京西隆起北京大学医学部地区地热地质条件

京西隆起北京大学医学部地区地热地质条件
赵连海;柯柏林;邢罡;林海亮;付昌鸿
【摘要】北京大学医学部位于京西隆起地区,处于八宝山断裂和黄庄-高丽营断裂之间,断裂构造较为复杂,加之周边地热井距离较远,在该区进行地热资源勘查有一定的风险.北京大学医学部地热勘查的成功,对于评价本区的热储盖层、热储层、地热增温率和热储构造等地热地质条件起到了积极作用.查明了该区涌水量一般大于1000m3/d、出水温度大于50℃、水化学类型为重碳酸钙镁型、热矿水类型为氟型淡温泉水;该区热储盖层地热增温率不是十分理想,但厚度较大也能起到保温作用,出水温度较为理想,但成井深度偏大.同时在研究区发现了一条F1断裂,分析认为是黄庄-高丽营断裂的次级断裂,其与主断裂基本同时形成,逐级下掉,共同组成了构造分区断裂.
【期刊名称】《城市地质》
【年(卷),期】2018(013)002
【总页数】4页(P42-45)
【关键词】地热资源;热储构造;地热地质;京西隆起
【作者】赵连海;柯柏林;邢罡;林海亮;付昌鸿
【作者单位】北京市地热研究院,北京 102218;北京市地热研究院,北京 102218;北京市地热研究院,北京 102218;北京市地热研究院,北京 102218;北京市地热研究院,北京 102218
【正文语种】中文
【中图分类】P314
0 前言
京西隆起地区因处于基岩饮用水的补给区，一般认为地热增温率低，难以形成较高温度的热水，有一定的勘查风险。

随着这一地区地热资源勘查钻井的深入，逐步揭示了该区部分地区的地热地质特征。

北京大学医学部距离黄庄-高丽营断裂较近，位于其西侧。

由于周边地热井距离较远，该区地热地质条件的研究有待加强。

本次勘查成功，丰富了该区的地热地质和基础地质资料，为该区开发利用地热资源积累了重要数据。

1 区域地热地质背景
研究区位于燕山台褶带（Ⅰ）西山迭坳褶（Ⅲ）门头沟迭陷褶（Ⅳ）的东部边缘，属京西隆起构造单元。

该区有两条重要的断裂，即黄庄-高丽营断裂和八宝山断裂。

1.1 地层
勘查区为平原区，处于八宝山断裂和黄庄-高丽营断裂之间，垂向地层组合为：第
四系、侏罗系、石炭－二叠系及蓟县系。

在八宝山断裂西侧，垂向地层组合为：第四系、侏罗系、石炭－二叠系、奥陶系、寒武系、青白口系及蓟县系，层系较为齐全。

在黄庄-高丽营断裂东侧，垂向地层组合为：第四系、新近系和古近系、白垩系、侏罗系、石炭－二叠系、奥陶系。

值得说明的是，本区侏罗系岩性是以白云岩为主的地层，称为洼里砾岩（Wa），在地质图上单列出来，没有划分时代。

柯柏林（2005）将其定性为山麓快速堆积的产物，划归侏罗系髫髻山组下部。

该层在
八宝山断裂和黄庄-高丽营断裂之间浅埋于第四系松散层之下，在八宝山断裂西侧
没发现其踪迹，在黄庄-高丽营断裂东侧则埋藏于侏罗系髫髻山组火山岩之下。

目
前的研究结果表明，如第四系下伏该砾岩，则可以认为其处于八宝山断裂和黄庄-
高丽断裂之间。

1.2 构造
黄庄-高丽营断裂是北京地区非常重要的一条断裂。

该断裂自勘查区东南侧穿过，
走向北东、倾向南东，倾角可达70°～80°，切割深度大，断开新生界之前的地层；最大断距可达1000m以上，是较好的导热导水通道。

它控制了新生界新近系和古近系的沉积范围，传统上认为在其西侧没有新近系和古近系沉积。

八宝山断裂是工区附近另一条重要断裂，位于黄庄-高丽营断裂西侧。

有关资料显示，其南段蓟县系上覆于石炭—二叠系之上，具有明显的逆掩特征，因此传统上
认为是一条逆掩断裂。

2 地热地质条件
2.1 热储构造条件
（1）地层
通过本次勘查工作，取得了两眼地热井的地层资料，现描述如下：
第四系（Q）：岩性为粘性土、砂砾石、卵石，视厚度85～178m。

与下伏新近系或侏罗系不整合接触。

新近系（N）：岩性为青灰色含砾泥岩，只在F1断裂东侧的京海2（灌）井揭露，底界埋深313m，视厚度135m。

与下伏侏罗系不整合接触。

侏罗系髫髻山组（Jt）：上部岩性主要为白云岩、岩屑砂岩、石英砂岩，除没有发现安山岩成分外，具有比较典型的砾岩特征。

下部页岩含量逐渐增加，由白云岩夹页岩逐步过渡到以页岩为主夹白云岩，在岩矿鉴定中还出现了长石杂砂岩。

考虑到长石杂砂岩也是搬运距离较近的沉积作用形成的，暂时将下部这套地层与上部白云岩砾岩合并，划归侏罗系髫髻山组。

该套地层与典型的侏罗系火山岩沉积是有区别的。

底界埋深2285～2466m，视厚度1972～2381m。

与下伏石炭—二叠系不整合接触。

石炭－二叠系（C－P）：上部岩性主要为白色浅灰绿色石英砂岩，夹灰色灰紫色
粉砂岩；下部岩性主要为黑色碳质页岩、碳质岩、灰色砂岩、板岩、红柱石角岩。

底界埋深2556～2740m，视厚度90～455m。

与下伏蓟县系雾迷山组为断层接触关系，其底界面就是八宝山断裂。

蓟县系雾迷山组（Jxw）：主要岩性为白色大理岩化白云岩夹灰色白云岩。

钻探揭露深度3358～3400m，视厚度618.66～844.88m，京海2（灌）井在3092～3118m穿插深灰色闪长玢岩。

两井该套地层均有明显的大理岩化变质现象，表明
曾经受到热的影响，局部穿插闪长玢岩。

依据两眼地热井和研究区已经完成的地热井地层资料，做出研究区的D—D′连井
地质剖面图（图1）。

由于该区处于平原区，高程在48m左右，变化较小（小于
5m）。

因此做剖面时未考虑地形影响，以自然地坪为0。

图1 D—D′连井地质剖面图Fig.1 D-D′geological cross section
（2）断裂
八宝山断裂：在本区逆掩推覆特征不明显。

京热188井缺失了奥陶系和寒武系、
青白口系部分地层，而京海1井则缺失了从奥陶系至青白口系的全部地层（图1），地层缺失较多，显示为正断层特征。

这可能是该断裂形成以后，在黄庄-高丽营断
裂活动时期又发生了正性下掉，逆掩推覆特征被掩盖造成的。

黄庄-高丽营断裂：从地层资料分析，没有发现白垩系，推断本次勘查没有钻遇该
断裂的主断裂。

F1断裂：本次勘查结果显示，在勘查区两眼地热井之间还存在一条断裂，该断裂
位于黄庄-高丽营断裂西侧，倾向南东，是南东盘下降的正断层，应该是黄庄-高丽营断裂的次级断裂，命名为F1断裂。

理由如下：①勘查区两眼地热井井距离约500m，新生界厚度相差228m，发生了突变，而且位于东侧的京海2（灌）井还
有新近系沉积。

按地层沉积规律推断，应该有一条倾向南东的断裂，其南东盘在下降过程中沉积了新近系。

②由于钻穿该断裂的地热井垂向地层组合与黄庄-高丽营
断裂东侧揭露地层明显不同，且新近系厚度较薄，位置也与物探资料推断的黄庄-
高丽营断裂有较大差异，不应该是黄庄-高丽营断裂的主断裂。

③按其东侧有新近
系沉积且厚度不大推断，该断裂与黄庄-高丽营断裂是有关系的，应该是在黄庄-高丽营主断裂活动后期才开始活动，且断距较小。

因此定义为次级断裂，这也与黄庄-高丽营断裂为多期次活动的认识是一致的。

依据以上论述，我们修编了研究区的基岩地质构造图（图2），用以说明对研究区在地质方面的新认识。

图2 基岩地质构造图Fig.2 geological and structural map of bed rocks
2.2 热储与盖层条件
（1）地热增温率
2眼地热井均进行了物探测井，见表1。

从表1可以看出，该区好的热储盖层为第四系和石炭—二叠系，地热增温率在1.83℃/100m～2.86℃/100m，侏罗系下部地层由于页岩含量高，地热增温率达到1.61℃/100m～1.82℃/100m，也有一定
的隔热保温作用。

而侏罗系上部由于岩性为富含地下水的白云岩，增温率为
0.81℃/100m～1.08℃/100m，隔热保温效果较弱。

从区域上看，昆明湖-海淀背斜东端仰起，有利于热能的汇集，在相同深度向东温
度逐渐升高；越过八宝山断裂，受白云岩砾岩富水的影响，地层温度迅速降低；越过黄庄-高丽营断裂，由于盖层条件较好，地层温度又快速升高（柯柏林，2009）。

本区井底温度63℃左右，在这个模型中处于温度较低部位。

表1 京海1、京海2（灌）井井温数据表Tab.1 the well temperature data
table of JH1 and JH2注：增温率单位为（℃/100m）；恒温层深度30m，温度13.5℃深度/m 温度/℃ 地热增温率/(℃/100m)京海1京海2京海1京海2京海1京海2新生界(Q+N) 85 313 13.20 18.67 - 1.83侏罗系（J） 1600 1600 30.39 29.03 1.08 0.81 2466 2285 46.11 40.09 1.82 1.61石炭—二叠系（C-P）2556
2740 48.68 51.57 2.86 2.52蓟县系（Jxw） 3400 3358 63.00 62.87 1.70 1.83 （2）出水温度和出水量
由表1可以看出，该区2眼地热井的出水量1229.82～1889.83m3/d，出水量较大。

出水温度51℃～52℃，能满足一定的能源需求，有较好的利用价值。

2.3 地下热水特征
京海1和京海2（灌）井水质分析结果显示，矿化度426～456mg/L，为淡水；pH值7.37～7.90，总硬度210～16mg/L，钙镁离子含量4.2～4.32mmol/L，属于弱碱性、微硬水。

氟含量为5.86～6.05mg/L，可命名为氟型淡温泉水。

该区地热水的水化学类型普遍为重碳酸钙镁型水，矿化度较低。

反映地下热水循环速度较快，径流途径不长，淋滤溶解作用较弱。

3 结论
综上所述，该区具有较好的地热地质条件，新生界和石炭—二叠系是较好的热储盖层，侏罗系下部页岩发育段也能起到一定的隔热保温作用，出水温度一般大于50℃。

蓟县系热储层埋深适中，富水性较好，出水量大于1000m3/d；出水温度和出水量均较为理想，有较好的利用前景，可以作为小范围供暖的热源，也可用于洗浴，以减少碳排放，保护环境。

通过本次地热勘查，基本查明了本区的垂向地层结构、热储盖层、热储层、地热增温率、热储构造、出水温度和出水量等地热地质条件，同时确认了在其主断裂西侧还存在一条次级断裂，丰富了本区的基础地质资料和地热地质资料。

在取得一定成果的同时也应看到，该区侏罗系髫髻山组岩性较为复杂，本次勘查岩矿鉴定为灰绿色灰色页岩和长石杂砂岩，其间还穿插有白云岩，和北京地区已经明确划分的各时代地层均有差异。

将其划归髫髻山组，扩展了复成分砾岩的范围。

这样划分正确与否需要在以后的工作来验证。

另外，虽然查明了F1断裂的性质和倾向，但因为工作量的限制，其在平面上的展布特征有待加强。

需在以后的工作中加强对该断裂的研究，确定准确的展布方向和延伸范围，明确其在构造演化过程中的作用。

参考文献
【相关文献】
北京市地质矿产局，1991. 北京市区域地质志[M]. 北京：地质出版社.
北京市华清地热开发有限责任公司，2013. 北京市海淀区北京大学医学部地区地热资源勘查钻井前期论证报告[R].
北京市华清地热开发有限责任公司，2017. 北京市海淀区北京大学医学部地区地热资源勘查报告（京海1、京海2（灌）[R].
柯柏林，2005. 北京“洼里砾岩”地质特征及时代讨论[J]. 北京地质，(3)：11-15，28.
柯柏林，2009. 北京城区地热田西北部地热地质特征[J]. 现代地质，23(1)：49-56.。