张家口市地热资源与地震分布规律研究分析

李杨　黄树梅　林海苓

摘要：地热资源是一种洁净的绿色能源，在当今人们普遍关注全球气候变化和环境污染的形势下，无论对地热资源的科学研究还是开发利用，均受到国内外高度重视。河北省地热资源比较丰富，张家口地区是河北省重要地热资源分布区域，近些年当地政府正在大力提倡开采利用地热资源，例如涿鹿、怀来、赤城、蔚县、阳原等，对地热资源开采利用积极性非常高。但是，张家口地热资源形成机制研究程度较低，理论研究落后于生产实践，在一定程度上制约着对地热资源的勘查和开发利用。本项目通过研究张家口地热资源的分布规律和开发利用方式，进一步研究地热资源成因、形成机制和利用模式，为地热资源的进一步勘查、寻找新的地热资源、科学开发利用奠定基础，对张家口地热资源的可持续开发利用有着重要的理论和实际意义。

关键词：地热资源；地震分布

1.引言

河北省位于环太平洋地震带西部的中段，是我国构造地震的多发地区之一。研究区内M≥6.0级的地震震中主要聚集于三个地带：①环河北平原边缘的燕山及太行山山前地带；②燕山与太行山脉斜向接壤的蔚县一怀来一带；③平原区内部次级幔凸的周围。诚然，诱发构造地震尤其是强震的因素是多方面的，但从上述的空间制约关系表明：上地幔隆起区的边缘及不同方向深部构造的交会转折地带无疑是易于发震的重要背景因素。本区深部构造对以热泉为代表的温泉分布的制约也有一定的关系。张家口地震分布受断裂控制，地热田（异常区）大部分分布在活动断裂附近或断裂交汇部位，这些部位地震活动强烈，为地下热水活动提供条件，这说明地震活动强烈区域更容易孕育地下热水。

研究区位于张家口一渤海断裂带和山西断陷断裂带的交汇部位。同时这两个断裂带又是地震发育带。根据前人资料分析，这两个地震带上地热资源发育，北京延庆、天津、唐山等地热资源丰富，均位于张家口一渤海地震带上，山西天镇区域的地热资源分布于山西断陷地震带内。而研究区为这两个地震带的交汇部位，更具有更沟通深部热的有利条件。另外，磁县一河间一唐山地震带应该与华北平原盆地地热资源关系密切。

2.研究区地热资源与地震分布规律研究分析

地熱与地震都是地壳释放能量的过程。地热是以释放热的形式释放能量；地震是以弹性波的形式释放能量。从某种意义上讲，地震造就了有利于地下水深循环的条件，为温泉的形成和显现创造了地质和地貌条件，地震活动在地热的形成过程中起了一定的作用。反之地下热水的形成和运动过程中所引起的一系列物理、化学变化，对于地震的孕育和发动也给予比较大的影响。从热力学观点看，地震和地热都是热异常的表现，研究区内地震和地热在空间分布上有很大程度的一致性。研究区内地热和地震有着密切成生联系的表现比较明显，如下列所述。

2.1地震带、构造带与地热资源分布空间上对应较好

研究区地震分布受断裂控制，尤其是活动断裂以及断裂交叉部位，这些部位地壳活动强烈。地热田（异常区）大部分分布在活动断裂附近或断裂交汇部位，这些部位地震活动强烈，为地下热水活动提供条件，这说明地震活动强烈区域更容易孕育地下热水。如怀来、阳原、蔚县盆地内发生频率非常高。主要为弱震，尤其是小于2级的地震。震中深度主要集中在在5km～10km，赤城虽然发生的地震频次较少，但是其地震强度明显增强，主要集中在1.5～2.5之间，而且出现过大于5级的地震。这些区域内地热资源显示强烈，让我们想到地热资源的形成受地震分布的影响。

2.2地热水循环弱化围岩加剧地震发生，其周边中小地震频发

经过地质勘探和物探资料证实的后郝窑热田存在着NW、NE两组隐伏断层，这两组断层的走向、倾向及断层性质都与上述地震活动所揭示的两组断层基本一致。这两组断层不是处于“闭锁”状态，而断层落差非常之大，其中一断层的垂直断距可达250m以上，说明断层在活动。流体对介质强度的弱化，随着温度的升高而变的更加明显。断裂带上地下热水的作用使断裂及其围岩弱化，断裂强度降低，断层不断产生滑移，断面不利于应力积累、孕育地震。这就是后郝窑热田两组断裂落差非常大而“缺失”地震的原因。据许向彤等和刁桂苓等对延怀盆地1995年1月～1996年6月发生的中小地震的震源深度进行解析，发现绝大多数集中在3km～10km的深度范围，尤其集中在5km～7kin深度。这与怀来4井所处热田区的热流体循环深度（5 03km）相吻合，也恰与该区上地壳热流体的循环深度范围5.03km～6.53km十分吻合。这样的一致性表明热流体与地震之间存在着某种成因关系，即热流体对地壳介质强度的弱化及对中小地震的促发作用。当地壳中有一定的应力积累时，热流体的活动使地壳介质的强度弱化，从而促发地壳介质破裂并引发地震。由于热流体的不断活动，不断弱化地壳介质的强度，该区地壳难以积累很高的应力和孕育较强的地震。因此，热流体活动区的地震活动特点是中小地震多而强震少。王培德及陈运泰对该地区地震序列进行三维透视研究证明，怀来热田区处于盆地北缘的枣儿口断层及盆地南缘的暖泉一杏园断层共轭交汇点上。这些都表明后郝窑地热流体活动与这两组断裂上的地震活动之间存在着某种成因关系。

以上分析表明：上地壳热流体的活动导致了地壳介质的强度弱化，强化了断裂活动，促发了中小地震活动。在寻找地热异常时，地震多发地段尤其是弱震多发区域，有可能形成地热异常。

2-3地热水在地震活动之前表现异常

20世纪60年代，流体在地震孕育与发生过程中的作用就已受到研究者关注。结果表明，地壳热流体活动区的地震活动多，但多为中小地震；而地壳热流体活动弱的地区地震活动数量相对少，但以大震活动为主。

据宣化白庙温泉的户主介绍，在四川汶川5.12大地震发生的前两天，白庙温泉的水突然降低，大约持续1天的时间后温度逐渐回升。

1989年5月，在河北省怀来县官厅水库附近发生MIA.1级地震，这是一次比较有影响的地震，该次地震发生在北东向浪山一黑山寺断裂和康庄断裂附近，其周围多地有明显震感。澡洗塘地热田也位于该区北东向构造带附近，距震中约80km，在该地震前后澡洗塘地热田温度出现跳跃式降低的变化，如图1。

上述异常过程说明，地热田特征对于周围地震孕育过程的不同阶段有密切联系的地热变化信息，可以显示出一种比较完整的短临前兆异常的形态特征，其周围的地震活动对地热动态变化有一定的影响。

3.地震和地热资源形成的关联分析

通过怀来地区分析地震与地热资源的关系。“熔岩囊”为怀来底部的岩浆囊或冷却的低速带，深度约11km～17km范围。“熔岩囊”上部地震活动区远远大于其内部和下部。按照地震地热说，浅部中小地震的发生是在释放“熔岩囊”的热量。怀来地区地震不断发生，说明怀来地区底部的岩浆岩为冷却或还处于熔融状态，具有非常之大的热量。该区内地震主要集中在4km～10km深度范围内，说明“熔岩囊”的热量足以辐射到地面以下4km左右。而该区域的地热水循环深度在4km～5km，说明该区域的地热水热源非常有可能为下部“熔岩囊”的“热”。

地震柱是能量交换的通道，浅部地震虽然规模较小，但是仍有可能将较深部的“熔岩囊”的能量在地壳内继续向上运移，在4km～10km范围内形成一个新的“熔岩囊”，类似于“幔枝状构造”形成一个新的岩浆岩侵入体。在8km深度地震发生的频次降低，其上部又在升高，可以说明这一点。这样的话，怀来地区地热水还有可能被岩浆岩直接加热。另外，1km～4km深度范围的弱震较少，该深度在地热水循环深度范围能，其发生主要为地热水循环对围岩的弱化起到重要作用。

由上述可知，岩浆岩活动控制着该区域地下热水形成的热源，并考虑该区域地质构造、地层岩性等多方面的因素，就不难得出怀来地区后郝窑、奚家堡均为岩浆岩型地热田，不仅温度高且该区域存在弱震频发的特征，同时也说明地热资源是“熔岩囊”释放能量的方式之一。