1. ชื่อห้องปฏิบัติการ : ห้องปฏิบัติการวิจัยเชื้อเพลิงธรรมชาติ

Fossil Fuels Laboratory

ภาควิชา ธรณีวิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

2. สมาชิกประกอบด้วย

1. นางเบ็ญจวรรณ รัตนเสถียร

ผู้ประสานงานห้องปฏิบัติการวิจัย

2. นายวิทยา คันธรส

สมาชิก

3. นายพิษณุ วงศ์พรชัย

สมาชิก

4. นายพิภพ รบไพรี

สมาชิก

5. นายอดุลย์ ยาวิชัย

สมาชิก

6. นางมยุรี พรหมพุทธา

สมาชิก

3. หลักการและเหตุผล

ในสาขาเชื้อเพลิงธรรมชาติ ภาควิชาธรณีวิทยามีการสอนและวิจัยอยู่ใน 3 สาขาวิชา คือ

1. ถ่านหิน

2. หินน้ำมัน

3. แหล่งน้ำมัน และก๊าซธรรมชาติ

ผลที่ได้จากการวิจัยสามารถจะนำไปใช้ในการเรียนการสอนระดับปริญญาตรี และบัณฑิตศึกษาที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาเชื้อเพลิงธรรมชาติ ในกระบวนวิชา Petroleum Geology, Coal Geology, Advanced Sedimentology, Bore hole logging, Geophysics, Coal Petrology, Palynology, Organic, Geochemistry, Seismic prospecting

นอกจากนั้นยังมีการจัดการศึกษาและวิจัยในรูปแบบกระบวนวิชา 205496 : Selected Topics, 205499 : Independent Study in Geology, 205791 : Independent Study in Geology, 205793 : Selected Topics in Geology ซึ่งในรูปแบบการจัดการจะเน้นไปในรูปเปิดสอน และดำเนินการวิจัยในหัวข้อที่เกี่ยวข้องกับเชื้อเพลิงธรรมชาติในหัวข้อดังต่อไปนี้

1.ธรณีวิทยาการเกิด การสะสมตัว และการเปลี่ยนแปลงหลังจากการสะสมตัว (Geology, occurrence, deposition environment and diagenesis)

2. ลำดับขั้นการแปรสภาพ (Maturity)

3. การกำหนดอายุ (Age dating)

4. Relationship with other fossil fuels deposits

5. สมบัติทางกายภาพของตะกอนและแร่เชื้อเพลิง (Physical properties of sediments and fossil fuels)

6. สมบัติทางเคมีของตะกอนและแร่เชื้อเพลิง (Chemical properties of sediments and fossil fuels)

7. ลักษณะในการเป็นเชื้อเพลิง (Fuel characters) การแต่งแร่และปรับปรุงคุณภาพ (Dressing and upgradding)

8. อิทธิพลของเทคโทนิคที่มีต่อแหล่งสะสมตัว (Effects of tectonism on fossil fuel deposits)

9. อิทธิพลที่มีต่อสภาวะแวดล้อมในการพัฒนานำมาใช้ (Environmental effect upon utiliza-tion)

10. การนำกากเชื้อเพลิงมาใช้ในรูปแบบอื่

ในการศึกษาและวิจัยดังกล่าว มีทั้งระดับงานวิจัยเพื่อเป็นปัญหาพิเศษในการที่จะให้ศึกษาระดับปริญญาตรีสมบูรณ์ การศึกษาวิจัยเพื่อวิทยานิพนธ์ระดับบัณฑิตศึกษา และการวิจัยที่รับทุนวิจัยจากภาคราชการและเอกชน เพื่อเป้าหมายในการพัฒนานำเอาไปใช้ประโยชน์ หรือการศึกษาเพื่อความเข้าใจทางธรณีวิทยาอันถูกต้อง เพื่อนำไปใช้กับการเรียนการสอน ห้องปฏิบัติการวิจัยเชื้อเพลิงธรรมชาติจึงมีความจำเป็นที่จะต้องมี เพื่อให้งานวิจัยบรรลุเป้าหมายโดยเรียบร้อย

การปฏิบัติการวิจัยเชื้อเพลิงธรรมชาติ สามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มใหญ่ ๆ 3 กลุ่มดังต่อไปนี้

แหล่งเชื้อเพลิงธรรมชาต

ธรณีวิทยา

สมบัติทางเคม

สมบัติทางฟิสิกส

Field investigation

Proximate value

Specific gravity

Lithology & Stratigraphy

Ultimate value

Optical properties

Structureal geology

Sulphur contents

Hardness

Palynology & other

Major & trace elements

Swelling index & Agglo-

age dating

Maceral composition

merating charactor

Lithotype

Mineral composition

Specific energy

Oil source rocks

Volatile characters

Maturity

Oil reservoir

Hydrocarbon charactor

-

Method of Investigation and Requirements

1. การวิจัยธรณีวิทยาภาคสนาม (Field method of investigation)

อุปกรณ์ที่ใช้

สิ่งที่จะได้รับ

- แผนที่ (Topographic & Geologic map)

- Lithology

- ภาพถ่ายทางอากาศ หรือภาพถ่ายดาวเทียม

- Stratigraphy

- ค้อน, เข็มทิศ และอุปกรณ์ภมคสนามอื่น ๆ

- Structural geology

- เครื่องมือสำรวจธรณีฟิสิกส์

- Basin/source rock structure

- เครื่องมือเก็บและรักษาตัวอย่าง

- Samples

2. การวิจัยโดยใช้อุปกรณ์ทางแสง (Optical investigation)

อุปกรณ์ที่ใช

สิ่งที่จะได้รับ

1.Cut, mold and polishing set

- Optical properties including behaviour

2.Coal Petrographic microscope (polalized light transmitance & reflectance with photomnetric reflected lignt measuring devices, fluorescence mode and camera set

- Maceral analysis

- Lithotype (Microlithotype)

- Vitrinite reflectance value (maturity)

- Spore and pollen analysis (Age dating and environment of deposition

3. Microscopy transmitted light for palynological study

- Spore colour index (Age & maturity)

3. การวิจัยโดยใช้คุณสมบัติทางกายภาพ (Physical properties investigation)

อุปกรณ์ที่ใช

สิ่งที่จะได้รับ

1. Specific gravity analytical set

- Specific gravity (especially for dressing purpose)

2. Hardness testing set/microhardness testing set

- Hardness

3. Swelling index crucible set & burner

- Swelling index and agglomerating properties

4. Calorimeter-Specific energy

4. การวิจัยโดยใช้คุณสมบัติทางเคมี (Chemical properties investigation)

Required equipments

สิ่งที่จะได้รับ

1. Low temperature oven (and standard glass ware)

- Percent moisture (Proximate analysis)

2. High temperature furnace (and standard glass ware)

- Proximate analysis (percent volatile matter, fixed carbon)

3. C-H-N-O analyser

- Ultimate analysis

- C

- H

- N

- O

4. Sulphure analyser

- Sulphur content

5. Pyrolysis set

- Different temperature distillation (สารที่แยกต้องใช้เครื่องมืออื่นวิเคราะห์ต่อไป)

6. Rock eval analysis

- Minimum/Maximum temperature for oil cracking

7. Gas chromatography

- Characterized type of gas & liquid from extraction or pyrolysis

8. Atomic absorption spectrophotometer

- Major and trace elements analysis

9. UV and IR spectrometer

- Functional group of extracted products

10. NMR

- Functional group especially % Aliphatic carbon/% Aromatic carbon

11. Coal pulverizer

- To pulverize coal prior to analysis

จะเห็นได้ว่าห้องปฏิบัติการวิจัยเชื้อเพลิงธรรมชาติ ยังต้องการการสนับสนุนด้านเครื่องมืออีกเป็นจำนวนมาก

4. วัตถุประสงค์และเป้าหมาย :

1. เพื่อเป็นสถานที่ที่ใช้ดำเนินการวิจัยเชื้อเพลิงธรรมชาติในแหล่งที่มีในประเทศไทย เพื่อเป็นพื้นฐานความรู้สำหรับธรณีวิทยาเชื้อเพลิงธรรมชาติของประเทศ และเพื่อความเป็นเลิศทางวิชาการไทยของสมาชิก

2. ใช้เป็นที่ศึกษาวิจัยเพื่อประกอบวิทยานิพนธ์ในระดับบัณฑิตศึกษา ภายใต้ความควบคุมดูแลของสมาชิก

3. เพื่อให้บริการแก่ประชาชนและหน่วยงาน ผู้สนใจที่จะขอรับความช่วยเหลือทางด้านวิชาการ

4. เพื่อเป็นแหล่งข้อมูลทางวิชาการในเรื่องเชื้อเพลิงธรรมชาติ

5. งานวิจัยหลักที่ดำเนินการอยู่ :

1. ธรณีวิทยาการเกิดการสะสมตัวและการเปลี่ยนแปลงหลังจากการสะสมตัว ตลอดจนลำดับขั้นการแปรสภาพของเชื้อเพลิงธรรมชาติในแอ่งต่าง ๆ ของภาคเหนือ

2. คุณสมบัติทางเคมีและฟิสิกส์ของถ่านหิน หินน้ำมัน หินปูน และหินต้นกำเนิดน้ำมัน

3. วัตถุต้นกำเนิดของเชื้อเพลิงธรรมชาติ

4. การหาอายุการสะสมตัวของแหล่งเชื้อเพลิงธรรมชาติ

5. ความสัมพันธ์ของแหล่งเชื้อเพลิงธรรมชาติ

6. ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในการใช้เชื้อเพลิงธรรมชาติ

7. การนำกากเชื้อเพลิงธรรมชาติมาใช้ประโยชน์

6. เครื่องมือและอุปกรณ์ที่มีอยู่ :

1. แผนที่และภาพถ่ายทางอากาศ

2. เข็มทิศ

3. เครื่องมือตัดและขัดหินตัวอย่าง

4. กล้องจุลทัศน์ชนิดมี Fluorescence แบบ Coal Petrographic microscope

5. เตาอบความร้อนสูง และตู้อบความร้อนต่ำ

6. Atomic absorption spectrophotometer

7. เครื่องบดตัวอย่าง

8. เครื่องวิเคราะห์ CHNS

7. ผลสัมฤทธิ์ทางการวิจัยจนถึงปัจจุบัน :

ผลสัมฤทธิ์ทางการวิจัยจนถึงปัจจุบัน ได้ทำการวิจัยและเสนอผลงานทางวิชาการหลายรูปแบบ ดังนี้

1. รายงานการวิจัย

2. บทความทางวิชาการเสนอในที่ประชุมวิชาการ

3. บทความทางวิชาการเสนอในรูปโปสเตอร์

4. การตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ

5. รายงานและวิทยานิพนธ์ของนักศึกษาที่ทำงานวิจัยกับห้องปฏิบัติการ ในช่วงเวลาตั้งแต่พฤษภาคม 2539พฤษภาคม 2540 ได้มีการเสนอผลงานการวิจัยในที่ประชุมวิชาการดังต่อไปนี้

ผลงานวิจัยที่ได้นำเสนอต่อที่ประชุมระดับต่าง ๆ ในช่วงเดือนมิถุนายน 2539 - พฤษภาคม 2540 ดังนี้

1. Coal Petrography of activated carbon from northern Thailand coals

2. Alginite Association in northern Thailand fossil fuel depositsเสนอที่ประชุมวิชาการ International committee of coal Petrography ณ ประเทศเนเธอร์แลนด์ ระหว่างวันที่ 8 - 15 กันยายน 2539

3. Liptinite in northern Thailand coals เสนอในที่ประชุมวิชาการของสมาคมวิทยาศาสตร์แห่งประเทศไทยในพระบรมราชูปถัมภ์ กรุงเทพมหานคร ระหว่างวันที่ 16 - 18 ตุลาคม 2539

ดังมีบทคัดย่อดังต่อไปนี้

Coal petrography of activated carbon from Northern Thailand coals

Lignite to subbituminous coals in northern Thailand were subjected to carbonization at 600, 700, 800OC respectively, prior to be activated with steam and carbondioxide at 800OC.

High liptinite coal from Mae Chaem provide the best reaction after carbonization at 700OC, but did show different between activated by steam, carbonioxide or both steam and carbonioxide.

Coal Petrographic evidences show higher porosity of high liptinite coal of Mae Chaem than the coal from Met Tan and Mae Teep which made up entirely of tree trunks.

Alginite association in Northern Thailand fossil fuel deposits

Alginites associated with northern Thailand fossil fuel vary accordingly to their environment of deposition. They are generally composed of more than one algae type in the deposits and some vary in their lithologic column. Pila algae is the most common but scattered through out layers whereas the others form thick accumulation. They are found associated with thick wall alginite in oil shale of Mae Teep and Mae Chaem coalfields.

They are found associated with part of Mae Sod basin.

Liptinite in Northern Thailand Coals

Liptinit4 in a group of macerals which can be identified by coal petrography. The are the resistant parts of weathering processes during plant accumulation and transform to coal. Liptinite will reveal the depositional environment of coal deposits. In the environment of lacustrine various kinds of algae expecially lamaginite are found associated with cutinite and thin exine sporinite. In the forest swamp the major liptinite are sporinite rich and sometime, resinite. In brackish water telaginite are dominant with some cutinite and minor sporinite. Coals in Thailand suberinite are nor common which could resulted from strong oxidation environment caused highly dissolvec of suberine tissue.

ผลงานวิจัยที่ได้นำเสนอในที่ประชุมวิชาการต่าง ๆ ช่วงเดือนพฤษภาคม 2540 - มิถุนายน 2541 มีดังนี้

1. Association of Oil Source algae in some Northern Thailand Tertiary Basin เสนอในงานประชุมวิชาการนานาชาติ เรื่อง Tectonic, Stratigraphy & Petroleum Systems of Borneo; 22-25 June, Botryococcus brawnii in Li oil shale along with temperate pollens such as Pinus sp., Alnus sp.

In lacustrine environment of Mae Moh and Wiang Haeng, Pila algae is found associated with lamaginite and Reinschia with spores of water-dewelling fern.

At Mae Sod, Pila algae is associated with Reinschia in the Mae Pa deposit, northern part of Mae Sod whereas lamaginite is dominated in Mae Ku, southern 1997 ณ ประเทศบรูไนดารูซาลาม (อยู่ในขั้นตอนจะตีพิมพ์ใน J. of Asian Earth Science)

2. Liptinite in coal and oil source rocks in northern Thailand เสนอในงานประชุมวิชาการนานาชาติ เรื่อง Tectonic, Stratigraphy & Petroleum Systems of Borneo; 22 - 25 June, 1997 ณ ประเทศบรูไนดารูซาลาม (อยู่ในขั้นตอนจะตีพิมพ์ใน J. of Asian Earth Science)

3. Deposition environment of Mae Moh Basin as indicated by coal petrography เสนอในงานประชุมวิชาการ The International on Stratigraphy and Tectonic Evolution of Southeast Asia and the South Pacific, Bangkok, Thailand; 9-24 August 1997

4. Algae types of oil source rocks in northern Thailand เสนอในงานประชุมวิชาการ The International on Stratigraphy and Tectonic Evolution of Southeast Asia and the South Pacific, Bangkok, Thailand; 9-24 August 1997

5. 25 ล้านปีกว่าจะมาเป็นเชื้อเพลิงธรรมชาติในภาคเหนือของประเทศไทย เสนอในงานประชุมวิชาการ วทท.23 ณ โรงแรมโลตัส ปางสวนแก้ว เชียงใหม่; 20-22 ตุลาคม 2540

ดังมีบทคัดย่อดังต่อไปนี้

Association of Oil Source Algae in some Northern Thailand Tertiary Basins

Coal petrographic Study of sediments in northern Thailand fossil fuel deposits revealed development and change in alginite association. Lower part of Tertiary deposits, Alginite A, Botryoccoccus sp. was the only type of algae was found, especially in Fang Oil Field. Later, the association of Botryoccocus braunii, Pila algae, thick walled alginite B, and temperate palynomorphs were recognized in many coal fields, as well as the middle part of Fang deposits. Their ages were given to be Late Oligocene to Lower Miocene. The upper part of fossil fuel deposits, alginite B are dominanted in many basins, together with Botryoccocus related sp. such as Pila algae, Reinschia and fresh water dwelling fern. Some basins such as Mae Sod, Reinschia dominated in the north whereas lamaginite dominated in the south showing different environment during deposition.

These difference association could indicate the changes in environment of deposits which would be depending on major climate and/or sea level changed during Tertiary time in northern Thailand.

Liptinite in Coal and Oil Source Rocks in Northern Thailand

Palynological study of northern Thailand coal and oil deposits indicates a similar palynological association to the Borneo Zone. Coal petrographic study in these deposits shows variations of liptinite macerals, especially the alginite types. The lower part of these coal and oil deposits, which are Late Oligocene to Early Miocene in age, are dominated by Botryococcus sp. or Botryococcus-related algae. Thick-walled lamaginite, spores and pollens of a temperate palynological assemblage, are found associated in some areas. Contrasting thin-walled lamaginite is dominant in late Middle Miocene time. Resinite, suberinite, and cutinite are dominant in forest swamp coal deposits whereas alginite, cutinite and lycopodium spores are dominant in a lacustrine environment. Exsudafinite are common in early organic setting. These liptinite macerals can be major sources of oil and gas.

Deposition environment of Mae Moh Basin as indicated by coal petrographjy

Coal petrography from polish section of Mae Moh sediments were studied in the J-, K-, and Q-zone of Na Khaem Formation, Mae Moh Group. In the Z-zone, the sediments are mainly of shallow lacustrine with accasionally dried up as indicated by alginite and fusinite. Volcanic ash from distance was sometime formed thin layers and mingle in the sediments. After rapid flooding which terminated the Q-zone, the formation of diatom rich and alginite in K-coal zone indicated lacustrine of high silica carbonate enrichment. The tree trunks association with K-zone indicated the formation of forest swamp association to lacustrine or possible the lacustrine dried up of changed to fluvio-forest swamp. Mastodon remains associated with K-1 zone could indicated the possibility catastrophism and terminated the K-coal zone.

During the deposition of J-zone short time coal accumulation indicated highly tectonic disturbance during the deposition. They are mainly of lacustrine environment with close distance volcanic eruption give rise to intraclastic formation of J-5 and J-4. The high sulphur rich zone, in J-1 could be the effect of this volcanic eruption and terminated the coal accumulation of the Mae Moh.

Algae types of oil source rocks in northern Thailand

Algae types of oil source rocks in northern Thailand are dominated by alginite B or lamaginite which form as thick and bands of oil shale. Alginite A or Botryococcus or Botryococcus related are usually found disseminated throughout the oil shale bed. Pila algae was found to be the most abundance throughout the Tertiary oil sources whereas other Botryococcus related were found at limited environment.. However, Botryococcus brownii seems to be restricted to temperate climate. Reinschia is also restricted to the shallow edge of lacustrine. In most of oil shale those associated with coal bearing formation, suberinite, resinite and sporinite are also the source those contributed hydrocarbon more than those of cutinite.

25 ล้านปีกว่าจะมาเป็นเชื้อเพลิงธรรมชาติในภาคเหนือของประเทศไทย

แหล่งเชื้อเพลิงธรรมชาติในภาคเหนือ สะสมตัวในแอ่งระหว่างหุบเขา ซึ่งเกิดจากการทรุดตัวของเปลือกโลก อายุโอลิโกซีนตอนปลายถึงไมโอซีนตอนต้น จากการเคลื่อนไหวในช่วง 25-30 ล้านปี ซากอินทรีย์สาร ต้นไม้ ใบไม้ สาหร่าย ไดอะตอม และซากสัตว์ สะสมตัวในสิ่งแวดล้อมทะเลสาบน้ำจืด ต่อเนื่องถึงป่าชื้นร่วมกับหินดินดาน หินโคลน ตั้งแต่เริ่มพัฒนาเป็นแอ่งจนถึงอายุไมโอซีนตอนกลาง ซึ่งเป็นต้นกำเนิดของถ่านหินและปิโตรเลียม ทุกวันนี้ชนิดของพืชในตระกูลแทกโซเดียม สน แอลนัส ที่พบอยู่กับสาหร่าย ทั้งชนิดบอทริโอคอกคัส และลามาจิไนต์ อาจจะชี้ว่าภูมิอากาศโบราณระหว่างมีการสะสมตัวอยู่ในเขตอบอุ่น ขี้เถ้าภูเขาไฟและชั้นไดอะตอมที่เกิดร่วมกับเชื้อเพลิงธรรมชาติ ชี้ให้เห็นว่าขณะที่มีการสะสมตัวโดยเฉพาะในแอ่งลำปาง แอ่งแม่เมาะ แอ่งลี้ แอ่งแม่แจ่ม และแอ่งแม่ลาย มีภูเขาไฟระเบิดในช่วงนั้นด้วย ต่อมาการเคลื่อนไหวของเปลือกโลกได้ฝังตะกอนอินทรีย์เหล่านี้ น้ำหนักกดทับความดันและความร้อนที่เพิ่มขึ้นจากการฝังตัวลึก ทำให้การกลายเป็นถ่านหินและภาวะได้ที่ของหินต้นกำเนิด ทำให้ได้แหล่งถ่านหินระดับซับบิทูมินัส ถึงบิทูมินัสที่มีสารระเหยสูง และแหล่งน้ำมันในภาคเหนือของประเทศไทย