冀中坳陷雄縣地?zé)崽镏骺匾蛩丶俺梢蚰Ｊ?/h1>
2021-08-31 08:18曹瑛倬鮑志東魯鍇徐世琦王貴玲袁淑琴季漢成
沉積學(xué)報(bào) 2021年4期
曹瑛倬，鮑志東，魯鍇，徐世琦，王貴玲，袁淑琴，季漢成
1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249
2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249
3.中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，成都 610000
4.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，石家莊 050061
5.中國(guó)石油大港油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津 300000
0 引言
雄縣地?zé)崽镂挥诓澈撑璧丶街雄晗葜斜辈浚娣e320 km2，近北東—南西向展布，臨近霸縣凹陷及廊固凹陷，地?zé)崽锎蟛糠治挥谂ｑ勬?zhèn)凸起部位，形態(tài)同牛駝鎮(zhèn)凸起構(gòu)造較為相似。整個(gè)地?zé)崽锍时睎|方向展布，具有熱儲(chǔ)分布面積廣，儲(chǔ)量大，埋藏淺，溫度高，水質(zhì)優(yōu)等五大特點(diǎn)[1]。
自20世紀(jì)80年代起，諸多學(xué)者對(duì)雄縣地?zé)崽镞M(jìn)行了研究[2-11]，形成了較為豐富的研究成果，但是對(duì)雄縣地?zé)崽镏骺匾蛩丶俺梢蚰Ｊ降奶接戇€不夠深入，本文將從“源、通、儲(chǔ)、蓋”這四方面對(duì)雄縣地?zé)崽镞M(jìn)行探究，為雄縣地?zé)崽锏倪M(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)。
1 地質(zhì)概況
研究區(qū)主要地?zé)醿?chǔ)層為薊縣系霧迷山組海相碳酸鹽巖地層，蓋層為上部第三系、第四系碎屑巖，部分地區(qū)殘存古近系地層。研究區(qū)大營(yíng)鎮(zhèn)附近霧迷山組地層埋深最淺，為493.85 m，其他凸起部位基巖埋深在1 000 m左右[1]。研究區(qū)在歷史時(shí)期經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[3-4,8]，這也導(dǎo)致了霧迷山組沉積不久，芹峪運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致霧迷山組抬升至地表，隨后薊縣運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致全區(qū)隆升，地層遭受剝蝕作用直至早寒武紀(jì)，薊縣運(yùn)動(dòng)造成了約137 Ma的沉積間斷，之后研究區(qū)繼續(xù)沉降并接受了寒武—奧陶系地層沉積；加里東時(shí)期，研究區(qū)再次發(fā)生抬升運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致志留系和泥盆系地層沉積缺失，并使奧陶系頂部遭受長(zhǎng)期剝蝕，加里東運(yùn)動(dòng)造成了持續(xù)約120 Ma的沉積間斷；中石炭世開(kāi)始以后，研究區(qū)發(fā)生區(qū)域沉降，沉積了一套石炭—二疊紀(jì)海陸交互相地層；印支運(yùn)動(dòng)末期，研究區(qū)整體上隆遭受剝蝕，印支運(yùn)動(dòng)造成了約30 Ma的沉積間斷；燕山期研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，白堊紀(jì)末期，研究區(qū)持續(xù)隆升遭受剝蝕，霧迷山組地層出露，燕山運(yùn)動(dòng)造成了約64 Ma的沉積間斷；古近紀(jì)為牛駝鎮(zhèn)凸起形成期，研究區(qū)內(nèi)部分地區(qū)出現(xiàn)沉積間斷現(xiàn)象；新近紀(jì)起，研究區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)減弱，全區(qū)普遍沉降接受沉積。各個(gè)時(shí)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成雄縣地區(qū)地層分布自下而上為太古界基底，長(zhǎng)城系，薊縣系，古近系（部分地區(qū)），新近系及第四系。長(zhǎng)期以來(lái)的構(gòu)造作用導(dǎo)致雄縣地?zé)崽镞吔缡芏鄺l斷層控制，西部受容城斷裂及保定—徐水?dāng)嗔芽刂?，南部的牛南斷裂將研究區(qū)同饒陽(yáng)凹陷分開(kāi)，東部發(fā)育牛東斷裂（圖1），多期抬升運(yùn)動(dòng)及斷裂帶的發(fā)育有助于巖溶作用的進(jìn)行，促進(jìn)了研究區(qū)地?zé)嵯到y(tǒng)的形成。
圖1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Geological structural map of the Xiongxian geothermal area
2 雄縣地?zé)崽镏骺匾蛩?/h2>
雄縣地?zé)崽飳儆诔练e盆地水熱型地?zé)崽?，除受?gòu)造作用影響之外，還受到多種因素共同影響，主要形成過(guò)程是大氣降水沿?cái)嗔训葘?dǎo)水通道補(bǔ)充至地下水（可存在封存水），地下水經(jīng)過(guò)深部循環(huán)，自地層中加熱后，沿部分?jǐn)嗔焉嫌浚a(bǔ)充至凸起的高部位。因此，本文將從“源、通、儲(chǔ)、蓋”四個(gè)方面系統(tǒng)探究雄縣地?zé)崽锇l(fā)育的主控因素。
2.1 熱源特征
2.1.1 熱源特征
雄縣地?zé)崽锏臒嵩礊樯系蒯崃總鲗?dǎo)及上地幔上部的花崗巖中放射性元素的衰變熱[12]。據(jù)調(diào)研結(jié)果顯示，研究區(qū)莫霍面深度在35～36 km，有利于上地幔熱量的傳導(dǎo)，而華北地區(qū)巨厚的花崗巖體，特別是酸性花崗巖體的放射性衰變熱對(duì)于上部大地?zé)崃鞯呢暙I(xiàn)非常可觀，資料顯示，京津冀平原花崗巖地殼放射性元素衰變產(chǎn)熱量對(duì)大地?zé)崃鞯呢暙I(xiàn)高達(dá)50%～62%[13]，這兩部分熱源不斷地補(bǔ)充，使得研究區(qū)平均大地?zé)崃髦颠_(dá)到79.1 m W/m2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)全球平均大地?zé)崃髦?2 m W/m2，具有形成優(yōu)良地?zé)崽锏挠欣麠l件。
2.1.2 地溫場(chǎng)特征
地溫場(chǎng)是地質(zhì)發(fā)展歷史與地質(zhì)現(xiàn)狀對(duì)其影響的綜合體現(xiàn)，地溫梯度是指單位深度內(nèi)溫度的變化率，地溫梯度是反映地溫場(chǎng)的直觀手段。閆敦實(shí)等[13]曾提出地溫梯度同基底起伏有一定的相關(guān)性，本文進(jìn)行了深入探究。利用測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了單井的溫度一深度曲線繪制，計(jì)算蓋層及儲(chǔ)層的地溫梯度[14]，從縱向、橫向兩個(gè)維度討論雄縣地?zé)崽锏販貓?chǎng)特征。本文選取研究區(qū)典型井來(lái)進(jìn)行上部蓋層及霧迷山組儲(chǔ)層地溫梯度的測(cè)算，選用公式如下：
式中：G表示地溫梯度，T表示當(dāng)前選取計(jì)算層段溫度，Z表示當(dāng)前選取計(jì)算層段深度，T0和Z0分別代表恒溫帶的溫度和深度，本次研究在假定純傳導(dǎo)條件下進(jìn)行，恒溫帶深度選取28.56 m，溫度14.5℃（儲(chǔ)層地溫梯度計(jì)算方法同理）。
根據(jù)計(jì)算所得的地溫梯度數(shù)據(jù)繪制圖2，如圖所示，在縱向上，可以明顯地看出上部蓋層和儲(chǔ)層之間存在著明顯的地溫梯度變化，隨著深度的增加，地層由新變老，地溫梯度從大變小，地溫增加的速率也逐漸放緩，上部蓋層鉆遇泥巖比例越高，地溫梯度越大（圖2）。對(duì)于研究區(qū)來(lái)說(shuō)，除構(gòu)造高點(diǎn)部位，霧迷山組儲(chǔ)層埋深在500 m以?xún)?nèi)，多數(shù)地?zé)峋@遇霧迷山組地層深度為900～1 100 m，雄縣地?zé)崽锷w層地溫梯度平均為4.54℃/100 m，霧迷山組儲(chǔ)層地溫梯度平均為0.87℃/100 m，上部第三系和第四系地層泥巖砂巖配置關(guān)系較好，所形成的蓋層隔熱效果明顯，可以較好地保存下部霧迷山組熱儲(chǔ)的熱量，有利于地?zé)崽锏男纬伞?/p>
圖2 雄縣地?zé)崽镢@井溫度—深度曲線圖Fig.2 Temperature?depth logs in the cap rock of the Xiongxian geothermal field
在測(cè)算地溫梯度的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)構(gòu)造特征，編制出雄縣地?zé)崽? 000 m深度地?zé)岬刭|(zhì)剖面圖及蓋層地溫梯度圖，在平面展布上，雄縣地?zé)崽镏胁考澳喜烤哂休^高的蓋層地溫梯度值，地溫梯度相對(duì)高值區(qū)位于凸起部位，相對(duì)低值區(qū)為靠近廊固凹陷、霸縣凹陷、饒陽(yáng)凹陷附近，總體地溫梯度分布形態(tài)與牛駝鎮(zhèn)凸起構(gòu)造形態(tài)一致，呈北東—南西向展布（圖3，4）。結(jié)合繪制的雄縣地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)剖面圖分析，研究區(qū)內(nèi)容2井附近蓋層地溫梯度為3.24℃/100 m，數(shù)值相對(duì)于其他凸起部位略低，判斷沿保定—徐水?dāng)鄬蛹叭莩菙嗔延衼?lái)自于太行山及燕山山脈的大氣降水補(bǔ)給，由于補(bǔ)給區(qū)冷水沿?cái)嗔褏R入，導(dǎo)致蓋層地溫梯度降低；此外雄3井及雄103井區(qū)域出現(xiàn)較為反常的地溫梯度高值，判斷由于這兩口井距離牛東斷裂較近，可能存在一條深部導(dǎo)水?dāng)鄬?，深部熱水沿?dǎo)水?dāng)鄬由嫌垦a(bǔ)充，出現(xiàn)局部水熱對(duì)流現(xiàn)象，導(dǎo)致雄縣地?zé)崽锬喜砍霈F(xiàn)蓋層地溫梯度高值。
圖3 雄縣地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)圖（據(jù)王貴玲等[15]，修改）Fig.3 Geological profile of the Xiongxian geothermal field(modified from Wang et al.[15])
2.2 水源特征
2.2.1 地?zé)崴畾溲跬凰靥卣?/p>
研究地下熱水的同位素特征有助于確定地下水的來(lái)源，幫助建立地?zé)崽锍梢蚰Ｊ?，指?dǎo)后期地?zé)崽锏拈_(kāi)發(fā)利用。本次研究將測(cè)定的研究區(qū)地下熱水的氫氧同位素含量同研究區(qū)大氣降水線進(jìn)行比較，探究研究區(qū)地下水補(bǔ)給來(lái)源。從圖5可以看出，雄縣地?zé)崽餆崴摩腄和δ18O值分別為-66.1‰～-86.9‰和-7.5‰～-11.18‰，研究區(qū)霧迷山組儲(chǔ)層地下熱水同位素值均落在華北地區(qū)大氣降水線附近，大部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)位于降水線下方，證實(shí)研究區(qū)地下水補(bǔ)給主要來(lái)自于大氣降水，但是測(cè)得數(shù)據(jù)點(diǎn)δ18O值漂移現(xiàn)象明顯。雄縣地?zé)崽镬F迷山組為白云巖儲(chǔ)層，理想狀態(tài)下測(cè)得δ18O值應(yīng)當(dāng)為-20.43‰[7]，研究區(qū)霧迷山組地層δ18O值明顯增大，指示地下水經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)移，并在運(yùn)移過(guò)程中同碳酸鹽巖地層發(fā)生水巖反應(yīng)。
圖5 雄縣地?zé)崽餁?、氧同位素分布特征Fig.5 Hydrogen and oxygen isotopic characteristics from the Xiongxian geothermal field
2.2.2 地?zé)崴?4C年齡特征
對(duì)地下熱水進(jìn)行14C測(cè)年的意義在于確定地?zé)崃黧w年齡，從而為地?zé)崃黧w的起源、成因及所經(jīng)歷的地質(zhì)年代提供依據(jù)[16]。
根據(jù)表1所示，雄縣地?zé)崽?4C年齡大約在1.7～2.4萬(wàn)年之間，結(jié)合研究區(qū)平面展布特征分析，可以得出研究區(qū)霧迷山組地層水年齡自北西方向至南東向逐漸增大，說(shuō)明地下熱水運(yùn)移方向同樣為自北西方向至南東向運(yùn)移。另一方面，由于研究區(qū)霧迷山組地層形成時(shí)間應(yīng)當(dāng)距今1 200 Ma左右，測(cè)定研究區(qū)霧迷山組地?zé)崴?4C年齡遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地層形成時(shí)間，可以直接排除研究區(qū)霧迷山組地?zé)崴畞?lái)自于地層封存水這一觀點(diǎn)，再結(jié)合上文提到的δD和δ18O值特征，可以判斷研究區(qū)霧迷山組熱水來(lái)自于大氣降水，由現(xiàn)代降水和古大氣降水混合而成。
表1 雄縣地?zé)崽锛爸苓厖^(qū)域14C年齡測(cè)定結(jié)果表（據(jù)張德忠等[17]）Table 1 Radiocation ages of carbon from the Xiongxian geothermal field and nearby area（after Zhang et al.[17]）
2.2.3 地?zé)崴V化度特征
圖4 雄縣地?zé)崽锷w層地溫梯度等值線圖Fig.4 Geothermal gradient map for the cap rock of the Xiongxian geothermal field
本次研究在前人成果基礎(chǔ)上[18-20]，重新評(píng)定研究區(qū)地?zé)崴V化度分布特征，由于牛駝鎮(zhèn)凸起埋藏較淺，易于接受大氣降水補(bǔ)給，總體礦化度較低。根據(jù)表2分析結(jié)果顯示，研究區(qū)霧迷山組地?zé)崴瘜W(xué)類(lèi)型為Cl·HCO3-Na和Cl-Na型，總體礦化度在1 900～3 500 mg/L，據(jù)前期調(diào)研資料顯示，在靠近太行山及燕山山脈的山前地帶，地層水礦化度為400～700 mg/L，水化學(xué)類(lèi)型主要為HCO3-Na型。結(jié)合研究區(qū)內(nèi)各井平面分布，分析地?zé)崴V化度的總體變化趨勢(shì)，可以推測(cè)出地下水的運(yùn)移過(guò)程。礦化度自研究區(qū)西部、西北部向東南部逐漸增大，同時(shí)地?zé)崴饾u由Cl·HCO3-Na型向Cl-Na型過(guò)渡，初步判斷水源補(bǔ)給來(lái)自于研究區(qū)西北部的太行山及燕山山脈。
表2 雄縣地?zé)崽镬F迷山組地層水化學(xué)特征（部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)自李飛等[21]）Table 2 Groundwater chemistry characteristics of the Wumishan Formation in the Xiongxian geothermal field（after Li et al.[21]）
2.2.4 熱水補(bǔ)給高程及循環(huán)深度預(yù)測(cè)
通過(guò)預(yù)測(cè)補(bǔ)給高程，結(jié)合δD值變化，可以對(duì)研究區(qū)地下水補(bǔ)給區(qū)補(bǔ)給海拔進(jìn)行判斷[22]，已有研究將雄縣地?zé)崽锏責(zé)崴摩腄值同天津地?zé)崽镬F迷山組地?zé)崴M(jìn)行對(duì)比，判斷雄縣地?zé)崽镬F迷山組地?zé)崴a(bǔ)給區(qū)海拔高于天津地?zé)崽镬F迷山組地?zé)崴a(bǔ)給區(qū)，結(jié)合牛駝鎮(zhèn)凸起地理位置，推測(cè)雄縣地?zé)崽镬F迷山組地?zé)崴难a(bǔ)給區(qū)位于研究區(qū)西北部的太行山及燕山山脈海拔500 m以上的區(qū)域[9]。本文在此基礎(chǔ)上，對(duì)雄縣地?zé)崽餆崴h(huán)深度進(jìn)行預(yù)測(cè)。地?zé)崴h(huán)深度計(jì)算公式為：
式中：Z為預(yù)測(cè)循環(huán)深度，m；Z0為恒溫帶埋深，m；TR為熱儲(chǔ)溫度，℃；T0為補(bǔ)給區(qū)多年平均溫度，℃；△T為地溫梯度，℃/100 m。
調(diào)研得到河北地區(qū)年平均溫度為12.7℃，恒溫帶埋深選取28.56 m，太行山、燕山山前地溫梯度T0<2.0℃/m[1]，本文選取2.0℃/m，熱儲(chǔ)溫度T R為80℃，對(duì)地?zé)崴钚⊙h(huán)深度進(jìn)行預(yù)測(cè)。利用上述參數(shù)，計(jì)算預(yù)測(cè)雄縣地?zé)崽锏牡責(zé)崴h(huán)深度約為3 500 m。
2.3 運(yùn)移通道特征
雄縣地?zé)崽餆崴粗饕獊?lái)自于研究區(qū)西北部的太行山及燕山山脈，受大氣降水補(bǔ)給，水源沿山前深大斷裂、地層不整合面及各條區(qū)內(nèi)斷裂運(yùn)移至牛駝鎮(zhèn)凸起，在這一過(guò)程當(dāng)中，研究區(qū)西北部的容城斷裂，西南部的保定—徐水?dāng)嗔眩瑬|部的牛東斷裂發(fā)揮了巨大作用。上文研究結(jié)果表明，大氣降水經(jīng)深大斷裂進(jìn)入地層循環(huán)，受地殼傳導(dǎo)熱及基底放射熱加熱升溫，研究區(qū)雄104井和D13井在鉆井過(guò)程中發(fā)生鉆具放空及鉆井液漏失現(xiàn)象，顯示研究區(qū)霧迷山組地層縫洞較為發(fā)育，地下熱水可在地層壓力的作用下沿縫洞系統(tǒng)上涌至第三系與霧迷山組的不整合面，此時(shí)，由于之前構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致地層受到抬升剝蝕風(fēng)化形成的風(fēng)化殼可作為輸導(dǎo)層，為地下熱水運(yùn)移提供優(yōu)勢(shì)通道。
2.4 地?zé)醿?chǔ)—蓋特征
由于研究區(qū)霧迷山組地層沉積時(shí)代久遠(yuǎn)、埋藏深度較大，經(jīng)歷的構(gòu)造及成巖作用比較復(fù)雜，儲(chǔ)層物性整體表現(xiàn)為非均質(zhì)性極強(qiáng)的特征。根據(jù)研究區(qū)對(duì)薊縣系霧迷山組部分巖心分析結(jié)果顯示，目的層孔隙度分布于3.0%～8.0%，平均孔隙度為3.75%，滲透率范圍為（0.01～100.2）×10-2μm2，具有低孔高滲的特點(diǎn)。通過(guò)野外剖面及巖心觀察，研究區(qū)裂縫及溶孔、溶洞十分發(fā)育，可形成縫洞結(jié)合型儲(chǔ)層（圖6）。
圖6 研究區(qū)霧迷山組儲(chǔ)層特征Fig.6 Reservoir characteristics of the Wumishan Formation in the study area
研究區(qū)霧迷山組地層主要巖性為白云巖，再加之收到多期構(gòu)造抬升作用影響，巖溶作用十分發(fā)育。通過(guò)本次研究發(fā)現(xiàn)研究區(qū)共發(fā)育四種巖溶類(lèi)型，分別為：準(zhǔn)同生巖溶、表生巖溶、受斷裂控制巖溶和埋藏巖溶，而研究區(qū)內(nèi)裂縫的發(fā)育有助于地?zé)醿?chǔ)層改造[23]。
對(duì)于早期的構(gòu)造縫來(lái)說(shuō)，控制著晚期斷裂帶附近的巖溶作用；斷裂帶附近的構(gòu)造裂縫為巖溶發(fā)育提供物質(zhì)通道，增加了地表水和地下水向下淋濾時(shí)同碳酸鹽巖地層的接觸面積；在平面上，溶蝕作用常常沿著斷裂帶的方向發(fā)育；在垂向上，后期的溶孔常常分布于早期的斷裂帶附近，在多個(gè)斷裂帶的交匯處（如保定—容南斷裂，容城—容南斷裂，牛東—牛南斷裂），有可能在深部形成大的溶蝕洞穴。
對(duì)于非構(gòu)造縫來(lái)說(shuō)，主要是加快巖溶作用的進(jìn)程，促進(jìn)巖溶的發(fā)育；不斷增強(qiáng)的溶蝕作用將地層發(fā)育的微小裂縫連通，進(jìn)而發(fā)育成大裂縫、大溶洞，通過(guò)縫洞系統(tǒng)來(lái)改善研究區(qū)霧迷山組儲(chǔ)層的物性。非構(gòu)造縫可改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)滲能力，尤其是與構(gòu)造縫的相互連通，為地下水和地表水的垂向運(yùn)移提供了有利條件。
若是從高、低角度縫角度區(qū)分考慮，由于研究區(qū)霧迷山組地層在印支運(yùn)動(dòng)以及燕山—早喜山期出露地表，接受大氣淡水淋濾、風(fēng)化作用，導(dǎo)致了其下伏地層中巖溶作用的發(fā)生，高角度裂縫的存在，為大氣淡水的下滲提供了通道，從而擴(kuò)大了溶蝕孔洞發(fā)育帶的厚度，同時(shí)也增強(qiáng)了巖溶發(fā)育的強(qiáng)度。而在中—深埋藏條件下，儲(chǔ)集層內(nèi)部流體可沿低角度裂縫的流動(dòng)，擴(kuò)大了儲(chǔ)集層橫向溶蝕范圍，低角度縫的存在，增加了水和碳酸鹽巖地層的接觸，小孔洞之間出現(xiàn)了連通，從而改善地層的儲(chǔ)滲性能。
研究區(qū)霧迷山組熱儲(chǔ)上部直接覆蓋第三系、第四系砂泥巖地層[24]，孔隙度較高，導(dǎo)熱性差，地溫梯度普遍較高，可作為良好的保溫層，加之霧迷山組與上部地層不整合接觸，通常具有一層黏土風(fēng)化殼，起到了良好的隔水作用。因此研究區(qū)霧迷山組熱儲(chǔ)厚度大，縫洞系統(tǒng)發(fā)育，上部砂泥巖地層隔熱保溫效果顯著，儲(chǔ)蓋配置條件優(yōu)異。
3 雄縣地?zé)崽锍梢蚰Ｊ?/h2>
雄縣地?zé)崽飳儆诔练e盆地水熱型地?zé)崽颷24]，地?zé)崽锸艿絹?lái)自于太行山及燕山山脈的大氣降水補(bǔ)給，地下水源沿山前斷裂帶運(yùn)移，經(jīng)由保定—徐水?dāng)嗔?，容城斷裂，牛東斷裂，通過(guò)徐水凹陷、廊固凹陷，自研究區(qū)北、西兩個(gè)方向?qū)Φ叵聼崴M(jìn)行補(bǔ)充。以牛東斷裂為例，該斷裂是牛駝鎮(zhèn)凸起和霸縣凹陷的構(gòu)造邊界斷裂，古近紀(jì)前，研究區(qū)受到擠壓應(yīng)力作用，牛東斷層性質(zhì)為逆斷層，古近紀(jì)起，研究區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈構(gòu)造反轉(zhuǎn)，牛東斷層同時(shí)出現(xiàn)走滑運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。目前研究成果顯示，前期擠壓應(yīng)力下，斷層兩側(cè)易形成順斷層走向的壓扭性斷裂，這類(lèi)斷裂具有橫向局部阻水，縱向?qū)奶卣鳎谶@種先壓后張的兩期構(gòu)造應(yīng)力作用疊加下，斷層附近的破碎帶導(dǎo)水能力會(huì)大大增加[25]，斷裂帶周?chē)尚纬傻叵聨r溶管道徑流，也有助于在牛東斷裂與牛南斷裂交匯處產(chǎn)生地?zé)崴患?。深部地層中的地?zé)崴貙?dǎo)水?dāng)鄬由嫌亢螅c上部的地下水混合，進(jìn)一步提升凸起部位儲(chǔ)層的地溫，導(dǎo)致鉆井測(cè)溫曲線上的地溫梯度突變，這一異常現(xiàn)象也得到了驗(yàn)證（圖2），分布在斷裂帶附近的部分井在剛進(jìn)入霧迷山組地層時(shí)的地溫變化明顯大于下部地層。基于上述分析提出雄縣地?zé)崽锍梢蚰Ｊ剑▓D7）。
圖7 雄縣地?zé)崽锍梢蚰Ｊ紽ig.7 Genetic model of the Xiongxian geothermal field
4 結(jié)論
（1）雄縣地?zé)崽餅槌练e盆地水熱型地?zé)崽?，邊界受牛東斷裂、牛南斷裂、容城斷裂控制，展布形態(tài)同牛駝鎮(zhèn)凸起類(lèi)似，地?zé)醿?chǔ)層為中上元古界薊縣系霧迷山組白云巖，井溫平均在65℃以上，孔隙度3%～8%，滲透率>3×10-2μm2，地下水化學(xué)類(lèi)型自北東至南西向由Cl·HCO3-Na型過(guò)渡至Cl-Na型，礦化度逐漸增大。
（2）研究區(qū)熱源來(lái)自于深部地殼熱傳導(dǎo)及放射熱，蓋層地溫梯度平均為4.54℃/100 m，霧迷山組儲(chǔ)層地溫梯度平均為0.87℃/100 m，熱儲(chǔ)溫度約為65℃，蓋層主要為第三系和第四系的砂泥巖，儲(chǔ)層埋深淺，儲(chǔ)蓋配置良好，保溫效果優(yōu)異，開(kāi)發(fā)利用前景較好。
（3）裂縫對(duì)研究區(qū)霧迷山組儲(chǔ)層改造效果明顯，多期的構(gòu)造抬升作用導(dǎo)致霧迷山組地層多次出露地表接受大氣淡水淋濾，裂縫的發(fā)育有助于縫洞巖溶系統(tǒng)的形成，從垂向及橫向兩個(gè)方向?qū)?chǔ)層進(jìn)行改造，增加儲(chǔ)集及滲流運(yùn)移能力。
（4）雄縣地?zé)崽锍梢蚰Ｊ娇筛爬椋簛?lái)自于太行山及燕山山脈海拔500 m以上的現(xiàn)代大氣降水及古大氣降水，沿保定—徐水?dāng)嗔选⑷莩菙嗔?、牛東斷裂及研究區(qū)內(nèi)縫洞巖溶系統(tǒng)匯入牛駝鎮(zhèn)凸起，另外在牛東斷裂附近可能存在一條深部導(dǎo)水?dāng)鄬?，深部熱水沿?dǎo)水?dāng)鄬由嫌垦a(bǔ)充，導(dǎo)致雄縣地?zé)崽锬喜砍霈F(xiàn)地溫梯度高值，研究區(qū)地?zé)崴h(huán)深度約為3 500 m。
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2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249
3.中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，成都 610000
4.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，石家莊 050061
5.中國(guó)石油大港油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津 300000
0 引言
雄縣地?zé)崽镂挥诓澈撑璧丶街雄晗葜斜辈浚娣e320 km2，近北東—南西向展布，臨近霸縣凹陷及廊固凹陷，地?zé)崽锎蟛糠治挥谂ｑ勬?zhèn)凸起部位，形態(tài)同牛駝鎮(zhèn)凸起構(gòu)造較為相似。整個(gè)地?zé)崽锍时睎|方向展布，具有熱儲(chǔ)分布面積廣，儲(chǔ)量大，埋藏淺，溫度高，水質(zhì)優(yōu)等五大特點(diǎn)[1]。
自20世紀(jì)80年代起，諸多學(xué)者對(duì)雄縣地?zé)崽镞M(jìn)行了研究[2-11]，形成了較為豐富的研究成果，但是對(duì)雄縣地?zé)崽镏骺匾蛩丶俺梢蚰Ｊ降奶接戇€不夠深入，本文將從“源、通、儲(chǔ)、蓋”這四方面對(duì)雄縣地?zé)崽镞M(jìn)行探究，為雄縣地?zé)崽锏倪M(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)。
1 地質(zhì)概況
研究區(qū)主要地?zé)醿?chǔ)層為薊縣系霧迷山組海相碳酸鹽巖地層，蓋層為上部第三系、第四系碎屑巖，部分地區(qū)殘存古近系地層。研究區(qū)大營(yíng)鎮(zhèn)附近霧迷山組地層埋深最淺，為493.85 m，其他凸起部位基巖埋深在1 000 m左右[1]。研究區(qū)在歷史時(shí)期經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[3-4,8]，這也導(dǎo)致了霧迷山組沉積不久，芹峪運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致霧迷山組抬升至地表，隨后薊縣運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致全區(qū)隆升，地層遭受剝蝕作用直至早寒武紀(jì)，薊縣運(yùn)動(dòng)造成了約137 Ma的沉積間斷，之后研究區(qū)繼續(xù)沉降并接受了寒武—奧陶系地層沉積；加里東時(shí)期，研究區(qū)再次發(fā)生抬升運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致志留系和泥盆系地層沉積缺失，并使奧陶系頂部遭受長(zhǎng)期剝蝕，加里東運(yùn)動(dòng)造成了持續(xù)約120 Ma的沉積間斷；中石炭世開(kāi)始以后，研究區(qū)發(fā)生區(qū)域沉降，沉積了一套石炭—二疊紀(jì)海陸交互相地層；印支運(yùn)動(dòng)末期，研究區(qū)整體上隆遭受剝蝕，印支運(yùn)動(dòng)造成了約30 Ma的沉積間斷；燕山期研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，白堊紀(jì)末期，研究區(qū)持續(xù)隆升遭受剝蝕，霧迷山組地層出露，燕山運(yùn)動(dòng)造成了約64 Ma的沉積間斷；古近紀(jì)為牛駝鎮(zhèn)凸起形成期，研究區(qū)內(nèi)部分地區(qū)出現(xiàn)沉積間斷現(xiàn)象；新近紀(jì)起，研究區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)減弱，全區(qū)普遍沉降接受沉積。各個(gè)時(shí)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成雄縣地區(qū)地層分布自下而上為太古界基底，長(zhǎng)城系，薊縣系，古近系（部分地區(qū)），新近系及第四系。長(zhǎng)期以來(lái)的構(gòu)造作用導(dǎo)致雄縣地?zé)崽镞吔缡芏鄺l斷層控制，西部受容城斷裂及保定—徐水?dāng)嗔芽刂?，南部的牛南斷裂將研究區(qū)同饒陽(yáng)凹陷分開(kāi)，東部發(fā)育牛東斷裂（圖1），多期抬升運(yùn)動(dòng)及斷裂帶的發(fā)育有助于巖溶作用的進(jìn)行，促進(jìn)了研究區(qū)地?zé)嵯到y(tǒng)的形成。
圖1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Geological structural map of the Xiongxian geothermal area
2 雄縣地?zé)崽镏骺匾蛩?/h2>
雄縣地?zé)崽飳儆诔练e盆地水熱型地?zé)崽?，除受?gòu)造作用影響之外，還受到多種因素共同影響，主要形成過(guò)程是大氣降水沿?cái)嗔训葘?dǎo)水通道補(bǔ)充至地下水（可存在封存水），地下水經(jīng)過(guò)深部循環(huán)，自地層中加熱后，沿部分?jǐn)嗔焉嫌浚a(bǔ)充至凸起的高部位。因此，本文將從“源、通、儲(chǔ)、蓋”四個(gè)方面系統(tǒng)探究雄縣地?zé)崽锇l(fā)育的主控因素。
2.1 熱源特征
2.1.1 熱源特征
雄縣地?zé)崽锏臒嵩礊樯系蒯崃總鲗?dǎo)及上地幔上部的花崗巖中放射性元素的衰變熱[12]。據(jù)調(diào)研結(jié)果顯示，研究區(qū)莫霍面深度在35～36 km，有利于上地幔熱量的傳導(dǎo)，而華北地區(qū)巨厚的花崗巖體，特別是酸性花崗巖體的放射性衰變熱對(duì)于上部大地?zé)崃鞯呢暙I(xiàn)非常可觀，資料顯示，京津冀平原花崗巖地殼放射性元素衰變產(chǎn)熱量對(duì)大地?zé)崃鞯呢暙I(xiàn)高達(dá)50%～62%[13]，這兩部分熱源不斷地補(bǔ)充，使得研究區(qū)平均大地?zé)崃髦颠_(dá)到79.1 m W/m2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)全球平均大地?zé)崃髦?2 m W/m2，具有形成優(yōu)良地?zé)崽锏挠欣麠l件。
2.1.2 地溫場(chǎng)特征
地溫場(chǎng)是地質(zhì)發(fā)展歷史與地質(zhì)現(xiàn)狀對(duì)其影響的綜合體現(xiàn)，地溫梯度是指單位深度內(nèi)溫度的變化率，地溫梯度是反映地溫場(chǎng)的直觀手段。閆敦實(shí)等[13]曾提出地溫梯度同基底起伏有一定的相關(guān)性，本文進(jìn)行了深入探究。利用測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了單井的溫度一深度曲線繪制，計(jì)算蓋層及儲(chǔ)層的地溫梯度[14]，從縱向、橫向兩個(gè)維度討論雄縣地?zé)崽锏販貓?chǎng)特征。本文選取研究區(qū)典型井來(lái)進(jìn)行上部蓋層及霧迷山組儲(chǔ)層地溫梯度的測(cè)算，選用公式如下：
式中：G表示地溫梯度，T表示當(dāng)前選取計(jì)算層段溫度，Z表示當(dāng)前選取計(jì)算層段深度，T0和Z0分別代表恒溫帶的溫度和深度，本次研究在假定純傳導(dǎo)條件下進(jìn)行，恒溫帶深度選取28.56 m，溫度14.5℃（儲(chǔ)層地溫梯度計(jì)算方法同理）。
根據(jù)計(jì)算所得的地溫梯度數(shù)據(jù)繪制圖2，如圖所示，在縱向上，可以明顯地看出上部蓋層和儲(chǔ)層之間存在著明顯的地溫梯度變化，隨著深度的增加，地層由新變老，地溫梯度從大變小，地溫增加的速率也逐漸放緩，上部蓋層鉆遇泥巖比例越高，地溫梯度越大（圖2）。對(duì)于研究區(qū)來(lái)說(shuō)，除構(gòu)造高點(diǎn)部位，霧迷山組儲(chǔ)層埋深在500 m以?xún)?nèi)，多數(shù)地?zé)峋@遇霧迷山組地層深度為900～1 100 m，雄縣地?zé)崽锷w層地溫梯度平均為4.54℃/100 m，霧迷山組儲(chǔ)層地溫梯度平均為0.87℃/100 m，上部第三系和第四系地層泥巖砂巖配置關(guān)系較好，所形成的蓋層隔熱效果明顯，可以較好地保存下部霧迷山組熱儲(chǔ)的熱量，有利于地?zé)崽锏男纬伞?/p>
圖2 雄縣地?zé)崽镢@井溫度—深度曲線圖Fig.2 Temperature?depth logs in the cap rock of the Xiongxian geothermal field
在測(cè)算地溫梯度的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)構(gòu)造特征，編制出雄縣地?zé)崽? 000 m深度地?zé)岬刭|(zhì)剖面圖及蓋層地溫梯度圖，在平面展布上，雄縣地?zé)崽镏胁考澳喜烤哂休^高的蓋層地溫梯度值，地溫梯度相對(duì)高值區(qū)位于凸起部位，相對(duì)低值區(qū)為靠近廊固凹陷、霸縣凹陷、饒陽(yáng)凹陷附近，總體地溫梯度分布形態(tài)與牛駝鎮(zhèn)凸起構(gòu)造形態(tài)一致，呈北東—南西向展布（圖3，4）。結(jié)合繪制的雄縣地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)剖面圖分析，研究區(qū)內(nèi)容2井附近蓋層地溫梯度為3.24℃/100 m，數(shù)值相對(duì)于其他凸起部位略低，判斷沿保定—徐水?dāng)鄬蛹叭莩菙嗔延衼?lái)自于太行山及燕山山脈的大氣降水補(bǔ)給，由于補(bǔ)給區(qū)冷水沿?cái)嗔褏R入，導(dǎo)致蓋層地溫梯度降低；此外雄3井及雄103井區(qū)域出現(xiàn)較為反常的地溫梯度高值，判斷由于這兩口井距離牛東斷裂較近，可能存在一條深部導(dǎo)水?dāng)鄬?，深部熱水沿?dǎo)水?dāng)鄬由嫌垦a(bǔ)充，出現(xiàn)局部水熱對(duì)流現(xiàn)象，導(dǎo)致雄縣地?zé)崽锬喜砍霈F(xiàn)蓋層地溫梯度高值。
圖3 雄縣地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)圖（據(jù)王貴玲等[15]，修改）Fig.3 Geological profile of the Xiongxian geothermal field(modified from Wang et al.[15])
2.2 水源特征
2.2.1 地?zé)崴畾溲跬凰靥卣?/p>
研究地下熱水的同位素特征有助于確定地下水的來(lái)源，幫助建立地?zé)崽锍梢蚰Ｊ?，指?dǎo)后期地?zé)崽锏拈_(kāi)發(fā)利用。本次研究將測(cè)定的研究區(qū)地下熱水的氫氧同位素含量同研究區(qū)大氣降水線進(jìn)行比較，探究研究區(qū)地下水補(bǔ)給來(lái)源。從圖5可以看出，雄縣地?zé)崽餆崴摩腄和δ18O值分別為-66.1‰～-86.9‰和-7.5‰～-11.18‰，研究區(qū)霧迷山組儲(chǔ)層地下熱水同位素值均落在華北地區(qū)大氣降水線附近，大部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)位于降水線下方，證實(shí)研究區(qū)地下水補(bǔ)給主要來(lái)自于大氣降水，但是測(cè)得數(shù)據(jù)點(diǎn)δ18O值漂移現(xiàn)象明顯。雄縣地?zé)崽镬F迷山組為白云巖儲(chǔ)層，理想狀態(tài)下測(cè)得δ18O值應(yīng)當(dāng)為-20.43‰[7]，研究區(qū)霧迷山組地層δ18O值明顯增大，指示地下水經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)移，并在運(yùn)移過(guò)程中同碳酸鹽巖地層發(fā)生水巖反應(yīng)。
圖5 雄縣地?zé)崽餁?、氧同位素分布特征Fig.5 Hydrogen and oxygen isotopic characteristics from the Xiongxian geothermal field
2.2.2 地?zé)崴?4C年齡特征
對(duì)地下熱水進(jìn)行14C測(cè)年的意義在于確定地?zé)崃黧w年齡，從而為地?zé)崃黧w的起源、成因及所經(jīng)歷的地質(zhì)年代提供依據(jù)[16]。
根據(jù)表1所示，雄縣地?zé)崽?4C年齡大約在1.7～2.4萬(wàn)年之間，結(jié)合研究區(qū)平面展布特征分析，可以得出研究區(qū)霧迷山組地層水年齡自北西方向至南東向逐漸增大，說(shuō)明地下熱水運(yùn)移方向同樣為自北西方向至南東向運(yùn)移。另一方面，由于研究區(qū)霧迷山組地層形成時(shí)間應(yīng)當(dāng)距今1 200 Ma左右，測(cè)定研究區(qū)霧迷山組地?zé)崴?4C年齡遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地層形成時(shí)間，可以直接排除研究區(qū)霧迷山組地?zé)崴畞?lái)自于地層封存水這一觀點(diǎn)，再結(jié)合上文提到的δD和δ18O值特征，可以判斷研究區(qū)霧迷山組熱水來(lái)自于大氣降水，由現(xiàn)代降水和古大氣降水混合而成。
表1 雄縣地?zé)崽锛爸苓厖^(qū)域14C年齡測(cè)定結(jié)果表（據(jù)張德忠等[17]）Table 1 Radiocation ages of carbon from the Xiongxian geothermal field and nearby area（after Zhang et al.[17]）
2.2.3 地?zé)崴V化度特征
圖4 雄縣地?zé)崽锷w層地溫梯度等值線圖Fig.4 Geothermal gradient map for the cap rock of the Xiongxian geothermal field
本次研究在前人成果基礎(chǔ)上[18-20]，重新評(píng)定研究區(qū)地?zé)崴V化度分布特征，由于牛駝鎮(zhèn)凸起埋藏較淺，易于接受大氣降水補(bǔ)給，總體礦化度較低。根據(jù)表2分析結(jié)果顯示，研究區(qū)霧迷山組地?zé)崴瘜W(xué)類(lèi)型為Cl·HCO3-Na和Cl-Na型，總體礦化度在1 900～3 500 mg/L，據(jù)前期調(diào)研資料顯示，在靠近太行山及燕山山脈的山前地帶，地層水礦化度為400～700 mg/L，水化學(xué)類(lèi)型主要為HCO3-Na型。結(jié)合研究區(qū)內(nèi)各井平面分布，分析地?zé)崴V化度的總體變化趨勢(shì)，可以推測(cè)出地下水的運(yùn)移過(guò)程。礦化度自研究區(qū)西部、西北部向東南部逐漸增大，同時(shí)地?zé)崴饾u由Cl·HCO3-Na型向Cl-Na型過(guò)渡，初步判斷水源補(bǔ)給來(lái)自于研究區(qū)西北部的太行山及燕山山脈。
表2 雄縣地?zé)崽镬F迷山組地層水化學(xué)特征（部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)自李飛等[21]）Table 2 Groundwater chemistry characteristics of the Wumishan Formation in the Xiongxian geothermal field（after Li et al.[21]）
2.2.4 熱水補(bǔ)給高程及循環(huán)深度預(yù)測(cè)
通過(guò)預(yù)測(cè)補(bǔ)給高程，結(jié)合δD值變化，可以對(duì)研究區(qū)地下水補(bǔ)給區(qū)補(bǔ)給海拔進(jìn)行判斷[22]，已有研究將雄縣地?zé)崽锏責(zé)崴摩腄值同天津地?zé)崽镬F迷山組地?zé)崴M(jìn)行對(duì)比，判斷雄縣地?zé)崽镬F迷山組地?zé)崴a(bǔ)給區(qū)海拔高于天津地?zé)崽镬F迷山組地?zé)崴a(bǔ)給區(qū)，結(jié)合牛駝鎮(zhèn)凸起地理位置，推測(cè)雄縣地?zé)崽镬F迷山組地?zé)崴难a(bǔ)給區(qū)位于研究區(qū)西北部的太行山及燕山山脈海拔500 m以上的區(qū)域[9]。本文在此基礎(chǔ)上，對(duì)雄縣地?zé)崽餆崴h(huán)深度進(jìn)行預(yù)測(cè)。地?zé)崴h(huán)深度計(jì)算公式為：
式中：Z為預(yù)測(cè)循環(huán)深度，m；Z0為恒溫帶埋深，m；TR為熱儲(chǔ)溫度，℃；T0為補(bǔ)給區(qū)多年平均溫度，℃；△T為地溫梯度，℃/100 m。
調(diào)研得到河北地區(qū)年平均溫度為12.7℃，恒溫帶埋深選取28.56 m，太行山、燕山山前地溫梯度T0<2.0℃/m[1]，本文選取2.0℃/m，熱儲(chǔ)溫度T R為80℃，對(duì)地?zé)崴钚⊙h(huán)深度進(jìn)行預(yù)測(cè)。利用上述參數(shù)，計(jì)算預(yù)測(cè)雄縣地?zé)崽锏牡責(zé)崴h(huán)深度約為3 500 m。
2.3 運(yùn)移通道特征
雄縣地?zé)崽餆崴粗饕獊?lái)自于研究區(qū)西北部的太行山及燕山山脈，受大氣降水補(bǔ)給，水源沿山前深大斷裂、地層不整合面及各條區(qū)內(nèi)斷裂運(yùn)移至牛駝鎮(zhèn)凸起，在這一過(guò)程當(dāng)中，研究區(qū)西北部的容城斷裂，西南部的保定—徐水?dāng)嗔眩瑬|部的牛東斷裂發(fā)揮了巨大作用。上文研究結(jié)果表明，大氣降水經(jīng)深大斷裂進(jìn)入地層循環(huán)，受地殼傳導(dǎo)熱及基底放射熱加熱升溫，研究區(qū)雄104井和D13井在鉆井過(guò)程中發(fā)生鉆具放空及鉆井液漏失現(xiàn)象，顯示研究區(qū)霧迷山組地層縫洞較為發(fā)育，地下熱水可在地層壓力的作用下沿縫洞系統(tǒng)上涌至第三系與霧迷山組的不整合面，此時(shí)，由于之前構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致地層受到抬升剝蝕風(fēng)化形成的風(fēng)化殼可作為輸導(dǎo)層，為地下熱水運(yùn)移提供優(yōu)勢(shì)通道。
2.4 地?zé)醿?chǔ)—蓋特征
由于研究區(qū)霧迷山組地層沉積時(shí)代久遠(yuǎn)、埋藏深度較大，經(jīng)歷的構(gòu)造及成巖作用比較復(fù)雜，儲(chǔ)層物性整體表現(xiàn)為非均質(zhì)性極強(qiáng)的特征。根據(jù)研究區(qū)對(duì)薊縣系霧迷山組部分巖心分析結(jié)果顯示，目的層孔隙度分布于3.0%～8.0%，平均孔隙度為3.75%，滲透率范圍為（0.01～100.2）×10-2μm2，具有低孔高滲的特點(diǎn)。通過(guò)野外剖面及巖心觀察，研究區(qū)裂縫及溶孔、溶洞十分發(fā)育，可形成縫洞結(jié)合型儲(chǔ)層（圖6）。
圖6 研究區(qū)霧迷山組儲(chǔ)層特征Fig.6 Reservoir characteristics of the Wumishan Formation in the study area
研究區(qū)霧迷山組地層主要巖性為白云巖，再加之收到多期構(gòu)造抬升作用影響，巖溶作用十分發(fā)育。通過(guò)本次研究發(fā)現(xiàn)研究區(qū)共發(fā)育四種巖溶類(lèi)型，分別為：準(zhǔn)同生巖溶、表生巖溶、受斷裂控制巖溶和埋藏巖溶，而研究區(qū)內(nèi)裂縫的發(fā)育有助于地?zé)醿?chǔ)層改造[23]。
對(duì)于早期的構(gòu)造縫來(lái)說(shuō)，控制著晚期斷裂帶附近的巖溶作用；斷裂帶附近的構(gòu)造裂縫為巖溶發(fā)育提供物質(zhì)通道，增加了地表水和地下水向下淋濾時(shí)同碳酸鹽巖地層的接觸面積；在平面上，溶蝕作用常常沿著斷裂帶的方向發(fā)育；在垂向上，后期的溶孔常常分布于早期的斷裂帶附近，在多個(gè)斷裂帶的交匯處（如保定—容南斷裂，容城—容南斷裂，牛東—牛南斷裂），有可能在深部形成大的溶蝕洞穴。
對(duì)于非構(gòu)造縫來(lái)說(shuō)，主要是加快巖溶作用的進(jìn)程，促進(jìn)巖溶的發(fā)育；不斷增強(qiáng)的溶蝕作用將地層發(fā)育的微小裂縫連通，進(jìn)而發(fā)育成大裂縫、大溶洞，通過(guò)縫洞系統(tǒng)來(lái)改善研究區(qū)霧迷山組儲(chǔ)層的物性。非構(gòu)造縫可改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)滲能力，尤其是與構(gòu)造縫的相互連通，為地下水和地表水的垂向運(yùn)移提供了有利條件。
若是從高、低角度縫角度區(qū)分考慮，由于研究區(qū)霧迷山組地層在印支運(yùn)動(dòng)以及燕山—早喜山期出露地表，接受大氣淡水淋濾、風(fēng)化作用，導(dǎo)致了其下伏地層中巖溶作用的發(fā)生，高角度裂縫的存在，為大氣淡水的下滲提供了通道，從而擴(kuò)大了溶蝕孔洞發(fā)育帶的厚度，同時(shí)也增強(qiáng)了巖溶發(fā)育的強(qiáng)度。而在中—深埋藏條件下，儲(chǔ)集層內(nèi)部流體可沿低角度裂縫的流動(dòng)，擴(kuò)大了儲(chǔ)集層橫向溶蝕范圍，低角度縫的存在，增加了水和碳酸鹽巖地層的接觸，小孔洞之間出現(xiàn)了連通，從而改善地層的儲(chǔ)滲性能。
研究區(qū)霧迷山組熱儲(chǔ)上部直接覆蓋第三系、第四系砂泥巖地層[24]，孔隙度較高，導(dǎo)熱性差，地溫梯度普遍較高，可作為良好的保溫層，加之霧迷山組與上部地層不整合接觸，通常具有一層黏土風(fēng)化殼，起到了良好的隔水作用。因此研究區(qū)霧迷山組熱儲(chǔ)厚度大，縫洞系統(tǒng)發(fā)育，上部砂泥巖地層隔熱保溫效果顯著，儲(chǔ)蓋配置條件優(yōu)異。
3 雄縣地?zé)崽锍梢蚰Ｊ?/h2>
雄縣地?zé)崽飳儆诔练e盆地水熱型地?zé)崽颷24]，地?zé)崽锸艿絹?lái)自于太行山及燕山山脈的大氣降水補(bǔ)給，地下水源沿山前斷裂帶運(yùn)移，經(jīng)由保定—徐水?dāng)嗔?，容城斷裂，牛東斷裂，通過(guò)徐水凹陷、廊固凹陷，自研究區(qū)北、西兩個(gè)方向?qū)Φ叵聼崴M(jìn)行補(bǔ)充。以牛東斷裂為例，該斷裂是牛駝鎮(zhèn)凸起和霸縣凹陷的構(gòu)造邊界斷裂，古近紀(jì)前，研究區(qū)受到擠壓應(yīng)力作用，牛東斷層性質(zhì)為逆斷層，古近紀(jì)起，研究區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈構(gòu)造反轉(zhuǎn)，牛東斷層同時(shí)出現(xiàn)走滑運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。目前研究成果顯示，前期擠壓應(yīng)力下，斷層兩側(cè)易形成順斷層走向的壓扭性斷裂，這類(lèi)斷裂具有橫向局部阻水，縱向?qū)奶卣鳎谶@種先壓后張的兩期構(gòu)造應(yīng)力作用疊加下，斷層附近的破碎帶導(dǎo)水能力會(huì)大大增加[25]，斷裂帶周?chē)尚纬傻叵聨r溶管道徑流，也有助于在牛東斷裂與牛南斷裂交匯處產(chǎn)生地?zé)崴患?。深部地層中的地?zé)崴貙?dǎo)水?dāng)鄬由嫌亢螅c上部的地下水混合，進(jìn)一步提升凸起部位儲(chǔ)層的地溫，導(dǎo)致鉆井測(cè)溫曲線上的地溫梯度突變，這一異常現(xiàn)象也得到了驗(yàn)證（圖2），分布在斷裂帶附近的部分井在剛進(jìn)入霧迷山組地層時(shí)的地溫變化明顯大于下部地層。基于上述分析提出雄縣地?zé)崽锍梢蚰Ｊ剑▓D7）。
圖7 雄縣地?zé)崽锍梢蚰Ｊ紽ig.7 Genetic model of the Xiongxian geothermal field
4 結(jié)論
（1）雄縣地?zé)崽餅槌练e盆地水熱型地?zé)崽?，邊界受牛東斷裂、牛南斷裂、容城斷裂控制，展布形態(tài)同牛駝鎮(zhèn)凸起類(lèi)似，地?zé)醿?chǔ)層為中上元古界薊縣系霧迷山組白云巖，井溫平均在65℃以上，孔隙度3%～8%，滲透率>3×10-2μm2，地下水化學(xué)類(lèi)型自北東至南西向由Cl·HCO3-Na型過(guò)渡至Cl-Na型，礦化度逐漸增大。
（2）研究區(qū)熱源來(lái)自于深部地殼熱傳導(dǎo)及放射熱，蓋層地溫梯度平均為4.54℃/100 m，霧迷山組儲(chǔ)層地溫梯度平均為0.87℃/100 m，熱儲(chǔ)溫度約為65℃，蓋層主要為第三系和第四系的砂泥巖，儲(chǔ)層埋深淺，儲(chǔ)蓋配置良好，保溫效果優(yōu)異，開(kāi)發(fā)利用前景較好。
（3）裂縫對(duì)研究區(qū)霧迷山組儲(chǔ)層改造效果明顯，多期的構(gòu)造抬升作用導(dǎo)致霧迷山組地層多次出露地表接受大氣淡水淋濾，裂縫的發(fā)育有助于縫洞巖溶系統(tǒng)的形成，從垂向及橫向兩個(gè)方向?qū)?chǔ)層進(jìn)行改造，增加儲(chǔ)集及滲流運(yùn)移能力。
（4）雄縣地?zé)崽锍梢蚰Ｊ娇筛爬椋簛?lái)自于太行山及燕山山脈海拔500 m以上的現(xiàn)代大氣降水及古大氣降水，沿保定—徐水?dāng)嗔选⑷莩菙嗔?、牛東斷裂及研究區(qū)內(nèi)縫洞巖溶系統(tǒng)匯入牛駝鎮(zhèn)凸起，另外在牛東斷裂附近可能存在一條深部導(dǎo)水?dāng)鄬?，深部熱水沿?dǎo)水?dāng)鄬由嫌垦a(bǔ)充，導(dǎo)致雄縣地?zé)崽锬喜砍霈F(xiàn)地溫梯度高值，研究區(qū)地?zé)崴h(huán)深度約為3 500 m。
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