松遼盆地肇州地區(qū)地熱田的形成及資源量

劉玉

（黑龍江省第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，黑龍江 哈爾濱 150030）

松遼盆地是我國重要的含油氣盆地，盆地特殊的地質(zhì)構(gòu)造背景和二元結(jié)構(gòu)特征，決定了松遼盆地不僅具有豐富的油氣資源，而且賦存具有開發(fā)遠景的地熱資源。肇州從構(gòu)造上處于松遼盆地中央坳陷區(qū)東南部的朝陽溝階地二級構(gòu)造帶，與著名的大慶長垣處于同一一級構(gòu)造帶上，且地處遼寧西部至大慶林甸地熱帶中心位置，出井口水溫高達70℃，具有有利的儲存地熱的構(gòu)造條件。

1 地熱田基本地質(zhì)概況

在松遼盆地形成和發(fā)展歷程中，肇州地區(qū)形成了多套儲集層和封閉性良好的區(qū)域性蓋層，而其中的嫩江組、青山口組和泉頭組是本區(qū)主要的地熱資源目的儲層，其巖性以砂巖為主，這些熱儲層與區(qū)域性隔水層一起，構(gòu)成本區(qū)多套熱儲組合。根據(jù)地熱地質(zhì)、水文地質(zhì)勘察，本區(qū)有效熱儲可劃分為以下三套組合：上部熱儲組合：以嫩江組區(qū)域性隔水層所夾持多種類型砂體為主，該熱儲水埋藏淺（500～1300米），水溫相對較低（44～69℃），礦化度較低（1000～3000mg/L）；中部熱儲組合：由青二、三段地層組成，埋藏較深（1500～1800米），地層溫度較高（56～85℃），礦化度較高（3000～7000mg/L）；下部熱儲組合：由青山口組區(qū)域性隔水層以下的泉三、四段砂體構(gòu)成，該熱儲埋藏較深（1900～2300米），水溫較高（75～100℃），礦化度較高（7000～12000mg/L）。

2 地熱田地熱地質(zhì)特征

該區(qū)地熱資源豐富與該區(qū)成礦地質(zhì)背景有密切的關(guān)系。

2.1 地溫場特征：研究區(qū)位于松嫩盆地中部中央坳陷帶的三肇凹陷。具有地溫梯度高，大地熱流值大等特點。本次工作區(qū)肇州一帶，地溫梯度在4～4.5℃/100m范圍內(nèi)；1公里深度地溫在50～55℃范圍內(nèi)。

2.2 巖性：本次勘查區(qū)周邊區(qū)域地層層序自上而下為：第四系、第三系、白堊系上統(tǒng)的明水組、四方臺組、嫩江組、姚家組、青山口組、泉頭組（未穿）。其中埋深在500-2500m范圍內(nèi)大面積分布的的嫩江組、青山口組和泉頭組地層均由粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、細砂巖等組成，均為較好的含水層，定為熱儲層。

2.3 構(gòu)造：區(qū)內(nèi)近南北走向的黑魚泡－頭臺大斷裂帶和北北東走向的任民鎮(zhèn)－肇州大斷裂，并與它們伴生的小斷裂構(gòu)成深部地熱向上部地層中傳熱的良好通道。

2.4 熱源：由于本區(qū)地殼相對較薄，莫霍面相對抬升熱能外溢，從而提高了地幔供熱量，據(jù)計算，現(xiàn)今地幔熱流值為50.05mW/m2，高地幔熱流量是本區(qū)形成高地溫場及豐富熱資源的主要原因之一。

2.5 基底巖性的分布：肇州西南部，花崗巖大面積分布，而且其往西、往南是一個大的花崗巖侵入體，花崗巖分布面積大、連通性好，能夠產(chǎn)生大量的熱能。本區(qū)大部分地區(qū)位于古中央隆起帶上，缺失侏羅系地層，而深部上地幔埋藏較淺，使得基底巖層較薄，地球內(nèi)部熱能向上傳遞過程中散失較少，也會導(dǎo)致本區(qū)地溫梯度較高。

2.6 地下水：研究區(qū)為地下水作用停滯區(qū)，其與盆地邊緣水或地表水基本處于隔絕狀態(tài)，有利于地熱能的儲蓄。

3 地熱田形成的主控因素

在肇州地區(qū)影響較大的是近南北走向的黑魚泡－頭臺大斷裂帶和北北東走向的任民鎮(zhèn)－肇州大斷裂。在深大斷裂處，巖石圈厚度也最薄，這表明深大斷裂帶是深達莫霍面的活動性斷裂帶，這些深大斷裂與盆內(nèi)斷裂一起構(gòu)成連通上地幔熱源的主要通道，此種斷裂帶也控制沉積物源體系和沉積相帶的變化，決定著盆內(nèi)熱儲組合的發(fā)育及分布。深大斷裂帶也是高地溫構(gòu)造帶，在松遼盆地沿斷裂帶地溫梯度值相對較高。此外沿深大斷裂還有眾多溫泉和熱田分布，這種高地熱現(xiàn)象是由于地幔或軟流圈上供，深源熱熔融物質(zhì)沿深大斷裂上涌，將深部熱流直接帶至地殼上部和盆地內(nèi)部所致。上述盆地地質(zhì)構(gòu)造與地溫場特征以及地熱田的空間分布表明，深大斷裂控制著盆地內(nèi)地熱田的形成。

4 地熱田資源量預(yù)測

本次研究采用了容積法計算地熱水資源量。地層水儲集在水層的孔隙空間內(nèi)，只要獲得水層的幾何體積（即水層的含水面積和有效孔隙度之乘積）、有效孔隙度等地質(zhì)參數(shù)，便可計算出地下熱水的地質(zhì)儲量。

地熱水往往溶解一定量的氣體，當其被采到地面以后，由于壓力降低，溶解氣便釋放出來，從而使水的體積減小。如果要將地下水換算成地面水，必須用地下水體積除以地層水的體積系數(shù)。由此便可以得到容積法計算地熱水資源量的基本公式，表達式為：

式中：Q1-地面標準條件下水層中的地熱水資源量，104m3；F-地熱水層的含水面積，km2；H-地熱水層有效厚度，m；φ-水層的有效孔隙度，小數(shù)；B-地熱水的體積系數(shù)，取1.02。

在本次計算中，我們查閱了肇州地區(qū)多口井的地熱井和油井資料，包括州熱1井（2000.25m）、肇4井（1888.23m），肇5井（1926.82m），肇深1井（2915.40m）等。以下參數(shù)中孔隙度和地熱水層的有效厚度均為這四口井3000m深度范圍以內(nèi)對應(yīng)項目的平均值。按照規(guī)范要求，滲透率應(yīng)不小于50mD，定為熱儲層。

4.1 水層的有效厚度H

所謂水層的有效厚度是指有效水層的厚度，即產(chǎn)層的厚度。水層有效厚度的確定是在研究水層的巖性、物性、含水性以及電性之間的關(guān)系基礎(chǔ)上確定的。本次研究主要采用通過測井解釋得到的水層厚度。

4.2 水層的有效孔隙度通過物探電測井測得。

4.3 含水面積F容積法計算地熱水資源量公式中，含水面積的精度對資源量的可靠性有決定性的影響，所以準確地圈定含水面積是資源量計算的關(guān)鍵。全縣行政區(qū)劃總面積2445km2，因熱儲層呈層狀分布，覆蓋全區(qū)，因此含水面積取2445km2。

本次計算結(jié)果是3000m深度范圍以內(nèi)對應(yīng)的地熱水資源量，這個深度是目前經(jīng)濟技術(shù)水平下能夠達到而且效果較好的勘查范圍。本區(qū)總的熱水資源量為3.3×1010m3，若扣除熱儲中不易開采的熱水量30%，肇州地區(qū)仍有資源量2.31×1010m3，顯示出肇州地區(qū)賦存極具開發(fā)遠景的地熱資源。

[1]關(guān)帥.大慶市肇州地區(qū)地熱資源潛力研究[J].大慶：東北石油大學(xué)，2012.