阳原县三马坊地热田地质条件分析

樊延恩　李杨　刘林杰　卢会婷

摘要：对三马坊地热田范围、地层岩性特征等情况进行分析，结合区域地质背景特征，利用地球物理勘探资料，对三马坊地热田地热地质条件进行分析，结果表明，三马坊地热田属于古潜山断层破碎带导水型地热田。

关键词：三马坊地热田；地球物理勘探；断层破碎带

引言

地热资源是一种十分宝贵的洁净的综合性矿产资源，河北省阳原县三马坊地热田开采利用历史悠久，远在北魏时期即兴建“北魏行宫”，历朝浴者对此赞不绝口。然而自二十世纪八十年代末以来，由于对三马坊地热田地热地质条件缺乏研究，加之成井工艺不合理等因素，造成多处地热井报废。既浪费了地热资源，又破坏了地质环境。因此，对三马坊地热田地质条件进行分析显得十分必要。

1. 地热田概况

1.1 地热田范围及其特征

三马坊地热田位于桑干河西北岸，沿桑干河方向呈北东走向近椭圆形展布，其范围为：西起西窑头村东，东到大渡口村西，北西方向越澡洗塘村，南东方向跨大湾台村，北东—南西方向长约3.20km，北西—南东方向宽约1.35km，总面积约3.40km2（图1三马坊地热田分布图）。地热田内现有地热自流井11眼，其中，6眼为完好井，另外5眼因井管破裂、卡钻、塌孔等原因而报废。其水温在25℃～41℃之间，温度较高区主要集中在地热田中部的澡洗溏村一带。根据《地热资源勘查规范》（GB/T 11615—2010），三马坊地热田属于“低温地热资源”中的“温水”。

1.2 地热田地层岩性特征

区内地热井成井深度在151m～170m之间，靠近地热田边缘地带可达290m。一般因钻孔涌水量太大，钻进困难而终孔。钻孔所揭露的地层岩性特征概述如下：

0m～6.5m：褐黄色粉质粘土。6.5m～47.7m：灰黄色灰绿色砂卵砾石、泥砾石，间夹粉土。47.7m～149.5m：灰绿色、灰黑色、棕灰色粉质粘土与淤泥质粉质粘土互层。149.5m～154.5m：浅灰色断层角砾岩，上部含泥质，角砾大小一般25mm～60mm，大者达95mm，成分以燧石角砾岩、燧石条带白云岩为主夹石英岩。

2. 区域地质背景

三马坊地热田大地构造位置处于中朝准地台（Ⅰ级）、山西断隆（Ⅱ级）、五台台拱（Ⅲ级）、天镇台穹（Ⅳ级）的东部边缘。三马坊地热田地表被第四系地层覆盖，但区域内分布地层较多，地层产状平缓，断裂构造发育，岩浆侵入活动微弱。

2.1 区域地层

区域内与三马坊地热田的形成关系最为密切的地层主要有以下几种。

（1）太古界集宁岩群：分布在地热田外的北部山区，岩性为辉石斜长麻粒岩、紫麻岩、大理岩等变质岩。

（2）中元古界长城系高于庄组、大红峪組：分布在地热田外的东部、南部和西部山区，高于庄组主要岩性为厚—巨厚层燧石条带白云岩、含泥砂白云岩，大红峪组主要岩性为石英砂岩、长石石英砂岩夹页岩。

（3）中元古界蓟县系铁岭组、雾迷山组：主要分布在地热田外的东部山区，主要岩性为白云岩、白云质灰岩、叠层白云岩、藻团白云岩、燧石条带白云岩及鲕粒硅质灰岩。

（4）古生界寒武系张夏组、崮山组、昌平组及炒米店组：主要分布在地热田外的南部及南西部山区，主要岩性为鲕状灰岩、竹叶状灰岩、豹皮灰岩及砾屑灰岩。

（5）新生界第四系更新统泥河湾组黄绿、灰白色、黄褐色粉砂、粉砂质粘土，主要分布在地热田南部；赤城组红黄色含钙质结核或砾石粉砂质粘土主要分布在地热田东部；马兰组黄土、次生黄土在全区均有分布；全新统冲积、洪积地层主要沿桑干河分布。

2.2 区域地质构造

三马坊地热田位于阳原盆地内，处于松枝口—马市口大断裂（F5）和阳原南山—旧站堡断裂（F28）两断裂交汇处的南西侧（图2三马坊地热田主要地质构造分布图）。

图2 三马坊地热田主要地质构造分布图

松枝口—马市口大断裂（F5）呈北西—南东向展布，形成于中—晚元古代；区域上该断层长约110km，断距大于900m；区内化稍营以北通过太古界变质岩区向东陡倾，以南被第四系覆盖，以线状壶流河显示。阳原南山—旧站堡断裂（F28）在阳原盆地被称为桑干河断裂，呈北东东—南西西向展布，形成于中侏罗世；受其影响，区内北盘相对下降，形成洪积扇裙，南盘相对抬升，二者以桑干河为界呈陡坎接触，断距约700m～800m，高差近百米。

3. 地质条件分析

区域地层资料反映了该区的地层层序，即沿桑干河河谷一带广泛发育一套第四系下更新统泥河湾组的河湖相沉积地层，其下部则为元古界长城系白云岩和太古界变质岩系。

3.1 地球物理特征

采用可控源音频大地电磁测深地球物理勘探方法（简称CSAMT法）研究三马坊地热田的地球物理特征（图1物探工作布置图）。根据CSAMT勘查所取得的三马坊地热田的地球物理特征，对三马坊地热田做如下推断。

3.1.1 地层划分推断

除浅部地层外，三马坊地热田视电阻率等值线分布较均匀，低阻层连续性较好，呈现一定的规律性，共显示出四个大的电性层。

第一层：20<ρa<100Ω·m，其厚度为0m～100m左右，推测为第四系晚更新世以来（Q3～Q4）地层。

第二层：ρa<20Ω·m，其厚度为100m～500m左右，推测为泥河湾组（Q1）地层。

第三层：ρa=30Ω·m～70Ω·m，其厚度为50m～500m左右，推测为长城系地层的反映。

第四层：ρa大于100Ω·m，推测为太古界变质岩的反映。

经过CSAMT测量取得的推断成果与区域地层结构相吻合，在各测线反演视电阻率断面图中显示出上部连续的低阻层，反映为泥河湾组的泥质盖层，下部高阻区则为基岩层。二者电性层界面清楚。

区内基岩顶面埋深等值线图中显示了一个呈北东向分布的基岩隆起，它的形成可能与断陷盆地基底中部分断块差异沉降有关。该隆起顶面埋深自地表以下-140m～-250m，东西长约5km，南北宽1.0km～2.5km，平面为似纺锤状（图3基岩顶面埋深等值线及断裂解释推断图）。

3.1.2 断裂构造推断

在地热田内共推断主要断裂构造三处，分别是F1、F2、F3（见图3），次级断裂13处（未编号）。

F1断裂：为松枝口—马市口大断裂的区内部分，断裂走向北西320°，倾向北东，倾角80°左右，该断裂在100线电阻率断面图中反映清楚，由陡立的视电阻率曲线变化构成低阻带。低阻梯度带反映构造破碎带的存在。

F2断裂：为桑干河断裂区内部分，断裂走向北东，总体倾向南东，倾向变化较大，倾角75°～80°，该断裂由测线100线～700线控制。西段南倾，东段转为北倾。

F3断裂：位于测区中部，在100线视电阻率断面图中由较宽阔的低阻梯度带构成，显示出该断裂具一定规模，构造带较宽，是区内北西向平行于F1大断裂的主要构造。

次级断裂：主要由北东向和北西向较小基岩断裂组成，一般发育于基岩隆起的边部，它们的活动影响着上部盖层沉积，在视电阻率断面图中均显示陡立的低阻曲线向下延伸的特征，在断层两侧则显示出高阻层的不连接和位移。

3.2 地热田热储特征及埋藏条件

根据钻孔揭露的地层岩性、区域地质背景及物探资料推断，区内储热层主要为元古界长城系热储，且长城系热储在区内均有分布。地下热水主要赋存于元古界长城系白云岩及断层破碎带中。

在地热田内，热储顶板埋深在100m～360m之间，且以埋深100m～200m的地层为主，由地热田中部向外辐射，分布于地热田的大部分地区，面积约占整个地热田的80%；埋藏较浅处在东窑头村北西方向、地热田中心偏南地段，局部埋藏深度可能小于100m；埋藏较深处位于地热田南端，埋深可达360m左右。

在地热田中部，热储底板埋深较浅，埋深在400m以内的热储面积约占整个地热田的60%。在地熱田南端，热储底板埋深最深，埋深大于700m。在地热田内，热储层厚度一般在100m～300m之间，广泛分布于地热田中部区域，面积约占整个地热田的70%。

地热田下伏地层埋藏条件：沿地热田分布的北东方向埋藏一个古潜山，其基岩隆起位置位于地热田中心偏南地段，位于东窑头村北西约300m，澡洗塘村南约580m，与第四系覆盖层接触的基岩为中元古界长城系燧石条带白云岩，基岩隆起部位第四系覆盖层厚度较薄，约150m左右，其周围基岩埋深增大，第四系覆盖层厚度随之增厚，厚约200m～300m。

4. 结论

通过上述分析推断，三马坊地热田属于古潜山断层破碎带导水型地热田。其热储为元古界长城系燧石条带白云岩及断层破碎带。在地热田的东部和南部分别为松枝口—马市口断裂和桑干河断裂，二者直接控制着地热田的形成。地热田下伏为古潜山，其岩性为长城系高于庄组燧石条带白云岩，其上断裂发育，岩石破碎，构成了良好的热水上升通道。

地热田的盖层为第四纪地层，且以下更新统泥河湾组湖积粉质粘土夹淤泥质粉质粘土为主，其结构致密，连续性强，厚度一般150m～200m，构成了良好的天然盖层。

据氢、氧同位素测试及水化学分析资料，地下热水来源于大气降水。周围山区裸露基岩接受大气降水和地表水的补给，然后地下水沿构造破碎带经深循环向地热田运移，侧向补给储热层。在两大断裂的控制下，于三马坊澡洗塘一带汇聚成地热田；一旦钻孔揭穿第四系盖层，在补给区与排泄区标高差所产生的静水压力作用下，地下热水便会喷涌而出，形成地热自流井。

参考文献：

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