石涵靜，郭 威，高 劍

（1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，長春 130012；2.北京市地質(zhì)工程公司，北京 100143；3.北京市地?zé)嵫芯吭?，北?100143）

西集地區(qū)層狀與帶狀熱儲并存的地?zé)豳Y源特征

石涵靜1,2，郭 威1，高 劍3

（1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，長春 130012；2.北京市地質(zhì)工程公司，北京 100143；3.北京市地?zé)嵫芯吭?，北?100143）

為了研究層狀熱儲和帶狀熱儲及兩者并存的熱儲類型地?zé)豳Y源賦存特征，以北京通州西集地區(qū)為例，闡述了影響兩種熱儲類型存在的熱源、構(gòu)造條件和儲蓋層分布等因素。結(jié)合地?zé)峥碧娇准皡^(qū)域地溫場分布特征，分析了區(qū)內(nèi)沿夏墊斷裂帶展布范圍內(nèi)層狀熱儲與帶狀熱儲并存的地?zé)豳Y源條件，認(rèn)為夏墊斷裂兩側(cè)的兩個不同構(gòu)造單元內(nèi)的地?zé)豳Y源賦存均為以側(cè)向徑流補(bǔ)給和深部大地?zé)崃鞴岬膶訝顭醿橹?，夏墊斷裂帶是區(qū)內(nèi)帶狀熱儲的結(jié)論，提出以此斷裂及其影響帶內(nèi)作為進(jìn)一步勘查開發(fā)中溫地?zé)豳Y源的重點地區(qū)的思路和建議。

西集；夏墊斷裂；層狀熱儲；帶狀熱儲；中溫地?zé)?/p>

0 前言

地?zé)豳Y源是地球熱能在地殼淺部的賦存（田延山等，2006），其賦存受幾大因素制約，熱源、儲層、蓋層和導(dǎo)水通道，其中最主要因素即為熱儲層，簡稱熱儲，就是能夠富集和儲存地?zé)崮懿⑹馆d熱流體作對流運動的地下場所，而地?zé)崃黧w的運動和形成是受一定的地?zé)岬刭|(zhì)、水文地質(zhì)條件控制的，受不同的地質(zhì)時代、地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造的影響，儲層類型也不同，按熱儲的空間展布規(guī)律和水熱傳輸方式分為層狀熱儲及帶狀熱儲, 沉積盆地傳導(dǎo)型地?zé)醿閷訝顭醿?，受地質(zhì)構(gòu)造控制, 隆起山地斷裂對流型地?zé)醿σ话銥閹顭醿?，其受?gòu)造條件控制，它們都具有不同的資源潛力。北京平原地區(qū)主要的熱儲類型為以沉積盆地型為主的層狀熱儲，局部地區(qū)為受大型斷裂構(gòu)造控制的帶狀熱儲，以及兩者并存型。

北京西集地區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件較好，且有劃分三級構(gòu)造單元的深大斷裂——夏墊斷裂帶從區(qū)內(nèi)通過，是地?zé)豳Y源形成的主要導(dǎo)熱導(dǎo)水通道，但因其斷距大，控制著區(qū)域地層分布，使得區(qū)內(nèi)地?zé)岬刭|(zhì)條件異常復(fù)雜，本文在收集已有勘查成果資料的基礎(chǔ)上，分析了夏墊斷裂控制下西集地區(qū)的地?zé)豳Y源分布特征，認(rèn)為本區(qū)存在層狀熱儲與帶狀熱儲并存的地?zé)豳Y源，成功勘探的一口地?zé)峋鏊疁囟雀哌_(dá)92 ℃，出水量3072 m3/d，獲得了北京地區(qū)非常難得的中溫地?zé)豳Y源，揭示了本區(qū)良好的帶狀地?zé)豳Y源，查明本區(qū)地?zé)豳Y源特征及地?zé)岬刭|(zhì)條件將為今后集中開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

該區(qū)大地構(gòu)造位置處于華北斷拗內(nèi)的大廠新斷陷和大興迭隆起兩個構(gòu)造單元交匯處，按北京地質(zhì)志構(gòu)造單元的劃分，具體位于兩個四級構(gòu)造單元覓子店新凹陷和牛堡屯—大孫各莊迭凹陷的交匯中部（北京市區(qū)域地質(zhì)志，1991）。

西集地區(qū)發(fā)育的斷裂主要包括夏墊斷裂帶、西集斷裂和張家灣斷裂等多條斷裂，其中夏墊斷裂帶對區(qū)內(nèi)地層分布及熱儲分布影響最大。夏墊斷裂（又稱夏墊—馬坊斷裂），呈北東—南西向展布，北起北京平谷北部基巖山區(qū)的王辛莊，向南經(jīng)河北大廠夏墊鎮(zhèn)、北京通州區(qū)西集鎮(zhèn)、永樂店鎮(zhèn)至大興區(qū)鳳河營西側(cè)通過，南北長約120 km，是一條規(guī)模很大的NNE向傾角上陡下緩的犁狀正斷層。區(qū)域重力、航磁等資料均有明顯反應(yīng)。

通過近期系列資料綜合分析判斷，夏墊斷裂展布在通州西集、永樂店一帶，傾角大于70°，斷距大于1500 m，斷裂上盤古近系埋藏深度大，為南東盤下降的正斷層，是控制區(qū)域地層分布的斷裂。斷裂帶兩側(cè)地層錯動大，地層受斷裂影響，巖石破碎，是主要的導(dǎo)水、導(dǎo)熱通道。

1.2 地層

受夏墊斷裂及其活動性影響，斷裂兩側(cè)地層的埋深、沉積厚度和接觸關(guān)系差異較大。斷裂北西盤即大興隆起一側(cè)，地層由新到老發(fā)育第四系、新近系、寒武系、青白口系和薊縣系，其中薊縣系以霧迷山組為主。斷裂南東盤即大廠新斷陷一側(cè)，地層由新到老發(fā)育第四系、新近系、古近系、寒武系、青白口系和薊縣系，基巖頂板埋深自夏墊斷裂帶至東南方向呈加深趨勢，斷陷中心部位最深可達(dá)4000 m，向東南延伸又顯示逐漸抬升趨勢（圖1）。

圖1 西集地區(qū)基巖頂板埋深等值線圖Fig.1 Contour map of bedrock roof depth in Xiji area

1.3 地?zé)岙惓１尘?/p>

我們通常將地溫梯度大于2.5℃/100m的地帶稱為地?zé)岙惓В本┑責(zé)豳Y源的分布在地質(zhì)構(gòu)造格局的控制下按地溫梯度異?？傮w可劃分為4個地?zé)岙惓?，從北至南分別為：延慶地?zé)岙惓?、溫泉沙河小湯山地?zé)岙惓?、良鄉(xiāng)城區(qū)順義地?zé)岙惓б约拔骷捎P河營地?zé)岙惓В源藶榛A(chǔ)，北京市國土資源局發(fā)布的《北京市地?zé)豳Y源（2006年—2020年）可持續(xù)利用規(guī)劃》將北京市的地?zé)豳Y源分布具體劃分了10個地?zé)崽?。西集則位于四個地?zé)岙惓е凶钅喜康摹拔鞑渗P”地?zé)釒В瑢儆邙P河營熱田外圍潛力區(qū)（圖2）。

圖2 北京市地?zé)豳Y源潛力區(qū)及地?zé)徙@孔分布示意圖Fig.2 Sketch map of geothermal resource potential area and geothermal borehole distribution in Beijing

2 地?zé)豳Y源分布特征

2.1 構(gòu)造格局的形成與熱儲類型的關(guān)系

研究區(qū)處于華北平原北部，一個大型的斷陷盆地內(nèi)，基底形成于阜平運動前期，以太古界變質(zhì)巖為主，在元古代末期的呂梁運動時期完成了基底固結(jié)（陳墨香等，1988），之后經(jīng)過多次旋回和構(gòu)造運動，上部覆蓋了從中元古界至新生界的沉積蓋層，蓋層厚度從幾公里至幾十公里不等，在工區(qū)附近蓋層最厚處可達(dá)4 km，其地?zé)醿ο到y(tǒng)的特點大多符合以“側(cè)向徑流補(bǔ)給，大地?zé)崃鞴帷睘橹鞯某练e盆地傳導(dǎo)型層狀熱儲。局部受深大斷裂控制較明顯的地區(qū)則以帶狀熱儲為主。

2.2 地?zé)岬刭|(zhì)條件與地?zé)豳Y源賦存關(guān)系

中生代以來區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動頻繁，形成了一系列受斷裂控制的凹陷、隆起和褶皺區(qū)，斷裂多以東西向、北東向、北北東向為主，形成了區(qū)內(nèi)基底構(gòu)造格局和巖漿活動。本區(qū)內(nèi)的夏墊斷裂即為一條控制區(qū)域構(gòu)造的深大斷裂，斷裂兩側(cè)兩個構(gòu)造單元內(nèi)的地層分布有明顯差異，根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)、物探資料和已有地?zé)峥碧骄Y料的綜合研究，對區(qū)內(nèi)地?zé)岬刭|(zhì)條件分析如下。

（1）熱源

對于熱源，我們常說地球本身是一個大熱庫，地殼及表層的地?zé)崮軄碜杂谏系蒯r漿傳導(dǎo)熱、地殼深部放射性物質(zhì)的蛻變熱、地震的釋放熱、斷裂活動的摩擦熱等。區(qū)域地溫場與深部地質(zhì)構(gòu)造格局有著密切關(guān)系，自中生代以來，經(jīng)歷了一系列應(yīng)力作用下的斷塊升降運動，特別是褶皺隨地殼的拉張減薄，處于較深部位溫度很高的上地慢高高隆起，而差異斷塊運動所產(chǎn)生的眾多深大斷裂，又誘導(dǎo)大量高溫地幔物質(zhì)沿深大斷裂上涌侵入地殼，甚至溢出地表，這是造成華北盆地地殼及上地幔歷史上高溫?zé)釥顟B(tài)的基本原因（常恩祥等，1989）。據(jù)資料統(tǒng)計，華北平原北部淺層地溫場同深度的溫度梯度偏高，中低溫?zé)崴Y源豐富，主要與具有較高熱狀態(tài)的深部構(gòu)造背景有關(guān)。

（2）層狀熱儲

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)及已有鉆孔資料分析，夏墊斷裂帶導(dǎo)致兩側(cè)的地層分布差異較大，相應(yīng)的地?zé)豳Y源儲蓋層組合差異也很大。新近系、古近系沉積厚度極為懸殊，斷裂北西盤地層分布有第四系，古近系底板埋深約700 m左右，古近系之下分別有寒武系、青白口系和薊縣系；斷裂南東盤地層下沉，古近系厚度大，古近系底板埋深超過2500 m，最深達(dá)4000 m，古近系之下鉆孔能夠揭示的地層為寒武系，按正常沉積層序考慮下部有青白口系、薊縣系等。夏墊斷裂兩側(cè)由于地層的差異，熱儲層的分布也不同，斷裂西側(cè)可以選擇3套儲層：寒武系、薊縣系鐵嶺組和薊縣系霧迷山組；斷裂東側(cè)，由于古近系埋藏較深，以目前鉆探可及深度內(nèi)的主要熱儲層選擇為寒武系（圖3）。

西北盤分布的層狀熱儲主要為寒武系和薊縣系的霧迷山組，但寒武系由于埋藏深度淺，地溫較低，開發(fā)價值不大。東南盤層狀主要為寒武系和霧迷山組，但寒武系厚度較薄，儲存的地?zé)崴坑邢蓿混F迷山組因其埋藏深度超過4000m，開發(fā)難度大，成本高。

圖3 西集地區(qū)地質(zhì)剖面圖Fig.3 Geological prof i le of the Xiji area

（3）帶狀熱儲

帶狀熱儲的控制因素主要為地質(zhì)構(gòu)造，一般呈條帶狀分布。北京地區(qū)經(jīng)鉆孔驗證的典型帶狀熱儲賦存區(qū)域有京西北隆起區(qū)，小湯山熱田的外圍邊界，在兩條活動性較強(qiáng)的南口—孫河斷裂與黃莊—高麗營斷裂交匯處尤為顯著，次級斷裂也很發(fā)育，規(guī)模大，具有壓剪性特征，并伴有劇烈的火山運動及巖漿侵入，這種構(gòu)造條件下，大氣降水通過斷層或斷裂破碎帶向下滲透后進(jìn)入深循環(huán)，與深部熱流形成對流地?zé)嵯到y(tǒng)。

西集地區(qū)主要構(gòu)造為夏墊斷裂，屬張性斷裂，由多條斷裂組成的斷裂帶，且次級構(gòu)造發(fā)育，區(qū)內(nèi)斷裂帶寬約3 km左右，夏墊斷裂錯段了新生界新近系和古近系，斷至上地幔，將地幔巖漿熱傳到地表淺層，形成以斷裂帶為中心的地溫異常帶。

夏墊斷裂帶具有長期持續(xù)運動特點，斷裂帶及影響帶內(nèi)的基巖地層破碎很嚴(yán)重，產(chǎn)生了大量的儲水空間，成為地下熱水的富集區(qū)和主要運移通道，形成很好的帶狀熱儲。儲存的地?zé)崃鞴懒看螅責(zé)豳Y源溫度高是其主要特征。

3 區(qū)域地溫場特征

3.1 地溫梯度

地溫梯度又稱地?zé)嵩鰷芈适欠磻?yīng)某一地區(qū)是否存在地?zé)岙惓５闹笜?biāo)，決定地溫梯度高低的主要原因有導(dǎo)熱構(gòu)造、熱背景以及地層巖石的熱導(dǎo)率。受區(qū)域構(gòu)造控制，本區(qū)內(nèi)的地溫梯度相對較高，但兩個構(gòu)造單元的梯度值也有不同，而從現(xiàn)有幾眼地?zé)徙@孔的測溫資料統(tǒng)計，計算了西集地區(qū)各地層的地?zé)嵩鰷芈剩磻?yīng)出了在地溫場的垂向分布上，大興迭隆起區(qū)域內(nèi)熱儲層古生界寒武系和元古界薊縣系平均地?zé)嵩鰷芈手递^低，而大廠新斷陷區(qū)域內(nèi)平均地?zé)嵩鰷芈手迪鄬^高（表1）。

表1 西集地區(qū)夏墊斷裂兩側(cè)地層地溫梯度統(tǒng)計表Tab.1 Statistics of geotemperature gradient on both sides of summer fault

3.2 地溫場特征

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)深井及其周邊已有地?zé)峋疁y井資料分別編制的區(qū)域內(nèi)古生界與元古界儲層頂板溫度等值線圖顯示（圖4、圖5），總體地溫趨勢等值線都為北東—南西方向展布，都從北西向南東溫度逐漸增加。研究區(qū)附近古生界頂板地溫等值線圖顯示在北西側(cè)地溫最低，小于50 ℃，向南東逐漸增加，在南東側(cè)達(dá)到最高，超過60 ℃。而元古界頂板地溫等值線圖顯示趨勢同于古生界頂板溫度圖，北西側(cè)地溫最低，地溫小于65 ℃，向南東逐漸增加，在南東側(cè)達(dá)到最高，超過90 ℃，從地溫場的水平分布特征來看，本區(qū)域內(nèi)顯示了良好的地?zé)豳Y源賦存，且在南東側(cè)有望在4000 m以淺獲得中溫地?zé)豳Y源。

圖4 西集地區(qū)古生界儲層頂板溫度等值線圖Fig.4 In Xiji area of the Paleozoic reservoir roof temperature isoline map

圖5 西集地區(qū)元古界儲層頂板溫度等值線圖Fig.5 In Xiji area of the Proterozoic reservoir roof temperature isoline map

從地溫梯度及溫度場特征分析來看，夏墊斷裂帶及兩側(cè)溫度等值線非常密集，反應(yīng)此斷裂有很強(qiáng)的導(dǎo)熱性能。斷裂東南側(cè)地溫增加是由于兩儲層頂板埋深大幅增加，地溫在垂向上增加所至。

4 地?zé)徙@探驗證

上世紀(jì)七、八十年代，以找油為目的施工了幾眼石油勘探孔，截至目前為止本區(qū)范圍內(nèi)的鉆探深孔僅有4眼（圖1），其中3眼地?zé)峋謩e為京通-2、通熱-18和西集-1井，1眼石油勘探孔為廠3井，其中京通-2井位于夏墊斷裂西側(cè)（即北西盤），熱儲目的層為薊縣系霧迷山組白云巖。而近期施工的西集-1地?zé)峋ㄟ^鉆探錄井及地球物理測井綜合解譯認(rèn)為本井位于夏墊斷裂帶上，施工過程中鉆遇主干斷裂，漏失明顯，最終經(jīng)科學(xué)洗井、抽水試驗獲得出水溫度92 ℃，出水量3072 m3/d的中溫地?zé)豳Y源（西集1號探采），由此可見在斷裂帶上施工鉆孔，因處于層狀和帶狀熱儲的交匯部位，這樣的地?zé)岬刭|(zhì)條件非常有利于地?zé)崴畈繉α餮h(huán)和儲集，在較好的鉆探地質(zhì)條件下，獲得優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高能地?zé)崴目赡苄源蟠筇岣?，可考慮沿夏墊斷裂帶作為本區(qū)中溫地?zé)豳Y源開發(fā)的重點靶區(qū)。但目前由于已知鉆孔較少，此結(jié)論的形成尚需進(jìn)一步投入勘探工作特別是鉆探工作加以驗證。

5 結(jié)論

北京通州西集地區(qū)夏墊斷裂帶及其兩側(cè)存在層狀和帶狀兩種熱儲類型，其特征與地?zé)豳Y源分布密切相關(guān)，通過近幾年施工完成的鉆孔資料反應(yīng)出斷裂兩側(cè)及斷裂帶內(nèi)地?zé)豳Y源賦存特征及產(chǎn)能的差異性，得出主要結(jié)論如下：

（1）受早期構(gòu)造運動的影響，在北京通州西集地區(qū)形成了以區(qū)內(nèi)的深大斷裂——夏墊斷裂為界，形成西北側(cè)隆起（大興迭隆起）、南東側(cè)凹陷（大廠新斷陷）的構(gòu)造格局。

（2）夏墊斷裂兩側(cè)的兩個不同構(gòu)造單元內(nèi)的地?zé)豳Y源賦存均為以側(cè)向徑流補(bǔ)給和深部大地?zé)崃鞴岬膶訝顭醿橹鳎膲|斷裂帶是區(qū)內(nèi)帶狀熱儲。

（3）通過對區(qū)內(nèi)地溫場分布特征及幾眼勘探深孔資料的綜合分析，發(fā)現(xiàn)在夏墊斷裂帶內(nèi)的霧迷山組地?zé)岙a(chǎn)能較高，夏墊斷裂即是熱水的運移通道又是主要儲集區(qū)，因此分析地?zé)豳Y源在斷裂帶內(nèi)是層狀熱儲和帶狀熱儲并存的形式。

西集位于北京的東南部，隨著通州城市副中心橋頭堡地位的逐漸明確，西集地區(qū)地?zé)豳Y源的優(yōu)勢如被充分合理利用將為首都能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排以及京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃建設(shè)等工作做出切實貢獻(xiàn)。建議西集地區(qū)的地?zé)豳Y源勘探重點選擇在夏墊斷裂帶帶狀熱儲和層狀熱儲復(fù)合部位，提高勘探成功率，開發(fā)出溫度高、流量大的高品位地?zé)豳Y源，服務(wù)于通州區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，提高北京空氣質(zhì)量。

北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局,1991.北京市區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社.

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Geothermal Resource Characteristics from the Coexistence of the Layered and Banded Geothermal Reservoir in Xiji Area, Beijing

SHI Hanjing1,2, GUO Wei1, GAO Jian3

(1. College of Resources and Environment, Jilin University ,Changchun 130012; 2. Beijing Geological Engineering Company, Beijing 100143;3.Beijin g Geothermal Research Institute, Beijing 100143)

In order to study the occurrence characteristics of the geothermal resource belonging to the reservoir types which layered and banded geothermal reservoir coexisted, Xiji area was taken as an example in this article. We discussed the factors including heat source, tectonic environments and distribution of geothermal reservoir which affected the existence of the two geothermal reservoir types, and also analyzed the geothermal resource condition that layered and banded geothermal reservoir coexisted along the range of Xiadian fault zone through the existing geothermal drilling and distributing characteristics of regional geothermal fi eld. So we considered that geothermal resource was dominated by layered geothermal reservoir which was mainly recharged by the side runoff and heated by the deep terrestrial heat fl ow in the two fl anks of the Xiadian fault zone belonging to the two different tectonic units and the Xiadian fault zone was banded geothermal reservoir in the studying area. Then we proposed the Xiadian fault zone and its affecting range should serve as the priority areas for further exploring and developing the mid-temperature geothermal resource.

Xiji; Xiadian fault zone; Layered geothermal reservoir; Banded geothermal reservoir; Mid-temperature geothermal resource

P314

A

1007-1903（2017）01-0059-06

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.01.010

石涵靜（1980- ），女，高工，主要從事地?zé)岬刭|(zhì)勘查研究工作。E-mail：shj9695@126.com