吉林省水熱型地熱資源勘查評價綜述

高 鶴，何雙鳳，滿曉兵

吉林省水文地質調(diào)查所，吉林 長春 130103

0 引言

與其他礦產(chǎn)資源及其他可再生能源相比，地熱資源在開發(fā)利用方面具有明顯的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢，開發(fā)利用地熱資源對節(jié)能減排具有非常積極的意義。本文概括性闡述了伊通—舒蘭斷陷盆地、松遼盆地等地熱田的地熱地質條件、埋藏條件和地熱流體的水溫、水量等，并對地熱田進行初步評價，為之后的深層地熱資源開發(fā)利用給出可行性建議。

1 吉林省地熱資源的分布概況

1.1 隆起山地型地熱資源

主要以現(xiàn)代火山型和斷裂構造型為主[1]，其中火山型主要分布在長白山天池瀑布北側熱儲帶與西坡梯子河熱儲帶，溫泉自流溫度60～78 ℃，天然流量為578～6 300 m3/d,折合熱能137 MW;斷裂構造型主要包括撫松仙人橋大營溫泉、長白十八道溝溫泉和臨江花山老三隊溫泉群。地熱流體溫度33～60 ℃，地熱流體可開采量約2 657 m3/d。目前撫松大營、長白十八道溝、臨江老三隊溫泉已部分開發(fā)利用外，長白山天池及周邊溫泉由于處在長白山自然保護區(qū)內(nèi)暫未開發(fā)利用。部分地熱溫泉呈自然流淌狀態(tài)，整體綜合開發(fā)利用程度還有待提高，是具有開發(fā)利用潛力的區(qū)帶。

1.2 沉積盆地型地熱資源

1.2.1 伊通—舒蘭斷陷盆地

面積1 987.8 km2，是吉林省主要地熱異常區(qū)和開發(fā)利用先導區(qū)。新近系和古近系沉積物隆起區(qū)厚度為1 350 m，凹陷區(qū)最厚達4 600余米。熱儲層為古近系砂巖、砂礫巖等碎屑沉積物，埋藏深度從目前勘探資料和開發(fā)利用的經(jīng)濟角度來看，一般為1 100～2 500 m。地熱流體出口溫度為40～73.8 ℃。單井產(chǎn)水量500～1 200 m3/d。

伊舒盆地內(nèi)地熱資源估算結果：全區(qū)地熱流體儲存量為7.35×1010m3，折合標準煤3.25×109t；地熱資源可開采量1.60×1016kJ，折合標準煤5.48×108t；地熱流體可開采量3.68×107m3/a，地熱流體可開采熱量9.26×1012kJ/a，折合標準煤3.21×105t/a。如果在回灌條件下(回灌率30%)，地熱流體允許開采量達6.24×108m3/a，地熱流體可開采熱量1.56×1014kJ/a，折合標準煤達5.31×106t/a。熱能為5 089 MW,屬于大型地熱田。

1.2.2 松遼盆地

熱儲層分布面積約36 900 km2。盆地內(nèi)有較厚的白堊紀湖相碎屑巖沉積，最大厚度可達5 000余米。熱儲層埋藏深度800～2 000 m，熱儲溫度52～70 ℃之間，地熱流體出口溫度50～61 ℃，單井地熱流體產(chǎn)量200～768 m3/d。

松遼盆地估算地熱流體儲存量27 973×107m3,地熱資源可開采量4 834×1013kJ，折合標準煤16 435×105t；地熱流體可開采量13 986×104m3/a,折合標準煤92.45×104t/a[2]，也屬大型地熱田。

2 吉林省地熱資源勘查項目成果

2.1 吉林省地質勘查基金項目

吉林省水文地質調(diào)查所2010年至2017年期間，共承擔吉林省地質勘查基金地熱資源找礦項目8個，累計完成勘查投資1.21億元，提交和發(fā)現(xiàn)地熱田礦產(chǎn)地5處。主要勘查成果如下(見表1)。

表1 吉林省地質勘查基金地熱項目統(tǒng)計表

2.1.1 伊舒斷陷盆地(樺皮廠—九站段)地熱資源普查

該區(qū)位于伊舒盆地波太凹陷與孤店斜坡過渡地段，屬于吉林省地勘基金與吉林市昌邑區(qū)政府合作勘查，項目投資3 766萬元。施工地熱勘探井6眼，鉆探工作量13 255 m。熱儲層埋深1 378～1 903 m，熱儲層累計厚度126～233 m，熱儲層平均厚度2.90～4.10 m，單層最大厚度78.80 m。熱儲層數(shù)16～38層，熱儲層巖性為古近系漸新統(tǒng)萬昌組、永吉組砂巖砂礫巖，單井產(chǎn)水量278～560 m3/d，地熱流體出口溫度44～72.6 ℃。在30 km2范圍內(nèi)，2015年12月審批地熱資源可開采量14 949 m3/d，熱能為65.74 MW，屬于大型地熱田。

2.1.2 伊舒斷陷盆地(飲馬河—岔路河段、岔路河—太平段)地熱資源普查

此二個項目位于伊舒盆地的岔路河斷陷,2015年11月及2017年3月完成CLH01井、昌熱002地熱勘探井施工，井深度2 500～3 000 m，熱儲層埋深1 715～2 381 m，熱儲層累計厚度105.50～120 m，單層最大厚度12.0 m。熱儲層數(shù)29～33層，熱儲層巖性為古近系萬昌組和永吉組砂巖、砂礫巖。地熱流體單井產(chǎn)量達1 094～1 135 m3/d,地熱流體出口溫度53～60.8 ℃[3]。地熱勘探效果良好，目前已批準在上述區(qū)域，增加地熱勘探井二眼，進一步擴大勘探成果(1)吉林省水文地質調(diào)查所.吉林省伊舒斷陷盆地(飲馬河—岔路河段)地熱資源普查[R].長春：吉林省水文地質調(diào)查所，2019.(2)吉林省水文地質調(diào)查所.吉林省伊舒斷陷盆地(岔路河—太平段)地熱資源普查[R].長春：吉林省水文地質調(diào)查所，2019.。

2.1.3 敦化地熱資源普查

該區(qū)地處敦密斷裂帶內(nèi)，2017年施工地熱勘探井一口，深度2 011 m，依據(jù)測井與錄井資料，頂部新近系玄武巖厚度370 m，主要熱儲層為新近系與古近系土門子組、琿春組砂巖，熱儲層埋深828～1 784 m，熱儲層累計厚度272 m，單層最大厚度43.10 m，單井產(chǎn)水量283 m3/d，地熱流體出口溫度49.2 ℃。另外在區(qū)外東北段雁鳴湖施工的ZK1地熱井，產(chǎn)水量720 m3/d,地熱流體出口溫度50 ℃。通過上述勘探工作，取得了該區(qū)域地熱勘查找礦的較大突破(3)吉林省水文地質調(diào)查所.吉林省敦化地區(qū)地熱資源普查[R].長春：吉林省水文地質調(diào)查所，2018.。

2.1.4 松原城區(qū)地熱資源普查

工作區(qū)地處松遼盆地中心沉降帶與東南隆起帶的過渡地帶，2017年6月施工了豐熱1號地熱勘探井，深度2 010 m，主要熱儲層埋深802～1 856 m，熱儲層厚度157 m，熱儲層巖性為白堊系泉頭組三段—二段砂巖，單井產(chǎn)水量765 m3/d, 地熱流體出口溫度52 ℃。在松原地區(qū)首次勘探出水量之大、溫度之高的地熱井，并受到松原市政府和吉林省國土資源廳領導的贊譽。目前該項目已批準增加勘探工作量，進一步擴大勘探成果。

2.2 社會資金地熱資源勘查項目

2011年至2016年期間，吉林省水文地質調(diào)查所為促進地方經(jīng)濟建設，加快服務業(yè)發(fā)展，為地方企業(yè)開展了從探礦權立項、掛牌出讓、探礦權申報、勘查施工、探礦權轉采礦權等一條龍服務業(yè)務。陸續(xù)承擔和勘查了長春市雙陽區(qū)奢嶺、吉林市圣德泉、長春市雙陽區(qū)小龍廟、吉林市永吉縣萬昌孤家子村、公主嶺市范家屯新凱河等5個地熱資源勘查項目，所施工的地熱勘探井全部出熱水，單井產(chǎn)水量435～1 200 m3/d，已提交大型地熱田礦產(chǎn)地2處，小型1處。尤其在吉林省白堊系地熱資源找礦中實現(xiàn)重大突破，取得了良好的地熱找礦效果(見表2)。

表2 社會資金勘查項目統(tǒng)計表

2.2.1 長春市雙陽區(qū)奢嶺地熱田地熱資源詳查

本項目地處伊舒盆地岔路河斷陷西南部，勘查面積59.38 km2。全部由企業(yè)投資6 590萬元，陸續(xù)施工地熱井13眼，總計鉆探進尺30 210 m。熱儲層巖性為古近系萬昌組和永吉組砂巖、砂礫巖，熱儲層埋深1 047～2 542 m，熱儲層累計厚度101～643 m，熱儲層數(shù)33～38層，單層最大厚度29.8 m，砂厚比24.87%～44.99%。地熱流體出口溫度53～70 ℃，平均溫度為58.9 ℃。單井產(chǎn)水量840～1 200 m3/d，單位產(chǎn)水量7.66～16.25 m3/d·m，屬于較適宜開采區(qū)。熱能規(guī)模59.90 MW，屬于大型地熱田?？辈槌晒麍蟾?015年12月通過吉林省礦產(chǎn)資源儲量評審中心審批，地熱資源年可開采量494.41×104m3，日可開采資源量1.35×104m3。地熱流體水化學類型為重碳酸鈉型水，屬于低礦化、氟、偏硅酸理療型熱礦水。此項目2016年9月榮獲吉林省人民政府地質勘查成果二等獎。目前已建成國信南山五星級溫泉酒店，用于地熱供暖、理療、溫泉洗浴、農(nóng)業(yè)溫室和觀光旅游等。帶動了長春市雙陽區(qū)地方經(jīng)濟發(fā)展。

2.2.2 吉林圣德泉地熱田地熱資源詳查

該項目地處伊舒盆地的孤店斜坡與波太凹陷過渡地段，在49.97 km2探礦權范圍內(nèi)，陸續(xù)施工地熱勘探井8眼，總計鉆探工作量23 121 m。熱儲層巖性為古近系萬昌組砂礫巖，熱儲層埋深1 033～1 426 m，熱儲層厚度205～508 m,砂厚比23.3%～80.27%，單層最大厚度47.4 m。地熱流體出口溫度43～62 ℃，單井產(chǎn)水量960～1 200 m3/d，單位產(chǎn)水量23.9～71.28 m3/d·m，屬于適宜—較適宜開采區(qū)。熱能規(guī)模28 MW,為中型地熱田。地熱流體水化學類型為重碳酸鈉型水，屬于中等—低礦化、氟、偏硅酸理療型熱礦水。2013年9月勘查成果通過吉林省礦產(chǎn)資源儲量評審中心審批，年可采資源儲量744.16×104m3，日可采資源量2.12×104m3。目前已建成四星級度假村，集地熱供暖、理療、溫泉洗浴、農(nóng)業(yè)溫室為一體的觀光旅游園區(qū)。

2.2.3 公主嶺市范家屯新凱河地熱資源詳查

2013年至2016年先后施工地熱勘探井6眼，地熱流體出口溫度36～59 ℃，單井產(chǎn)水量458～1 248 m3/d。水化學類型為重碳酸鈉型水，氟離子質量濃度3.7～3.78 mg/L，偏硅酸質量濃度25.77～38.09 mg/L。上述勘查初步結果，使吉林省松遼凹陷東南隆起區(qū)白堊系地熱找礦取得重大進展。此項目引起了公主嶺市政府的高度重視，為公主嶺市推進服務業(yè)發(fā)展提供了新的增長點。

2.2.4 永吉縣萬昌鎮(zhèn)孤家子村、長春市雙陽區(qū)小龍廟地熱資源詳查

截止2017年3月已施工完成四眼地熱井，地熱流體出口溫度45.7～61 ℃，單井產(chǎn)水量624～1 080 m3/d。水化學類型為重碳酸鈉型水，屬于氟、偏硅酸理療型熱礦水。目前勘查工作仍在進行中。

3 勘查工作研究重點與注意的問題

(1)加強古地理環(huán)境、物源條件的研究：通過吉林圣德泉、樺皮廠—九站、岔路河—太平、永吉萬昌玉湯泉、雙陽區(qū)奢嶺和雙陽區(qū)小龍廟等地熱田勘查工作的初步總結，伊舒斷陷盆地分布有14個二級構造單元，其中孤店斜坡帶、靠山、大南及岔路河斷陷內(nèi)的新安、波太四個凹陷都與盆地古地理沉積環(huán)境有關，由于靠近西北緣斷裂區(qū)域，古近系碎屑巖沉積厚度大，顆粒粗，滲透性和孔隙度較高，屬于砂巖層狀熱儲，具有多層熱儲結構(見圖1)。因此，在充分分析油田地震資料的基礎上，重點開展物源條件和熱儲結構研究，尋找和確定古砂巖體沉積范圍、結構及厚度，以此確定勘探井位置，將起到至關重要作用。

圖1 伊舒斷陷盆地區(qū)域構造圖(底圖據(jù)[4])Fig.1 Regional structural map of Yishu Fault Basin(base map according to [4])

(2)根據(jù)公主嶺市范家屯新凱河、松原城區(qū)等白堊系地熱勘查中的初步成果，結合物探可控源勘查成果和地震資料，應進行深部古沉積環(huán)境研究，了解和確定物源范圍、厚度，在此基礎上依據(jù)物探和地震解釋的斷裂構造，尋找層狀控水、構造富水的復合型地熱資源，確定地熱井勘探靶區(qū)，提高地熱井勘探成功率。

(3)在鉆探工藝方面，伊舒盆地由于地層屬于半膠結巖類，泥質巖類塑性較大，在鉆探施工中需保持設備的良好性能，選擇適合與區(qū)內(nèi)地層的泥漿配比，提高和加快鉆探效率，單井鉆井周期控制在一個月左右(包括固井和測井)。選擇射孔成井工藝，為后續(xù)開采過程預留備用射孔層位；在中生代白堊紀地層，由于熱儲層膠結程度較好，滲透率和孔隙度沒有古近系地層高，熱儲層位不宜進行固井作業(yè)，采用濾水管與射孔復合成井優(yōu)于射孔工藝，同時進行泥漿破壁、加強洗井作業(yè)對提高地熱井產(chǎn)水量起著至關重要的作用。

4 地熱資源找礦工作的建議

4.1 伊舒斷陷盆地地熱資源勘查

根據(jù)吉林省長吉一體化建設的總體構想，推動加快服務業(yè)發(fā)展，在前期地方財政和企業(yè)投資勘查的基礎上，結合地方經(jīng)濟發(fā)展需求，地方財政繼續(xù)給予資金支持，選定近期優(yōu)先勘查區(qū)域，加快推進地熱資源普查工作[5]。

(1)樺皮廠—孤店段地熱地熱資源普查區(qū)，對樺皮廠附近已達詳查精度的30 km2，劃出坐標范圍進行評估轉讓；保留現(xiàn)有探礦權面積，對勘查精度不足的區(qū)域，繼續(xù)由財政給予支持，進一步擴大地熱勘查成果。

(2)萬昌—太平段、大南—齊家和伊通等地熱資源普查區(qū)，面積占伊舒盆地總面積的70%，目前在岔路河、萬昌、雙陽奢嶺等勘探研究程度較高，并已投入商業(yè)運行；其他地段勘探程度較低，建議財政給予必要的支持并承擔部分風險，經(jīng)施工后效果好的地熱井實行單井評估轉讓，收回勘探投資，逐步走向滾動式勘查。

4.2 松遼盆地地熱資源普查

建議由政府投資，選擇經(jīng)濟條件較好的城市、縣鎮(zhèn)周邊和旅游開發(fā)區(qū)等，尋找層狀含水、斷裂構造富水的復合型熱儲。對經(jīng)勘查后地熱資源條件具備開發(fā)利用的區(qū)塊(地熱井)，采取探礦權出讓的方式轉入商業(yè)開發(fā)，建立地熱資源開發(fā)利用示范區(qū)。逐步推動地方服務業(yè)發(fā)展和松遼盆地地熱資源勘查開發(fā)工作。

4.3 東部山區(qū)地熱資源調(diào)查

加強新生代以來的地質構造和地熱成因類型的研究，重點開展構造型帶狀熱儲調(diào)查，選擇龍崗火山群、敦化火山群、長白山周邊和已有的地熱(泉)出露點外圍等重點地區(qū)，建議首先由政府投資，開展地表熱異常調(diào)查工作，根據(jù)調(diào)查成果投入必要的地球物理勘查工作。除尋找深部埋藏型熱儲采用可控源方法外，對于淺部構造型帶狀熱儲，根據(jù)國內(nèi)大量的勘查經(jīng)驗，一般選用常規(guī)物探方法，如電測深、聯(lián)合剖面、放射性等，圈定地表熱異常范圍，經(jīng)專家論證后，再實施鉆探驗證，避免盲目施工造成資金浪費。對具有開發(fā)利用條件的區(qū)塊(地熱井)，以礦權出讓方式轉入商業(yè)開發(fā)。