Bài giảng Địa chất dầu khí - Chương 8: Môi trường của hydrocarbon trong bồn trầm tích

GIỚI THIỆU  Có xấp xỉ 600 bồn đá trầm tích trên thế giới. Một phần tư trong chúng được sản xuất thành dầu mỏ Trước khi khai thác khu vực mới, cố gắng định vị toàn khu vực có thể khoang, nó là điều kiện cần và đủ để thành lập một loại bồn, những tầng khai thác có thể chứa gì và chúng thì nói chung có thể được định vị ở đâu. CHƯƠNG 8: MÔI TRƯỜNG CỦA HYDROCARBON TRONG BỒN TRẦM TÍCH Thậm chí mặc dầu, trữ lượng dầu có thể được tìm thấy trong đá trong tất cả các thời kì, mỏ khổng lồ nhất và trữ lượng dầu của thế giới nhiều nhất xuất hiện những nơi tiếp xúc như giữa thời kì Mesozoic và Cenozoic( hình 1). Đá ở nguyên đại cổ sinh(Paleozoic) có thể có tiềm năng sinh hydrocarbon ngang bằng với những đá có tuổi địa tầng trẻ, nhưng có nhiều giai đoạn, thời kì ở đó sự phá hủy tất cả hoặc một phần của dầu mỏ xuyên qua từ cái vùng nâng lên và xâm thực(Halboutyl , 1970) giới thiệu về Halboutyl ( Michel Thomas Halbouty) (21 June 1909 in Beaumont, Texas - 6 November 2004 in Houston, Texas ) was an American geologist , petroleum engineer , and wildcatter . Credited(sự tạo uy tín) with discovering more than 50 oil and gas fields, he twice declared bankruptcy(công bố việc phá sản), but came back each time to regain wealth. He authored hundreds of technical articles on petroleum geology, and two book-length histories of famous oil fields. Halbouty is often described, including in his New York Times obituary(sơ lược về tiểu sử), as “legendary.”(như là một kỳ thần) trữ lượng dầu của thế giới có thể liên hệ với vị trí bên trong của bồn trầm tích, bậc thấp của loại bồn trầm tích.(figure 2) 8.1 KHÁI NIỆM VỀ BỒN TRẦM TÍCH -là một thuật ngữ chung của bất kỳ khu vực nào mà nó phản ánh được nguồn gốc kiến tạo với bề dày của đá trầm tích. - bồn là một cấu trúc địa chất với 1 dãy đá trầm tích độc nhất khác với những dãy bên ngoài -một khu vực thấp không có sự dẫn lưu ra ngoài. -bao gồm cả chính chổ lõm đó và vật liệu trầm tích dày hơn trung bình lấp vào chỗ lõm đó. Mô hình mẫu của bồn trầm tích Kiểu dáng sự trầm tích của vòm, thềm và bồn NỘI DUNG CHÍNH -Hình thể bồn trầm tích. -Trầm tích lấp đầy -Thời gian và quá trình kiến tạo -Cơ chế thành tạo bồn -Phân loại bồn trầm tích HÌNH THỂ BỒN TRẦM TÍCH Người ta có xu hướng cho rằng bồn trầm tích là sâu nhất ở nơi có vật liệu trầm tích dày nhất, nhưng điều này không nhất thiết là phải đúng. TRẦM TÍCH LẤP ĐẦY Ta có thể xác định được những đặc điểm của bồn bởi những trầm tích lấp đầy chúng. Chúng có thể bị các trầm tích biển sâu, biển nông hoặc lục địa lấn át, phụ thuộc váo sự nâng cao của chúng và sự tác động qua lại giữa tỉ lệ sụp lún và tỉ lệ tích tụ. Thời gian và quá trình kiến tạo Khía cạnh quạn trọng của bồn trầm tích là thiên nhiên và thời kì của quá trình kiến tạo. Loại nếp uốn và đứt gãy phát triển trong bồn là một phần bởi vì cơ chế biến dạng và một phần bởi vì vật liệu trầm tích của bản thân nó. Cơ cấu hình thành bồn trầm tích Sự thành tạo bồn như là một kết quả của sự dịch nằm ngang và thẳng đứng trên quy mô lớn trong những lớp trên của trái đất, điều này có thể được giải thích qua học thuyết kiến tạo mảng đã được chấp nhận một cách rộng rãi. Vỏ ngoài cùng của trái đất là một lớp bền vững được gọi là thạch quyển, thạch quyển gồm có lớp vỏ và lớp manti trên. Thành tạo địa hình thấp trên bề mặt đất, nơi vỏ trái đất mỏng, và bao gồm đá bazan đặc sít. Một lớp nhớp phủ thạch quyển được gọi là quyển mền Những lớp ngoài cùng của vỏ trái đất Initiation of rifting and ocean floor spreading over continental crust Pre-rift domal bulge Innitial radial rift Early separation stage MODEL OF A DIVERGING PLATE BOUNDARY The separated continents are now far apart, and basins develop along their passive margins 20 MODEL OF SUBDUCTING PLATE MARGIN At a subduction zone, the leading edge of one plate overrides another, and the overridden plate is dragged down into the mantle and consumed Fig: 12 21 MODEL OF A COLLISIONAL PLATE MARGIN, SHOWING COLLISION BETWEEN OCEAN PLATE AND A CONTINENTAL MARGIN Fig: 13 22 MODEL OF A COLLISIONAL PLATE MARGIN, SHOWING CONTINENT – CONTINENT COLLISION Fig: 14 23 Transcurrent faulting along the conver. plate margin in California Fig: 15 Tóm lại, có 3 loại đường ranh giới cơ bản Sống núi giữa đại dương Đới hút chìm và đường nối Phay đứt gãy 8.2 PHÂN LOẠI BỒN TRẦM TÍCH Nhiều giản đồ phân loại bồn trầm tích khác nhau đã đươc đề xuất, như địa chất học đã rút ra từ khái niệm về địa máng đến kiến tạo mảng. Trong công nghiệp dầu khí, sự phân loại được cần để nhấn mạnh vai trò của bồn trầm tích như là cái đựng dầu và khí. CÓ TỔNG CỘNG 10 LOẠI BỒN TRẦM TÍCH KHÁC NHAU 2 cái có liên hệ đến mảng lục địa bền vững 2 cái phát triển qua đới phân kỳ 4 cái có liên hệ tới mảng hội tụ 2 cái khác, đó là bồn là miền lõm ở biển đại dương, sự thành tạo lớp riêng biệt bởi vì những đặc điểm dầu khí độc nhất của chúng. Phân loại bồn 27 Idealized pattern of an Interior basin Fig: 17 28 Generalized cross-section through the Williston basin of the USA and Canada Fig: 18 29 Geometry of the world;s interior basins Fig: 19 30 Major interior basins of the world Major interior basins of the world Fig: 20 BÊN TRONG BỒN -đặc điểm nổi bật:đơn giản, chu kỳ đơn giản; không có vùng cao; trong lục địa -lịch sử lắng đọng—trưởng thành, nước nông đến vật liệu không trầm tích(vụn hoặc cacbonat mền); không có sự lắng đọng or non-marine late stage. -vỉa chứa—cát kết or đá vôi ngang bằng nhau. -nguồn gốc—đá phiến. -chõm—đá phiến, ít có trầm tích do bốc hơi. -bẫy – vùng nâng của móng và nếp lồi; tổng hợp về địa tầng -gradient địa nhiệt—thấp đến bình thường. -Hydrocarbons—thấp 32 Idealized pattern of a foreland basin Fig: 21 33 A typical foreland basin: The Permian basin of west Texas Fig: 22 34 Fig: 23 35 Fig: 24 Table 10. 2 Foreland Basin (craton margin, composite)   Distinguishing features -- multicycle basin on craton edge with adjacent uplift.  Depositional History -- 1st cycle mature platform sediments; unconformity; 2nd cycle orogenic clastics.  Reservoir -- mostly sandstone, lesser carbonate; in both cycles.  Source -- overlying or interfingering shale; locally coal.  Cap -- shale or evaporite.  Trap -- mostly anticlines; some stratigraphic and combination .  Geothermal Gradient -- low to above average.  Hydrocarbons -- mixed crude, similar to interior basins in 1t cycle; above average deep thermal gas.  Risks -- trap efficiency; reservoir, source and seal development.  Typical Reserves -- <0.5- 5 billion bbl hydrocarbon/basin.  37 RIFT BASIN  38 Idealized pattern of a rift basin Fig: 25 39 Fig: 26 40 Fig: 27 41 Fig: 28 42 The Suez basin of Egypt contained mostly thin Paleozoic and Cretaceous non-marine sands until it began to rift in the Cenozoic Fig: 29 bồn dạng rift Đặc trưng nổi bật—sự sụp xuống của địa hào kéo dài đến tận vỏ lục địa; đới phân kì tĩnh Lịch sử sự lắng đọng—trước khi đứt gãy của đá trầm tích, đá biến chất or đá granic; sự làm đầy cột đứt gãy được hạn chế bởi tướng đá, lúc đầu không thuộc biển sau đó trở thành môi trường biển(có vụn hoặc vụn vôi). Vỉa chứa—đá vôi và đá cát kết cân bằng nhau; của chu trình trước và sau khi hình thành đứt rãy Nguồn—phủ đè lên or ở bên tướng đá phiến Mũ—độ rộng của khối evaporite or bề dày phiến Bẫy—địa lũy và khối uốn nếp; những bẫy hỗn hợp được liên hệ với độ nâng của khối(ví dụ nếu khối nâng quá cao dẫn đến tạo thành những đứt gãy địa lũy và ngược lại thì tạo thành uốn nếp); khối đứt gãy nghiêng Gradien địa nhiệt—bình thường đến cao. Hydrocacbon—phụ thuộc lớn vào tướng đá(đá cát kết tương ứng sinh ra parafin; đá vôi thì sinh ra dạng mạch vòng thơm); độ khí trung bình giảm Độ rủi ro—bị hạn chế kích cỡ bẫy nhỏ; gradient điện nhiêt quá cao(gradient điện nhiện nằm trong khoảng 150 độ thì sinh dầu còn cao hơn thì sinh ra cái khác); nguồn đá phiến tăng(tại sao nguồn đá phiến tăng lại gây ra sự rủi ro?) Trữ lượng tiêu biểu--<0.5-30 tỷ bbl(đơn vị này là thùng ở điều kiện bề mặt(tại sao gọi là điều kiện bề mặt(mình khai thác lên gọi là điều kiện bề mặt mà nếu còn nằm trong vỉa với trữ lượng này thi quy đổi ở điều kiện bề mặt thì rất lớn) hydrocacbon/bồn 44 Idealized pattern of a pull-apart basin Fig: 30 Pull-Apart Basin (passive margin, divergent margin)  45 Fig: 31 46 Fig: 32 47 The Gabon basin off the west coast of Africa Fig: 33 Pull-Apart Basin (passive margin, divergent margin)  Đặc trưng nổi bật: một phần địa hào thuộc về biển đã bị đứt gãy ra phía biển; lớp vỏ trung gian; kết quả của sự lan truyền ở bề mặt tiếp xúc. Lịch sử sự lắng đọng: giai đoạn đứt gãy trầm tích không ở biển; tướng đá hạn chế(đá vôi, trầm tích do bốc hơi, đá phiến đen) trong sự phân ly dể dàng; sự rửa xói vụn trong giai đoạn riêng biệt. Vỉa chứa: đá cát kết trong 3 giai đoạn, một vài đá vôi trong giai đoạn phân ly dể dàng Nguồn: phủ đè và sự xen kẽ của đá phiến. Mũ: đá phiến or trầm tích do bốc hơi Gradient địa nhiệt: trung bình dưới trong giai đoạn biển Hydrocacbon: giai đoạn đứt gãy là paraffin, trung gian tỷ trọng dầu thô; thơm hơn, tỷ trọng rõ hơn trong giai đoạn riêng biệt; khí dể bị hỏng Rủi ro: chất hữu cơ có trong đá phiến bitum chin mùi;sự phân hủy sinh vật; trước khi phân biệt nguồn đá phiến; cột vỉa chứa riêng biệt Đặc trưng trữ lượng: 2,3 triệu bbl hydrocacbon/nguồn 49 Convergent Margin Basins: Fore-Arc, Back-Arc, Non-Arc and  Collision Basins Có 2 loại bồn đã tìm thấy gần đới hút chìm đã được phát triển ở vùng đảo hình vòng cung. Dạng những bồn sau cung đảo nằm ở giữa vùng cung đảo và lục địa(hình, mô hình mẫu của bồn sau cung đảo). chúng nhận những vật liệu trầm tích nước nông nhiều nhất. luồng nhiệt nóng được đo từ bồn sau cung đảo thì cao rất là cao, bởi vì có sự nung chảy và sự hoạt động phun trào của cung đảo. Những bồn đằng trước cung đảo nằm giữa cung đảo và rãnh đại dương. Tướng trầm tích của chúng hầu hết có thể thay đổi và có thể giới hạn từ sông đến quạt biển sâu. Ngược lại với những bồn sau cung đảo, những bồn phía trước cung đảo có di thường luồng nhiệt nóng, bời vì phay nghich chờm xuống của mảng đại dương lạnh 51 Idealized pattern of a back-arc basin ( form between an island-arc and continent ) Idealized pattern of a fore-arc basin ( lie between the island-arc and the ocean trench ) Fig: 34 Indonesia chuẩn bị bản mẫu tốt của những bồn đới hút chìm(hình) Một vài bồn sau cung đảo đã phát triển đằng sau cung đảo và bên cạnh thềm lục địa sunda vững chắc. nhỏ hơn, những bồn trước cung đảo đã được tìm trước cung đảo. cả hai loại chạy song song với hệ thống rãnh cung đảo, mảng di chuyển hướng bắc Australia sẽ là không chịu được bởi vùng đất Eurasia. 53 Basins and tectonic elements of Indonesia Fig: 35 Tiếp diện giao nhau xuyên qua những bồn sau cung đảo và trước cung đảo Mentawai minh họa cho những tướng đá và môi trường dầu khí Bồn Sumatra( Sumatra là hòn đảo lớn thứ 6 thế giới và là hòn đảo lớn nhất có lãnh thổ thuộc Indonesia (hai hòn đảo lớn hơn Borneo và New Guinea chỉ có một phần thuộc Indonesia. Diện tích của Sumatra là 470 000 km 2 .) được lấp đầy vật liệu vụn trầm tích đã xói mòn ở kỷ đệ tam với 5km, với chỉ những số lượng đá vôi nhỏ. Tuy nhiên, bởi vì luồng hơi nóng cao, thậm chí những vật liệu trầm tích trẻ là sản phẩm dầu khí lại những chiều sâu ít hơn 1km. Sự khai thác từ cát kết của plioxen và tuổi Miocene, bị bẫy trong sự nén chặt cấu trúc trên địa thế móng không bằng phẳng và cao hơn tầng này, nếp lồi. những đá phiến sét ở nước sâu phủ lên và phân tản chôn dày là nguồn dầu khí. Ngược lại, bồn phía trước cung đảo mentawai bao gồm hầu hết là đá phiến sét và vật liệu trầm tích núi lửa, nhưng cũng có những bãi ngầm cacbonat và đá ngầm(Seely và Dickinson, 1977). Bồn này thì nông một cách tương đối, có luồng hơi nóng thấp, và không sản xuất nhiều về phương diện thương mại. lý do chính cho gradient địa nhiệt thấp hơn bình thường,nguyên nhân là bởi sự nguội của mảng đại dương. Những vật liệu trầm tích núi lửa của những bồn phía trước cung đảo cũng có những độ rỗng kém, khi được so với những vật liệu cát được lắng tụ lại của bồn sau cung. 56 Generalized cross-section through the Sumatra (back-arc) and Mentawai (fore-arc) basins of Indonesia Fig: 36 Non-arc basin được hình thành dọc theo rìa hội tụ nơi mà những mảng di chuyển bởi đứt gãy xuyên cắt sâu 58 Idealized pattern of a Non-arc basin Fig: 37 59 Fig: 38 60 Fig: 39 61 Fig: 40 Collision Basins Collision basin, đôi khi được gọi là những bồn kế tiếp, bồn giữa núi, là những bồn nhỏ được hình thành ở trong rìa của vành đai uốn nếp, dọc theo đường nối của 2 lục địa, hoặc những núi sát biển và rãnh , đã bị va đập. 63 Idealized pattern of a collision basin Fig: 41 64 Fig: 42 A: fore-arc B: back-arc C: non-arc (độ trượt ngang, California-type) D: collision (median, intermontane, successor) Đặc điểm nổi bật—trẻ, sâu, nhỏ; sự mở rộng những khu vực và độ trượt ngang trong khu vực nén ép dọc theo những rìa mảng hội tụ. Lịch sự lắng đọng—chưa trưởng thành vật liệu trầm tích có độ chọn lọc kém; những tướng đan xen nhanh(có thể vụn núi lửa chia thành nhiều đợt tương ứng với những đợt phun trào núi lửa); vụn núi nông đến sâu. Vỉa chứa—bề dày của đá cát kết, thường nhiều; lượng đá vôi ám tiêu san hô nhỏ. Nguồn—bề dày của lớp đá phiến xen giữa phải đạt lượng dư về vật chất hữu cơ. Mũ—đá phiến sét Bẫy—lớp phủ và sự nén ép nếp lồi, độ trượt ngang và cấu trúc của đứt gãy chờm; ám tiêu san hô; sự phối hợp địa lũy liên quan. Grandien địa nhiệt—thấp(a);cao(b,c); or bình thường đến cao(d) Hydrocacbon—chủ yếu là paraffin đến paraffinic; tỷ trọng có thể thay đổi; khí tự nhiên thấp Rủi ro—phụ thuộc vào sự trưởng thành, sự rỉ thoát, sự biến dạng quá mạnh dẫn đến đứt gãy; hoạt động phun trào(tức là rìa đang hoạt động dẫn đến không có điều kiện thành tạo dầu, phá hủy những bẫy chứa dầu), đặc tính của những vỉa nghèo vật liệu hữu cơ Trữ lượng đặc trưng-- <0,5-1,2 triệu bbl hydrocacbon/nguồn Downwarp Basin Những bồn trầm tích mà sụp lún vào trong đại dương nhỏ là những lớp riêng biệt, bởi vì những vật liệu trầm tích của chúng và đặc điểm dầu thì nó thường rất là khác xa những loại bồn mà chúng có liên quan nói chung. 67 Idealizaed pattern of a downwarp basin Fig: 43 68 Geometry of the world's downwarp basins Fig: 44 69 Major downwarp basins of the world Fig: 45 70 Generalized cross-section through the Gulf Coast basin, Southern USA and Gulf of Mexico Fig: 46 71 Generalized cross-section through the Arabian-Iranian basin Fig: 47 Downwarp Basin A;open—được liên quan đến sự kéo toạt ra, những rìa tĩnh B;closed—được liên quan đến những bồn mũi rìa trước( Vùng đất ổn định nằm kế đai tạo núi. Vùng này thường là một bộ phận của vỏ lục địa và đá từ đai tạo núi bị nén ép và uốn nếp về phía trước đó.) C;nếp lõm—được liên quan đến những bồn mũi rìa trước( được giải thích như trên) Đăc điểm nổi bật—nền móng và sự lắng tụ vùng trũng chìm vào trong đại dương, biển nội địa or là những đới khâu tuyến tính; những cái vỏ trung gian. Lịch sử lắng đọng—những tướng rìa biển nông xen kẽ, pha trộn, có đá vôi or là vụn vôi Vỉa chứa—đá vôi(c ); or trộn lẫn(a.b) với đá cát kết (a) hoặc là đá vôi (b) chiếm ưu thế Nguồn – sự phủ lên, những đá phiến trung tâm bồn xen kẽ nhau; đá vôi và macnơ(là đá biến chất nhẹ) quan trọng trong giai đoạn b Mũ—hầu hết là đá phiến sét; cả hai đá phiến và đá trầm tích do bốc hơi trong giai đoạn b Bẫy—nếp lồi; dòng muối; sự kết hợp; ám tiêu san hô, những doi đá và bất chỉnh hợp Gradient nhiệt—bình thường đến trung bình Hydrocacbon—trung gian đến trộn lẫn những dầu thô có tỷ trọng khác nhau; đá cát kết có nhiều paraffin , đá vôi có nhiều aromatic;khí tự nhiên từ trung bình đến cao Rủi ro—sự trưởng thành; sự rỉ thoát; sự biến dạng quá mạnh; hoạt động phun trào; đặc tính của vỉa nghèo Đăc trưng trữ lượng—4-40 triệu bbl hydrocacbon/bồn (a); 10—50(b), 5-3(c) TAM GIÁC CHÂU KỶ ĐỆ TAM Theo một nghĩa nào đó, tam giác châu tuổi đệ tam không phải là bồn thật sự nhưng nó phủ lên những bồn khác. Chúng có thể hình thành trong bất kỳ vị trí ven bờ nào, và được tìm thấy ở rìa hội tụ và phân kỳ là như nhau. BẢN TAM GIÁC CHÂU KỶ ĐỆ TAM Đặc điểm nổi bật: trung tâm bồn trầm tích thì tròn; sự nối 3 mảng nơi mà cánh trượt đứt gãy gặp ở bồn đại dương, đặc biệt tại rìa xuyên xâu or phân kỳ Lịch sử lắng đọng: Vỉa chứa: đá cát kết(tướng tam giác châu bị biến dạng) Nguồn: đá phiến sét Mũ: đá phiến sets Bẫy: trục của nếp lồi; đứt gãy đồng trầm tích,bùn hoặc điapia (Thể địa chất hình nấm hình thành do các tầng trầm tích nằm trên bị chọc thủng bởi dòng đi lên của những đá dẻo nằm dưới thí dụ muối.). thấu kính cát Gradient nhiệt: thấp Hydrocacbon:dầu thô thì từ paraffin đến parafic; khí tự nhiên rất cao Rủi ro; kích cỡ bẫy nhỏ, mũ đá đầy đủ Đăc trưng trữ lượng: từ 20 tỷ bbl hydrocacbon/bồn; 1 vài sự khai thác đầy đủ. SỰ XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH BỒN  -Vỏ lục địa và đại dương(móng) nằm dưới bồn -sự chuyển động loại mảng trong quá khứ đã rắc rối trong thành hệ bồn(phân kỳ và hội tụ) -vị trí mảng của bồn/chu kỳ và sự chuyển động phức tạp của cấu trúc chính trong sự phát sinh bồn 76 Richest petroleum basins Fig: 52 77 Fig: 53 78 Histogram divides the total world sediment volume within this depth range, by basin type Fig: 54 79 Distribution of P.reserves with depth for each of the basin types Fig: 55 80 Percent of all P. producing basins within each basin type that contains giant fields Fig: 55