魯守剛，李永利，霍 然，華曉陽(yáng)，魯 華

（1.黑龍江省九○四水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，哈爾濱150027；2.地下水文學(xué)省級(jí)人才領(lǐng)軍梯隊(duì)，哈爾濱150027；3.中鐵資源集團(tuán)公司，北京100008）

哈爾濱市東部地區(qū)地?zé)豳Y源分布特征

魯守剛1，2，李永利1，2，霍 然1，華曉陽(yáng)1，魯 華3

（1.黑龍江省九○四水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，哈爾濱150027；2.地下水文學(xué)省級(jí)人才領(lǐng)軍梯隊(duì)，哈爾濱150027；3.中鐵資源集團(tuán)公司，北京100008）

文章基于地?zé)豳Y源成礦條件加以分析，為素有“冰城”之稱哈爾濱市盡快擺脫依賴煤炭等傳統(tǒng)能源的束縛，在國(guó)際節(jié)能減排、倡導(dǎo)綠色能源新形勢(shì)下，促進(jìn)地?zé)豳Y源勘探開(kāi)發(fā)利用。

哈爾濱東部；地?zé)豳Y源；物探；地?zé)峋?/p>

0 引 言

哈爾濱市東部地區(qū)主要包括阿什河流域的下游，即北起松花江岸、南到阿城基巖山區(qū)、東至賓西經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)所轄的平原區(qū)。該區(qū)地勢(shì)低洼、平坦，東南臨張廣才嶺支脈丘陵，向西北為松嫩平原腹地，平原遼闊，河流縱橫，北有松花江自西向東流，阿什河貫穿南北注入松花江。從構(gòu)造單元?jiǎng)澐稚?，該區(qū)位于賓縣～王府凹陷區(qū)內(nèi)，區(qū)域性基底斷裂和蓋層斷裂較為發(fā)育，主要有松花江斷裂、阿什河斷裂、蜚克圖斷裂，是形成深部熱對(duì)流的有利通道；沉積地層以白堊系上統(tǒng)為主，主要包括姚家組和青山口組粉砂巖、泥巖，為地?zé)豳Y源的保存提供隔熱保溫蓋層；下伏厚層泉頭組砂巖、砂礫巖，是熱流體良好的層狀熱儲(chǔ)空間；基底為華力西晚期花崗巖，在自然梯度增溫的基礎(chǔ)上疊加花崗巖中放射性元素衰變產(chǎn)生的熱能，提高地溫梯度，有效增加熱儲(chǔ)溫度，提供充足的熱源，且連續(xù)分布的花崗巖破碎帶促進(jìn)了地表水的下滲和地下水徑流，為深部地下水提供充足的補(bǔ)給源。因此，該區(qū)具備地?zé)崽镄纬伤貍涞乃膫€(gè)基本條件，并通過(guò)地球物理勘探和地?zé)徙@探成果得以證實(shí)。

哈爾濱東部地區(qū)四季分明、冬長(zhǎng)夏短，并有“冰城”之稱，冬季取暖依然依賴煤炭等傳統(tǒng)能源，在國(guó)際節(jié)能減排新形勢(shì)下，新能源的開(kāi)發(fā)利用成為省會(huì)城市首要考慮的問(wèn)題。［1－2］

1 地質(zhì)背景

1.1 地形地貌

該區(qū)主要為堆積地形，地勢(shì)低平、開(kāi)闊，地面標(biāo)高117～196 m，微向東北傾斜；地貌主要為流水地貌和湖成地貌類型，詳見(jiàn)表1。

1.2 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

1.2.1 大地構(gòu)造特征

1）賓縣王府凹陷區(qū)

該凹陷呈北北東、南南西向展布，呈條帶狀，南西起于雙城，向北東方向止于阿城、賓縣，慣稱隆中凹陷。

哈爾濱市位于凹陷區(qū)中部，第四系厚度60～110 m，主要巖性為粉質(zhì)黏土、砂、砂礫石等；下部白堊系嫩江組，巖性為泥巖及砂巖、泥砂巖、油頁(yè)巖組成，基底埋深500～3 200 m。凹陷內(nèi)的蓋層構(gòu)造都

具有大面積、大輻度、兩冀陡且不對(duì)稱的特點(diǎn)，這與水平擠壓作用有關(guān)，它們大多形成和定形于白堊紀(jì)末［3－4］。

表1 境內(nèi)地貌分類表

2）青山口背斜帶

背斜呈北東、南西向弧形帶狀展布，背斜的南南西端傾沒(méi)于第四系下，巖性主要為粉質(zhì)黏土及砂、砂礫石，厚15～50 m。

下部白堊系由姚家組（Ky）、青山口組（Kqs）、泉頭組（Kq）泥巖、砂巖、砂礫巖組成。向北北東仰起并在阿城區(qū)南東出露地表。斷裂比較發(fā)育呈北東和北西向的兩組交叉斷裂，多布于背斜的陡翼及鞍部。強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使石炭紀(jì)以來(lái)地層褶皺變質(zhì)，并有大量巖漿巖沿背斜軸部侵入［5－6］。

1.2.2 深部構(gòu)造及莫霍面埋深

該區(qū)所處的深部二級(jí)構(gòu)造單元為東部隆起區(qū)，松嫩幔隆區(qū)的東部。莫霍面的埋深相對(duì)較淺區(qū)，小于33 km，導(dǎo)致該區(qū)地溫梯度相對(duì)越大［7］。

1.2.3 主要深斷裂

區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造發(fā)育情況如圖1所示。

圖1 哈爾濱東部活動(dòng)性斷裂分布圖

1）松花江北斷裂

該斷裂走向北東60°，沿松花江一級(jí)階地后緣延伸至運(yùn)糧河，傾向北西，傾角＞70°。沿?cái)嗔逊较蛴袔罘e水洼地、沼澤分布，南盤溝谷、河流有明顯的牽引現(xiàn)象。據(jù)航磁重力資料推測(cè)斷裂深至20 km以下［8］。

2）阿什河斷裂

阿什河斷裂向北沿阿什河沿呼蘭區(qū)內(nèi)，南到阿城區(qū)小嶺鎮(zhèn)東南，全長(zhǎng)117 km，寬度0.1～0.8 km，走向NW30°～50°，沿阿什河河谷展布，傾向NE60°～40°，傾角80°～90°。

磁異常較為明顯，為基地?cái)嗔?，切穿了白堊系基巖并切割了燕山中期的花崗閃長(zhǎng)巖、印支晚期的花崗巖，垂向延伸至康氏面。該斷裂在第四紀(jì)以來(lái)的仍在活動(dòng)：西盤下降，東盤抬升，平均垂直運(yùn)動(dòng)速率約為0.077 mm／a，水平走滑運(yùn)動(dòng)速率為10～15 mm／a。

3）蜚克圖斷裂

該斷裂北起巨源鎮(zhèn)，南至蜚克圖鎮(zhèn)一帶，全長(zhǎng)約40 km，寬度約為0.8 km。沿蜚克圖河河谷展布，走向NW20°～35°，傾向NE70°～55°，傾角為80°～90°。

蜚克圖斷裂為基底張扭性走滑深斷裂，為活動(dòng)性斷裂，第四紀(jì)以來(lái)活動(dòng)較為明顯，但其活動(dòng)性弱，對(duì)地殼穩(wěn)定性影響不大［9－11］。

1.3 地層

該區(qū)第四系廣泛覆蓋，無(wú)基巖出露，基巖分布情況詳見(jiàn)圖2。自上而下包括：第四系、白堊系上統(tǒng)姚家組、青山口組、泉頭組、下統(tǒng)登婁庫(kù)組，基底為石炭—二疊系變質(zhì)巖或花崗巖，白堊系上統(tǒng)嫩江組缺失［12］。

圖2 哈爾濱市基巖地質(zhì)圖

1.4 侵入巖

研究區(qū)內(nèi)無(wú)出露，本區(qū)基底巖性大部分地區(qū)為華力西期和燕山期花崗巖。

2 地?zé)岬刭|(zhì)條件分析

地?zé)豳Y源形成主要取決于該區(qū)的水文地質(zhì)條件和地溫梯度，結(jié)合地質(zhì)情況，概括出該區(qū)成熱四大因素：熱源、蓋層、儲(chǔ)熱層和構(gòu)造通道。

2.1 熱源

該區(qū)莫霍面埋深相對(duì)較淺，非常有利于地幔熱流的上涌，地溫梯度相對(duì)越大，地下一定深度地溫相對(duì)較高；另外，基底分布的花崗巖產(chǎn)熱率相對(duì)較高，其成分組成中含有多種放射性同位素，其衰變產(chǎn)生大量熱量，這是地?zé)嵝纬傻牧硪粺嵩矗?3］。

2.2 儲(chǔ)熱層

根據(jù)鉆孔揭露情況分析，該區(qū)熱儲(chǔ)主要為白堊系上統(tǒng)泉頭組、白堊系下統(tǒng)登婁庫(kù)組和基底花崗巖破碎帶。

2.2.1 白堊系上統(tǒng)泉頭組

上部砂巖、砂礫巖較為發(fā)育，下部泥巖較為發(fā)育，上覆青山口組泥巖，地層厚度696 m，熱儲(chǔ)厚度28 m，滲透率2.6～6.8 md，孔隙度為12.0%～15.0%。

2.2.2 白堊系下統(tǒng)登婁庫(kù)組

頂部砂質(zhì)泥巖與砂巖互層，夾砂礫巖，上部砂質(zhì)泥巖與塊狀細(xì)砂巖互層，下部泥巖與厚層砂巖互層，底部為雜色礫巖。

2.2.3 花崗巖風(fēng)化破碎帶

埋深大、溫度高、富水性強(qiáng)，是該區(qū)主要熱儲(chǔ)層?；谆◢弾r破碎帶廣泛分布，向東部山區(qū)延伸，并于賓縣張廣才嶺低山區(qū)出露，風(fēng)化破碎，利于地表水下滲和地下水徑流，是形成該區(qū)水量高產(chǎn)的主要原因［14］。

2.3 蓋層

該區(qū)第四系沉積厚度≤16 m，且呈二元結(jié)構(gòu)，上部為粉質(zhì)黏土、下部為砂、砂礫石；下伏白堊系上統(tǒng)姚家組和青山口組泥巖，累計(jì)厚度不足350m，表明蓋層不甚發(fā)育；另外，該區(qū)蓋層斷裂較為發(fā)育，共同導(dǎo)致了該區(qū)地溫梯度相對(duì)較低，這是決定該區(qū)熱儲(chǔ)溫度和井口出水溫度均較低的主要因素。

2.4 熱流體通道

該區(qū)深層地下水的補(bǔ)給源頭位于東側(cè)和東南的低山丘陵區(qū)，該區(qū)地表水沿花崗巖風(fēng)化破碎帶下滲，通過(guò)連續(xù)分布的花崗巖風(fēng)化破碎帶和導(dǎo)水通道（阿什河斷裂、蜚克圖斷裂等張性斷裂）徑流，向北被松花江北斷裂阻隔，地下水在基底相對(duì)低洼處和斷裂導(dǎo)通的砂巖發(fā)育地帶聚集。

阿什河斷裂和蜚克圖斷裂均為基底斷裂，深大斷裂的發(fā)育為深部熱量的上涌提供有利通道。

綜上所述，該區(qū)具備地下發(fā)育所需要的熱能源儲(chǔ)控帶的條件，但由于蓋層條件影響，且地下水動(dòng)力作用較強(qiáng)，綜合評(píng)定為低溫高產(chǎn)地?zé)崽铩?/p>

3 地球物理勘探成果

為初步查明該區(qū)熱儲(chǔ)分布情況，采用可控源音頻大地電磁測(cè)深方法，剖面長(zhǎng)度約2.2 km，電性剖面如圖3所示，對(duì)物探剖面電阻率進(jìn)行反演，得出以下幾條結(jié)論：

1）剖面線0.4～1.0 km處有斷裂跡象。

2）斷裂處基底埋深較大，約1 500 m以下可鉆遇花崗巖。

3）斷裂兩側(cè)均為花崗巖，埋深在600 m左右，熱儲(chǔ)厚度較小。

4）斷裂帶上部泥巖不甚發(fā)育。

因此，根據(jù)物探資料，剖面勘探線0.7 km處布設(shè)鉆孔，開(kāi)展地?zé)徙@探。

圖3 垂直阿什河物探剖面線電阻率曲線圖

4 地?zé)徙@探驗(yàn)證

4.1 黑龍江天泰公司地?zé)?井

2011年，根據(jù)物探解譯成果，確定孔位，開(kāi)展地?zé)徙@探，鉆孔深度1 665 m，白堊系登婁庫(kù)組未揭穿。揭露地層如圖4所示。

圖4 哈爾濱東部地區(qū)地層柱狀圖

洗井結(jié)束后，地?zé)峋霈F(xiàn)自流；經(jīng)抽水試驗(yàn)觀測(cè)，降深達(dá)到112.27 m時(shí)，單井涌水量達(dá)42.47 m3／h，井口溫度32℃。

4.2 東方紅農(nóng)場(chǎng)地?zé)?井

2011年開(kāi)展地?zé)徙@探施工，孔深1 785 m，單井水量30 m3／h，井口溫度37.2℃。

4.3 白魚(yú)泡地?zé)?井

2013年開(kāi)展地?zé)徙@探施工，孔深2 000.22 m，單井水量5.47 m3／h，井口溫度43℃。

5 結(jié) 論

根據(jù)地質(zhì)背景推斷哈爾濱市東部地區(qū)具備地?zé)豳Y源的形成條件，地?zé)豳Y源較豐富，地?zé)崽镱愋蜑棰颍?型低溫高產(chǎn)地?zé)崽铩＿@一結(jié)論通過(guò)開(kāi)展地球物理勘探和地?zé)徙@探進(jìn)一步證實(shí)，熱儲(chǔ)層主要分布在700 m以下，巖性以白堊系泉頭組、登婁庫(kù)組砂巖、砂礫巖以及基底花崗巖破碎帶為主要熱儲(chǔ)層，并有導(dǎo)水構(gòu)造發(fā)育，地?zé)峋@探深度1 600～2 000 m。自南向北逐漸進(jìn)入松嫩平原腹地，地溫梯度逐漸增大，井底溫度增加，出口溫度升高，但由于地層巖性顆粒逐漸減小，滲透系數(shù)和孔隙度均相對(duì)減小，導(dǎo)致出水量減小。

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P314

B

2014－10－31

魯守剛（1965－），男，吉林臨江人，高級(jí)工程師，現(xiàn)為地下水文學(xué)省級(jí)人才領(lǐng)軍梯隊(duì)人員，從事水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)研究工作；李永利（1982－），男，山東濟(jì)寧人，工程師，現(xiàn)為地下水文學(xué)省級(jí)人才領(lǐng)軍梯隊(duì)人員，從事水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)研究工作；霍然（1988－），女，吉林臨江人，助理工程師，從事水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)研究工作；華曉陽(yáng)（1991－），女，吉林通榆人，技術(shù)員，從事水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)研究工作；魯華（1989－），男，黑龍江雙城人，助理工程師，從事地質(zhì)技術(shù)管理工作。

1007－7596（2015）06－0033－04