北京平谷地區(qū)萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜地?zé)岬刭|(zhì)條件研究

摘 要：萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜位于平谷區(qū)西北，屬北京北部山區(qū)。在前人研究的基礎(chǔ)上，搜集相關(guān)資料，通過(guò)地球物理、地球化學(xué)、地質(zhì)鉆探等多種手段，利用地質(zhì)構(gòu)造分析、井與物探結(jié)合分析、地?zé)岬刭|(zhì)綜合研究等方法，開(kāi)展萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜地?zé)岬刭|(zhì)條件研究。通過(guò)研究，指出西牛角峪-江米洞斷裂、大華山斷裂、后北宮斷裂控制該地區(qū)構(gòu)造演化，為導(dǎo)熱導(dǎo)水?dāng)嗔选Ｌ岢銎閹r中尋找地?zé)豳Y源的關(guān)鍵是尋找導(dǎo)熱導(dǎo)水的深大斷裂。明確太古宇密云巖群片麻巖可以作為很好的地?zé)醿?chǔ)層，萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜及周邊具備地?zé)豳Y源賦存的基本條件，為地?zé)峥碧介_(kāi)發(fā)有利區(qū)。萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜及周邊地?zé)峋@鑿需尋找蓋層條件較好的斷裂發(fā)育帶。

關(guān)鍵詞：萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜；片麻巖；地?zé)醿?chǔ)層；地?zé)峥碧剑粚?dǎo)熱導(dǎo)水?dāng)嗔?/p>

A Study on the geological conditions of anticline geothermal resources in Wanzhuangzi-Zhen Luoying Pinggu Beijing

WANG Zhuozhuo1， YU Xiaoyong1， MENG Shan1， YANG Xiting1， JIANG Jian1， MA Jingchen1， WANG Weiyi1， GUO Shuai1， LIU Zhe1， SHI Lizhi2

（1.Beijing Institute of Engineering Geology， Beijing 100048， China；

2.The Chinese Academy of Geological Sciences， Beijing 100037， China）

Abstract： Wanzhuangzi-Zhen Luoying anticline is located in the northwest of Pinggu District， belonging to the northern mountainous area of Beijing. On the basis of previous survey data， and with geophysical， geochemical， and drilling researches， this paper carries out geological structure analysis， well and geophysical exploration analysis， and comprehensive geothermal and geological study of this area. The results show that Xiniujiaoyu-Jiangmidong fault， Dahua Mountain fault and Houbeigong fault control the regional tectonic evolution. These faults have certain thermal and water conducting capabilities. Suggestions are then made that the key to find geothermal resources in gneiss is to find the deep fracture of heat conduction and water conduction. The Archean miyun Group gneiss can be used as a good geothermal reservoir. Wanzhuangzi-Zhenluoying anticline and surrounding areas have the basic conditions of geothermal resources occurrence， and so are favorable for geothermal exploration and development. To conduct Wanzhuangzi-Zhenluoying anticline and surrounding geothermal wells drilling， it is necessary to find the fault development zones with good overlying strata.

Keywords： Wanzhuangzi-Zhenluying anticline; gneiss; geothermal reservoir; geothermal exploration; conductivity water fracture

北京市開(kāi)展了70多年的地?zé)豳Y源勘查開(kāi)發(fā)工作，地?zé)嵫芯砍潭容^高。北京平原區(qū)被劃分為4條地?zé)釒Ш?0個(gè)地?zé)崽铮ū本┦械刭|(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局等，2010），這些地?zé)崽锏牡責(zé)醿?chǔ)層普遍為奧陶系、寒武系和薊縣系層狀熱儲(chǔ)。以往研究成果認(rèn)為北京燕山隆起區(qū)天然溫泉的形成分布與燕山期花崗巖體關(guān)系密切（柯柏林等，2019），但未在其中發(fā)現(xiàn)天然溫泉。北京北部山區(qū)花崗片麻巖中地?zé)豳Y源相對(duì)貧瘠，尚未進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)研究。筆者通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外地?zé)豳Y源勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及溫泉出露情況（劉哲等，2016；Waber et al.，2017；張七道等，2021），認(rèn)為北京北部山區(qū)花崗片麻巖中具備賦存地?zé)豳Y源條件。平谷區(qū)為地?zé)衢_(kāi)發(fā)新區(qū)，地?zé)峥辈橄鄬?duì)較少，近年來(lái)在萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜核部及翼部開(kāi)鑿了幾眼地?zé)峋ü鶐洠?020），展現(xiàn)出一定的地?zé)豳Y源前景。本文在前人工作的基礎(chǔ)上，利用地球物理、地球化學(xué)、地質(zhì)鉆探等多種手段，開(kāi)展平谷地區(qū)萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜地?zé)岬刭|(zhì)條件研究，為今后該地區(qū)地?zé)豳Y源的勘探開(kāi)發(fā)指明方向。

1" 研究區(qū)概況

1.1" 構(gòu)造

萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜位于北京市平谷區(qū)大華山鎮(zhèn)境內(nèi)。萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜在大地構(gòu)造單元上位于一級(jí)構(gòu)造單元中朝準(zhǔn)地臺(tái)，二級(jí)構(gòu)造單元燕山臺(tái)褶帶，三級(jí)構(gòu)造單元薊縣中拗褶及四級(jí)構(gòu)造單元平谷中穹斷中（王挺梅，1979；北京市地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991）。

1.1.1" 褶皺背斜構(gòu)造

萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜為一走向北東，軸向NE45°，軸面傾向南東，核部平緩開(kāi)闊的背斜。此背斜向南西傾伏，隱伏于第四系之下，傾伏角20°。其核部由太古宇密云巖群花崗片麻巖組成，兩翼為中元古界巖層。東南翼地層出露較寬，西北翼出露地層較窄。背斜核部在地貌上表現(xiàn)為大的侵蝕河谷地貌，主體被第四系覆蓋。水峪—大華山一帶為該背斜的核部，該背斜的構(gòu)造發(fā)育自西向東受西牛角峪-江米洞斷裂、大華山斷裂、后北宮斷裂控制（圖1）。

通過(guò)地質(zhì)剖面圖（圖2）可以看出，萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜核部出露太古宇片麻巖（ArWgn），上覆地層從老到新依次為常州溝組三段、四段，串嶺溝組，團(tuán)山子組、大紅峪組一段、二段，高于莊組一段、二段和三段。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造及附近70 m地溫等值線圖

Fig. 1 structural diagram of the study area and isomap of 70 m research area and nearby

圖2 研究區(qū)地質(zhì)剖面圖

Fig. 2 Geological section of the study area

1.1.2" 斷裂構(gòu)造

萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜上部及翼部斷裂比較發(fā)育，大型的斷裂有西牛角峪-江米洞斷裂、大華山斷裂、后北宮-水峪東斷裂。其中西牛角峪-江米洞斷裂、大華山斷裂和后北宮斷裂控制了萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜的形態(tài)。

西牛角峪-江米洞斷裂為壓性逆斷層，斷層走向北東45°，出露長(zhǎng)度1.5 km左右，上盤(pán)巖性為太古宇片麻巖，下盤(pán)巖性為常州溝組石英砂巖。江米洞村東密云巖群片麻巖掩覆于常州溝組石英砂巖之上，斷層面傾向南東，傾角75～80°，該斷裂及次級(jí)斷裂影響帶地層比較破碎，可能形成地?zé)崴x存的有利空間。

大華山斷裂走向北東45°，斷層面傾向南東，傾角75～80°，該斷裂上盤(pán)為太古宇片麻巖，下盤(pán)為中元古界常州溝組。上盤(pán)太古宇密云巖群掩覆于下盤(pán)常州溝組石英砂巖之上，破碎帶寬10～15 m，出露長(zhǎng)度大于9 km，構(gòu)造巖以壓碎巖、壓裂巖為主，為壓性逆斷層，其附近伴生眾多小斷裂及破碎帶。大華山斷裂附近井孔、地?zé)峋綗?號(hào)及淺井的水溫高于周邊地區(qū)，表明大華山斷裂為導(dǎo)熱導(dǎo)水?dāng)嗔眩鸬搅酥匾膶?dǎo)熱導(dǎo)水作用。

后北宮斷裂：斷層面產(chǎn)狀穩(wěn)定，傾向?yàn)楸蔽?80°，傾角為80°，斷距大于70 m。沿?cái)鄬佑姓L(zhǎng)斑巖及半堿性脈巖活動(dòng)，為壓扭性逆斷層。該斷裂北西盤(pán)為片麻巖，南東盤(pán)為石英砂巖，兩邊產(chǎn)狀不一。

1.2" 地層

平谷地區(qū)發(fā)育的地層按時(shí)代由老到新為太古宇密云巖群，中元古界長(zhǎng)城系常州溝組、串嶺溝組、團(tuán)山子組、大紅峪組、高于莊組和新生界第四系。

太古宇密云巖群：平谷地區(qū)密云巖群巖性自上而下為榴輝變粒巖、角閃輝石片麻巖、花崗片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖、輝石角閃斜長(zhǎng)片麻巖、黑云母角閃斜長(zhǎng)片麻巖等，局部地區(qū)混合巖化強(qiáng)烈。該地層部分地區(qū)出露，尤其是在背斜核部。萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜主要發(fā)育花崗片麻巖。

中元古界長(zhǎng)城系常州溝組：呈大面積串狀出露。巖性主要為長(zhǎng)石石英砂巖、石英巖、巖屑石英砂巖等，與太古宇密云巖群地層呈角度不整合接觸。

串嶺溝組：呈細(xì)條帶狀出露。巖性為綠、灰褐、淺黃色硅質(zhì)富鉀頁(yè)巖、粉砂質(zhì)富鉀頁(yè)巖為主，夾褐色薄層粉砂巖及硅質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r，與下伏常州溝組為整合接觸。

團(tuán)山子組：呈條帶狀出露。巖性以灰、黃、綠色中厚層硅質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r為主，夾薄層硅質(zhì)富鉀頁(yè)巖及石英砂巖，底部具3～4 m厚的渦卷灰?guī)r，與其下伏串嶺溝組為連續(xù)過(guò)渡沉積。

大紅峪組：呈片狀出露。巖性為紫、灰綠色粉砂質(zhì)富鉀頁(yè)巖、泥質(zhì)灰?guī)r、深灰色厚層白云質(zhì)灰?guī)r夾火山角礫巖，上部以紫紅色、褐色氣孔狀粗面巖、安山質(zhì)玄武巖及凝灰質(zhì)砂巖為主，夾灰白、紫紅色石英砂巖及硅質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r，該組與下伏團(tuán)山子組之間有明顯的沉積間斷，為不整合接觸。

高于莊組：呈片狀分布。出露于研究區(qū)西北部。下部巖性主要為灰色厚層砂質(zhì)、粉砂質(zhì)白云巖，中部為灰色中厚層瘤狀白云巖夾紋層狀白云巖，上部為紫紅色頁(yè)片狀含礫屑白云巖夾頁(yè)巖。

新生界第四系：主要分布在北部與東部山前局部地區(qū)，巖性以砂卵礫石、砂礫卵漂石、黏土質(zhì)砂為主，夾有黏土層，沉積厚度一般為10～100 m。

2" 地?zé)岬刭|(zhì)條件

2.1" 構(gòu)造地質(zhì)條件

萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜為一走向北東，軸向NE45°，軸面傾向南東，核部平緩開(kāi)闊的背斜。該背斜為典型的斷背斜，斷裂發(fā)育。背斜西翼為向東南傾的正斷裂，背斜東翼為向西北傾的正斷裂。研究區(qū)自西向東發(fā)育北東向的西牛角峪-江米洞斷裂、大華山斷裂和后北宮斷裂，為導(dǎo)熱導(dǎo)水?dāng)嗔眩瑸榈叵聼崃可嫌刻峁┝送ǖ溃瑫r(shí)背斜構(gòu)造可以成為很好的聚熱構(gòu)造。鉆井揭露和地表出露地層由老到新為太古宇密云巖群，中元古界長(zhǎng)城系常州溝組、串嶺溝組、團(tuán)山子組、大紅峪組、高于莊組和新生界第四系。太古宇以上地層可以作為很好的熱儲(chǔ)蓋層。因此，萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜斷裂附近的太古宇花崗片麻巖，可以成為很好的線狀熱儲(chǔ)。

2.2" 地溫場(chǎng)

通過(guò)周邊地?zé)峋皽\井測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，繪制萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜及附近70 m地溫等值線圖。從圖1可以看出，70 m地溫等值線在背斜核部胡家店—大華山—水峪一線數(shù)值最高，從核部到兩翼溫度逐漸降低，說(shuō)明該地區(qū)地下具有地?zé)豳Y源，且萬(wàn)莊-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜具有一定的聚熱作用。

研究區(qū)附近淺層地溫普遍較高，地溫異常明顯，整體上地溫場(chǎng)呈東高西低的趨勢(shì)，且地溫場(chǎng)和萬(wàn)莊-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜核部發(fā)育位置一致。70 m地溫等值線在江米洞附近出現(xiàn)垂直于核部溫度等值線的拐彎，經(jīng)分析原因有2點(diǎn)：1）江米洞井溫較高，且位于江米洞斷裂附近；2）大華山斷裂西側(cè)測(cè)溫井較少。據(jù)此推測(cè)江米洞斷裂為導(dǎo)熱導(dǎo)水?dāng)嗔选?/p>

本文收集了平熱2、平熱3和京平2號(hào)地?zé)峋厍蛭锢頊y(cè)井、井溫資料和地溫梯度等資料。通過(guò)分析前人資料可以看出，區(qū)內(nèi)主要地層為第四系、長(zhǎng)城系和太古宇。長(zhǎng)城系的地?zé)嵩鰷芈蕿?.154～1.11℃·（100 m）-1，平均地?zé)嵩鰷芈蕿?.63℃·（100 m）-1；太古宇的地?zé)嵩鰷芈蕿?.80～5.07℃·（100 m）-1，平均3.435℃·（100 m）-1。太古宇的地?zé)嵩鰷芈拭黠@高于長(zhǎng)城系的地?zé)嵩鰷芈剩以搮^(qū)太古宇片麻巖的地溫梯度高于平均地溫梯度2.5℃·（100 m）-1，為地?zé)岣咧诞惓^(qū)。經(jīng)過(guò)研究認(rèn)為：由于斷裂的溝通和背斜的聚熱作用，造成研究區(qū)太古宇斷裂破碎帶地層地?zé)豳Y源豐富。

2.3" 地?zé)醿?chǔ)層、熱儲(chǔ)蓋層

萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜的地?zé)醿?chǔ)層為太古宇片麻巖，熱儲(chǔ)蓋層為第四紀(jì)砂礫、砂黏和長(zhǎng)城紀(jì)地層。背斜核部第四系直接覆蓋在太古宇片麻巖之上，背斜兩翼出露的地層為長(zhǎng)城系高于莊組、常州溝組或串嶺溝組。

長(zhǎng)城系在背斜各個(gè)部位分布情況各不相同。背斜西北翼出露地層為長(zhǎng)城系高于莊組、大紅峪組、串嶺溝組和常州溝組，在西北角背斜西側(cè)存在向斜，向斜核心部位出露地層為長(zhǎng)城系高于莊組三段。背斜核部為山谷，向斜核心部位為山峰。

背斜東部出露的地層為長(zhǎng)城系常州溝組和串嶺溝組。

背斜西側(cè)地層通過(guò)斷裂與背斜核部接觸，大角度西傾斜；背斜東側(cè)地層通過(guò)斷裂與背斜核部接觸，小角度東傾。

太古宇片麻巖作為地?zé)醿?chǔ)層，為受斷裂控制的帶狀熱儲(chǔ)，該熱儲(chǔ)沿著斷裂或其次級(jí)斷裂展布。為了充分分析地?zé)醿?chǔ)層特征，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了4個(gè)樣品的巖石熱導(dǎo)率、比熱容和干密度的測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。由于萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜核部及兩側(cè)風(fēng)化嚴(yán)重，采樣難度較大，僅在萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜東南翼采集到新鮮樣品。

表1 萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜花崗片麻巖熱導(dǎo)率、密度、比熱容測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)表

Tab. 1 Data Table of thermal conductivity， Density and specific heat capacity of anticline granite Gneiss

測(cè)試編號(hào) 樣品編號(hào) 熱導(dǎo)率/（W·m-1·K-1） 干密度/（g·cm-3） 比熱容/

（kJ·℃-1·kg-1）

平均值 最小值 最大值

1 GB-1 5.02 4.96 5.12 2.50 794.83

2 JJG-1 5.37 5.20 5.50 2.44 824.81

3 SLC-3 5.46 5.25 5.64 2.45 790.38

4 SYC-3 4.77 4.56 4.97 2.46 797.43

巖石熱導(dǎo)率是計(jì)算高質(zhì)量大地?zé)崃髯顬橹匾膮?shù)之一，對(duì)巖石熱導(dǎo)率的測(cè)量有利于以后開(kāi)展區(qū)域熱流分布、巖石圈熱結(jié)構(gòu)、淺表溫度場(chǎng)的分布及地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)等工作，因此不同的學(xué)者對(duì)渤海灣盆地、中國(guó)西北部盆地的巖石開(kāi)展了熱導(dǎo)率的測(cè)試工作，并建立起這些盆地相應(yīng)的巖石熱導(dǎo)率柱（常健等，2016；邱楠生，2002）。

本次巖石樣品熱導(dǎo)率測(cè)試是在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，采用德國(guó)生產(chǎn)的TCS（thermal conductivity scanning）自動(dòng)掃描儀，進(jìn)行測(cè)量。該儀器的測(cè)量范圍為0.2 ～ 25 W·m-1·K-1，測(cè)量精度為 ±3%。

通過(guò)表1可以看出，萬(wàn)莊子附近出露的花崗片麻巖密度變化不大，為2.44～2.50 g·cm-3；熱導(dǎo)率變化較大，平均值為4.77～5.46 W·m-1·K-1；比熱容變化較小，為790.38～824.81 kJ·℃-1·kg-1。GB/T 11615－2010《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》中花崗巖的比熱容為794 kJ·℃-1·kg-1，密度2 700 kg·cm-3，熱導(dǎo)率2.721 W·m-1·K-1。該區(qū)花崗片麻巖與地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范（GB/T 11615-2010）中花崗巖相比，密度相對(duì)較小，比熱容接近，熱導(dǎo)率相對(duì)較高。

本次研究作者取地表出露太古宇花崗片麻巖，這些巖石跟目的層巖石為同一層位。風(fēng)化程度不同可引起同種巖性同地層巖石熱導(dǎo)率的不同，本次樣品采集通過(guò)從地面向深部挖掘、切割、鉆鑿等方法，選取未風(fēng)化的巖石進(jìn)行測(cè)試，以求更接近目的層巖石。通過(guò)測(cè)試可以看出，該區(qū)花崗巖巖石熱導(dǎo)率高，可能跟花崗巖中主要成分有關(guān)。該區(qū)花崗片麻巖的比熱容跟花崗巖接近，密度差別不大，熱導(dǎo)率遠(yuǎn)大于花崗巖熱導(dǎo)率，有利于熱量傳遞。

3" 斷裂活動(dòng)特征及對(duì)地?zé)嵊绊懛治?/p>

地球物理方法在地?zé)豳Y源勘探開(kāi)發(fā)中具有重要的作用（張文洋，2006；黃健良等，2009；馬文杰等，2017；宋繼偉等，2018；鄭宇軒等，2018）。利用地球物理方法可以確定斷裂發(fā)育情況，可以明確水的賦存情況，也可以分析斷裂活動(dòng)特征及其對(duì)地?zé)嵊绊憽Ｍㄟ^(guò)地質(zhì)與地球物理方法，開(kāi)展斷裂活動(dòng)特征及對(duì)地?zé)嵊绊懛治觯浞治鰞?nèi)容如下：

3.1" 斷裂活動(dòng)特征分析

通過(guò)對(duì)斷裂特征及演化史分析，明確大華山斷裂、后北宮-水峪東斷裂、西牛角峪-江米洞斷裂主要為燕山期活動(dòng)的斷裂。西牛角峪-江米洞斷裂、大華山斷裂和后北宮-水峪東斷裂控制了萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜核部的發(fā)育。

大華山斷裂具有多期活動(dòng)性。中元古代長(zhǎng)城期為張性同沉積斷裂，南東盤(pán)下降，斷距達(dá)600 m，造成斷裂兩側(cè)常州溝組沉積厚度的較大差異。燕山旋回此斷裂再次活動(dòng)，轉(zhuǎn)為南東盤(pán)急遽上升。根據(jù)地層對(duì)比，此期活動(dòng)逆沖斷距達(dá)1 000～1 200 m，喜山旋回此斷裂繼續(xù)活動(dòng)。根據(jù)地震會(huì)戰(zhàn)資料（北京市地震地質(zhì)會(huì)戰(zhàn)辦公室，1977），南東盤(pán)以0.65 mm·a-1的速度不斷上升，沿?cái)嗔褞в腥跽鸢l(fā)生。該斷裂對(duì)研究區(qū)構(gòu)造及巖漿活動(dòng)有明顯的控制作用，斷裂北西褶皺、斷裂構(gòu)造均較發(fā)育；斷裂南東側(cè)地層具有南傾單斜特征，斷裂構(gòu)造發(fā)育。西牛角峪-江米洞斷裂以左行滑移為主，斷距約1 000 m。西牛角峪-江米洞斷裂形成于燕山晚期。掛甲峪南側(cè)兩條近東西向斷裂為印支期開(kāi)始活動(dòng)，燕山期為主要活動(dòng)期，喜山期繼續(xù)活動(dòng)的斷裂。

3.2" 構(gòu)造對(duì)地?zé)嵊绊懱卣鞣治?/p>

導(dǎo)熱導(dǎo)水構(gòu)造是指為深部熱流和地下水的運(yùn)移和分布提供通道和空間條件的構(gòu)造。斷裂和背斜均可以形成很好的導(dǎo)熱導(dǎo)水構(gòu)造（賓德智等，2002）。全球熱流統(tǒng)計(jì)資料顯示，全球熱流的分布與地質(zhì)構(gòu)造有著密切關(guān)系。在構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定的地區(qū)，地?zé)崃髦递^低：而在構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)烈的地區(qū)，地?zé)崃髦祫t較高。同時(shí)，就地?zé)岙惓^(qū)（帶）的分布來(lái)看，多數(shù)情況下是由于地下熱水通過(guò)斷裂系統(tǒng)上涌而形成地?zé)岙惓＃虼耍責(zé)豳Y源形成與聚集的主要控制因素是斷裂（班文韜等，2018）。

柯柏林等在2019年開(kāi)展了北京西山谷積山背斜地?zé)嵯到y(tǒng)成因模式及遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測(cè)，指出下葦?shù)轳妨?gòu)造具有形成地?zé)嵯到y(tǒng)的地?zé)岬刭|(zhì)條件。本區(qū)為背斜構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造同谷積山具有一定的相似性，可形成聚熱構(gòu)造。

圖3 大地電磁測(cè)深斷裂識(shí)別

Fig. 3 Detotic electromagnetic sounding fault recognition

通過(guò)分析萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜及周邊地?zé)峋疁囟燃暗販貓?chǎng)可以看出，萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜對(duì)地?zé)峋哂幸欢ǖ目刂谱饔茫承焙瞬?0 m地溫較高，同時(shí)在斷裂附近，如西牛角峪江米洞斷裂附近，地?zé)嵩鰷芈始熬椎販剌^高。因此萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜和周邊斷裂對(duì)地?zé)峋哂忻黠@的控制作用。

由于該區(qū)地?zé)醿?chǔ)層為太古宇花崗片麻巖，為典型的帶狀熱儲(chǔ)，地?zé)岣患饕軘嗔鸦顒?dòng)控制。在確定鉆井井位前，需要尋找導(dǎo)熱、導(dǎo)水?dāng)嗔眩Χǖ責(zé)岙惓^(qū)。

掛甲峪村地?zé)峋那捌诳辈橹饕遣捎每煽卦匆纛l大地電磁測(cè)深方法識(shí)別斷裂位置。圖3-a為可控源音頻大地電磁測(cè)深平面布置圖，圖3-b為測(cè)線剖面解釋圖，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)在剖面1 000點(diǎn)和1 500點(diǎn)處存在低阻異常，推斷該處存在2條小斷裂，F(xiàn)1和F2（圖3-c）。在F1小斷裂附近布置井位，鉆探出溫度44℃、水量737 m、井深2 272 m的地?zé)峋?/p>

4" 地?zé)豳Y源勘查前景分析

地?zé)豳Y源的賦存，一般需要具備導(dǎo)熱通道、熱儲(chǔ)層、熱儲(chǔ)蓋層、地?zé)嵩鰷芈矢?個(gè)基本條件。

4.1" 導(dǎo)熱導(dǎo)水?dāng)嗔?/p>

萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜周邊發(fā)育多條斷裂，有利于地?zé)釓纳畈總鲗?dǎo)。根據(jù)構(gòu)造特征分析，大華山斷裂和后北宮斷裂，傾角較陡，切割較深，為深部熱流上升提供了極為良好的通道；大華山斷裂為反轉(zhuǎn)構(gòu)造，多期反復(fù)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)提供了間歇性運(yùn)移通道，有利于熱量的運(yùn)移和封存；另外，主斷裂附近伴生眾多小斷裂及破碎帶，也起到了重要的導(dǎo)熱導(dǎo)水作用。

通過(guò)圖3和表2可以看出，平熱3號(hào)井位于峪口鎮(zhèn)東南，萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜核部，大華山斷裂和后北宮-水峪東斷裂之間，靠近大華山斷裂；平熱2號(hào)井位于萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜核部，熊耳寨-馬房-夏墊斷裂帶與靠山集-西樊各莊斷裂交匯帶；京平2號(hào)井位于麻子峪-黃松峪斷裂北側(cè)，且位于萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜東南翼。

表2 研究區(qū)地?zé)峋嚓P(guān)數(shù)據(jù)表

Tab. 2 Data sheet of related geothermal Wells of the study area

鉆探成果 地?zé)峋幪?hào)

平熱3 平熱2 京平2

勘探地層深度/m 第四系 23 132 16

長(zhǎng)城系高于莊組 - 1 073 -

長(zhǎng)城系大紅峪組 - 1 385 -

長(zhǎng)城系團(tuán)山子組 - 1 505 -

長(zhǎng)城系串嶺溝組 - 1 686 -

長(zhǎng)城系常州溝組 - 2 055 666

太古宇密云巖群 651.74 m未穿 2 200.7 m未穿 2 272.27 m未穿

井深/m 651.74 2 200.07 2 272.27

井底溫度/℃ 38.5 37.1 55.109

出水溫度/℃ 33 37 44

水量/（m3·d-1） 540 603.36 737

4.2" 熱儲(chǔ)層

研究區(qū)斷裂發(fā)育，斷裂及次生斷裂的存在，使得太古宇花崗片麻巖地層比較破碎，斷裂破碎帶可形成帶狀熱儲(chǔ)。平熱3號(hào)井、平熱2號(hào)井、京平2號(hào)井熱儲(chǔ)層為太古宇密云巖群，為灰白色花崗片麻巖，鉆遇地層見(jiàn)表2。平熱3號(hào)井鉆鑿過(guò)程中出現(xiàn)比較嚴(yán)重的漏失，表明斷裂十分發(fā)育。平熱2號(hào)井密云巖群巖石硬度較高，進(jìn)尺緩慢，無(wú)明顯漏失。京平2號(hào)井1 803.34～2 272 m段在鉆探過(guò)程中，由于井壁破碎，出現(xiàn)塌孔，同時(shí)出現(xiàn)比較強(qiáng)烈的漏失，表明該段裂隙十分發(fā)育，為主要熱儲(chǔ)層段。可見(jiàn)京平2號(hào)井和平熱3號(hào)井較平熱2 號(hào)井?dāng)嗔寻l(fā)育。通過(guò)對(duì)比可以看出，斷裂發(fā)育程度對(duì)地?zé)豳Y源的保存具有控制作用。

4.3" 熱儲(chǔ)蓋層

熱儲(chǔ)蓋層的巖性一般較為致密，具有隔斷與淺部冷水的聯(lián)系，保持地下熱水溫度的作用。本區(qū)熱儲(chǔ)層上覆地層為第四系和長(zhǎng)城系。第四系厚度0～50 m，巖性主要為砂黏、黏砂、砂礫石，保溫性能較好。長(zhǎng)城系厚度0～800 m，巖性主要為灰色、灰白色石英砂巖。通過(guò)表2可以看出，平熱3號(hào)井上部?jī)H覆蓋23 m第四紀(jì)地層，蓋層條件較差。平熱2號(hào)井和京平2號(hào)井上覆蓋層厚度較大，具有很好的蓋層條件。蓋層條件對(duì)地?zé)豳Y源的富集具有一定的作用。

4.4" 地?zé)嵩鰷芈?/p>

平谷區(qū)存在2個(gè)地溫異常區(qū)，分別為后北宮—?jiǎng)⒓业辍獤|辛莊地溫異常區(qū)和馬坊—濱河—山東莊—南獨(dú)樂(lè)河地溫異常區(qū)域（方梁等，2014）。研究區(qū)位于后北宮—?jiǎng)⒓业辍獤|辛莊地溫異常區(qū)，地溫梯度較高。萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜及周邊地?zé)嵩鰷芈瘦^高在后北宮—?jiǎng)⒓业辍獤|辛莊地溫異常區(qū)處于高位，可達(dá)3.43℃·（100 m）-1。

本文搜集整理了平熱3、平熱2、和京平2共3眼地?zé)峋锢頊y(cè)井井溫資料（圖4）。在埋深2 000 m以上地層的井溫梯度一致性較差，其中，長(zhǎng)城系的井溫梯度為1.11～0.154℃·（100 m）-1，平均井溫梯度為0.63℃·（100 m）-1；太古宇的地?zé)嵩鰷芈蕿?.80～5.07℃·（100 m）-1。

太古宇密云巖群片麻巖地?zé)嵩鰷芈势綗?號(hào)井為5.025 7℃·（100 m）-1，平熱2號(hào)井為1.045 7℃·（100 m）-1，京平2號(hào)井為2.441℃·（100 m）-1。熱儲(chǔ)中平熱3號(hào)井地?zé)嵩鰷芈首罡撸┢?號(hào)井次之，平熱2號(hào)井最低。由地?zé)嵩鰷芈蕯?shù)據(jù)可以看出，地?zé)嵩鰷芈试礁撸責(zé)釛l件越好。

圖4 平熱2、平熱3、京平2號(hào)井井溫曲線圖

Fig. 4 Temperature graph of geothermal wells of Pingre 2， Pingre 3 and Jingping 2

4.5" 綜合分析

平熱3號(hào)井位于萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜核部，大華山斷裂和后北宮-水峪東斷裂之間，靠近大華山斷裂，上部發(fā)育很薄的第四系，650 m溫度為38.5℃，地?zé)嵩鰷芈瘦^高，地?zé)釛l件較好。

平熱2號(hào)井位于熊耳寨-馬房-夏墊斷裂帶與靠山集-西樊各莊斷裂交匯帶附近，屬山前地帶，地下水循環(huán)交替強(qiáng)烈，地?zé)釤崃坎灰赘患綗?號(hào)井2 150 m處井溫為37.4℃，地?zé)嵩鰷芈瘦^低，地?zé)釛l件一般。

京平2號(hào)井位于萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜東南翼，麻子峪-黃松峪斷裂北側(cè)，該井2 225 m井底溫度55.109℃，上部有第四系和長(zhǎng)城系常州溝組。有大斷裂并且蓋層條件較好，地?zé)嵩鰷芈瘦^高，地?zé)釛l件較好。

通過(guò)以上分析可以看出，萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜及周邊具備地?zé)豳Y源賦存的條件，該區(qū)地?zé)豳Y源豐富，為地?zé)峥碧介_(kāi)發(fā)有利區(qū)。

5" 結(jié)論

萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜軸向NE45°，軸面傾向南東，核部平緩開(kāi)闊。西牛角峪-江米洞斷裂、大華山斷裂和后北宮斷裂控制了萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜的形態(tài)。萬(wàn)莊子-鎮(zhèn)羅營(yíng)背斜周邊是地?zé)峋奂瘏^(qū)，具備導(dǎo)熱導(dǎo)水通道、熱儲(chǔ)蓋層、熱儲(chǔ)層3個(gè)基本條件，地溫梯度相對(duì)較高，可作為下一步地?zé)衢_(kāi)發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域。片麻巖中尋找地?zé)豳Y源關(guān)鍵是尋找導(dǎo)熱導(dǎo)水的深大斷裂。平熱3號(hào)和京平2號(hào)井的鉆鑿成功，明確片麻巖也可以作為很好的熱儲(chǔ)，為地?zé)峥碧介_(kāi)發(fā)指出了新的方向，為在北京東北部山區(qū)尋找地?zé)豳Y源開(kāi)辟了新的領(lǐng)域。

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