Bài giảng Địa chất dầu khí (Petroleum geology) - Chương 5: Sự thành tạo và Di cư của Hydrocarbon

Chương 5: Sự thành tạo và Di cư

của Hydrocarbon

1. Sự thành tạo Hydrocarbon

1.1- Vật liệu sinh dầu

1.1.1- Formation và sự bảo tồn vật liệu hữu cơ

• Vào thế kỷ 19, nguồn gốc của dầu khí từ lò

magma, dầu được di chuyển từ những đứt gãy

sâu trong vỏ trái đất được tin tưởng rộng rãi.

• Tuy nhiên, rất nhiều chứng cứ hiện tại cho

rằng vật liệu gốc của đá chứa dầu từ những

vật liệu hữu cơ được tạo ở bề mặt trái đất

• Sự hình thành bắt đầu từ quá trình quang hợp,

trong thực vật sự hiện diện của ánh sáng mặt trời

đả chuyển nước và CO₂thành Glucozơ, nước và

oxy:

6CO₂+ 12H₂O

C₆H₁₂O₆+ 6H₂O + 6O₂

• Quang hợp là một phần trong chu trình của

Cacbon (Hình 01). Theo lẻ thường, đa phần VLHC

được sản sinh bởi quá trình quang hợp sẻ trở lại

bầu khí quyển thành CO₂. Quá trình này xảy ra từ

thực vật, từ hô hấp của động vật hay từ quá trình

oxi hóa và từ sự thối rửa vi khuẩn khi cơ thể đã

chết

1.1.2- Sự bảo tồn và sản sinh chất hữu cơ

• Tất cả VLHC ở đại dương được thành tạo

thông qua quang hợp. Vật liệu chính là từ

phytoplankton – là những vi sinh vật sống trôi

nỗi như các loại tảo, “dinoflagellates” và

“blue-green algae”. Tảo nằm ở đáy là thành

phần đóng góp chính tạo VLHC ở biển nông,

môi trường thềm lục địa.

1.1.3- Sự bảo tồn và phả hủy chất hữu cơ

• Những khu vực sản sinh chất hữu cơ cao thì

không nhất thiết phải là nơi bảo tồn tốt. Nơi

phá hủy VLHC cần được ngăn chặn. Quá trình

tái chế cacbon bị chậm lại bởi bất kì tác động

nào mà làm giảm sự cung cấp oxi.

• Sự bảo tồn được thực hiện thuận lợi ở hai

điều kiện:

- Tỉ lệ lặng đọng nhanh và stratified

- hiếm khí oxi

• Đầu tiên, sự lắng đọng nhanh chóng rất cần

thiết trong việc giữ VLHC không bị phá hủy.

• Sự bảo tồn được giúp đở bởi mật độ của các

lớp đá – nơi đáy biển rất hiếm khí oxi

• Sự phân tầng nước và hiếm oxi được biết

nhiều tại Biển Đen

• The Eocene-age lakes of Utah, Colorado and

Wyoming, in which the Green River oil shale

formation was deposited, have been

interpreted as seasonally stratified water

bodies which at a later stage become

permanently stratified (Fig 02)

• Đại dương ngày này, tồn tại một khu vực có

sự khan hiếm oxy tại độ sâu khoảng 200m

nhưng lại dư thừa tại bề mặt biển nông và ở

những độ sâu sâu hơn.

1.1.4- Giai đoạn tạo đá của VLHC

• Có 3 giai đoạn quan trong trong việc chôn vùi

và trưởng thành của VLHC thành Hyrocarbon:

- Giai đoạn tạo đá (diagenesis)

- Giai đoạn nhiệt xúc tác (catagenesis)

- Gian đoạn biến chất (metagenesis)

• Giai đoạn tao đá của VLHC bắt đầu ngay khi VLTT

được chôn vùi. However, the point at which

diagenesis ends is subject to how the term is

used. Some geologists use the term in a restricted

sense to include only processes that occur as

sediment consolidates into sedimentary rock.

• Nhiều nhà khoa học mở rộng chu trình tạo đá

bao gồm tất cả quá trình mà nó có thể xảy ra và

trộn những chất không thể cảm nhận vào,

regional metamorphism

• Giai đoạn tạo đá được xem là giai đoạn cơ bản

của VLHC, nó bao gồm tất cả các thay đổi xảy ra

trong giai đoạn hình thành dầu khí

• Những bùn mới được lắng đọng vẩn chưa

thành đá được, chúng có thể chứa đến 80%

nước trong khe rỗng. Những chất bùn này sẽ

gắn kết lại rất nhanh chóng. Đa phần lỗ rỗng bị

mất đi ở 500m chôn vui đầu tiên. Sau đó, qua

trình gắn kết để thành đá bùn hay đá phiến

sét vẫn tiếp tục nhưng chậm hơn.

1.1.5- Những hợp phần Kerogen

• Dưới KHV, kerogen xuất hiện thành những

mãnh hữu cơ nằm phân tán. Một vài thì được

sắp xếp. Chúng có thể được thấy là “plant

tissue fragments”, những bào tử, tảo và những

loài sinh vật khác với những cấu trúc sinh học

rõ ràng. Những mãnh dẫn xuất thực vật này có

thể nhóm lại thành những bộ phận sinh học

riêng biệt gọi là “macerals”. “Macerals” trong

kerogen được xem như tương đương với

những khoáng vật trong đá

Những hợp phần Kerogen

• Vitrinite là loại “maceral” chiếm ưu thế trong nhiều

loại kerogen và là thành phần chính của than. Nó được

dẫn xuất hoàn toàn từ những mãnh gỗ của vùng thực

vật ở độ cao cao. Bởi vì chúng chúng được tạo thành

từ chất lignin – rất khó bị phá hủy nên Vitrinite có thể

xuất hiện hầu hết ở các môi trường lặng đọng như ở

môi trường biển, lục địa. Vitrinite là loại rất phổ biến.

• Exinite macerals được dẫn xuất chính từ tảo, phấn hoa,

bào tử và từ lớp sáp biểu bì của lá. Tỉ lệ chứa nhiều

Exinte không phổ biến nhưng nếu có thì có thể biết đó

là ở môi trường ao hồ hay môi trường biển nông

• Inertinite macerals có từ rất nhiều nguồn mà đã bị oxi

hóa trước khi lặng đọng. Than củi là một loại ví dụ.

Inertinite là một hợp phần rất nhỏ trong kerogen và khi

chúng dư thừa thì chỉ ở những nơi mà VLHC đã được

tái chế

Những hợp phần Kerogen

Một loại maceral trong kerogen là những hạt vô

định hình. Những hạt này bị phá hủy cơ học

hay bị thay thế hóa học bởi những vi khuẩn và

nấm. Loại maceral này thực chất là những loại

maceral cũ nhưng đã bị phá hủy để trở thành

những sản phẩm thay thế.

although the maceral term "amorphinite" has

sometimes been applied to these materials

(amorphous)

1.2- Những loại Hydrocarbon và

Kerogen

• Những maceral và hạt vô định hình trong kerogen

ảnh hưởng tới khả năng sinh ra hydrocarbon.

Những kerogen “oil prone” có khả năng sinh dầu

bao gồm 65% exinite và những hạt vô định hình

(hình 5).

• Hợp phần“oil prone” chứa kerogen khoảng 35-

65% có khả năng cho ra những khí ẩm và ngưng

tụ. Với ít hơn 35% thì cho ra khí khô nếu đa phần

là vitrinite và sẽ cho ra những khí không phản

ứng. Cho ra “barren” nếu inertinite chiếm ưu thế

Hình 5 – loại dầu được hình thành từ

kerogen dựa trên phân tích quang học

với

ánh sáng

phản chiếu của

KHV

Kerogen “oil-prone” có thể chia thành 2 loại.

• Loại I hay là kerogen tảo (bảng 1), giàu hợp

phần tảo của exinite, và được thành tạo trong

môi trường đầm hồ và biển. Kerogen loại I

được dẫn xuất cchính từ lipid và có xu hướng

sản sinh ra giàu thô – rất giàu trong môi

trường bão hòa hydrocarbon.

Loại Kerogen

I Tảo

Nguồn gốc

Thành phần hữu cơ

Tảo biển, đầm hồ,

“boghead”

Đa phần là tảo từ exinite

(alginite); vài vật liệu vô

định hình từ tảo

II “Mixed Marine”

Môi trường thối rữa, đa

phần là biển

Những hạt vô định hình

được sinh ra từ sinh vật và

động vật trôi nổ; vài

maceral cũng từ những loại

này

III Coaly

IV Inert

Từ những rừng trên lục địa Đa phần là vitrinite, một

bị chôn vùi (gổ, bào tử, lớp vài exnite ( không phải là

sáp biểu bì của lá, nhựa

thông, mảnh thực vật)

tảo) và những sản phẩm

phá hủy vô định hình

Hóa thạch than củi, và

những vật chất bị oxi hóa

của rừng trên lục địa

Đa phần là inertinite; một

vài sản phẩm vô định hình

Bảng 1: Những loại kerogen, nguồn

gốc và thành phần hữu cơ của chúng