CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊA HÓA NGHIÊN CỨU ĐÁ MẸ

Tích lũy vật liệu hữu cơ trong giai đoạn trầm tích và tạo đá sớmdiagenes.. 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 m

Mục lục

CHƯƠNG 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 trưởng 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

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA HÓA NGHIÊN CỨU ĐÁ MẸ 14

I Các phương pháp định lượng VLHC trong đá mẹ 14

1 Phương pháp Leco 14

2 Phương pháp nhiệt phân Rock – Eval 15

3 Phương pháp bitum hóa 19

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

5 Sắc ký dải HCs (GC) 20

6 Phương pháp sắc kí khối phổ GCMS 20

7 Phương pháp phát quang 20

II Các phương pháp xác định độ trưởng thành của VLHC trong đá mẹ 21

1 Phương pháp đo phản xạ vitrinite 21

2 Chỉ tiêu Tmax 22

3 Chỉ tiêu thời nhiệt TTI 23

CHƯƠNG 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

CHƯƠNG 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 được sự phân bố rộng rãi của các hạt sinh dầu trong đá trầm tích dưới nước, nguồn gốc dầu được đưa 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 dưới điều kiện nào và dạng

gì xảy ra sự di chuyển dầu Theo ông, dầu khí thường nằm dưới 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, được lắng động trong các môi trường 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 xương bằng silic (bùn silic hạt độ nhuyễn)

 Đá mẹ là vôi liên quan tới bùn vôi, sau khi giải phóng nước 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 thường tích lũy trong các đới thoáng khí

 Loại nhiều thành phần hạt mịn, thường tích lũy trong môi trường yếm khí

 Loại mà vật liệu hữu cơ được 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 được chất hữu cơ hòa tan tương ứng được trong dung môi hữu cơ

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 lượng hữu cơ sinh ra mà có thể hòa tan được trong dung môi hữu cơ được gọi là Bitum Đây là dạng vật liệu hữu cơ di chuyển được 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 được trong dung môi hữu cơ, phần cặn gọi là Kerogen

Do sự polime hóa vật chất hữu cơ được tách ra từ xác sinh vật mà dầu được 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 lượng tốt có giá trị kinh tế

 Loại triển vọng: có khả năng nhưng chưa được đánh giá

 Loại tiềm năng: là đá có khả năng sinh dầu nhưng chưa đủ độ trưởng thành nhiệt (chưa tạo thành những HC chuẩn với số lựng lớn

 Loại trưởng 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 dương gần bờ, thường phát triển thảm thực vật dưới nước 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 thường là: albumin chiếm 67%, lipit chiếm 17%, còn lại hydratcacbon chiếm 16% Loại rong diatomei là loại chứa nhiều lipit, trong đó chất kitin tương đối bền được chôn vùi trong trạng thái hóa đá trong môi trường khử mạnh và khử

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

 Loại phytobentos: thường là rong đáy và cỏ biển, chúng phát triển mạnh ở đới gần bờ

Như vậy, loại VCHC sapropel phát triển đa dạng, trong đó chú yếu là loại rong tảo Vì vậy trong một số trường hợp trong đá được tích lũy loại VCHC hàm lượng 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 trường hợp phát triển cả rong đáy Thường hiếm gặp loại VLHC humic đơn thuần vì đa phần chúng được tích lũy trong môi trường nước, nơi bao gồm sự phát triển của loại phytoplancton biển hay đầm

hồ Môi trường tích tụ có thể khử hay khử yếu

Trong một số trường hợp, VLHC được tích lũy trong điều kiện lục địa hoàn toàn (không có nước) Ví dụ: đồng bằng aluvia, sa mạc thì trong kerogen thường được tích lũy các vi cấu tử ( microcompoment) không có cấu trúc rõ ràng Tuy vậy cần lưu ý là trong môi trường lục địa thường chứa nhiều oxy – nhân tố chú yếu phân hủy các lipit – được gọi là môi trường oxy hóa nên chất lipit trong môi trường trên cạn có thể bị phân hủy gần như 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 trước 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 nước biển Còn trong nước 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 nước Đồng thời nguồn VLHC này cũng là nguồn thức ăn cho zooplancton tạo nên sự chuyển hóa bởi sinh vật sống Như vậy hệ thống quang hợp (tổng hợp) – phân hủy của VLHC trong nước biển hay trong lục địa liên tục xảy ra và cuối cùng để lại tàn tích của chúng

và được tích lũy trong bùn đáy Theo tính toán của Romanskievich E.V thì lượng 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

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

VLHC do tác động oxy hòa tan đã phân hủy và chuyển hóa dưới tác dụng của thế năng oxy hóa khử Dưới 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 nước đáy, có độ sâu từ 1,55 – 8,40, xảy ra quá trình khử bởi sunphat của nước 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 lượng lipit, albumin, axite amin và hydratcacbon Tức là giảm lượng nguyên tố N và P, ngược lại tăng lượng C và H Trên cơ sở trên, nhiều nhà nghiên cứu dẫn đến kết luận là VLHC loại sapropel được tích lũy trong biển nông, biển sâu vừa, vũng vịnh, các hồ lục địa cũng như các thung lũng đại dương sâu Theo các chuyên gia địa hóa như Degens E, Rodd D… thì lượng VLHC sapropel được 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 được 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 đường trung tuyến, trên cơ sở về sự tương quan giữa các hàm lượng của các khoáng vật thứ sinh sắt như sau:

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 như axit amin, axit béo, protein

 Loại trong bùn đáy: gồm các sinh vật chết dễ phân hủy như: hydratcacbon, một số protein và mỡ Loại humic đầm hồ bao gồm các chất tương đối bền ít

bị phân hủy như lignin và sản phẩm chuyển hóa của nó, một số chất chứa nitơ dạng melanit

2 Chuyển hóa VLHC (mức độ trưởng 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 tượng oxy hóa VLHC trong trầm tích bởi các vi thảo mộc ưa khí Khi oxy tư do ở lớp trên cùng biến mất thì đồng thời các vi sinh vật ưa 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 thường xảy ra quá trình lưu 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 tương đối bền vững Vì lý do trên trong dầu có nguồn gốc sapropel thường phong phú lưu huỳnh Ngược lại trong trầm tích lục địa, đặc biệt thực vật bậc cao giảm hẳn quá trình lưu huỳnh hóa các chất hữu cơ humic và hỗn hợp do vắng mắt ion sulphat Quá trình này dẫn đến nghèo nguyên tố lưu huỳnh trong dầu có nguồn gốc lục địa

Các sản phẩm khí trong giai đoạn này thường 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 như 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 như 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 được 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 cường 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

 Nhóm thứ hai có Corg dao động trong khoảng 0.01 - 20% cường 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% Cường 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, nước có hoạt tính được giải phóng

(phân lớn), VLHC cũng được 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 như 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 lưu 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 tương đương thời gian

ngắn nhưng nhiệt độ tăng lên cao

Điểm nữa cần lưu ý là chế độ nhiệt cổ mà VLHC trải qua mới là thước đo

đúng đắn Chế độ nhiệt hiện tại đôi khi mới được hình thành do hoạt động kiến tạo đưa

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

thời gian quá ngắn, VLHC chưa cảm nhận được 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 thường lớn hơn 1, của C23 -

C29 thường là 2.6 Hệ số Pr/Ph thường 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, lưu 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 lượng cao các cấu tử C21 – C25 Hệ số chẵn lẻ của C23 - C29 thường lớn hơn 1

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

 Loại VLHC không tan

Trong giai đoạn đầu của mezocataganez thường 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 được 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 được sinh ra trong giai đoạn protocatagenez và sinh ra với cường độ mạnh vào giai đoạn MK1-2 Lượng cacbon tăng lên tới 78 – 86%, hydro 10-12% Trong thành phần nhóm tăng lượng dầu, giảm lượng nhựa cồn benzen Do sự di cư 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) thường 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 thường có các nguyên tử cacbon từ C13-C25

b Loại VLHC humic

 VLHC không hòa tan Càng tăng mức độ biến chất càng tăng lượng 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 Lượng này tác động tới oxy Vì vậy, trong giai đoạn MK2 lượng oxy chưa tham gia phản ứng được tăng lên gấp đôi

Sự phân hủy VLHC ở suốt giai đoạn MK2 thay đổi theo chiều hướng than hóa Chuyển sang giai đoạn MK3 xảy ra sự đột biến trong hệ thống than hóa, đặc biệt với oxy Lúc này lượng oxy giảm tới 50% Tức là mất cầu nối C = O mà thay vào đó là mối gắn kết C = C Tăng lượng aromatic, phân hủy VLHC được kết thúc bằng việc phục hồi lại hướng 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 trưng bằng phá hủy các cấu trúc lớn của than và kèm theo việc tách hydro ra khi còn có lượng nitơ và oxy dư thừa Quá trình kết thúc bằng lưu 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 ưu thế

c Giai đoạn diagenez

Là giai đoạn tích lũy VLHC cùng với vật liệu vụn khoáng vật của sét, bột, cát Hàm lượng nước chiếm tới 60% trong trầm tích Quá trình này diễn ra ở ranh giới nước và bùn đáy

Trên cùng xảy ra quá trình khử oxy Trong cát kết, VLHC thường bị oxy hóa hoàn toàn, còn sét chỉ bị oxy hóa một phần nhỏ Ở đới này vi khuẩn ưa 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 được tích lũy ồ

ạt, chưa kịp bị vi khuẩn phân hủy thì được tích lũy chọn lọc thành lớp than mùn tương ứng với R0 = 0,25%

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 dưới tác động của nhiệt và các chất xúc tác nên phải đưa 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 nước, không còn

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

ra các sản phẩm như 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 nước, kể cả nước liên kết đuổi ra khỏi trầm tích Độ rỗng,

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

bão hòa

Kết thúc là giai đoạn than khí tương 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 nước nhiều Nhiệt độ tăng cao do nguồn magma hay nguồn nhiệt dịch dưới 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 tương 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, ưu 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

Như 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

Tóm lại, quá trình chuyển hóa VLHC sapropel cũng như humic có tính giai đoạn Mỗi giai đoạn biến chất sinh ra một số loại sản phẩm tương 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 CO 2 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 như humic –

sapropel ở giai đoạn đầu mezocatagenez (MK1 – MK2) trong pha chủ yếu sinh dầu Xảy ra quá trình di cư 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 lượng 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

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA HÓA

 Khi đốt mẫu đá mẹ, lượng 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 lượng CO2 được tạo thành thì cũng có thể có them SO2, H2O Đẻ thực hiện phương pháp này ta cần phải tìm cách loại bỏ những chất không mong muốn như trên (CO2 do vật chất vô cơ tạo ra và S2O, H2O…)

 Trong phương pháp này, phản ứng tạo ra SO2 và H2O (hai chất này đều tạo ra nhiệt) dẫn tới sẽ làm tăng lượng nhiệt

Tia hồng ngoại xác định CO2 trong VCHC Dẫn nhiệt xác định nhiệt độ SO2 và H2O

→ Trừ ra cả hai lượng nhiệt này, sau đó sẽ xác định được lượng nhiệt tạo ra do CO2 (của VCHC)

Trình tự thí nghiệm:

 Mẫu đá được chọn có khối lượng 10 – 100g (tùy theo hàm lượng VCHC trong mẫu), làm sạch và ngâm mẫu từ 1 – 3 ngày

 Nghiền nhỏ qua rây với đường 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 lượng C trong thành phần vô cơ đã hết

 Vụn đá không chứa cacbonat cùng VCHC người ta đem lọc qua phễu, phần nằm trên phễu là toàn bộ mảnh đá và VCHC Phần này được làm khô và sau đó được đốt tự động trong là đốt của máy LECO – 412OC Lượng CO2 thoát ra sẽ được ghi nhận để tính TOC theo công thức:

o(g): klg mẫu đá ban đầu

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

2(g): klg mẫu chuẩn C

st(%): hàm lượng 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

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

2 Phương pháp nhiệt phân Rock – Eval:

Phương pháp này được 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 được các sản phẩm sau:

 Ở nhiệt độ thấp (khoảng 90oC) trong vòng 1-1.5 phút, được lượng khí và hydrocacbon lỏng thấp phân tử (C1-C7), lượng này kí hiệu So Nhưng lượng này rất nhỏ so với phần còn lại nên thường không xét

 Nâng nhiệt độ lên khoảng 100 - 300oC trong 2 phút, ta thu được lượng hydrocacbon di cư của mạng dầu, kí hiệu S1, cực đại ở nhiệt độ khoảng 2500C Lượng này tương đương lượng bitum dạng dầu, là lượng hydrocacbon di cư

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.]