懷來(lái)后郝窯地?zé)豳Y源地質(zhì)特征及成因淺析

郝文霞

(河北省地礦局第三地質(zhì)大隊(duì)，河北張家口075000)

后郝窯熱田位于河北省張家口市懷來(lái)縣暖泉鄉(xiāng)后郝窯村，官?gòu)d水庫(kù)西北側(cè)，熱田地處懷來(lái)盆地，分布在老君山和洋河之間的侵蝕斜坡上，西為老君山山前臺(tái)地，東為洋河堆積階地。地勢(shì)西高東低，豐沙鐵路縱貫?zāi)媳?，公路四通八達(dá)。研究區(qū)屬于半干旱季風(fēng)型大陸性氣候，一年四季多風(fēng)少雨，溫差較大，年平均氣溫8～10℃。年平均降雨量300～450 mm，年平均蒸發(fā)量約2 200 mm。后郝窯熱田自古有溫泉出露，官?gòu)d水庫(kù)建成蓄洪后，溫泉多被埋沒(méi)，致使熱水水位普遍上升。據(jù)鉆孔揭露資料顯示，第四系潛水型熱水溫度為25～55℃、第三系松散沉積物中的承壓熱水溫度為60～80℃和基巖裂隙承壓熱水溫度為80～90℃，為河北省重要的地?zé)崽镏弧?/p>

1 熱田地質(zhì)基本特征

1.1 地層

本區(qū)被第四系覆蓋，地層由老至新有:太古界桑干群(Ar)、中元古界(Pt2)、中生界侏羅系(J)、新生界上第三系(N2)和新生界第四系(Q)。與地?zé)豳Y源有關(guān)的地層主要為太古界桑干群、中生界侏羅系、新生界上第三系和第四系。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造概述

1.2.1 北東東向構(gòu)造

北東東向構(gòu)造帶，在本區(qū)域很發(fā)育，且規(guī)模巨大，影響范圍也較廣。其主要構(gòu)造帶以N60～70°E方向展布，是由呈雁行狀大致互相平行的弧形擠壓構(gòu)造帶所組成?？刂茻崽锏闹饕獢嗔延?F4、F5、F10、F11、F12及 F13。

1.2.2 北北東向構(gòu)造

北北東向構(gòu)造帶，在本區(qū)也具有一定規(guī)模，其主要特征是由一系列呈北北東方向斷裂組成，并伴生有大量的中酸性巖漿巖侵入?？刂茻崽锏闹饕獢嗔延蠪6及F3。

1.2.3 北西向構(gòu)造

北西向構(gòu)造主要由高序次的東西向斷裂及低序次的北西向扭壓性結(jié)構(gòu)面組成，結(jié)構(gòu)面大致分布于宣化一帶，以逆沖斷層和擠壓破碎帶為主，北西向構(gòu)造在本區(qū)域西部較為發(fā)育，由一系列壓扭性斷裂及褶皺組成?？刂茻崽锏闹饕獢嗔延蠪1、F2、F7-8及F9(見(jiàn)圖1)。

圖1 后郝窯熱圖與斷裂構(gòu)造示意圖

2 熱水異常與構(gòu)造的關(guān)系

2.1 熱田部位與構(gòu)造關(guān)系

后郝窯熱田為一大致呈北西-南東方向拉長(zhǎng)的近似橢圓形熱田，嚴(yán)格受北東東向和北西向的斷裂構(gòu)造控制，特別是在兩個(gè)方向的構(gòu)造帶的交匯處，斷裂裂隙發(fā)育，巖石破碎，從而為地下熱水的上升和運(yùn)移提供了通道和賦存空間，同時(shí)在構(gòu)造復(fù)合交叉部位又控制了地下熱水點(diǎn)的出露位置。

大氣降水是地下熱水的主要補(bǔ)給來(lái)源，當(dāng)其經(jīng)過(guò)曲折的途徑向地殼深部進(jìn)行循環(huán)的過(guò)程中，在大地?zé)崃髯饔孟?，使其加熱提高了水的溫度。?dāng)深部熱水向北西翼運(yùn)移中，遇到北西向、北東向斷裂，熱水順勢(shì)向北西方向涌來(lái)，并在覆蓋較薄的構(gòu)造導(dǎo)通性能相對(duì)較強(qiáng)的后郝窯一帶形成熱水賦存區(qū)，在合適部位涌出地表形成溫泉，或賦存于新生代松散地層中(見(jiàn)圖2)。

圖2 后郝窯熱水活動(dòng)剖面示意圖

2.2 熱田邊緣斷裂構(gòu)造

熱田邊緣為北西向與北東向兩個(gè)構(gòu)造體系的主干斷裂所包圍，呈不規(guī)則北西方向的菱形四邊形，地下熱水存在于此四邊形之內(nèi)部，從而控制了熱異常的分布。熱田由北東邊界的F2斷裂，東南邊界的F3、F5斷裂，西部邊界的F9斷裂及西北邊界的F4斷裂所圈閉，形成不規(guī)則的四邊形，而熱異常呈不規(guī)則橢圓形分布于其中，在這些邊緣斷裂構(gòu)造的外部，水溫與當(dāng)?shù)剡吔鐪囟纫恢?，而在其?nèi)部到中心部位逐漸升高，因而使熱異常內(nèi)外溫度相差極大，故推斷這些斷裂構(gòu)造構(gòu)成了熱田邊界。

2.3 熱田導(dǎo)水和富水?dāng)嗔褬?gòu)造帶

北北西向F7-8斷裂為熱田內(nèi)控制地下熱水的主干斷裂，在此主干斷裂與北北東方向之F10、F11、F12斷裂和F6斷裂交匯處及其兩側(cè)巖石破碎，張性羽狀裂隙發(fā)育，為地下熱水運(yùn)移和賦存提供了空間，從而在熱田基底形成了北西-南東向橢圓形分布的面狀散流地下熱水垂直補(bǔ)給帶。

2.4 熱田基底形態(tài)與熱異常的關(guān)系

熱田基底頂板及其基巖頂面形態(tài)呈一北北西方向延伸的槽谷，槽谷西北高，東南低。槽谷西坡由太古界桑干群(Ar)角閃斜長(zhǎng)片麻巖組成，槽谷東坡由凸起的中生界上侏羅系張家口組(J3z)凝灰?guī)r組成。槽谷中心線(xiàn)與熱田隱伏斷裂F7-8一致，推斷此槽谷是沿著F7-8斷裂發(fā)育的。故F7-8斷裂控制了熱田的基底形態(tài)的發(fā)育，控制了熱田基底地下熱水垂直補(bǔ)給帶的范圍，控制了上第三系熱水儲(chǔ)水層的空間，控制了整個(gè)熱田熱異常的分布特征。特別是在喜山期新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活動(dòng)下，該區(qū)地面下降，在整個(gè)槽谷及其外圍，接受了巨厚的新生界松散沉積物的沉淀，這就形成了很好的儲(chǔ)水空間構(gòu)造。槽谷中沉積了上第三系(N12)由粗砂、礫石、巨礫石組成的河湖沉積物，構(gòu)成了熱田下部孔隙熱水儲(chǔ)水層。當(dāng)深部基巖裂隙承壓熱水沿著斷裂裂隙垂直補(bǔ)給時(shí)，上溢出基巖后而賦存于上第三系底部的儲(chǔ)水層中。后再一次頂托補(bǔ)給并儲(chǔ)存于新生界第四系的松散沉積物中。

3 熱田含水組的劃分及其水文地質(zhì)特征

根據(jù)水體特征和含水類(lèi)型的不同，本熱田可劃分為三個(gè)含水組。

3.1 基巖第三系裂隙孔隙承壓含水組(Ⅲ)

主要由太古界片麻巖、上侏羅系熔結(jié)凝灰?guī)r和粗砂、礫石組成，含水組下部為片麻巖及熔結(jié)凝灰?guī)r，構(gòu)成熱田基底。地下熱水賦存于F7-8斷裂兩側(cè)的基巖裂隙帶中，構(gòu)成面狀散流的地下熱水垂直補(bǔ)給帶?；鶐r頂板埋深一般200～240 m。含水組上部主要由河湖相粗砂、礫石、巨礫所組成。含水層主要是松散的巨礫層，中粗砂及礫石。呈北西—南東向帶狀分布，基本與基巖槽谷相吻合，在熱田內(nèi)總的變化趨勢(shì)是由南向北逐漸增厚，但在熱田中心部位相對(duì)較薄。其頂板厚約10～30 m。本層直接覆蓋在熱田基底的侵蝕面上，與下部基巖共同組成一個(gè)含水組。在含水組(Ⅲ)和含水組(Ⅱ)之間有一50～90 m厚由角礫巖組成的下部隔水隔熱層。承壓熱水平均溫度79.3℃。第三系裂隙孔隙承壓含水組的富水性屬貧弱類(lèi)型，其單位涌水量一般為0.084～0.233L/s·m，滲透系數(shù)0.13 ～0.375m/d。

3.2 第四系孔隙承壓含水層(Ⅱ)

含水層主要為粗砂礫石，極少數(shù)見(jiàn)鈣質(zhì)膠結(jié)物。松散沉積物在熱田內(nèi)分布廣泛，厚度較穩(wěn)定，含水性、透水性相對(duì)較弱，為熱田內(nèi)較好之儲(chǔ)水層。其頂板埋深多為30～60 m，最后可達(dá)70 m，頂板標(biāo)高多在430～450 m，含水層厚約10～30 m，最厚可達(dá)80 m。其底板形態(tài)在熱田內(nèi)呈北西-南東帶狀隆起。在含水組(Ⅲ)和含水組(Ⅱ)間有20～40 m厚的下部湖相細(xì)粉砂、粘砂、粘土所組成的隔水隔熱層。承壓熱水平均溫度82.8℃。平均水頭標(biāo)高478.16 m。第四系孔隙承壓含水組富水性比基巖第三系裂隙孔隙承壓含水組相對(duì)較強(qiáng)，富水程度屬一般類(lèi)型，其單位涌水量一般1.3～1.6L/s·m。滲透系數(shù)一般為7～12 m/d。

3.3 第四系孔隙潛水含水組(I)

由(Q12)上部至(Q4)河湖相之粗砂礫石、中細(xì)砂半膠結(jié)礫石、淤泥及粘性土類(lèi)所組成。其在熱田內(nèi)總的變化趨勢(shì)是西薄東厚，微向東傾，由西向東砂礫顆粒逐漸變粗，含水性能亦逐漸變好，其底板埋深一般在20～30 m，最大可達(dá)50 m，底板標(biāo)高多在425～460 m，含水層厚度約20～30 m。潛水的平均溫度57.3℃。

4 地?zé)岬倪\(yùn)動(dòng)特征與其成因淺析

4.1 地下熱水運(yùn)動(dòng)的基本特征

熱水的運(yùn)動(dòng)，就是熱水在上述自然空間內(nèi)的活動(dòng)方式。當(dāng)熱水在地下深處形成后，沿基巖構(gòu)造及其裂隙垂直上升至基巖表部和新生界松散層中時(shí)，熱水除一部分繼續(xù)垂直上升外，另有很大一部分沿基巖頂部和松散層下部向四外擴(kuò)散?？傆^其運(yùn)動(dòng)方向是斜上方運(yùn)移。根據(jù)溫度剖面顯示，除熱田最中心 (高溫?zé)崴怪毖a(bǔ)給帶)外，其外圍最高溫度點(diǎn)并不在深部基巖中，而是在基巖與松散層的接觸帶或更上的層位中，基巖和松散層接觸部位的水溫高于深部基巖的水溫。當(dāng)熱水到達(dá)頂部含水組(Ⅰ)時(shí)，熱水水頭與冷水相比已相差不大，冷水已成為主宰因素。因此，含水組(Ⅰ)完全表現(xiàn)為水平運(yùn)動(dòng)形式。

4.1.1 基巖中的運(yùn)動(dòng)(熱水的補(bǔ)給條件)

熱水在基巖中的運(yùn)動(dòng)各處不一。以F7-8斷層為界，斷層?xùn)|側(cè)以(J3)火山巖為主，其斷裂、裂隙多為彌合狀態(tài)，透水性能較為微弱，對(duì)熱田的垂直補(bǔ)給作用較小。斷裂西側(cè)以(Ar)片麻巖為主，巖石構(gòu)造裂隙比較發(fā)育，尤以各斷層交匯部位更深，是熱水進(jìn)行垂直補(bǔ)給的主要范圍。由于熱田基巖裂隙承壓水面大大高于熱田基底界面，由熱田邊緣向熱田中心過(guò)渡，水頭壓力越來(lái)越大。所以在上述裂隙發(fā)育狀況下，熱田內(nèi)必然形成一個(gè)面狀散流的地下熱水垂直補(bǔ)給帶，在該帶中地下熱水自下而上主要呈垂直運(yùn)動(dòng)，這就是本熱田地下熱水在基巖中的運(yùn)移方式。

從溫度的高低分析，熱田中心溫度最高88℃以上，組成高溫?zé)崴怪毖a(bǔ)給帶，是熱田中熱能的主要來(lái)源。向外，溫度逐漸降低，在一定范圍內(nèi)其運(yùn)動(dòng)方向仍是垂直向上。所以仍然是熱田中熱水資源的重要組成部分。

4.1.2 熱水在松散層中的運(yùn)動(dòng)(熱水的儲(chǔ)存條件)

熱水在厚大的松散層運(yùn)動(dòng)極其緩慢，呈放射狀向斜上方運(yùn)移。按其補(bǔ)給量與儲(chǔ)存量之間比例關(guān)系看，補(bǔ)給量很小，而儲(chǔ)存量很大。

4.1.3 熱水的冷化(熱水的排泄條件)

熱水在含水組(Ⅰ)中以三種形式失去熱能:一是自然降溫作用，二是熱泉出露地表散熱作用，三是熱潛流排泄失熱作用。

總之，在冷熱水交換帶中，水的運(yùn)動(dòng)方式比較復(fù)雜。在非雨季節(jié)，熱水補(bǔ)給潛水，地下水補(bǔ)給河水。洪水季節(jié)，河水高漲，河水面高出當(dāng)?shù)貪撍?，一小部分倒灌補(bǔ)給地下水。在冷熱水交換帶中，水的運(yùn)動(dòng)是可逆的。其溫度變化也較下部復(fù)雜。

4.2 地?zé)岢梢虻臏\析

地?zé)崾菑牡厍騼?nèi)部將地下熱能攜帶到地表的一種媒介，現(xiàn)僅以本熱田的有關(guān)資料為依據(jù)，對(duì)熱田的成因提出如下初淺認(rèn)識(shí):

(1)在熱田內(nèi)北西向斷裂與北東東向斷裂的交匯外，斷裂發(fā)育，巖石破碎，溝通了深部的熱源，成為循環(huán)加熱后的地下熱水的上升通道。

(2)從地下熱水的水化學(xué)特征看，本熱田地下熱水水質(zhì)類(lèi)型為SO4-Na型水，并富含氟(F)和可溶性偏硅酸(H2SiO3)。SO4根離子的出現(xiàn)是深部H2S溶解水所形成。氟(F)離子的出現(xiàn)是巖漿或熱液對(duì)熱水影響所致，可溶性偏硅酸一般認(rèn)為與巖漿中遷移的SiO2有關(guān)。以上兩點(diǎn)可以說(shuō)明地下熱水的形成與深部的巖漿源所造成的熱液活動(dòng)有著密切的關(guān)系。

(3)在熱田范圍內(nèi)，普遍存在地下熱水的沉積和蝕變作用。主要的有絹云母化、碳酸鹽化、高嶺土化、褐鐵礦化。根據(jù)前人資料顯示，尚有硼酸鹽類(lèi)礦物及黑辰砂沉淀，有的呈細(xì)脈、網(wǎng)脈狀充填于巖石的裂隙中，有的重結(jié)晶析出形成新生沉淀物，有的以皮殼狀包圍沉積物中的礫石及基巖斷裂帶中的斷層角礫而出現(xiàn)。這些蝕變作用及新生成的礦物的組合，一般認(rèn)為是中低溫?zé)嵋鹤饔孟滤纬?，說(shuō)明熱田與深部巖體或火山活動(dòng)的殘余熱也有一定的關(guān)系。

(4)熱田北部和東部存在著巨厚的中生界上侏羅系張家口組(J3Z)熔結(jié)凝灰?guī)r，并向西部延展到18 km外的虎頭山，其同位素年齡值為106-112×106年，此火山巖是在中生代晚期的褶皺硬化基底上伴隨強(qiáng)烈的斷裂活動(dòng)而生成的?；鹕綆r構(gòu)成了熱田的基底，尚不能說(shuō)明地下熱水與其無(wú)關(guān)。

(5)熱水的主要補(bǔ)給來(lái)源是大氣降水，也是西北部大面積山區(qū)的地下水。熱田內(nèi)含水組(Ⅱ)中逸出的氣體以氮?dú)?N2)為主，其體積占97% ～99%，尚有少量的氧氣(O2)，其體積僅占1～3%，說(shuō)明地下熱水與大氣降水有著密切的關(guān)系。水化學(xué)動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期觀測(cè)穩(wěn)定，說(shuō)明補(bǔ)給源較遠(yuǎn)，反映了大氣降水的補(bǔ)給特征。

綜上所述，熱田內(nèi)地下熱水的熱能來(lái)源應(yīng)以巖漿活動(dòng)為主，地?zé)嵩鰷?、新?gòu)造運(yùn)動(dòng)機(jī)械熱為輔的大地?zé)崃鳌?/p>

5 結(jié)語(yǔ)

在大地構(gòu)造上，懷來(lái)后郝窯熱田位于中朝總地臺(tái)燕山臺(tái)褶帶宣龍復(fù)式向斜涿鹿褶皺束上，地處懷來(lái)盆地構(gòu)造部位，呈北西-南東向(橢圓形)分布在老君山和洋河之間的侵蝕斜坡上，面積4 km2。地勢(shì)西高東低，西為老君山山前臺(tái)地，東為洋河堆積階地。該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，為地?zé)崽锏男纬商峁┝擞欣目臻g和環(huán)境。熱田外圍F2、F3、F5、F9、F4斷裂構(gòu)成了熱田的邊界。熱田內(nèi)北北西方向斷裂與北東東向斷裂的交匯處及其兩側(cè)，巖石破碎，張性羽狀裂隙發(fā)育，為基巖地下熱水的運(yùn)移賦存提供了空間。從而在熱田基底形成了北西-南東橢圓形展布的面狀散流地下熱水垂直補(bǔ)給帶。F7-8斷裂還制約了熱田基底形態(tài)的發(fā)育和第三系(N12)熱水儲(chǔ)水層的分布，總體上控制了整個(gè)熱田熱異常特征。熱田富水程度強(qiáng)弱不一，水量大小主要受地質(zhì)構(gòu)造、基巖含水層巖性、松散含水層巖性及厚度的制約。

懷來(lái)后郝窯熱田是一個(gè)典型的斷陷盆地中的地?zé)岙惓^(qū)，是一種在大地?zé)崃?熱傳導(dǎo)或熱對(duì)流)控制作用下形成的圈閉型地?zé)醿?chǔ)，其儲(chǔ)熱層為第四系與第三系松散孔隙層及下伏基巖斷裂破碎帶，由第四系潛水型熱水(25～55℃)、第三系松散沉積物中的承壓熱水(60～80℃)和基巖裂隙承壓熱水(80～90℃)共同構(gòu)成了一個(gè)統(tǒng)一的地?zé)嵯到y(tǒng)。

［1］河北省地勘局第三地質(zhì)大隊(duì).河北省懷來(lái)縣后郝窯熱田地下熱水普查勘探報(bào)告.(1979年)

［2］陳望和等.河北地下水河北地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局.北京:地震出版社.1999年.

［3］王大純等編著，水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ).地質(zhì)出版社.1995年.

［4］于開(kāi)寧、劉金峰編，《水文地質(zhì)學(xué)》，石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院出版，1998年

［5］供水水文地質(zhì)手冊(cè)編委會(huì)編.供水水文地質(zhì)手冊(cè).北京地質(zhì)出版社.2000年.