张家口坝下地区地下热水赋存规律研究

智小军

(河北省地矿局第三地质大队，河北 张家口 075000)

张家口坝下地区地下热水赋存规律研究

智小军

(河北省地矿局第三地质大队，河北 张家口 075000)

[摘要]张家口坝下地区地下热水资源丰富，大气降水经构造深循环热对流及岩浆余热加温形成地下热水，热水在以祁吕山字型构造体系东翼为主的多组构造复合部位赋存形成地热田，形成的地热田具有类型多、分布范围广、资源量丰富的特点，具有很好的开发远景。

[关键词]控热构造；地下热水；赋存规律

张家口坝下地区地处冀西北山区，地下热水资源比较丰富，区内及邻近地区目前共分布有地热田12处，已不同程度的进行了开发利用，为了更好的科学利用地下热水资源，把地下热水的开发利用水平提高到新的高度，必须研究区内地下热田的形成、分布规律，为热水开发的科学规划和合理布局提供充分的地质依据。

1地热田形成的地质背景

1.1控热构造

本区位于内蒙地轴、华北地台及山西地台三大稳定地块结合部位的燕山沉降带西端，先后形成了以下几组控热构造(图1)：

EW向构造：这是一组纬向的平行断裂，主要有F1尚义-赤城深断裂、F2马市口-雕鹗大断裂、 F3天镇-温泉屯断裂、F4大同-桃花断裂；F1以北地壳稳定，F1和F2之间太古界-下元古界变质岩大面积出露，地壳较稳定，F2以南沉积了巨厚层上元古-古生界海相地层和中生界陆相碎屑岩及新生界陆相碎屑松散堆积层断裂构造活动频繁。这组古老断裂控制了地热的出露、埋藏及分布，后期继承性活动明显。

NE向构造：这是一组祁吕系山字形构造东翼反射弧平行构造，褶皱构造以断层为界并与断层相间分布，形成了一系列地堑式或半地堑式断陷盆地(如：天镇、阳原、宣东、涿鹿-怀来、蔚县、矾山、延庆一系列断陷盆地)。断裂有F5蔚县-延庆大断裂、F6麻峪口-下花园断裂、F16壶流河断裂、F17下深井-左卫断裂；断层切割深度大，与NW和NNE向断裂相互作用控制着热水的补给、径流、深循环加热。

NW向构造：宣化-怀来隐伏的NW向上地幔隆起带，隆起带轴面倾向SW，属塘沽-张家口隐伏上地幔隆起带(据徐煜坚等人编著的华北地区莫氏面等深线图显示)西北端。受该隆起的作用，形成了F7暖泉镇-天镇、F8松枝口-马市口、F9外井沟-沙岭子、F10梁家庄-雕鹗构成的一组断裂束，平面上呈西北端收敛东南端展开的不完整掃状，在与NE、NNE向断裂构造的交会部位，小断裂及裂隙发育，地应力降低，这组断裂控制着深部热流的分布和深度。

NNE向构造：为一组新华夏系构造，以F11大河南-赤城深断裂和F12东团堡-暖泉大断裂发育规模最大，向西F13和F14规模逐渐变小；是深部上地幔岩浆侵入通道。

1.2岩浆活动

燕山期沿大河南-赤城深断裂大规模侵入了中-酸性花岗岩，在断裂两侧形成岩浆岩带，自该断裂向西，岩体的形态依次为岩基-岩株-岩枝-岩脉，说明岩浆侵入活动和岩浆余热由东向西逐步减弱。

1.3热储层

1.3.1第四系复盖埋藏型热储层

主要埋藏分布于各断陷盆地中，由上至下有新生界第四系上更新统(Q3)粗砂砾石和第三系上新统(N2)冲洪积砾岩孔隙含水层；中生界上侏罗统(J3)次火山岩、火山碎屑岩裂隙含水层；古生界中寒武统(∈2)和中-下奥陶统(O1-2)灰岩、上元古界长城系(Zch)和蓟县系(Jx)含燧石条带白云岩岩溶裂隙含水层；太古界(Ar)中-深变质岩裂隙含水层。

1.3.2基岩型热储层

太古界(Ar)中-深变质岩，构成本区的古老结晶基底，在深断裂交汇部位和燕山期(r5)花岗岩体接触部位，形成裂隙网脉状热储层。

图1　地热田分布构造关系图

1.4隔热层及隔热边界

热储层隔热隔水顶底板地层有：第四系下更新统(Q1)河湖相沉积粘性土层；第三系上新统(N2)河湖相沉积半胶结状粘土和泥包砾；中生界中-下侏罗统(J1-2)含煤地层，硅质粘土质胶结，以粉砂岩、页岩为主。

隔热边界：由于断层的作用，隔热地层与热储层水平向对接形成。

2地下热源

地热田形成的热源主要分为三类：(1)宣化-怀来隐伏的NW向上地幔隆起带宽度约100 km，隆起带轴部顶层地壳薄弱大地热流活动强烈，居里层等温面埋深小于20 km，大地热流值大于1.7 HFU，是地热田的主要热源。(2)F11大河南-赤城深断裂位于上地幔隆起与拗陷边界部位，很可能切穿地壳，在燕山期有大规模的上地幔岩浆侵入产生的岩浆余热，是热田的辅助热源。(3)多数热水含Rn,说明热水含放射性元素铀(U)和镭(R),反映了放射性元素蜕变热的存在。

3地热田的形成

本区多年平均降水量430 mm，降水垂直入渗量约占降水量的15%左右，温度较高的热水中N2气含量占气体体积的80%～90%，反映了地下热水补给来源以大气降水为主。

区内山区分布面积大，以碳酸盐岩沉积地层为主，碎屑岩沉积次之，是地下热水的主要补给区域。F11深断裂切穿地壳，主要断裂构造F5、F6、F16切穿第三系至太古界地层，附近次一级中-小规模断裂发育，发育深度大于3 000 m，有利于降水渗入地下深部与地壳深部热对流层产生热交换并与围岩发生离子交替形成的地下热水，在高水头压力作用下，经NW或NE向断裂破碎带的横向沟通，在未形成新的热平衡条件下，很快在断陷盆地内(或山区基岩)由封闭性好的隔水隔热边界和储热的岩层孔隙、裂隙、岩溶空间构成的组合体内蓄积形成地热田。每个地热田(热泉)都是一个补径排途径完善的热循环系统单元。

4地热田的类型特征

区内的地热田按其热源成因、热储层埋藏出露条件可划分成三种类型：岩浆岩余热型、断陷盆地断裂深循环-岩浆岩(火山岩)余热混合型、断陷盆地断裂深循环型。

4.1岩浆岩余热型

主要分布于区内东北部，热储层为脉状结构，热储介质为太古界变质岩与岩浆岩构造或接触带裂隙，热泉或泉群径流循环途径短、热源埋藏浅。有赤城县的1号汤泉和2号塘子营热泉泉群及3号宣化白庙热泉。

4.2断陷盆地断裂深循环-岩浆岩(火山岩)余热混合型

位于F9断裂以东地带的F5、F9、F11三组断裂交汇部位，热储层为多层结构，浅部为第四系砂卵石层孔隙潜水温热水；中部为第四系砂卵石孔隙承压热水；深部为太古界变质岩或蓟县系白云岩岩石破碎带，为裂隙承压热水；第四系粘土层、新生代第三系粘土岩、中生代侏罗系煤系地层构成了各热储层的隔水隔热顶底板，NNE和NW向两组断裂使隔热地层与热储层水平对接形成隔热边界； F9或F11断裂深部的白云岩和变质岩地层破碎带构成热流补给通道，热田相互独立分布，下部热储层的热水和热量通过越流的形式向上部热储层传导，热循环速度快、深度较大。如怀来4号奚家堡和5号后郝窑热田。

4.3断陷盆地断裂深循环型

分布于F9断裂以西断陷盆地内的F7、F8、F9及F16与F5、F6两组断裂交汇处西北侧部位，热储层主要为太古界变质岩、蓟县系白云岩及部分寒武-奥陶系灰岩，中生界煤系地层和新生界湖积粘土层构成热储层隔水隔热顶板，NE、NW、EW三组断层使隔热地层与热储层水平对接形成隔热边界，为裂隙或裂隙-岩溶承压热水，多组断裂交汇处形成的断裂破碎带与F7、F8、F9大断裂深部破碎带组合形成热流深循环通道，热田面积较大，埋藏深度呈北浅南深变化趋势，独立性好，热循环速度快、深度大。主要有5号怀来暖泉、7号阳原三马坊-大湾台、8号蔚县北洗冀、9号宣东、10号蔚县暖泉、11号阳原西城及邻区12号山西省天镇七处热田。

5热田水温、水位、水量特征

区内地热田的形成分布不仅与地质构造作用关系密切，而且热水的水温、水位、水量等变化也与地质构造关系密切。

5.1温度特征

区内地热田在区域上存在着明显的温度差异，东部受岩浆活动和断裂深循环共同作用，热水温度一般在40℃～90℃；西部主要受断裂深循环作用，热水上升运移过程中，受上部冷水混合的影响，温度一般在30℃～40℃，属温水。热田内部高温中心温度从中心向四周逐渐降低，一是与控制性断裂展布方向基本一致，如：奚家堡热田等温线的长轴方向与F11断裂走向一致，后郝窑热田等温线的长轴方向与F9断裂走向一致；二是热田的高温点与断裂破碎带交会处地热补给通道基本吻合。

5.2水位特征

热田水位相差悬殊，区内断陷盆地内地热田热水井孔多为自流井，水头最高处在阳原三马坊-大湾台一带，热水水头高出地面最高达62 m；多层结构热储层水头标高由下而上逐渐降低。

5.3水温和水位的关系

各热田的水位等值线形态与水温等值线形态对应关系密切，其高温中心和高压中心都出现在构造交会部位。

5.4水量特征

热水水量受热储层岩性、断层规模、裂隙发育程度、补给来源及径流途径等因素的影响。如：赤城汤泉热水直接出露于花岗岩裂隙中，0.5 km2分布有小断层15条，大部为张性断裂，单泉流量18～75 m3/h；阳原三马坊大湾台区域上位于F6大断裂与F8大断裂交汇部位，热储层为蓟县系白云岩，单井出水量410 m3/h。

6水化学特征

地下热水的化学成份分析结果表明，水化学成份与热田蓄热层岩石成份关系密切，同时也受断裂构造控制与深部热源体化学成分相关连。

断陷盆地碳酸盐岩中的地下热水，具高碱度、高硬度、中性、低矿化度、含一定量的游离CO2，富含Ca2+、Mg2+、HCO3-，F-含量低的特征，水化学类型为HCO3-CaNa型或HCO3-MgCaNa型水，矿化度<0.5 g/L，基本符合岩溶水的化学成分特征。但是在温度相对较高的断裂交汇部位H2SiO3、SO42-、Na+、F-含量及矿化度较高，说明热水通过断裂通道运移至碳酸盐岩热储层时，因循环深度大、速度快，水化学成份与热源体围岩成分基本一致。

断陷盆地变质岩及岩浆岩(火山岩)接触带或基岩地区岩浆岩及变质岩的地下热水，在断裂构造交汇部位出露，具有低硬度、低碱度、不含游离CO2，富含Na+、SO42-、F-、可溶性H2SO3特点，水化学类型为SO42--Na型，矿化度0.5～1.0 g/L，水化学成分与围岩有关。

7结语

本区地热田分布于断陷盆地的深大断裂构造带交汇部位，形成以热源传递深循环通道补给、热储层与构造控热边界组合储热、有天然和人工通道排泄的地热单元。区内地热能的传递形式以地壳深部热流层热对流传递形式为主，以岩浆岩余热和放射性蜕变热传递为辅。就寻找地热为民服务的难易程度而言,断陷盆地断裂深循环型地热田分布面积较大，从构造埋藏条件入手，有一定规律可循，寻找此类热田成功的可能性较大，是今后寻找热田的重点。其它两种类型热田分布面积较小，条件要求特殊，往往可遇而不可求，有意寻找此类热源则难度较大。

参考文献

[1]河北省地勘局第三地质大队.河北省张家口地区地下热水及矿泉水调查简报.1990.11.

[2]河北省地勘局水文工程地质勘察院.河北省张家口坝下地区水文地质普查报告(1:10万比例尺).1995.12.

[3]郑秀清.阳高-天镇盆地马圈痒地下热水系统.太原理工大学学报.2000.1(1)68-71.

[4]吴玉琪.太原盆地地下热水分布特征.山西能源与节能.2007.3(1)41-42.

[5]杨立顺.河北省遵化市汤泉地下热水赋存特征.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

[作者简介]智小军(1980-)，男，河北张家口人，助理工程师，主要从事水文地质工程地质等方面的研究。

[中图分类号]P314.1

[文献标识码]A

[文章编号]1004-1184(2016)03-0010-02