智小軍

(河北省地礦局第三地質大隊，河北 張家口 075000)

張家口壩下地區(qū)地下熱水賦存規(guī)律研究

智小軍

(河北省地礦局第三地質大隊，河北 張家口 075000)

[摘要]張家口壩下地區(qū)地下熱水資源豐富，大氣降水經構造深循環(huán)熱對流及巖漿余熱加溫形成地下熱水，熱水在以祁呂山字型構造體系東翼為主的多組構造復合部位賦存形成地熱田，形成的地熱田具有類型多、分布范圍廣、資源量豐富的特點，具有很好的開發(fā)遠景。

[關鍵詞]控熱構造；地下熱水；賦存規(guī)律

張家口壩下地區(qū)地處冀西北山區(qū)，地下熱水資源比較豐富，區(qū)內及鄰近地區(qū)目前共分布有地熱田12處，已不同程度的進行了開發(fā)利用，為了更好的科學利用地下熱水資源，把地下熱水的開發(fā)利用水平提高到新的高度，必須研究區(qū)內地下熱田的形成、分布規(guī)律，為熱水開發(fā)的科學規(guī)劃和合理布局提供充分的地質依據。

1地熱田形成的地質背景

1.1控熱構造

本區(qū)位于內蒙地軸、華北地臺及山西地臺三大穩(wěn)定地塊結合部位的燕山沉降帶西端，先后形成了以下幾組控熱構造(圖1)：

EW向構造：這是一組緯向的平行斷裂，主要有F1尚義-赤城深斷裂、F2馬市口-雕鶚大斷裂、 F3天鎮(zhèn)-溫泉屯斷裂、F4大同-桃花斷裂；F1以北地殼穩(wěn)定，F1和F2之間太古界-下元古界變質巖大面積出露，地殼較穩(wěn)定，F2以南沉積了巨厚層上元古-古生界海相地層和中生界陸相碎屑巖及新生界陸相碎屑松散堆積層斷裂構造活動頻繁。這組古老斷裂控制了地熱的出露、埋藏及分布，后期繼承性活動明顯。

NE向構造：這是一組祁呂系山字形構造東翼反射弧平行構造，褶皺構造以斷層為界并與斷層相間分布，形成了一系列地塹式或半地塹式斷陷盆地(如：天鎮(zhèn)、陽原、宣東、涿鹿-懷來、蔚縣、礬山、延慶一系列斷陷盆地)。斷裂有F5蔚縣-延慶大斷裂、F6麻峪口-下花園斷裂、F16壺流河斷裂、F17下深井-左衛(wèi)斷裂；斷層切割深度大，與NW和NNE向斷裂相互作用控制著熱水的補給、徑流、深循環(huán)加熱。

NW向構造：宣化-懷來隱伏的NW向上地幔隆起帶，隆起帶軸面傾向SW，屬塘沽-張家口隱伏上地幔隆起帶(據徐煜堅等人編著的華北地區(qū)莫氏面等深線圖顯示)西北端。受該隆起的作用，形成了F7暖泉鎮(zhèn)-天鎮(zhèn)、F8松枝口-馬市口、F9外井溝-沙嶺子、F10梁家莊-雕鶚構成的一組斷裂束，平面上呈西北端收斂東南端展開的不完整掃狀，在與NE、NNE向斷裂構造的交會部位，小斷裂及裂隙發(fā)育，地應力降低，這組斷裂控制著深部熱流的分布和深度。

NNE向構造：為一組新華夏系構造，以F11大河南-赤城深斷裂和F12東團堡-暖泉大斷裂發(fā)育規(guī)模最大，向西F13和F14規(guī)模逐漸變小；是深部上地幔巖漿侵入通道。

1.2巖漿活動

燕山期沿大河南-赤城深斷裂大規(guī)模侵入了中-酸性花崗巖，在斷裂兩側形成巖漿巖帶，自該斷裂向西，巖體的形態(tài)依次為巖基-巖株-巖枝-巖脈，說明巖漿侵入活動和巖漿余熱由東向西逐步減弱。

1.3熱儲層

1.3.1第四系復蓋埋藏型熱儲層

主要埋藏分布于各斷陷盆地中，由上至下有新生界第四系上更新統(Q3)粗砂礫石和第三系上新統(N2)沖洪積礫巖孔隙含水層；中生界上侏羅統(J3)次火山巖、火山碎屑巖裂隙含水層；古生界中寒武統(∈2)和中-下奧陶統(O1-2)灰?guī)r、上元古界長城系(Zch)和薊縣系(Jx)含燧石條帶白云巖巖溶裂隙含水層；太古界(Ar)中-深變質巖裂隙含水層。

1.3.2基巖型熱儲層

太古界(Ar)中-深變質巖，構成本區(qū)的古老結晶基底，在深斷裂交匯部位和燕山期(r5)花崗巖體接觸部位，形成裂隙網脈狀熱儲層。

圖1　地熱田分布構造關系圖

1.4隔熱層及隔熱邊界

熱儲層隔熱隔水頂底板地層有：第四系下更新統(Q1)河湖相沉積粘性土層；第三系上新統(N2)河湖相沉積半膠結狀粘土和泥包礫；中生界中-下侏羅統(J1-2)含煤地層，硅質粘土質膠結，以粉砂巖、頁巖為主。

隔熱邊界：由于斷層的作用，隔熱地層與熱儲層水平向對接形成。

2地下熱源

地熱田形成的熱源主要分為三類：(1)宣化-懷來隱伏的NW向上地幔隆起帶寬度約100 km，隆起帶軸部頂層地殼薄弱大地熱流活動強烈，居里層等溫面埋深小于20 km，大地熱流值大于1.7 HFU，是地熱田的主要熱源。(2)F11大河南-赤城深斷裂位于上地幔隆起與拗陷邊界部位，很可能切穿地殼，在燕山期有大規(guī)模的上地幔巖漿侵入產生的巖漿余熱，是熱田的輔助熱源。(3)多數熱水含Rn,說明熱水含放射性元素鈾(U)和鐳(R),反映了放射性元素蛻變熱的存在。

3地熱田的形成

本區(qū)多年平均降水量430 mm，降水垂直入滲量約占降水量的15%左右，溫度較高的熱水中N2氣含量占氣體體積的80%～90%，反映了地下熱水補給來源以大氣降水為主。

區(qū)內山區(qū)分布面積大，以碳酸鹽巖沉積地層為主，碎屑巖沉積次之，是地下熱水的主要補給區(qū)域。F11深斷裂切穿地殼，主要斷裂構造F5、F6、F16切穿第三系至太古界地層，附近次一級中-小規(guī)模斷裂發(fā)育，發(fā)育深度大于3 000 m，有利于降水滲入地下深部與地殼深部熱對流層產生熱交換并與圍巖發(fā)生離子交替形成的地下熱水，在高水頭壓力作用下，經NW或NE向斷裂破碎帶的橫向溝通，在未形成新的熱平衡條件下，很快在斷陷盆地內(或山區(qū)基巖)由封閉性好的隔水隔熱邊界和儲熱的巖層孔隙、裂隙、巖溶空間構成的組合體內蓄積形成地熱田。每個地熱田(熱泉)都是一個補徑排途徑完善的熱循環(huán)系統單元。

4地熱田的類型特征

區(qū)內的地熱田按其熱源成因、熱儲層埋藏出露條件可劃分成三種類型：巖漿巖余熱型、斷陷盆地斷裂深循環(huán)-巖漿巖(火山巖)余熱混合型、斷陷盆地斷裂深循環(huán)型。

4.1巖漿巖余熱型

主要分布于區(qū)內東北部，熱儲層為脈狀結構，熱儲介質為太古界變質巖與巖漿巖構造或接觸帶裂隙，熱泉或泉群徑流循環(huán)途徑短、熱源埋藏淺。有赤城縣的1號湯泉和2號塘子營熱泉泉群及3號宣化白廟熱泉。

4.2斷陷盆地斷裂深循環(huán)-巖漿巖(火山巖)余熱混合型

位于F9斷裂以東地帶的F5、F9、F11三組斷裂交匯部位，熱儲層為多層結構，淺部為第四系砂卵石層孔隙潛水溫熱水；中部為第四系砂卵石孔隙承壓熱水；深部為太古界變質巖或薊縣系白云巖巖石破碎帶，為裂隙承壓熱水；第四系粘土層、新生代第三系粘土巖、中生代侏羅系煤系地層構成了各熱儲層的隔水隔熱頂底板，NNE和NW向兩組斷裂使隔熱地層與熱儲層水平對接形成隔熱邊界； F9或F11斷裂深部的白云巖和變質巖地層破碎帶構成熱流補給通道，熱田相互獨立分布，下部熱儲層的熱水和熱量通過越流的形式向上部熱儲層傳導，熱循環(huán)速度快、深度較大。如懷來4號奚家堡和5號后郝窯熱田。

4.3斷陷盆地斷裂深循環(huán)型

分布于F9斷裂以西斷陷盆地內的F7、F8、F9及F16與F5、F6兩組斷裂交匯處西北側部位，熱儲層主要為太古界變質巖、薊縣系白云巖及部分寒武-奧陶系灰?guī)r，中生界煤系地層和新生界湖積粘土層構成熱儲層隔水隔熱頂板，NE、NW、EW三組斷層使隔熱地層與熱儲層水平對接形成隔熱邊界，為裂隙或裂隙-巖溶承壓熱水，多組斷裂交匯處形成的斷裂破碎帶與F7、F8、F9大斷裂深部破碎帶組合形成熱流深循環(huán)通道，熱田面積較大，埋藏深度呈北淺南深變化趨勢，獨立性好，熱循環(huán)速度快、深度大。主要有5號懷來暖泉、7號陽原三馬坊-大灣臺、8號蔚縣北洗冀、9號宣東、10號蔚縣暖泉、11號陽原西城及鄰區(qū)12號山西省天鎮(zhèn)七處熱田。

5熱田水溫、水位、水量特征

區(qū)內地熱田的形成分布不僅與地質構造作用關系密切，而且熱水的水溫、水位、水量等變化也與地質構造關系密切。

5.1溫度特征

區(qū)內地熱田在區(qū)域上存在著明顯的溫度差異，東部受巖漿活動和斷裂深循環(huán)共同作用，熱水溫度一般在40℃～90℃；西部主要受斷裂深循環(huán)作用，熱水上升運移過程中，受上部冷水混合的影響，溫度一般在30℃～40℃，屬溫水。熱田內部高溫中心溫度從中心向四周逐漸降低，一是與控制性斷裂展布方向基本一致，如：奚家堡熱田等溫線的長軸方向與F11斷裂走向一致，后郝窯熱田等溫線的長軸方向與F9斷裂走向一致；二是熱田的高溫點與斷裂破碎帶交會處地熱補給通道基本吻合。

5.2水位特征

熱田水位相差懸殊，區(qū)內斷陷盆地內地熱田熱水井孔多為自流井，水頭最高處在陽原三馬坊-大灣臺一帶，熱水水頭高出地面最高達62 m；多層結構熱儲層水頭標高由下而上逐漸降低。

5.3水溫和水位的關系

各熱田的水位等值線形態(tài)與水溫等值線形態(tài)對應關系密切，其高溫中心和高壓中心都出現在構造交會部位。

5.4水量特征

熱水水量受熱儲層巖性、斷層規(guī)模、裂隙發(fā)育程度、補給來源及徑流途徑等因素的影響。如：赤城湯泉熱水直接出露于花崗巖裂隙中，0.5 km2分布有小斷層15條，大部為張性斷裂，單泉流量18～75 m3/h；陽原三馬坊大灣臺區(qū)域上位于F6大斷裂與F8大斷裂交匯部位，熱儲層為薊縣系白云巖，單井出水量410 m3/h。

6水化學特征

地下熱水的化學成份分析結果表明，水化學成份與熱田蓄熱層巖石成份關系密切，同時也受斷裂構造控制與深部熱源體化學成分相關連。

斷陷盆地碳酸鹽巖中的地下熱水，具高堿度、高硬度、中性、低礦化度、含一定量的游離CO2，富含Ca2+、Mg2+、HCO3-，F-含量低的特征，水化學類型為HCO3-CaNa型或HCO3-MgCaNa型水，礦化度<0.5 g/L，基本符合巖溶水的化學成分特征。但是在溫度相對較高的斷裂交匯部位H2SiO3、SO42-、Na+、F-含量及礦化度較高，說明熱水通過斷裂通道運移至碳酸鹽巖熱儲層時，因循環(huán)深度大、速度快，水化學成份與熱源體圍巖成分基本一致。

斷陷盆地變質巖及巖漿巖(火山巖)接觸帶或基巖地區(qū)巖漿巖及變質巖的地下熱水，在斷裂構造交匯部位出露，具有低硬度、低堿度、不含游離CO2，富含Na+、SO42-、F-、可溶性H2SO3特點，水化學類型為SO42--Na型，礦化度0.5～1.0 g/L，水化學成分與圍巖有關。

7結語

本區(qū)地熱田分布于斷陷盆地的深大斷裂構造帶交匯部位，形成以熱源傳遞深循環(huán)通道補給、熱儲層與構造控熱邊界組合儲熱、有天然和人工通道排泄的地熱單元。區(qū)內地熱能的傳遞形式以地殼深部熱流層熱對流傳遞形式為主，以巖漿巖余熱和放射性蛻變熱傳遞為輔。就尋找地熱為民服務的難易程度而言,斷陷盆地斷裂深循環(huán)型地熱田分布面積較大，從構造埋藏條件入手，有一定規(guī)律可循，尋找此類熱田成功的可能性較大，是今后尋找熱田的重點。其它兩種類型熱田分布面積較小，條件要求特殊，往往可遇而不可求，有意尋找此類熱源則難度較大。

參考文獻

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Research on Underground Hotwater Occurrence Regularity in Zhangjiakou Dam Area

ZHI Xiao-jun

(Hebei yulong construction group co., LTD. .Zhangjiakou 075000, Hebei)

Abstract:Zhangjiakou under the dam area of underground hot water is rich in resources, atmospheric precipitation is configured deep circulation of heat convection and magma heat heating forming underground hot water, hot water in Qi Lu epsilon-type structural system the east wing of the multiple structural composite parts in formation of geothermal field, geothermal field has the characteristics of formation types, wide distribution, abundant resources, and has a good development prospect.

Key words:Heat control structure；the underground hot water and the occurrence regularity

[收稿日期]2016-03-14

[作者簡介]智小軍(1980-)，男，河北張家口人，助理工程師，主要從事水文地質工程地質等方面的研究。

[中圖分類號]P314.1

[文獻標識碼]A

[文章編號]1004-1184(2016)03-0010-02