松遼盆地肇州地區地熱田的形成及資源量

劉玉

（黑龍江省第二水文地質工程地質勘察院，黑龍江 哈爾濱 150030）

松遼盆地是我國重要的含油氣盆地，盆地特殊的地質構造背景和二元結構特征，決定了松遼盆地不僅具有豐富的油氣資源，而且賦存具有開發遠景的地熱資源。肇州從構造上處于松遼盆地中央坳陷區東南部的朝陽溝階地二級構造帶，與著名的大慶長垣處于同一一級構造帶上，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造條件。

1 地熱田基本地質概況

在松遼盆地形成和發展歷程中，肇州地區形成了多套儲集層和封閉性良好的區域性蓋層，而其中的嫩江組、青山口組和泉頭組是本區主要的地熱資源目的儲層，其巖性以砂巖為主，這些熱儲層與區域性隔水層一起，構成本區多套熱儲組合。根據地熱地質、水文地質勘察，本區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：由青山口組區域性隔水層以下的泉三、四段砂體構成，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 地熱田地熱地質特征

該區地熱資源豐富與該區成礦地質背景有密切的關系。

2.1 地溫場特征：研究區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。本次工作區肇州一帶，地溫梯度在4～4.5℃/100m范圍內；1公里深度地溫在50～55℃范圍內。

2.2 巖性：本次勘查區周邊區域地層層序自上而下為：第四系、第三系、白堊系上統的明水組、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 構造：區內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－肇州大斷裂，并與它們伴生的小斷裂構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，據計算，現今地幔熱流值為50.05mW/m2，高地幔熱流量是本區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，能夠產生大量的熱能。本區大部分地區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，地球內部熱能向上傳遞過程中散失較少，也會導致本區地溫梯度較高。

2.6 地下水：研究區為地下水作用停滯區，其與盆地邊緣水或地表水基本處于隔絕狀態，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－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斷裂一起構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，決定著盆內熱儲組合的發育及分布。深大斷裂帶也是高地溫構造帶，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，這種高地熱現象是由于地幔或軟流圈上供，深源熱熔融物質沿深大斷裂上涌，將深部熱流直接帶至地殼上部和盆地內部所致。上述盆地地質構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地熱田的形成。

4 地熱田資源量預測

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，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）、有效孔隙度等地質參數，便可計算出地下熱水的地質儲量。

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。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；B-地熱水的體積系數，取1.02。

在本次計算中，我們查閱了肇州地區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深度范圍以內對應項目的平均值。按照規范要求，滲透率應不小于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系基礎上確定的。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鍵。全縣行政區劃總面積2445km2，因熱儲層呈層狀分布，覆蓋全區，因此含水面積取2445km2。

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

[1]關帥.大慶市肇州地區地熱資源潛力研究[J].大慶：東北石油大學，2012.