京北地区热水水文地球化学特征与地热系统的成因模式.pdf

第 2 8卷第 3期 2 0 0 6年 9月 地 震 地 质 S EI S M0L 0GY AND GE0L 0GY V0 1 2 8No3 S e p t ，2 0 06 京北 地 区热水水文地球化 学特征 与地热 系统 的成 因模式 吕金 波 ， 车用太 王继 明 刘振锋 刘成龙 郑桂森 ) 1 ) 北京市地质调查研究院 ， 北京 1 0 2 2 0 6 2 ) 中国地震局地质研究所 ， 北京1 0 0 0 2 9 摘要 京北 地热 田包括小汤 山和沙河 2个次级地热田 ， 呈三角形展布 ， 东南部边界 为黄庄 一高丽 营断裂 ， 西南部边界为南 口 一孙河 断裂 ， 北 部边界 为阿苏 卫 一小汤 山断裂。热储层 为蓟 县系雾 迷山 组 、 铁岭组和寒武系一奥陶系碳酸盐岩岩溶 裂隙含水层 ， 热储 盖层为青 白 口系页岩 、 石炭 系一二 叠系 砂页岩和侏罗系火山岩隔水层 。该地热 田地温场 的平 面特征是 在小汤 山镇 和汤 1 1井区 出现 2个高 温区 ； 垂 向特征是随埋深加大 ， 地温升高 ， 但热储层 内垂向增温率较低 ， 热储盖层垂 向增温率 较高。该 区雨水 、 地下冷水和热水的氢氧同位素组成基本上都落在克雷格降水线上 ， 表 明区 内热水来 源于大气 降水。在地下水 化学 三线 图解 中， 该 区热水位 于城 区热水 的下方 ， 说 明京北热水 比城区热水更靠 近冷 水补给区。热水的 值表现出北高南低 的特点 ， 4 c 年龄也 由北往南 逐渐增 大， 说 明热水 自北 向南流 动 。由此认 为 ， 由北部山区渗入地 下的大气降水 ， 经小 汤山 以北 的十三 陵一桃峪 口岩溶水 分布 区， 跨 过阿苏卫 一小汤山断裂后 发生深循环并被地热加温 ， 流入京北地 区后在该地区赋存 ， 形成热 田。根据 上述特征 ， 建立 了京北地热 田地热系统的成 因模式并定义为京北 中低温对流型地 热系统 。 关键词 热水 地温场水文地球化学 地热系统模 式京北地热 田 中圈分类号 ： P 3 1 4 文献标识码 ： A 文章编号 ： 0 2 5 3 4 9 6 7 ( 2 0 0 6 ) 0 3 0 4 1 91 1 0 引言 北京地区地热资源勘探与开发始于2 0世纪 5 0年代 ， 目前已探明并开发利用的地热田有 1 0 个 ， 其 中小 汤 山地 热 田开发最 早 ， 现 仍在 大力开 发利用 。该 地热 田 以小 汤山镇 为 中心 ， 其 开发 范 围向东、 西、 南 3个方向不断扩展 ， 与沙河地热 田连为一体 ， 已形成统一的京北地热 田。京北地 热田西起 白浮， 东至板桥 ， 北起小汤山， 南至东小 口， 面积约 1 8 0 k m 。1 9 7 4年始凿汤 1井 ， 到 1 9 9 0年共成井 3 4口， 近几年开发利用的力度进一步加大 ， 新钻深井 2 6口。现 已查明京北地热 田为拥有 3个热储层的大型地热 田， 1 9 8 5 -1 9 9 9年热水开采总量约为 5 4 5 01 0 。 m 。 京北地区较为系统的地热勘查工作始于 1 9 5 6年 ， 1 9 5 8年完成 了 北京市昌平 区小汤山矿 泉水 文地质 勘测 总结 报告 ， 圈定 了不足 1 k m 温度 较高 ( 3 7 5 4 C) 的 中心区 及 6 k m 温度 较低 收稿 日期2 0 0 5 0 22 8收稿 ， 2 0 0 6 0 7 1 3改 回。 基金项 目 科技部基础司 数字化地震前兆观测技术标准 编制项 目专题 ( K J B 2 0 0 1 0 4 ) 与 中国地质调查局 国 土资源大调查( 2 0 0 0 1 3 0 0 0 0 5 0 2 1 ) 项 目共 同资助 。 地质部水文地质工程地质局北京大队 ， 1 9 5 8 ， 北京市昌平 IXd , 汤山矿泉水文地质勘查总结报告。 维普资讯 4 2 0 地震地质 ( 2 2 3 6 ) 的外 围区 ； 2 0世 纪 7 0年代 ， 进行 了野 外 踏 勘 和 区域 调查 ， 对 小 汤 山地 区 的地层 、 地 质构造提出了新的认识 ， 先后打出了水温为4 2 4 8 的热水 ； 2 0世纪 8 0年代 ， 对前期进行的重 力 、 磁法、 电测深、 地震勘探资料重新进行了解释， 引用 了同位 素地球化学和痕量化学元素的分 析成果 ， 进行了浅层地温普查 ， 确定了热田面积为 2 0 k m ， 并用抽水资料计算 了雾迷山组热储层 可采热水资源为 2 8 41 0 m a ， 铁岭组热储层可采热水资源为 2 3 21 0 m a ， 1 9 8 5年底提交了 北京市小汤山地热田地下热水资源评价勘察报告 ； 2 0世纪 9 0年代以来 ， 小汤 山地热 田开 采的面积和深度得到进一步扩大， 并与西部和南部新开发 的沙河地热 田连成一 片， 组成了京北 地热田。1 9 9 8年完成了 北京 市小汤山地区地热资源勘探报告 ， 以埋深 2 0 0 0 m， 储层温度 4 2 为条件 ， 圈定 出的热 田面积 为 4 4 k m 。 到了 2 1 世纪 ， 随着京北地区地热 田勘查与开发的大规模扩大 ， 地热 田的研究进入了深入而 系统的新阶段， 取得 了若干新认识。潘小平等( 2 0 0 0 ) 进行了地热温标的研究 ， 指出了地热温度 的变化与热 田水位动态有着较好的对应关系， 开采量稳定， 水位和水温也趋于稳定。增瑞祥等 ( 2 0 0 2 ) 研究了热 田开采与水位的关系 ， 指出热 田水位一直呈下降趋势 ， 年均下降 1 7 8 m， 说明热 田的补给量 小于 开采量 ， 属消耗 型地 热 田。 在上述 勘查 与研究 工作 的基础上 ， 本文 进一 步 分 析 了京 北地 热 田的地 质 一水 文 地质 条件 ， 针对地温场特征和热水水文地球化学特征 ， 提出了该热 田地热系统的成因模式。研究结果对今 后合理而科学地开发京北地热 田有指导意义。 1 热 田区地质 一水文地质条件 1 5万沙河镇 幅基岩地质调查结果较为系统地揭示 了京北地热田及其周边地区的基岩地 质特 征 ( 图 1 ) 。 由图 1 可见 ， 京北山区主要发育有蓟县系碳酸盐岩 ， 多出露于地表 ； 京北地热 田区第 四系， 厚 1 5 6 4 9 3 m， 该覆盖层下发育有青 白口系( Q b ) 砂页岩 、 寒武系一奥陶系(EO) 碳酸盐岩 、 石炭系一二叠系( cP ) 砂页岩与侏罗系( J ) 火山碎屑岩。其 中， 碳酸盐岩层为含水层 ， 砂页岩 和火山碎屑岩为隔水层。区内， 在小汤山、 大汤山和阿苏卫一带出露有小规模的花岗岩体 ； 在汤 1井和太平庄井等施工时 ， 在钻孔中也曾发现有岩浆岩侵入体 ， 因此该区曾有岩浆活动。 由图 1 还可见， 京北地 区断裂构造十分发育。主要断裂有 N E向的黄庄 一高丽 营断裂与 N W 向的南 口 一 孙河断裂 ， 为北京地区著名的第四纪活动断裂( 高文学等 ， 1 9 9 3 ) ， 它们构成 了京 北地热田东南与西南 2个边界 ， 均为深大断裂 ， 其性质为正断层 ， 具有导热导水性 。阿苏卫 一小 汤山断裂为地热 田的西北边界 ， 为逆断层 ， 具有阻水性质。地热 田的北部还发育 3条 S N或近 S N向的小断裂 ， 都具有导水导热性质。N E向的八宝山断裂北端伸入地热田的南端 ， 为逆断层 ， 具有 阻水性 质 。 这样 的地 质 一水文 地质 条件 ， 为京北 地 热 田 的形 成 与保 存提 供 了 良好 的基 础 。图 2为 S N 向穿过地热 田的水文地质剖面， 进一步展示出了热 田区的水文地质结构 ， 不仅 由北 向南依次相 李心庚等 ， 1 9 8 5 ， 北京市小汤 山地热 田地下热水资源评价勘查报告 。 潘 小平等 ， 1 9 9 8 ， 北 京市小汤 山地 区地热资源勘探报告。 吕金 波等 ， 2 0 0 4 ， 1 ： 5 0 0 0 0沙河镇幅区域地质调查 报告 。 维普资讯 3期 吕金波等 ： 京北地 区热水水文地球化学特征与地热系统 的成 因模式4 2 l 图 1 京北地热 田区基岩地质图 F ig 1 Ge o l o g i ca l ma p o f b e d r o ck i n t h e N o r t h B e i j i n g G e o t h e r ma l F ie l d 1正断层；2逆断层；3地层界线 ； 4剖面线 ； 5侏 罗系火 山岩与碎屑岩 ； 6石炭系一二叠系碎屑岩 ； 7寒武系一奥陶系灰岩 ； 8青 白口系碎屑岩 ； 9蓟县系碳 酸盐岩 ；1 0热水井 ；1 1 地下水动态观测井 团 - 团 z 回 s 曰 t 固 s 囡 e 因 囡 s 曰 。 田 10 囤 图 2 京北地热 田区水文地质剖面( A A ) F ig 2 H y d r o g eol o g ic p r o fil e( A A ) in the N o r t h B e i j i n g G e o t h e rma l F i e l d 1第四系；2侏罗系隔热层 ； 3石 炭系一二叠系隔热层； 4寒武系一 奥陶系热储层 ； 5青 白口系隔热层 ； 6蓟 县 系热 储 层 ：7不 整 合 面 ： 8地 层 界 线 ： 9断 裂 ： 1 0钻 孔 位 置 ： 1 1地 热 水 流 向 O O O 啪 瑚 毯聪 维普资讯 4 2 2 地震地质 2 8卷 间发 育有 含水层 与 隔水层 ， 由地 表 向下 也依 次相 间 发 育有 含 水层 与 隔水 层 ， 而 且 含水 层 间有 导 水导热的断裂发育 ， 使含水层间存在水力联系。 京北地热 田内， 有蓟县系( J x ) 雾迷 山组热储层 、 铁岭组碳 酸盐岩热储层和寒武系一奥陶系 ( 一 O) 碳 酸盐 岩热储 层 ， 前 一组 热储层 上发 育有青 白 口系 ( Q b ) 砂页 岩隔水 层 ( 保 温盖 层 ) ， 后 一 组热储 层上 发育有 石 炭 系一二 叠 系 ( C P ) 砂 页 岩 隔水 层 和侏 罗 系 ( J ) 火 山碎 屑 岩 隔水 层 。 热储 层 中 的地 下水 为热水 。不 同热水层 之 间被多 条导水 断裂 沟通 。 2 热水 的水 文地球化学特征 京北地热 田自1 9 7 3年开始取热水作水化学分析 ， 至 2 0 0 3年已积累了 3 0 a的水化学分析资 料 。分 析结果 表 明 ， 该地 热 田具 有如 下水 文地球 化学 特征 。 2 1水 化学 组分特征 地热田的热水属碳酸盐岩岩溶裂隙水 ， 热水多清澈透 明， 无色无味 ， 略带 H s气味， 具有 良 好的感 观特征 。 3个热 储层热 水 的主要 化 学组 分 见 表 1 。 由表 1可 见 ， 蓟 县 系 雾 迷 山组 储 层 热 水 ， 水 温 为 5 4 7 0 C， 水化 学 类 型 以 H C O ， 一N a C a型 为 主 ， 矿 化度 5 0 0 5 8 0 mg L ，p H 值 为 7 0 7 8 ， 表 l 3个热储 层热水的化 学特征 Ta b l e 1 Che mica l cha r a ct e r is t ics o f t h e r ma l wa t e r in t hr e e t h e r m- r e s e r v o ir b e d s 注7 1 自资料， 作者补充了汤 一 3 6 、 沙 一5 、 沙 一 6 、 沙 7井资料以及 S i O 2 、F 、 水温和井深资料。 同 4 2 0页。 维普资讯 3 期 吕金波等 ： 京北地 区热水水文地球化学特征与地热系统 的成 因模式4 2 3 S iO ： 为 2 2 0 5 9 8 m g L ， F为 5 3 6 6 m g L 。蓟县 系铁 岭组 储 层 热水 ， 水 温 为 4 66 5 C， 水 化 学类型 为 H C O 3一N aC a型， 矿化度 为 3 5 07 1 0 m g L ， p H值为 7 27 5 ， S iO 2 为 3 3 0 4 0 0 mg L ， F为 3 5 6 5 m g L 。寒 武 系储 层 热 水 ， 水 温 为 4 27 l ， 水 化 学 类 型 为 HC O ，一 N a ca 型与 H C O 3 S O 4 一N a C a型， 矿化度为 5 3 0 8 9 0 m g L ， p H值为 7 28 2 ， S iO 2 为 2 0 0 5 5 2 m g L 。 F为 3 7 6 6 m g L 。 由此 可见 ， 京 北地 热 田热水 的水 化学 组 分 以 HC O ；与 N a ， c a “ 为 主 ， 局部 S O 一 质量 浓 度 很 大 ， S iO ： 为 2 0 6 0 m g L ， F为 3 5 6 6 mg L ； 总体 上矿 化度偏 低 ， 一般为 4 0 8 0 m g L ， 属低 矿 化 水 ； p H值 为 7 8 ， 属 中偏 碱性 水 。 2 2水质 类型 及其 分布特 征 地 热 田北 部地 下水补 给 区 ， 即 十三 陵一桃 峪 口岩溶 水 为 HC O ， 一C a型 ， 热 田 区 内部 蓟 县 系 雾迷山组( J x w ) 和铁岭组( J x t ) 热水为 H C O ， 一N a C a型， 南部侏罗系覆盖下的寒武系一奥陶系 (一 O) 热水为 HC O ， S O 一N a C a 型 。 在 地热 水化学 成分 三线 图( 图 3 ) 上 ， 作 为地热热 源 水 的山 区热 水位 于三线 图 的右侧 ， 顺后 1 图 3 北京地 区地热水化学三线 图 F i g 3 Hy d r o e h e mi e a l d i a g r a m o f g e o t h e r ma l w a t e r in Be i j in g a r e a 维普资讯 4 2 4 地震地质 2 8卷 井位 于顺 义叠断 陷 中 ， 化学 成分接 近 山区热 泉水 ； 城 区热 水位 于三线 图 的 中央 偏右 下部 位 ， 说 明 热水中各类水化学成分质量浓度 比较平 均， ca “， Mg “的质量浓度稍高于京北热水和 山区热 水， 而 S O ： 一 、 C I 一 的质量浓度明显高于京北热水。山区冷水位于三线图的左侧， 在流入京北地热 田的途中又接受 了部分由地表第 四系下渗的水 ， 致使水化学成分 向下方 的汤 1井靠近， 反映了 混合水的特征。京北热水中 ca “， Mg “的质量浓度与 山区热水相当； 水 中 S O ： 一质量浓度的变 化规律明显， 从北部的汤 1井， 经过 中部 的汤 7井 ， 再到南部 的汤 3 6井 ， S O ： 一质量浓度有规律 地增加， 说明京北地热 田的热水从北向南流动， 在流动过程 中逐渐溶解不同热储层 中的石膏透 镜体 ， 从而导致 S O ： 一质量浓度的增加 ， 其水化学特征可与城区热水很好地衔接 。 2 3同位素特 征 同位素在地热水研究 中的应用一般是通过测定热水 中稳定性同位素 B o， H和放射性 同位 素 H， C研究地下热水的成因、 年龄 以及补给来源等。2 0 0 0年 以前在地热 田取过少量” O， H， H， 样品， 作者于 2 0 0 2年 9月在苑灌 1井取了 c 样 ， 2 0 0 3年 2月在沙 5 、 沙 6 、 汤 3 6井取 了 ， 和 样 。对上 述样 品 的测试 与分 析结果 如下 。 2 3 1 氢氧同位素特征 5 o 样 品 由 国土 资 源 部 矿产 资 源研 究 所 于 2 0 0 3年 3月 1 4日测 试 。采 用 平衡 法测 C O ： 和锌法测 H ： 。质谱计为 M A T 2 5 1 E M 型， 分 析精度 为 “4- 0 2 0 。 作者通过雨水 、 地下热水、 地下 冷水 的 采样分析 ， 建立了京北地热 田区大气降水与 地热水 8 D一8 t s o 关 系 图 ( 图 4 ) 。由 图 4可 见， 京北地区地下冷水与地下热水的氢氧同 位素组成基本上都落在克雷格降水线上 ， 说 明区内地下热水与地下冷水一样 ， 都来源于 大气降水。 2 3 2 氚 同位 素特 征 氚( H) 是水中氢的放射性 同位素 ， 其质 量浓度可用于粗略确定地下热水的年龄 ( 卫 克勤等 ， 1 9 9 1 ) 。作者 在研究 区共 取了 4个 H 样 品 ， 于 2 0 0 3年 7月 4日在 中 国地震 局新 构造 年 代 学 开 放 实 验 室 进 行 测 定 ， 测 试 用 Q u a n t u l u s 一1 2 2 0 ( L K B) 型液 闪仪 ， 探测效率 为 2 1 1 7 ， 本 底 为 0 8 1 cp m。测 试 结 果 列 于表 2 。 由表 2可见 ， 京北地热 田热水中的 H值 较低 ， 为 一2 0 7 2 T U， 同时表现 出北高南 低的 特 点。小 汤 山 镇 南 汤 4井 附 近 为 4 9 T U， 南部 最 大 为 1 0 T U， 最 小 为 ( 0 2 5- 4- O _ -1 00 l ) ， ， O 5 1 O 图 4 京北地热 田区大气降水 。 地下冷水 与地热水的 8 D一8 关系 Fig 4 Th e r e l a t io ns h ip s o f 8 D 一81 S O o f t h e p r e e ip i t a t e d wa t e r， u nd e r g r o un d wa t e r a n d t h e r ma l wa t e r in t h e No r t h B e i j i n g Ge o the r ma l F i e l d 裹 2热水 测定结果 Ta b l e 2 d a t a o f g e o the r ma l wa t e r 维普资讯 3期 吕金波等 ： 京北地 区热水水文地球化学特征与地热系统 的成 因模式4 2 5 2 2 6 ) T u。沙 5井接近补给 区， 循环距 离小 ， H值 高； 沙 6井接近热水 系统排泄 区， 循环距离 大 ， 啊 值低。燕山山前冷泉及第四系冷水的 值为 8 0 9 0 T U。这样 的特征反映了热水年龄北 新南 老 ， 说 明热 水 自北 向南 流动 。 2 3 3 同位 素特 征 测定年代方法是研究地下水形成历史的一种有效方法( Mu n n ich ， 1 9 5 7； 黎兴国， 1 9 9 0 ) 。 潘小平等在汤 2 、 汤 4、 汤 8 、 汤 l 6 、 汤 2 0井 ， 作者于 2 0 0 2年在苑灌 1井共取了6个 样品， 测 试结果见表 3 。其中包括来 自雾迷山组 的2个 、 铁岭组 的 1 个 、 寒武系的3个 。中国地震局地质 研究 所 实 验室 1 9 9 6年 6月 和 2 0 0 2年 9月 对这些 样 品进行 了测定 。测定 结果 表 明 ， 地热 田热 水年龄为 2 43 8 k a ； 而且 ， 仍然是北部的年龄小 ， 南部的年龄大( 图 5 ) ， 说明热 田热水 的补给区 在北面 ， 径流方 向是 由北 向南 。 裹 3热水 c 年龄测定结果 T a b l e 3 c d a t i n g r e s u l t s o f g e o t h e r ma l wa t e r 3 热 田区的地温场特征 3 1 地 温场 平面 特征 利用热水井测温及抽水试验的出水温度资料 ， 结合热 田构造 、 热储层组合特征 等， 绘制出热 田区 1 0 0 0 m 深度处的地层等温线图( 图 6 ) 。 由图 6可见 ， 京北热 田区内有 2个地温 高值 区， 西北区最 高地 温为 5 5 ， 东南 区最高 地温 为 6 0 。西北区 5 5 等温线 以小汤山镇为 中心进行 圈定 ， 面积 约 2 k i n ， 占地热 田总 面积 的 1 9 0 。东 南 区6 0 等温线以汤 7 、 汤 1 1 、 汤 2 2井 的范围圈定， 面积 约 3 k m ， 占地 热 田总 面 积 的 1 6 0 。整 个 地 热 田4 0 等温线 以沙 5井和汤 5井为边界进行圈定， 面积 约 1 l k m ， 占地热 田总面积 的 1 1 8 。 地温场的平面分布与构造有密切关系， 高温区 内都有导热性断裂发育 ， 西北高温区内发育 S N向 的后 牛 坊 一小 汤 山 断 裂 ， 该 断 裂 在 小 汤 山镇 东 与 N E向的阿苏卫 一小 汤 山断裂相交 ， 热水 被 N E向断 裂阻隔后上升 ， 形成小汤山温泉和西北高温 区。东 南高温区内有 N W 向的大柳树 一葫芦河断裂发育 ， 同 4 2 0页。 图 5 京北 地热 田热水 c 年 龄等值线 图 F ig 5 T h e i s o l i n e s s h o wi n g c d a t a o f t h e r mal w a t e r i n th e N o r t h B e i j i n g G e o t h e r m al F i e l d 维普资讯 4 2 6 地震地质 2 8卷 图 6 京北热 田区 1 O 0 0 m深度地温等值线图 Fig 6 I s o l in e ma p a t t he de pt h o f 1 O 0 0m in t h e N o a h B e ij in g G e o t h e r ma l F i e l d 深度 地 层 地温梯度 地层温度 ， m 时代 ， h m， 1 I ： 3 I 5 6 7 8 2 0 3 0 4 0 Q -20 0- Q b x 】 -40 _ _ 6 00 J xt -8O O J x h -1 00 D -1 2 OD J x w 1 40 O 该断 裂是京 北地 热 田内一 条 重要 的导 热性 断裂 ， 图7 汤 3 3 井中温度和地温梯度随深度 其延伸方向与高温区长轴方向一致 ， 此高温区内 和地层变化 的热 水井距 大柳树 一葫 芦 河 断裂 越 近 ， 出水温 度 F i g 7 C h g e s 。 f th 。 t e m p e r a t u r e 越高 ， 出水量也越大， 说明大柳树 一葫芦河断裂具 a n d g e o t h e r m a l g r a d ie t i t h d e p t h a n d 有很好 的导热导水性。 g e o s t r o m e ( f r o m t h e d a t a ) 地温场等温线分布表现为北部相对密集 ， 南 部相对稀疏的特点 ， 说明由高温区向北 ， 地层温度迅速变低 ， 而向南地温变化缓慢， 这样 的特征 也说明地热 田北部是冷水补给区， 南部是热水扩散区。 顺后 1 井位于顺义叠断陷中， 1 0 0 0 m地温场等温线呈现为另外的独立区， 不属于京北地热 系统 。 3 2地 温场 垂 向特 征 地温垂向变化主要受热储层与隔热层组合特征的控制 ， 如图 7所示。一般热储层 中地温梯 度小 ， 隔热层 中地 温梯度 大 。 3个热储层的垂向地温梯度是 ， 寒武系增温率为 0 6 33 1 3 C h m， 平均为 1 8 3 C h m； 铁 岭组增温率 0 4 55 2 C h m， 平均 2 1 6 C h m； 雾迷 山组 增温率 0 3 92 5 8 C h m， 平均 为 1 2 9 h m 。 隔热层 ( 保温盖层 ) 平均地温梯度是 ， 第四系为 3 7 5 C h m， 侏罗系为 3 5 1 h m， 青 白口系 同 4 2 0页 。 维普资讯 3 期 吕金 波等 ： 京北地区热水水文地球化学特征 与地热系统 的成 因模式4 2 7 为 4 0 6 o C h m， 洪水庄组为 3 2 1 o C h m， 明显高于储热层。 4 地热系统的成 因模式 由上述分析可知， 京北地热田为 3条断裂控制 的叠断隆构造 区， 其 中东南与西南边界为具 有较强导水性能的深大断裂。其西北边界为具有阻水性能的断裂 。 京北地热田内发育 2类地层 。一类是岩溶与裂隙较为发育的碳酸盐岩层 ， 即蓟县系雾迷山 组与铁岭组地层及寒武系一奥陶系碳酸盐岩地层 ， 为地下热水的赋存和活动提供了介质基础。 另一类是砂页岩层和火山碎屑岩层 ， 即青 白口系、 石炭系一二叠系与侏罗系， 它们具有隔水与保 温 的特征 ， 为热储层 的形 成提 供 了边 界条 件 。 热 田的地温 场 ， 表 现 出平 面上有 2处高 温 区 ， 且 与 热 田内的一条 S N向断裂 与一 条 N W 向断 裂分布一致 ， 说明热田内具有深部热的上涌带。 热水的水文地球化学特征表明， 其成因为大气降水渗入 。一方面热 田区内热水 由北 向南运 动 ， 另一方面水化学组分表现 出冷水与深源热水相混合 的特征。这些特征为京北地热系统成因 模式的建立提供 了重要依据。 根据地热 田的上述特征， 提出京北地热系统成因的如下模式 ， 如图 8所示 。 回 t 目 z日 s圆 曰 s 田 e团 团 s 。 图 8 京北地热 田的成 因模式示意图 F ig 8 T h e g e n e t i c m o d e l o f N o r t h B e i j i n g G e o t h e r ma l F i e l d 1 大气降水 ； 2区域隔水层 ；3岩溶水流 向； 4大地热流 ； 5热水流 向； 6温泉及编号 ； 7热水井及编号； 8冷水井及编号 ； 9断裂构造 在北部山区渗入地下的大气降水， 沿着蓟县 系碳酸盐岩岩溶含水层 向 s流动 ； 流至京北地 热 田的北部 边界 阿苏卫 一小汤 山断裂 时 ， 由于该 断裂 的阻 水性 及 导 热性 ， 一 部 分水 受 热 沿 断裂上升 ， 在大汤山与小汤山一带生成一系列低温温泉， 另一部分沿断裂下渗后流入热田区 ， 在 地温梯 度 的作用 下 ， 特 别是受 到后 牛坊 一小汤 山断裂 和 阿苏卫 一小汤 山断 裂交汇 部 的破碎 带 与 大柳 树 一 葫 芦河 断裂 带等处 的深 部热源 作用 ， 地 下 水进 一 步 被加 热 ， 生 成 中高 温热 水 。 由于 黄 维普资讯 4 2 8 地震地质 2 8卷 庄 一高丽营断裂与南 口 一 孙河断裂等张性断裂的导水性 ， 这些中高温热水进行垂向运动 ， 沿着 断裂上涌， 遇到空隙性与渗透性较强的寒武系一奥陶系灰岩岩溶发育层与蓟县系雾迷 山组、 铁 岭组碳酸盐岩岩溶发育层时， 热水发生水平扩散 ， 形成了 3个热储层。在 3个热储层 中， 地下热 水总体上均 由北向南流， 由于流途中水 一岩相互作用， 热水 的矿化度逐渐变高， 水化学类型由 HC O ， 一 N a C a型过 渡到 H C O ， S O 一 N a C a型 ， 水 的年 龄逐渐 变大 ， 水文 地球 化学 特征 表 现 出很 好 的空 间演化规 律 。 本研究过程中， 得到张培仁研究员、 王广才教授和李文鹏教授的指导和协助 ， 在此致 以谢 意。 参 考 文 献 高文学 ， 马瑾主编 1 9 9 3 首都圈地震地质环境与地震灾害 M 北京 ： 地震 出版社 3 l 一5 1 G A O We n - x u e ， MA J i n ( e d s ) 1 9 9 3 S e is m o - g e o l o g i ca l B a ck g r o u n d a n d E a u h q u a k e H a z a r d i n B e i j in g A r e a M S e is - m o l o gi cal P r e s s ， B e r i n g 3 l _5 l ( in C h in e s e ) 黎兴国 1 9 9 0 地 下水 中“c 同位素 研究 A 见 ： 仇 士华等 编 中 国 c 年代学研 究北京 ： 科 学出版 社 2 2 3 23 5 L I X in g - g u o 1 9 9 0 R a d io ca r b o n is o t o p e r e s e a r ch o n u n d e r g r o u n d w a t e r A I n ： Q I U S h i - h u a e t a 1 ( e d s ) R a d io ca r - b o n d a t i n g r e s e a r ch in C h i n a S cie n ce P r e s s ，B e i j i n g ( i n C h i n e s e ) 潘小平 2 0 0 0 地热温标在北京小汤 山地热 田的应用 A 见 ： 中国矿业联合会 地热开发 管理专业 委员会编 2 l 世纪中国地热可持续发展论文集 1 l l l l 6 P A N X i a o - p i n g 2 0 0 0 T h e a p p l i ca t io n s o f g e o t h e r m al s cale o f the rmo m e t e r in X ia o t a n g s h a n g e o the rmal f i e l d ，B e i j i n g A I n ： C o mm i t t e e o n G e o t h e rma l E x p l o i t a t i o n Ma n a g e m e n t o f C h in e s e M in in g I n d u s t r y U n i o n ( e d ) T h e s is o f S u s t a i n a b l e D e v e l o p m e n t of C h i n e s e G e o the rmal in 2 1 s t C e n t u r y 1 l l l l 6 ( i n C h i n e s e ) 卫克勤， 林瑞芬 1 9 9 1 氚在年代学研究中的应用 A 见： 陈文寄等主编 年轻地质体系的年代测定 北京： 地震 出版社 1 7 4 一l 8 6 WE I K e - q i n ， L I N R u i- f e n 1 9 9 1 A p p l i ca t io n o f t r i t iu m o n ch r o n o l o g y r e s e a r ch A I n ： C H E N We n i e t a 1 ( e d s ) C h r o n o l o g ica l D a t i n g o n Y o u n g G e o l o g i ca l S y s t e mS e is m o l o gi cal P r e s s ，B e i j i n g 1 7 4 一 l 8 6 ( i n C h in e s e ) 增瑞祥 ， 王治 ， 张进平 ， 等 2 0 0 2 北京小汤山地热 田水位与开采量变化关系研究 A 见 ： 刘久荣 等主编 ： 北京地 热国际研讨会论文集 北京 ： 地质出版社 2 2 8 -2 3 2 Z ENG R u i- x ia n g 。W ANG Z h i，Z HANG J in - p in g ，e t a 1 2 0 0 2 A s t u d y o n r e l a t io n b e twee n w a t e r l e v e l o f g e o the rm al f i e l d a n d q u a n t i t y o f e x p l o i t a t i o n in X i a o ta n g s h an g e o the rmal f i e l d ， B e i j in g A I n L I U J i u - ron g e t a 1 ( e d s ) P roce e d i n g s of 2 0 0 2 B e i j in g I n t e r n a t i o n al G e o the rmal S y m p o s iu m G e o l o gi cal P u b l is h in g H o u s e B e i j i n g 2 2 8 2 3 2 ( in C h i n e s e ) Mu n n i ch K O 1 9 5 7 H e i d e l b e r g n a t u r a l r a d i o ca r b o n m e a s u r e me n t s J S ci e n ce ， 1 2 6 ： l 9 4 一l 9 9 R e e d M S ( e d ) 1 9 8 3 A s s e s s m e n t o f l o w t e mp e r a t u r e g e o the rmal r e s o u r ce s of the U n it e d S t a t e s 1 9 8 2 R U S Ge o l o g ica l S u r v e y Cir cu l a r 8 92 维普资讯 3 期 吕金波等 ： 京北地区热水水文地 球化 学特 征与地热 系统 的成 因模式4 2 9 HYDRoGEoCHEM I CAL CHARACTERI S TI CS oF THERM AL W ATER AND GENETI C M oDEL oF GEoTHERM AL S YS TEM I N NoRTH BEUI NG L O J in b o ， C HE Yo n g t a i WANG J i min g ) L I U Zh e n f e n g L I U Ch e n g 1 o n g 2 ) Z HENG Gui s e n ) 1 ) B e i j i n g G e o l o g i ca l S u r v e y ，Be q in g 1 0 2 2 0 6，C h i n a 2 ) I n s t it u t e o f Geo lo g y ，C h ina E a r t h q u a k e A d m i n i s t r a t i o n ， B e n g 1 0 0 0 2 9 ， C h i n a Abs t r a ct T h e N o rt h B e r in g G e o t h e r m a l F ie l d in cl u d e s X ia o t a n g s h a n a n d S h a h e s u b - g e o t h e rm al fie l d s ，d i s - t r ib u t in g a s a t ri a n g l e in p l a nI t b o r d e r s Hu a n g z h u a n g Ga o l iy in g F a u l t o n t h e s o u the a s t ，Na n k o u - S u n h e Fa u l t o n the s o u thwe s t ，a n d As u we i- Xi a o t a n g s h a n Fa u l t o n the n o r t hT h e the rm al r e s e r v o irs a re the fis - S U re a q u i f e rs o f ca r b o n a t e k a r s t s a mo n g Wu mi s h a n F o rm a t io n a n d T ie l in g F o rm a t io n o f J i x i a n S y s t e m， a n d C a mb ri an - Ordo v ician S y s t e mTh e co v e r r o ck s o f t h e rm al res e rvo ir a r e imp e rm e a b l e s t r a t a o f s a n d - s t o n e and s h ale o f Q i n g b m k o u s y s t e m， s a n d s t o n e a n d s h ale o f C ar b o n i f e rou s - P e r m ia n a n d v o l ca n ic r o ck s o f J u r a s s icI t s p l a n e ch a r a ct e ri s t ic o f g e o - t e mp e r a t u re is mark e d b y t wo h y p e r t h e rm al a l “e a 8 in Xia o t a n - g s h a n a n d Ta n g l 1 Th e v e r t ical ch ara ct e ri s t ic is s uch t ha t t h e t e mpe r a t u r e in crea s e s with d e p t h a t the r a t e b e in g l o we r in t h e the rm al res e rvo ir s a n d h ig h e r in t h e co v e r rocks Th e co mp o s it i o n s o f 8 D- 8 i n r a i n wa t e r ，g r o u n d wa t e r an d g e o t h e rm al wa t e r a r e almo s t o n t h e C r a ig At mo s p h e r e Precip it a t i o n L in e i n the a r e a Th e d ia g r am s h o ws tha t the n a t u r al r a in f a l l iS the g e o the rm al wa t e r s o u r ce I n h y dr o ch e mical d ia g r am o f g e o t h e rm al w a t e r i n B e i j in g a r e a ，t h e g e o t h e rm al w a t e r i