河北邯郸地区山前断裂附近地热地质条件分析

赵怀涛　张越　马洪林

【摘要】通过施工的一眼地热井，介绍了河北邯郸地区山前断裂附近的地热地质条件，分析了地热成因，叙述了其与邯郸其他地区条件的不同。

【关键词】地热资源；地质条件；热储层；

1前言

地热资源作为一种新型的洁净能源和绿色资源，近年来在洗浴、医疗保健、供暖、种植和养殖、矿泉饮用等方面得到广泛应用。河北邯郸地区地处华北平原南部，地理位置优越，是我国地热资源开发利用较早的地区之一。近年来地热井的开发更是蓬勃发展，截止2013年底，邯郸市开发地热井一百余眼，全部位于东部平原，主要利用的热储层为新近系的明化镇组、馆陶组和古近系东营组。

在邯郸市太行山山前断裂（邯郸大断裂）一带，也就是邯郸市西部及北部山区和平原交接的广大地区，由于受太行山隆起作用和断裂影响，地质条件比较复杂，新生界地层堆积较薄，与东部平原的成井条件有根本差别。为了查明邯郸地区太行山前断裂附近的地热地质条件，我们在该地区施工了一眼地热井，深度达三千余米，最终出水温度44℃，涌水量34.3 m3/h。

2区域地质条件

2.1地质构造与岩浆岩

造成本区地质条件比较特殊的主要原因是邢台—安阳大断裂（邯郸大断裂）的存在，该断裂属于新华夏构造体系，是太行山山前断裂的一部分，自石家庄东南的栾城向南，经高邑、邢台、邯郸、磁县延向河南安阳。经大地电磁探测证实，本断裂为一梯状断裂。断裂走向北东10°左右，倾向东。本断裂为继承性正断层，铅直断距累计近1400～1500m。在断裂以西，主要地层为三叠系、二叠系、石炭系、奥陶系；断裂以东，则覆盖有较厚的新近系和第四系地层，厚度达600米以上。

邯郸地区广泛发育与构造有极其密切生成关系的中—碱性岩浆岩。据同位素测定资料，年龄在1.7—0.52亿年之间，属燕山期早侏罗世至晚白垩世时期的岩浆活动。侵入岩绝大部分侵入于奥陶系不同层位中，零星侵入石炭、二叠系地层中。岩浆沿着断裂上升的过程中顺着构造脆弱带侵入，形成了复杂的似层状侵入体。

2.2地层岩性

邯郸地区山前断裂一带地表为第四系地层覆盖，岩性主要是灰黄色、褐色砂粘土、中砂、粉砂等粘性土和砂层组成，底部有一层35—40m的砾石层。在断裂以西覆盖层较薄，断裂以东覆盖层较厚。第四系以下地层自新而老分别为第三系、三叠系、二叠系、石炭系、奥陶系地层。其中，第三系为新生界，岩性主要是泥岩、粉砂岩、砂质砾岩和粘土岩组成，与下覆地层不整合接触；三叠系、石炭系、二叠系则为一套连续沉积的地层，岩性主要是砂岩、泥岩、灰岩、煤层；奥陶系则为海相沉积，岩性主要以厚层、质纯的灰岩为主。

3热储层地质条件分析

由于其特殊的地质条件，邯郸山前断裂一带与东部平原、西部山区的地热地质条件都有很大不同，根据本眼井揭露的资料，本地区的热储层主要是三叠系砂岩裂隙热储层；新生界的第三系、第四系地层为热储盖层；热源主要是上地幔传导型热流，其次是地壳深部花岗岩层放射性元素的热蜕变；热流通道主要是邯郸大断裂及其伴生的次级断裂（见图1 地热地质模型示意图）。

图1 地热地质模型示意图

三叠系热储层可以分为和尚沟和刘家沟两个组。三叠系和尚沟组热储层主要为紫红色的中细砂岩、粉砂岩、砂砾岩组成，局部有薄层泥质砂岩，根据测井资料，裂隙發育段占总厚度的比重约百分之四十。刘家沟组热储层主要有紫红色中细砂岩、砂砾岩组成，裂隙发育段占总厚度的比重约百分之三十八。

根据物探测井资料，本井砂层普遍较致密，具有低孔隙度、低渗透的特点。其中上部较厚的纯砂岩地层孔隙度为10%左右，可算稍好的的物性储集层，往下大部分砂岩物性很差，裂隙不发育，地层富水性和渗水性均较差。总体来说，本井砂岩热储层具有随深度增加地层物性变差的特点。

砂岩裂隙是地热水储存、运移的空间，主要接受西部深处孔隙、裂隙水径流补给，并在断裂带附近富集。由于周围断层切割，周围地下水的径流补给受到阻碍，使其交替循环极为缓慢，地下水处于滞缓的径流状态，使其能够获得深部热流向上传导的热量而使温度升高，出现地热异常。

以上特殊的地热地质条件，导致本井出现了温度较高、水量较低的特点。

4地热流体流场特征

本区地热水为大气降水溶滤的古埋藏水和地表径流的多次混合后的地下热水。热储层补给来源主要为西部上游太行山脉深部径流补给，地下热水的径流与排泄受构造和古地形地貌控制，径流非常缓慢，方向主要为由西向东或由南西至北东向，地热水排泄方式主要为侧向径流。

5地热水化学特征

本次勘查采集该地热井水样，送至有资质的相关单位对水质进行了检测分析。根据分析结果，该地热水主要化学性质中，溶解性总固体大于3 g/l，为咸水（3—10 g/l）；pH值7.83，为弱碱性水（7—9）；总硬度（CaCO3 mg/l）在80—120 mg/l之间，为较软水（80—120 mg/l）；按水化学类型分类为硫酸氯化物钠型水。对水质进行评价，确定该井地热水不宜作为生活饮用水、饮用天然矿泉水、农田灌溉用水、渔业用水，主要适宜作为洗浴理疗矿泉水；属于非腐蚀性、锅垢少、具有软沉淀物、起泡的水，在利用过程中需注意对管道及其利用设施的除垢、除泡等问题。

6地热水形成条件分析

本次工作对地热水的放射性同位素（氚）含量和稳定性同位素（氘、氧-18）进行了测定，含量均很低（氘为-7.7‰、氧-18为-10.5‰、氚为<0.5）。说明地下水未受人工氚污染的影响，表明本区三叠系含水层没有接受现代水的补给。

本次所取的稳定性同位素位于全球大气降水的氢、氧同位素值基本关系曲线上，表明地热水的补给来源为大气降水下渗形成。样品的氢、氧同位素偏低，应归结为渗入水和残存古渗入地下水的混合作用，历经多次水文循环，大气降水已近充储砂岩含水层。

7结语

通过本次地热井施工，基本查明了邯郸地区太行山前断裂一带的地热地质条件。结论表明，该地区由于其特殊的地质条件，地热条件也有别于邯郸其他地区，热储层为三叠系的砂岩，该层地热水具有水量较小，水温较高的特点。地热水主要来自大气降水的古渗入水，径流微弱；溶解性总固体含量较高，为咸水，不宜饮用、灌溉、养殖等，主要适用于洗浴理疗。

参考文献

[1] 程秀明.地热形成条件探索与找热方法研究[J]. 山东国土资源. 2013（09）

作者简介：赵怀涛（1980—），男，汉族，河北邯郸人，本科学历，工程师，长期从事地质灾害、地热、浅层地热能等工作。