc trưng cho tướng địa chấn này là giá trị độ rỗng, độ thấm khá lớn do thành phần của chúng là grainstone, boundstone thành tạo từ tảo và san hô Độ rỗng thứ sinh ở đây được thành tạo cho thành phần khung xương aragonite của sinh vật bị hòa tan hoặc
do quá trình dolomit hóa tại vị trí rìa thềm (Hình 4a)
2 Tướng địa chấn dạng chồng lấn (progradation)
Trang 9Loại tướng này được xác định bằng các mút phản xạ toplap ở phần nóc ranh giới tập và downlap lên trên bề mặt ngập lụt cực đại hoặc liên quan tới đáy ranh giới tập Phần phía trong dạng tướng này các đường phản xạ có hình dạng xigma hay xiên chéo dạng bậc Đặc điểm của tướng chồng lấn có thể được suy luận điển hình cho chiều vận chuyển vật liệu trầm tích Quan sát trên mặt cắt địa chấn chứng minh tướng này đặc trưng cho
cacbonat dạng boundstone đi kèm với tướng rìa nền, ám tiêu dạng tấm hay cacbonat nền phát triển từ rìa thềm hay đường bờ cục bộ Hình dạng chồng lấn có thể phân biệt theo nhiều dạng khác nhau nhưng thực chất tướng địa chấn chồng lấn được xác định khi chúng
có hình dạng đủ lớn quan sát được (vài trăm mét trở lên) lấn về phía trung tâm bể trầm tích từ rìa thềm có hình dạng chồng lấn mờ và nhỏ trong thành tạo nền có thể xác định được khi các thành tạo lấn ra ngoài thể bên trong thành tạo nền hoặc trong từng ám tiêu Điều chủ yếu là hình dạng chồng lấn đặc trưng cho cacbonat phát triển trong giai đoạn mực nước biển mức cao (relative highstand sea level) Đặc biệt cơ bản của tướng này được dự báo là độ rỗng rất cao (tới 30%) do độ rỗng dạng khuôn (moldic) trong đá
grainstone tạo thành do các khoảng khung xương sinh vật aragonite bị hòa tan (Hình 4b)
3 Tướng địa chấn dạng hỗn độn (chaotic)
Tướng địa chấn dạng hỗn độn được xác định theo hình thái các phản xạ sắp xếp không theo quy luật và theo các phương chiều khác nhau với mức độ đặc thù rất hỗn tạp, lộn xộn Trên mặt cắt địa chấn dạng tướng này xuất hiện tại các vị trí các thể đặc biệt có dạng tuyến tại rìa thềm cacbonat nhưng cũng có khi chúng có dạng hình elip nổi bật bên trong thềm cacbonat Đôi khi đặc trưng khác của tướng địa chấn này làm trung gian chuyển tiếp tới tướng địa chấn dạng gò đồi
Quá trình minh giải loại tướng này đôi khi gặp khó khăn bởi một số quá trình địa chất khác nhau lại đặc trưng bởi tướng địa chấn hỗn độn Trước hết, tướng địa chấn này có thể đặc thù cho các đặc điểm rìa thềm hay suy luận cho rằng đó là các ám tiêu bên trong thềm
vì chúng cũng chung tính chất phản xạ rối loạn và các mút phản xạ kết thúc một cách không có quy luật Thứ hai, có thể giải thích một số nơi có phản xạ hỗn độn do đặc thù không tạo các mặt phản xạ rõ rệt trong các bề mặt cactơ rõ ràng hay trong phạm vi bị ảnh hưởng mạnh mẽ của đứt gãy Tính chất chứa của thành tạo cacbonat này dự báo thay đổi
Trang 10trong phạm vi khá rộng do nguyên nhân xuất phát điểm của chúng có thể là nguồn gốc gây phản xạ lặp hay liên quan tới tướng địa chấn dạng gò đồi mà có thể xuất hiện khả năng tăng độ thấm của đới tướng cụ thể do quá trình cactơ hóa hay nứt nẻ thứ sinh Ngoài
ra, kết quả minh giải lại một số nơi cho thấy loại phản xạ này đặc trưng cho vùng trắng (không có số liệu) hay nơi có hoạt động đứt gãy tương đối mạnh mẽ (Hình 4c)
4 Tướng địa chấn dạng song song tại các vị trí khác nhau trong nền cacbonat
(paralell)
- Loại tướng địa chấn song song đặc trưng cho các quan hệ hình thái phản xạ song song
và gần song song tương đối (concordant) với các mặt phản xạ giữa các tập nhỏ Các phản
xạ này có đặc tính liên tục, bán liên tục, chúng song song với ranh giới tập hay tạo hình sin với ranh giới tập Tướng địa chấn dạng này thường được chia nhỏ hơn theo đặc điểm các phụ tướng các hình thái địa hình bề mặt phản xạ chính như trong dạng địa hình chỗ ranh giới tập cacbonat nâng cao, không bị phân dị hay hạ thấp xuống tại Hình 5
Trong mặt cắt địa chấn, tướng địa chấn có dạng song song thường xuất hiện bên trong nội nền và đặc trưng cho sự biến thiên rộng rãi của các đá cacbonat có thành phần độ hạt từ dạng thô đến mịn Tập địa chấn dạng song song tại vị trí nâng cao kể trên có tính chất chứa khá tốt do sự hòa tan rửa trôi các thành phần dễ hòa tan trong điều kiện mực nước biển tương đối ở vị trí thấp Ngược lại, tại các vị trí hạ thấp ranh giới mặt địa hình phân dị
bị ảnh hưởng lấp đầy bởi các vật liệu cacbonat vụn hay ưu thế hạt mịn làm cho khả năng chứa bị giảm đi đáng kể Còn trong các vị trí không phân dị thì hoặc ưu thế dòng chảy khá mạnh hay kém hơn còn tùy thuộc điều kiện mực nước biển tương đối ở vị trí thấp hay
vị trí cao hơn địa hình xung quanh Ngoài ra, khi minh giải tướng địa chấn song song nội thềm còn thấy quy luật trong trường hợp các mặt phản xạ song song với biên độ cao có thể tồn tại các lớp có thành phần thạch học mang quan hệ tuyến tính với độ rỗng trong nội thềm cacbonat (Hình 4d)
Trang 11Hình 5 Sơ đồ minh họa phân vùng tướng địa chấn trên đới nâng Tri Tôn
Đặc trưng tướng địa chấn này hướng về phía trung tâm thấp hơn hay trũng địa phương
ngoài sườn dốc nghiêng và đặc trưng tướng theo tính chất có mặt phản xạ song song, có biên độ cao Điểm lưu ý khi minh giải các tuyến địa chấn khu vực lô 119-120, tướng địa chấn song song đại diện cho đá chứa có độ rỗng thấp do sự phong phú các thành phần hạt mịn hay khung xương sinh vật bị vỡ vụn Tại một số mặt cắt nhận biết được một số dòng trầm tích tạo thành do trượt trọng lực từ phía sườn thềm cacbonat, tuy nhiên kết quả vẫn
là các vật liệu hạt mịn, chặt xít và xen kẹp mỏng hơn so với vật liệu trong khối nền
cacbonat (Hình 4f)
5 Tướng địa chấn nghiêng/dốc (incline/slope)
Các mặt phản xạ loại tướng địa chấn có hình thái nghiêng/dốc về lý thuyết thường đặc
trưng cho các vị trí mà thềm hướng vào trung tâm bồn trũng hay hướng về phía đường bờ (lục địa) tại mũi sườn dốc Đặc thù tướng này khá điển hình khi các mặt phản xạ nghiêng đều nhưng giảm mức độ về phía mũi sườn dốc nhưng vẫn duy trì được các mặt phản xạ khá song song với ranh giới tập Trong khi nghiên cứu đặc trưng tướng địa chấn
nghiêng/dốc không quan sát thấy các đầu mút phản xạ, downlap hay toplap để phân biệt
Trang 12chúng với tướng địa chấn chồng lấn như ở phần trên Tuy nhiên tại một vài vị trí có tính chất địa phương trên sườn thềm cacbonat, một vài dấu hiệu quan sát được có hình dạng downlap, toplap có thể chứng minh được đây là sự có mặt của các quá trình lấn biển (progradation seismic facies)
Khi minh giải mặt cắt thực tế trên rìa Tây nâng Tri Tôn, đặc trưng chứa trong tướng địa chấn bị nghiêng/dốc cho thấy đá chứa có độ rỗng giảm dần từ vị trí rìa thềm tới mũi dốc nghiêng Kết quả này cũng tương ứng với sự suy giảm độ rỗng trong đới độ hạt thô khi chuyển sang mịn hơn về phía bể trầm tích cũng như thành phần khung xương bị hòa tan như bị lấp đầy hơn bằng trầm tích hạt mịn tức là về phía bể trầm tích thành phần khung xương của sinh vật bị giảm đi cùng với sự tăng thêm thành phần hạt mịn không tạo điều kiện thuận lợi cho đá chứa có độ rỗng lớn hơn (Hình 4e)
III QÚA TRÌNH PHÁT TRIỂN VÀ THOÁI HÓA CACBONAT TRÊN ĐỚI
NÂNG TRI TÔN
Dựa vào các tiến trình phát triển địa chất khu vực, đặc điểm địa tầng cũng như phân tích mặt cắt địa chất địa vật lý có thể xác định được cacbonat thuộc hệ tầng Sông Hương, Tri Tôn đã phát triển qua các giai đoạn sau đây (Hình 6):
+ Giai đoạn khởi đầu (start up) thành tạo cacbonat, giữa Miocen sớm
+ Giai đoạn phát triển (build up) và mở rộng (build out), Miocen sớm - giữa
+ Giai đoạn phát triển kiểu giật lùi (back stepping) làm giảm phạm vi thành tạo, cuối Miocen giữa
+ Cacbonat nền chuyển sang bị thoái hóa (drowning) nóc Miocen giữa và bị phủ bởi các trầm tích trẻ hơn, Miocen muộn tới hiện tại
1 Giai đoạn 1
Phần móng của đới nâng Tri Tôn ban đầu (trước Miocen sớm) được tách ra một phần từ khối Nam Trung Bộ gồm các khối nâng nhỏ riêng biệt do sự phân dị đáy bể mạnh mẽ trong thời gian 35 - 26 trntr kết hợp lại Hình thái bề mặt nâng Tri Tôn xác định theo các ranh giới địa chấn tầng móng và nóc tầng cấu trúc Oligocen Kết quả tổng hợp địa tầng khu vực chứng minh được hệ tầng Bạch Trĩ lắng đọng trong môi trường đồng bằng ven biển, đầm hồ với ưu thế trầm tích sét, bột kết dạng hạt mịn có chứa than
