(河北省地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì)，河北 衡水 053000)

二十一世紀(jì)人類將面臨資源、環(huán)境與災(zāi)害的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。如何開發(fā)利用潔凈的、對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生或少產(chǎn)生污染的新能源，保護(hù)人類賴以生存的自然環(huán)境，是我國(guó)乃至世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標(biāo)。地?zé)豳Y源做為一種新能源，因開采條件簡(jiǎn)單、用途廣泛而日益受到人們的青睞。2006年1月1日起施行的《中華人民共和國(guó)可再生能源法》也提出把地?zé)岬瓤稍偕茉吹拈_發(fā)利用作為能源發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域。河北省固安縣地?zé)豳Y源豐富，以中、低溫地?zé)豳Y源為主，開發(fā)利用中、低溫地?zé)豳Y源形成了以供暖為主，綜合開發(fā)溫泉洗浴、水療養(yǎng)生和水上游樂等項(xiàng)目。隨著社會(huì)各界對(duì)地?zé)豳Y源優(yōu)越性的逐步認(rèn)識(shí)，地?zé)豳Y源開發(fā)規(guī)模迅速擴(kuò)大，開發(fā)利用地?zé)豳Y源對(duì)于緩解能源緊張，調(diào)整能源消耗結(jié)構(gòu)，改善城鎮(zhèn)環(huán)境質(zhì)量，提高居民生活水平，對(duì)于促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加快城市的發(fā)展進(jìn)程將發(fā)揮重要的作用。

1 牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锔艣r

牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锏靥幘┙虮Ｈ堑貐^(qū)腹地，地?zé)崽镎共济娣e達(dá)605.65 km2，地?zé)崽锏刭|(zhì)條件良好，在冀中臺(tái)陷的控制下，全區(qū)地層由新到老分別為新生界第四系，新近系明化鎮(zhèn)組，古近系沙河街組，中上元古界青白口系、薊縣系。熱儲(chǔ)層位主要為新近系明化鎮(zhèn)組孔隙熱儲(chǔ)、新近系館陶組孔隙熱儲(chǔ)、奧陶系巖溶裂隙熱儲(chǔ)、薊縣系鐵嶺組巖溶裂隙熱儲(chǔ)和薊縣系霧迷山組巖溶裂隙熱儲(chǔ)，蓋層主要為新近系和第四系，地?zé)釁^(qū)域熱儲(chǔ)屬中、低溫地?zé)豳Y源，地?zé)岬V水溫度范圍30℃～100℃，水化學(xué)類型以HCO3·Cl-Na、Cl·HCO3-Na、Cl-Na為主。

2 牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锏責(zé)嵯到y(tǒng)特征

牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽飺碛邢鄬?duì)較高的地?zé)崴Y源，其高溫地?zé)崴男纬捎衅湎鄬?duì)較好的地?zé)崽锏刭|(zhì)條件，本文從構(gòu)造、地?zé)醿?chǔ)層結(jié)構(gòu)、地梯溫度場(chǎng)等多個(gè)角度分析了其地?zé)崽锏責(zé)嵯到y(tǒng)特征。

2.1 地?zé)崽飿?gòu)造特征

牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锾幱谥谐瘻?zhǔn)地臺(tái)(Ⅰ級(jí))，華北斷拗(Ⅱ級(jí))，冀中臺(tái)陷(Ⅲ級(jí))，牛駝鎮(zhèn)斷凸(Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元)的北部斜坡上，緊鄰廊固斷凹。牛駝鎮(zhèn)斷凸是冀中臺(tái)陷北部的一個(gè)早第三紀(jì)長(zhǎng)期隆起形成的正向構(gòu)造單元，東南為武清-霸縣斷凹，北及西為廊固斷凹、容城斷凸[1，2]。

1)牛駝鎮(zhèn)斷凸。牛駝鎮(zhèn)斷凸基巖頂最淺埋深為700 m，牛駝鎮(zhèn)熱田基巖頂面等深線4 000 m所圈定之面積為1 100 km2，閉合度3 300 m；凸起內(nèi)幕為北北東或北東傾的單斜；基巖地層自東南而東北由老變新，依次為長(zhǎng)城系、薊縣系、青白口系、寒武系、奧陶系、石炭—二疊系。牛駝鎮(zhèn)斷凸主體分南北兩段，東南段地層主要為長(zhǎng)城系高于莊組和薊縣系霧迷山組，分別厚2 000、3 000m；東北段主體層位為青白口系、下古生界。東南段地層層位老，隆升幅度也高于東北段。

2)廊固斷凹走向NE-NNE蓋層為第四系、新近系及古近系,基巖為中生界。從基底形態(tài)看，斷凹北部為鳳河營(yíng)潛山帶，東部為河西務(wù)斷裂潛山帶，西部為九州—曹家務(wù)潛山帶。

3)武清-霸縣斷凹形態(tài)是一個(gè)北東向展布的箕狀負(fù)向構(gòu)造，西北部陡，東南緩，西陡東緩，凹陷沉積中心在霸州城區(qū)東部。凹陷基巖由古生界至元古界組成，因斷裂沉陷，基巖之上沉積了巨厚的新生界，最大埋深近7 000 m，沉積蓋層主要為新生界第三系、第四系組成，第三系常為斷層復(fù)雜化，形成大小不等的斷塊構(gòu)造。第四系構(gòu)造單一，其底略有起伏。武清霸縣斷凹西北的牛駝鎮(zhèn)凸起是一個(gè)新生代早期的拱升區(qū)，基巖由元古界—古生界組成，有其優(yōu)越的地?zé)岬刭|(zhì)條件。武清霸縣斷凹的東部有蘇橋潛山帶，基巖由古生界組成，亦有較好地?zé)岬刭|(zhì)環(huán)境[3,4]。

2.2 地?zé)醿?chǔ)層結(jié)構(gòu)特征

區(qū)域熱儲(chǔ)屬中、低溫地?zé)豳Y源按其賦存條件可分二種，一種是賦存于新生界砂巖中的孔隙水；一種是賦存于碳酸鹽巖中的巖溶裂隙水。

1)新近系明化鎮(zhèn)組孔隙熱儲(chǔ)。新近系明化鎮(zhèn)熱儲(chǔ)是本區(qū)廣泛分布的熱儲(chǔ)層。該熱儲(chǔ)層埋藏淺，顆粒較粗，膠結(jié)疏松，富水性強(qiáng)，水質(zhì)較好。熱儲(chǔ)層含水巖性為細(xì)砂巖、中砂巖，熱儲(chǔ)砂巖厚度在牛駝鎮(zhèn)斷凸的中部較薄，向四周逐漸加厚，中部一般<150 m，邊緣最厚可達(dá)400 m，平均厚度為225 m。平均砂厚比約31%。熱儲(chǔ)層中部溫度中南部較高，一般大于50℃ ，北部熱儲(chǔ)溫度較低，一般為40℃～50℃。區(qū)域加權(quán)平均滲透率814.77×10-3μm2，孔隙度18%～34%，區(qū)域單井涌水量一般60～80 m3/h，最大90 m3/h；井口水溫在51℃～63℃；礦化度0.5～1.5 g/L，水化學(xué)類型為HCO3—Na和HCO3·Cl—Na型水，pH值7.2～9.0。

2)新近系館陶組孔隙熱儲(chǔ)。新近系館陶組熱儲(chǔ)層主要分布于牛東斷裂后緣線以東凹陷區(qū)域內(nèi)，平均熱儲(chǔ)厚度較薄，富水性較好。熱儲(chǔ)層一般厚度在200～400，在武清-霸縣斷凹內(nèi)沉積最后可達(dá)500 m, 熱儲(chǔ)層含水巖性為細(xì)砂巖、粉砂巖、中砂巖及含礫砂巖，平均砂厚比39.4%。熱儲(chǔ)中部溫度45℃～65℃，平均熱儲(chǔ)溫度為53℃。熱儲(chǔ)平均孔隙度22%～30%，區(qū)域加權(quán)平均滲透率329.83×10-3μm2，區(qū)域單井涌水量為40～87 m3/h，井口水溫在50℃～73℃，礦化度 1.6～2.4 g/L，水化學(xué)類型為Cl·HCO3—Na或Cl—Na型水，pH值7.7～8.4。

3)奧陶系巖溶裂隙熱儲(chǔ)。主要分布在牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽飽|北部，熱儲(chǔ)巖性為灰?guī)r、白云巖及灰質(zhì)白云巖。儲(chǔ)厚比32.0%，平均熱儲(chǔ)厚度82.8 m，平均空隙率1.81%；區(qū)域單井涌水量為2～60 m3/h左右，出水能力差別較大，井口水溫50℃～60℃。礦化度1.08～2.3 g/L，水化學(xué)類型為HCO3—Na和Cl·HCO3—Na型水。

4)薊縣系鐵嶺組巖溶裂隙熱儲(chǔ)。熱儲(chǔ)巖性為灰質(zhì)白云巖、白云巖，熱儲(chǔ)層平均溫度80.5℃，平均空隙度1.65%，平均熱儲(chǔ)厚度51.8 m,裂隙巖溶發(fā)育段約占地層厚度的30%。地?zé)峋畣挝挥克?.119 m3/h·m，礦化度約2.955 g/L，pH值約7.46，水化學(xué)類型為Cl—Na型水，井口水溫最高86.0℃。

5)薊縣系霧迷山組巖溶裂隙熱儲(chǔ)。薊縣系霧迷山組巖溶裂隙熱儲(chǔ)為區(qū)域性熱儲(chǔ)層，熱儲(chǔ)巖性為灰白、灰褐色白云巖、燧石條帶白云巖，性硬脆，巖溶裂隙發(fā)育，富水性好，平均儲(chǔ)厚比30%，熱儲(chǔ)空隙率2.0%～9.3%。本區(qū)主要分布在牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锏臇|南部，平均埋深987.6 m，熱儲(chǔ)平均溫度83℃，井口水溫最高可達(dá)104℃，單井涌水量25～150 m3/h，水化學(xué)類型為Cl—Na型水或 Cl·HCO3—Na型水，礦化度為2.5～3.298 g/L，pH值6.5～8.3。

圖1 牛駝鎮(zhèn)地?zé)醿?chǔ)層結(jié)構(gòu)特征

2.3 地?zé)釡囟葓?chǎng)特征

2.3.1 地溫場(chǎng)平面分布特征

依據(jù)牛駝鎮(zhèn)石油孔和地?zé)峋Y料，區(qū)域上地?zé)岙惓鼙緟^(qū)凹凸相間的地質(zhì)構(gòu)造所控制，高溫區(qū)與基巖隆起區(qū)相一致，新生界地溫梯度高值沿牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锿蛊疠S部呈NE—NEE向展布[5，6]，向兩側(cè)和兩端梯度值變??；并在大營(yíng)和龍虎莊附近形成兩個(gè)島狀的梯度值中心，見圖2及圖3(a)，梯度值分別為12.61℃/100m和6.51℃/100m；區(qū)內(nèi)最低梯度值為2.33℃/100m，梯度值總體趨勢(shì)是：東南部高、東北部低；軸部高，一般5.0～12.61℃/100m，兩側(cè)低，5.0～2.33℃/100m。在廊固斷凹內(nèi)新生界地溫梯度小于3.0℃/100m。

2.3.2 地溫場(chǎng)縱向變化特征

地溫場(chǎng)的縱向變化與其地層巖性關(guān)系密切，隨著深度的增加，新生界地層的地溫梯度變化不大，地溫呈逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)。地層熱導(dǎo)率是影響地溫梯度變化的主要原因，在一定熱流量下，熱導(dǎo)率越高地溫梯度變化就越小，反之變化則隨之增大[7，8]。隨著深度的增加及地層時(shí)代的改變，地層密實(shí)度將增大，熱傳導(dǎo)率相應(yīng)隨之增加，因此地溫梯度隨深度的增加而降低。不同時(shí)代的基巖地溫梯度是有差異的，區(qū)域鉆井統(tǒng)計(jì)資料，其平均地溫梯度為：石炭至二疊系3.30℃/100m，奧陶系2.60℃/100m，寒武系1.98℃/100m，青白口系至薊縣系2.0～3.30℃/100m，基巖地溫梯度的差別除了受所處構(gòu)造位置影響外，主要是基巖自身導(dǎo)熱性能的差別引起的。

3 牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锏責(zé)嵯到y(tǒng)成因機(jī)制

牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锞哂兴看?、溫度高、埋藏淺的開發(fā)利用優(yōu)勢(shì)，其地?zé)崽锏臒嵩葱纬?、?duì)流循環(huán)、蓋層保溫在區(qū)域上有一定的代表性和典型性，由此通過分析其地?zé)崽飪?chǔ)層、蓋層特征和通道特征來闡明牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽铼?dú)特的地?zé)嵯到y(tǒng)成因機(jī)制。

3.1 儲(chǔ)層特征

牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽镌凇叭齼山怠钡刭|(zhì)歷史時(shí)期，經(jīng)歷海侵、海退、地殼隆起、下沉等多次重大構(gòu)造活動(dòng)，沉積有海相、海陸交互相、陸相地層。新生代喜山運(yùn)動(dòng)前，發(fā)生多次長(zhǎng)期海侵、海退活動(dòng)，沉積有厚層的海相碳酸鹽地層，且在凹陷抬升為陸后，在大氣降水、沖刷、奉化溶濾作用下，經(jīng)歷多次巖溶化時(shí)期，形成多層的巖溶-裂隙地?zé)醿?chǔ)集空間，這也為形成良好的基巖熱儲(chǔ)層提供了熱源儲(chǔ)集條件；喜山運(yùn)動(dòng)后，牛駝鎮(zhèn)地?zé)釁^(qū)下沉，廣泛沉積了明化鎮(zhèn)組和第四系松散孔隙層，這不僅為地?zé)醿?chǔ)集形成了良好的蓋層也同時(shí)形成了孔隙類型的熱儲(chǔ)層。

圖2 牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)特征圖 圖3 牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锲拭鎴D

3.2 蓋層特征

始新世末喜山運(yùn)動(dòng)II幕，在牛東、大興等斷裂的控制下，牛駝鎮(zhèn)凸起發(fā)育成熟，且凸起暴露地表，沉積了新近系明化鎮(zhèn)組和第四系地層，構(gòu)成基巖熱儲(chǔ)的良好蓋層。牛駝鎮(zhèn)地?zé)醿?chǔ)層以基巖為最優(yōu)，基巖熱儲(chǔ)熱量通過裂隙通道上涌，在新近系及第四系厚層的蓋層保溫條件下，不僅使得基巖熱儲(chǔ)熱量得以保存，而且在裂隙通道的作用下，基巖熱儲(chǔ)創(chuàng)造了良好的熱循環(huán)系統(tǒng)，并且厚層的熱儲(chǔ)蓋層為下覆基巖儲(chǔ)層保存熱量，形成良好的熱儲(chǔ)保證。

3.3 通道特征

牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锔邷氐責(zé)崴姆植夹螒B(tài)與基巖的構(gòu)造形態(tài)是一致的，即隨牛駝鎮(zhèn)凸起而展布，溫度高值區(qū)均在凸起部位，凸起兩翼溫度較低[2,9]。構(gòu)造凸起區(qū)基巖埋深淺，其上部具有較大的地溫梯度和熱流值，兩側(cè)凹陷區(qū)較低。牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锔邷責(zé)崴植夹螒B(tài)特征受地質(zhì)構(gòu)造特征控制，在“三升兩降”的五次地史發(fā)展時(shí)期中，侏羅至白堊系構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，牛東、牛南、容城、大興斷裂形成，且在始新世末期喜山運(yùn)動(dòng)I幕，牛駝鎮(zhèn)凸起形成，凸起的形成為高溫地?zé)崴牧严秲?chǔ)集空間。在古近系早期活動(dòng)加劇，長(zhǎng)期發(fā)育的生長(zhǎng)性斷層，斷開了結(jié)晶基底，有利于熱流向凸起區(qū)聚集，也為深部地?zé)崴畬?duì)流循環(huán)提供了有利通道。

總而言之，牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锪己玫臒嵫h(huán)系統(tǒng)得益于多層的巖溶-裂隙熱儲(chǔ)空間、斷凸形成的對(duì)流通道和上覆明化鎮(zhèn)組、第四系熱儲(chǔ)蓋層，這些使得牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锞邆涑渥愕母邷氐責(zé)崴磧?chǔ)備資源、良好的深部熱源對(duì)流循環(huán)和蓋層保溫條件。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锎嬖诳紫逗土严秲煞N類型的地?zé)醿?chǔ)層，孔隙熱儲(chǔ)含水層巖性以中、細(xì)砂為主，熱儲(chǔ)溫度53℃～61℃；巖溶裂隙熱儲(chǔ)巖性以灰?guī)r、白云巖為主，裂隙發(fā)育、富水性好，熱儲(chǔ)溫度60℃～100℃；儲(chǔ)熱蓋層巖性以新近系和第四系松散孔隙層為主，且蓋層為下覆基巖熱儲(chǔ)熱量得以保溫。

(2)牛駝鎮(zhèn)地?zé)釡囟葓?chǎng)受區(qū)域凹凸相間的地質(zhì)構(gòu)造所控，地?zé)崽锏靥轀囟戎捣植紪|南部高、東北部低，軸部高，呈NE—NEE向展布；地溫場(chǎng)的縱向變化特征與其地層巖性關(guān)系密切，隨著深度的增加及地層時(shí)代的改變，地層密實(shí)度將增大，熱傳導(dǎo)率相應(yīng)隨之增加。

(3)牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锍梢驒C(jī)制與其多層的巖溶-裂隙熱儲(chǔ)空間、斷凸形成的對(duì)流通道和上覆明化鎮(zhèn)組、第四系熱儲(chǔ)蓋層有關(guān)。巖溶-裂隙空間使牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锞邆涑渥愕母邷氐責(zé)崴磧?chǔ)備資源、凹凸相間的地質(zhì)構(gòu)造使地?zé)崽镄纬闪己玫纳畈繜嵩磳?duì)流循環(huán)條件，新近系和第四系厚層儲(chǔ)熱蓋層為基巖熱儲(chǔ)熱量保溫提供保障。

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