以吉林省图们市为例谈开发地热资源可行性及勘探靶区研究

mt-vct · 发表于 2021-10-28 00:01

以吉林省图们市为例谈开发地热资源可行性及勘探靶区研究

郑州地象科技有限公司 寇伟

有一物探朋友打电话告诉我，有开发商想在吉林省图们市某一地方开发地热资源，让我看看在甲方圈定范围内有无可能打地热井。我通过卫星地图和地质图库对图们市开发地热的基本条件做了一些了解，重点查看了一下甲方给定坐标位置所在区域的地质地貌情况，告知该区域内地层为三叠系大兴沟群托盘沟组T3t火山岩地层，岩性为安山岩、英安岩，赋水性很差；同时该区域在山与河之间的坡地上，不存在断裂构造，不适合开发地热资源打地热井。

在甲方指定区域不适合开发地热资源，在图们市其它区域是否存在开发地热资源的可行性呢？其地热资源存在的条件如何？如何圈定勘探靶区的位置及范围？这是一个较为典型且值得探讨的案例。

一、开发地热资源的基本概念及条件

在评价某一区域是否存在可开发的地热资源之前，必须清楚有关地热资源的几个概念：

（1）地热能到处都有且用之不竭。地球内部蕴藏着由放射性物质衰变作用等原因所产生巨大的热能，它通过各种方式向地球表面传播热量并散发到大气中，它是一种与地球同在、取之不尽用之不竭的热能源。

（2）水是人类直接获取并利用地热能最有效的媒质。地球内部就像是一个大火炉，从地面向地下越深、温度就越高，平均增温梯度约为1.5—3oC/100米。直接从地壳深部取热应用的成本太高，面前基本上都是通过钻地热井抽取中深层地热水的方式获取地热能。

（3）一定规模的断裂构造是形成地热资源的充分条件。地球表层充满了大大小小的裂缝，地表水就是通过这些裂缝向下渗透集聚形成地下水的。只有存在一定规模的张性断裂构造，才能使地表水沿构造内裂隙渗透到中深部聚集形成热储层，并在断裂内形成地热流体的循环通道，只有找到深部聚水的断裂构造定井才能成功开发地热资源。

（4）地热水资源的储量取决于断裂规模和地层岩性。对于断裂构造控制型地热资源而言，规模越大的断裂构造的破碎带越宽、破碎岩石块越大，透水通道越好、地热水蓄量越大；岩层脆性越高破碎程度越大、裂隙发育越好，破碎带内地热水蓄水量就越大；岩性孔隙度高、溶隙发育程度好的地层，同层连通性好、渗透率高、含水层储量大。

（5）断裂构造的规模和深度是地热水温度的决定因素。在同一区域、相同地层条件下，断裂构造规模越大、水沿裂缝渗透的越深，通过水的对流循环传导作用将深部地热能带至浅中部，使得同一构造内蓄水空间的水增温储热。

（6）不同地区地质条件的差异对地温梯度有很大影响。影响不同地区地温增温梯度的因素主要有：盆地下陷和断块隆起缩短了地表与热源的距离，离“火炉”越近地温梯度相对就越高；地壳板块裂缝、裂谷、地堑等超大型断裂及大型断裂带，在地壳层上有裂缝、下有幔汁侵入，使得带内增温率异常、地温明显较高；中生代和新生代时期地质活动热液上侵形成的侵入岩内部仍蕴藏着部分由放射性物质衰变作用等原因所产生的热能，对于其上地层及邻近地层有一定的增温作用。

二、图们市开发地热资源的条件及限制

图们市地热条件整体较差、受限较多，可开发地热资源的区块不大，但并一定不能打成地热井，只是成井后的出水量不大、出水温度不会太高。

（1）地层条件限制。图们市区除东面为朝鲜外，其余三面都是赋水性很差的侵入岩和火山岩。在市区的西部和北部都是白垩系下统大拉子组K1dl地层，只有东部和中部为第四系地层。白垩系K1dl地层的上部岩性为砂岩、粉砂岩、泥岩、（油）页岩等，下部为砾岩、砂砾岩等，上部赋水性较差，下部赋水性较好。在图们市开发地热井项目，限定范围在白垩系K1dl地层区域内，其它地层区域不可能成功开发地热资源。

图一图们市二十万分之一地质图

（2）地形地貌及市区建筑限制。从卫星地图上来看，过了北西向山谷后市区坐落在一面积不大、四面环山的河积盆地上，东侧以图和线外小河为界，东侧没有可施工的区块；北侧嘎呀河为以南为城区、以北有一片面积不大的平地和坡地，从地图上看基本上没有多少建筑物；在市区的西侧是铁路线，再向外有建筑物、村庄和少量的农田，看起来可施工的地方也很有限。

图二图们市地形图及白垩系地层范围

（3）断裂带限制。地热资源勘探的目的就是寻找断裂及其深部含水构造、在最佳位置凿井深层取水。从图们市区域内地质图上看不到存在标明的断裂带，通过在谷歌地球上查找相对低高程点的方法，在勘查区附近找出标定高程的相对最低点、并将这些低高程点相连，就可以发现可能存在的隐伏断裂带。由低高程连线标出了一条沿嘎呀河的隐伏断裂带；在嘎呀河北面有一条北西向山沟、因受侵入岩影响拐向西南与嘎呀河交汇。两条低高程连线交汇区域有可能是两条隐伏断裂带的交汇区，而在图们市其它区域没有低高程连线显示的隐伏断裂构造，所以图们市只是在嘎呀河北侧可能存在形成地热资源的断裂构造。

图三低高程连线显示的图们市隐伏断裂带

（4）赋水性较好地层岩性深度较浅的限制。虽然在图们市区域内及在嘎呀河北侧有一片赋水性较好白垩系大拉子组K1dl地层，但具体深度不详。按照地质图图例显示情况来看，K1dl地层也就只有200多米，其下就是侵入岩地层了。一般情况下，由于断裂构造内的地层凹陷，同一地层的深度在构造内会深一些，但也不可能深很多。所以，即使是在断裂构造内赋水性较好的白垩系大拉子组K1dl地层深度也不会很深，而其下侵入岩地层的赋水性很差，同样规模断裂构造内花岗岩的裂隙发育明显较差，严重影响到地热井的出水量。

图四地质图显示图们市东西向剖面地层情况

三、开发地热资源的可行性及圈定勘探靶区的位置

（1）低高程连线显示隐伏断裂带。由图五可以看出，除了沿嘎呀河存在明显的北西向隐伏断裂带之外，在河北侧山下沿山沟斜下岔分出2条低高程连线汇入嘎呀河断裂带。

（2）在断裂交汇区域圈定勘探靶区。由于不可能在嘎呀河堤坝南侧施工，从断裂规模来看在低高程连线分岔处应该是构造相对较大、破碎明显的区域，同时相距嘎呀河很近，应该在嘎呀河断裂的影响范围之内；从地层岩性来看该区域属于赋水性相对较好的白垩系K1dl地层。所以，将此区域确定勘探靶区应该是在图们市开发地热资源的最佳选择。

图五图们市开发地热资源勘探靶区

（3）在圈定勘探靶区内开发地热资源的可行性。从地层岩性赋水性来看，虽然白垩系K1dl地层赋水性相对较好，但从现有地质资料来看深度只有三百米左右，其下就是赋水性很差的侏罗纪时期侵入岩地层，中深部花岗岩地层裂隙发育情况如何还要根据勘探结果来判断；从断裂构造来看，在圈定勘探区域内肯定存在相对较好的断裂构造，至于断裂规模有多大、深部破碎程度如何，在实施勘探之前如何不好定论；由于靶区地下从几百米开始就是花岗岩地层，而在北侧和东侧从地表开始就是侵入岩地层，地下整体地温会高于其它非侵入岩地层地区。

图六图们市开发地热资源勘探靶区地质图位置

（4）根据对图们市圈定勘探靶区地热条件的初步分析，在实际勘探之前对在靶区内开发地热资源打地热井的可行性做出以下预测：找到断裂构造的中心位置确定孔位，深部会存在含水裂隙、但含水量不大；浅部白垩系地层赋水性较好，只能说明对深部含水裂隙有较好的补给源，但原则上最多只能从500米开始取水，500米之上的含水层因水温过低不能取用。凿井深度要视勘探结果显示V形构造内深部含水层的位置而定，成井后的出水量不会大，每天能够有超过120方的出水量就算成功；因要保证出水量、估计深度较浅，成井后的出水温度估计会在30oC左右。

郑州地象科技有限公司 2021年10月26日