Sự thành tạo và di cư của hydrocarbon (cơ sở KHOA học địa CHẤT dầu KHÍ SLIDE)

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 lị
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 CO2 thành 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 . Q trình này xảy ra từ thực vật,
từ hô hấp của động vật hay từ q 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 nơng,
mơi 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
khơng 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 khơng 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 khơng 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 hồn tồn 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 khơng phổ
biến nhưng nếu có thì có thể biết đó là ở mơi trường ao hồ hay
mơi trường biển nơng
• 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 vơ
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 vơ 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 vơ 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 khơ nếu đa phần là vitrinite
và sẽ cho ra những khí khơng 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 thơ – rất giàu trong mơi
trường bão hịa hydrocarbon.


Loại Kerogen
I Tảo

Nguồn gốc
Tảo biển, đầm hồ,
“boghead”

II “Mixed Marine”

Môi trường thối rữa, đa
phần là biển

III Coaly

Từ những rừng trên lục địa
bị chơn vùi (gổ, bào tử, lớp
sáp biểu bì của lá, nhựa
thơng, mảnh thực vật)
Hóa thạch than củi, và
những vật chất bị oxi hóa
của rừng trên lục địa

IV Inert

Thành phần hữu cơ
Đa phần là tảo từ exinite
(alginite); vài vật liệu vơ
định hình từ tảo
Những hạt vơ định hình
được sinh ra từ sinh vật và
động vật trôi nổ; vài
maceral cũng từ những loại
này
Đa phần là vitrinite, một vài
exnite ( không phải là tảo)
và những sản phẩm phá
hủy vơ định hình
Đa phần là inertinite; một

vài sản phẩm vơ định hình

Bảng 1: Những loại kerogen, nguồn gốc và
thành phần hữu cơ của chúng


• Loại II là loại kerogen dẫn xuất từ nhiều nguồn
biển. Những hạt của nó đa phần là vơ định hình
là kết quả của quá trình phá hủy thực vật, động
vật trôi nổi và nhiều loại động vật cấp cao.
Thành phần hoa là trung gian giữa loại I và loại
III. Kerogen loại II có xu hướng sinh ra dầu
naften (cycloparafin) và dầu aromatic
( hydrocarbon thơm), sinh ra nhiều khí hơn loại I
• Loại III hay là kerogen than rất giàu vitrinite
macerals vì thế khó sinh dầu. Nó sinh ra khí khơ.
Những loại dầu sinh ra từ Kerogen loại III thì đa
phần là từ những dạng sáp thô parafin dẫn xuất
từ exnite và thành phần vơ định hình


• Kerogen loại IV rất hiếm gặp. Nó giàu inertinite
macerals và sinh ra rất ít hydrocarbon. Cụm từ
“inert” trong inertinite nghĩa là “trơ” nó thực tế
khơng có khả năng sinh ra cả dầu và khí (hình 5)
• Đá trầm tích chứa hỗn hợp nhiều loại kerogen. Dầu
đá phiến sét thì loại I chiếm ưu thế - loại kerogen
tảo. Than và những đá sinh mãnh vụn gần bờ biển
ví dụ như ở tam giác châu thì giiá loại III – kerogen
than. Trong vài trường hợp, việc lắng đọng than là

nguồn cung cấp chính cho các tích tụ khí thiên
nhiên ví dụ như than ở kỷ Carbon ở biển Bắc. Nhiều
loại đá sinh ở đại dương có cả loại I và loại II với loại
II có phần phổ biến hơn. Ví dụ, những loại đá sinh
rất tốt ổ Iran chưa đa phần là loại I, trong khi đó đá
sinh Paleozoi ở Sahara phía bắc Nam phi là loại II.


Những thay đổi hóa học với sự
trưởng thành của Kerogen
• Trong giai đoạn tạo đá, trước khi sinh ra dầu và khí,
mỗi loại kerogen có một thành phần hóa đơn nhất
(hình 6)
• Đây là bởi vì những thành phần của kerogen được
điều chỉnh bởi những loại maceral và nguồn gốc của
các sản phẩm sinh học trùng hợp Sự đa dạng và
những thay đổi của thành phần hóa của những loại
kerogen chưa trưởng thành xảy khi dầu được sinh ra.
Những quá trình này được thể hiện qua tỉ lệ của
nguyên tử hydro và carbon (H/C) dựa vào tỉ lệ
nguyên tử oxi và carbon (O/C). Đồ thị này thường
được gọi là biểu đồ Van Krevelen (hình 7 và hình 8)


Hình 6: những loại kerogen