从VCT探测仪确定地热井位案例分析--论哈尔滨市主城区地热资源特点及勘探定井思路

mt-vct · 发表于 2020-6-24 23:04

从VCT探测仪确定地热井位案例分析

论哈尔滨市主城区地热资源特点及勘探定井思路

王国文1 寇伟2

1. 黑龙江省区域地质调查所 2. 郑州地象科技有限公司

摘要：根据VCT大地电磁成像探测仪在哈尔滨市主城区勘探定井的成功案例，简单分析论述了哈尔滨主城区地热资源特点和地热资源勘探定井的思路。

关键词：哈尔滨，主城区，地热资源，勘探定井

一、VCT成像探测仪在哈尔滨市区地热资源勘探定井案例

2017年7月，黑龙江省区域地质调查所水工环院和郑州地象科技有限公司受哈尔滨百强水上乐园有限公司委托，在其位于哈尔滨市先锋路东段、阿什河西约600米的场区完成了地热资源勘查物探确定井位工作，并于2018年4月中旬开始凿井施工，5月底终孔，凿井深度2133米，连续进行近一个月降压试验，出水量为5立方米/小时，井口出水温度53ｏC。

1、勘探区域地质背景。从区域地质资料上来看，哈尔滨市位于松辽盆地的东北边缘地区，勘查场区距阿什河西侧约600米，处于阿什河大断裂西侧下盘。东南方向的阿什河呈龙形盘踞，说明此处地质构造交错复杂。周边区域地表均为第四系全新统Qh，向下至2000米深度均为白垩纪地层。

2、勘探区域地形及线路设计。由于施工场区面积不大，西侧和北部房屋较多，只有南部为可施工场地；而在房屋附近和东北部空地都有高压电缆，对探测采集地层信号产生严重干扰。由于受场地施工条件及电磁干扰较大的限制，我们尽可能向外延伸、加长探测线路，并将探测点间距压缩为3米/点。沿东西向和南北向各探测了3条线路，合计探测点数378个，每个探测点都包含了自地面到地下4000米深度的567个分层信息（从地面到2000米内的分层间隔为5米），全部探测数据约有21.43万个。

3、勘探分析结果。根据对6条探测线路剖面图进行的综合分析与对比，推断在施工场区内的南部存在明显的东西偏南张性断裂构造，基本上垂直于阿什河断裂构造。推断依据：南北向探测3、4、5线的前段含水裂隙发育较好，后半段深部测值逐渐升高、高值之上低值蓝色块表征的含水裂隙明显向南倾斜；而3、4、5线从南墙起点开始，深层却出现由南向北倾斜、与后段方向相反的蓝色块含水裂隙，多层含水裂隙都在此汇集形成V形断裂构造特征，在东西向2线剖面图上可以看出，中后段切割张性含水断裂带，裂隙发育且深度可达4000米。由此可以推断此处为东南向张性次级断裂带的中心位置。

4、凿井、测井及勘探结果对比。根据岩屑录井及物探测井资料显示：从793米至终孔深度2133米共有47个含水层，累计厚度206.9米；测值偏低的干层52个，累计厚度207米。在勘探定井报告中由VCT成像剖面图显示并列出的自895米至2500米共有13个明显的含水层，至实际终孔深度有9段含水层；预测主要给水层位975--1255米、1395--1635米、1740--1970米范围内，与测井报告显示的出水层吻合度较高。

5、对于该地热井成井效果评价。单从成井结果来看，出水量仅有5方/小时、出水温度53ｏC，出水效果并不十分理想。若是从水文地质构成来看，在哈尔滨市主城区范围第四系厚度30—60米，其下至2000米深度内均为白垩纪地层，以泥岩为主，夹薄层粉砂岩和细砂岩，能够在贫水的白垩纪地层找到断裂构造，凿井出水已实属不易。据了解，在哈尔滨市主城区已施工的地热井尚无成功案例，基本为干孔。在阿什河以东沿岸区域施工的地热井中，仅有伏尔加庄园的地热井出水温度达到32ｏC，但出水量不足5方/小时。

二、凿井成功后对哈尔滨市主城区地热资源特点的几点思考

按照大多数可查到的论文的观点，认为哈尔滨位于松辽盆地中部幔隆地区，由于地壳薄化及地壳顶部上拱，形成地台型裂谷使岩浆上溢，深部有多层热源叠加，使得哈尔滨地区具有高热流、高地温及高地温梯度特征，地热异常带的地温梯度大于4oC/100m。而我们在实践中对哈尔滨地区地热资源特点的进行了探索和总结，得出以下不同的认知：

1、哈尔滨市主城区不具有松辽盆地的“三高”地热特征。松辽凹陷盆地内有隆起区、凹陷区、边缘区、断裂构造区等诸多地质形态，哈尔滨地区位于松辽盆地的北东部边缘地带，既不不属于幔隆导致薄壳化高地温地区，也缺乏地壳强烈运动形成裂谷型高热流断裂构造，厚度近2000米白垩系泥岩的导热率低，导致地温梯度明显低于松辽盆地的平均值。

2、哈尔滨市主城区泥岩过厚、砂岩层薄，从而导致富水性极差。从古地形、古地貌来看，哈尔滨市主城区处于远物源区，以细颗粒沉积为主。哈尔滨市主城区的白垩纪地层结构自上而下为第四系，白垩系嫩江组、姚家组、青山口组、泉头组、登娄库组，之下间或为侏罗系，二叠系，石炭系。资料显示，从嫩江组开始到姚家组、青山口组都是以泥岩、粉砂质泥岩为主，局部夹泥质粉砂岩、粉砂岩；到泉头组开始出现少量的细砂岩层，至登娄库组的三、四段细砂岩逐渐增多，而只是到登娄库组的一、二段才出现含砾细砂岩、个别有间杂粗砂岩。由于中、上部白垩系沉积层以泥岩为主，夹有少量的粉砂岩、泥质粉砂岩，缺少明显的断裂构造，致使岩层的孔隙、裂隙不发育，地下水的贮存和运移空间小；加之中上部存在着巨厚的泥岩起到了良好的隔水作用，使地下水缺少补给来源或者补给微弱，造成白垩纪地层富水性极差。

3、哈尔滨市主城区缺少富水性好的断裂构造。哈尔滨市区有松花江及阿什河断裂，均为深大断裂带。然而，即使是深部较大规模的张性断裂构造，受白垩系沉积层过厚的影响，在浅部及中部软质岩层中断裂构造规模明显减小，而在断裂带中多为泥质充填导致孔隙度减小、渗透性变差，断裂构造中的含水裂隙发育较差，很难形成较好的富水带。即使有张性含水断裂构造，也多属于低孔隙度、低渗透率岩层，出水量亦不会大。

因此，在哈尔滨市主城区开发地热资源对成井的出水量和出水温度的期望值不能高。

三、哈尔滨市主城区地热资源勘探定井思路

1、以找断裂构造为目标。鉴于哈尔滨主城区白垩纪上统泥岩发育，地表水下渗通路少而差，所以勘探地热资源定井时，首先是要找相对明显、规模较大的断裂构造，只要有一定规模的张性断裂构造，地表水才能通过断裂中发育的裂隙顺利向下渗透，在深层形成含水热储层。

2、以深层含水裂隙对流导热为热源。只要断裂构造规模足够大、含水裂隙发育足够深，通过深层裂隙含水的对流导热作用，将地壳深部的地热能传导至浅中层含水层内，形成明显高于同层地温的出水温度。

3、在砂岩含量相对较高的区域定井。白垩系的嫩江组、姚家组、青山口组多为泥岩为主，夹有少量的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，透水性差；而泉头组、登娄库组的砂岩成分较多。要根据勘探结果选择砂岩含量较大、距地表较近的区域定井，才能确保出水量。

参考文献：

【1】张孟才、寇伟、寇通，地热资源物探勘查的几点浅识，工程技术，2017（9）

【2】徐毅、张长文、栗秋实，哈尔滨地区地下热水资源预测，中国煤田地质，第12卷2期

【3】邢顺洤、姜洪启，松辽盆地陆相砂岩储集层性质与成岩作用，黑龙江科学技术出版社出版，1993年7月第一版。