BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

HOÀNG ANH TUẤN

ĐẶC ĐIỂM TRẦM TÍCH
TẦNG CHỨA HYDROCACBON MIOCEN GIỮA
PHÍA BẮC BỂ SÔNG HỒNG
Ngành: Khoáng vật học và Địa hóa học
Mã số: 62.44.02.05

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

HÀ NỘI - 2015


Công trình được hoàn thành tại Bộ môn Khoáng Thạch, Khoa Địa
chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất.

Người hướng dẫn khoa học:
1) TS. Đỗ Văn Nhuận
Trường Đại học Mỏ - Địa chất
2) TSKH. Phan Trung Điền
Hội Dầu khí Việt Nam

Phản biện 1:

PGS.TS Đỗ Đình Toát

Phản biện 2:


quan và cần thiết trong giai đoạn hiện nay.
Xuất phát từ tính cấp thiết nêu trên, tác giả đã lựa chọn đề tài “Đặc
điểm trầm tích các tầng chứa hydrocacbon Miocen giữa khu vực phía Bắc
bể Sông Hồng” cho Luận án nghiên cứu của mình.
2. Mục đích nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu, làm sáng tỏ các đặc điểm thạch học - trầm tích, đánh giá
những yếu tố ảnh hưởng đến tính rỗng - thấm và dự báo diện phân bố của
đá chứa cát kết tuổi Miocen giữa khu vực phía Bắc bể Sông Hồng (phạm
vi các lô 102-106 và 103-107).
3. Nhiệm vụ của luận án
- Thu thập, tổng hợp các tài liệu liên quan, làm rõ hơn bức tranh về lịch
sử tìm kiếm thăm dò và đặc điểm địa chất khu vực phía Bắc bể Sông Hồng
(phạm vi các lô 102-106 và 103-107);
- Lựa chọn tổ hợp phương pháp địa chất - địa vật lý và đề xuất quy trình
nghiên cứu với đối tượng cát kết chứa hydrocacbon tuổi Miocen giữa;
- Tổng hợp các kết quả phân tích lát mỏng thạch học (thin section), hiển
vi điện tử quét (SEM) và nhiễu xạ rơnghen (XRD) để xác định các đặc
điểm thạch học trầm tích, như: thành phần hạt vụn, kích thước hạt, độ lựa
chọn, độ mài tròn, xi măng, khoáng vật thứ sinh, độ rỗng, quá trình biến
đổi thứ sinh... của trầm tích Miocen giữa;
- Xây dựng các sơ đồ, bản đồ môi trường tướng đá cổ địa lý và các biểu
đồ, biểu bảng, hình vẽ minh họa nhằm phản ánh rõ các đặc trưng về thành
phần vật chất, kiến trúc, nguồn gốc, hướng vận chuyển vật liệu… của các
thành tạo trầm tích tuổi Miocen giữa;


2

- Thành lập các biểu đồ và mô hình quan hệ độ rỗng theo chiều sâu,
nhằm đánh giá chi tiết các yếu tố ảnh hưởng đến tính rỗng - thấm của đá

102-106 và 103-107, phía Bắc bể trầm tích Sông Hồng.
7. Các luận điểm bảo vệ
- Luận điểm 1: Cát kết Miocen giữa khu vực phía Bắc bể Sông Hồng
chủ yếu là loại acko litic, felspat litic (Li 15%); ít hơn là acko, dạng acko (Li <15%) và grauvac litic (Li >15%).


3

Cát loại hạt nhỏ và hạt trung chiếm ưu thế, với thành phần xi măng gắn kết
chủ yếu là sét và cacbonat. Quá trình xi măng hóa và nén ép của đá xảy ra
ở mức trung bình, đặc trưng bởi tiếp xúc hạt chủ yếu dạng điểm và đường
thẳng.
- Luận điểm 2: Cát kết Miocen giữa khu vực phía Bắc bể Sông Hồng
được hình thành và lắng đọng trong các môi trường trầm tích khác nhau, từ
đồng bằng châu thổ cho tới biển nông. Đá có chất lượng chứa từ khá đến
tốt phân bố chủ yếu ở phần Đông Nam khu vực nghiên cứu, đặc trưng bởi
tướng cát ven bờ, với độ chọn lọc, mài tròn và liên thông giữa các lỗ hổng
tương đối tốt. Quá trình biến đổi của xi măng và khoáng vật tại sinh (bao
gồm thạch anh, cacbonat và khoáng vật sét chlorit, kaolinit, illit, smectit,
hỗn hợp lớp illit-smectit) là nguyên nhân chính gây nên sự suy giảm tính
chất thấm - chứa của tầng chứa cát kết tuổi Miocen giữa.
8. Những điểm mới của luận án
- Làm sáng tỏ đặc điểm thành phần vật chất và môi trường thành tạo
tập trầm tích Miocen giữa khu vực phía Bắc bể Sông Hồng thông qua các
nghiên cứu, tổng hợp tài liệu địa chấn, địa vật lý giếng khoan và phân tích
thực tế trên 150 mẫu thạch học lát mỏng, SEM, XRD... từ các giếng khoan
trong khu vực.
- Xây dựng bộ sơ đồ, bản đồ tướng đá cổ địa lý cho từng phụ tập nhỏ
trong Miocen giữa trên cơ sở kết hợp tài liệu địa chấn và tài liệu giếng

Chương 1. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT KHU VỰC
PHÍA BẮC BỂ SÔNG HỒNG
1.1. Khái quát khu vực nghiên cứu
1.1.1. Vị trí khu vực nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu bao gồm diện tích các lô 102-106 & 103-107,
nằm về phía Bắc bể Sông Hồng, ngoài khơi Vịnh Bắc Bộ (Hình A).
1.1.2. Lịch sử nghiên cứu tìm kiếm
thăm dò
- Giai đoạn trước năm 1975:
chủ yếu gồm các hoạt động khảo sát
từ hàng không và trọng lực, dưới sự
giúp đỡ của chuyên gia Liên Xô.
Bước đầu mới sơ bộ xác định cấu
trúc địa chất khu vực và một vài cấu
tạo nhỏ. Đáng kể nhất là phát hiện
mỏ khí Tiền Hải C, trữ lượng khoảng
1,1 tỷ mét khối khí.
- Giai đoạn 1975 đến năm
2000: khảo sát gần 100.000km tuyến
địa chấn 2D; đan dày, chi tiết hóa
mạng lưới đã có và thăm dò các cấu
tạo triển vọng. Đã phát hiện HC cả
trong móng cacbonat trước Đệ Tam
và trầm tích Oligocen, Miocen tại cấu Hình A - Vị trí bể Sông Hồng và
khu vực nghiên cứu
tạo B10, Hàm Rồng, Yên Tử…
- Giai đoạn từ năm 2000 đến nay: ngoài 100.000km tuyến địa chấn
2D, đã khảo sát thêm 2.000km2 tuyến 3D trên một số cấu tạo triển vọng.
Đã phát hiện dầu khí trong móng cacbonat tuổi C-P và trầm tích Miocen
tại các giếng khoan Hàm Rồng Nam, Phả Lại…


1.2.3. Phân vùng cấu trúc
Khu vực phía Bắc bể Sông Hồng có thể chia thành 3 đới cấu trúc
chính: đới rìa Tây Nam, đới rìa Đông Bắc và Trũng Trung tâm. Trong đó,
đới nghịch đảo Miocen nằm ở Trũng Trung tâm, giới hạn bởi đứt gãy Sông
Chảy ở phía TN và đứt gãy Vĩnh Ninh ở phía ĐB, có các hoạt động nghịch
đảo mạnh vào cuối Miocen, khiến cho các cấu tạo hình thành trước đó bị
nâng lên, bào mòn, cắt cụt, hình thành nhiều cấu tạo hình hoa liên quan
đến các bẫy dầu khí như: Cây Quất, Hoa Đào, Bạch Long, Địa Long…
1.3. Địa tầng - trầm tích
Cột địa tầng tổng hợp khu vực nghiên cứu được mô tả tại Hình B.
1.3.1. Móng trước Kainozoi
Bao gồm các đá cacbonat Mesozoi, biến chất và magma xâm nhập.
1.3.2. Trầm tích Paleogen
- Trầm tích Eocen hệ tầng Phù Tiên
Phủ trực tiếp trên móng trước Kainozoi, thành tạo trong môi trường
sườn tích, đầm hồ và đồng bằng châu thổ; thành phần gồm chủ yếu là đá
cát kết, sét bột kết màu nâu tím xen kẽ các lớp cuội kết độ hạt khác nhau.
- Trầm tích Oligocen Hệ tầng Đình Cao
Chủ yếu gồm cát kết màu xám sáng, xám sẫm, xen kẹp các lớp cuội
kết, sạn kết, chuyển lên trên là bột kết, sét kết màu xám, xám đen. Môi
trường thành tạo chủ yếu đầm hồ - aluvi, với bề dày thay đổi 300-1.150m.
1.3.3. Trầm tích Neogen
- Trầm tích Miocen dưới hệ tầng Phong Châu
Đặc trưng xen kẽ giữa các lớp cát kết hạt vừa, hạt nhỏ màu xám
trắng, xám lục với các lớp bột kết phân lớp mỏng. Bề dày hệ tầng 4001.400m, thành tạo trong môi trường đồng bằng châu thổ, xen yếu tố biển.
- Trầm tích Miocen giữa hệ tầng Phù Cừ
Gồm các lớp cát kết hạt vừa, cát bột kết phân lớp mỏng dạng thấu
kính, phân lớp xiên xen kẽ bột kết, sét kết cấu tạo khối. Cát kết có độ lựa
chọn và mài tròn tốt, đôi chỗ gặp glauconit; xi măng gắn kết nhiều

a. Giai đoạn hậu sinh (katagenes): Làm biến đổi đá trầm tích, xảy ra
trong vỏ trái đất, dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất tăng cao.
b. Giai đoạn biến sinh (metagenes): Đá bị biến đổi mạnh mẽ về
thành phần, kiến trúc, cấu tạo. Các tác dụng xảy ra chủ yếu là: tái kết tinh,
hòa tan, thay thế, trao đổi giữa các khoáng vật và dung dịch lỗ hổng.


8

2.1.4. Thành phần và phân loại đá trầm tích
a. Thành phần khoáng vật: gồm thành phần vô cơ và thành phần hữu cơ.
b. Phân loại đá trầm tích: gồm nhóm trầm tích vụn cơ học, nhóm
trầm tích sét và nhóm trầm tích hóa học, sinh hóa.
c. Phân loại đá cát kết
- Dựa trên 4 tiêu chí cơ bản:
+ Kích thước độ hạt;
+ Thành phần khoáng vật của hạt vụn;
+ Thành phần khoáng vật nền và xi măng;
+ Mức độ biến đổi thứ sinh.
- Phân loại của Folk, 1974 (Hình 2.2): Q+ F+ R= 100%
- Phân loại của Pettijohn, 1973 (Hình 2.3): Q+ F+ R= 100%.
Ghi chú: Q là tổng hàm lượng thạch anh đơn tinh và thạch anh đa
tinh (quaczit, microquaczit); F là tổng hàm lượng plagiocla, felspat kali,
granitoid, gneis; R: tổng hàm lượng mảnh đá còn lại và khoáng vật màu.
2.1.5. Các thuật ngữ và khái niệm về biến đổi sau trầm tích
a. Giai đoạn hậu sinh (katagenes) sớm: xuất hiện ở ngay hoặc dưới
mặt đất, hoặc dưới nước, có thể xuất hiện quá trình xi măng hóa sớm. Độ
rỗng thay đổi trong khoảng 25-40%, độ thấm 100-1.000mD, độ sâu chôn
vùi 1.500-2.000m.
b. Giai đoạn hậu sinh (katagenes) giữa: liên quan chủ yếu tới chiều



10

Hình 2.4 - Sơ đồ tiếp cận hệ thống
địa tầng phân tập

Hình 2.5 - Sơ đồ tiến hóa
các bể trầm tích Kainozoi

2.3. Phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng tổ hợp các phương pháp: tổng hợp địa chất, địa vật
lý, thạch địa tầng, sinh địa tầng và nghiên cứu thành phần vật chất.
Chu trình nghiên cứu của luận án được khái quát tại Hình C.

Hình C - Sơ đồ chu trình nghiên cứu


11

Chương 3. THÀNH PHẦN THẠCH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG
THÀNH TẠO TRẦM TÍCH MIOCEN GIỮA
3.1. Thành phần thạch học
3.1.1. Thành phần khoáng vật
a. Thành phần hạt vụn
- Thạch anh: chiếm hàm lượng chủ yếu trong đá (30-62,5%). Thạch
anh đơn tinh thể chiếm đa số, thể hiện ở đặc điểm tắt sáng đồng nhất trong
lát mỏng thạch học. Một số mẫu tồn tại mảnh thạch anh trong cát kết xi
măng cacbonat bị gặm mòn và thay thế bởi calcit.
- Felspat: chủ yếu là loại giàu kali, với hàm lượng felspat kali từ

3.1.3. Đặc điểm kiến trúc
- Cát kết felspat litic chủ yếu là loại hạt nhỏ đến trung, chọn lọc trung
bình đến tốt (δ1=0.460.57). Cát kết hạt nhỏ có độ chọn lọc tốt hơn.
- Cát kết lithic acko và acko chủ yếu là loại hạt trung
(Md=0.180.5mm) và loại hạt thô (Md=0.650.77mm). Cát kết hạt trung
có độ chọn lọc từ trung bình đến tốt, với giá trị σ1=0.320.77.
- Cát kết hạt thô có độ chọn lọc kém (δ1=1.231.40).
Nhìn chung, các hạt vụn của cát kết có độ bào tròn kém, hạt vụn có
dạng góc cạnh, bán góc cạnh, ít hơn là bán tròn cạnh. Tiếp xúc hạt thường
là loại điểm, đường thẳng, hiếm tiếp xúc dạng đường cong.
3.2. Tướng và môi trường thành tạo trầm tích Miocen giữa
3.2.1. Đặc trưng tướng và môi trường theo tài liệu giếng khoan
a. Phụ tập U240-U220
Trầm tích phụ tập U240-U220 hình thành trong môi trường đồng
bằng châu thổ (delta plain) và tiền châu thổ (delta front), đặc trưng bởi
kiểu trầm tích phủ thẳng đứng (aggradation). Ảnh hưởng của môi trường
biển giai đoạn này là không đáng kể.
b. Phụ tập U220-U210
Đặc trưng log thể hiện hệ thống trầm tích phủ thẳng đứng
(aggradation) và một phần trầm tích phủ chồng tiến (progradation). Môi


13

trường đồng bằng châu thổ chiếm ưu thế trong toàn khu vực nghiên cứu.
Bắt gặp các dạng tướng dải cát cửa sông, dải cát ven sông, đồng bằng
ngập lụt và kênh rạch ở nhiều giếng khoan (Hình 3.7).

Hình 3.7 - Trích đoạn mặt cắt liên kết U220-210
với các lớp trầm tích phủ thẳng đứng tới phủ chồng tiến


Hình 3.11 - Mặt cắt chỉ ra sự vát mỏng trầm tích theo hướng TB-ĐN


15

Hình 3.14 - Đặc trưng phản xạ địa chấn dạng phủ chồng tiến và gá đáy
trong U220-U210 chỉ ra môi trường trầm tích hình thành ở sườn châu
thổ (delta-front slope) với nguồn cung cấp vật liệu đến từ hướng TB.

Hình 3.16 - Nguồn cung cấp vật liệu trầm tích theo hướng ĐBTN trong phụ tập U210-U200, khu vực lô 103-107


16

3.2.3. Đặc trưng tướng và môi trường theo tài liệu thạch học
Cát kết Miocene giữa phần lớn thuộc loại lithic acko, felspat litic và
felspat grauvac, ít hơn là acko và grauvac lithic, thành phần giàu felspat và
lượng ít hơn các mảnh đá. Vật liệu trầm tích hầu hết được vận chuyển đến
từ những khối đá phun trào, biến chất và cacbonat cổ. Xi măng gắn kết chủ
yếu là sét, cacbonat và thạch anh (Hình 3.4). Hàm lượng felspat cao chỉ ra
sự trưởng thành thấp về mặt hóa học. Vật liệu tạo đá được vận chuyển
không quá xa nguồn và lắng đọng trong những môi trường hóa-lý có năng
lượng biến đổi khác nhau.

GK
G
GK
F
GK


4.2. Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến tính rỗng - thấm
4.2.1. Sự xuất hiện của xi măng và khoáng vật tại sinh
Tổ hợp khoáng vật xi măng và khoáng vật tại sinh là yếu tố ảnh
hưởng phức tạp nhất đến tính rỗng - thấm. Có thể đánh giá ảnh hưởng
thông qua đặc điểm thành phần khoáng vật, hình thái kiến trúc, cũng như
sự sắp xếp, mối quan hệ của chúng với nhau, với các hạt khung đá và
không gian lỗ hổng. Nhận biết rõ qua phân tích SEM (Hình 4.5, 4.7).

Hình 4.7. Mẫu sườn GK - N, độ sâu Hình 4.5. Mẫu sườn GK-E, độ sâu
1963m, độ phóng đại 1.300 lần.
2628m, độ phóng đại 2.000 lần.
Mô tả: thạch anh thứ sinh (q) có kiến Mô tả: khoáng vật kaolinit (K) phủ
trúc tự hình, kích thước >10m. một phần lên bề mặt các hạt vụn,
Thạch anh và sét (Il) lấp nhét vào lỗ đồng thời lấp nhét vào lổ hổng giữa
hổng giữa các hạt, làm giảm độ rỗng các hạt, làm giảm mạnh độ rỗng - thấm của đá.
thấm của đá.
4.2.2. Quá trình nén ép và tiếp xúc hạt
Quá trình nén ép cơ học trong cát kết Miocen giữa nhìn chung xảy ra ở
mức độ yếu, thể hiện ở hình thái tiếp xúc hạt hầu hết thuộc loại điểm hoặc
đường; độ rỗng của đá được bảo tồn khá tốt. Quan sát rõ qua phân tích lát
mỏng thạch học (Hình 4.8, 4.9).
4.2.3. Quá trình hòa tan và biến đổi của khoáng vật
Xuất hiện ở mức độ nhẹ, điển hình như một vài hạt khoáng vật
felspat bị hoà tan tạo thành các lỗ hổng thứ sinh, làm tăng độ rỗng của đá.
Quan sát rõ cả trên lát mỏng thạch học và SEM (Hình 4.12, 4.13).


18


độ rỗng của đá (hình mũi tên).


19

4.2.4. Ảnh hưởng của môi trường
Cát kết Miocen giữa khu vực nghiên cứu chủ yếu hình thành trong môi
trường đồng bằng châu thổ cho tới biển nông. Một số lớp cát kết được
thành tạo trong các doi cát kênh rạch, sông, cửa sông, cồn cát ven biển
(tướng dải cát cửa sông, dải cát ven sông..) có chất lượng chứa thay đổi từ
tốt (chọn lọc, mài tròn tốt) đến trung bình; một số mẫu có chất lượng chứa
kém. Độ rỗng và độ thấm của chúng thường bị giảm đi do độ chọn lọc của
cát kém đi hoặc có sự trộn lẫn của các vật liệu hạt mịn, đặc biệt là khoáng
vật sét tha sinh. Một số mẫu có độ chọn lọc hạt vụn trung bình đến tốt
nhưng có hàm lượng nền cao, do sự thẩm thấu của sét vào cát sạch khi
năng lượng môi trường giảm hoặc do sét được vận chuyển bởi nước ngầm,
dẫn đến giảm độ rỗng-thấm, tức giảm tính chất chứa của đá
4.2.5. Ảnh hưởng của thành phần và kiến trúc tạo đá
Cát kết khu vực nghiên cứu phần lớn có thành phần đa khoáng cao,
có mặt nhiều mảnh vụn kém bền vững (đặc biệt là felspat) và các mảnh đá
vụn khác như phun trào, phiến sét, cacbonat… Chính sự phong phú của
các mảnh vụn kém bền vững là một trong những nguyên nhân làm giảm độ
rỗng-thấm, tức giảm chất lượng chứa của đá, khi chúng chịu ảnh hưởng
của các quá trình biến đổi địa chất khác nhau.
Hàm lượng xi măng và nền cũng có ảnh hưởng rất lớn đến đặc tính
rỗng-thấm của đá. Cát kết khu vực nghiên cứu có hàm lượng xi măng và
nền dao động trong khoảng 5-25%, cá biệt có chỗ trên 40%, lúc này cát kết
trở thành cát kết chứa sét. Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi hàm lượng xi
măng dao động trong khoảng 15-20% thì độ rỗng của đá thường
làm giảm tính chất chứa của đá.
Quá trình nén ép cơ học của đá diễn ra chủ yếu làm biến dạng, ép dẹt
các hạt vụn, dẫn đến giảm độ rỗng nguyên sinh của đá. Theo xu thế chung,
càng xuống sâu thì độ rỗng của đá càng giảm, do các đá bị nén ép mạnh
hơn (Hình 4.22).
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ rỗng theo chiều sâu chôn vùi tập cát kết
Miocen giữa được khái quát như ở Hình 4.23.

Hình 4.22 - Biểu đồ quan hệ độ
rỗng theo chiều sâu các giếng
khoan khu vực nghiên cứu


Độ sâu chôn vùi dưới đáy biển (km)

21

Độ rỗng giữa hạt
và vi lỗ rỗng

Xi măng
sét
Hạt
khung
đá

Xi măng
cacbonat
Xi măng
thach anh

cát có chất
lượng chứa
tốt

Khu vực phát
triển các thân cát
có chất lượng
chứa trung bình
đến tốt

Hình 4.18. Sơ đồ phân bố đá chứa
trong phụ tập U220-U2210
Theo đó, đá chứa Miocen giữa có chất lượng chứa từ khá đến tốt chủ
yếu phân bố ở phía Đông Nam khu vực nghiên cứu, với đặc trưng tướng cát
ven bờ (Hình 4.18).


22

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1.
1.1.

1.2.

1.3.

1.4.

1.5.

không gian rỗng cũng là nhân tố quan trọng làm giảm đáng kể độ
rỗng-thấm, tức chất lượng đá chứa.
Theo chiều sâu chôn vùi, độ rỗng giữa các hạt có xu hướng giảm
mạnh nhưng độ rỗng thứ sinh có xu hướng tăng nhanh do tác động
của quá trình hoà tan, thay thế các hạt felspat và mảnh đá phun
trào. Như vậy, ở những độ sâu lớn hơn có thể sẽ bắt gặp các thân
cát với độ rỗng và độ thấm chất lượng từ khá đến tốt, là đá chứa
tiềm năng đối với hydrocacbon dạng khí, condensat và dầu nhẹ.


23

1.6. Tính chất và mức độ kết tinh của khoáng vật sét tại sinh có khả
năng làm giảm độ thấm của vỉa sản phẩm trong quá trình khai thác
hoặc xử lý vỉa. Kaolinit là khoáng vật tại sinh phổ biến nhất trong
các vỉa chứa. Các tinh thể kaolinit và tập hợp tinh thể của chúng
thường có kích thước rất nhỏ, lại đính lỏng lẻo trên thành lỗ rỗng,
vì vậy trong quá trình khai thác có thể bị cuốn theo chất lưu, bịt
vào các họng lỗ hổng, gây ra sự giảm độ thấm. Hiện tượng này
cũng có thể xảy ra trong quá trình bơm ép nước trong giai đoạn
khai thác thứ cấp.
Kiến nghị
Để kết quả nghiên cứu của luận án góp phần hỗ trợ hiệu quả hơn
đối với công tác tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu khí tại khu
vực phía Bắc bể trầm tích Sông Hồng, NCS kiến nghị cần tiếp tục
triển khai một số nhiệm vụ cụ thể trong thời gian tiếp theo như
sau:
2.1. Nghiên cứu, đánh giá chi tiết hơn về tướng đá cổ địa lý, kết hợp
với phân tích bổ sung mẫu thạch học tại các giếng khoan, nhằm
xác định chính xác diện phân bố và chất lượng đá chứa cát kết