军都山岩浆岩带地区地热资源赋存条件分析

李剑楠 LI Jian-nan

（河北省地质矿产勘查开发局第六地质大队（河北省地质矿产勘查开发局航空测量技木应用研究中心），石家庄 050000）

0 引言

河北省处于华北平原北部，经漫长地质历史的构造演化，在全省范围内，尤其是平原区蕴藏着较丰富的地热资源，地热田分布广泛，资源量丰富且埋藏较浅，开发利用地热资源具有广阔的前景。通过多年地热勘查与评价，已经积累了较丰富成果资料，但涉及本工作区山前地带的地热地质研究资料成果甚少，对本区的地热地质评价研究程度较低。本次通过系统的收集以往工作资料，对军都山岩浆岩带地热地质进行综合评价分析，对该地区地热资源潜力进行评估。

1 工作区概况

军都山岩浆岩带位于河北省中部，行政隶属于保定和石家庄市。地理位置处于太行山北部东麓，冀中平原西部（图1）。军都山岩浆岩带东部地势平坦，海拔多在20-50m。地势由西北向东南倾斜，地面坡降一般小于1‰，西部属丘陵或低山区，地势西高东低，海拔多在100-500m 之间。

本区交通便利，铁路干线有京广铁路。公路交通发达，主要干线有张石、京石、石太、石黄、保仓高速公路及国道107、307、省道S232、S335 等。

图1 工作区所在构造单元位置示意图

2 地热资源开发利用概况

研究区内已有地热井并不多，仅在满城区市头村发现一眼新完工地热井，井深3006m，成井段1091-3006m，井口水温为35℃。热储层为雾迷山组白云岩，属层热储，未开采利用。徐水郎五村地热井（隶属河北大午集团）分布在调查区东北边界外2.6km。成井深度3003m，成井段1360-3003m，井口水温48.7℃，热储层位为雾迷山组白云岩，属层状热储。由河北大午集团开发，用于理疗、洗浴。研究南部地层岩性以片麻岩为主，在构造裂隙发育的有利区段可形成带状热储，在勘查区西南边界外20km 有平山县温塘镇地热田，在开发利用，用于取暖、理疗、洗浴。水温45-73℃，PH 值7.7-8.4，为CL.SO4 型水，总开采量2500m3/d。

3 地球物理特征

3.1 重力场特征

《河北省岩石密度测定结果》表明，新生界地层与其下伏中生界、古生界、元古界、太古界地层之间存在一明显的密度界面，其密度差值为0.36-0.55g/cm3，这一差值足以引起可分辨的重力异常，这是重力勘探解释推断基岩埋深及断裂构造位置的依据。

区内布格重力异常等值线走向为北东向，与总体构造方向一致。山区与平原交界处显示了明显的重力异常梯级带，这是断裂的显著标志。重力低的一侧反映上地幔凹陷，地壳增厚；重力高的一侧反映上地幔隆起，地壳减薄。

区域重力异常反映了军都山构造岩浆岩带之东带基底隆起的构造特征，重力高异常在东南、西北边界梯级带明显，分别反映了康氏面和莫氏面的陡变带和定兴—石家庄深断裂特征。中部的下河—砖路一带重力高异常出现明显中断，南部的灵寿—曲阳桥一带出现明显收敛，表明可能有垂直于异常走向的基底构造。区内剩余重力异常反映在东北部满城—涞水一带为高异常，呈闭合椭圆形，显示出有一局部的基岩凸起。在涞水县城一带重力高异常带向东扭曲转向，推测由基底构造活动引起。

3.2 磁场特征

新生界到中上元古界沉积岩的磁性一般都较弱，区域性磁场由古老结晶基底—下元古界和太古界变质岩系引起。而发育在区域磁场背景上的局部正异常为基底局部凸起、侵入岩体和盖层中磁性夹层或地质构造的反应。

区内北部高碑店—涞水一带因受闪长岩体高磁性的影响，磁场较高，在-500～1305nT，是典型的中酸性岩体磁场特征。中南部顺平—新乐一带，因受太古界片麻岩、变粒岩、浅粒岩的磁性影响，在正异常北部伴有负异常，一般为-100～200nT，并有较大的梯度变化，是典型变质岩磁场特征，反映了区内密集交错的三级断裂构造（见图2）。总之，本区重力场、磁场的分布特征和断凸、断凹的分布相对应，互为验证。

图2 工作区航磁等值线图

3.3 电阻率特征

根据河北省地球物理勘查院1990-2000年《河北省区域岩石物性调查成果报告》和本次实测的主要岩性电阻率参数统计结果，工作区主要地层（岩石）电阻率差异较大。测量结果显示新近系-白垩系砾岩和奥陶系-寒武系页岩、砂岩等电阻率值相对偏低；青白口系、蓟县系、长城系灰岩、白云岩电阻率值相对偏高，下元古界片麻岩电阻率值最高且较为稳定，但随不同环境影响（如溶蚀、裂隙等）电阻率会发生较大差异变化。

4 地热地质条件分析

4.1 地温场特征

研究区西部的山前及丘陵地带由于冷水的渗透补给，地温较低，地温梯度值多小于2℃/100m，与区域地温场基本吻合。向东过渡为平原区，地温梯度2-3℃/100m，并随新生界覆盖层厚度变化和基岩面起伏变化，地温梯度呈现规律性变化。根据本区地形地貌条件的差异，将勘查区分为低山丘陵区和山前平原区，分述如下：

4.1.1 低山丘陵区地温场

该区南部包括曲阳县城至灵寿县西部区域，北部大致以京昆高速为界的西部地区。包括保定市西部、西北部、石家庄西北部低山丘陵区，南北向长约162km，东西向宽约12km，总面积约1932km2。出露地层主要为太古界片麻岩，次为蓟县系白云岩，少量为寒武系下统碳酸岩或为长城系高于庄组白云岩。

本区收集井泉点592 个数据，井口水温一般在14.5-16.8℃之间，大于17.5℃温度点有28 个，全区平均温度15.7℃，利用段一般在20-190m 区间，最高点出现在曲阳县石海子村Qy-18 点，井深306m，利用段为70-300m，岩性为太古界片麻岩，井口水温19.4℃，该区地温梯度＜2℃/100m。高温点多分布在深大断裂和其伴生的次级构造附近，与之关系密切，温度异常水多以单井形式释放，分布规律性不强。

2018年10月煤田地质四队在满城区市头村完工1 眼地热井，井深3006m。成井段1091-3006m，井口水温为35℃，地温梯度1.16℃/100m。热储层为雾迷山组白云岩，出水段1666-2081m，有效含水层厚度70m，属裂隙岩溶热储。

在工作区西南部有温塘地热田，是受断裂构造控制的中低温对流型裂隙热储，热储层为太古界花岗片麻岩、黑云角闪片麻岩等变质岩，构造裂隙发育。上部被第四系覆盖，厚度10-40m。热水温度45-73℃。

4.1.2 山前平原区地温场

该区南部包括曲阳县城至灵寿县东部区域，北部大致以京昆高速为界。南北向长约182km，东西向宽约16km，总面积约2864km2。地表大面积被第四系覆盖，新生界盖层厚度一般在300m 以内，最大埋深出现在满城城区北部及新乐市城区南部，盖层厚度愈越千米。以阳城—顺平断裂为界分为南北两区，南区下部基岩主要为太古界片麻岩，北区下部基岩以蓟县系雾迷山组白云岩为主，部分为长城系碳酸盐岩及砂页岩等地层岩性。

本区收集井点1171 个数据，井口水温一般在14.6-17.2℃之间。大于17.5℃温度点有156 个，全区平均温度16.0℃，利用段一般在35-260m 区间，最高点出现在定兴县陈村营J0239 点，井深192m，利用段为90-180m，出水层为第四系砂层，井口水温25.8℃，地温梯度值9.7℃/100m。高温点多分布在深大断裂及其次级断裂附近，与之关系密切。

区内新生界地温梯度在2-3℃/100m 之间，均分布在勘查区东部或东部边缘地带，靠近东部平原区有增高趋势。

综上所述，本区山前地带由于冷水的渗透补给，地温梯度普遍较低，＜2℃/100m，与区域背景一致。局部地段受构造深部热水的影响，地温梯度升高，形成地热异常。在山前平原区地温梯度随着覆盖层厚度的增大而递增，多在2-3℃/100m。在基岩构造及岩溶裂隙发育地带可形成带状异常，或在基岩隆起区形成面状异常。

4.2 地热水水化学特征

市头村地热井水化学特征：热储层位是蓟县系雾迷山组白云岩，水温35℃，pH 值为7.35，总硬度为（以CaCO3计）300.7mg/L，总碱度（以CaCO3计）294.1mg/L，总酸度17.19mg/L，矿化度0.669g/L。阳离子以Na+、Mg2+、Ca2+为主，其摩尔百分数为98.47%；阴离子以HCO3-、Cl-为主，其摩尔百分数为91.84%，水化学类型为HCO3·Cl－Ca·Na·Mg型。F-离子含量为1.60mg/L，温水中含有氟、锂、锶、锌、硫化氢等多种有益元素。

大午集团地热井水化学特征：热储层位是蓟县系雾迷山组白云岩，水温48.7℃，pH 值为7.88，总硬度为（以CaCO3计）310.3mg/L，总碱度（以CaCO3计）283.9mg/L，总酸度15.6mg/L，矿化度0.534g/L。阳离子以Ca2+、Mg2+为主，其离子摩尔百分数为86.96%。阴离子以HCO3-为主，其离子摩尔百分数为80.53%。水化学类型为HCO3－Ca·Mg 型，F-离子含量为3.33mg/L。

4.3 特有元素变化特征

4.3.1 地热流体特有元素特征

本次取地热流体样品3 件，分别对地热井和深水井采样分析。其特征见表1。

表1 地热流体特有元素表

4.3.2 一般水井特有元素特征

一般水样主要布置在地温调查期间初步圈定的地温异常区范围内，少量样品分布在异常范围周围水井中。样品测试地热特有元素F-、SiO2、B 三种元素。

F-含量0.105-3.0mg/L，平均值0.394mg/L。最高值分布在唐县南店头—雹水乡一带，JSY-502 点3.0mg/L，最低值出现在满城区城区南部，JSY-212 点0.105mg/L，本次以0.2mg/L 为异常下限，数值间隔0.1 圈定异常，F-异常与本次圈定地热资源潜力区形态基本一致，F-含量与水温呈正相关，F-增高水温亦高。

SiO2含量9.23-44.0mg/L，平均19.1mg/L，最高值出现在定州市赵村乡，达到44mg/L，最低值在凌云册乡JSY-318 点9.23mg/L，本次以12mg/L 为异常下限，数值间隔2圈定异常，据异常形态可知，SiO2含量随着远离山区呈增高趋势，但与水温的变化关系不大。

B 元素含量0.01-0.172mg/L，平均含量0.0435mg/L，最高值出现在满城区城区南，JSY-212 点0.172mg/L，最低值出现在正定县南楼乡，含量0.010mg/L，本次以0.02mg/L为异常下限，数值间隔0.01 圈定异常，据异常形态可知，B元素与圈定潜力区部分套合，但整体看规律性不太明显。

对比分析可知，B 离子含量规律性不明显，SiO2含量随着远离山区呈增高趋势，F-形成异常与地热资源潜力区分布形态接近，且随着井深增加，F-含量明显增高。故F-离子可以作为寻找地热重要线索之一。

5 结论

①总结了工作地质条件，同时结合地球物理资料，大致框定研究区深部结构。②随新生界覆盖层厚度变化和基岩面起伏变化，地温梯度呈现规律性变化。同时高温点于深大构造密切相关。③初步总结了该地区地热水化学特征，同时通过特有元素分析，F-形成的异常于地热资源区形态接近，并随井深增加，F-含量明显增高，可作为寻找地热的重要线索之一。④根据地热地质条件，可见工作区内分为两个区块，分别为层状热储有利区，位于狼牙山凹褶断束内，和寻找断裂构造控制的对流型地热有利区，狼牙山凹褶断束内和赞皇穹褶束内。⑤工作区内目前开发利用仅有两处，主要用于洗浴、疗养等，开发利用程度较低。同时该地区人口密集，社会经济发展较高，工业污染严重，合理开发地热资源，具有重要意义。