京西隆起北京大學醫學部地區地熱地質條件

趙連海，柯柏林，邢 罡，林海亮，付昌鴻

（北京市地熱研究院，北京102218）

0 前言

京西隆起地區因處于基巖飲用水的補給區，一般認為地熱增溫率低，難以形成較高溫度的熱水，有一定的勘查風險。隨著這一地區地熱資源勘查鉆井的深入，逐步揭示了該區部分地區的地熱地質特征。

北京大學醫學部距離黃莊-高麗營斷裂較近，位于其西側。由于周邊地熱井距離較遠，該區地熱地質條件的研究有待加強。本次勘查成功，豐富了該區的地熱地質和基礎地質資料，為該區開發利用地熱資源積累了重要數據。

1 區域地熱地質背景

研究區位于燕山臺褶帶（Ⅰ）西山迭坳褶（Ⅲ）門頭溝迭陷褶（Ⅳ）的東部邊緣，屬京西隆起構造單元。該區有兩條重要的斷裂，即黃莊-高麗營斷裂和八寶山斷裂。

1.1 地層

勘查區為平原區，處于八寶山斷裂和黃莊-高麗營斷裂之間，垂向地層組合為：第四系、侏羅系、石炭－二疊系及薊縣系。在八寶山斷裂西側，垂向地層組合為：第四系、侏羅系、石炭－二疊系、奧陶系、寒武系、青白口系及薊縣系，層系較為齊全。在黃莊-高麗營斷裂東側，垂向地層組合為：第四系、新近系和古近系、白堊系、侏羅系、石炭－二疊系、奧陶系。值得說明的是，本區侏羅系巖性是以白云巖為主的地層，稱為洼里礫巖（Wa），在地質圖上單列出來，沒有劃分時代。柯柏林（2005）將其定性為山麓快速堆積的產物，劃歸侏羅系髫髻山組下部。該層在八寶山斷裂和黃莊-高麗營斷裂之間淺埋于第四系松散層之下，在八寶山斷裂西側沒發現其蹤跡，在黃莊-高麗營斷裂東側則埋藏于侏羅系髫髻山組火山巖之下。目前的研究結果表明，如第四系下伏該礫巖，則可以認為其處于八寶山斷裂和黃莊-高麗斷裂之間。

1.2 構造

黃莊-高麗營斷裂是北京地區非常重要的一條斷裂。該斷裂自勘查區東南側穿過，走向北東、傾向南東，傾角可達70°～80°，切割深度大，斷開新生界之前的地層；最大斷距可達1000m以上，是較好的導熱導水通道。它控制了新生界新近系和古近系的沉積范圍，傳統上認為在其西側沒有新近系和古近系沉積。

八寶山斷裂是工區附近另一條重要斷裂，位于黃莊-高麗營斷裂西側。有關資料顯示，其南段薊縣系上覆于石炭—二疊系之上，具有明顯的逆掩特征，因此傳統上認為是一條逆掩斷裂。

2 地熱地質條件

2.1 熱儲構造條件

（1）地層

通過本次勘查工作，取得了兩眼地熱井的地層資料，現描述如下：

第四系（Q）：巖性為粘性土、砂礫石、卵石，視厚度85～178m。與下伏新近系或侏羅系不整合接觸。

新近系（N）：巖性為青灰色含礫泥巖，只在F1斷裂東側的京海2（灌）井揭露，底界埋深313m，視厚度135m。與下伏侏羅系不整合接觸。

侏羅系髫髻山組（Jt）：上部巖性主要為白云巖、巖屑砂巖、石英砂巖，除沒有發現安山巖成分外，具有比較典型的礫巖特征。下部頁巖含量逐漸增加，由白云巖夾頁巖逐步過渡到以頁巖為主夾白云巖，在巖礦鑒定中還出現了長石雜砂巖。考慮到長石雜砂巖也是搬運距離較近的沉積作用形成的，暫時將下部這套地層與上部白云巖礫巖合并，劃歸侏羅系髫髻山組。該套地層與典型的侏羅系火山巖沉積是有區別的。底界埋深2285～2466m，視厚度1972～2381m。與下伏石炭—二疊系不整合接觸。

石炭－二疊系（C－P）：上部巖性主要為白色淺灰綠色石英砂巖，夾灰色灰紫色粉砂巖；下部巖性主要為黑色碳質頁巖、碳質巖、灰色砂巖、板巖、紅柱石角巖。底界埋深2556～2740m，視厚度90～455m。與下伏薊縣系霧迷山組為斷層接觸關系，其底界面就是八寶山斷裂。

薊縣系霧迷山組（Jxw）：主要巖性為白色大理巖化白云巖夾灰色白云巖。鉆探揭露深度3358～3400m，視厚度618.66～844.88m，京海2（灌）井在3092～3118m穿插深灰色閃長玢巖。兩井該套地層均有明顯的大理巖化變質現象，表明曾經受到熱的影響，局部穿插閃長玢巖。

依據兩眼地熱井和研究區已經完成的地熱井地層資料，做出研究區的D—D′連井地質剖面圖（圖1）。由于該區處于平原區，高程在48m左右，變化較小（小于5m）。因此做剖面時未考慮地形影響，以自然地坪為0。

圖1 D—D′連井地質剖面圖Fig.1 D-D′geological cross section

（2）斷裂

八寶山斷裂：在本區逆掩推覆特征不明顯。京熱188井缺失了奧陶系和寒武系、青白口系部分地層，而京海1井則缺失了從奧陶系至青白口系的全部地層（圖1），地層缺失較多，顯示為正斷層特征。這可能是該斷裂形成以后，在黃莊-高麗營斷裂活動時期又發生了正性下掉，逆掩推覆特征被掩蓋造成的。

黃莊-高麗營斷裂：從地層資料分析，沒有發現白堊系，推斷本次勘查沒有鉆遇該斷裂的主斷裂。

F1斷裂：本次勘查結果顯示，在勘查區兩眼地熱井之間還存在一條斷裂，該斷裂位于黃莊-高麗營斷裂西側，傾向南東，是南東盤下降的正斷層，應該是黃莊-高麗營斷裂的次級斷裂，命名為F1斷裂。理由如下：①勘查區兩眼地熱井井距離約500m，新生界厚度相差228m，發生了突變，而且位于東側的京海2（灌）井還有新近系沉積。按地層沉積規律推斷，應該有一條傾向南東的斷裂，其南東盤在下降過程中沉積了新近系。②由于鉆穿該斷裂的地熱井垂向地層組合與黃莊-高麗營斷裂東側揭露地層明顯不同，且新近系厚度較薄，位置也與物探資料推斷的黃莊-高麗營斷裂有較大差異，不應該是黃莊-高麗營斷裂的主斷裂。③按其東側有新近系沉積且厚度不大推斷，該斷裂與黃莊-高麗營斷裂是有關系的，應該是在黃莊-高麗營主斷裂活動后期才開始活動，且斷距較小。因此定義為次級斷裂，這也與黃莊-高麗營斷裂為多期次活動的認識是一致的。

依據以上論述，我們修編了研究區的基巖地質構造圖（圖2），用以說明對研究區在地質方面的新認識。

圖2 基巖地質構造圖Fig.2 geological and structural map of bed rocks

2.2 熱儲與蓋層條件

（1）地熱增溫率

2眼地熱井均進行了物探測井，見表1。從表1可以看出，該區好的熱儲蓋層為第四系和石炭—二疊系，地熱增溫率在1.83℃/100m～2.86℃/100m，侏羅系下部地層由于頁巖含量高，地熱增溫率達到1.61℃/100m～1.82℃/100m，也有一定的隔熱保溫作用。而侏羅系上部由于巖性為富含地下水的白云巖，增溫率為0.81℃/100m～1.08℃/100m，隔熱保溫效果較弱。

從區域上看，昆明湖-海淀背斜東端仰起，有利于熱能的匯集，在相同深度向東溫度逐漸升高；越過八寶山斷裂，受白云巖礫巖富水的影響，地層溫度迅速降低；越過黃莊-高麗營斷裂，由于蓋層條件較好，地層溫度又快速升高（柯柏林，2009）。本區井底溫度63℃左右，在這個模型中處于溫度較低部位。

表1 京海1、京海2（灌）井井溫數據表Tab.1 the well temperature data table of JH1 and JH2

（2）出水溫度和出水量

由表1可以看出，該區2眼地熱井的出水量1229.82～1889.83m3/d，出水量較大。出水溫度51℃～52℃，能滿足一定的能源需求，有較好的利用價值。

2.3 地下熱水特征

京海1和京海2（灌）井水質分析結果顯示，礦化度426～456mg/L，為淡水；pH值7.37～7.90，總硬度210～16mg/L，鈣鎂離子含量4.2～4.32mmol/L，屬于弱堿性、微硬水。

綠色需要空間的分布，也需要時間的積累。生態恢復是個漸進的過程，不是一蹴而就、一個早晨就能建立起生態系統的。三北防護林工程剛剛啟動的時候，擺在第一位的是要通過種樹防風固沙，楊樹便成了首選樹種，其他任何樹種都沒有它生長快。

氟含量為5.86～6.05mg/L，可命名為氟型淡溫泉水。

該區地熱水的水化學類型普遍為重碳酸鈣鎂型水，礦化度較低。反映地下熱水循環速度較快，徑流途徑不長，淋濾溶解作用較弱。

3 結論

綜上所述，該區具有較好的地熱地質條件，新生界和石炭—二疊系是較好的熱儲蓋層，侏羅系下部頁巖發育段也能起到一定的隔熱保溫作用，出水溫度一般大于50℃。薊縣系熱儲層埋深適中，富水性較好，出水量大于1000m3/d；出水溫度和出水量均較為理想，有較好的利用前景，可以作為小范圍供暖的熱源，也可用于洗浴，以減少碳排放，保護環境。

通過本次地熱勘查，基本查明了本區的垂向地層結構、熱儲蓋層、熱儲層、地熱增溫率、熱儲構造、出水溫度和出水量等地熱地質條件，同時確認了在其主斷裂西側還存在一條次級斷裂，豐富了本區的基礎地質資料和地熱地質資料。

在取得一定成果的同時也應看到，該區侏羅系髫髻山組巖性較為復雜，本次勘查巖礦鑒定為灰綠色灰色頁巖和長石雜砂巖，其間還穿插有白云巖，和北京地區已經明確劃分的各時代地層均有差異。將其劃歸髫髻山組，擴展了復成分礫巖的范圍。這樣劃分正確與否需要在以后的工作來驗證。

另外，雖然查明了F1斷裂的性質和傾向，但因為工作量的限制，其在平面上的展布特征有待加強。需在以后的工作中加強對該斷裂的研究，確定準確的展布方向和延伸范圍，明確其在構造演化過程中的作用。