松辽盆地北部地热水资源评价

松辽盆地北部地热水资源评价

1松辽盆地北部地区的深部地质特征具有高度的异常性1.1莫霍界面地质特点莫霍面和地下栖息地的深度对地下温度场的分布有重要影响。通常,莫霍面和居里面埋藏越浅,地温梯度越大,地温越高。从区域背景资料可知,松辽盆地是我国已知内陆盆地中地壳厚度最薄的盆地之一,莫霍面埋深为29～33km。地幔拱起带的走向为北东向。莫霍面的埋深东部为32km,西部为33km,呈现出东浅西深的特点,最浅处位于盆地中央大庆长垣一带,深度29km(图1)。松辽盆地北部居里面埋深较浅,其深度在11～32km之间,整体上与莫霍面呈正相关,整体形态为北东向,明显受北东向及北西向深大断裂的控制。居里面对壳内地温场的分布状况具有重大的影响。1.2地温和高导层埋深由居里温度(580℃)除以居里深度换算得出的松辽盆地北部壳内平均地温梯度等值线图可以看到区域性壳内地温场的高低、形态及走向与居里面的深度的浅与深、形态及走向呈一一对应关系。地温梯度总体较高,在2.5～5.0℃/100m之间变化,并在泰康南、肇东分别形成两大地温梯度高值异常区。这说明由于松辽盆地北部莫霍面和居里面的埋深较浅,造成盆地地壳区域性地温场偏高。根据大地热流测试结果,松辽盆地大地热流值变化于40～90mW/m2之间,平均为70mW/m2,其中杏4井有实测大地热流值,高达84.15mW/m2,是松辽盆地北部大地热流背景值高的直接证据。满洲里—绥芬河断面深部热结构表明大庆长垣一带为一深部地热异常区,等温线在大庆—哈尔滨为高值区。松辽盆地之下18～20km处存在一个电阻率仅有3Ω·m的低电阻高导层,低密度、低电阻率的高导层很可能为地壳内的岩浆房。松辽盆地上地幔高导层埋深在60～118km,在大庆地区为地幔高导层隆起区,埋深在60～70km。莫霍面隆起、上地幔上隆及壳内高导层的存在是松辽盆地地温梯度及大地热流值高的深部原因。1.3深地温异常与岩体的埋深、分布、走向通过对松辽盆地北部520口探井井温资料绘制的1000m、1500m埋深等温图的分析,松辽盆地北部地温场在总体偏高的同时,又存在多个局部高地温异常区。地温场自北向南逐次增高,1000m埋深地温从31℃增加至67℃,1500m埋深地温变化范围在53～83℃之间,并在大庆长垣、昌五、肇源及其以东地区形成局部高地温场区。高地温异常形态及走向明显受北西向、北东向深大断裂及隆起构造(如大庆长垣)的控制,正向构造不仅聚油而且聚热。深大断裂为深部地热向上部地层传送的良好通道,同时,沿深大断裂又常伴随有花岗岩浆侵入活动。盆地基底广泛分布的花岗岩体是本区地热异常的另一重要原因。花岗岩中铀含量高达7.0×10-6。放射性核素衰变所产生的热量很大,该区燕山期和华力西期花岗岩产热率很高,可达3.47×10-5J/g·a,是一个重要热源。通过对比分析高地温异常与花岗岩体的埋深、分布、走向,有一定的相关性。除上述影响因素外,不同岩性具有不同热导率,故岩性对地温亦产生一定控制作用。此外,松辽盆地为封闭性滞流盆地,地下水年流速很小,故对深部地温的影响相对较小。2主要热储层基本特征松辽盆地是大型中、新生代沉积盆地,其盖层在一系列侏罗系断陷的基础上发育了厚度达4000～5000m的白垩系、第三系及第四系陆相碎屑岩沉积,其中埋深在1000～2500m的上白垩中下部的泉头组、青山口组、姚家组地层因地温条件好和砂体十分发育,构成松辽盆地北部主要地热储层。具体而言,自下而上由3个区域性隔水层(泉二段、青一段、姚一段)所夹持的砂体构成了4个主要热储层,即泉头组四段(泉四段)、泉头组三段(泉三段)、青山口组二、三段(青二、三段)、姚家组二、三段(姚二、三段)。依据地温良好、砂体发育、位于油田生产区外三项标准,确定松辽盆地北部重点地热异常区的范围(图1)。总体上看,区内西北部4个主要热储层由于储层埋深浅,成岩压实作用较弱,故其孔隙度、渗透条件最好。姚二、三段、青二、三段孔隙度一般达24%～34%,泉四段、泉三段孔隙度一般在8%～27%;渗透率情况类似,姚二、三段、青二、三段渗透率可达400×10-3～1000×10-3μm2,泉四段渗透率在100×10-3～300×10-3μm2,泉三段渗透率较差,一般在100×10-3μm2以下。区内东北、东南部的林甸—鱼深1—东风一带,孔隙度、渗透条件适中,姚二、三段、青二、三段孔隙度一般达21%～27%,泉四段、泉三段孔隙度一般在14%～25%;渗透率情况是姚二、三段、青二、三段渗透率可达100×10-3～400×10-3μm2,泉四段渗透率一般在50×10-3～500×10-3μm2,而泉三段渗透率一般仅在50×10-3μm2以下。区内西南—中部的哈4井—喇嘛甸—大庆所围三角形区域由于热储埋藏深,湖相细粒沉积,致使该区孔隙度、渗透条件较差,热储孔隙度一般小于20%,渗透率小于25×10-3μm2。2.1.2青二、3g段砂体砂体展布趋势为从西向东逐渐变厚,变化范围为7～46m之间。异常区西北部、泰康一带姚二、三段砂体较薄,一般在7～17m之间,砂体展布形态明显受区域性构造的控制。东风—林甸一带厚度变化较大。异常区存在2个该段砂体较厚的地区,一是在喇嘛甸—林甸—东风所围区域,厚度在25～45m之间;另一个是在双3至鱼11井一线,砂体厚度可达43m,鱼深1井、安达东南部一带厚度较薄,一般在12～25m左右。青二、三段砂体在4个热储层中是最厚的,砂体分布特征是自西向东逐渐增厚,变化范围在35～200m之间,齐齐哈尔市、泰康地区青二、三段砂体相对较薄,一般在35～90m之间,在泰康附近可达90m以上(图2)。大庆东风、林甸一带青二、三段砂体发育相当好,其厚度在60～200m之间,林2井—大庆—双3井所围的高值区厚度可达130～200m。在李2井附近,高值可达到200m左右,低值区在鱼11井、富27井以北、哈4井一带,一般不超过50m。泉四段在异常区西北部齐齐哈尔市地区富27井以西及以北地区缺失,砂体分布特征是自西向东逐渐增厚,变化范围在5～60m之间。齐齐哈尔市地区和区内西南部泉四段砂体较薄,一般在5～25m之间。泰康—杜432呈北东向条带状,砂体相对较厚,可达25m以上。异常区东部泉四段砂体发育良好,其厚度在20～60m之间,林2井—李2—鱼1井所围的高值区厚度可达30～60m。在东风—安达一带,砂体也较厚,可达30m。泉三段在齐齐哈尔市地区富27井以北及以西缺失,砂体分布总体特征是自西向东、从北往南逐渐增厚。异常区西部泉三段砂体厚度较薄且变化频繁,一般在5～26m之间,泰康附近可达26m。东部泉三段砂体发育良好,东风和林甸一带泉三段厚度在25～190m之间,在大庆西—安达—鱼深1井所围的高值区厚度可达90～190m。2.1.3地层温分布特征研究区地热水热储层的埋深主要在700～2000m之间,我们利用实测井温资料编制的1500m埋深地温变化等值线图可以反映研究区内地温变化规律。1500m埋深的地层温度普遍较高,地温分布从52℃到72℃;温度场分布特征是自西向东、从南向北逐渐增高,泰康及以南地区地层温度相对较高,一般在52℃～72℃,杜207井附近最高,可达72℃左右。东风、林甸一带在1500m埋深的地层温度在52℃～68℃,安达以南地温迅速升高。林甸西北及鱼1井附近存在两个局部高地温,可达65℃左右,低值区在鱼11井、富27井北部一带,一般不超过54℃。地温的变化趋势与地温梯度和大地热流的变化趋势大致相同,反映了区内主要地热储层的地温分布状况。2.2不同区域热水资源潜力分析综合分析地热异常区地热储层的孔隙度、渗透条件、地温条件、砂体分布条件后认为:纵向上看,青二、三段砂体连通性最好,砂体分布及厚度条件最好,是最好的热储层,资源潜力最大,经估算其热水资源量为21.05×1010m3,折合标准煤当量为96544×104t;姚二、三段、泉三段热储的资源潜力相差不大,经估算其热水资源量分别为6.65×1010m3、7.01×1010m3,但由于姚二、三段、泉三段热储温度差别较大,折合标准煤当量相差较大,分别为1786×104t、6145×104t;泉四段热储物性较差,砂体较薄,资源潜力相对较差,经估算其热水资源量为4.31×1010m3,折合标准煤当量为2977×104t。根据上述4个主要热储层各自孔隙度、渗透条件、地温条件、砂体分布条件的平面变化情况,综合分析后划分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类(好、中、差)资源潜力区,其中林甸—东风—安达—鱼11井所围地区为Ⅰ类资源潜力区,面积6490km2(图3)。总之,松辽盆地北部具有丰富的地热水资源,蕴含能量及开发潜力巨大。初步测算结果表明松辽盆地北部地热田的4个主要热储层资源量测算为40.99×1010m3,蕴含能量62.11×1018J,折合标准煤当量为211296×104t,按可采系数0.1计算,可采资源量为4.1×1010m3,折合标准煤当量为21130×104t。3热水化学特征及开发利用3.1化合物类型根据探井水样常规分析结果,松辽盆地北部地下水化学成分复杂,地下水中分布最广的离子有7种,即:Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、Ca2+与Mg2+,为主要元素,约占水中离子的98%左右。其它微量元素有阳离子:H+、K+、NH4+、Fe3+、Mn2+等;阴离子:OH-、NO2-、NO3-、CO32-及PO43-等;以离解的化合物状态存在的有:Fe2O3、Al2O3及H2SiO3等;气体成分有:N2、O2、CO2、CH4、H2S及氡等;另外还含有微量元素F、I、Zn、Sr等。松辽盆地的水化学特征垂直分带性十分明显,纵向上可划分为浅部、中部和深部3个水化学带:浅部水化学带包括第三系、第四系、上白垩系地层中的水,矿化度1000～4000mg/l,水型为HCO3-Na型;中部水化学带包括嫩江组、姚家组、青山口组和泉头组地层中的水,矿化度4000～8000mg/l,水型为HCO3-Na型,局部为Cl2-Ca型;深部水化学带包括登娄库组和侏罗系,矿化度6000～10000mg/l,水型为HCO3-Na型和Cl2-Ca型。平面上看由于地下水动力条件和淋滤交替作用逐渐减弱,从东北向西南水矿化度值由4500mg/l以上逐渐减小至1500mg/l以下。3.2中低温地热资源如前所述,松辽盆地北部重点地热异常区4个主要热储层地热水资源量折合标准煤当量为211296×104t;按可采系数0.1计算,可采资源量折合标准煤为21130×104t。若按每吨煤300元计算,这些地热水开采后,相当于采掘21130×104t煤,折合人民币产值至少为630×108元人民币。更重要的是这些地热资源在开发利用后将会带动当地旅游、房地产、农牧渔业等相关产业的发展,从而取得更大的经济、社会和环境效益。在松辽盆地北部的Ι、Ⅱ、Ⅲ类资源远景区中,林甸、大庆东风、鱼字头井所围区域为主要地热富集区,水温45～73℃(热储温度),水型为HCO3-Na型,局部夹少量Cl2-Ca型水,偏碱性、软水型,矿化度较高,为700～8000mg/l,氟、碘、偏硅酸达到医疗价值浓度,氟、矿化度、氯化物超标而不适合饮用。可见,松辽盆地北部具有丰富的中低温地热资源,水中含有多种达到医疗价值浓度的微量元素,但矿化度较高。通过与北京市中低温地热开发利用状况的类比分析认为,松辽盆地北部的地热资源可广泛应用在采暖、洗浴、游泳、医疗、种植、水产养殖等各个方面,但不可作饮用矿泉水。特别是我国东北地区冬季气温低,冬季采暖期长,每年采暖用煤量很大,造成采暖成本高昂并且污染环境,因此,大力开发清洁能源———地热资源,推广地热集中供热对保护环境、提高供热效率具有重要意义。采暖后具有一定温度的尾水还可以进行综合利用,发展地热旅游产业(健身疗养、游泳等)以及大棚蔬菜种植、水产养殖等,对带动地方经济发展、提高人民生活具有很大的促进作用。目前,黑龙江省林甸县利用林热一井(出口温度53℃,日出水2700m3)热水燃煤锅炉调峰供暖已经两个采暖期,供暖面积5.4×104m2,冬季室内温度为18～20℃,同时还开展了洗浴、种植