郭 彤，丁連靖，雷曉東，付昌鴻，曹 磊，趙連海

（1.北京市地?zé)嵫芯吭?，北?102218；2. 北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院，北京 102218）

懷柔西北山前地區(qū)地?zé)峥辈橹形锾椒椒ǖ膽?yīng)用

郭 彤1，丁連靖2，雷曉東2，付昌鴻1，曹 磊1，趙連海1

（1.北京市地?zé)嵫芯吭?，北?102218；2. 北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院，北京 102218）

北京懷柔區(qū)廟城鎮(zhèn)西北山前地帶，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、水循環(huán)比較強(qiáng)烈，地?zé)峥辈闊醿?chǔ)層為薊縣系霧迷山組白云巖。本次勘查在地質(zhì)、水文地質(zhì)調(diào)查和物探資料收集的基礎(chǔ)上，開展了重力勘探、微動(dòng)測深和可控源音頻大地電磁測深（CSMAT）。在基本查明區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造展布特征及深部地層組合、厚度、埋深、巖性特征等地?zé)岬刭|(zhì)條件基礎(chǔ)上，擬定了最佳井位。實(shí)鉆結(jié)果驗(yàn)證了物探解譯成果，在擬定井位處成功鉆鑿一眼地?zé)峋熬眩?”；該井熱儲(chǔ)層主要為薊縣系霧迷山組，兼取寒武系底部深度裂隙水。該井涌水量為616.12m3/d，出水溫度45℃，經(jīng)檢驗(yàn)地?zé)崴乃瘜W(xué)類型為重碳酸鈣鎂型水。

地?zé)峥辈?；綜合物探；鉆探驗(yàn)證

0 前言

地?zé)豳Y源已成為北京市不可或缺的重要資源之一，地?zé)衢_發(fā)已有30多年歷史，隨著開發(fā)的進(jìn)一步深入，地?zé)峥辈橹鸩较蛑苓叺責(zé)峁ぷ鞒潭容^低的地區(qū)拓展，以尋找更多的地?zé)岙惓^(qū)，更好的發(fā)掘北京地?zé)豳Y源潛力?？辈閰^(qū)處于北京市懷柔區(qū)廟城鎮(zhèn)西北山前斜坡地帶，對(duì)該區(qū)的地?zé)岬刭|(zhì)條件的認(rèn)識(shí)，大多是根據(jù)前人零星的物探成果和鉆孔資料，缺乏深部基巖鉆孔資料，是北京地?zé)豳Y源開發(fā)空白區(qū)之一。鉆探和物探是目前常用的地?zé)峥碧绞侄? 廣泛應(yīng)用于北京市地?zé)豳Y源、地下水資源勘查工作之中，其中地球物理勘探的主要作用是圈定含水破碎帶和熱儲(chǔ)水層的區(qū)域分布, 是勘查地?zé)峥瞻讌^(qū)的有效手段（陳仲候，1996；李安寧等，2001；鄭東明等，2005；徐光輝等，2005），本次勘查是在地質(zhì)、水文地質(zhì)調(diào)查和物探資料收集的基礎(chǔ)上，開展了重力勘探、微動(dòng)測深、可控源音頻大地電磁測深（CSMAT），根據(jù)綜合物探解譯成果，分析深部地球物理特征和地?zé)岬刭|(zhì)條件，成功鉆探京懷－1地?zé)峋诔鏊疁囟?5℃，降深175.63 m，涌水量616.12m3/d的地下熱水井。

1 地質(zhì)背景

勘查區(qū)位于燕山臺(tái)褶帶（Ⅱ1）內(nèi)的密（云）懷（來）中隆斷（Ⅲ2）之昌（平）懷（柔）中穹斷（Ⅳ5）的中東部。構(gòu)造較復(fù)雜，斷裂對(duì)地貌形態(tài)變化、新生代沉積物及基巖埋深，具有明顯的控制作用（圖1）。

1.1 地層

勘查區(qū)地貌上處于北京懷柔西北山前斜坡帶，第四系厚度自北西向南東加厚。西北山區(qū)出露的地層主要有白堊系，局部有巖漿巖體及小型巖脈出露；南部的鄭重山—二張營一帶的殘山出露有奧陶—寒武系；東北部（黃莊—高麗營斷裂的東側(cè)）隱伏有宰相莊巖漿巖體，巖性以花崗巖及花崗閃長巖為主（圖1）?？傮w來看，由于受燕山運(yùn)動(dòng)的影響，基巖地層大體呈北東至南西方向展布，與北東向的構(gòu)造線近似一致。

1.2 構(gòu)造

勘查區(qū)及周邊地區(qū)構(gòu)造較為復(fù)雜，該區(qū)構(gòu)造以北東向和南北向?yàn)橹?，東西向和北西向構(gòu)造次之。其中北東向構(gòu)造為：黃莊—高麗營斷裂、峰山頂東斷層和鄭重山向斜；南北向的構(gòu)造為：懷柔—牛欄山斷裂帶、橋梓—前辛莊斷裂和臥龍崗—峰山頂向斜；東西向構(gòu)造為橋梓—廟城斷裂；北西向構(gòu)造為馬辛莊—廟城斷裂（北京地質(zhì)礦產(chǎn)局等，1991）。

圖1 基巖地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 bedrock geological structure map

1.3 地?zé)岬刭|(zhì)條件

勘查區(qū)周邊斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，黃莊—高麗營斷裂和橋梓—廟城斷裂為該區(qū)的導(dǎo)熱、導(dǎo)水通道；第四系、白堊系、侏羅系和寒武系構(gòu)成了該區(qū)的熱儲(chǔ)蓋層；薊縣系的碳酸巖裂隙發(fā)育巖層構(gòu)成了該區(qū)的熱儲(chǔ)。

2 地球物理探測成果分析

京懷－1地?zé)峋伎浊?，在充分收集勘查區(qū)及周邊地區(qū)水文地質(zhì)、物探資料的基礎(chǔ)之上，開展了重力勘探、可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）、微動(dòng)測深等多種勘查工作（圖2）。

圖2 勘查區(qū)物探工作實(shí)際材料圖Fig.2 Actual material map of geophysical exploration in exp loration area

圖3 ?Z磁異常等值線平面圖Fig.3 ?Z magnetic anomaly contour m ap

高精度重力測量：布設(shè)2條重力精測剖面，總長度約6.3km，比例尺1：1萬，點(diǎn)距 50m，主要目的是為了查明勘查區(qū)磁性體及構(gòu)造的發(fā)育特征。

可控源音頻大地電磁測深（CSMAT）：布設(shè)2條剖面，剖面總長度為5.9km，點(diǎn)距 50 m，主要目的是為了確定該區(qū)斷裂構(gòu)造的展布特征及地層的空間分布特征，為地?zé)徙@探布孔提供依據(jù)。

微動(dòng)測深：布設(shè)了2個(gè)測點(diǎn)，主要目的是推測不同時(shí)代地層的埋藏深度。

2.1 平面上物探成果分析

（1）磁法測量

在收集的ΔZ磁異常等值線平面圖上（圖3），山前地區(qū)磁測值在0～650nT之間，懷柔區(qū)以南磁測值可達(dá)600nT，為宰相莊巖體的顯示?？辈閰^(qū)東北側(cè)磁測值相對(duì)較高，最高磁測值達(dá)400nT，深部可能存在隱伏的巖漿巖體；勘查區(qū)西南側(cè)磁測值較低，在0～100nT之間，鉆遇巖漿巖體的可能性較小，為勘查井布設(shè)的有利區(qū)。

圖4 布伽重力異常平面等值線圖Fig.4 Buga gravity anomaly contour map

圖5 重力勘查G1－G1’測線剖面圖Fig.5 Gravity exp loration G1－G1’ line prof le

圖6 重力勘查G2－G2’測線剖面圖Fig.6 Gravity exp loration G2－G2’line prof le

（2）重力勘探

在收集的布伽重力異常等值線平面圖上（圖4），勘查區(qū)的東北部布伽重力值相對(duì)較低，西南部布伽重力值相對(duì)較高，說明該區(qū)西南部第四系相對(duì)較薄，基巖埋深較淺。

高精度重力剖面（圖5、圖6）：勘查區(qū)西南側(cè)布伽重力值明顯偏高，結(jié)合布伽重力異常等值線平面圖，反映該區(qū)基巖總體埋深西南側(cè)淺，東北側(cè)較深，與區(qū)域地質(zhì)條件相符。

2.2 垂向上物探成果分析

（1）微動(dòng)測深

微動(dòng)W1號(hào)點(diǎn)：在0～1783m的深度范圍內(nèi)，波速在983～1565m/s之間變化，整體波速呈遞增的趨勢(shì)變化，結(jié)合地質(zhì)資料推測為中生界白堊系的顯示；下伏基巖波速略大于2000m/s，推測為奧陶—寒武系的反映。

微動(dòng)W2號(hào)點(diǎn)：在0～910m的深度范圍內(nèi)，波速在1050～1223m/s之間變化，整體波速不高，變化相對(duì)較為平穩(wěn)，結(jié)合地質(zhì)資料推測為中生界白堊系的顯示；下伏基巖波速大于1788 m/s，升高至2014m/s，推測為奧陶—寒武系的反映。

（2）可控源音頻大地測深（CSMAT）

可控源K1－K1’測線反演電阻率斷面圖（圖7），該剖面各單點(diǎn)曲線總體呈HK型變化，淺部阻值相對(duì)較低，為第四系的反映；深部視電率相對(duì)較高，為基巖顯示。在測點(diǎn)2000～2500m之間，深部發(fā)現(xiàn)有明顯的高阻異常體，結(jié)合磁法資料推測為巖漿巖巖脈的反映。在測點(diǎn)500 m附近視電阻率曲線起伏彎曲變化較大，并形成了電阻率曲線密集帶，推斷為F1斷裂的顯示。

可控源K2—K2’測線反演電阻率斷面圖（圖8），該剖面各單點(diǎn)曲線總體呈H型變化，淺部阻值較低為第四系的反映；深部相對(duì)較高為基巖顯示。剖面的北側(cè)深部見有高阻體，此高阻體可能與K1—K1’所發(fā)現(xiàn)的為同一巖漿巖脈的反映。在測點(diǎn)1000 m附近，視電阻率曲線起伏彎曲變化較大，推測為F1斷裂的顯示。

圖7 K 1－K 1’可控源反演電阻率斷面圖Fig.7 K 1－K 1’controlled source inversion resistivity section

圖8 K 2－K 2’ 可控源反演電阻率斷面圖Fig.8 K 2－K 2’controlled source inversion resistivity section

綜合物探成果和地質(zhì)資料，繪制可控源K1－K1’測線推斷地質(zhì)斷面圖（圖9），推測勘查區(qū)附近第四系厚度0～100 m，白堊系厚度在1000～1750 m之間變化，總體呈東薄西厚、北薄南厚的趨勢(shì)變化；白堊系下伏為寒武系，總體呈現(xiàn)東淺西深、北淺南深的趨勢(shì)變化；寒武系底板埋深在2500～2900 m之間變化，下伏地層為薊縣系。

勘查區(qū)的西南部鉆遇隱伏巖漿巖體可能性較小，且距離F1斷裂較近，有利于熱、水的運(yùn)移。因此，勘查井布設(shè)于勘查區(qū)的西南部。

圖9 可控源K 1－K 1’ 測線推斷地質(zhì)斷面圖Fig.9 Geological section of controlled source K 1－K 1’ line

2.3 前期物探勘查論證與實(shí)鉆結(jié)果的對(duì)比分析

（1）地層

實(shí)鉆第四系厚度15m，與物探綜合推斷厚度小于100m相符合，說明新生界與基巖的物性差異較明顯，所用物探方法是有針對(duì)性的。第四系下伏地層為白堊系火山巖，厚度為1517m，寒武系灰?guī)r底板為2593m，下伏地層為薊縣系霧迷山組。在地層層序、厚度和底板埋深方面，與物探方法推斷地層層序基本吻合。

（2）斷裂

可控源音頻大地電磁測深（CSMAT）在該區(qū)推斷一條F1斷裂構(gòu)造，F(xiàn)1斷裂在勘查區(qū)南側(cè)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖，認(rèn)為F1斷裂為橋梓—廟城斷裂的中段，此斷裂對(duì)區(qū)域成井有一定的影響，為導(dǎo)熱通道之一。

（3）隱伏巖體

京懷－1井未鉆遇侵入巖體，但從2600m以深的薊縣系的灰色灰白色白云巖巖屑，經(jīng)磨片鏡下鑒定，白云石已明顯定向排列，大理巖化強(qiáng)烈，說明有熱液活動(dòng)存在，熱液活動(dòng)可能是物探推測的侵入巖巖體引起。

2.4 鉆探成果

京懷-1井設(shè)計(jì)井深3000m，終孔深度3006.66m。鉆探成井過程中進(jìn)行物探綜合測井，測井項(xiàng)目包括2.0m底部梯度視電阻率、0.5m電位電阻率、自然電位、自然伽馬、井斜和井溫。測井資料顯示，2599.31m處井溫已經(jīng)達(dá)到51℃，同時(shí)2563～2594 m處，電阻率值很低，放射性值高；鉆井過程中2586.5～2599.31m處，鉆井液漏失20m3，綜合分析，該段地層富水性較好，確定保留此含水層段。

通過洗井、抽水試驗(yàn)，獲得出水溫度45℃，降深175.63 m，涌水量616.12m3/d（25.67m3/h）的地下熱水，經(jīng)北京市地質(zhì)工程勘察院實(shí)驗(yàn)室對(duì)熱礦水水質(zhì)中的52個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn)，地?zé)崴乃瘜W(xué)類型為HCO3-－Ca2+·Mg2+（重碳酸鈣鎂型）型水。該區(qū)地?zé)崴V化度(TDS) 455mg/L，為淡水；pH值7.65，總硬度228mg/L，屬于弱堿性、微硬水。熱礦水類型為淡溫泉水，偏硅酸、氟含量達(dá)到理療礦水濃度，可用于供暖、洗浴、理療（中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011）。

3 結(jié)論

北京懷柔廟城鎮(zhèn)西北山前傾斜地區(qū)，是地?zé)豳Y源開發(fā)利用程度較低且地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的地區(qū)，處山前水循環(huán)比較強(qiáng)烈地帶，熱儲(chǔ)層為薊縣系霧迷山組白云巖，地?zé)徙@井有一定風(fēng)險(xiǎn)。在西北山前成功打出京懷－1地?zé)峋?，使懷柔西北山前地區(qū)地?zé)峥辈楣ぷ魅〉贸醪酵黄?，?duì)進(jìn)一步開發(fā)利用深部地?zé)豳Y源樹立了信心。

（1）通過鉆探驗(yàn)證，重力、磁法、可控源大地音頻電磁測深（CSMAT）、微動(dòng)測深等綜合物探方法在該區(qū)地?zé)峥辈橹?，比較準(zhǔn)確、可行，起到了規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，為鉆探指明方向的良好作用。重力資料能查明斷裂位置及基巖起伏情況，磁法資料能判定火山巖地層及侵入巖體的分布，微動(dòng)測深可確定熱儲(chǔ)層埋深，可控源音頻大地電磁測深（CSMAT）可有效確定斷裂位置，了解深部熱儲(chǔ)構(gòu)造的空間展布，為地?zé)徙@探孔位布置提供依據(jù)。

（2）研究區(qū)位于懷柔西北部山前，第四系厚度較薄，蓋層以白堊—侏羅系火山巖為主，厚度1500m左右，隔熱保溫性能良好；熱儲(chǔ)層以薊縣系霧迷山組白云巖和寒武系灰?guī)r為主，富水性較好，F(xiàn)1斷裂構(gòu)造（橋梓—廟城斷裂）是區(qū)內(nèi)熱水深循環(huán)通道。推斷區(qū)內(nèi)存在隱伏巖漿巖體，是未來開發(fā)地?zé)嶂档米⒁獾牡刭|(zhì)風(fēng)險(xiǎn)因素。

北京市地質(zhì)礦產(chǎn)局，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）聯(lián)合區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì)?wèi)讶岱株?duì)，1991. 區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告（1:5萬 懷柔縣幅）[R]. 94-110.

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郵編：100195

The App lication of Com prehensive Geophysical M ethods on the Geothermal Exp loration in Northwest Piedmont Area of Huairou

GUO Tong1, DING Lianjing2, LEIXiaodong2, FUChanghong1, CAOLei1, KEBailin1

(1. Beijing Geothermal Research Institute, Beijing 102218; 2. Beijing Institute of Geo-exploitation Technology, Beijing 102218)

Northwest piedmont regional geologic structure is complex and water circle alternate is intensive in M iaocheng Town, Huairou District. The dolomite of Wumishan Formation, Jixian System is geothermal reservoir in this area. Based on geological, hydrogeological, geophysical data, the methods of gravity, microseism and CSMAT are implemented in geothermal exploration. According to the identif cation of geology structure, strata combinative characteristics and related geothermal conditions, optimum site of geothermal exp loration is determ ined. Geophysical interpretation is proved to be accurate by drilling JH-1 geothermal well. The reservoir is carbonate rocks of Wum ishan Formation and bottom of Cambrian System. This paper shows the results of JH-1 well w ith the yield is 616.12m3/d and temperature is 45℃. The hydrochemical type is HCO3-Ca2+?Mg2+.

Geothermal exploration; Comprehensive geophysical prospecting; Drilling verif cation

A

1007-1903（2017）02-0096-06

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.02.019

郭彤（1966- ），男，本科，工程師，主要從事北京地區(qū)地?zé)豳Y源勘查與評(píng)價(jià)。E-mail：515254994@qq.com