張洪梅

（遼寧省地質礦產研究院，遼寧沈陽110031）

可再生能源的開發(fā)利用是國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要內容，地下熱水作為可再生資源，其開發(fā)利用日益受到重視［1］.隨著《遼寧省地熱勘查實施方案》的出臺，地熱勘查進入了一個新的階段.大民屯凹陷地區(qū)行政隸屬沈陽市新民、遼中兩市縣，距沈陽市25 km，“沈陽興隆溫泉城”旅游景區(qū)即位于該凹陷盆地內.

1 大民屯凹陷地質背景

1.1 地層

大民屯凹陷為遼河斷陷的二級構造帶，位于遼河斷陷東北角，大致呈北東向展布，屬新生代陸相凹陷（圖1）.基底地層主要由太古宇和元古宇的變質巖系組成，有中生界上侏羅—下白堊統(tǒng)的紅色砂巖、礫巖和泥巖局部殘留［2］.

新生代凹陷充填以新生界陸相河湖環(huán)境沉積物為主，為多旋回的砂泥巖互層沉積組合，古近系和新近系地層發(fā)育較全.其中新近系主要包括館陶組（N g）和明化鎮(zhèn)組（N m）；古近系包括房身泡組（E f）、沙河街組四段（E s4）、沙河街組三段（E s3）、沙河街組一段（E s1）和東營組（E d）.大民屯凹陷內沙河街組二段（E s2）地層缺失（見表 1）.

圖1 大民屯凹陷位置圖Fig.1 Locality of the Damintun sag1—斷層（fault）；2—新近系缺失線（Neogeneabsenceboundary）；3—東營組超覆線（Donying fm.overlyingboundary）

1.2 構造

1.2.1 區(qū)域構造

大民屯新生代凹陷盆地大地構造位置處于中朝準地臺（Ⅰ）華北斷拗（Ⅱ）下遼河斷陷（Ⅲ）遼河斷凹（Ⅳ）的東北部，是遼河斷陷6個二級構造帶之一［3］，軸向北東，長約50 km，距沈陽市25 km，面積約800 km2，平面上呈不規(guī)則三角形，南寬北窄，四周為邊界斷層所限.

1.2.2 構造演化

（1）基底構造背景

中生代時期，太平洋板塊以北北西方向向東亞大陸邊緣俯沖，巖石圈遭受擠壓，引發(fā)熔融物質上升并聚集于巖石圈底部，進而由于溫度升高發(fā)生對流，使巖石圈產生熱減薄，上地幔局部上拱.熱膨脹上拱作用導致巖石圈發(fā)生側向分離，在地殼薄弱地帶或早期斷裂處，熔融物質升至地表發(fā)生多次巖漿噴發(fā)，也導致在中國東部大陸邊緣形成一系列北東及北北東向展布的中生代裂谷盆地［4］，主要發(fā)育時期為晚侏羅世和早白堊世.大民屯凹陷盆地乃至遼河斷陷盆地的基底構造格局基本上在這一時期形成.

基底潛山構造表現為北高南低、東陡西緩.東北部曹臺、邊臺潛山埋藏淺，埋藏深度500～2000m；法哈牛、東勝堡、前當堡等潛山埋藏較深，為2000～3000m；中南部前當堡西緣和靜安堡等潛山埋深為2500～3500m；南部榮勝堡洼陷埋藏最深，一般基巖埋深在4000m以下.這些潛山構造主要受斷層控制.

（2）新生代構造演化

大民屯凹陷在新生代時期發(fā)生了3次較大規(guī)模的抬升隆起，遭受剝蝕，分別發(fā)生在中生界沉積末期、沙三段沉積末期及東營組沉積末期.

表1 大民屯凹陷地層表Table1 Stratigraphy of the Dam intun sag

石油勘探資料顯示，大民屯凹陷盆地演化可分為以下4個階段：古新世的裂谷萌發(fā)階段，始新世的裂陷-深陷階段，漸新世的持續(xù)裂陷-萎縮階段和新近紀的整體拗陷階段.這段時期大民屯凹陷斷裂發(fā)育強度也不盡相同：沙四、沙三段沉積時期強烈，繼承性明顯；沙一段、東營組沉積時期斷裂強度逐漸減弱，部分主干斷裂性質發(fā)生改變，新生性斷裂規(guī)模較??；至館陶組沉積時期斷塊活動基本停止.

1.2.3 構造格局

經過一系列構造演化，大民屯凹陷盆地內斷裂發(fā)育，地質情況比較復雜.整體構造格局呈東西分帶、南北分塊（段）的特點.根據凹陷基底結構特點、沉積特征、構造類型及其發(fā)展演化特征等，具體可劃分為西部斜坡帶、中央深陷帶、東側陡坡帶3個亞一級構造單元.中央深陷帶又可分為南、中、北三段，其中的中段為兩洼夾一隆，即安福屯洼陷和勝東洼陷夾靜安堡-東勝堡構造隆起帶，南、北為凹陷深洼區(qū)，即榮勝堡洼陷和三臺子洼陷，榮勝堡洼陷西側為前進斷裂半背斜構造帶（表 2）.

1.3 巖漿巖

大民屯凹陷中生代之前有多期火山噴發(fā).太古宙初期伴隨斷裂活動發(fā)生火山噴發(fā)，以斷裂為噴溢通道的玄武巖，在地形低洼處聚集.由于受當時地貌和火山源位置的影響，在凹陷區(qū)內形成薄厚不等的巖被，地勢低洼處較厚，高處較薄，其下是不整合接觸的基底混合花崗巖.

2 大民屯凹陷地熱地質條件

大民屯凹陷所形成的地熱田屬于傳導性地熱田，具備完整地熱田應有的熱源、儲熱層（熱儲）和蓋層3個要素，以及良好的導水導熱構造和有利地溫場特征.

2.1 熱源及導熱構造

大民屯凹陷屬于地幔隆起區(qū).大民屯凹陷地質構造環(huán)境背景表明，受遼河斷陷大環(huán)境影響，經歷了中生代時期，太平洋板塊向東亞大陸邊緣俯沖，造成上地幔局部上拱，所形成的幔源熱是該區(qū)主要熱源，次要熱源為放射性同位素的蛻變熱，局部地區(qū)也可能存在巖漿余熱等其他熱源.同一時期形成的中生代裂谷盆地構成基地的基本框架，之后又經過4個階段演化.這一時期形成的凹陷內基底斷層及多期次級斷裂等，為地熱田形成了良好的導熱和導水通道.

2.2 蓋層、儲熱層（熱儲）及水源

大民屯凹陷內填充地層厚度大，各巖組均為不同厚度的砂泥巖互層.其中的泥巖層段封閉性好，導熱性差，起到較好的隔水隔熱作用，具備良好的蓋層條件.砂礫巖層段透水性、儲水性均較好，可以作為熱儲層.同時，不同時期的斷裂對周邊地層的影響，使脆性地層破碎形成裂隙，為儲水提供了空間.再有，新生代時期發(fā)生的幾次較大規(guī)模的構造抬升隆起、剝蝕，使地層風化形成孔隙，再次下降接受沉積后，也為導水、儲水提供了有利條件.

盆地內氣候夏季溫和多雨，年降水量較大.地貌類型由山前傾斜平原和沖積平原組成，地表溪渠成網，魚塘遍布，為地表水下滲提供了有利的水源條件.經過億萬年的歲月，形成了該區(qū)豐富的地下水水源.

低溫地熱資源的水溫下限是25℃，該區(qū)賦存25℃以上熱水的地層被視為地熱田蓋層，厚度約為600m，主要包括第四系、新近系和部分古近系東營組地層.

第四系黏土層埋藏淺，水溫低.新近系地層明化鎮(zhèn)組-館陶組底板深度一般300～500m，巖性為塊狀砂礫巖、松散砂礫層夾灰黃、黃綠色砂質泥巖和亞黏土，地層厚145～365m，不整合在東營組之上.東營組底板埋深330～950m，地層厚度200～590m，巖性為以灰綠色為主體的砂質泥巖和灰色砂巖、礫巖不等厚互層.上述地層可形成一個統(tǒng)一的整體，其中的多層泥巖層段封閉性好，導熱性較差，可以起到良好的隔水隔熱作用，可視為地熱田良好的蓋層.

表2 大民屯凹陷構造格局Table2 Tectonic pattern of the Dam intun sag

大民屯凹陷內的地熱類型屬于傳導性地熱，熱儲的埋藏分布主要受巖性和構造控制，熱儲類型為層狀熱儲［5］.儲熱層為古近系沙河街組地層，頂板埋深330～950m，底板埋深1150～3318m以下（鉆孔未穿透），厚度大，占填充地層厚度的1/3以上.該組地層自下而上砂巖厚度占地層總厚度百分比呈明顯升高趨勢，下部（E s4、E s34、E s33）砂巖不發(fā)育，暗色泥巖發(fā)育較好.砂泥巖分異程度較高，尤其是沙河街組三段下部和四段地層，含水層水量不穩(wěn)定，處于含油層之下，不太利于開采熱水資源.上部（E s32、E s31、E s1）砂巖較發(fā)育，泥巖的發(fā)育程度明顯不及下部，而且暗色泥巖較少，雜色及紅色泥巖相對多，底礫巖與泥巖呈互層狀交互出現，但砂泥巖分異不好，含水層水量不穩(wěn)定，但其中單層較厚的砂巖-礫巖巖性段含水量較大，可作為主要熱儲層目標層位.

最有利的熱儲含水層應該是不同巖性亞段之間的接觸面的底礫巖層位，因其賦存一定量的風化孔隙裂隙水，另外就是張性斷裂附近發(fā)育的構造裂隙水.由于沉積條件控制，該段含水層處于封閉和半封閉狀態(tài)，儲層溫度不易流失，是大民屯地熱田開發(fā)的有利層段.

2.3 地溫場條件

研究表明，巖性大致相同情況下，區(qū)域地溫分布主要受構造格局的影響，基巖隆起區(qū)地溫梯度較洼陷區(qū)高.大民屯地區(qū)新近系地溫梯度為2.81～2.99℃/100m，平均2.9℃/100m；古近系地溫梯度為2.35～4.12℃/100m，平均3.18℃/100m，1500m深度的地溫可達42～58℃，2000m深度的地溫最高可達近 80℃［6］（圖 2）.總體而言，其北西部的地溫和地溫梯度略高于南東部，有利地段達到一定深度的地下水可以作為地熱資源開發(fā).

圖2 大民屯凹陷不同深度地溫分布等值線圖Fig.2 Geothermaldepth of the Damintun sag by depth

3 大民屯凹陷地熱田熱儲概念模型

本區(qū)地熱田為深循環(huán)熱水，大氣降水沿平原地表和盆地周邊山區(qū)巖石裂隙滲入地下，運移到有利的構造部位或地層層位，以熱傳導方式獲得地下深部熱能，形成熱儲.由于本區(qū)地層巖性表現為砂礫巖和泥巖互層，一定條件下地下流體可以在不同深度的熱儲層中越流補給，亦可以在靜壓力下沿一定通道（斷裂帶或開采井孔）上涌（圖3）.

圖3 大民屯地熱概念模型示意圖Fig.3 Conceptualmodelof the Damintun geothermQ—第四系（Quaternary）；N m+N g—明化鎮(zhèn)組、館陶組（Minghuazhen fm.and Guantao fm.）；E d—東營組（Dongying fm.）；E s— 沙河街組（Shahejie fm.）；E f—房身泡組（Fangshenpao fm.）；Ar+Pt—太古宇、元古宇（Archean and Proterozoic）；1—斷層（fault）；2—熱源傳遞渠道（heatsource）；3—流體補給渠道（water supply）

4 結論

大民屯凹陷是新生代陸相凹陷，處于地幔隆起帶，其地層巖性和構造及地溫場特征均具備傳導性低溫地熱田發(fā)育的條件，適合在基底潛山埋藏較淺和斷裂帶及其影響區(qū)域等有利地段，以及砂礫巖、風化裂隙發(fā)育等有利層位進行地熱資源的合理開發(fā).

［1］林麗，鄭秀華，詹美萍.地熱能源利用現狀及發(fā)展前景［J］.資源與產業(yè),2006,8（3）:20—23.

［2］陳振巖，陳永成，郭彥民，等.大民屯凹陷精細勘查實踐與認識［M］.北京：石油工業(yè)出版社,2007:3—23.

［3］吳炳偉，張巨星，李榮輝.遼河斷陷地熱資源研究與評價［J］.資源與產業(yè),2008,10（1）:39—44.

［4］遼寧省地質礦產局.遼寧省區(qū)域地質志［M］.北京：地質出版社,1989:692—697.

［5］張戈，崔亞力，楊紹南，等.遼寧省地下熱水分布特征［J］.勘察科學技術,2004,22（2）:640—43.

［6］倪金，馮麗杰，閆寶強，等.遼寧省中新生代盆地地下熱水富集規(guī)律研究［J］.地質與資源,2006,15（1）:57—61.