王照宇 黃辰旭

黑龍江省第一地質(zhì)勘察院 牡丹江 157011

黑龍江省牡丹江地區(qū)鏡泊盆地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)

王照宇 黃辰旭

黑龍江省第一地質(zhì)勘察院 牡丹江 157011

鏡泊盆地有敦密斷裂和牡丹江斷裂通過(guò)，為地?zé)嵝纬蓜?chuàng)造了有力條件，但以往只是停留在理論上的預(yù)測(cè)。2009年在黑龍江省東南部鏡泊盆地內(nèi)首次成功打出一眼地?zé)峋?，填補(bǔ)了該區(qū)找地?zé)豳Y源的空白，為今后在該區(qū)尋找地?zé)豳Y源提供了可靠的依據(jù)，通過(guò)與現(xiàn)有已知地?zé)峋闆r的對(duì)比，可在相似地質(zhì)條件地區(qū)進(jìn)行尋找地?zé)豳Y源。

牡丹江；鏡泊盆地；地?zé)幔欢孛軘嗔?；牡丹江斷?/p>

地?zé)豳Y源作為一種清潔能源，若實(shí)現(xiàn)地?zé)崮艿囊?guī)?；_(kāi)發(fā)利用，將帶來(lái)較大的環(huán)境效益，對(duì)構(gòu)建資源節(jié)約型社會(huì)和環(huán)境友好型社會(huì)、保障國(guó)家能源安全、改善牡丹江鏡泊湖地區(qū)現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)、為實(shí)現(xiàn)我省中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃中減少CO2排放量40%的節(jié)能減排任務(wù)有巨大推動(dòng)作用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。2008～2009年度，黑龍江省第一地質(zhì)勘察院在寧安市鏡泊盆地開(kāi)展了地?zé)崞詹楣ぷ?，選擇地質(zhì)、構(gòu)造條件有利，熱封閉條件好的地點(diǎn)進(jìn)行了地?zé)峋@探驗(yàn)證，施工了鏡泊湖地?zé)?號(hào)井（井深1579.4m，井口出水溫度48℃，單井出水量1000m3/d）。

一、地質(zhì)概況

1.地層

區(qū)域上出露的地層主要有：上元古界張廣才嶺群新興組（Pt3x）、古生界泥盆系上統(tǒng)歪鼻子組（D3w）、二疊系上統(tǒng)開(kāi)山屯組（P2k），中生界三疊系上統(tǒng)西土山組（T3x）、侏羅系中統(tǒng)帽兒山組（J2m）、上統(tǒng)寧遠(yuǎn)村組（J3n）、白堊系下統(tǒng)猴石溝組（K1h）、上統(tǒng)海浪組（K2hl），新生界古近系琿春組（E2-3h）、新近系中-上新統(tǒng)土門(mén)子組（N1t）、船底山組玄武巖（Nc）、第四系全新統(tǒng)玄武巖（βQ14）等。

2.地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域上發(fā)育有兩大巖石圈斷裂，一是敦密巖石圈斷裂，呈北東走向該區(qū)通過(guò)，斷裂帶傾向南東，傾角50度左右，斷裂帶寬度10～20km。該巖石圈斷裂自古生代以來(lái)多次活動(dòng)，并呈現(xiàn)擠壓特征，它控制了區(qū)內(nèi)大多數(shù)次級(jí)斷裂，而次級(jí)斷裂又控制了巖漿及火山活動(dòng)。圖1，黑龍江省東南部大地構(gòu)造分區(qū)圖（黑龍江省區(qū)域地質(zhì)志，1993）。

二是牡丹江巖石圈斷裂，其規(guī)模小于敦密斷裂。呈近南北向或北北東向分布于牡丹江市至東京城鎮(zhèn)連線的東側(cè)，斷裂帶略?xún)A向于北西西，傾角較陡，部分地段呈擠壓或逆沖性質(zhì)。

在兩條大斷裂形成之后，沿其次級(jí)斷裂發(fā)生過(guò)多次巖漿侵入活動(dòng)，使部分地區(qū)呈現(xiàn)基底隆起，部分地區(qū)呈現(xiàn)凹陷而形成盆地。鏡泊盆地即位于該區(qū)域內(nèi)，北起牡丹江市，南接近吉林省界，西起海浪農(nóng)場(chǎng)西側(cè)，東至代馬溝，盆地面積超過(guò)5000km2。盆地中沉積了巨厚（大慶石油管理局1987年施工了一口深3176米的石油探井——敦參1井，在埋深2500米時(shí)測(cè)得溫度為90.8℃。敦參1井鉆探控制底界埋深2650m）的白堊系、古近系及新近系地層，形成了地?zé)豳Y源良好的熱儲(chǔ)層。

上述大的斷裂構(gòu)造、頻繁復(fù)雜的巖漿活動(dòng)及盆地內(nèi)沉積地層，共同提供了在本區(qū)域內(nèi)形成地下熱儲(chǔ)資源的地質(zhì)條件。

3.巖漿活動(dòng)情況

區(qū)域上巖漿活動(dòng)比較活躍，各期巖漿巖均有出露。最早的為張廣才嶺期花崗巖，后期有兩期巖漿侵入，早期為華力西期花崗巖呈巖基產(chǎn)出，主要出露在山市及周?chē)貐^(qū)；晚期為燕山期花崗巖呈巖株或巖墻產(chǎn)出，主要分布在牡丹江市至寧安市以西大部分地區(qū)，在海林市以南，以巖株或巖墻沿張廣才嶺群地層侵入。

二、地?zé)岬刭|(zhì)條件分析

1.地?zé)嵝纬蓷l件

1.1 熱儲(chǔ)層

本次發(fā)現(xiàn)的地?zé)嶂饕挥阽R泊盆地內(nèi)的海浪盆地內(nèi)，海浪盆地之南為敦密地塹式斷陷帶。海浪盆地在其發(fā)生，演化過(guò)程中，受牡丹江深斷裂的制約，以牡丹江斷裂為軸，造成了東西兩側(cè)不同沉積格局，也就形成了不同的熱儲(chǔ)層巖性條件。據(jù)此將海浪盆地地?zé)嵝纬蓷l件分為盆東、盆中、盆西、盆南四個(gè)區(qū)：

a、盆東：位于牡丹江斷裂以東，為下白堊統(tǒng)猴石溝組（K1h）地層分布區(qū)，熱儲(chǔ)層主要為猴石溝組底部砂礫巖層（厚＞400m），埋深約1500m±，南部有上白堊統(tǒng)海浪組下段地層上覆外，主要由土門(mén)子組和船底山組呈半地塹式盆地不整合覆于其上（即寧安盆地），形成良好的蓋層。

b、盆中：位于牡丹江斷裂西側(cè)，無(wú)盆地沉積物，是盆地基底地層及其中的侵入巖組成。長(zhǎng)期裸露地表剝蝕夷平區(qū)，熱儲(chǔ)層推測(cè)為深部構(gòu)造破碎帶或裂隙帶中的帶狀熱儲(chǔ)層。

c、盆西：位于牡丹江斷裂以西盆地西部，盆地?zé)o猴石溝組地層沉積，也無(wú)新近系蓋層堆積，只有上白堊統(tǒng)海浪組地層沉積，在沉降中心的海浪組下段底部砂礫巖埋深較大，可預(yù)測(cè)為可能的熱儲(chǔ)層。

d、盆南：即盆地之南鏡泊地?zé)崽锓植紖^(qū)。鏡泊地?zé)崽镂挥诙孛艿貕q式斷陷帶內(nèi)鏡泊盆地中。熱儲(chǔ)層為上白堊統(tǒng)海浪組和呈帶狀分布在花崗巖中構(gòu)造破碎帶。

測(cè)區(qū)通過(guò)瞬變電磁測(cè)深工作，圈定了2條近東西向帶狀熱儲(chǔ)異常體（圖2）。在此異常帶上垂直異常帶布設(shè)的人工地震剖面勘探，從人工地震勘探疊加剖面成果圖（圖3）所見(jiàn)：①區(qū)域斷裂推測(cè)為敦密斷裂；② 與區(qū)域斷裂相交的次級(jí)構(gòu)造與瞬變電磁測(cè)深異常相吻合；③次級(jí)構(gòu)造近東西向，可能為張扭性斷層。由此判斷，本區(qū)熱儲(chǔ)層為構(gòu)造成因。

熱儲(chǔ)層埋深1011m，16層熱儲(chǔ)層累計(jì)厚度157.2m，熱儲(chǔ)平均孔隙度20.59%，平均滲透率194.35×10-3um2，富水性中等。

區(qū)域土門(mén)子組最大厚度106m，與熱儲(chǔ)層埋深不一致，根據(jù)鉆孔編錄分析，該區(qū)熱儲(chǔ)層應(yīng)為猴石溝組地層。熱儲(chǔ)層上部沉積的細(xì)碎屑含煤沉積建造（土門(mén)子組）和船底山組是良好蓋層。

1.2 熱的來(lái)源分析

a、上地幔隆起

眾所周知，地球由地殼向地球深部，地溫隨深度逐漸遞增的，這主要是地幔熱流較穩(wěn)定地向上傳遞有關(guān)。

海浪盆地位于張廣才嶺幔坳區(qū)亞布力凹陷與太平嶺凹陷之間的牡丹江隆起帶，隆起帶呈北東向分布，東北部與佳木斯幔隆區(qū)相連。莫霍面深度平均37km，由北東向西南逐漸變深，但在幔坳區(qū)內(nèi)地殼相對(duì)較薄，熱能外溢，易于形成地溫梯度相對(duì)較高的地溫場(chǎng)。見(jiàn)圖4（黑龍江省區(qū)域地質(zhì)志，1993）。鏡泊地?zé)峥捉K孔深度1579.40m，經(jīng)物探測(cè)井，在孔深1550m處，測(cè)得水溫為54.78度，自260m至井底平均地?zé)嵩鰷芈蕿?.629℃/100m。

b、花崗巖體分布

熱流量=地溫梯度×巖石導(dǎo)熱率。從公式所見(jiàn)，一定的區(qū)域內(nèi)地溫梯度變化不大時(shí)，熱流量大小主要與巖石導(dǎo)熱率有關(guān)。大家知道，地球物質(zhì)中含數(shù)量不多的放射性元素，如U、Th、Ra、K40等，它們自發(fā)分裂蛻變時(shí)，放出大量的熱。花崗巖類(lèi)的酸性巖石，平均每噸每年由U發(fā)出的熱量為2.3卡，由Th發(fā)出的熱量為2.1卡，由K發(fā)出的熱量為0.5卡，即平均每1立方米的花崗巖類(lèi)巖每年發(fā)出13.7卡的熱量；玄武巖類(lèi)3.8卡熱量。顯然酸性巖類(lèi)產(chǎn)熱量高于其它巖石，見(jiàn)圖5（黑龍江省區(qū)域地質(zhì)志，1993）。

海浪組底部礫巖含放射性鈾礦。U的衰變期長(zhǎng)，產(chǎn)熱量也大，海浪盆地西部易于形成區(qū)域性淺部地?zé)岙惓！?/p>

該區(qū)處于嘉蔭——牡丹江市南北向元古代花崗巖帶上，在該花崗巖帶上海西、印支、燕山構(gòu)造活動(dòng)期均有不同規(guī)模的酸性巖漿侵入活動(dòng)，多期次的酸性巖漿活動(dòng)易于形成區(qū)域性地?zé)岙惓！?/p>

1.3 隔熱保溫蓋層

熱儲(chǔ)層上覆蓋層對(duì)熱田承壓熱水的形成和保溫隔熱起著重要作用。因此，蓋層具備兩個(gè)條件：一是隔水、隔熱，即巖石孔隙度小，節(jié)理裂隙不發(fā)育；二是具有一定厚度。

該區(qū)隔熱保溫蓋層，在盆東、盆南為土門(mén)子組含煤細(xì)碎屑建造和船底山組玄武巖，其厚度200余米，蓋層條件良好。盆西為海浪組地層上部粉砂巖、泥巖及第四系細(xì)粒堆積物。蓋層條件較差。盆中基本無(wú)蓋層。

1.4 熱流體通道

全國(guó)溫泉分布和某些地?zé)岙惓^(qū)的普查勘探經(jīng)驗(yàn)：

a、區(qū)域性的地?zé)岙惓７植?，和現(xiàn)代活動(dòng)性構(gòu)造體系和構(gòu)造帶相一致。如我國(guó)東部北東向構(gòu)造體系，郯廬斷裂帶；

b、局部地區(qū)的地?zé)岙惓７植纪c有活動(dòng)性斷裂有關(guān)，或與構(gòu)造體系的復(fù)合部位有關(guān)。天津地區(qū)總結(jié)的地?zé)岙惓５闹饕刭|(zhì)構(gòu)造特征是北東向的“深斷裂、新活動(dòng)、隆起側(cè)”。

構(gòu)造不僅控制區(qū)域和局部性地?zé)岙惓^(qū)，而且構(gòu)造造就賦水構(gòu)造成熱儲(chǔ)層，深大斷裂控制導(dǎo)熱構(gòu)造，地表水與深部熱儲(chǔ)層間水聯(lián)系的導(dǎo)水構(gòu)造，深部熱水向上遷移排泄形成溫泉的泄水構(gòu)造等。因此，構(gòu)造是熱流體形成、排泄的主要通道。

該區(qū)位于南北構(gòu)造與北東向構(gòu)造體系復(fù)合部位，北東向敦密斷裂帶多次活動(dòng)，地幔物質(zhì)向殼層運(yùn)移，第四系鏡泊玄武巖噴發(fā)構(gòu)成鏡泊熱田熱儲(chǔ)層的底板，因此敦密斷裂帶造就賦水構(gòu)造，也起到控巖導(dǎo)熱和導(dǎo)水構(gòu)造作用。鏡泊熱田鉆孔井溫測(cè)量結(jié)果顯示總的趨勢(shì)是井溫隨深度加深而增加，但局部出現(xiàn)溫度突然降溫或升溫現(xiàn)象，推測(cè)其原因可能是熱儲(chǔ)層內(nèi)局部地段構(gòu)造裂隙發(fā)育程度不同所致。推測(cè)裂隙發(fā)育段水量多溫度略偏低的緣故。

表1 鏡泊鄉(xiāng)地?zé)峋疁?、井溫梯度?/p>

敦密深大斷裂帶是郯廬深大斷裂帶的北段分支斷裂，向北延伸入俄羅斯境內(nèi)至鄂霍茨克海，向南延入吉林省敦化，在沈陽(yáng)附近與郯廬斷裂相接。在省內(nèi)長(zhǎng)度約500km。

斷裂帶由兩條高角度相對(duì)逆沖的主干斷裂構(gòu)成，為“逆地塹式”斷裂。斷裂帶寬度在10—20km，地貌上表現(xiàn)為開(kāi)闊的谷地。斷裂兩側(cè)巖石破碎，片理發(fā)育，局部見(jiàn)牽引構(gòu)造。該斷裂早期以左旋走滑為特征，控制了白堊系含煤盆地的形成（包括海浪盆地在內(nèi)），早喜馬拉雅期發(fā)展成為線型斷陷，形成寧安盆地、鏡泊盆地等半地塹—地塹式斷陷盆地。自新近紀(jì)晚期沿?cái)嗔褞Я严妒絿姲l(fā)有船底山組玄武巖，到第四紀(jì)中更新世沿?cái)嗔褞У装寰植繃姲l(fā)有鏡泊早期玄武巖。斷裂深度67.5km。敦密斷裂帶的熱儲(chǔ)、導(dǎo)水、導(dǎo)熱作用很明顯。

牡丹江深大斷裂是在海浪盆地內(nèi)與地?zé)嵝纬捎嘘P(guān)的深大斷裂。斷裂呈近南北向分布，斷裂南段被敦密斷裂所切錯(cuò)。該斷裂發(fā)育在早—晚元古代末，佳木斯隆起帶與張廣才嶺邊緣隆起帶之連結(jié)部位，晚印支運(yùn)動(dòng)復(fù)活，發(fā)展成為A型俯沖斷裂，燕山期以來(lái)繼承活動(dòng)。在盆地內(nèi)燕山期以來(lái)至少有三次活動(dòng)：

a 白堊早期斷層為向東傾的正斷層，控制了白堊系下統(tǒng)猴石溝組河湖相沉積，其下部400多米厚的砂礫巖層是理想的熱儲(chǔ)層，斷裂以西沒(méi)有猴石溝組沉積。

b 晚白堊世斷裂再次活動(dòng)，此時(shí)斷裂向西傾，斷裂以西形成沉積盆地，斷裂西側(cè)下降，東側(cè)抬升或剝蝕而出露盆地基底地層，形成盆中和盆西兩個(gè)不同熱儲(chǔ)地質(zhì)單元，盆西堆積了海浪組河湖相沉積＞1404m，底部熱儲(chǔ)層為含礫中粗砂巖440m厚。

c 喜馬拉雅期牡丹江斷裂又有輕微活動(dòng)。

牡丹江斷裂的多次活動(dòng)，不僅在盆地內(nèi)形成不同的熱儲(chǔ)層，而且構(gòu)造導(dǎo)水作用也顯而易見(jiàn)。

三、地?zé)豳Y源類(lèi)型

牡丹江地區(qū)鏡泊盆地地?zé)豳Y源有以下特點(diǎn)：

a 地?zé)豳Y源位于兩大超殼斷裂帶（牡丹江斷裂、敦密斷裂）交匯處，敦密斷裂帶上盤(pán)。大斷裂帶及次級(jí)斷裂構(gòu)成了熱水上升的通道。

b 地?zé)豳Y源位于斷陷盆地邊緣（次級(jí)斷裂構(gòu)造發(fā)育部位），斷陷盆地海浪坳陷內(nèi)的白堊系猴石溝組和海浪組的砂礫巖為地?zé)釤醿?chǔ)層，其上覆玄武巖為熱儲(chǔ)蓋層。

c 鏡泊地?zé)崽飪?nèi)，中新生代地層分布區(qū)熱流量較大（1.92HFU），高于地球的平均熱流量（1.5HFU），由于牡丹江斷裂早期具A型俯沖斷裂性質(zhì)，白堊紀(jì)又有復(fù)活，牡丹江斷裂與敦密斷裂帶有導(dǎo)熱作用，在地表水與熱儲(chǔ)層之間有水源聯(lián)系，因此該區(qū)的熱儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)流量較大。并有鉆孔驗(yàn)證，效果良好。

d 新生代的火山活動(dòng)（大面積的玄武巖漿噴發(fā)）為該區(qū)地?zé)豳Y源提供了進(jìn)一步的熱源。

e 綜合前述各方面，該區(qū)地?zé)豳Y源勘查類(lèi)型應(yīng)屬Ⅱ類(lèi)（中低溫地?zé)崽铮┑?型—地?zé)崽锛嬗袑訝顭醿?chǔ)和帶狀熱儲(chǔ)特征，彼此存在成生關(guān)系，地質(zhì)構(gòu)造條件比較復(fù)雜。

[1]黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)局.黑龍江省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社,1993:1-160

[2]主編:韓振新.黑龍江省水文地質(zhì)志.黑龍江人民出版社,2000年9月

[3]黑龍江省第一地質(zhì)勘察院.黑龍江省牡丹江地區(qū)南部地?zé)豳Y源普查報(bào)告,2011年5月

[4]尚英男,徐旃章,尹觀.鏡泊湖地區(qū)水體的同位素、元素地球化學(xué)特征及地下熱水儲(chǔ)存狀態(tài)分析.礦物巖石地球化學(xué)通報(bào) Vol.22 No.1,2003Jan.