Mục tiêu nghiên cứu của luận án là làm sáng tỏ lịch sử phát triển địa chất trầm tích bể Phú Khánh theo chu kỳ các bể thứ cấp trong mối quan hệ với sự thay đổi mực nước biển toàn cầu và chuyển động kiến tạo trong Miocen và đánh giá triển vọng dầu khí liên quan.
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Trang 2Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Trần Nghi
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội
Trang 3MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Bể Phú Khánh nằm trong vùng biển của 2 tỉnh Phú Yên và Khánh Hòa lan rộng từ độ sâu 0m đến 3000 m thuộc thềm lục địa Miền Trung Việt Nam Đây là một bể trầm tích dầu khí Kainozoi có cấu trúc địa chất phân dị hết sức phức tạp bởi lịch sử hình thành, phát triển và biến dạng theo các pha kiến tạo mạnh mẽ từ Oligocen đến Đệ Tứ Trong những năm gần đây, với
sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp dầu khí, bể Phú Khánh đã được đầu tư đẩy mạnh công tác tìm kiếm thăm dò dầu khí Các tài liệu địa vật lý và địa chất ngày càng phong phú là một điều kiện rất thuận lợi cho công tác nghiên cứu và đánh giá triển vọng dầu khí Tuy nhiên, đến nay bể Phú Khánh nói chung và trầm tích Miocen nói riêng vẫn là một đối tượng chưa được làm sáng tỏ cơ chế hình thành, lịch sử phát triển và quá trình biến dạng đã làm thay đổi hoàn toàn cấu trúc địa chất của các bể trầm tích nguyên thủy Những hiện tượng nổi tiếng được các văn liệu địa chất nói tới trong khuôn khổ bể Phú Khánh như đới đứt gãy sụt bậc 109o-110oE, đới sụt lún trung tâm, đới xiết trượt Tuy Hòa và đới nâng ngoài Hàng loạt các hiện tượng biến dạng mạnh mẽ thể hiện trong các mặt cắt địa chấn Vậy bản chất của chúng là gì và chúng có liên quan đến Miocen không? theo cơ chế kiến tạo nào? và có ý nghĩa gì trong hệ thống dầu khí? Để góp phần làm sáng tỏ một trong các vấn đề nêu trên nghiên cứu sinh đã chọn đề tài luận án Tiến sĩ
của mình là: “Nghiên cứu lịch sử phát triển địa chất trong Miocen bể Phú Khánh và ý nghĩa dầu khí” với các mục tiêu như sau:
Mục tiêu:
Làm sáng tỏ lịch sử phát triển địa chất trầm tích bể Phú Khánh theo chu kỳ các bể thứ cấp trong mối quan hệ với sự thay đổi mực nước biển toàn cầu và chuyển động kiến tạo trong Miocen và đánh giá triển vọng dầu khí liên quan
Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu:
Các thành tạo trầm tích Miocen sớm, Miocen giữa, Miocen muộn trong phạm vi bể trầm tích Kainozoi Phú Khánh
Trang 4Nội dung nghiên cứu:
Luận án thực hiện các nội dung nghiên cứu chính sau đây:
- Nghiên cứu đặc điểm biến dạng các bể thứ cấp qua các thời kỳ;
- Nghiên cứu phân tầng cấu trúc và phân vùng cấu trúc nhằm làm sáng
tỏ lịch sử biến đổi cấu trúc địa chất và địa động lực các bể thứ cấp trong Miocen;
- Nghiên cứu tiến hóa trầm tích Miocen trong mối quan hệ với hoạt động kiến tạo;
- Đánh giá triển vọng dầu khí trên cơ sở trầm tích luận
Các luận điểm bảo vệ của luận án:
Luận điểm 1:
Trầm tích Miocen của bể Phú Khánh có 3 tầng cấu trúc theo phương thẳng đứng: Miocen hạ, Miocen trung và Miocen thượng Các tầng cấu trúc liên tục bị biến dạng bởi các hoạt động kiến tạo mạnh mẽ: đứt gãy sau trầm tích, nén ép, nâng trồi tạo ranh giới giữa các tầng cấu trúc là bề mặt bào mòn bất chỉnh hợp khu vực Theo không gian và thời gian cấu trúc địa chất liên tục biến đổi và có xu thế phức tạp hóa dần từ 3 đới cấu trúc trong Miocen sớm đến 4 đới cấu trúc trong Miocen giữa và 5 đới cấu trúc trong Miocen muộn
Luận điểm 2:
Đá trầm tích có xu thế đơn giản hóa về thành phần thạch học nhưng phức tạp hóa về tướng trầm tích từ Miocen sớm đến Miocen muộn Trong Miocen sớm chỉ có nhóm tướng lục nguyên aluvi đa khoáng lấp đầy các địa hào nội lục Đến Miocen giữa và Miocen muộn đã xuất hiện 3 nhóm tướng gồm nhóm tướng lục nguyên ven biển và biển nông ít khoáng; nhóm tướng
ám tiêu san hô và nhóm tướng sét vôi vũng vịnh Các nhóm tướng này được thành tạo trong các bể trầm tích dạng ô van do sụt lún mở rộng và phân dị đáy mạnh mẽ tạo các thủy vực vũng vịnh và quần đảo ngầm đan xen thuận lợi cho phát triển ám tiêu san hô
Trang 5Các điểm mới của luận án
1 Luận án đã phân tích và phân loại các hệ thống đứt gãy trong Miocen của bể Phú Khánh ra 3 cấp: đứt gãy cấp 1 là đứt gãy đồng trầm tích tạo bể thứ cấp; đứt gãy cấp 2 là đứt gãy sau trầm tích là đứt gãy biến dạng
và đứt gãy cấp 3 là đứt gãy nhánh của đứt gãy cấp 2 phát triển trong phạm
vi nội bể
2 Xây dựng được 3 sơ đồ tướng đá - cổ địa lý theo miền hệ thống của địa tầng phân tập: Giai đoạn miền hệ thống trầm tích biển thấp (LST) của Miocen sớm; Giai đoạn miền hệ thống trầm tích biển tiến (TST) Miocen giữa; Giai đoạn miền hệ thống trầm tích biển thấp (LST) Miocen muộn
3 Đã chứng minh được tầng phản xạ trắng Miocen muộn trong mặt cắt địa chấn là do chứa phong phú vật liệu vụn vỏ sinh vật bằng lát mỏng thạch học Đây là sản phẩm bào mòn phá hủy của các khối nâng ám tiêu san
hô tuổi Miocen giữa đóng vai trò là vùng xâm thực
4 Đã phân tích và phân loại 4 nhóm bẫy dầu khí có triển vọng: nhóm bẫy trầm tích - địa tầng phát triển ở rìa tây và khu vực trung tâm; nhóm bẫy cấu trúc – kiến tạo và nhóm bẫy hỗn hợp phát triển ở rìa đông nam và nam bể; nhóm bẫy ám tiêu san hô phát triển các khu vực các vùng nâng ở đông nam, rìa tây và rìa nam bể Phú Khánh
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
2 Ý nghĩa thực tiễn:
Trang 6- Nghiên cứu mối quan hệ giữa trầm tích và kiến tạo là cơ sở khoa học cho việc xác định các bẫy trầm tích - địa tầng, các bẫy cấu tạo và các bẫy hỗn hợp chứa dầu khí;
- Các bản đồ tướng đá cổ địa lý là cơ sở để xây dựng các tiền đề đánh giá triển vọng tầng sinh, tầng chứa và tầng chắn dầu khí của trầm tích Miocen bể Phú Khánh
Bố cục của luận án:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan khu vực nghiên cứu
Chương 2: Cơ sở tài liệu, phương pháp luận và các phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Đặc điểm biến dạng và Lịch sử biến đổi cấu trúc địa chất các bể thứ cấp Miocen
Chương 4: Tiến hóa các bể trầm tích thứ cấp Miocen trong mối quan
hệ với lịch sử kiến tạo và Triển vọng dầu khí liên quan
Kết luận
Tài liệu tham khảo
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Vị trí địa lý và đặc điểm địa hình đáy biển
Bể Phú Khánh là bể trầm tích nước sâu ở thềm lục địa miền Trung Việt Nam, kéo dài từ Quảng Ngãi đến Phan Thiết, phạm vi nghiên cứu của luận án chủ yếu từ vĩ độ 10030’ đến 15000’ Bắc và từ kinh độ 108030’ đến
112000’ Đông, có diện tích khoảng 80.000 km2
Khu vực nghiên cứu có địa hình đáy biển rất phức tạp, thay đổi nhanh từ 0m đến trên 4000m và phân dị
từ bờ biển ra ngoài khơi
1.2 Lịch sử nghiên cứu
1.2.1 Lịch sử tìm kiếm, thăm dò dầu khí bể Phú Khánh
- Giai đoạn trước 1988: các khảo sát mang tính khu vực
Trang 7- Giai đoạn từ năm 1988 đến nay: các khảo sát thu nổ địa chấn có chất
lượng tốt, đã tiến hành một số giếng khoan thăm dò, đặc biệt giếng CMT-1X đã có phát hiện dầu trong Miocen Đây là phát hiện mang tính đột phá, góp phần thúc đẩy các nhà thầu khác hoạt động tích cực trên vùng bể Phú Khánh này
124-1.2.2 Lịch sử nghiên cứu địa chất và kiến tạo- địa động lực bể Phú Khánh và lân cận
Các công trình nghiên cứu trong khu vực nghiên cứu đã phần nào làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc, kiến tạo, cơ chế hình thành, đặc điểm địa chất, tiềm năng dầu khí Tuy nhiên, chưa có công trình nào tiến hành phục hồi lại cấu trúc địa chất của từng thời kỳ trong Miocen bể Phú Khánh trên cơ sở phân tích bể và giải quyết mối quan hệ giữa trầm tích, sự thay đổi mực nước biển toàn cầu và chuyển động kiến tạo
bể sông Hồng, Cửu Long, Nam Côn Sơn, Tư Chính – Vũng Mây đã được
Đỗ Bạt và nnk (2018) định danh Theo đó, địa tầng bể Phú Khánh gồm: Oligocene - Eocene (?), hệ tầng Phú Yên (N11 py), hệ tầng Phú Khánh (N1 pk), hệ tầng Khánh Hòa (N1 kh) và hệ tầng Biển Đông (N2 bđ)
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN, CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
VÀ CƠ SỞ TÀI LIỆU 2.1 Phương pháp luận
Nghiên cứu lịch sử phát triển địa chất một bể trầm tích dựa trên nguyên lý về địa tầng phân tập; các quy luật vận chuyển, phân dị và lắng
Trang 8đọng trầm tích; đặc biệt là quan hệ nhân quả giữa trầm tích, sự thay đổi mực nước biển và hoạt động kiến tạo khu vực nghiên cứu
Trên cơ sở nhận thức về mối quan hệ nhân quả giữa quá trình trầm tích, sự thay đổi mực nước biển và chuyển động kiến tạo tư tưởng chủ đạo đối với lịch sử phát triển địa chất bể Phú Khánh được tiếp cận từ luận điểm tiến hóa các bể trầm tích thứ cấp theo chu kỳ
2.2 Các phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sinh đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: (1) Phương pháp địa chấn - địa tầng; (2) Phương pháp phân tích tài liệu địa vật
lý giếng khoan; (3) Phương pháp phân tích thạch học trầm tích; (4) Phương pháp phân tích biến dạng và phục hồi bể trầm tích và (5) Phương pháp phân tích tướng và thành lập bản đồ tướng đá – cổ địa lý
2.3 Cơ sở tài liệu
- Nghiên cứu sinh đã lựa chọn sử dụng và kế thừa các số liệu, tài liệu địa chấn, địa vật lý giếng khoan, thạch học, cổ sinh được phép tiếp cận trong khuôn khổ 02 đề tài nghiên cứu khoa học cấp ngành (03,04/HOPTAC-KHTN/2011/HĐ-NCKH) do Trần Nghi làm chủ nhiệm, 2013; đề tài cấp nhà nước KC.09.20/11-15 do PGS.Chu Văn Ngợi chủ nhiệm và đề tài KC.09.03/11-15 do PGS.TS Nguyễn Trọng Tín chủ nhiệm
- Tài liệu thạch học, cổ sinh và địa vật lý giếng khoan của 07 giếng khoan (với 80 mẫu thạch học của 5 giếng khoan trong bể Phú Khánh, 01 giếng khoan bể Nam Côn Sơn, 01 giếng khoan bể Tư Chính - Vũng Mây)
- Khu vực nghiên cứu đã có hơn 40.000 km tuyến địa chấn thu nổ, NCS đã minh giải 12 mặt cắt gốc đại diện
CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM BIẾN DẠNG VÀ LỊCH SỬ BIẾN ĐỔI CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT CÁC BỂ THỨ CẤP TRONG MIOCEN
3.1 Bối cảnh kiến tạo khu vực Biển Đông và kế cận
Bể Phú Khánh nằm trên vỏ lục địa bị vát mỏng, là một bộ phận của bối cảnh kiến tạo Biển Đông với những đơn vị kiến tạo cơ bản sau: (1)Vỏ
Trang 9lục địa thực thụ; (2) Vỏ đại dương lộ ra ở trung tâm Biển Đông đã ngừng tách giãn; (3) Đới lục địa bị vát mỏng chuyển tiếp giữa vỏ lục địa thực thụ
và vỏ đại dương; (4) Đới hút chìm Manila đang hoạt động và đới hút chìm Palawan đã ngừng hoạt động cách đây 16 triệu năm
3.2 Các bể trầm tích thứ cấp trong Miocen
Bể thứ cấp (secondary basin) là một bể trầm tích sinh thành trong một giai đoạn nhất định trong lịch sử tiến hóa bể liên quan đến 2 pha kiến tạo: sụt lún và nâng trồi, tạo nên một cấu trúc địa chất độc lập có ranh giới dưới và trên rõ ràng Trong Miocen, bể Phú Khánh có 3 bể thứ cấp tương
ứng với 3 chu kỳ trầm tích: Miocen sớm (N1 ), Miocen giữa (N1 ) và Miocen muộn (N13):
1/ Ranh giới giữa bể thứ cấp Oligocen muộn và Miocen sớm: Đây là
bề mặt bất chỉnh hợp góc bị biến dạng mạnh mẽ tạo nên nhiều khối nhô của móng Oligocen đóng vai trò như các vùng xâm thực cung cấp vật liệu lục nguyên cho Miocen sớm
2/ Ranh giới giữa bể thứ cấp Miocen sớm và Miocen giữa: Mặt
ranh giới trùng với mặt bất chỉnh hợp góc tương đương với tuổi dừng tách giãn đáy Biển Đông (16 triệu năm) Ranh giới này thấy rõ nhiều khối nhô móng tuổi Miocen sớm đóng vai trò như các quần đảo ngầm phát triển san
hô rực rỡ trong Miocen giữa
3/ Ranh giới giữa bể thứ cấp Miocen giữa và Miocen muộn: Đây là
ranh giới bào mòn bất chỉnh hợp góc có tuổi 11 triệu năm Các khối nhô
móng là ám tiêu san hô đóng vai trò là vùng xâm thực cung cấp vật liệu vụn sinh vật cho trầm tích Miocen muộn
4/ Ranh giới bào mòn bất chỉnh hợp địa tầng giữa Pliocen-Đệ
Tứ và Miocen muộn có tuổi 5,5 triệu năm là một ranh giới bất chỉnh hợp bào mòn trên toàn bộ khu vực bể Phú Khánh, chủ yếu là do nâng cao địa hình đáy bể khỏi mực nước biển một cách đơn điệu chứ không bị phân cắt khối tảng
3.3 Đặc điểm biến dạng các bể thứ cấp
3.3.1 Biến dạng bể do hoạt động đứt gãy
Trang 10Nhằm mục đích là làm sáng tỏ cơ chế địa động lực và vai trò các đứt gãy trong lịch sử hình thành và phát triển các bể trầm tích Miocen của
bể Phú Khánh có thể phân loại hệ thống đứt gãy làm 3 cấp: Đứt gãy cấp I là đứt gãy thuận đồng trầm tích, đóng vai trò tạo bể thứ cấp; Đứt gãy cấp II là
đứt gãy sau trầm tích, tạo nên các “giả địa hào”, “giả bán địa hào” trong bối cảnh nén ép nâng trồi nghịch đảo kiến tạo toàn bể, do đó đứt gãy sẽ
phá hủy toàn bộ các lớp đá của một bể thứ cấp; Đứt gãy cấp III là hệ thống
đứt gãy dạng cành cây, tỏa tia trượt bằng, phân nhánh từ đứt gãy cấp II
3.3.2 Biến dạng bể do quá trình sụt lún, nén ép và nâng trồi
Biến dạng do quá trình sụt lún, nén ép và nâng trồi thường xảy ra theo
2 giai đoạn: Giai đoạn đầu sụt lún và lắng đọng trầm tích; Giai đoạn nghịch đảo kiến tạo thường xảy ra sự biến dạng kép tạo nên các oằn võng ở trung tâm và sự nâng trồi bào mòn do quá trình nén ép Bể Phú Khánh phổ biến nhiều biến dạng oằn võng có quy mô nhỏ do có sự xen kẽ giữa các khối sụt
và khối nâng địa phương
3.3.3 Biến dạng do hoạt động núi lửa
Hoạt động núi lửa trong bể Phú Khánh có nhiều pha song pha cuối cùng có tuổi Pliocen- Đệ tứ với những minh chứng sau đây: Trầm tích Miocen bị xuyên cắt tạo nên cấu tạo giả kề áp (pseudo-onlap); Khu vực trung tâm bị uốn nếp oằn võng
Hình 3.9 Mặt cắt địa chấn tuyến L06 bể Phú Khánh chỉ ra 4 đới cấu trúc: Đới I- Thềm trong (thềm Đà Nẵng); Đới II- Đới đứt gãy kép xiết trượt Tuy Hòa (đứt gãy trượt bằng và đứt gãy thuận cánh chúc- dạng đứt gãy listric);
Đới III- Đới sụt
Trang 113.3.4 Hệ quả của quá trình biến dạng khu vực bể Phú Khánh
Bình đồ cấu trúc địa chất hiện tại của bể Phú Khánh là hệ quả của quá trình hoạt động kiến tạo – địa động lực trong Kainzoi gồm 5 đới chính (hình 3.22):
Đới I: đới thềm trong (gồm thềm Đà Nẵng và thềm Phan Rang), đới
nâng yếu, phân bố ở rìa tây giáp với phần đất liền có độ sâu 0-200m nước Đới này có cấu trúc thềm điển hình chưa bị biến dạng có địa hình nghiêng thoải về phía đông
Đới II: đới chuyển tiếp rìa trong Từ thềm trong ra đới trung tâm có
dạng địa hình sụt bậc thang do tác động của hệ thống đứt gãy phương kinh tuyến 109-110oE xảy ra từ Miocen muộn đến nay
Đới III: Đới sụt lún trung tâm (trũng Phú Yên), hiện tại nằm ở độ sâu
từ 500-2000 m nước Bề dày trầm tích Kainozoi lớn nhất của đới sụt lún trung tâm đạt tới khoảng 10 km
Đới IV: Đới nâng ngoài (đới nâng Khánh Hòa) có độ sâu thay đổi từ
2500-3500m nước Địa hình tương tự một dãy núi ngầm phân dị phức tạp được hình thành từ Miocen muộn đến nay Trầm tích Pliocen có mặt trong hầu hết các hẻm giữa núi song có độ sâu thấp dần từ trong ra ngoài
Đới V: Đới phá hủy xiết ép Tuy Hòa phân bố theo hướng tây bắc -
đông nam 120o Quan sát đặc điểm địa hình, địa mạo bờ biển khu vực Phú Yên đến Khánh Hòa sẽ thấy rõ điều đó Các bán đảo (Tombolo) Hòn Gốm, Hòn Khói chạy theo phương đứt gãy tây bắc đông nam và hướng về đông nam1200 là hoàn toàn phù hợp với phương đứt gãy xiết ép của đới Tuy Hòa
3.4 Xử lý biến dạng và phục hồi các bể thứ cấp
Như vậy, bình đồ cấu trúc địa chất hiện tại với 5 đơn vị cấu trúc như
đã mô tả ở trên là kết quả của nhiều pha kiến tạo xảy ra từ Oligocen đến Đệ
Tứ Vì vậy muốn hiển thị được bức tranh tiến hóa cấu trúc-kiến tạo của Miocen cần thiết phải phục hồi từng bể thứ cấp Miocen sớm, Miocen giữa
và Miocen muộn
Trang 12Giai đoạn Miocen sớm
Giai đoạn Miocen giữa
Giai đoạn Miocen muộn
Giai đoạn Pliocen – Đệ
tứ
Hình 3.24 Mặt cắt phục hồi tuyến L03
Trang 131/ Phân vùng cấu trúc địa chất Miocen sớm (N 1 )
Trên mặt cắt phục hồi của bể thứ cấp Miocen sớm đã tái hiện địa hình của đáy bể trầm tích trong suốt thời gian sụt lún kiến tạo và hoàn thành quá trình lắng đọng đền bù trầm tích (hình 3.24) Bản đồ đẳng dày trầm tích và bản đồ cấu trúc địa chất đã chỉ ra nguyên trạng của bể trầm tích thứ cấp sau khi kết thúc giai đoạn sụt lún (hình 3.26, 3.27) Bản đồ đẳng dày nguyên thủy của bể Miocen sớm cho phép khoanh định được 3 đới cấu trúc địa chất: Đới nâng ở rìa phía tây của bể; Đới phân dị phía Đông Nam ; Đới sụt lún mạnh ở khu vực trung tâm bể (hình 3.27)
Hình 3.27 Sơ đồ phân vùng cấu trúc Miocen sớm bể Phú Khánh