黑龙江省牡丹江地区镜泊盆地热资源评价

王照宇 黄辰旭

黑龙江省第一地质勘察院 牡丹江 157011

黑龙江省牡丹江地区镜泊盆地热资源评价

王照宇 黄辰旭

黑龙江省第一地质勘察院 牡丹江 157011

镜泊盆地有敦密断裂和牡丹江断裂通过，为地热形成创造了有力条件，但以往只是停留在理论上的预测。2009年在黑龙江省东南部镜泊盆地内首次成功打出一眼地热井，填补了该区找地热资源的空白，为今后在该区寻找地热资源提供了可靠的依据，通过与现有已知地热井情况的对比，可在相似地质条件地区进行寻找地热资源。

牡丹江；镜泊盆地；地热；敦密断裂；牡丹江断裂

地热资源作为一种清洁能源，若实现地热能的规模化开发利用，将带来较大的环境效益，对构建资源节约型社会和环境友好型社会、保障国家能源安全、改善牡丹江镜泊湖地区现有能源结构、为实现我省中长期发展规划中减少CO2排放量40%的节能减排任务有巨大推动作用，具有重要的现实意义。2008～2009年度，黑龙江省第一地质勘察院在宁安市镜泊盆地开展了地热普查工作，选择地质、构造条件有利，热封闭条件好的地点进行了地热井钻探验证，施工了镜泊湖地热1号井（井深1579.4m，井口出水温度48℃，单井出水量1000m3/d）。

一、地质概况

1.地层

区域上出露的地层主要有：上元古界张广才岭群新兴组（Pt3x）、古生界泥盆系上统歪鼻子组（D3w）、二叠系上统开山屯组（P2k），中生界三叠系上统西土山组（T3x）、侏罗系中统帽儿山组（J2m）、上统宁远村组（J3n）、白垩系下统猴石沟组（K1h）、上统海浪组（K2hl），新生界古近系珲春组（E2-3h）、新近系中-上新统土门子组（N1t）、船底山组玄武岩（Nc）、第四系全新统玄武岩（βQ14）等。

2.地质构造

区域上发育有两大岩石圈断裂，一是敦密岩石圈断裂，呈北东走向该区通过，断裂带倾向南东，倾角50度左右，断裂带宽度10～20km。该岩石圈断裂自古生代以来多次活动，并呈现挤压特征，它控制了区内大多数次级断裂，而次级断裂又控制了岩浆及火山活动。图1，黑龙江省东南部大地构造分区图（黑龙江省区域地质志，1993）。

二是牡丹江岩石圈断裂，其规模小于敦密断裂。呈近南北向或北北东向分布于牡丹江市至东京城镇连线的东侧，断裂带略倾向于北西西，倾角较陡，部分地段呈挤压或逆冲性质。

在两条大断裂形成之后，沿其次级断裂发生过多次岩浆侵入活动，使部分地区呈现基底隆起，部分地区呈现凹陷而形成盆地。镜泊盆地即位于该区域内，北起牡丹江市，南接近吉林省界，西起海浪农场西侧，东至代马沟，盆地面积超过5000km2。盆地中沉积了巨厚（大庆石油管理局1987年施工了一口深3176米的石油探井——敦参1井，在埋深2500米时测得温度为90.8℃。敦参1井钻探控制底界埋深2650m）的白垩系、古近系及新近系地层，形成了地热资源良好的热储层。

上述大的断裂构造、频繁复杂的岩浆活动及盆地内沉积地层，共同提供了在本区域内形成地下热储资源的地质条件。

3.岩浆活动情况

区域上岩浆活动比较活跃，各期岩浆岩均有出露。最早的为张广才岭期花岗岩，后期有两期岩浆侵入，早期为华力西期花岗岩呈岩基产出，主要出露在山市及周围地区；晚期为燕山期花岗岩呈岩株或岩墙产出，主要分布在牡丹江市至宁安市以西大部分地区，在海林市以南，以岩株或岩墙沿张广才岭群地层侵入。

二、地热地质条件分析

1.地热形成条件

1.1 热储层

本次发现的地热主要位于镜泊盆地内的海浪盆地内，海浪盆地之南为敦密地堑式断陷带。海浪盆地在其发生，演化过程中，受牡丹江深断裂的制约，以牡丹江断裂为轴，造成了东西两侧不同沉积格局，也就形成了不同的热储层岩性条件。据此将海浪盆地地热形成条件分为盆东、盆中、盆西、盆南四个区：

a、盆东：位于牡丹江断裂以东，为下白垩统猴石沟组（K1h）地层分布区，热储层主要为猴石沟组底部砂砾岩层（厚＞400m），埋深约1500m±，南部有上白垩统海浪组下段地层上覆外，主要由土门子组和船底山组呈半地堑式盆地不整合覆于其上（即宁安盆地），形成良好的盖层。

b、盆中：位于牡丹江断裂西侧，无盆地沉积物，是盆地基底地层及其中的侵入岩组成。长期裸露地表剥蚀夷平区，热储层推测为深部构造破碎带或裂隙带中的带状热储层。

c、盆西：位于牡丹江断裂以西盆地西部，盆地无猴石沟组地层沉积，也无新近系盖层堆积，只有上白垩统海浪组地层沉积，在沉降中心的海浪组下段底部砂砾岩埋深较大，可预测为可能的热储层。

d、盆南：即盆地之南镜泊地热田分布区。镜泊地热田位于敦密地堑式断陷带内镜泊盆地中。热储层为上白垩统海浪组和呈带状分布在花岗岩中构造破碎带。

测区通过瞬变电磁测深工作，圈定了2条近东西向带状热储异常体（图2）。在此异常带上垂直异常带布设的人工地震剖面勘探，从人工地震勘探叠加剖面成果图（图3）所见：①区域断裂推测为敦密断裂；② 与区域断裂相交的次级构造与瞬变电磁测深异常相吻合；③次级构造近东西向，可能为张扭性断层。由此判断，本区热储层为构造成因。

热储层埋深1011m，16层热储层累计厚度157.2m，热储平均孔隙度20.59%，平均渗透率194.35×10-3um2，富水性中等。

区域土门子组最大厚度106m，与热储层埋深不一致，根据钻孔编录分析，该区热储层应为猴石沟组地层。热储层上部沉积的细碎屑含煤沉积建造（土门子组）和船底山组是良好盖层。

1.2 热的来源分析

a、上地幔隆起

众所周知，地球由地壳向地球深部，地温随深度逐渐递增的，这主要是地幔热流较稳定地向上传递有关。

海浪盆地位于张广才岭幔坳区亚布力凹陷与太平岭凹陷之间的牡丹江隆起带，隆起带呈北东向分布，东北部与佳木斯幔隆区相连。莫霍面深度平均37km，由北东向西南逐渐变深，但在幔坳区内地壳相对较薄，热能外溢，易于形成地温梯度相对较高的地温场。见图4（黑龙江省区域地质志，1993）。镜泊地热孔终孔深度1579.40m，经物探测井，在孔深1550m处，测得水温为54.78度，自260m至井底平均地热增温率为2.629℃/100m。

b、花岗岩体分布

热流量=地温梯度×岩石导热率。从公式所见，一定的区域内地温梯度变化不大时，热流量大小主要与岩石导热率有关。大家知道，地球物质中含数量不多的放射性元素，如U、Th、Ra、K40等，它们自发分裂蜕变时，放出大量的热。花岗岩类的酸性岩石，平均每吨每年由U发出的热量为2.3卡，由Th发出的热量为2.1卡，由K发出的热量为0.5卡，即平均每1立方米的花岗岩类岩每年发出13.7卡的热量；玄武岩类3.8卡热量。显然酸性岩类产热量高于其它岩石，见图5（黑龙江省区域地质志，1993）。

海浪组底部砾岩含放射性铀矿。U的衰变期长，产热量也大，海浪盆地西部易于形成区域性浅部地热异常。

该区处于嘉荫——牡丹江市南北向元古代花岗岩带上，在该花岗岩带上海西、印支、燕山构造活动期均有不同规模的酸性岩浆侵入活动，多期次的酸性岩浆活动易于形成区域性地热异常。

1.3 隔热保温盖层

热储层上覆盖层对热田承压热水的形成和保温隔热起着重要作用。因此，盖层具备两个条件：一是隔水、隔热，即岩石孔隙度小，节理裂隙不发育；二是具有一定厚度。

该区隔热保温盖层，在盆东、盆南为土门子组含煤细碎屑建造和船底山组玄武岩，其厚度200余米，盖层条件良好。盆西为海浪组地层上部粉砂岩、泥岩及第四系细粒堆积物。盖层条件较差。盆中基本无盖层。

1.4 热流体通道

全国温泉分布和某些地热异常区的普查勘探经验：

a、区域性的地热异常分布，和现代活动性构造体系和构造带相一致。如我国东部北东向构造体系，郯庐断裂带；

b、局部地区的地热异常分布往往与有活动性断裂有关，或与构造体系的复合部位有关。天津地区总结的地热异常的主要地质构造特征是北东向的“深断裂、新活动、隆起侧”。

构造不仅控制区域和局部性地热异常区，而且构造造就赋水构造成热储层，深大断裂控制导热构造，地表水与深部热储层间水联系的导水构造，深部热水向上迁移排泄形成温泉的泄水构造等。因此，构造是热流体形成、排泄的主要通道。

该区位于南北构造与北东向构造体系复合部位，北东向敦密断裂带多次活动，地幔物质向壳层运移，第四系镜泊玄武岩喷发构成镜泊热田热储层的底板，因此敦密断裂带造就赋水构造，也起到控岩导热和导水构造作用。镜泊热田钻孔井温测量结果显示总的趋势是井温随深度加深而增加，但局部出现温度突然降温或升温现象，推测其原因可能是热储层内局部地段构造裂隙发育程度不同所致。推测裂隙发育段水量多温度略偏低的缘故。

表1 镜泊乡地热井井温、井温梯度表

敦密深大断裂带是郯庐深大断裂带的北段分支断裂，向北延伸入俄罗斯境内至鄂霍茨克海，向南延入吉林省敦化，在沈阳附近与郯庐断裂相接。在省内长度约500km。

断裂带由两条高角度相对逆冲的主干断裂构成，为“逆地堑式”断裂。断裂带宽度在10—20km，地貌上表现为开阔的谷地。断裂两侧岩石破碎，片理发育，局部见牵引构造。该断裂早期以左旋走滑为特征，控制了白垩系含煤盆地的形成（包括海浪盆地在内），早喜马拉雅期发展成为线型断陷，形成宁安盆地、镜泊盆地等半地堑—地堑式断陷盆地。自新近纪晚期沿断裂带裂隙式喷发有船底山组玄武岩，到第四纪中更新世沿断裂带底板局部喷发有镜泊早期玄武岩。断裂深度67.5km。敦密断裂带的热储、导水、导热作用很明显。

牡丹江深大断裂是在海浪盆地内与地热形成有关的深大断裂。断裂呈近南北向分布，断裂南段被敦密断裂所切错。该断裂发育在早—晚元古代末，佳木斯隆起带与张广才岭边缘隆起带之连结部位，晚印支运动复活，发展成为A型俯冲断裂，燕山期以来继承活动。在盆地内燕山期以来至少有三次活动：

a 白垩早期断层为向东倾的正断层，控制了白垩系下统猴石沟组河湖相沉积，其下部400多米厚的砂砾岩层是理想的热储层，断裂以西没有猴石沟组沉积。

b 晚白垩世断裂再次活动，此时断裂向西倾，断裂以西形成沉积盆地，断裂西侧下降，东侧抬升或剥蚀而出露盆地基底地层，形成盆中和盆西两个不同热储地质单元，盆西堆积了海浪组河湖相沉积＞1404m，底部热储层为含砾中粗砂岩440m厚。

c 喜马拉雅期牡丹江断裂又有轻微活动。

牡丹江断裂的多次活动，不仅在盆地内形成不同的热储层，而且构造导水作用也显而易见。

三、地热资源类型

牡丹江地区镜泊盆地地热资源有以下特点：

a 地热资源位于两大超壳断裂带（牡丹江断裂、敦密断裂）交汇处，敦密断裂带上盘。大断裂带及次级断裂构成了热水上升的通道。

b 地热资源位于断陷盆地边缘（次级断裂构造发育部位），断陷盆地海浪坳陷内的白垩系猴石沟组和海浪组的砂砾岩为地热热储层，其上覆玄武岩为热储盖层。

c 镜泊地热田内，中新生代地层分布区热流量较大（1.92HFU），高于地球的平均热流量（1.5HFU），由于牡丹江断裂早期具A型俯冲断裂性质，白垩纪又有复活，牡丹江断裂与敦密断裂带有导热作用，在地表水与热储层之间有水源联系，因此该区的热储层的预测流量较大。并有钻孔验证，效果良好。

d 新生代的火山活动（大面积的玄武岩浆喷发）为该区地热资源提供了进一步的热源。

e 综合前述各方面，该区地热资源勘查类型应属Ⅱ类（中低温地热田）第3型—地热田兼有层状热储和带状热储特征，彼此存在成生关系，地质构造条件比较复杂。

[1]黑龙江省地质矿产局.黑龙江省区域地质志[M].北京:地质出版社,1993:1-160

[2]主编:韩振新.黑龙江省水文地质志.黑龙江人民出版社,2000年9月

[3]黑龙江省第一地质勘察院.黑龙江省牡丹江地区南部地热资源普查报告,2011年5月

[4]尚英男,徐旃章,尹观.镜泊湖地区水体的同位素、元素地球化学特征及地下热水储存状态分析.矿物岩石地球化学通报 Vol.22 No.1,2003Jan.