郭昂青

黑龙江省齐齐哈尔矿产勘查开发总院，黑龙江齐齐哈尔161006

松辽盆地北部热储体系特征及开发利用

郭昂青

黑龙江省齐齐哈尔矿产勘查开发总院，黑龙江齐齐哈尔161006

松辽盆地属中、新生代形成的大型断拗陷陆相湖成盆地，为典型的沉积盆地型板内地热带.松辽盆地北部不仅是特大型的砂岩型油气田，也是特大型的层状低中高温地热田.通过对前人多年相关资料的分析研究，进一步证实松辽盆地北部由上至下分布4套盆地或区域泥岩盖层和4套热储层，二者空间配置组合形成了4套热储体系，并对4套热储体系特征进行了阐述.目前，松辽盆地北部地热资源没有进行系统的区域勘查评价研究，只进行了局部地段的勘查评价研究，没有编制相应的区域性开发利用方案，只进行了初步小规模粗放式的开发利用，开发利用程度低，资源浪费比较严重，没有做到绿色环保和可持续开发利用.据此提出松辽盆地北部地热资源开发利用对策与建议.

松辽盆地北部；热储体系特征；开发利用；对策与建议

松辽盆地位于我国东北地区，面积26×104km2.盆地大体以松花江为界分为南北两部分，松辽盆地北部主要位于黑龙江省境内，为大庆油田探区，面积11.6× 104km2，其中分布有哈尔滨、齐齐哈尔、大庆、绥化等大中城市.

1 区域地质概况

松辽盆地是中、新生代形成的拗陷和断陷相叠置的大型复合式陆相湖成含油气水热盆地，以板块构造观点，属于克拉通内复合型盆地［1］.盆地断陷阶段，构造运动以断裂作用为主，形成了一系列断陷盆地.这些彼此分割的断陷盆地中不同程度地发育火山岩、火山碎屑岩及河流沼泽相为主的地层，厚度较大，自下而上分为火石岭组、沙河子组、营城组、登楼库组.盆地拗陷阶段，构造运动以沉降为主，沉降幅度与沉积范围均规模巨大，先后沉积了以河湖相为主的泉头组、青山口组、姚家组与嫩江组，是盆地主要的热储层和油气储集层.盆地萎缩阶段，构造运动趋于缓慢上升状态，沉积范围明显缩小，先后沉积了以河流相为主的四方台组、明水组和新生界，是地下水的主要赋存层位.

松辽盆地基底为前古生界、上古生界含有花岗岩、火山岩的变质岩系，上部沉积从侏罗系始，至新生界均有不同程度发育，但以白垩系为主，厚达5000 m以上，为陆相沉积，是主要含油气水热层系.盆地构造特征是：北部为倾没区，东北部、东南部和西南部为隆起区，西部是平缓斜坡区，中间是大面积拗陷区.盆地内发育4组隐伏深大断裂，将盆地基底切割成大小不等的网状块体.以北东向和近南北向最发育，它们控制了盆地主要构造格架，为地下热流、水流和油气提供了运移通道.盖层新断裂多与褶皱伴生，有的只在盖层中发育，有的继承老断裂复活.新断裂形成和老断裂复活都起到开辟地下热流、水流和油气垂直运移通道的作用［2］.

2 地热资源形成条件

根据板块构造运动理论，全球地热资源可以划分为板缘地热活动带和板内地热活动带［3］.松辽盆地为典型的沉积盆地型板内地热活动带.地温梯度高于全球平均值，属于地热高异常区域［4］.分析认为，地温场异常主要有以下控制因素：①地壳厚度薄，上地幔隆起及存在壳内高导层是主要原因；②基底中深大断裂的导热作用及广泛分布的花岗岩体的生热作用；③局部构造及岩性因素导致的聚热作用的影响［5］.

松辽盆地是我国已知内陆盆地中地壳厚度最薄的盆地之一，莫霍面埋深为29～33 km.地幔拱起带的走向为北东向.莫霍面埋深东部为32 km，西部为33 km，呈现出东浅西深的特点，最浅处位于盆地中央大庆长垣一带，深度29 km［6］.盆地大地热流值变化于40～90 mW/m2之间，平均热流值为79 mW/m2，高于盆地周边其他地区.其中，杏4井实测大地热流值高达84 mW/m2，是松辽盆地北部大地热流背景值高的直接证据.从油田已知探井中统计的温度计算出盆地地温场梯度分布规律为，盆地中央地温梯度高，向外依次降低，呈北东向环状分布，平均地温梯度3.8℃/100 m，普遍高于东北地区其他沉积盆地［7］.

松辽盆地上地幔高导层埋深在60～118 km之间.盆地北部大庆地区为上地幔高导层隆起区，埋深在60～70 km之间.莫霍面隆起、上地幔上隆及壳内高导层的存在是盆地地温梯度及大地热流值高的深部原因.

松辽盆地地热异常形成的另一重要原因是基底大面积花岗岩体的存在，盆地北部基底燕山期和华力西期花岗岩广泛分布.据盆地周边花岗岩资料，其铀含量高达7.0×10-6.铀、钍、钾的放射性衰变所产生的热量很大，盆地燕山期和华力西期花岗岩产热率很高，可达8.3微卡/克·年，是盆地北部地热的一个主要热源❶❶汪在君，等.松辽盆地北部的地热资源及其开发利用设想.2001..盆地内基底断裂发育，对地热生成、运移、聚集起到了良好的控制作用.

松辽盆地北部地热资源丰富，开发利用潜力大.地热异常区面积达到7.98×104km2，占盆地总面积的2/3以上.地热异常区的地热资源总量折合标准煤988× 108t，地热水储量为2.44×1012m3，地热能可采资源量折合标准煤30.4×108t.地热能分布的有利区为大庆油田探区的中部和西南部.大庆油田采出水型地热资源近5×108m3/a，是可直接利用的另一类地热资源［8］.

3 热储体系特征

松辽盆地属于以碎屑岩为主的陆相沉积体系，存在4套热储和4套盆地或区域泥岩盖层.其中，嫩江组一、二段和青山口组一段盆地泥岩具有良好的封闭条件，为最重要的热储盆地泥岩盖层，其余嫩江组五段、泉头组二段为区域泥岩盖层.嫩江组一、二段一般埋深在1100 m左右，青山口组一般埋深在1700～1800 m［9］.

松辽盆地北部热储层位较多，从上至下有：嫩江组三、四段，姚家组和青山口组二、三段，泉头组三、四段，登娄库组三、四段至侏罗系.分别对应黑帝庙、萨尔图和葡萄花及高台子、扶余和杨大城子、农安和昌德油气层.4套泥岩盖层与4套热储层的空间配置组合关系，控制了松辽盆地北部热储体系在空间上的分布.

根据松辽盆地的演化史、地层发育特征、热储和盖层分布，以及勘探和开发实践证实，盆地北部分布有上部、中部、下部、深部4套热储体系.即嫩江组五段区域泥岩盖层与嫩江组三、四段热储层构成上部热储体系，嫩江组一、二段盆地泥岩盖层与姚家组和青山口组二、三段热储层构成中部热储体系，青山口组一段盆地泥岩盖层与泉头组三、四段热储层构成下部热储体系，泉头组二段区域泥岩盖层与登娄库组三、四段至侏罗系热储层构成深部热储体系（见表1）［10］.

表1 松辽盆地北部热储体系与含油气组合关系表

由表1可知，松辽盆地北部热储体系与含油气组合基本上一一对应，二者是不可分割的统一地质体，即热储体系中有含油气组合，含油气组合中有热储体系.其中，埋深在1000～2500 m的白垩系中下部的姚家组、青山口组、泉头组地层因地温条件好和砂体十分发育，构成松辽盆地北部主要热储层［6］，分别与嫩江组一、二段和青山口组一段盆地泥岩盖层构成中部和下部热储体系.

3.1 上部热储体系

由嫩江组五段区域泥岩盖层和嫩江组三、四段砂体构成，埋深1000 m以上.

热储盖层：上部以嫩江组五段区域泥岩为热储盖层.底部以嫩江组一、二段盆地泥岩隔水层与中部热储体系隔开.

热储层：嫩江组三、四段砂体为热储层，一般埋深在500～1000 m之间，埋深浅，地层温度一般在40℃以下［7］，为低温热储层.砂体单层厚度多在3～5 m，累计厚度80～240 m.对应上部黑帝庙含油气储集层.上部热储层条件较好，砂岩发育，在盆地内广泛分布.

热储层物性特征：储层物性好，孔隙度一般在20%～25%，属中高孔隙度热储层.渗透率一般大于50× 10-3μm2，平均为193.4×10-3μm2［11］，属中渗透率热储层.

3.2 中部热储体系

由嫩江组一、二段盆地泥岩盖层和姚家组、青山口组二、三段砂体构成，埋深1000～1500 m.

热储盖层：上部以嫩江组一、二段盆地泥岩为热储盖层，有效地封盖了热储层热水.底部以青山口一段盆地泥岩隔水层与下部热储体系隔开.嫩江组一、二段沉积期湖盆急剧加大，湖水加深，为较深湖、深湖相.泥岩分布面积20×104km2，厚度120～300 m.一般埋深在1100 m左右，具有厚度大、分布广、延伸稳定的特点.该岩层不仅是中部热储层的良好盆地泥岩盖层，而且也对下部和深部热储层起到较好的封闭作用.

热储层：为姚家组和青山口组二、三段砂体，地层温度较高，一般在42～63℃，属低温热储层，含水砂体较多，总厚度90～300 m，单层厚度大者15～20 m，一般2～5 m，岩性为粉砂岩、细砂岩.这套砂体是盆地北部最好的热储层，对应萨尔图、葡萄花和高台子油气储集层，热储面积1.3×104km2.根据测井和录井综合解释，萨尔图油层下部、葡萄花油层和高台子油层上部绝大部分砂层为含热水层.萨热1井潜水泵抽水求产，日产热水400～450 m3，井口水温42～47℃.该井在1480 m深处，热水层压力为14.4 MPa，地层温度为59.4℃，地热水总矿化度6.3 g/L，pH值8.3.

热储物性特征：孔隙度一般20%～35%，属中高孔隙度热储层；渗透率（100～500）×10-3μm2，属中渗透率热储层.纵向上由上至下热储平均孔隙度和平均渗透率由大变小.平面上总体为西高东低，北高南低.由于热储埋藏相对浅，成岩压实作用较弱，故其孔渗条件好.

3.3 下部热储体系

该套岩系由青山口组一段盆地泥岩盖层和泉头组三、四段砂体构成，埋深一般1500～2000 m.

热储盖层：上部以青山口组一段盆地泥岩为热储盖层，厚50～400 m，地层温度60～70℃，是下伏热储层和油气储集层良好的盆地泥岩盖层，具有厚度大、分布广、延伸稳定、封闭程度好的特点，有利于下部热储体系的形成.底部以泉头组二段区域隔水层与深部热储体系隔开.青山口组一段沉积时期湖区面积达8.77× 104km2，大范围的水体形成了大面积深湖相暗色盆地泥岩，分布面积6.80×104km2.

热储层：由泉头组三、四段砂体构成，热储较发育，分布特征是自西向东、由北往南逐渐增厚，变化范围在10～190 m之间，对应扶余和杨大城子油气储集层.岩性致密，以干层为主.温度较高（65～118℃），属低中温热储.单层厚度一般2～5 m，最大厚度7～10 m，累计厚度60～100 m.岩性为中细砂岩，砂地比20%～35%.产能265.1～580.2 m3/d，井口温度61～69℃，地热水矿化度5.0～8.0 mg/L.

热储物性特征：平均孔隙度14%～25%，属中孔隙度热储.平均渗透率（22～145）×10-3μm2，属中低渗透率热储.

3.4 深部热储体系

由泉头组二段区域泥岩盖层与登娄库组三、四段至侏罗系所夹砂体构成，埋深大于2000 m.

热储盖层：以泉头组二段泥岩为区域泥岩盖层，厚度70～105 m.岩性为泥岩，夹含砾砂岩层，含砂较多，质硬.由此可见，泥岩盖层的封闭性相对差.

热储层：主要由登娄库组三、四段至侏罗系砂体构成，地层温度大于100℃，属中高温热储层.如升深201井，钻井深度3200～3600 m时，地层温度120℃.热储层顶界2929 m，自喷水量300 m3/d，矿化度大于6.0 g/L，井口水温达90℃.热储主要为大段砂砾岩，厚度大，一般5～15 m，最大单层厚度30～50 m，但砾石多被泥包裹，高含泥，致密坚硬，产水量较低.根据古深1、葡深1和古645井试油资料，对古龙1井泉头组至沙河子组进行了温度预测，预测静止地层温度257.7℃/ 6320 m，地温梯度4.07℃/100 m.

热储物性特征：孔隙度一般12.5%～28.4%，属低中高孔隙度热储层.渗透率一般（0.1-44.6）×10-3μm2，属特低—低渗透率热储层.

4 地热资源开发利用

4.1 开发利用现状

目前，松辽盆地北部有地热探井148口.占黑龙江省的80.9%.其中开发利用79口，占53.4%，未开发利用69口，占46.6%.地热井主要分布在大庆市、齐齐哈尔市、哈尔滨市和绥化市.地热井开发利用情况见表2.

地热井深度一般1145～2000 m，最浅800 m，最深3000 m.热储层绝大部分位于中部热储体系，少部分位于下部热储体系，极少部分位于深部热储体系.地热资源总体上处于勘查开发利用的起步阶段，勘查开发利用水平较低.已开采地热井主要集中在林甸县、大庆市区.主要用途为居民供暖、大棚种植、洗浴、温泉疗养等.其中，达到规模利用的主要集中在林甸县城，开采井数和开采量逐年增加，年开采量接近800×104m3，水位持续下降.其他地区如杜蒙县，齐齐哈尔、绥化、哈尔滨等市，仅开发了温泉洗浴，开采井分散，开采量小.

目前，大庆油田累计实施地热开发利用项目20个.一个采暖季就可替代能耗近2×104t标准煤，节约资金近1500万元［8］.大庆油田地热开发利用方式多样，有地热供暖、掺水集输、伴热集输、驱替原油、热泵技术应用等方式.已实施的地热工程项目运行良好，取得了明显的经济、社会和环境效益.

4.2 开发利用中存在的主要问题

目前，松辽盆地北部地热资源只进行了局部的勘查评价研究工作，开发利用程度低，资源浪费比较严重，没有做到绿色环保和可持续开发利用.在开发利用过程中存在利用粗放、污染环境、方式单一、违法违规等问题［12］.具体表现在以下几方面.

1）系统的区域性地热资源勘查评价研究程度低

松辽盆地北部没有进行过系统的区域性地热资源勘查评价研究工作，严重制约着地热资源的开发利用和社会经济的可持续发展.截止到目前，只在大庆、齐齐哈尔、哈尔滨和绥化等市局部地段进行过勘查评价研究工作.条块分割性强，系统性区域性差，没有按照地热资源的分布规律，进行系统的区域性勘察评价研究工作.其中，林甸县地热资源勘查评价程度相对高，分别进行了普查、详查、勘探，基本达到可开发利用的勘查水平.确定林甸地热田面积3746 km2，只占松辽盆地北部面积的3.2%.由此可见，松辽盆地北部地热资源勘查评价研究程度很低，还远远达不到成熟的开发利用条件.

表2 松辽盆地北部地热井开发利用情况一览表

2）地热资源开发利用缺乏合理的开发利用规划

松辽盆地北部没有编制区域性地热资源开发利用规划，主要还是受地质勘查评价研究滞后的影响，缺少地热地质条件分析、地热流体水文地质特征和地热资源储量评价等规划编制数据.地热资源总量至今尚未取得公认的统一数据，影响地热资源开发利用规划制定及地热产业的发展.目前，急需对区域地热资源进行统一勘查评价研究，从可持续发展、能源安全、循环经济、资源节约型和环境友好型社会理论的高度，制定统一的区域性地热资源开发利用规划，使之在未来开发利用中发挥重要的作用.

3）地热资源开发利用水平低浪费严重

松辽盆地北部地热资源开发利用过程中，没有开展尾水排放技术研究.多年来地热开发单位都将利用后的地热尾水直接排放，由于地热水矿化度较高，长期直接排放会破坏土壤和植被，污染水体，影响生态环境.受地层压力较高和缺乏技术支撑的影响，地热资源开发利用中回灌技术研究严重滞后，没有实现"一采一罐"的双井开发利用模式.从科学发展的角度看，地热资源不是取之不尽，用之不竭的资源.只开采不回灌，不利于地热资源再生和持续利用，长期大量抽取地热水，热储层中会形成“压降漏斗”，容易引发地面沉降［12］.

4）地热资源开发利用中缺乏科学的监测与管理

松辽盆地北部地热资源开发利用过程中，除林甸县城部分地热井外，基本没有建立开采动态监测系统.地热资源开采需要长期的监测，对开采数据采集分析和研究.实时监控水温、地层压力、流量、产量等参数，是解决地热资源合理开发利用和科学管理的关键.地热资源没有形成大规模集约化、产业化开发利用，处于粗放式、低效率利用阶段.开发利用企业规模较小，管理落后，技术水平低，地热产品布局、利用方式等存在不合理现象.例如供暖地热水热量在换热器没有得到充分交换，地热尾水则会温度较高，若不能回灌地下，直接排放到自然环境中，会造成热污染、化学污染和热损失［13］.

5）政府和油田未建立地热资源勘查评价研究及开发利用合作机制

政府和大庆油田在地热资源勘查评价研究及开发利用上，没有进行合作.大庆市地热资源开发利用处于起步阶段，从目前了解掌握的情况看，一些关键的问题已影响和制约了地热资源勘查评价和开发利用.如市政府和大庆油田都对大庆市的地热资源进行过局部勘查评价研究和开发利用，但均未开展过系统的区域地热资源勘查评价和研究，尚未建立合作勘查评价和研究机制，缺乏数据共享的合作平台.

4.3 对策与建议

针对松辽盆地北部地热资源勘查评价和开发利用中存在的问题，提出如下对策与建议.

1）开展系统的区域性地热资源勘查评价研究

松辽盆地北部是一个相对统一独立完整多层系结构的地下热储体系、含油气组合系统和地下水水流系统.应进行系统的区域性地热资源勘查评价研究工作，全面掌握地热资源分布规律及开发利用条件，为编制开发利用规划和地热产业发展提供科学依据.按照《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615-2010），进行相应阶段的勘查评价和研究.

2）加强地热资源管理法规建设和开发利用规划

在全面掌握松辽盆地北部地热资源分布规律及开发利用条件的基础上，尽快制定出台地热资源管理办法和开发利用规划，并进一步理顺和健全管理体制，按照矿产资源法及其配套法规，健全和完善地热资源由国土资源主管部门统一管理的体制.实现对地热资源的有序管理，科学布局，合理开发，可持续利用，满足经济和社会发展需要.做好地热资源开发利用规划，对于改善能源结构，推动能源更新，保护生态环境，提升城市品位都具有十分重要意义.运用可持续发展、能源安全、循环经济、资源节约型和环境友好型社会理论指导地热资源开发利用.

3）加强地热资源开发利用的监督管理力度

地热资源是一种比较清洁的矿产资源，但开发中不注意保护环境，也会出现一系列地质环境问题.因此，必须加大地热资源开发利用的监管力度.必须坚持"统一规划、科学论证、采灌结合、综合利用"的原则，严格执行勘查、开采、登记管理和审批制度.控制最低水位，防止引发地面沉降和其他地质环境问题.采取法律、行政、经济、技术等措施，提高地热资源的利用效率，保证地热资源的可持续利用.

4）依靠科技进步和创新，推进地热产业的发展

大力开展地热资源勘查评价和开发利用技术的研究，推广应用先进技术和方法，扩大地热资源的应用领域.加强热医疗矿泉水的开发和应用；进行多方位的开发利用，如地热发电、温泉理疗等；充分发挥地热资源的“热能、资源、理疗”的多种功能，使这一宝贵的矿产资源在经济社会发展中发挥更大的作用；加强与科研院所合作和科技交流，学习和引进国外先进的开发利用技术，提高开发利用管理水平.

5）加强地热资源管理信息系统建设

地热资源开发利用信息是一项动态的、不断更新的工作.因此，应建立一个区域性地热资源信息数据库与管理系统.同时对数据实时更新和分析，为科学规划与指导地热资源勘查开发利用研究提供基础资料，需要建立统一的地热资源信息管理系统.同时各地方政府应支持建立本地区的地热资源勘查开发利用数据分库、动态监测系统及自动化信息管理系统，以实现管理工作的现代化.

6）制定优惠政策，鼓励合理开发利用地热资源

松辽盆地北部低中高温地热资源丰富，面对能源日趋紧张和大气污染严重的局面，开发利用地热这种可再生绿色能源，具有广泛的前景.因此，黑龙江省和地方财政应安排专项资金，并在财税等方面出台优惠政策，鼓励开发利用地热资源，特别鼓励住宅小区利用地热取暖供热.

大庆油田已进入中高含水期，每年在开采地下原油过程中携带出约5×108m3的地下热水，一般温度为40℃左右，这些水经过处理后可应用在油田输油设施伴热、矿区取暖等方面.若应用先进的技术和方法，以提取10℃温差热能计算，每年就可得到相当于54.18× 104t标准煤的热量，其资源潜力非常巨大.油田采出水型地热资源丰富，应用领域多，开发利用成本低，经济环保，前景广阔［7］.大庆油田已在进行这方面的尝试，并取得了比较好的经济、社会和环境效益.

7）充分研究开发利用大庆油田石油地质成果资料

大庆油田经过半个多世纪的勘探开发，积累了丰富的地面调查、石油地质、物化探、地下测井、开发利用等数据，掌握了地下地质结构和热储层系分布情况，而且绝大部分已经建立了基础数据库，为地热能开发提供了宝贵的基础数据，降低了地热勘探开发风险和成本［13］.到目前为止大庆油田在松辽盆地北部已施工10万余口油气水井，掌握了大量的与地热相关的资料，并利用一些废弃的油井进行了地热资源开发利用，取得了较好的效果.应充分研究开发利用油田的石油地质成果资料.

5 结语

松辽盆地北部不仅是特大型的砂岩型油气田，也是特大型的层状中低高温地热田.4套盆地或区域泥岩盖层，将盆地从上至下分为4套热储体系，即上部、中部、下部和深部热储体系.其中，中部和下部热储体系是目前地热主要开采层系.

地热资源开发利用中存在的主要问题是：①系统的区域性地热资源勘查评价研究程度低；②地热资源开发利用缺乏区域性开发利用规划；③地热资源开发利用粗放，水平低，浪费严重，污染水土环境；④缺少科学的监测与管理造成地热资源严重破坏；⑤政府和油田未建立地热资源勘查开发利用合作机制.

由此急需开展以下工作：①开展系统的区域性地热资源勘查评价研究和开发利用规划；②加强地热资源法规建设和监督管理力度；③依靠科技进步和创新，推进地热产业发展；④加强地热资源管理信息系统建设；⑤制定优惠政策，鼓励合理开发利用地热资源；⑥充分研究开发利用油田大量的石油地质勘探资料.

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GUO Ang-qing

Qiqihar Institute of Mineral Resources Exploration and Development,Qiqihar 161006,Heilongjiang Province,China

The Songliao basin,which belongs to continental lacustrine basin formed by Meso-Cenozoic large fault depression,is a typical sedimentary basin type of within-plate geothermal belt.The northern part of Songliao basin is not only an extra-large sandstone type of oil and gas field,but also an extra-large stratiform geothermal field with low,medium and high temperature.Study and analysis on previous data confirm that there distributed four capping beds of mudstone and four thermal reservoirs from top to bottom in northern Songliao basin,which compose four thermal storage systems.Up to present,the geothermal resources in the north of Songliao basin have not been systematically studied on the evaluation of regional exploration,except for local exploration and evaluation.There is not any regional development and utilization plan yet,although some preliminary small-scale extensive activities were conducted.The development and utilization degree is low,with serious waste of resources.Based on the above analysis,countermeasures and suggestions for the development and utilization of geothermal resources in northern Songliao basin are put forward.

northern Songliao basin;thermal storage system;development and utilization;countermeasure and suggestion

2016-05-30；

2016-07-15.编辑：张哲．

郭昂青（1960—），男，高级工程师，现从事水文地质工程地质环境地质勘察研究工作，通信地址黑龙江省齐齐哈尔市建华区中华西路208号，E-mail//gaq-sky@163.com