北京昌平南口地區地質新認識

李 鈁,牛升晟

（1.北京市地質工程設計研究院，北京 101500；2.北京市地熱研究院，北京 100143）

0 前言

為了摸清北京巖溶水資源，為北京提供應急戰略儲備用水，2012年2月—2014年1月，北京巖溶水資源勘查評價項目在昌平區南口—馬池口地區實施了3眼勘探井。本文通過對鉆井地質編錄的橫向和縱向對比，結合區域地質資料，對該區域的地層情況有了新的認識，分析了CG-K-2測井溫度后，提出了在南口—孫河斷裂的上盤，有開發地熱資源的潛力和前景。

1 區域地質概況

1.1 地層

該區地質構造單元處于青白口中穹褶、門頭溝迭陷褶和昌（平）懷（柔）中穹斷的交界部位，為第四紀沉積凹陷，即辛店—馬池口凹陷，區域基巖地層分布有中上元古界長城系、薊縣系和中生界侏羅系、白堊系。CG-K-1孔和CG-K-2孔位于辛店—馬池口凹陷區北部，分布于南口—孫河斷裂兩側，靠近北部山區。CG-T-1孔偏向于凹陷北部偏西南方位，該區第四系之下依次為白堊系、侏羅系、薊縣系和長城系，此外還有燕山造山期的大規模侵入巖體分布（圖1）。

圖1 昌平新城區域基巖地質圖Fig.1 Geological map of bedrock in Changping New City area

1.2 斷裂構造

（1）南口山前斷裂

該斷裂規模較大，沿斷裂有花崗巖體侵入，位于鉆孔工作區的西北方向，走向NE45°，傾向SE130°～140°，傾角45°～60°，主要活動在燕山造山期，喜馬拉雅造山期仍持續活動，該斷裂發育在中元古界地層中，沿走向和傾向斜切長城系串嶺溝組以及薊縣系霧迷山組。斷裂帶內巖石強烈破碎，形成碎裂巖、角礫巖、斷層泥、鮮見變質成分，下盤巖石（東南盤）較為完整，上盤（西北盤）巖石較破碎。

（2）南口—孫河斷裂

該斷裂位于鉆孔工作區的東北方向，走向NW305°，傾向西南，傾角60°，斷裂對第四系沉積厚度有著明顯的控制作用，斷裂西南盤（上盤）第四系厚度深達600m以上（根據CG-K-2揭露情況），北東盤（下盤）50～100m，有些地方僅20m左右（根據CG-K-1揭露情況），在地表出現北西向線性排列的殘山帶，該斷裂為張性斷裂，根據同位素地質年代測定，形成于喜馬拉雅造山期，較近資料顯示，該斷裂近期仍有明顯活動跡象，是控制平原構造分區的主要斷裂（柯柏林，2009）。

（3）褶皺構造

辛店—馬池口凹陷區西北部以南口山前斷裂為界，東北部以南口—孫河斷裂為界。由于晚近時期南口山前斷裂東南盤和南口—孫河斷裂的西南盤的強烈下降，造成本構造區強烈下沉，沉降中心在辛店到馬池口一帶，第四系最大堆積厚度深達800m以上（被CG-K-2實鉆證實），向北東與虎峪—昌平—小湯山抬升區相接，受南口—孫河斷裂的影響，下伏基巖總體呈北西向帶狀分布，形成了向南西傾斜的陡坡度帶，沉積物厚度總體從北向南呈突然增厚的趨勢。

1.3 水文地質條件

根據地質構造條件，高崖口—南口巖溶裂隙含水系統又可劃分為兩個次級的水文地質單元：即北部的馬刨泉—老峪溝—仙人洞向斜儲水構造和南部的了思臺—新開—高崖口單斜儲水構造，兩個次級的水文地質單元基本以沿河城—南口—琉璃廟大斷裂為界。

CG-K-1、CG-K-2及CG-T-1號孔位于了思臺—新開—高崖口單斜儲水構造區的東北部邊緣。該區含水層有薊縣系霧迷山組及長城系高于莊組組成，地層傾向總體方向為北東向。大氣降水的入滲補給為本區的主要補給來源，徑流方向由西向東，排泄方式主要為向東方向的地下徑流及少量基巖井開采。

2 各勘探孔的設計與實施

2.1 各孔位置設計依據

CG-T-1號孔坐標為4010 55.4N，11607 10.8E，通過地球物理勘探手段認為馬池口凹陷中心西南，第四系約180m，下伏基巖為薊縣系霧迷山組，該層可作為設計取水目的層。

CG-K-1號孔坐標為40 13 23.99 N，116 10 15.04 E，位于南口—孫河斷裂的東北盤，緊靠斷裂帶，按設計開孔即可見到富水性相對較好的碳酸鹽巖目的層。

圖2 CG-T-1、CG-K-1、CG-K-2孔設計地層柱狀圖(縱向比例尺1：20000)Fig.2 CG-T-1, CG-K-1, CG-K-2 well design stratigraphic column(vertical scale 1: 20,000)

CG-K-2號孔坐標為4013 9.2N，11609 34.02 E，位于南口—孫河斷裂的西南盤，該孔按設計應該能夠鉆遇斷裂帶，裂隙富水性良好，如果上部熱蓋層厚的話，應該有相當豐富的地熱水（圖2）。

2.2 各孔實鉆鉆遇地層

（1）CG-T-1號孔

0～479m 為第四系細砂夾砂礫石地層；

479～855m主要為侏羅系灰綠色玄武巖，穿插正長斑巖夾灰紫色陽起石化白云巖，視厚度376m；

855～1354.73m 為燕山期閃長巖巖體，巖性為灰綠色、灰黑色閃長巖，視厚度499.73m，該巖體未被揭穿，該孔揭露深度1354.73m。

根據同步水文地質觀測記錄，該孔沒有發生漏失情況，由于沒有見到富水裂隙和巖溶目的層，該孔最終未出水，與設計地層情況相差甚大。

（2）CG-K-1號孔

15m以上為第四系覆蓋層，15～1502.90m終孔為薊縣系霧迷山組白云巖，這與上面區域地質綜述分析情況符合的相當好，由于全孔段都為巖溶目的層，故該孔出水量頗豐，降深3.75m時，出水量達1815m3/d。

（3）CG-K-2號孔

第四系（Q）：揭露深度為0～823.00m，巖性為粗砂、砂礫石與粉質粘土互層；

白堊系+侏羅系（K+J）：揭露深度為823～1031m，巖性為英安質角礫熔巖、流紋巖、英安巖；

薊縣系霧迷山組（Jxw）：揭露深度為1031～1504.18m（未穿），頂部風化殼800～1031m巖性為風化白云巖夾少量閃長玢巖；中下部巖性為灰黑色燧石條帶白云巖，在1200～1220m穿插有蝕變輝綠巖巖脈。

CG-K-2號孔在實鉆揭露地層中與原設計地層相差較大，主要表現在兩點：一是第四系厚度遠遠超出預想的厚度，達到了823m；二是在霧迷山組中含有大量侵入的小巖體和巖脈，燧石條帶白云巖廣泛分布。這說明在辛店—馬池口凹陷的下伏基巖中，燕山期閃長巖巖體的分布深度和廣度都遠遠超出了原先所認為的范圍（圖3）。

圖3 CG-T-1、CG-K-1、CG-K-2孔實鉆地層柱狀圖(縱向比例尺1：20000)Fig.3 CG-T-1, CG-K-1, CG-K-2 the actual drilling well stratigraphic column(vertical scale 1: 20,000)

3 南口地區地質新認識

3.1 燕山期巖體的分布

根據CG-T-1號孔的實鉆情況，推測下伏燕山期巖體從西南到東北方向的深度是逐級遞減的，主要表現在CG-T-1號孔鉆進1354.73m時，遇燕山期侵入巖體，而靠近東北的CG-K-2號孔鉆進到1031m遇薊縣系霧迷山組。CG-T-1號孔在鉆進過程中，一直沒有發生漏失現象，測井結過也顯示整個基巖巖體特別完整，所以富水性差，不適宜于在該區域布置供水井。

3.2 侏羅系和白堊系分布

覆蓋在燕山期侵入巖體以上的侏羅系和白堊系厚度也是自西南向東北方向遞減的，主要表現在CG-T-1號孔的侏羅系和白堊系的埋藏深度為479m，厚度達376m；而CG-K-2號孔該段地層埋藏深度為823m，厚度為208m。

3.3 第四系的分布

第四系厚度是從西南往東北方向逐漸增加的，這個分布趨勢與燕山期巖體和侏羅白堊系的變化趨勢正好相反，根據第四系沖積平原形成的一般規律，我們認為古河道在沖積形成辛店—馬池口凹陷山前平原區時，古河流方向是從西南流向東北的，這一點也恰恰符合在燕山造山期到侏羅白堊紀這一地質歷史時期內，西南高而東北低的地質事實，這一事實由也符合3.1和3.2對區域地質新認識的實際情況。

4 對區域地熱資源勘查開發前景的新認識

4.1 熱蓋層新認識

從CG-K-2井揭露的地層情況看，南口—孫河斷裂帶的上盤（西南盤）有823m厚的第四系和208m厚的侏羅白堊系熱蓋層。根據3.2的新認識，越往西南方向，熱蓋層則越厚，但是熱蓋層增厚的同時，使得熱儲層薊縣系霧迷山組埋深增大。所以布線勘查時應根據物探解譯成果合理選擇勘探孔與斷裂之間的距離，不宜太遠（張道富等，2002）。

4.2 導熱構造和熱儲層的新認識

CG-K-2號孔也有與原先地質綜述符合較好的地方，主要表現在該鉆孔緊靠南口—孫河斷裂，在斷層的上盤（西南盤）斷裂帶鉆探中鉆遇到了斷裂帶（導熱構造）（張世民等, 2007），主要表現為該孔出水溫度達35℃。

CG-K-2號孔在1031m已經鉆遇薊縣系霧迷山組白云巖（熱儲層），而該井僅僅鉆進了不到500m的熱儲層，出水溫度就已達35℃，可以推理，如果再適當加深對熱儲層的鉆探，那么，在區域內緊靠南口—孫河斷裂帶的西南方向，具備開發利用地熱資源的可行性（王澤龍等，2007；呂金波等，2006）。

5 結論

通過對CG-T-1、CG-K-1和CG-K-2設計及與實鉆情況的對比，結合以往區域地質資料進行分析，我們得出以下結論：

（1）在辛店—馬池口凹陷平原區內，因為第四系下分布著廣泛且巨厚的燕山期侵入巖體，該侵入巖體從西南向東北，分布厚度遞減。所以不適宜于在辛店—馬池口凹陷平原內部布置大規模基巖供水井。如果要布置，應在南口—孫河斷裂帶的下盤（東北盤），進行基巖供水井布置。

（2）在工作區內緊靠南口—孫河斷裂的上盤（西南盤）可以進行物探布線，進行地熱資源勘查開發可行性的研究。

柯柏林，2009.北京市平原區北部孫河斷裂的地熱地質特征[J].現代地質，23(1)：43-48.

呂金波，車用太，王繼明，等，2006.京北地區熱水水文地球化學特征與地熱系統的成因模式[J].地震地質，(3)：419-429.

王澤龍，呂金波，周訓，2007.北京市小湯山地區地溫場特征及地下熱水成因模式分析[C]//中國能源研究會地熱專業委員會.中國地熱資源開發與保護—全國地熱資源開發利用與保護考察研討會論文集.

張道富，張進平，2002.北京市小湯山地熱田中部及城區地熱田地溫場與地質構造的關系[C]// 北京市國土資源和房屋管理局、北京市地質礦產勘查開發局.北京地熱國際研討會論文集.

張世民，王丹丹，劉旭東，等，2007.北京南口—孫河斷裂帶北段晚第四紀活動的層序地層學研究[J].地震地質，29(4)：729-743.