吉林市伊舒盆地地熱資源勘探開發(fā)風險分析

牛世臣 ,劉彥玲

1.吉林省地質環(huán)境監(jiān)測總站，吉林 長春 130021；2.地礦吉林地質工程勘察院，吉林 吉林 132011

1 吉林市伊舒盆地地熱資源概況

1.1 地熱資源的形成條件

1.1.1 區(qū)域地質特征

吉林市伊舒盆地是第三系地塹式斷陷盆地，屬于郯廬斷裂帶的北延部分，呈北東45°～55°方向狹長展布。盆地在區(qū)域上可分為三個二級構造單元和10個三級構造單元。吉林市段屬岔路河斷陷二級構造單元內的萬昌隆起、太平凹陷及孤店斜坡三個三級構造單元。伊舒盆地是在西北緣邊界斷層控制下形成和發(fā)育的盆地，期間經歷了從張扭→壓扭的轉化，盆地消亡前經歷了擠壓作用。盆內斷層從性質上分析主要有兩類，一類是張性正斷層，近東西走向，在整個盆地內普遍發(fā)育；另一類為張剪性斷層，主要為北東走向，在盆地西部發(fā)育。

盆地內第三系地層巖性主要為砂礫巖、砂巖和黑色、灰色、灰綠色泥巖。富含藻類和孢粉化石，植物碎屑、煤線普遍發(fā)育，但浮游生物和動植物化石少見。前人據孢粉化石、巖石絕對年齡、古地磁、巖性組合，結合地震資料，將盆地內第三系劃分為3個統(tǒng)、6個組。自下而上分別為：始新統(tǒng)雙陽組（E2s）、始新統(tǒng)奢嶺組（E2sh）、始新統(tǒng)永吉組（E2y）、漸新統(tǒng)萬昌組（E3w）、漸新統(tǒng)齊家組（E3q），以及上第三系中新統(tǒng)岔路河組（Nc）。

1.1.2 熱儲條件分析

吉林市伊舒盆地是吉林省地熱異常區(qū)，伊舒向斜盆地及西緣、東緣深斷裂是該區(qū)的構造主體，新構造運動形成的斷裂帶不斷地將第四紀火山活動產生的熱量、巖漿侵入活動（地殼重熔作用）產生的余熱向上傳導，構成傳遞熱量的良好通道，巖漿及火山活動產生的大量熱能將賦存于裂隙孔隙中地下水加熱形成地熱田。地下熱水的補給來源是上部常溫層地下水的越流補給（沿斷裂帶）、順單斜構造側向徑流補給。地熱田類型為傳導型沉積盆地地熱田，屬增溫型地熱田，隨著深度的增加，熱儲溫度也升高。熱儲蓋層為較厚的第四系松散層與巨厚的第三系泥巖，儲熱層為第三系砂巖、礫巖，基底為古生代地層及巖漿巖。

伊舒盆地區(qū)內沉積了巨厚的新生代地層，由于受新構造運動的差異性影響，基底起伏較大。

1.2 地熱田特征

儲熱層廣泛分布于盆地區(qū)。儲熱層埋藏深度為1 000～3 000m，具有多層儲熱層，一般累計儲熱層厚度大于100m時，地下水富水性中等，單井涌水量500～1 000m3/d。

儲熱層隨著深度的增加，熱儲溫度也升高。由勘探孔測溫資料可知，熱儲溫度43～ 143 ℃，相對應測試深度為1 403～3 814m，平均深層地溫梯度為（2.55～3.77）℃/hm。

儲熱層處于較封閉的環(huán)境中，地熱流體硬度小，堿度大。據勘探孔水質檢測資料，pH值∶7～10，水化學類型為重碳酸鈉型，總堿度499.59～1 405.05mg/L，礦化度601.46～30 353.5mg/L，陽離子中鉀離子與鈉離子質量濃度高，為154.72～8 336.4mg/L，鈣鎂離子質量濃度低，陰離子中碳酸氫根質量濃度高，其次為氯離子，硫酸根離子質量濃度較低。同一水井礦化度與鈉離子質量濃度隨著深度增加而逐漸增高。由穩(wěn)定同位素氘、18O和放射性同位素氚的檢測結果可以看出，地熱流體年齡大于30 a。

儲熱層內發(fā)育深層裂隙孔隙承壓水，具有多層含水的特點，壓力水頭接近地表，個別層位水頭高于地表，形成自流。

2 地熱資源勘探開發(fā)現(xiàn)狀

吉林市地熱資源豐富，但勘探開發(fā)風險較高。目前有12眼地熱井用于醫(yī)療洗浴和農業(yè)開發(fā)，有9眼井準備為小區(qū)供熱、供水，有4眼井因水量極小而報廢，有3眼井因水溫偏低而停用。目前勘探開發(fā)成功率不足67%，地熱勘探開發(fā)風險較高，造成直接經濟損失兩千多萬元。

地熱資源開發(fā)利用可以減少環(huán)境污染，帶來較高的投資回報。因而商業(yè)開發(fā)熱情很高，但由于地熱資源管理不到位，缺乏有效的技術業(yè)務指導，隨之而來的是盲目開發(fā)，掠奪開采，造成高投入、高風險、水位下降、資源枯竭。

由于各開發(fā)單位缺少統(tǒng)一的技術指導，致使地熱井缺少許多技術參數，給開發(fā)利用及管理工作帶來諸多不便。

3 地熱資源勘探開發(fā)風險分析

吉林市地熱資源分布較廣，儲量大，綜合開發(fā)利用前景好，對國民經濟發(fā)展推動作用較大。但目前多數地熱田尚未進行專門性地熱地質勘查工作，資源條件不清，現(xiàn)有的資源開發(fā)帶有一些盲目性和缺少科學性，綜合利用程度也較差。為此，地熱資源可行性勘察和開發(fā)利用規(guī)劃工作已迫在眉睫。

3.1 分析地熱田分布特征，確定勘探開發(fā)風險程度

依據地熱田現(xiàn)有開采井、勘探孔資料，結合現(xiàn)有經濟條件和技術水平，確定伊舒盆地地熱田開采深度為1 000～3 000m，在此深度范圍內儲熱層累計厚度越厚，其水量越豐富，開發(fā)風險越小。伊舒盆地沉降中心靠近西北緣，西北翼具有快速沉積的特點，造成砂礫巖單層厚度薄、泥質含量高、分布層位連續(xù)性穩(wěn)定性差。東南翼由沉降中心至邊部，儲熱層厚度逐漸變薄，砂礫巖巖相相對穩(wěn)定。伊舒盆地儲熱層最厚的區(qū)域為萬昌至岔路河一帶，其次為太平至樺皮廠東部一帶。萬昌鎮(zhèn)附近儲熱層累計厚度可達1 000m，砂厚比接近50%，見圖1。

伊舒盆地沉降中心及西北翼地溫梯度值較低，基底凸起處地溫梯度值較高，受補給邊界影響，東南緣地溫梯度值低。地溫梯度值低的地區(qū)，要想獲得理想的溫度，就得增加井深，加大了勘探開發(fā)的成本。

儲熱層厚度與地溫梯度兩項指標基本決定了地熱資源勘探開發(fā)的風險。由圖2可以看出：勘探開發(fā)高風險的區(qū)域分布在盆地沉降中心西北翼及盆地東南緣邊界處，分布面積占地熱田總面積的27%，儲熱層累計厚度一般小于100m，地溫梯度小于3.0 ℃/hm；勘探開發(fā)低風險的區(qū)域廣泛分布在萬昌至樺皮廠鎮(zhèn)東側，分布面積占地熱田總面積的48%，儲熱層累計厚度大于200m，地溫梯度大于3.0 ℃/hm，個別地段大于3.5 ℃/hm；勘探開發(fā)中等風險的區(qū)域介于上述二者之間，在三家子鄉(xiāng)及東北部也存在中等風險區(qū)，分布面積占地熱田總面積的25%，儲熱層累計厚度一般在100～200m，地溫梯度大于3.0 ℃/hm，見圖2。

圖1 吉林市伊舒盆地儲熱層特征分布圖Fig.1 Distributionmap of geothermal reservoir characteristics of Yishu Basin in Jilin City

圖2 吉林市伊舒盆地地熱資源勘探開發(fā)風險分區(qū)圖Fig.2 Exploration risk zoningmap of Yishu Basin geothermal resources in Jilin City

值得注意的是，在岔路河食品工業(yè)開發(fā)區(qū)以西，地熱資源十分豐富，單井涌水量大于1 000m3/d，壓力水頭接近地表，個別地段形成自流，地熱流體溫度高，礦化度相對較低，利于地熱資源的開發(fā)利用。

3.2 研究開采-回灌運行方案

伊舒盆地儲熱層水文地質條件復雜，儲熱層滲透率差異顯著，造成儲熱層富水性不均勻，給地熱資源的普及開發(fā)帶來不利條件。同時，由于地熱流體埋藏較深，補給條件差，在大量開采時會造成水位下降、水量衰減。所以，在取得地熱資源可行性勘查資料的基礎上，研究開采-回灌運行方案，合理布置開采井與回灌井，是獲取永續(xù)利用地熱資源的關鍵。

[1] 吉林省地質環(huán)境監(jiān)測總站.吉林市城市地質環(huán)境調查評價報告[R].2008.

[2] 吉林省地質環(huán)境監(jiān)測總站.吉林省安置農場萬昌地熱資源可行性勘察報告[R].2013