哈尔滨市东部地区地热资源分布特征

鲁守刚，李永利，霍 然，华晓阳，鲁 华

（1.黑龙江省九○四水文地质工程地质勘察院，哈尔滨150027；2.地下水文学省级人才领军梯队，哈尔滨150027；3.中铁资源集团公司，北京100008）

哈尔滨市东部地区地热资源分布特征

鲁守刚1，2，李永利1，2，霍 然1，华晓阳1，鲁 华3

（1.黑龙江省九○四水文地质工程地质勘察院，哈尔滨150027；2.地下水文学省级人才领军梯队，哈尔滨150027；3.中铁资源集团公司，北京100008）

文章基于地热资源成矿条件加以分析，为素有“冰城”之称哈尔滨市尽快摆脱依赖煤炭等传统能源的束缚，在国际节能减排、倡导绿色能源新形势下，促进地热资源勘探开发利用。

哈尔滨东部；地热资源；物探；地热井

0 引 言

哈尔滨市东部地区主要包括阿什河流域的下游，即北起松花江岸、南到阿城基岩山区、东至宾西经济开发区所辖的平原区。该区地势低洼、平坦，东南临张广才岭支脉丘陵，向西北为松嫩平原腹地，平原辽阔，河流纵横，北有松花江自西向东流，阿什河贯穿南北注入松花江。从构造单元划分上，该区位于宾县～王府凹陷区内，区域性基底断裂和盖层断裂较为发育，主要有松花江断裂、阿什河断裂、蜚克图断裂，是形成深部热对流的有利通道；沉积地层以白垩系上统为主，主要包括姚家组和青山口组粉砂岩、泥岩，为地热资源的保存提供隔热保温盖层；下伏厚层泉头组砂岩、砂砾岩，是热流体良好的层状热储空间；基底为华力西晚期花岗岩，在自然梯度增温的基础上叠加花岗岩中放射性元素衰变产生的热能，提高地温梯度，有效增加热储温度，提供充足的热源，且连续分布的花岗岩破碎带促进了地表水的下渗和地下水径流，为深部地下水提供充足的补给源。因此，该区具备地热田形成所必备的四个基本条件，并通过地球物理勘探和地热钻探成果得以证实。

哈尔滨东部地区四季分明、冬长夏短，并有“冰城”之称，冬季取暖依然依赖煤炭等传统能源，在国际节能减排新形势下，新能源的开发利用成为省会城市首要考虑的问题。［1－2］

1 地质背景

1.1 地形地貌

该区主要为堆积地形，地势低平、开阔，地面标高117～196 m，微向东北倾斜；地貌主要为流水地貌和湖成地貌类型，详见表1。

1.2 区域地质构造

1.2.1 大地构造特征

1）宾县王府凹陷区

该凹陷呈北北东、南南西向展布，呈条带状，南西起于双城，向北东方向止于阿城、宾县，惯称隆中凹陷。

哈尔滨市位于凹陷区中部，第四系厚度60～110 m，主要岩性为粉质黏土、砂、砂砾石等；下部白垩系嫩江组，岩性为泥岩及砂岩、泥砂岩、油页岩组成，基底埋深500～3 200 m。凹陷内的盖层构造都

具有大面积、大辐度、两冀陡且不对称的特点，这与水平挤压作用有关，它们大多形成和定形于白垩纪末［3－4］。

表1 境内地貌分类表

2）青山口背斜带

背斜呈北东、南西向弧形带状展布，背斜的南南西端倾没于第四系下，岩性主要为粉质黏土及砂、砂砾石，厚15～50 m。

下部白垩系由姚家组（Ky）、青山口组（Kqs）、泉头组（Kq）泥岩、砂岩、砂砾岩组成。向北北东仰起并在阿城区南东出露地表。断裂比较发育呈北东和北西向的两组交叉断裂，多布于背斜的陡翼及鞍部。强烈的构造运动使石炭纪以来地层褶皱变质，并有大量岩浆岩沿背斜轴部侵入［5－6］。

1.2.2 深部构造及莫霍面埋深

该区所处的深部二级构造单元为东部隆起区，松嫩幔隆区的东部。莫霍面的埋深相对较浅区，小于33 km，导致该区地温梯度相对越大［7］。

1.2.3 主要深断裂

区内主要断裂构造发育情况如图1所示。

图1 哈尔滨东部活动性断裂分布图

1）松花江北断裂

该断裂走向北东60°，沿松花江一级阶地后缘延伸至运粮河，倾向北西，倾角＞70°。沿断裂方向有带状积水洼地、沼泽分布，南盘沟谷、河流有明显的牵引现象。据航磁重力资料推测断裂深至20 km以下［8］。

2）阿什河断裂

阿什河断裂向北沿阿什河沿呼兰区内，南到阿城区小岭镇东南，全长117 km，宽度0.1～0.8 km，走向NW30°～50°，沿阿什河河谷展布，倾向NE60°～40°，倾角80°～90°。

磁异常较为明显，为基地断裂，切穿了白垩系基岩并切割了燕山中期的花岗闪长岩、印支晚期的花岗岩，垂向延伸至康氏面。该断裂在第四纪以来的仍在活动：西盘下降，东盘抬升，平均垂直运动速率约为0.077 mm／a，水平走滑运动速率为10～15 mm／a。

3）蜚克图断裂

该断裂北起巨源镇，南至蜚克图镇一带，全长约40 km，宽度约为0.8 km。沿蜚克图河河谷展布，走向NW20°～35°，倾向NE70°～55°，倾角为80°～90°。

蜚克图断裂为基底张扭性走滑深断裂，为活动性断裂，第四纪以来活动较为明显，但其活动性弱，对地壳稳定性影响不大［9－11］。

1.3 地层

该区第四系广泛覆盖，无基岩出露，基岩分布情况详见图2。自上而下包括：第四系、白垩系上统姚家组、青山口组、泉头组、下统登娄库组，基底为石炭—二叠系变质岩或花岗岩，白垩系上统嫩江组缺失［12］。

图2 哈尔滨市基岩地质图

1.4 侵入岩

研究区内无出露，本区基底岩性大部分地区为华力西期和燕山期花岗岩。

2 地热地质条件分析

地热资源形成主要取决于该区的水文地质条件和地温梯度，结合地质情况，概括出该区成热四大因素：热源、盖层、储热层和构造通道。

2.1 热源

该区莫霍面埋深相对较浅，非常有利于地幔热流的上涌，地温梯度相对越大，地下一定深度地温相对较高；另外，基底分布的花岗岩产热率相对较高，其成分组成中含有多种放射性同位素，其衰变产生大量热量，这是地热形成的另一热源［13］。

2.2 储热层

根据钻孔揭露情况分析，该区热储主要为白垩系上统泉头组、白垩系下统登娄库组和基底花岗岩破碎带。

2.2.1 白垩系上统泉头组

上部砂岩、砂砾岩较为发育，下部泥岩较为发育，上覆青山口组泥岩，地层厚度696 m，热储厚度28 m，渗透率2.6～6.8 md，孔隙度为12.0%～15.0%。

2.2.2 白垩系下统登娄库组

顶部砂质泥岩与砂岩互层，夹砂砾岩，上部砂质泥岩与块状细砂岩互层，下部泥岩与厚层砂岩互层，底部为杂色砾岩。

2.2.3 花岗岩风化破碎带

埋深大、温度高、富水性强，是该区主要热储层。基底花岗岩破碎带广泛分布，向东部山区延伸，并于宾县张广才岭低山区出露，风化破碎，利于地表水下渗和地下水径流，是形成该区水量高产的主要原因［14］。

2.3 盖层

该区第四系沉积厚度≤16 m，且呈二元结构，上部为粉质黏土、下部为砂、砂砾石；下伏白垩系上统姚家组和青山口组泥岩，累计厚度不足350m，表明盖层不甚发育；另外，该区盖层断裂较为发育，共同导致了该区地温梯度相对较低，这是决定该区热储温度和井口出水温度均较低的主要因素。

2.4 热流体通道

该区深层地下水的补给源头位于东侧和东南的低山丘陵区，该区地表水沿花岗岩风化破碎带下渗，通过连续分布的花岗岩风化破碎带和导水通道（阿什河断裂、蜚克图断裂等张性断裂）径流，向北被松花江北断裂阻隔，地下水在基底相对低洼处和断裂导通的砂岩发育地带聚集。

阿什河断裂和蜚克图断裂均为基底断裂，深大断裂的发育为深部热量的上涌提供有利通道。

综上所述，该区具备地下发育所需要的热能源储控带的条件，但由于盖层条件影响，且地下水动力作用较强，综合评定为低温高产地热田。

3 地球物理勘探成果

为初步查明该区热储分布情况，采用可控源音频大地电磁测深方法，剖面长度约2.2 km，电性剖面如图3所示，对物探剖面电阻率进行反演，得出以下几条结论：

1）剖面线0.4～1.0 km处有断裂迹象。

2）断裂处基底埋深较大，约1 500 m以下可钻遇花岗岩。

3）断裂两侧均为花岗岩，埋深在600 m左右，热储厚度较小。

4）断裂带上部泥岩不甚发育。

因此，根据物探资料，剖面勘探线0.7 km处布设钻孔，开展地热钻探。

图3 垂直阿什河物探剖面线电阻率曲线图

4 地热钻探验证

4.1 黑龙江天泰公司地热1井

2011年，根据物探解译成果，确定孔位，开展地热钻探，钻孔深度1 665 m，白垩系登娄库组未揭穿。揭露地层如图4所示。

图4 哈尔滨东部地区地层柱状图

洗井结束后，地热井出现自流；经抽水试验观测，降深达到112.27 m时，单井涌水量达42.47 m3／h，井口温度32℃。

4.2 东方红农场地热1井

2011年开展地热钻探施工，孔深1 785 m，单井水量30 m3／h，井口温度37.2℃。

4.3 白鱼泡地热1井

2013年开展地热钻探施工，孔深2 000.22 m，单井水量5.47 m3／h，井口温度43℃。

5 结 论

根据地质背景推断哈尔滨市东部地区具备地热资源的形成条件，地热资源较丰富，地热田类型为Ⅱ－3型低温高产地热田。这一结论通过开展地球物理勘探和地热钻探进一步证实，热储层主要分布在700 m以下，岩性以白垩系泉头组、登娄库组砂岩、砂砾岩以及基底花岗岩破碎带为主要热储层，并有导水构造发育，地热井钻探深度1 600～2 000 m。自南向北逐渐进入松嫩平原腹地，地温梯度逐渐增大，井底温度增加，出口温度升高，但由于地层岩性颗粒逐渐减小，渗透系数和孔隙度均相对减小，导致出水量减小。

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B

2014－10－31

鲁守刚（1965－），男，吉林临江人，高级工程师，现为地下水文学省级人才领军梯队人员，从事水文地质和环境地质研究工作；李永利（1982－），男，山东济宁人，工程师，现为地下水文学省级人才领军梯队人员，从事水文地质和环境地质研究工作；霍然（1988－），女，吉林临江人，助理工程师，从事水文地质和环境地质研究工作；华晓阳（1991－），女，吉林通榆人，技术员，从事水文地质和环境地质研究工作；鲁华（1989－），男，黑龙江双城人，助理工程师，从事地质技术管理工作。

1007－7596（2015）06－0033－04