小汤山地区地下热水运移规律研究

小汤山地区地下热水运移规律研究

0地下热水与地下断裂的交叉构造根据多年来北京活动断裂结果[1.8]，在北京及其周边地区及附近发现了五起新地表或近地表活动的地质证据和标志（图1）。小汤山地区位于黄庄—高丽营断裂(北段),南口—孙河断裂(北段)两条活动较为强烈的断裂交叉部位,同时也是地热开发研究程度较高地区。因为就同一条断裂而言,在地下热水参与断裂活动的地段不易形成地震,地下热水未参与断裂活动的地段发生地震的可能性大。利用2009、2011两年的中国地震台网中心数字地震观测资料,分析该区域的ML0.8-3地震震中分布,结合小汤山地区地温场特征,研究断裂构造活动过程对地下热水运移的影响,分析地下热水在断裂构造部位的运移规律。1主要活动的中断和活动1.1黄庄—高丽营断裂以下简称“se黄庄—高丽营断裂是北京地区一条主要的隐伏断裂,北起怀柔庙城一带,向西南经北七家、衙门口、芦井、晓幼营,至房山南,总体走向NNE-NE,倾向SE,倾角55°~75°,全长约100km。黄庄—高丽营断裂发育于早白垩世初,明显控制了下白垩统的分布。在新生代它是控制北京坳陷西界的主控断裂。黄庄—高丽营断裂(北段),怀柔—北七家段为全新世活动。北京地震地质会战期间实施的浅层人工地震探测表明,高丽营附近断裂两侧第四系落差达140~280m,由此计算得到断裂北段第四系平均垂直滑动速率0.11~0.17mm/a。1.2w、国内及废缘断裂带南口—孙河断裂是北京平原北部一条重要的隐伏断裂,断裂西端起自南口,往东南经七间房、百泉庄、东三旗,至孙河镇东北,总体走向北55°西,长约58km,由一系列NWW向次级断裂呈右阶斜列组成。第四系厚度变化表明,该断裂有可能延伸到通县西北一带。断裂西北段(东三旗以西,长约26km)为倾向SW的正断裂,倾角70°左右,控制马池口凹陷的发育;东南段(东三旗以东,长约32km)倾向NE,控制断裂东北侧顺义凹陷的南界。从断裂控制的第四纪凹陷与地貌组合关系及西北段与东南段倾向相反等特征分析,该断裂除具有强烈的倾滑活动外,还具有较明显的左旋平移活动。大地测量资料也证实了该断裂的这一活动特征。江娃利等(2001)在昌平旧县曾开挖过探槽,发现南口—孙河断裂全新世期间有过3次古地震事件,最新1次古地震时间为距今3987~3670年之间。张世民等(2007)根据钻孔联合剖面分析,南口-孙河断裂(北段)60kaBP以来表现为多期活动,累计垂直位错量约为27.5m。断裂带3个活跃期是60~47kaBP、36~28kaBP与16kaBP以来,其余时段为相对平静期。断裂带的平均垂直位错速率,距今60~37ka之间约为0.35mm/a,37~32ka之间为0mm/a,32~12ka之间为0.78mm/a,12ka以来为0.35mm/a。2小汤山地热田热储层精细结构及断裂发育小汤山地热田在构造上处于NW向的南口—孙河断裂与NE向的黄庄—高丽营断裂交汇以北的三角地带。这两条断裂构造形成了小汤山地热田西南和东南边界,其西南与沙河地热田相邻,东南与后沙峪地热田相邻。除此之外,热田内还发育有多条小规模的断裂,这些断裂均形成于燕山期,时代新、活动性较强。经过多年的地热地质工作,证明了活动性深大断裂将地下深部的热传递到浅部,构成了小汤山地热田明显的地热异常[10,11,12,13,14,16]。小汤山地热田属沉积盆地传导型地热系统,其热储由赋水性强的地层所构成,属层状热储。根据组成热储的各地层的时代、岩性特征、流体赋存类型等特征,确定研究区是海相碳酸盐沉积为主的基岩岩溶裂隙型热储,基岩热储在垂向上有3个热储层叠置分布:上部寒武系热储层、中部蓟县系铁岭组热储层和下部蓟县系雾迷山组热储层,3个热储层间的水力联系是通过地质构造关系建立起来的。小汤山地热田受区域地质构造的影响,断裂发育,为深部热源向浅部运移提供了通道,是地热田形成的重要条件之一。经地球物理勘探及地热钻井资料证实,热田内发育的主要断裂有:阿苏卫—小汤山镇断裂、后牛坊—小汤山镇断裂、大柳树—葫芦河断裂、常兴庄—后蔺沟断裂、电信疗养院—后蔺沟断裂、于家坟断裂、尚信断裂和葫芦河北断裂;热田边界为南口—孙河断裂和黄庄—高丽营断裂。3数字地震观测和地温场3.1ml0.83地震维度的地震分布研究区为40.05º~40.26ºN,116.1º~116.61ºE的范围,图2为研究区ML0.8~3的累计地震频次图,从图2可以看到,2007-2012年地震频次累计曲线的斜率变化不大,可以认为研究区内地震活动这5年变化不大。利用2009、2011两年的中国地震台网中心数字地震观测资料,分析该区域的ML0.8~3地震震中分布。经前人研究,地下热水对断裂有强烈的弱化作用,同一组断裂中,地下热水参与得愈强烈,水对断裂的弱化作用程度愈高,断裂的滑移幅度则愈大。同一条断裂的不同地段,由于所处流体地质条件的不同,各区段内可能产生地震会有明显的差异;在地下热水参与的断裂地段,由于断层两盘剪切应力显著下降,造成断层垂直落差幅度增加,同时不易形成地震,该段的剪切应力则向断层的地下热水未参与的地段转移,发生地震的可能性大。由ML0.8~3地震震中分布图(图3、图4)可以看到,研究区内南口—孙河断裂(北段)地震分布较多,黄庄—高丽营断裂(北段)次之;南口—孙河断裂(东沙各庄段以南)地震分布较少。3.2热-32井地层单位和区域内等温线分布小汤山地热田内有2个地温高值区,西北区在最高地温为55℃,东南区最高地温为60℃。西北区55℃等温线以小汤山镇为中心圈定,面积约0.85km2。东南区60℃等温线以汤热-7、汤热-11、汤热-22井的范围圈定,面积约3km2。地温场等温线分布表现为北部相对密集,南部相对稀疏,即由北部高温区向北,地层温度迅速减小,向东、南、西3个方向,地层温度减小缓慢,较好的反映整个地热田地温场的客观形态。通过近年来地热资源的开发,由地热井的测温资料和出水温度可以知道,南口—孙河断裂由近山前到作为小汤山地热田的西南边界,昌热-1井2500m为44.8℃,沙热-15井2800m为61.6℃,地温均较低;高温区始于郑各庄附近,沙热-17井2490m为71℃,沙热-21井2500m为73.8℃,向东南进入后沙峪地热田温度增高,最高为顺后热-1井3100m为90.9℃。4活动断裂地震根据多年来北京地区活动断裂研究成果,南口—孙河断裂(北段)是活动较为强烈断裂。由中国地震台网中心数字地震观测资料,2007-2012年研究区内地震活动这5年变化不大,结合地震震中分布和地温场特征可以看出,研究区内南口—孙河断裂(北段)地震分布较多,地温均较低,为地下热水参与较少地段;南口—孙河断裂(东沙各庄段以