吉林市伊舒盆地地热资源勘探开发风险分析

牛世臣 ,刘彦玲

1.吉林省地质环境监测总站，吉林 长春 130021；2.地矿吉林地质工程勘察院，吉林 吉林 132011

1 吉林市伊舒盆地地热资源概况

1.1 地热资源的形成条件

1.1.1 区域地质特征

吉林市伊舒盆地是第三系地堑式断陷盆地，属于郯庐断裂带的北延部分，呈北东45°～55°方向狭长展布。盆地在区域上可分为三个二级构造单元和10个三级构造单元。吉林市段属岔路河断陷二级构造单元内的万昌隆起、太平凹陷及孤店斜坡三个三级构造单元。伊舒盆地是在西北缘边界断层控制下形成和发育的盆地，期间经历了从张扭→压扭的转化，盆地消亡前经历了挤压作用。盆内断层从性质上分析主要有两类，一类是张性正断层，近东西走向，在整个盆地内普遍发育；另一类为张剪性断层，主要为北东走向，在盆地西部发育。

盆地内第三系地层岩性主要为砂砾岩、砂岩和黑色、灰色、灰绿色泥岩。富含藻类和孢粉化石，植物碎屑、煤线普遍发育，但浮游生物和动植物化石少见。前人据孢粉化石、岩石绝对年龄、古地磁、岩性组合，结合地震资料，将盆地内第三系划分为3个统、6个组。自下而上分别为：始新统双阳组（E2s）、始新统奢岭组（E2sh）、始新统永吉组（E2y）、渐新统万昌组（E3w）、渐新统齐家组（E3q），以及上第三系中新统岔路河组（Nc）。

1.1.2 热储条件分析

吉林市伊舒盆地是吉林省地热异常区，伊舒向斜盆地及西缘、东缘深断裂是该区的构造主体，新构造运动形成的断裂带不断地将第四纪火山活动产生的热量、岩浆侵入活动（地壳重熔作用）产生的余热向上传导，构成传递热量的良好通道，岩浆及火山活动产生的大量热能将赋存于裂隙孔隙中地下水加热形成地热田。地下热水的补给来源是上部常温层地下水的越流补给（沿断裂带）、顺单斜构造侧向径流补给。地热田类型为传导型沉积盆地地热田，属增温型地热田，随着深度的增加，热储温度也升高。热储盖层为较厚的第四系松散层与巨厚的第三系泥岩，储热层为第三系砂岩、砾岩，基底为古生代地层及岩浆岩。

伊舒盆地区内沉积了巨厚的新生代地层，由于受新构造运动的差异性影响，基底起伏较大。

1.2 地热田特征

储热层广泛分布于盆地区。储热层埋藏深度为1 000～3 000m，具有多层储热层，一般累计储热层厚度大于100m时，地下水富水性中等，单井涌水量500～1 000m3/d。

储热层随着深度的增加，热储温度也升高。由勘探孔测温资料可知，热储温度43～ 143 ℃，相对应测试深度为1 403～3 814m，平均深层地温梯度为（2.55～3.77）℃/hm。

储热层处于较封闭的环境中，地热流体硬度小，碱度大。据勘探孔水质检测资料，pH值∶7～10，水化学类型为重碳酸钠型，总碱度499.59～1 405.05mg/L，矿化度601.46～30 353.5mg/L，阳离子中钾离子与钠离子质量浓度高，为154.72～8 336.4mg/L，钙镁离子质量浓度低，阴离子中碳酸氢根质量浓度高，其次为氯离子，硫酸根离子质量浓度较低。同一水井矿化度与钠离子质量浓度随着深度增加而逐渐增高。由稳定同位素氘、18O和放射性同位素氚的检测结果可以看出，地热流体年龄大于30 a。

储热层内发育深层裂隙孔隙承压水，具有多层含水的特点，压力水头接近地表，个别层位水头高于地表，形成自流。

2 地热资源勘探开发现状

吉林市地热资源丰富，但勘探开发风险较高。目前有12眼地热井用于医疗洗浴和农业开发，有9眼井准备为小区供热、供水，有4眼井因水量极小而报废，有3眼井因水温偏低而停用。目前勘探开发成功率不足67%，地热勘探开发风险较高，造成直接经济损失两千多万元。

地热资源开发利用可以减少环境污染，带来较高的投资回报。因而商业开发热情很高，但由于地热资源管理不到位，缺乏有效的技术业务指导，随之而来的是盲目开发，掠夺开采，造成高投入、高风险、水位下降、资源枯竭。

由于各开发单位缺少统一的技术指导，致使地热井缺少许多技术参数，给开发利用及管理工作带来诸多不便。

3 地热资源勘探开发风险分析

吉林市地热资源分布较广，储量大，综合开发利用前景好，对国民经济发展推动作用较大。但目前多数地热田尚未进行专门性地热地质勘查工作，资源条件不清，现有的资源开发带有一些盲目性和缺少科学性，综合利用程度也较差。为此，地热资源可行性勘察和开发利用规划工作已迫在眉睫。

3.1 分析地热田分布特征，确定勘探开发风险程度

依据地热田现有开采井、勘探孔资料，结合现有经济条件和技术水平，确定伊舒盆地地热田开采深度为1 000～3 000m，在此深度范围内储热层累计厚度越厚，其水量越丰富，开发风险越小。伊舒盆地沉降中心靠近西北缘，西北翼具有快速沉积的特点，造成砂砾岩单层厚度薄、泥质含量高、分布层位连续性稳定性差。东南翼由沉降中心至边部，储热层厚度逐渐变薄，砂砾岩岩相相对稳定。伊舒盆地储热层最厚的区域为万昌至岔路河一带，其次为太平至桦皮厂东部一带。万昌镇附近储热层累计厚度可达1 000m，砂厚比接近50%，见图1。

伊舒盆地沉降中心及西北翼地温梯度值较低，基底凸起处地温梯度值较高，受补给边界影响，东南缘地温梯度值低。地温梯度值低的地区，要想获得理想的温度，就得增加井深，加大了勘探开发的成本。

储热层厚度与地温梯度两项指标基本决定了地热资源勘探开发的风险。由图2可以看出：勘探开发高风险的区域分布在盆地沉降中心西北翼及盆地东南缘边界处，分布面积占地热田总面积的27%，储热层累计厚度一般小于100m，地温梯度小于3.0 ℃/hm；勘探开发低风险的区域广泛分布在万昌至桦皮厂镇东侧，分布面积占地热田总面积的48%，储热层累计厚度大于200m，地温梯度大于3.0 ℃/hm，个别地段大于3.5 ℃/hm；勘探开发中等风险的区域介于上述二者之间，在三家子乡及东北部也存在中等风险区，分布面积占地热田总面积的25%，储热层累计厚度一般在100～200m，地温梯度大于3.0 ℃/hm，见图2。

图1 吉林市伊舒盆地储热层特征分布图Fig.1 Distributionmap of geothermal reservoir characteristics of Yishu Basin in Jilin City

图2 吉林市伊舒盆地地热资源勘探开发风险分区图Fig.2 Exploration risk zoningmap of Yishu Basin geothermal resources in Jilin City

值得注意的是，在岔路河食品工业开发区以西，地热资源十分丰富，单井涌水量大于1 000m3/d，压力水头接近地表，个别地段形成自流，地热流体温度高，矿化度相对较低，利于地热资源的开发利用。

3.2 研究开采-回灌运行方案

伊舒盆地储热层水文地质条件复杂，储热层渗透率差异显著，造成储热层富水性不均匀，给地热资源的普及开发带来不利条件。同时，由于地热流体埋藏较深，补给条件差，在大量开采时会造成水位下降、水量衰减。所以，在取得地热资源可行性勘查资料的基础上，研究开采-回灌运行方案，合理布置开采井与回灌井，是获取永续利用地热资源的关键。

[1] 吉林省地质环境监测总站.吉林市城市地质环境调查评价报告[R].2008.

[2] 吉林省地质环境监测总站.吉林省安置农场万昌地热资源可行性勘察报告[R].2013