韓冀春， 李祥新, 于建文

(河北省地球物理勘查院，廊坊 065000)

0 引言

地?zé)豳Y源作為新興的清潔能源，具有高回報(bào)、長(zhǎng)期受益、符合低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展戰(zhàn)略等優(yōu)勢(shì)。隨著在生態(tài)旅游業(yè)長(zhǎng)足發(fā)展，尋找與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)特色相配套的綠色經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)乜沙掷m(xù)性發(fā)展的必然要求[1-4]。張家口地區(qū)地?zé)豳Y源較為豐富，發(fā)現(xiàn)了大量的熱泉、地?zé)崽?，但主要集中于南部山區(qū)(如赤城熱田、后郝窯地?zé)崽锏?。很多學(xué)者認(rèn)為，張家口南北具不同構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，北部地區(qū)不具有地?zé)釛l件。北部地區(qū)地表多為第四系覆蓋，其下大面積層狀玄武巖分布，地?zé)峥辈楣ぷ麟y度相對(duì)較大。以往工作多為區(qū)域地質(zhì)、區(qū)域地球化學(xué)及區(qū)域重磁和遙感工作，尚未進(jìn)行過系統(tǒng)的地?zé)豳Y源調(diào)查評(píng)價(jià)工作，潛在資源優(yōu)勢(shì)尚未得到發(fā)揮。本次采用“地溫調(diào)查+CSAMT+地面高精度磁測(cè)+地球化學(xué)測(cè)量”綜合方法對(duì)地?zé)豳Y源進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查工作，了解與地?zé)豳Y源相關(guān)的構(gòu)造、隱伏巖體、蓋層及水文等地質(zhì)條件，多種方法的應(yīng)用避免了單一工作方法的多解性。通過上述工作分析該區(qū)的具有地?zé)岙惓ｏ@示，地?zé)崆熬拜^好。

1 地質(zhì)構(gòu)造背景

區(qū)內(nèi)及周邊線性構(gòu)造縱橫交錯(cuò)，西北部、中部，分別有北東向二級(jí)線性構(gòu)造和兩條近南北向轉(zhuǎn)北東向的三級(jí)線性構(gòu)造通過。主要斷裂構(gòu)造多呈張性、張扭性，具有規(guī)模較大，切割深的特點(diǎn)。新生代的新構(gòu)造活動(dòng)以繼承性差異升降為主，產(chǎn)生新的活動(dòng)性構(gòu)造，與上述斷裂構(gòu)造交匯部位形成大量裂隙破碎帶和裂隙帶，為基巖裂隙型熱儲(chǔ)的形成和地下熱水的運(yùn)移上涌提供了有利條件。

區(qū)內(nèi)劃分為兩個(gè)構(gòu)造層：①太古界—古元古界構(gòu)成的變質(zhì)巖基底；②由中元古界—新生界地層構(gòu)成的蓋層。變質(zhì)巖做為基底在區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育，由新太古界紅旗營(yíng)子群(Ar3h)以及侵入其中的中元古界變質(zhì)巖(Pt2)構(gòu)成。新太古界紅旗營(yíng)子群(Ar3h)巖性主要以片麻巖、變粒巖、石英巖及大理巖為主；中元古界變質(zhì)巖(Pt2)巖性多為中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖、中細(xì)粒閃長(zhǎng)巖。調(diào)查區(qū)上部的蓋層主要由新近系始—中新統(tǒng)開地坊組(N1k)、漢諾壩組(N1h)和廣泛覆蓋全區(qū)的第四系(Q)地層構(gòu)成。開地坊組(N1k)巖性主要有紫紅色礫巖、砂礫巖、泥巖、灰綠色泥巖、頁巖、灰白色泥巖、局部夾玄武巖塊體；漢諾壩組(N1h)巖性以灰、灰黑色拉斑玄武巖，橄欖玄武巖為主；第四系松散堆積層(Q)，堆積層以殘坡積物，沖洪積物和風(fēng)積物為主。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.1 The structural location map of the research area

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)較頻繁，調(diào)查區(qū)東北、東南、西北側(cè)侵入巖見中元古代蒙古營(yíng)子單元變質(zhì)中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖(Pt2M)和霍素太下山岔變質(zhì)中細(xì)粒閃長(zhǎng)巖出露，推斷調(diào)查區(qū)深部大面積巖漿巖分布，地?zé)釤嵩礂l件有利。

張家口地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的地?zé)豳Y源，多出現(xiàn)于山區(qū)及山間盆地?cái)嗔褬?gòu)造交匯處，地?zé)犷愋鸵詳嗔验_放性為主，最高水溫為88.6℃，水化學(xué)類型主要為SO4-Na型，礦化度在0.27g/L～1.15g/L之間[8]。北部地?zé)岙惓＞€索較少，僅發(fā)現(xiàn)張北、尚義兩處發(fā)現(xiàn)的異常，水溫在25℃～40℃。

2 研究區(qū)地?zé)嵴{(diào)查特征

2.1 物性特征

本次工作采集物性標(biāo)本測(cè)定，本區(qū)主要巖石電性、磁性統(tǒng)計(jì)如表1所示。

2.2 地溫調(diào)查

地溫調(diào)查方法是地?zé)嵴{(diào)查中的基礎(chǔ)工作，是了解地下熱狀態(tài)，分析熱異常形成機(jī)理的重要手段。溫度場(chǎng)是熱水資源存在最直接、也是最明顯的標(biāo)志。本次水文地質(zhì)工作主要是對(duì)農(nóng)用機(jī)井、民用飲水井進(jìn)行調(diào)查。為取能客觀反映全區(qū)地溫異常的溫度數(shù)據(jù)，地溫測(cè)量首先了解本區(qū)恒溫帶溫度，以避開淺層變溫層的干擾。王貴玲[5]認(rèn)為恒溫帶溫度的確定采用多年平均地面溫度略高于多年平均氣溫1℃～3℃的方法，研究區(qū)當(dāng)?shù)囟嗄昶骄鶜鉁貫?.6℃，所以確定本區(qū)恒溫帶溫度為6℃。

研究區(qū)以6℃以下為背景場(chǎng)，以7.5℃為異常下限圈定地溫異常范圍(圖2)。地溫場(chǎng)是熱水存在最直接、最明顯的標(biāo)志，地溫異常分布的范圍反應(yīng)了斷裂構(gòu)造的特征，當(dāng)斷裂構(gòu)造中有熱水通道或構(gòu)造交匯、破碎裂隙帶中存在流動(dòng)的熱水時(shí)，就會(huì)引起溫度場(chǎng)的變化，出現(xiàn)地溫場(chǎng)的異常。圖2中反應(yīng)研究區(qū)存在五個(gè)地溫場(chǎng)異常區(qū)，位于研究區(qū)的中部及西部地區(qū)。

圖2 地?zé)岙惓７植紙DFig.2 The distribution of geothermal anomaly

由表1可知，本區(qū)電阻率值在n×10Ω·m～n×104Ω·m之間，由低到高為第四系松散層―第三系地層―中元古界蒙古營(yíng)子組。

表1 研究區(qū)巖石標(biāo)本物性統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of rock specimens in the study area

表2 研究區(qū)物性界面關(guān)系表

漢諾壩組致密玄武巖具有高磁、強(qiáng)變化磁異常特征，花崗閃長(zhǎng)巖次之，其他則具弱磁性。具河北省物性研究成果，中生代花崗巖的磁化率均值為675 (4π*10-6SI)，剩余磁化強(qiáng)度均值為177(10-3A/m)，為具有較明顯的磁性的地質(zhì)體，當(dāng)具有一定規(guī)模侵入時(shí)可形成明顯的高值磁異常。上述磁性特征對(duì)地層圈定、隱伏侵入體和地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)具指示作用。

從表2可知：研究區(qū)存在一個(gè)明顯的電性標(biāo)志層—中新統(tǒng)開地坊組，其電阻率值為n×101Ω·m～n×102Ω·m；當(dāng)中新統(tǒng)漢諾壩組地層含有氣孔時(shí)也可作為第二個(gè)電性標(biāo)志層，其電阻率值為n×101Ω·m～n×102Ω·m。

磁性體主要由火山巖層和侵入巖體組成，沉積地層一般呈弱磁或無磁性。

2.3 CSAMT測(cè)量

在地溫異常圈定的重點(diǎn)區(qū)段開展CSAMT測(cè)量工作，目的是搞清楚研究區(qū)的斷裂分布情況。數(shù)據(jù)采集過程中盡量避免人為電磁干擾，所得曲線出現(xiàn)嚴(yán)重畸變，經(jīng)過處理后仍不能使用的物理點(diǎn)剔除，對(duì)靜態(tài)位移效應(yīng)進(jìn)行校正。根據(jù)解釋工作需要，對(duì)過渡區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，從而提取出過渡區(qū)數(shù)據(jù)中“隱藏”的有用頻率測(cè)深信息，使其得到有效利用。

從圖3可以看出，斷面異?？v向分層清楚，由淺到深總體為“高低高”的變化特征。結(jié)合地質(zhì)資料及物性分析結(jié)果推斷：淺部似層狀高阻及以上薄層狀低阻層為漢諾壩組玄武巖及上覆第四系，總厚度在100 m～110 m之間，在3.7 km處附近消失。其下伏厚層狀低阻層為開地坊組，該組為水平低阻層，厚度在250 m～500 m之間。層狀低阻層下的深部反演電阻率值明顯增大，二者之間為近水平展布的梯級(jí)帶，反映了中元古代變質(zhì)侵入巖的分布，其厚度大于1 000 m。

依據(jù)本次CSAMT勘查共有20條測(cè)線。依據(jù)明顯電性層的終斷、垂向錯(cuò)動(dòng)或縱向延伸的梯級(jí)帶、縱向延伸低阻異常，推斷了主要隱伏斷裂構(gòu)造(圖7)，認(rèn)為斷裂以北東向、北西向、近南北向展布為主。各條剖面的電性總體表現(xiàn)為低阻+高阻層-低阻層-高阻層縱向變化特征，根據(jù)物性分析結(jié)果，各電性層分別對(duì)應(yīng)漢諾壩組-開地坊組-中元古界變質(zhì)侵入巖。為了探明斷裂在深部的特征，通過深部(800 m)電性構(gòu)造圖(圖4)清楚地反映了東南部基巖抬升區(qū)、北東向斷陷構(gòu)造帶、西北部基巖區(qū)的基底隱伏構(gòu)造特征。結(jié)合深部電性結(jié)構(gòu)與地?zé)岙惓７植?，地溫異常的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ異常區(qū)區(qū)位于F1-F6斷裂處或交匯處，且斷裂延伸較大，為地溫異常場(chǎng)提供了深部來源。

圖3 CSAMT反演及推斷解釋剖面Fig.3 CSAMT inversion and inference interpretation section

圖4 研究區(qū)深部電性構(gòu)造圖Fig.4 Deep electrical structure diagarm of the study area

圖5 磁測(cè)平剖圖Fig.5 Magnetic flat profile

圖6 深層土壤異常分布圖Fig.6 The distribution of deep soil anomaly(a)As;(b)Hg;(c)Sb;(d)Bi

圖7 研究區(qū)地?zé)嵝纬捎欣囟畏植紙DFig.7 The geothermal formation favorable location distribution map of the study area

2.4 高精度磁測(cè)剖面

侵入巖體是地?zé)嵝纬傻臎Q定因素，是熱能之源。為了解研究區(qū)侵入巖體的情況，部署了與CSAMT同剖面高精度磁測(cè)勘查工作。

研究區(qū)內(nèi)磁異常(△T)變化一般在-1 000 nT～500 nT之間。在研究范圍內(nèi)磁異常分為兩個(gè)區(qū)域：西、中部磁異常值表現(xiàn)為負(fù)的磁異常高；東部磁異常表現(xiàn)為正磁異常特征。結(jié)合該區(qū)的地質(zhì)資料、CSAMT資料、物性資料分析得出：西、中部地段表面被第四系覆蓋，強(qiáng)變化的負(fù)磁異常是由玄武巖引起；東部地段正磁異?？赡苡缮畈烤哂休^強(qiáng)磁性的中生代侵入體引起。

為了消除地面磁異常影響得到磁性的范圍，將剖面數(shù)據(jù)做了延拓處理(上延50 m)，得到了△T平面剖面圖(圖5)，圈定了研究區(qū)內(nèi)侵入體范圍。由異常低緩特征推斷侵入體埋深較大。研究區(qū)內(nèi)熱異常多分布于推斷侵入體邊緣及附近，其形成可能與之有關(guān)。

2.5 土壤地球化學(xué)測(cè)量

在土壤地球化學(xué)測(cè)量中可以普遍使用As、Bi、Hg、Sb 等這些元素來進(jìn)行地?zé)崽锂惓Ｕ{(diào)查，尤其是深層土壤元素的地球化學(xué)異常分布。研究區(qū)內(nèi)系統(tǒng)采集了耕植層以下原狀土壤樣品，分析了深層土壤組合樣品，獲得了大量土壤元素含量資料。

編制了研究區(qū)內(nèi)的As、Bi、Hg、Sb元素的深層土壤異常分布圖(圖6)，從圖6可以看出：As、Sb異常主要分布在工區(qū)的中西部及東部附近，二者套和較好，局部區(qū)域As、Sb高濃度異常特征明顯; 研究區(qū)內(nèi)Hg、Bi 異常相對(duì)較弱，局部高值異常疊加于As、Sb異常之上，這些土壤地球化學(xué)指示元素反應(yīng)了地?zé)岬拇嬖赱6-7]。

3 結(jié)論

1)采用“地溫調(diào)查+CSAMT+地面高精度磁測(cè)+地球化學(xué)測(cè)量”綜合方法，對(duì)地?zé)豳Y源進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查工作，分析地?zé)岙惓ｏ@示是有效的：地溫調(diào)查圈定地?zé)岙惓^(qū)，CSAMT勘探劃分構(gòu)造、地層，地面高精度磁測(cè)圈定侵入巖的范圍，地球化學(xué)測(cè)量指示元素異常圈定熱田范圍。多種方法相互約束，避免資料處理解釋的多解性。

2)圈定了4處地?zé)岙惓^(qū)段(圖7)，最為有利區(qū)塊出現(xiàn)于基地抬升區(qū)與斷陷構(gòu)造帶接觸面附近。

3)綜合物化探方法得到了研究區(qū)地?zé)嵝纬捎欣麉^(qū)塊，為下一步地?zé)嵩敳樘峁┙梃b。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張正山，孫伯益，孫德佩.張家口壩下地區(qū)地下熱水的特征及成因[J].河北地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，1993，16(5): 932-938．

ZHANG Z S,SUN B Y, SUN D P .The features and origins of geothermal water in ba xia region of zhangjiakou[J].Journal of Hebei college of Geollege，1993，16(5): 932-938．(In Chinese)

[2] 智小軍.張家口壩下地區(qū)地下熱水賦存規(guī)律研究[J].地下水，2016，38(3): 10-11．

ZHI X J. Research on occurrence regularity of underground hotwater in ba xia area, Zhangjiakou[J].Ground water,2016，38(3): 10-11．(In Chinese)

[3] 魏洪章.張家口地下熱水資源成因探討[J].中國(guó)煤田地質(zhì),2006，18(4): 38-41．

WEI H Z.A discussion on Geothermal resource in zhangjiakou[J].Coal geology of china,2006，18(4): 38-41．(In Chinese)

[4] 余恒昌.礦山地?zé)崤c熱害治理[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1991.

YU H C.The treatment of geotjermal heat and heat damage[M].Beijing:Coal industry press,1991.(In Chinese)

[5] 王貴玲,劉峰,王婉麗,等.我國(guó)陸區(qū)淺層地溫場(chǎng)空間分布及規(guī)律研究[J].供熱制冷,2015(3): 50-52．

WANG G L,LIU F,WANG W L,et al.Study on space distribution and law of shallow geothermal field in China’s land area[J].Hesting and cooling,2015(3): 50-52．(In Chinese)

[6] 王衛(wèi)星，趙娜，張亞娜,等.土壤元素地球化學(xué)異常對(duì)天津地區(qū)地?zé)崽锂惓５闹甘綶J].地質(zhì)與勘探,2015，51(5): 932-938．

WANG W X,ZHAO N,ZHANG Y N,et al.Geochemical anomalies of soil elements and their implications for geothermal fields in the Tianjin area[J]．Geology and Exploration,2015,51( 5) : 932-938．(In Chinese)

[7] 王基華,林元武,劉成龍,等.張家口南部地區(qū)溫泉形成的氫氧穩(wěn)定同位素及氣體組成證據(jù)[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2000(4): 30-33．

WANG J H,LIN Y W,LIU C L,et al.Stable isotopes and gases formed in the hot spring in the southern region of zhangjiakou[J].Hydrogeological engineering,2000(4): 30-33．(In Chinese)

[8] 張德忠,劉志剛,盧紅柳,等.河北地?zé)醄M].北京：地質(zhì)出版社,2013．

ZHANG D Z, LIU Z G, LU H L, et al. Hebei geothermal [M]. Beijing: Geological publishing house,2013.(In Chinese)