智小軍

(河北省地礦局第三地質(zhì)大隊(duì)，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(zhì)大隊(duì)，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(jīng)構(gòu)造深循環(huán)熱對(duì)流及巖漿余熱加溫形成地下熱水，熱水在以祁呂山字型構(gòu)造體系東翼為主的多組構(gòu)造復(fù)合部位賦存形成地?zé)崽铮纬傻牡責(zé)崽锞哂蓄愋投?、分布范圍廣、資源量豐富的特點(diǎn)，具有很好的開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)景。

[關(guān)鍵詞]控?zé)針?gòu)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(nèi)及鄰近地區(qū)目前共分布有地?zé)崽?2處，已不同程度的進(jìn)行了開(kāi)發(fā)利用，為了更好的科學(xué)利用地下熱水資源，把地下熱水的開(kāi)發(fā)利用水平提高到新的高度，必須研究區(qū)內(nèi)地下熱田的形成、分布規(guī)律，為熱水開(kāi)發(fā)的科學(xué)規(guī)劃和合理布局提供充分的地質(zhì)依據(jù)。

1地?zé)崽镄纬傻牡刭|(zhì)背景

1.1控?zé)針?gòu)造

本區(qū)位于內(nèi)蒙地軸、華北地臺(tái)及山西地臺(tái)三大穩(wěn)定地塊結(jié)合部位的燕山沉降帶西端，先后形成了以下幾組控?zé)針?gòu)造(圖1)：

EW向構(gòu)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，F(xiàn)1和F2之間太古界-下元古界變質(zhì)巖大面積出露，地殼較穩(wěn)定，F(xiàn)2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(gòu)造活動(dòng)頻繁。這組古老斷裂控制了地?zé)岬某雎丁⒙癫丶胺植?，后期繼承性活動(dòng)明顯。

NE向構(gòu)造：這是一組祁呂系山字形構(gòu)造東翼反射弧平行構(gòu)造，褶皺構(gòu)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(yáng)原、宣東、涿鹿-懷來(lái)、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(bǔ)給、徑流、深循環(huán)加熱。

NW向構(gòu)造：宣化-懷來(lái)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(jù)徐煜堅(jiān)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(gòu)成的一組斷裂束，平面上呈西北端收斂東南端展開(kāi)的不完整掃狀，在與NE、NNE向斷裂構(gòu)造的交會(huì)部位，小斷裂及裂隙發(fā)育，地應(yīng)力降低，這組斷裂控制著深部熱流的分布和深度。

NNE向構(gòu)造：為一組新華夏系構(gòu)造，以F11大河南-赤城深斷裂和F12東團(tuán)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?。皇巧畈可系蒯r漿侵入通道。

1.2巖漿活動(dòng)

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(cè)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(shuō)明巖漿侵入活動(dòng)和巖漿余熱由東向西逐步減弱。

1.3熱儲(chǔ)層

1.3.1第四系復(fù)蓋埋藏型熱儲(chǔ)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(tǒng)(Q3)粗砂礫石和第三系上新統(tǒng)(N2)沖洪積礫巖孔隙含水層；中生界上侏羅統(tǒng)(J3)次火山巖、火山碎屑巖裂隙含水層；古生界中寒武統(tǒng)(∈2)和中-下奧陶統(tǒng)(O1-2)灰?guī)r、上元古界長(zhǎng)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(zhì)巖裂隙含水層。

1.3.2基巖型熱儲(chǔ)層

太古界(Ar)中-深變質(zhì)巖，構(gòu)成本區(qū)的古老結(jié)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(wǎng)脈狀熱儲(chǔ)層。

圖1　地?zé)崽锓植紭?gòu)造關(guān)系圖

1.4隔熱層及隔熱邊界

熱儲(chǔ)層隔熱隔水頂?shù)装宓貙佑校旱谒南迪赂陆y(tǒng)(Q1)河湖相沉積粘性土層；第三系上新統(tǒng)(N2)河湖相沉積半膠結(jié)狀粘土和泥包礫；中生界中-下侏羅統(tǒng)(J1-2)含煤地層，硅質(zhì)粘土質(zhì)膠結(jié)，以粉砂巖、頁(yè)巖為主。

隔熱邊界：由于斷層的作用，隔熱地層與熱儲(chǔ)層水平向?qū)有纬伞?/p>

2地下熱源

地?zé)崽镄纬傻臒嵩粗饕譃槿悾?1)宣化-懷來(lái)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?zé)崃骰顒?dòng)強(qiáng)烈，居里層等溫面埋深小于20 km，大地?zé)崃髦荡笥?.7 HFU，是地?zé)崽锏闹饕獰嵩础?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(chǎn)生的巖漿余熱，是熱田的輔助熱源。(3)多數(shù)熱水含Rn,說(shuō)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?zé)崽锏男纬?/p>

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?xì)怏w體積的80%～90%，反映了地下熱水補(bǔ)給來(lái)源以大氣降水為主。

區(qū)內(nèi)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(bǔ)給區(qū)域。F11深斷裂切穿地殼，主要斷裂構(gòu)造F5、F6、F16切穿第三系至太古界地層，附近次一級(jí)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(duì)流層產(chǎn)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(jīng)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(nèi)(或山區(qū)基巖)由封閉性好的隔水隔熱邊界和儲(chǔ)熱的巖層孔隙、裂隙、巖溶空間構(gòu)成的組合體內(nèi)蓄積形成地?zé)崽铩Ｃ總€(gè)地?zé)崽?熱泉)都是一個(gè)補(bǔ)徑排途徑完善的熱循環(huán)系統(tǒng)單元。

4地?zé)崽锏念愋吞卣?/p>

區(qū)內(nèi)的地?zé)崽锇雌錈嵩闯梢?、熱?chǔ)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?cái)嗔焉钛h(huán)-巖漿巖(火山巖)余熱混合型、斷陷盆地?cái)嗔焉钛h(huán)型。

4.1巖漿巖余熱型

主要分布于區(qū)內(nèi)東北部，熱儲(chǔ)層為脈狀結(jié)構(gòu)，熱儲(chǔ)介質(zhì)為太古界變質(zhì)巖與巖漿巖構(gòu)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(hào)湯泉和2號(hào)塘子營(yíng)熱泉泉群及3號(hào)宣化白廟熱泉。

4.2斷陷盆地?cái)嗔焉钛h(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(chǔ)層為多層結(jié)構(gòu)，淺部為第四系砂卵石層孔隙潛水溫?zé)崴?；中部為第四系砂卵石孔隙承壓熱水；深部為太古界變質(zhì)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(gòu)成了各熱儲(chǔ)層的隔水隔熱頂?shù)装?，NNE和NW向兩組斷裂使隔熱地層與熱儲(chǔ)層水平對(duì)接形成隔熱邊界； F9或F11斷裂深部的白云巖和變質(zhì)巖地層破碎帶構(gòu)成熱流補(bǔ)給通道，熱田相互獨(dú)立分布，下部熱儲(chǔ)層的熱水和熱量通過(guò)越流的形式向上部熱儲(chǔ)層傳導(dǎo)，熱循環(huán)速度快、深度較大。如懷來(lái)4號(hào)奚家堡和5號(hào)后郝窯熱田。

4.3斷陷盆地?cái)嗔焉钛h(huán)型

分布于F9斷裂以西斷陷盆地內(nèi)的F7、F8、F9及F16與F5、F6兩組斷裂交匯處西北側(cè)部位，熱儲(chǔ)層主要為太古界變質(zhì)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(gòu)成熱儲(chǔ)層隔水隔熱頂板，NE、NW、EW三組斷層使隔熱地層與熱儲(chǔ)層水平對(duì)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(shì)，獨(dú)立性好，熱循環(huán)速度快、深度大。主要有5號(hào)懷來(lái)暖泉、7號(hào)陽(yáng)原三馬坊-大灣臺(tái)、8號(hào)蔚縣北洗冀、9號(hào)宣東、10號(hào)蔚縣暖泉、11號(hào)陽(yáng)原西城及鄰區(qū)12號(hào)山西省天鎮(zhèn)七處熱田。

5熱田水溫、水位、水量特征

區(qū)內(nèi)地?zé)崽锏男纬煞植疾粌H與地質(zhì)構(gòu)造作用關(guān)系密切，而且熱水的水溫、水位、水量等變化也與地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系密切。

5.1溫度特征

區(qū)內(nèi)地?zé)崽镌趨^(qū)域上存在著明顯的溫度差異，東部受巖漿活動(dòng)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(yùn)移過(guò)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(nèi)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(zhǎng)軸方向與F11斷裂走向一致，后郝窯熱田等溫線的長(zhǎng)軸方向與F9斷裂走向一致；二是熱田的高溫點(diǎn)與斷裂破碎帶交會(huì)處地?zé)嵫a(bǔ)給通道基本吻合。

5.2水位特征

熱田水位相差懸殊，區(qū)內(nèi)斷陷盆地內(nèi)地?zé)崽餆崴锥酁樽粤骶?，水頭最高處在陽(yáng)原三馬坊-大灣臺(tái)一帶，熱水水頭高出地面最高達(dá)62 m；多層結(jié)構(gòu)熱儲(chǔ)層水頭標(biāo)高由下而上逐漸降低。

5.3水溫和水位的關(guān)系

各熱田的水位等值線形態(tài)與水溫等值線形態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系密切，其高溫中心和高壓中心都出現(xiàn)在構(gòu)造交會(huì)部位。

5.4水量特征

熱水水量受熱儲(chǔ)層巖性、斷層規(guī)模、裂隙發(fā)育程度、補(bǔ)給來(lái)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(yáng)原三馬坊大灣臺(tái)區(qū)域上位于F6大斷裂與F8大斷裂交匯部位，熱儲(chǔ)層為薊縣系白云巖，單井出水量410 m3/h。

6水化學(xué)特征

地下熱水的化學(xué)成份分析結(jié)果表明，水化學(xué)成份與熱田蓄熱層巖石成份關(guān)系密切，同時(shí)也受斷裂構(gòu)造控制與深部熱源體化學(xué)成分相關(guān)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(xiàn)-含量低的特征，水化學(xué)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(xué)成分特征。但是在溫度相對(duì)較高的斷裂交匯部位H2SiO3、SO42-、Na+、F-含量及礦化度較高，說(shuō)明熱水通過(guò)斷裂通道運(yùn)移至碳酸鹽巖熱儲(chǔ)層時(shí)，因循環(huán)深度大、速度快，水化學(xué)成份與熱源體圍巖成分基本一致。

斷陷盆地變質(zhì)巖及巖漿巖(火山巖)接觸帶或基巖地區(qū)巖漿巖及變質(zhì)巖的地下熱水，在斷裂構(gòu)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(diǎn)，水化學(xué)類型為SO42--Na型，礦化度0.5～1.0 g/L，水化學(xué)成分與圍巖有關(guān)。

7結(jié)語(yǔ)

本區(qū)地?zé)崽锓植加跀嘞菖璧氐纳畲髷嗔褬?gòu)造帶交匯部位，形成以熱源傳遞深循環(huán)通道補(bǔ)給、熱儲(chǔ)層與構(gòu)造控?zé)徇吔缃M合儲(chǔ)熱、有天然和人工通道排泄的地?zé)釂卧?。區(qū)內(nèi)地?zé)崮艿膫鬟f形式以地殼深部熱流層熱對(duì)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?zé)釣槊穹?wù)的難易程度而言,斷陷盆地?cái)嗔焉钛h(huán)型地?zé)崽锓植济娣e較大，從構(gòu)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(diǎn)。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(xiàn)

[1]河北省地勘局第三地質(zhì)大隊(duì).河北省張家口地區(qū)地下熱水及礦泉水調(diào)查簡(jiǎn)報(bào).1990.11.

[2]河北省地勘局水文工程地質(zhì)勘察院.河北省張家口壩下地區(qū)水文地質(zhì)普查報(bào)告(1:10萬(wàn)比例尺).1995.12.

[3]鄭秀清.陽(yáng)高-天鎮(zhèn)盆地馬圈癢地下熱水系統(tǒng).太原理工大學(xué)學(xué)報(bào).2000.1(1)68-71.

[4]吳玉琪.太原盆地地下熱水分布特征.山西能源與節(jié)能.2007.3(1)41-42.

[5]楊立順.河北省遵化市湯泉地下熱水賦存特征.地下水.2011.7(4)11-12.

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(jiǎn)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(zhì)工程地質(zhì)等方面的研究。

[中圖分類號(hào)]P314.1

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)03-0010-02