哈爾濱市東部地區地熱資源分布特征

魯守剛，李永利，霍 然，華曉陽，魯 華

（1.黑龍江省九○四水文地質工程地質勘察院，哈爾濱150027；2.地下水文學省級人才領軍梯隊，哈爾濱150027；3.中鐵資源集團公司，北京100008）

哈爾濱市東部地區地熱資源分布特征

魯守剛1，2，李永利1，2，霍 然1，華曉陽1，魯 華3

（1.黑龍江省九○四水文地質工程地質勘察院，哈爾濱150027；2.地下水文學省級人才領軍梯隊，哈爾濱150027；3.中鐵資源集團公司，北京100008）

文章基于地熱資源成礦條件加以分析，為素有“冰城”之稱哈爾濱市盡快擺脫依賴煤炭等傳統能源的束縛，在國際節能減排、倡導綠色能源新形勢下，促進地熱資源勘探開發利用。

哈爾濱東部；地熱資源；物探；地熱井

0 引 言

哈爾濱市東部地區主要包括阿什河流域的下游，即北起松花江岸、南到阿城基巖山區、東至賓西經濟開發區所轄的平原區。該區地勢低洼、平坦，東南臨張廣才嶺支脈丘陵，向西北為松嫩平原腹地，平原遼闊，河流縱橫，北有松花江自西向東流，阿什河貫穿南北注入松花江。從構造單元劃分上，該區位于賓縣～王府凹陷區內，區域性基底斷裂和蓋層斷裂較為發育，主要有松花江斷裂、阿什河斷裂、蜚克圖斷裂，是形成深部熱對流的有利通道；沉積地層以白堊系上統為主，主要包括姚家組和青山口組粉砂巖、泥巖，為地熱資源的保存提供隔熱保溫蓋層；下伏厚層泉頭組砂巖、砂礫巖，是熱流體良好的層狀熱儲空間；基底為華力西晚期花崗巖，在自然梯度增溫的基礎上疊加花崗巖中放射性元素衰變產生的熱能，提高地溫梯度，有效增加熱儲溫度，提供充足的熱源，且連續分布的花崗巖破碎帶促進了地表水的下滲和地下水徑流，為深部地下水提供充足的補給源。因此，該區具備地熱田形成所必備的四個基本條件，并通過地球物理勘探和地熱鉆探成果得以證實。

哈爾濱東部地區四季分明、冬長夏短，并有“冰城”之稱，冬季取暖依然依賴煤炭等傳統能源，在國際節能減排新形勢下，新能源的開發利用成為省會城市首要考慮的問題。［1－2］

1 地質背景

1.1 地形地貌

該區主要為堆積地形，地勢低平、開闊，地面標高117～196 m，微向東北傾斜；地貌主要為流水地貌和湖成地貌類型，詳見表1。

1.2 區域地質構造

1.2.1 大地構造特征

1）賓縣王府凹陷區

該凹陷呈北北東、南南西向展布，呈條帶狀，南西起于雙城，向北東方向止于阿城、賓縣，慣稱隆中凹陷。

哈爾濱市位于凹陷區中部，第四系厚度60～110 m，主要巖性為粉質黏土、砂、砂礫石等；下部白堊系嫩江組，巖性為泥巖及砂巖、泥砂巖、油頁巖組成，基底埋深500～3 200 m。凹陷內的蓋層構造都

具有大面積、大輻度、兩冀陡且不對稱的特點，這與水平擠壓作用有關，它們大多形成和定形于白堊紀末［3－4］。

表1 境內地貌分類表

2）青山口背斜帶

背斜呈北東、南西向弧形帶狀展布，背斜的南南西端傾沒于第四系下，巖性主要為粉質黏土及砂、砂礫石，厚15～50 m。

下部白堊系由姚家組（Ky）、青山口組（Kqs）、泉頭組（Kq）泥巖、砂巖、砂礫巖組成。向北北東仰起并在阿城區南東出露地表。斷裂比較發育呈北東和北西向的兩組交叉斷裂，多布于背斜的陡翼及鞍部。強烈的構造運動使石炭紀以來地層褶皺變質，并有大量巖漿巖沿背斜軸部侵入［5－6］。

1.2.2 深部構造及莫霍面埋深

該區所處的深部二級構造單元為東部隆起區，松嫩幔隆區的東部。莫霍面的埋深相對較淺區，小于33 km，導致該區地溫梯度相對越大［7］。

1.2.3 主要深斷裂

區內主要斷裂構造發育情況如圖1所示。

圖1 哈爾濱東部活動性斷裂分布圖

1）松花江北斷裂

該斷裂走向北東60°，沿松花江一級階地后緣延伸至運糧河，傾向北西，傾角＞70°。沿斷裂方向有帶狀積水洼地、沼澤分布，南盤溝谷、河流有明顯的牽引現象。據航磁重力資料推測斷裂深至20 km以下［8］。

2）阿什河斷裂

阿什河斷裂向北沿阿什河沿呼蘭區內，南到阿城區小嶺鎮東南，全長117 km，寬度0.1～0.8 km，走向NW30°～50°，沿阿什河河谷展布，傾向NE60°～40°，傾角80°～90°。

磁異常較為明顯，為基地斷裂，切穿了白堊系基巖并切割了燕山中期的花崗閃長巖、印支晚期的花崗巖，垂向延伸至康氏面。該斷裂在第四紀以來的仍在活動：西盤下降，東盤抬升，平均垂直運動速率約為0.077 mm／a，水平走滑運動速率為10～15 mm／a。

3）蜚克圖斷裂

該斷裂北起巨源鎮，南至蜚克圖鎮一帶，全長約40 km，寬度約為0.8 km。沿蜚克圖河河谷展布，走向NW20°～35°，傾向NE70°～55°，傾角為80°～90°。

蜚克圖斷裂為基底張扭性走滑深斷裂，為活動性斷裂，第四紀以來活動較為明顯，但其活動性弱，對地殼穩定性影響不大［9－11］。

1.3 地層

該區第四系廣泛覆蓋，無基巖出露，基巖分布情況詳見圖2。自上而下包括：第四系、白堊系上統姚家組、青山口組、泉頭組、下統登婁庫組，基底為石炭—二疊系變質巖或花崗巖，白堊系上統嫩江組缺失［12］。

圖2 哈爾濱市基巖地質圖

1.4 侵入巖

研究區內無出露，本區基底巖性大部分地區為華力西期和燕山期花崗巖。

2 地熱地質條件分析

地熱資源形成主要取決于該區的水文地質條件和地溫梯度，結合地質情況，概括出該區成熱四大因素：熱源、蓋層、儲熱層和構造通道。

2.1 熱源

該區莫霍面埋深相對較淺，非常有利于地幔熱流的上涌，地溫梯度相對越大，地下一定深度地溫相對較高；另外，基底分布的花崗巖產熱率相對較高，其成分組成中含有多種放射性同位素，其衰變產生大量熱量，這是地熱形成的另一熱源［13］。

2.2 儲熱層

根據鉆孔揭露情況分析，該區熱儲主要為白堊系上統泉頭組、白堊系下統登婁庫組和基底花崗巖破碎帶。

2.2.1 白堊系上統泉頭組

上部砂巖、砂礫巖較為發育，下部泥巖較為發育，上覆青山口組泥巖，地層厚度696 m，熱儲厚度28 m，滲透率2.6～6.8 md，孔隙度為12.0%～15.0%。

2.2.2 白堊系下統登婁庫組

頂部砂質泥巖與砂巖互層，夾砂礫巖，上部砂質泥巖與塊狀細砂巖互層，下部泥巖與厚層砂巖互層，底部為雜色礫巖。

2.2.3 花崗巖風化破碎帶

埋深大、溫度高、富水性強，是該區主要熱儲層。基底花崗巖破碎帶廣泛分布，向東部山區延伸，并于賓縣張廣才嶺低山區出露，風化破碎，利于地表水下滲和地下水徑流，是形成該區水量高產的主要原因［14］。

2.3 蓋層

該區第四系沉積厚度≤16 m，且呈二元結構，上部為粉質黏土、下部為砂、砂礫石；下伏白堊系上統姚家組和青山口組泥巖，累計厚度不足350m，表明蓋層不甚發育；另外，該區蓋層斷裂較為發育，共同導致了該區地溫梯度相對較低，這是決定該區熱儲溫度和井口出水溫度均較低的主要因素。

2.4 熱流體通道

該區深層地下水的補給源頭位于東側和東南的低山丘陵區，該區地表水沿花崗巖風化破碎帶下滲，通過連續分布的花崗巖風化破碎帶和導水通道（阿什河斷裂、蜚克圖斷裂等張性斷裂）徑流，向北被松花江北斷裂阻隔，地下水在基底相對低洼處和斷裂導通的砂巖發育地帶聚集。

阿什河斷裂和蜚克圖斷裂均為基底斷裂，深大斷裂的發育為深部熱量的上涌提供有利通道。

綜上所述，該區具備地下發育所需要的熱能源儲控帶的條件，但由于蓋層條件影響，且地下水動力作用較強，綜合評定為低溫高產地熱田。

3 地球物理勘探成果

為初步查明該區熱儲分布情況，采用可控源音頻大地電磁測深方法，剖面長度約2.2 km，電性剖面如圖3所示，對物探剖面電阻率進行反演，得出以下幾條結論：

1）剖面線0.4～1.0 km處有斷裂跡象。

2）斷裂處基底埋深較大，約1 500 m以下可鉆遇花崗巖。

3）斷裂兩側均為花崗巖，埋深在600 m左右，熱儲厚度較小。

4）斷裂帶上部泥巖不甚發育。

因此，根據物探資料，剖面勘探線0.7 km處布設鉆孔，開展地熱鉆探。

圖3 垂直阿什河物探剖面線電阻率曲線圖

4 地熱鉆探驗證

4.1 黑龍江天泰公司地熱1井

2011年，根據物探解譯成果，確定孔位，開展地熱鉆探，鉆孔深度1 665 m，白堊系登婁庫組未揭穿。揭露地層如圖4所示。

圖4 哈爾濱東部地區地層柱狀圖

洗井結束后，地熱井出現自流；經抽水試驗觀測，降深達到112.27 m時，單井涌水量達42.47 m3／h，井口溫度32℃。

4.2 東方紅農場地熱1井

2011年開展地熱鉆探施工，孔深1 785 m，單井水量30 m3／h，井口溫度37.2℃。

4.3 白魚泡地熱1井

2013年開展地熱鉆探施工，孔深2 000.22 m，單井水量5.47 m3／h，井口溫度43℃。

5 結 論

根據地質背景推斷哈爾濱市東部地區具備地熱資源的形成條件，地熱資源較豐富，地熱田類型為Ⅱ－3型低溫高產地熱田。這一結論通過開展地球物理勘探和地熱鉆探進一步證實，熱儲層主要分布在700 m以下，巖性以白堊系泉頭組、登婁庫組砂巖、砂礫巖以及基底花崗巖破碎帶為主要熱儲層，并有導水構造發育，地熱井鉆探深度1 600～2 000 m。自南向北逐漸進入松嫩平原腹地，地溫梯度逐漸增大，井底溫度增加，出口溫度升高，但由于地層巖性顆粒逐漸減小，滲透系數和孔隙度均相對減小，導致出水量減小。

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P314

B

2014－10－31

魯守剛（1965－），男，吉林臨江人，高級工程師，現為地下水文學省級人才領軍梯隊人員，從事水文地質和環境地質研究工作；李永利（1982－），男，山東濟寧人，工程師，現為地下水文學省級人才領軍梯隊人員，從事水文地質和環境地質研究工作；霍然（1988－），女，吉林臨江人，助理工程師，從事水文地質和環境地質研究工作；華曉陽（1991－），女，吉林通榆人，技術員，從事水文地質和環境地質研究工作；魯華（1989－），男，黑龍江雙城人，助理工程師，從事地質技術管理工作。

1007－7596（2015）06－0033－04