遼寧省新民市大民屯地區地熱資源前景分析

丁志剛

(遼寧省地質礦產研究院，遼寧 沈陽 110032)

1 區域地質背景

研究區大地構造位置處于中朝準地臺(Ⅰ)、華北斷坳(Ⅱ)、下遼河斷陷(Ⅲ)、遼河斷凹(Ⅳ)的中北部，屬大民屯新生代盆地地熱成礦區下遼河斷陷是在華北地臺基礎上形成的中、新生代坳陷，位于華北地臺的東北隅，是遼冀臺向斜的一部分，其東側是遼東臺背斜，西接燕山臺褶帶，北靠內蒙地軸東緣，南臨遼東灣。大致呈北東向展布。

1.1 地形地貌

研究區地貌類型由山前傾斜平原和沖積平原組成。山前傾斜平原海拔高程30～35m左右，坡降0.5‰～0.7‰。河流沖積平原，絕對高程低于25～30m，溪渠成網，且多積水，形成團結湖水庫。山前傾斜平原和沖積平原地勢平坦，地形東高西低。

1.2 地層和巖石

大民屯斷陷基底是太古界及下元古界的一套復雜變質巖系組成，蓋層主要由中上元古界、古生界、中生界和新生界沉積層組成[1]。

中上元古界、下古生界自下而上有長城系、薊縣系、青白口系、寒武系和奧陶系，總厚度達6000余m。研究區普遍缺失晚奧陶統、下古生界志留系、泥盆系以及上古生界下石炭統沉積。中生界僅在山間洼地有充填式沉積巖性以砂礫巖、砂巖、泥巖、中酸性火山巖為主。

新生界為一套陸相碎屑沉積，從始新統至漸新統以湖相沉積為主，主要為暗色泥巖及碳質泥巖與砂巖互層(是此次工作研究的主要目的層)。分述如下：

房身泡組：主要為一套灰黑、灰綠色玄武巖與棕紅、紫紅色泥巖，部分玄武巖蝕變較嚴重。

沙河街組四段：受區域構造西北高、東南低的影響，此段地層自西北向東南逐漸變厚，而且厚度變化大。巖性為淺、灰白色砂礫巖，含砂礫巖、砂巖與灰褐色泥巖。

沙河街組沙三段：是整個大民屯凹陷最為發育的一套地層。其厚度大到占第三系地層總厚度的三分之一以上。巖性為砂巖與泥巖互層、泥巖、暗色灰巖夾碳質泥巖與淺灰色砂巖。厚度1000～1400m。

沙河街組一段：巖性組合為砂泥巖互層，地層厚度400～600m。

東營組：地層厚度在300～400m之間，巖性組合為砂泥巖互層?？傮w上砂層厚度大于泥巖厚度，砂層粒度較粗，多為砂礫巖，含砂礫巖。泥巖質不純，普遍含砂，顏色為綠、灰、棕紅色。此組地層與下伏的沙一段呈假整合接觸。

上第三系及第四系：由于此段地層厚度較薄，在200～250 m之間，所以大民屯地區的石油探井均沒將上第三系頂界與第四系底界劃分出來。巖性以礫石層、砂礫層為主，夾少量雜色黏土層。上第三系底界與下伏的東營組地層呈角度不整合接觸。

第四系巖性為粉砂夾黏土、含泥礫石與砂礫石互層。

1.3 地質構造

遼河斷陷屬于華北地臺北部的一部分，介于各個構造性質不同的大地構造單元之間，東臨遼東隆起區，西接燕山-遼西褶皺帶，北達內蒙地軸東段與松遼盆地相隔，南部傾入遼東灣與渤海盆地相連?？蓜澐譃榱鶄€二級構造帶，每個構造帶又可分為數個三級構造單元。二級構造單元自西至東為西部凸起帶、西部凹陷帶、中央凸起帶、東部凹陷帶、東部凸起帶、大民屯凹陷帶。遼河斷陷中生代以前的構造運動以地臺型穩定的整體升降為主，中生代后期，構造運動比較活躍，老的格局開始解體，構造線方向由近東西向轉為北東向，初步形成了凹凸相間的基本構造格局。新生代早期則經歷了以箕狀斷陷為特征的斷陷活動，晚期斷陷活動趨于消失。從中晚元古代至新生代大體經歷了四個不同運動形式的發展階段。

1.3.1 中晚元古代至古生代區域穩定沉降階段

在太古界及下元古界變質巖系基底之上，沉積了一套主要由碳酸鹽巖組成的中上元古界地層。元古代末期地臺整體上隆，經歷了較長時間的侵蝕，至早寒武世中期，研究區又開始下降，沉積了厚度、巖性均較穩定的碳酸鹽巖夾泥頁巖。中奧陶末期的加里東運動使研究區抬升，缺失志留系和泥盆系沉積，到中石炭世又開始下降，接受了石炭至二疊紀海陸交互相沉積，二疊紀末的海西運動使該區又整體抬升，導致區內部分地區缺失三疊系。本階段構造運動最主要的特點是表現為區域升降。

1.3.2 中生代隆起褶皺階段

該階段為印支和燕山構造期，由早期的穩定區轉化為活動區，構造活動強烈，主要表現為褶皺、斷裂和巖漿活動。研究區在早中白堊世已經產生一個北東向地殼隆起帶，地層時代由軸部向冀部逐次變新。在褶皺的同時，發育了一系列的北東、北西向斷層，由于北西向斷裂的分割，一些末陷落的斷塊將凹陷分隔開來，成為短地塹斷續相連。構成了白堊系盆地沿隆起兩側串珠狀分布的格局。伴隨斷裂活動有強烈的火山活動，隆起階段的凹陷多為山間盆地，形成陸相碎屑含煤建造。局部有淺水湖盆發育。

1.3.3 早第三紀斷裂凹陷發育階段

新生代喜山運動表現為強烈的斷塊升降運動。早第三紀開始，古新世基本上繼承了燕山運動末期的構造面貌，從始新世晚期開始，構造運動進入了一個新的發展階段，在中生代網格狀斷裂的基礎上，又產生了一系列張性正斷裂，將地殼切成更破碎的地塊，如營口-佟二堡斷裂、臺安-大洼斷裂的活動將原來分割的短小凹陷逐漸變成連通的狹長凹陷，且由淺變深。如西部凹陷、東部凹陷、大民屯凹陷，各凹陷內均沉積了巨厚的早第三系湖、河相碎屑巖，并伴有多期的火山噴發。在斷裂帶附近的近物源區，發育了以扇三角洲為代表的砂巖體，曙光、大民屯等山頭被掩埋，形成了“古潛山”。

1.3.4 晚第三紀-第四紀區域凹陷階段

在早第三紀時由于地下能量大量釋放，巖漿大量噴溢，沉積蓋層厚度不斷增加，使地球內部物質達到暫時平衡，在原來的沉陷帶內巖漿活動、斷裂活動處于一個穩定狀態。遼河盆地為一個較寬闊的凹陷，火山巖噴發僅局限于大平房部分地區，現代地震位于盆地的東側等現象，都說明了裂谷活動并沒有停止，而是以另一種形式，緩慢的速度繼續發展。

晚第三紀時，盆地整體凹陷，凹陷較平坦，凹陷沉降中心由北向南轉移，盆地范圍擴大，沉積物超覆于第三系之上，巖性比較單一，平面分布穩定，巖性為厚層狀砂礫巖和砂泥巖互層。第四紀時，沉降范圍進一步擴大，盆地內主要沉積物為松散堆積物。

大民屯凹陷位于遼河斷陷盆地的東北端，軸向北東，長約50km斷陷，凹陷內斷裂發育，地質情況比較復雜。整個凹陷被老邊-前當堡、三臺子-東勝堡、邊臺-韓三家子三條北東向基底斷層四分(歸屬于郯廬斷裂西支，巖石圈斷裂)。東為曹臺-老邊斷層，中為法哈牛-東勝堡斷層，西為大民屯-前當堡斷裂，組成大民屯-前當堡、靜安堡-東勝堡、法哈牛-韓三家子隆起帶和網戶屯斜坡帶及三臺子、東勝堡洼陷。凹陷基底的主體為太古界。北部有元古界，西側和南部為中生界。基底斷層發育，斷層和基底的起伏對古潛山與上覆地層構造起到了重要的控制作用。

1.4 水文地質條件

研究區地表第四系含水層類型為松散堆積層孔隙水，分布比較穩定，具有供水意義的孔隙潛水(Q3-4)，水量豐富，單井涌水量1000～5000t/d。中下更新統水量中等，含水層不穩定，單井涌水量50～1600t/d。第三系為研究區主要熱儲含水層，含水類型為碎屑巖孔隙裂隙層間水，單井涌水量26～700t/d。下伏地層為中生界侏羅系，水量較小，單井涌水量10～400t/d[2]。

2 地熱地質條件

研究區所處構造位置為下遼河斷陷，為地幔隆起帶，為新生代斷陷盆地。第三系沙河街組及東營組由多套砂泥互層沉積旋回組成，其中沙河街組沉積厚度大，沉積旋回多，其中砂層，泥層具有可分別作為熱儲及蓋層的條件，上第三系大民屯前當堡斷裂可以作為普查區地熱田的控熱導水構造，地溫梯度2.81℃/100m～2.99℃/100m，平均2.9℃/100m。下第三系水層封閉性好，具有形成地熱田的條件，地熱梯度2.35℃/100m～4.12℃/100m,平均地溫梯度3.18℃/100m。區內東營組含水層發育但由于埋深淺，水溫一般低于30℃，沙一段含水層埋深在1000～1150m，沙一段上部西部比東部發育，沙一段下部東部比西部發育，水溫30℃～45℃，沙三段含水層埋深在2050～2500m，分為上下兩個含水層段，下段為前當堡地區主力油氣層段，水溫在60℃～80℃，含水段由西北向東南方向減薄[2]。由上可知區內地熱的鉆探開發難度不高，在經濟、技術條件上可行。

3 結論

大民屯凹陷熱儲層主要為下第三系沙河街組、東營組碎屑巖(砂巖、砂礫巖及泥質砂巖)，蓋層為上第三系館陶組、明化鎮組。地溫梯度一般2.35℃/100m～4.12℃/100m，前當堡地段地溫異常表現明顯，據沈169號井測溫資料，下第三系東營組800m井深地溫為34.3℃；沙一段1300m井深地溫52.4℃，3400m井深地溫達130.9℃。在沙四段泥巖與房身泡組火山巖界面處地溫梯度突增至6℃/100m。砂巖孔隙度為18%～30%，滲透率1～2825×10-3μm2，單井涌水量達1000m3/d以上[4]。

因此，在該地區施工地熱井2000m以內即可獲得很好的地熱資源，勘查前景十分看好。

[1] 遼寧省地質礦產勘查局. 遼寧省區域地質志[M].北京：地質出版社，1989.

[2] 遼寧省化工地質勘查院.下遼河西部凹陷天然堿普查報告[R].2005.

[3] 遼寧省地質礦產勘查局.遼寧省地熱資源調查評價報告[R].2007.