Đang tải... (xem toàn văn)
Từ hàng ngàn năm trước nhân loại đã phát hiện ra dầu mỏ, tuy nhiên cho đến nay người ta vẫn chưa thể đoan chắc về nguồn gốc sinh ra loại nhiên liệu quý giá này. Liệu đến bao giờ khoa học mới có câu trả lời thỏa đáng cho vấn đề này? Bài tiểu luận này tổng hợp những nghiên cứu từ những thế hệ đi trước được trình bày trong các sách báo, phương tiện điện tử nhằm giúp quý thầy cô và các bạn có thể nắm bắt được một số khía cạnh của vấn đề nêu trên. Xin chân thành cảm ơn Thầy Hồ Quang Như, khoa Kỹ Thuật Hóa Học trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, người đã giúp chúng em có điều kiện tiếp cận với đề tài nghiên cứu này, giúp nâng cao kiến thức và kỹ năng làm việc nhóm. Xin chân thành cảm ơn các tác giả của nhữngTừ hàng ngàn năm trước nhân loại đã phát hiện ra dầu mỏ, tuy nhiên cho đến nay người ta vẫn chưa thể đoan chắc về nguồn gốc sinh ra loại nhiên liệu quý giá này. Liệu đến bao giờ khoa học mới có câu trả lời thỏa đáng cho vấn đề này? Bài tiểu luận này tổng hợp những nghiên cứu từ những thế hệ đi trước được trình bày trong các sách báo, phương tiện điện tử nhằm giúp quý thầy cô và các bạn có thể nắm bắt được một số khía cạnh của vấn đề nêu trên. Xin chân thành cảm ơn Thầy Hồ Quang Như, khoa Kỹ Thuật Hóa Học trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, người đã giúp chúng em có điều kiện tiếp cận với đề tài nghiên cứu này, giúp nâng cao kiến thức và kỹ năng làm việc nhóm. Xin chân thành cảm ơn các tác giả của những
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC TIỂU LUẬN MƠN HỌC CƠNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ ĐỀ TÀI: SỰ HÌNH THÀNH DẦU MỎ VÀ KHÍ THIÊN NHIÊN Giảng viên hướng dẫn: Thầy Hồ Quang Như Sinh viên thực hiện: Vũ Trung Hậu 1510995 Đàm Nhật Hào 1510889 Lớp: HC15DK Năm học: 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC TIỂU LUẬN MƠN HỌC CƠNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ ĐỀ TÀI: SỰ HÌNH THÀNH DẦU MỎ VÀ KHÍ THIÊN NHIÊN Giảng viên hướng dẫn: Thầy Hồ Quang Như Sinh viên thực hiện: Vũ Trung Hậu 1510995 Đàm Nhật Hào 1510889 Lớp: HC15DK Năm học: 2018 LỜI MỞ ĐẦU Từ hàng ngàn năm trước nhân loại phát dầu mỏ, nhiên người ta chưa thể đoan nguồn gốc sinh loại nhiên liệu quý giá Liệu đến khoa học có câu trả lời thỏa đáng cho vấn đề này? Bài tiểu luận tổng hợp nghiên cứu từ hệ trước trình bày sách báo, phương tiện điện tử nhằm giúp q thầy bạn nắm bắt số khía cạnh vấn đề nêu Xin chân thành cảm ơn Thầy Hồ Quang Như, khoa Kỹ Thuật Hóa Học trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, người giúp chúng em có điều kiện tiếp cận với đề tài nghiên cứu này, giúp nâng cao kiến thức kỹ làm việc nhóm Xin chân thành cảm ơn tác giả cơng trình nghiên cứu, tài liệu nguồn gốc dầu khí mà chúng em sử dụng viết Mặc dù cố gắng việc thực đề tài, không tránh khỏi sai sót, chúng em kính mong nhận ý kiến đóng góp q báu q thầy bạn để củng cố kiến thức lĩnh vực hồn thiện MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1: GIẢ THUYẾT VỀ NGUỒN GỐC VƠ CƠ 1.1 Thuyết vơ gì? 1.2 Lịch sử thuyết vơ 1.3 Nền tảng thuyết vô 1.4 Nghiên cứu gần thuyết vô 1.5 Cơ chế đề xuất thuyết vô 1.5.1 Khởi nguồn 1.5.2 Hình thành lớp phủ trái đất 1.5.3 Hydrogen 10 1.5.4 Cơ chế Serpentinite 10 1.5.5 Cơ chế trùng hợp spinel 12 1.5.6 Phân hủy cacbonat 12 1.5.7 Bằng chứng thuyết vô 13 1.6 Hydrocacbon sinh học (vi khuẩn) 13 1.6.1 Vi sinh vật học 13 1.6.2 Dấu ấn sinh hóa 14 1.6.3 Dấu vết kim loại 15 1.6.4 Suy giảm cacbon 15 1.7 Bằng chứng thực nghiệm 16 1.7.1 Khe nứt thủy nhiệt Lost City 17 1.7.2 Miệng núi lửa Siljan Ring 17 1.7.3 Thảm vi khuẩn 18 1.7.4 Đề xuất bể metan vô 18 1.8 Lập luận địa chất 18 1.8.1 Lập luận ủng hộ cho thuyết vô 18 1.8.2 Lập luận chống lại thuyết vô 19 1.9 Lập luận trái đất CHƯƠNG 2: GIẢ THUYẾT VỀ NGUỒN GỐC HỮU CƠ 20 22 2.1 Cơ sở lý thuyết 22 2.1.1 Cơ sở sinh địa hóa 22 2.1.2 Cơ sở địa chất 22 2.2 Lý thuyết nguồn gốc hữu dầu khí 23 2.3 Sự biến đổi vật chất hữu thành dầu mỏ 25 CHƯƠNG 3: CÁC NHÂN TỐ CHI PHỐI NGUỒN GỐC DẦU KHÍ 30 3.1 Nhân tố hoá lý 30 3.2 Nhân tố hoá sinh 30 3.3 Nhân tố phóng xạ 31 KẾT LUẬN 32 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH BÁNG 1.3.1: NHỮNG BẰNG CHỨNG CỦA THUYẾT VƠ CƠ BẢNG 2.3.1: ĐỘ HỊA TAN CỦA CÁC PARAFIN, ACID VÀ ALCOHOL 29 HÌNH 1.3.1: CẤU TRÚC CỦA DẤU ẤN SINH HỌC TRONG DẦU MỎ HÌNH 1.8.1: TRẦM TÍCH DẦU VÀ MẢNG KIẾN TẠO 20 GIỚI THIỆU Dầu mỏ hay dầu thô chất lỏng sánh đặc màu nâu ngả lục Dầu mỏ tồn lớp đất đá số nơi vỏ Trái Đất Dầu mỏ hỗn hợp hóa chất hữu thể lỏng đậm đặc, phần lớn hợp chất hydrocarbon, thuộc gốc alkane, thành phần đa dạng Hiện dầu mỏ chủ yếu dùng để sản xuất dầu hỏa, diezen xăng nhiên liệu Ngồi ra, dầu thơ nguồn ngun liệu chủ yếu để sản xuất sản phẩm ngành hóa dầu dung mơi, phân bón hóa học, nhựa, thuốc trừ sâu, nhựa đường Khoảng 88% dầu thơ dùng để sản xuất nhiên liệu, 12% cịn lại dùng cho hóa dầu Do dầu thơ nguồn lượng không tái tạo nên nhiều người lo ngại khả cạn kiệt dầu tương lai không xa Khí thiên nhiên (cịn gọi khí gas, khí ga -từ chữ gaz tiếng Pháp), hỗn hợp chất khí cháy được, bao gồm phần lớn hydrocarbon (hợp chất hóa học chứa cacbon hydro) Cùng với than đá, dầu mỏ khí khác, khí thiên nhiên nhiên liệu hóa thạch Khí thiên nhiên chứa đến 85% metan (CH4) khoảng 10% etan (C2H6), có chứa số lượng nhỏ propan (C3H8), butan (C4H10), pentan (C5H12), alkan khác Khí thiên nhiên, thường tìm thấy với mỏ dầu vỏ Trái Đất, khai thác tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung lượng giới Khí thiên nhiên chứa lượng nhỏ tạp chất, bao gồm điơxít cacbon (CO2), hyđrơ sulfit (H2S), nitơ (N2) Do tạp chất làm giảm nhiệt trị đặc tính khí thiên nhiên, chúng thường tách khỏi khí thiên nhiên q trình tinh lọc khí sử dụng làm sản phẩm phụ Câu hỏi đặt là: Dầu khí sinh từ đâu? Do dầu khí xem loại nhiên liệu hóa thạch, khơng thể tái tạo Với thông số thấy giới phụ thuộc nhiều vào loại nhiên liệu này, nên câu hỏi nghiêm túc, liên quan đến tương lai ngành lượng thời đại định hướng cho ngành kinh tế - kỹ thuật phát triển Nó đặt từ gần 200 năm qua nhà khoa học chưa có lời giải đáp trọn vẹn Việc nghiên cứu nguồn gốc dầu khí gặp nhiều khó khăn, không trực tiếp quan sát thành tạo dầu mỏ khí thiên nhiên, mặt khác trạng thái dầu mỏ, khí thiên nhiên đặc biệt, nên thay đổi điều kiện nhiệt động dầu khí biến đổi tính chất vật lý lẫn thành phần hóa học hình thành sản phẩm hoàn toàn khác với vật chất ban đầu, điều gây khó khăn cho việc xác định chất vật liệu ban đầu Để nghiên cứu nguồn gốc dầu khí người ta tiến hành theo hướng thực nghiệm phịng điều chế dầu, sản phẩm dầu nghiên cứu địa chất trường, cấu trúc địa chất vùng chứa dầu, chế hóa học q trình biến đổi chất hữu trầm tích đại, từ xây dựng giả thuyết chế thành tạo dầu Để giải vấn đề nguồn gốc dầu mỏ, vấn đề quan trọng hàng đầu phải giải thích chất vật liệu ban đầu tạo dầu mỏ vật liệu hữu hay vơ Vì hình thành trường phái khác giả thuyết hình thành dầu khí, bật thuyết vơ thuyết hữu Bài tiểu luận nêu vấn đề thuyết vô thuyết hữu Ngồi cịn số giả thuyết khác nhắc đến hai giả thuyết vô hữu chiểm ưu việc giải thích diện dầu khí, nên chúng phổ biến rộng rãi chủ đề CHƯƠNG 1: GIẢ THUYẾT VỀ NGUỒN GỐC VƠ CƠ Tính đến giới có giả thuyết phổ biến nguồn gốc dầu khí song song tồn Đó thuyết vô thuyết hưu Trong sách báo, lý thuyết hữu trình bày rõ lý thuyết vô đời đầu lại trình bày chưa thỏa đáng liên quan đến hoạt động kỹ thuật ngành dầu khí Tuy nhiên năm gần tầm quan trọng giả thuyết vô ngày nhà khoa học lớn giới ý liên quan đến tương lai dài hạn ngành dầu khí nhờ có nhiều liệu thu thập từ chương trình nghiên cứu vũ trụ tồn với số lượng lớn khí mêtan (CH4) số hành tinh hệ mặt trời (lưu ý nơi xác định khơng có vật thể sống) 1.1 Thuyết vơ gì? Thuyết vơ thuật ngữ dùng để mô tả số giả thuyết khác có chung quan điểm đề dầu mỏ khí thiên nhiên có nguồn gốc vơ từ phân hủy sinh vật 1.2 Lịch sử thuyết vô Thuyết vô đời từ sớm, đề xuất Georgius Agricola vào kỷ 16 nhiều giả thuyết vô bổ sung đề xuất kỷ 19, đáng ý nhà địa lý người Phổ Alexander von Humboldt, nhà hóa học người Nga Dmitri Mendeleev, nhà hóa học người Pháp Marcellin Berthelot Cụ thể Mendeleev đề xướng giả thuyết sở thực nghiệm hóa học Theo ơng, nhân trái đất bao gồm kim loại (chủ yếu sắt) nóng chảy, có chứa cacbua kim loại, nhơm cacbua (Al4C3), canxi cacbua (CaC2) Trong lịng trái đất có tác dụng nước xảy phản ứng: 3FemCn + 4mH2O → mFe3O4 + C3nH8m Mendeleev giả thuyết nước tham gia vào phản ứng thấm từ mặt xuống theo đứt gãy sâu khe nứt kiến tạo Những cacbuahydro tạo thành trạng thái khí, ảnh hưởng áp suất lớn theo khe nứt lên đới bên Trái Đất Tại chúng ngưng tụ lại tập trung đá mẹ để tạo thành mỏ dầu Tuy nhiên, giả thuyết không thuyết phục nhà địa chất điểm sau: Vật chất lịng trái đất trạng thái dẻo, điều loại trừ khe nứt, điều kiện bắt buộc giả thuyết Nếu có tồn khe nứt lịng trái đất nước khơng thể thấm xuống nhiệt độ q cao Một giả thuyết khác gần giống với giả thuyết cho lịng trái đất có chứa cacbua kim loại Al4C3, CaC2 Các chất bị nước phân hủy để tạo CH4 C2H2 Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4 CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2 Giả thuyết củng cố thí nghiệm sau Năm 1866, Berthelot tổng hợp hydrocacbon thơm từ axetylen nhiệt độ cao có xúc tác Năm 1901, Sabatier Sendereus thực phản ứng hydro hóa axtylen xúc tác niken sắt nhiệt độ khoảng 200 đến 300oC, thu loạt hydrocacbon tương ứng thành phần dầu Cùng với hàng loạt thí nghiệm trên, giả thuyết nguồn gốc vô dầu mỏ chấp nhận thời gian dài Tuy nhiên, giả thuyết bị hoài nghi điểm sau: - Bằng phương pháp đại, người ta phân tích dầu mỏ có chứa porphyrin nguồn gốc từ động thực vật - Trong vỏ trái đất, hàm lượng cacbua kim loại không đáng kể - Các hydrocacbon thường gặp lớp trầm tích, nhiệt độ vượt 150 - 200oC (vì áp suất cao), nên không đủ nhiệt độ cần thiết cho phản ứng tổng hợp xảy Thuyết vô hồi sinh vào nửa cuối kỷ 20 nhà khoa học Liên Xơ, khó tiếp cận với người hầu hết nghiên cứu họ xuất tiếng Nga Sau giả thuyết định nghĩa lại phổ biến phương Tây Thomas Gold, người phát triển thuyết từ 1979 đến 1998, xuất nghiên cứu tiếng Anh Có hai giả thuyết quan điểm vơ Thomas Gold đưa đề xuất dầu khí có nguồn gốc phi sinh vật, deep gas hypothesis deep abiotic petroleum hypothesis, xem xét cách khoa học phần lớn bị từ chối Cụ thể Thomas Gold cho hydrocacbon thành tố tự nhiên dồi trái đất, liên tục thấm lên phía cao lớp vỏ trái đất Thomas Gold cho dẫn chứng dầu mỏ có nguồn gốc sinh học chúng bị nhiễm chất hữu có nguồn gốc từ vi sinh sống hydrocacbon lớp đá nằm không sâu Một số nghiên cứu xác minh tồn vi khuẩn sống CH4 lòng giếng khoan sâu có nhiều mỏ khí mà chắn khơng có nguồn gốc hữu Những nghiên cứu trước loại đá có nguồn gốc từ nhiều mỏ dầu cho thấy hydrocacbon lớp bề mặt tìm thấy tồn cầu Tuy nhiên hàm lượng hydrocacbon đá thấp dường thiếu tích tụ nồng độ đủ để khả thi việc khai thác Điều dẫn đến đồng thuận khoa học nguồn gốc dầu khí đốt tất mỏ dầu khí tự nhiên Trái Đất nhiên liệu hóa thạch, cụ thể phân hủy sinh vật (thuyết hữu cơ) Một số giả thuyết vô đề xuất dầu mỏ khí thiên nhiên khơng bắt nguồn từ vật chất hóa thạch, thay vào có nguồn gốc từ trầm tích cacbon sâu, có mặt kể từ hình thành Trái đất Ngoài ra, người ta gợi ý hydrocacbon đến Trái Đất từ vật rắn chối tiểu hành tinh từ hình thành muộn Hệ Mặt Trời Một số giả thuyết vô đạt phổ biến giới nhà địa chất nhiều kỷ qua Các nhà khoa học Liên Xô trước cho trầm tích dầu mỏ có nguồn gốc vơ cơ, quan điểm không chấp thuận rộng rãi cuối kỷ 20 khơng đưa thuận lợi công việc phát mỏ dầu Người ta thường chấp nhận lý thuyết vô dầu mỏ không đủ hỗ trợ khoa học nhu cầu nhiên liệu dầu khí Trái Đất Thuyết vơ lấy lại vị trí vào năm 2009 nhà nghiên cứu Viện Cơng nghệ Hồng gia (KTH) Stockholm báo cáo họ chứng minh hóa Với xuất metan phân tích cho thấy từ metan hình thành cac hydrocacbon cao phân tử hơn, trường phái vô coi quan điểm để hỗ trợ giả thuyết vô - Tổng hợp serpentinite, tổng hợp graphite mơ hình xúc tác spinel chứng minh q trình khả thi - Khả dầu vơ thấm từ lớp phủ bị kẹt bên lớp trầm tích có hiệu làm kín khe nứt lớp phủ - Các tính tốn cân khối lượng cũ cho mỏ dầu khổng lồ cho đá nguồn tính tốn khơng thể cung cấp cho bể chứa tích tụ dầu đủ, ngụ ý dầu nạp từ phía sâu lịng đất - Sự diện hydrocacbon cấu trúc kim cương Những người ủng hộ thuyết vô sử dụng số lập luận dựa loạt tượng tự nhiên để hỗ trợ giải thuyết: - Mơ hình số nhà nghiên cứu cho thấy trái đất bồi tụ nhiệt độ tương đối thấp, bảo tồn trầm tích cacbon nguyên thủy lớp phủ, để thúc đẩy hình thành hydrocacbon vô - Sự diện metan chất khí chất lỏng núi đại dương trải rộng mỏ thủy nhiệt trung tâm - Sự diện kim cương kimberlites lamproiters độ sâu lớp phủ cho khu vực nguồn metan 1.8.2 Lập luận chống lại thuyết vô Các lập luận chống lại phản ứng hóa học, chẳng hạn chế serpentine, nguồn gốc mỏ hydrocacbon lớp vỏ bao gồm: - Sự mâu thuẫn với nghiên cứu ghi nhận tồn hệ thống thủy văn hoạt động loạt lớp độ sâu lớp vỏ lục địa - Sự thiết hụt hydrocacbon khu vực đá tinh thể lớp phủ lớp vỏ chính, thứ dự đốn nơi lưu trữ dầu thuyết vơ 19 Hình 1.8.1: Trầm tích dầu không liên quan trực tiếp đến cấu trúc kiến tạo - Việc khoan Sijan Ring thất bại việc tìm kiếm số lượng dầu thương mai, cung câp ví dụ chống lại quy tắc Kudryavtsev khơng tìm dầu vơ dự đốn - Heli giếng Sijan Gravberg-1 cạn kiệt không phù hợp với nguồn gốc lớp vỏ - Các Gravberg-1 sản xuất 84 thùng dầu mà sau cho có nguồn gốc từ phụ gia hữu cơ, dầu nhòn bùn sử dụng trình khoan - Quy tắc Kudryavtsev giải thích cho dầu mỏ khí đốt (khơng phải than đá) – tạo mỏ trầm tích lớp dầu mỏ từ dầu mỏ đá nguồn Bởi khí thiên nhiên dày đặc dầu, kerogen hydrocacbon tạo khí, khí lấp đầy đỉnh khơng gian sẵn có Dầu bị ép xuống chạm tới điểm tràn, nơi dầu rò rỉ xung quanh cạnh khe nứt kiến tạo chảy lên Nếu hình thành ban đầu trở nên đầy khí tất dầu bị rị rỉ vị trí ban đầu - Kim cương phổ biến mỏ hydrocacbon tự nhiên dầu, khí mỏ condensate bao gồm cacbon từ nguồn sinh học, không giống cacbon tìm thấy kim cương thơng thường 1.9 Lập luận trái đất Sự diện metan mặt trăng thổ khí mộc, thổ, thiên vương hải vương trích dẫn chứng hình thành hydrocacbon khơng có dạng trung gian sinh học, chẳng hạn Thomas Gold: khí 20 thiên nhiên cạn cấu tạo chủ yếu từ metan Một số chổi chứa lượng lớn hợp chất hữu cơ, tương đương với kilomet khối vật liệu khác, ví dụ, hydrocacbon tương ứng phát vệ tinh thăm dị thơng qua chổi Halley vào năm 1986 21 CHƯƠNG 2: GIẢ THUYẾT VỀ NGUỒN GỐC HỮU CƠ 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Cơ sở sinh địa hóa Thành phần hóa học dầu mỏ khí đốt gồm hai nguyên tố đặc trưng vật chất hữu cacbon hydro Ngoài thành phần dầu mỏ cịn có oxy, nitơ, lưu huỳnh photpho nguyên tố tạo nên vật chất sống khoáng sản cháy Thành phần đồng vị: Thành phần đồng vị S32/S34 dầu mỏ thời kì địa chất khác biến đổi tương tự biến đổi tỷ số sunfat tuổi Tỷ số đồng vị C12/C14 dầu mỏ vật chất hữu tương tự Thành phần hydrocacbua: Có giống kiến trúc dãy hợp chất hữu có đá trầm tích với hydrocacbua tạo nên khối dầu mỏ Sự có mặt parafin chứng tỏ dầu phải thành tạo nhiệt độ 200oC (nhiệt độ phân hủy parafin) Tổ hợp hợp chất O, S, N có nguồn gốc hữu thành tạo phân hủy vật chất hữu Các nguyên tố tro dầu mỏ than đá có quy luật phân bố chung Hoạt tính quang học dẫn chứng quan trọng lý thuyết nguồn gốc hữu dầu mỏ, hoạt tính quang học dầu mỏ cholesterol - hợp chất hữu có nguồn gốc thực vật Các loại dầu tổng hợp khơng có hoạt tính quang học Bằng thực nghiệm phịng thí nghiệm biến đổi vật chất hữu theo hướng tạo dầu 2.1.2 Cơ sở địa chất Đa số (99,9%) mỏ dầu khí nằm đá trầm tích Sự thành tạo mỏ dầu khí liên quan chặt chẽ với chế độ chuyển động tân kiến tạo bể trầm tích điều kiện cổ địa lý Trong nhiều vùng chứa dầu khí phát thấu kính cát kết chứa dầu nằm tầng đá khơng thấm Trong trầm tích đại, quan sát thấy biến đổi vật liệu hữu theo hướng tạo dầu hàm lượng chúng tăng theo chiều sâu 22 2.2 Lý thuyết nguồn gốc hữu dầu khí Đây giả thuyết hình thành dầu khí từ vật liệu hữu ban đầu Những vật liệu xác động thực vật biển cạn bị dịng sơng trơi biển qua thời gian dài (hàng triệu năm) lắng đọng xuống đáy biển Ở nước biển có nhiều loại sinh vật hiếu khí yếm khí động thực vật bị chết chúng bị phân hủy ( chất albumin,các hydratcacbon) bị vi khuẩn công trước tạo thành chất dễ tan nước khí bay đi,các chất khơng tạo nên dầu khí Ngược lại chất khó bị phân hủy (như protein,chất béo,rượu cao,sáp dầu nhưa…) lắng đọng xuống tạo nên lớp trầm tích đáy biển vật liệu hữu dầu khí Các chất qua hàng triệu năm tạo thành hydrocacbon ban đầu RCOOR’ + H2O RCOOH + ROH RCOOH RH + CO2 RCH2OH R’–CH=CH2 + H2O R’–CH=CH2 R’–CH2–CH3 Theo tác giả Petrov acid béo thực vật thường acid béo khơng no γ-lacton sau tạo thành naphten aromat Các xeton ngưng tụ tạo thành hydrocacbon có cấu trúc hỗn hợp, thành ankyl thơm 23 Dựa theo trình trên,phải có hydro để làm no olefin tạo thành parafin.Và người ta đưa hai giả thuyết tạo thành H2 - Do tia phóng xạ lịng đất mà sinh H2 Giả thuyết có tính thuyết phục - Do vi khuẩn yếm khí đáy bỉên, chúng có khả làm lên men chất hữu tạo H2.Tác giả J.Bell tìm thấy 30 loại vi khuẩn có khả làm lên men chất hữu tạo H2 Các vi khuẩn thường gặp nước hồ ao lớp trầm tích,đó nguồn gốc cung cấp H2 cho q trình khử Ngồi yếu tố vi khuẩn nhiều nhà khoa học cho hàng loạt yếu tố khác như:nhiệt độ, áp suất, thời gian, có mặt chất xúc tác(các kim loại Ni,V,Mo,khống sét…) lớp trầm tích tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng xảy Thuyết nguồn gốc hữu dầu mỏ cho phép giải thích nhiều tượng thực tế Chẳng hạn dầu mỏ nơi khác nhau,sự khác vật liệu hữu ban đầu.Ví dụ:nếu vật liệu hữu ban đầu giàu chất béo tạo loại dầu parafinic… Các hydrocacbon ban đầu dầu khí thường có phân tử lượng lớn (C30 –C40) chí cịn cao hơn.Các chất hữu nằm lớp trầm tích chịu nhiều biến đổi hóa học tác dụng nhiệt độ, áp suất ,xúc tác(các khoáng sét) Người ta thấy chìm sâu xuống 30m nhiệt đọ tăng lên từ 0,54-1,2ºC.còn áp suất tăng từ 37,5at.Như độ sâu lớn nhiệt độ áp suất tăng lớp trầm tích tạo dầu khí nhiệt độ lên đến 100-200ºC áp suất từ 200-1000at.Ớ điều kiện hydrocacbon có phân tử lượng lớn,mạch dài,cấu trúc phức tạp bị phân hủy nhiệt tạo thành chất có phân tử lượng nhỏ hơn,cấu trúc đơn giản hơn,số lượng vịng thơm hơn… 24 Thời gian yếu tố thúc đẩy trình cracking xảy mạnh Chính tuổi dầu cao, độ lún chìm sâu,dầu thành tao chứa nhiều phân tử hydrocacbon với trọng lượng phân tử nhỏ Sâu có khả chuyển hồn tồn thành khí, metan khí bền vững nên có hàm lượng cao nhất.Cũng tăng chiều sâucủa giếng khoan thăm dị dầu khí xác xuất tìm thấy khí thường cao dầu Tóm lại, chất dầu khí có nguồn gốc nguồn gốc hữu Ở đâu có dầu thường tìm thấy khí.Cũng có có mỏ khí nằm riêng biệt, có lẽ “di cư” 2.3 Sự biến đổi vật chất hữu thành dầu mỏ Một vấn đề đặt tổ phần vật chất hữu tham gia vào trình tạo dầu nào? Có hai nhóm quan điểm bản: Một số tác giả cho trình biến đổi sau chết sinh vật, tất thành phần chúng cá tính khối hỗn hợp vật chất hữu chung biến tồn thành dầu mỏ Đó giả thuyết biến đổi toàn thành dầu mỏ Quan điểm địi hỏi phải giải thích nguồn cung cấp lượng lớn hydro cần thiết để khử vật chất hữu Trái lại, quan điểm biến đổi phần vật liệu hữu thành dầu mỏ không cần nguồn hữu này, phần biến thành dầu mang tính chất khử Vấn đề biến đổi tồn hay phần vật liệu hữu ban đầu có lien quan với vấn đề điều kịên tích tụ chúng Những người bảo vệ quan điểm biến đổi toàn cho có tích tụ khối lớn vật liệu ban đầu, người ủng hộ quan điểm biến đổi phần cho dầu mỏ thành tạo từ vật liệu hữu phân tán đá trầm tích Quan điểm đầu chủ yếu nhà hoá học ủng hộ Theo Xtadnikov, vật liệu ban đầu chủ yếu thực vật cao đẳng, tổ phần tạo dầu chủ yếu nhựa thực vật, phụ sáp, đơi licnin Vật liệu ban đầu tích tụ hoàn toàn biến tạo dầu Sự xuất hydrocacbua dầu pha hoá đá, với hoạt động vi khuẩn Sự tạo dầu tiếp tục kết thúc vào pha biến đổi hậu sinh, mà yếu tố gây hydro hoá vật chất hữu sơ 25 sinh Kiến trúc vật chất hữu ban đầu bị phá huỷ hoàn toàn Thuận lợi cho trình áp suất cao nhiệt độ khoảng 2000C Thành tạo trung gian vật liệu hữu dầu, theo ông, nhớt (manta) có cấu trúc nhiều vịng cịn gọi “dầu nguyên sinh” ( protopetroleum ) Theo A F Dobrianxki, vật liệu ban đầu sinh vật trôi nổi, phần di tích thực vật cạn động vật Tất khối bùn thối tham gia vào trình tạo dầu, xảy vào pha biến đổi hậu sinh tác động nhiệt độ cao (nhưng không 1502500C) chất xúc tác alumosilicat Đó trình phá huỷ cacboxyl hydroxyl Hydro cần thiết cho khử vật chất hữu nhận trình phân bố lại hydro tổ phần hữu ban đầu Kiểu dầu tạo ban đầu nặng thơm dần bị metan hoá tác động nhiệt xúc tác Các thành tạo trung gian vật liệu hữu ban đầu dầu nặng oxiasfan dầu nhớt (manta), tương tự với “dầu nguyên sinh” Xtadnikov Vật liệu hữu ban đầu Oxiasfan Dầu nhớt Dầu thơm nặng Dầu nhẹ metan Metan Theo V B Porfirev I V Grinberg (1949) cho vật liệu hữu ban đầu tích tụ dạng tập trung hoàn toàn hoàn toàn tạo dầu Sự biến đổi vật chất hữu thành dầu xảy pha biến đổi hậu sinh biến chất Thực chất biến đổi bẻ gãy nhiệt (cracking) 3000C áp suất 100 atm, nguồn hydro nước trầm tích đáy Theo ơng, tạo dầu vùng xảy ra, vùng mức độ lún sâu khơng đủ để đạt tới nhiệt độ áp suất cần thiết Do tất vỉa dầu vùng có liên quan với di chuyển dầu từ vùng địa máng lân cận tới Chỗ yếu quan điểm thiếu sở mặt địa chất Trước hết tập trung lớn di tích thực vật, phổ biến điều kiện tích tụ khơng thể bảo tồn hydrocacbua nhẹ tạo nên dầu Còn quan điểm nhiệt độ tạo dầu vào khoảng 3000C lại mâu thuẫn với số thành phần không bền vững nhiệt độ cao dầu, porfirin Mặt khác, ý kiến họ nguồn hydro cần cho phản ứng khử (hydro hố) hồn tồn mang tính chất giả tạo 26 Phương hướng thứ hai nàh địa chất ủng hộ Theo quan điểm này, tổ phần khử vật chất hữu dạng phân tán tham gia vào q trình tạo dầu Đó lipit (mỡ), lipoit (sáp, sterin, fotfotit … ), chúng hịa tan dung mơi hữu Vật chất hữu hồ tan dung mơi hữu ngày có tên “bitum” Nếu hàm lượng tổ phần chứa “bitum” không đáng kể vật chất hữu tập trung lớn di tích thực vật, cho số lượng dầu mỏ không đáng kể Trong lúc nhiều vùng chứa dầu giới lại chứa lượng dầu khổng lồ Do đó, hình thành quan điểm “điệp sinh dầu” hay gọi “ lý thuyết bùn thối” I M Gubkin Nguồn tạo nên hydrocacbua vào thành phần dầu mỏ sau: - Những cơng trình nghiên cứu gần chứng minh nhiều sinh vật sống tồn rộng rãi hydrocacbua thuộc dãy dầu Những khám phá cho phép ta giả thiết hydrocacbua nằm thành phần vật chất sống chuyển trực tiếp vào trầm tích Những cơng trình nghiên cứu trầm tích biển đại chứng minh tính thực quan điểm P Smith (1965) quan sát thấy bùn hydrocacbua lỏng ( thuộc ba dãy metan, naften thơm ), mà việc xác định tuổi theo hàm lượng C14 phóng xạ chứng minh hydrocacbua tuổi với bùn vây quanh Những nghiên cứu V V Veber A I Gorxki xác nhận hydrocacbua bitum trầm tích đại phần chuyển trực tiếp từ xác sinh vật chết phần thành tạo sinh hoạt động sống vi sinh vật - Một số hydrocacbua thành tạo từ vật chất hydrocacbua, tác dụng vi sinh vật Ý nghĩa nguồn cịn nghiên cứu - Các hydrocacbua thành tạo từ vật chất hydrocacbua từ hydrocacbua có từ trước bị biến đổi cấu trúc tác động nhiệt độ cao, với tham gia chất xúc tác Thực tế không phủ nhận nguồn này, số tác giả đánh giá vai trò cao Cần phải có nghiên cứu đầy đủ nguồn đặc biệt nghiên cứu điều kiện tự nhiên 27 Như vậy, có ý kiến khác vai trò nguồn một, người cơng nhận có ba nguồn hydrocacbua vào thành phần dầu mỏ Nguồn ứng với giai đoạn đầu q trình tạo dầu, giai đoạn tích tụ vật liệu hữu Nguồn thứ hai rơi vào pha hoá đá pha hoạt động vi khuẩn Còn nguồn thứ ba thuộc pha biến đổi hậu sinh, xảy vào thời kỳ lún sâu Như vậy, tất giai đoạn phát triển đá sinh dầu tạo thành hydrocacbua thuộc dãy dầu Theo quan điểm biến đổi phần vật chất hữu thành dầu kiểu dầu mỏ nhẹ, thuộc dãy metan (hay paraffin) trình biến đổi, tạo thành dầu nặng Còn sản phẩm trung gian vật liệu hữu dầu mỏ gọi “vi dầu” (micropetroleum) Sơ đồ hình thành dãy dầu biểu diễn đây: Vật liệu hữu ban đầu “Vi dầu” Dầu nhẹ metan Dầu nặng, có nhựa thơm Dầu nhớt (manta) Asfan Nhân tố bảo tồn chất hữu cơ: Các sản phẩm xuống tới đáy thực môi trường khử chúng không bị phá huỷ động vật sống đáy, người ta thường ý đến mơi trường có nhiều sinh vật trơi sinh vật đáy Các sinh vật chôn vùi nhanh với tải trọng trầm tích lớn có điều kiện thúc đẩy nhanh nén chặt nhấn chìm trầm tích đó, bắt chúng phải chịu nhiệt độ cao hơn, có mội trường ven biển, khơng sâu Từ người ta hình dung mơi trường sinh dầu Bản thân dầu thô nằm đá mẹ có độ hồ tan tốt chuyển sang đá chứa dầu thơ thay đổi thành phần, cơng thức hố học khơng hồ tan Điều chứng minh số dạng tiền thân dầu mỏ acid béo, alcohol có độ hịa tan với nước nhiều so với hydrocacbon sinh từ chúng Trong q trình sinh dầu khí: hình thành khe nứt vi mô giới hạn độ sâu lớn, ứng với giai đoạn sinh dầu mạnh mẽ vật chất hữu có mặt với số lượng lớn đá mẹ chuyển hóa thành hợp phần dầu khí 28 R=C5H11 R=C6H13 R=C7H15 R-H 39 9.5 R– COOH 10700 2200 R - OH 26000 5600 1800 Bảng 2.3.1: độ hòa tan parafin, acid alcohol 29 CHƯƠNG 3: CÁC NHÂN TỐ CHI PHỐI NGUỒN GỐC DẦU KHÍ 3.1 Nhân tố hố lý - Nhiệt độ đóng vai trị quan trọng ( < 270OC) - Áp suất tăng nhanh với vùi lấp - Phải có mặt chất xúc tác : silicat acid ngưới ta chứng minh dầu thơ hình thành chất xúc tác -Dầu khí hình thành nơi sụp lún, sụp lún nhiệt độ áp suất cao Các chất hữu hình thành với chiều dày trầm tích 2000m Do sụp lún nhân tố hình thành hydrocacbon 3.2 Nhân tố hố sinh Người ta nhận thấy bùn chứa số lượng lớn vi khuẩn với mứa độ vài chục nghìn đến vài triệu 1cm3 Mức độ chúng giảm nhanh theo chiều sâu, vi khuẩn tiêu H2 I cách dung H2 để khử cacbonic sunfat cho ta CH4, sunfua CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O SO4 + 4H2 H2S + 3H2O + Bazơ Phản ứng xảy dễ dàng nhờ có mặt chất xúc tác Biến đổi chất hữu chất trầm tích VD: NH3, CO2 làm kiềm hố acid hố mơi trường acid ảnh hưởng độ hịa tan vật liệu tạo nên chất trầm tích Các nhà khoa học cho toán: sau tiếng đồng hồ, hệ sau cá thể vi khuẩn tạo nên 40000 m3 dầu mỏ Điều tồn vi khuẩn phá huỷ hydrocacbon Ngồi cịn tác dụng diệt trùng nước biển số lượng vật chất hữu có mặt Nhưng ngược lại phát triển vi khuẩn nhanh Vi khuẩn có vai trò: - Tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển bán kính mơi trường khử 30 - Tạo khối lượng quan trọng chất hữu làm sinh hydrocacbon tế bào chúng - Cung cấp phần lượng cần thiết cho tổng hợp phân tử hydrocacbon 3.3 Nhân tố phóng xạ Nhân tố phóng xạ nhân tố quan trọng hình thành dầu mỏ, số đá phiến chứa hợp chất uranium, tobium kalium nhiều có tính phóng xạ Mặt khác, acid béo bị hạt bắn phá làm sản sinh chất lỏng giống dầu mỏ Nhưng ngày tượng phóng xạ cho hydrocacbon quy mô lớn mà sản sinh 1% trọng lượng trầm tích Như vậy, chế thành tạo dầu mỏ làm sáng tỏ chưa thấu đáo Trước hết, hydrocacbon sinh giai đoạn chuyển hoá tế bào sinh vật lắng đọng với chất hữu Các hydrcacbon thành tạo trình tạo đá đặc biệt sau lắng đọng lớp bùn tác dụng vi khuẩn mà sinh sôi nảy nở nguồn gốc hữu hydrocacbon quan trọng Các trình sau diễn trình nén chặt mà tăng dần nhiệt độ làm tăng dần q trình chuyển hố Người ta thấy nhiều bồn chứa dầu bồn giàu nằm sát bồn trầm tích Các bồn thể theo không gian thời gian Việc nghiên cứu hải dương học trầm tích học cho hiểu rõ cảnh quan chế trầm tích bồn Người ta tóm tắt mơi trường trầm tích bồn nước n tĩnh chủ yếu Ở có vùi lấp nhanh chóng vật liệu trầm tích, cho phép bảo tồn tốt vật chất hữu Những khu vực có điều kiện là: vũng,vịnh, cửa sông Đây nơi lắng đọng vật chất hữu chủ yếu tạo nên mảnh vụn xenlulô Đây nguồn gốc vỉa khí thiên nhiên Các vùng trũng, bồn sâu nhiều để đặc trưng có môi trường yên tĩnh xa nguồn nước trầm tích nhanh để vúi lấp chất hữu Sau cùng, 31 chân sườn lục địa trầm tích lục địa trượt chồng chất lên với hình thức dịng bùn bẩn tạo thành bồn hydrocarbon quan trọng KẾT LUẬN Mặc dù nhiều điều chưa rõ ràng tranh luận vấn đề nguồn gốc dầu mỏ giải Ngày nay, nguồn gốc hữu đa số trầm tích dầu – khí điều khơng cịn nghi ngờ Khả biến đổi vật chất tổ phần khác thành dầu chứng minh Người ta xác nhận biến đổi vật chất hữu thành dầu xảy theo cách khác nhau, ta tạo điều kiện thích hợp cho cách Cần phải đánh giá mặt số lượng q trình biến đổi này, giải thích rõ vai trị ý nghĩa yếu tố gây biến đổi điều kiện địa chất cụ thể Nếu trình biến đổi vật chất hữu thành dầu giải mức độ lớn trình di chuyển (đặc biệt di chuyển nguyên sinh) dầu nhiều vấn đề phải nghiên cứu giải tiếp tục Có thể nói, địa chất dầu mỏ, lĩnh vực nhiều vấn đề chưa rõ ràng Trong lúc vấn đề nguồn gốc hữu dầu mỏ coi rõ ràng ta khơng có sở để phủ nhận khả thành tạo hydrocacbua lịng đất đường vơ sinh, khả tồn lớp manti, hydrocacbua có nguồn gốc vũ trụ ( cần phải nhấn mạnh rằng, mặc dù, bản, dầu mỏ tạo nên từ hydrocacbua, hydrocacbua chưa phải dầu mỏ Vậy hydrocacbua dầu mỏ phải có q trình chuyển biến Quá trình chuyển biến xảy nào, chế sao?) Có thể, chừng đó, hydrocacbua có nguồn gốc vô tham gia vào tạo dầu Nhiều nhà nghiên cứu có xu hướng cho quan điểm trung gian dễ tiếp thu quan điểm cực đoan Điều phản ánh tính chất phức tạp, đa dạng phong phú trình tự nhiên Nhưng cần phải thấy rằng, mức độ hiểu biết nay, lý thuyết tạo dầu từ vật liệu hữu có sở mặt địa chất lẫn địa hoá Trên thực tế, kim nam cho cơng tác tìm kiếm thăm dị có kết tích tụ dầu – khí khắp nơi hành tinh 32 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Nguyễn Đăng – Dầu mỏ tìm kiếm địa chất – NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội 1979 [2] TS Đỗ Cảnh Dương – Địa chất mỏ than dầu khí đốt – NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội [3] Báo petrotimes.vn – 08/06/2015 – Mục dầu khí phổ thơng – “ Lý thuyết thứ ba nguồn gốc dầu khí” Tiếng Anh: [1] Abiogenic petroleum origin – wikipedia 33 ... nguồn gốc dầu khí gặp nhiều khó khăn, khơng trực tiếp quan sát thành tạo dầu mỏ khí thiên nhiên, mặt khác trạng thái dầu mỏ, khí thiên nhiên đặc biệt, nên thay đổi điều kiện nhiệt động dầu khí biến... cho dầu mỏ khí đốt (khơng phải than đá) – tạo mỏ trầm tích lớp dầu mỏ từ dầu mỏ đá nguồn Bởi khí thiên nhiên dày đặc dầu, kerogen hydrocacbon tạo khí, khí lấp đầy đỉnh khơng gian sẵn có Dầu bị... khoa học nguồn gốc dầu khí đốt tất mỏ dầu khí tự nhiên Trái Đất nhiên liệu hóa thạch, cụ thể phân hủy sinh vật (thuyết hữu cơ) Một số giả thuyết vô đề xuất dầu mỏ khí thiên nhiên khơng bắt nguồn