北京昌平南口地區(qū)地質(zhì)新認(rèn)識(shí)

李 鈁,牛升晟

（1.北京市地質(zhì)工程設(shè)計(jì)研究院，北京 101500；2.北京市地?zé)嵫芯吭?，北?100143）

0 前言

為了摸清北京巖溶水資源，為北京提供應(yīng)急戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備用水，2012年2月—2014年1月，北京巖溶水資源勘查評(píng)價(jià)項(xiàng)目在昌平區(qū)南口—馬池口地區(qū)實(shí)施了3眼勘探井。本文通過(guò)對(duì)鉆井地質(zhì)編錄的橫向和縱向?qū)Ρ?，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，對(duì)該區(qū)域的地層情況有了新的認(rèn)識(shí)，分析了CG-K-2測(cè)井溫度后，提出了在南口—孫河斷裂的上盤(pán)，有開(kāi)發(fā)地?zé)豳Y源的潛力和前景。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 地層

該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造單元處于青白口中穹褶、門(mén)頭溝迭陷褶和昌（平）懷（柔）中穹斷的交界部位，為第四紀(jì)沉積凹陷，即辛店—馬池口凹陷，區(qū)域基巖地層分布有中上元古界長(zhǎng)城系、薊縣系和中生界侏羅系、白堊系。CG-K-1孔和CG-K-2孔位于辛店—馬池口凹陷區(qū)北部，分布于南口—孫河斷裂兩側(cè)，靠近北部山區(qū)。CG-T-1孔偏向于凹陷北部偏西南方位，該區(qū)第四系之下依次為白堊系、侏羅系、薊縣系和長(zhǎng)城系，此外還有燕山造山期的大規(guī)模侵入巖體分布（圖1）。

圖1 昌平新城區(qū)域基巖地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of bedrock in Changping New City area

1.2 斷裂構(gòu)造

（1）南口山前斷裂

該斷裂規(guī)模較大，沿?cái)嗔延谢◢弾r體侵入，位于鉆孔工作區(qū)的西北方向，走向NE45°，傾向SE130°～140°，傾角45°～60°，主要活動(dòng)在燕山造山期，喜馬拉雅造山期仍持續(xù)活動(dòng)，該斷裂發(fā)育在中元古界地層中，沿走向和傾向斜切長(zhǎng)城系串嶺溝組以及薊縣系霧迷山組。斷裂帶內(nèi)巖石強(qiáng)烈破碎，形成碎裂巖、角礫巖、斷層泥、鮮見(jiàn)變質(zhì)成分，下盤(pán)巖石（東南盤(pán)）較為完整，上盤(pán)（西北盤(pán)）巖石較破碎。

（2）南口—孫河斷裂

該斷裂位于鉆孔工作區(qū)的東北方向，走向NW305°，傾向西南，傾角60°，斷裂對(duì)第四系沉積厚度有著明顯的控制作用，斷裂西南盤(pán)（上盤(pán)）第四系厚度深達(dá)600m以上（根據(jù)CG-K-2揭露情況），北東盤(pán)（下盤(pán)）50～100m，有些地方僅20m左右（根據(jù)CG-K-1揭露情況），在地表出現(xiàn)北西向線(xiàn)性排列的殘山帶，該斷裂為張性斷裂，根據(jù)同位素地質(zhì)年代測(cè)定，形成于喜馬拉雅造山期，較近資料顯示，該斷裂近期仍有明顯活動(dòng)跡象，是控制平原構(gòu)造分區(qū)的主要斷裂（柯柏林，2009）。

（3）褶皺構(gòu)造

辛店—馬池口凹陷區(qū)西北部以南口山前斷裂為界，東北部以南口—孫河斷裂為界。由于晚近時(shí)期南口山前斷裂東南盤(pán)和南口—孫河斷裂的西南盤(pán)的強(qiáng)烈下降，造成本構(gòu)造區(qū)強(qiáng)烈下沉，沉降中心在辛店到馬池口一帶，第四系最大堆積厚度深達(dá)800m以上（被CG-K-2實(shí)鉆證實(shí)），向北東與虎峪—昌平—小湯山抬升區(qū)相接，受南口—孫河斷裂的影響，下伏基巖總體呈北西向帶狀分布，形成了向南西傾斜的陡坡度帶，沉積物厚度總體從北向南呈突然增厚的趨勢(shì)。

1.3 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造條件，高崖口—南口巖溶裂隙含水系統(tǒng)又可劃分為兩個(gè)次級(jí)的水文地質(zhì)單元：即北部的馬刨泉—老峪溝—仙人洞向斜儲(chǔ)水構(gòu)造和南部的了思臺(tái)—新開(kāi)—高崖口單斜儲(chǔ)水構(gòu)造，兩個(gè)次級(jí)的水文地質(zhì)單元基本以沿河城—南口—琉璃廟大斷裂為界。

CG-K-1、CG-K-2及CG-T-1號(hào)孔位于了思臺(tái)—新開(kāi)—高崖口單斜儲(chǔ)水構(gòu)造區(qū)的東北部邊緣。該區(qū)含水層有薊縣系霧迷山組及長(zhǎng)城系高于莊組組成，地層傾向總體方向?yàn)楸睎|向。大氣降水的入滲補(bǔ)給為本區(qū)的主要補(bǔ)給來(lái)源，徑流方向由西向東，排泄方式主要為向東方向的地下徑流及少量基巖井開(kāi)采。

2 各勘探孔的設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1 各孔位置設(shè)計(jì)依據(jù)

CG-T-1號(hào)孔坐標(biāo)為4010 55.4N，11607 10.8E，通過(guò)地球物理勘探手段認(rèn)為馬池口凹陷中心西南，第四系約180m，下伏基巖為薊縣系霧迷山組，該層可作為設(shè)計(jì)取水目的層。

CG-K-1號(hào)孔坐標(biāo)為40 13 23.99 N，116 10 15.04 E，位于南口—孫河斷裂的東北盤(pán)，緊靠斷裂帶，按設(shè)計(jì)開(kāi)孔即可見(jiàn)到富水性相對(duì)較好的碳酸鹽巖目的層。

圖2 CG-T-1、CG-K-1、CG-K-2孔設(shè)計(jì)地層柱狀圖(縱向比例尺1：20000)Fig.2 CG-T-1, CG-K-1, CG-K-2 well design stratigraphic column(vertical scale 1: 20,000)

CG-K-2號(hào)孔坐標(biāo)為4013 9.2N，11609 34.02 E，位于南口—孫河斷裂的西南盤(pán)，該孔按設(shè)計(jì)應(yīng)該能夠鉆遇斷裂帶，裂隙富水性良好，如果上部熱蓋層厚的話(huà)，應(yīng)該有相當(dāng)豐富的地?zé)崴▓D2）。

2.2 各孔實(shí)鉆鉆遇地層

（1）CG-T-1號(hào)孔

0～479m 為第四系細(xì)砂夾砂礫石地層；

479～855m主要為侏羅系灰綠色玄武巖，穿插正長(zhǎng)斑巖夾灰紫色陽(yáng)起石化白云巖，視厚度376m；

855～1354.73m 為燕山期閃長(zhǎng)巖巖體，巖性為灰綠色、灰黑色閃長(zhǎng)巖，視厚度499.73m，該巖體未被揭穿，該孔揭露深度1354.73m。

根據(jù)同步水文地質(zhì)觀測(cè)記錄，該孔沒(méi)有發(fā)生漏失情況，由于沒(méi)有見(jiàn)到富水裂隙和巖溶目的層，該孔最終未出水，與設(shè)計(jì)地層情況相差甚大。

（2）CG-K-1號(hào)孔

15m以上為第四系覆蓋層，15～1502.90m終孔為薊縣系霧迷山組白云巖，這與上面區(qū)域地質(zhì)綜述分析情況符合的相當(dāng)好，由于全孔段都為巖溶目的層，故該孔出水量頗豐，降深3.75m時(shí)，出水量達(dá)1815m3/d。

（3）CG-K-2號(hào)孔

第四系（Q）：揭露深度為0～823.00m，巖性為粗砂、砂礫石與粉質(zhì)粘土互層；

白堊系+侏羅系（K+J）：揭露深度為823～1031m，巖性為英安質(zhì)角礫熔巖、流紋巖、英安巖；

薊縣系霧迷山組（Jxw）：揭露深度為1031～1504.18m（未穿），頂部風(fēng)化殼800～1031m巖性為風(fēng)化白云巖夾少量閃長(zhǎng)玢巖；中下部巖性為灰黑色燧石條帶白云巖，在1200～1220m穿插有蝕變輝綠巖巖脈。

CG-K-2號(hào)孔在實(shí)鉆揭露地層中與原設(shè)計(jì)地層相差較大，主要表現(xiàn)在兩點(diǎn)：一是第四系厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)想的厚度，達(dá)到了823m；二是在霧迷山組中含有大量侵入的小巖體和巖脈，燧石條帶白云巖廣泛分布。這說(shuō)明在辛店—馬池口凹陷的下伏基巖中，燕山期閃長(zhǎng)巖巖體的分布深度和廣度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了原先所認(rèn)為的范圍（圖3）。

圖3 CG-T-1、CG-K-1、CG-K-2孔實(shí)鉆地層柱狀圖(縱向比例尺1：20000)Fig.3 CG-T-1, CG-K-1, CG-K-2 the actual drilling well stratigraphic column(vertical scale 1: 20,000)

3 南口地區(qū)地質(zhì)新認(rèn)識(shí)

3.1 燕山期巖體的分布

根據(jù)CG-T-1號(hào)孔的實(shí)鉆情況，推測(cè)下伏燕山期巖體從西南到東北方向的深度是逐級(jí)遞減的，主要表現(xiàn)在CG-T-1號(hào)孔鉆進(jìn)1354.73m時(shí)，遇燕山期侵入巖體，而靠近東北的CG-K-2號(hào)孔鉆進(jìn)到1031m遇薊縣系霧迷山組。CG-T-1號(hào)孔在鉆進(jìn)過(guò)程中，一直沒(méi)有發(fā)生漏失現(xiàn)象，測(cè)井結(jié)過(guò)也顯示整個(gè)基巖巖體特別完整，所以富水性差，不適宜于在該區(qū)域布置供水井。

3.2 侏羅系和白堊系分布

覆蓋在燕山期侵入巖體以上的侏羅系和白堊系厚度也是自西南向東北方向遞減的，主要表現(xiàn)在CG-T-1號(hào)孔的侏羅系和白堊系的埋藏深度為479m，厚度達(dá)376m；而CG-K-2號(hào)孔該段地層埋藏深度為823m，厚度為208m。

3.3 第四系的分布

第四系厚度是從西南往東北方向逐漸增加的，這個(gè)分布趨勢(shì)與燕山期巖體和侏羅白堊系的變化趨勢(shì)正好相反，根據(jù)第四系沖積平原形成的一般規(guī)律，我們認(rèn)為古河道在沖積形成辛店—馬池口凹陷山前平原區(qū)時(shí)，古河流方向是從西南流向東北的，這一點(diǎn)也恰恰符合在燕山造山期到侏羅白堊紀(jì)這一地質(zhì)歷史時(shí)期內(nèi)，西南高而東北低的地質(zhì)事實(shí)，這一事實(shí)由也符合3.1和3.2對(duì)區(qū)域地質(zhì)新認(rèn)識(shí)的實(shí)際情況。

4 對(duì)區(qū)域地?zé)豳Y源勘查開(kāi)發(fā)前景的新認(rèn)識(shí)

4.1 熱蓋層新認(rèn)識(shí)

從CG-K-2井揭露的地層情況看，南口—孫河斷裂帶的上盤(pán)（西南盤(pán)）有823m厚的第四系和208m厚的侏羅白堊系熱蓋層。根據(jù)3.2的新認(rèn)識(shí)，越往西南方向，熱蓋層則越厚，但是熱蓋層增厚的同時(shí)，使得熱儲(chǔ)層薊縣系霧迷山組埋深增大。所以布線(xiàn)勘查時(shí)應(yīng)根據(jù)物探解譯成果合理選擇勘探孔與斷裂之間的距離，不宜太遠(yuǎn)（張道富等，2002）。

4.2 導(dǎo)熱構(gòu)造和熱儲(chǔ)層的新認(rèn)識(shí)

CG-K-2號(hào)孔也有與原先地質(zhì)綜述符合較好的地方，主要表現(xiàn)在該鉆孔緊靠南口—孫河斷裂，在斷層的上盤(pán)（西南盤(pán)）斷裂帶鉆探中鉆遇到了斷裂帶（導(dǎo)熱構(gòu)造）（張世民等, 2007），主要表現(xiàn)為該孔出水溫度達(dá)35℃。

CG-K-2號(hào)孔在1031m已經(jīng)鉆遇薊縣系霧迷山組白云巖（熱儲(chǔ)層），而該井僅僅鉆進(jìn)了不到500m的熱儲(chǔ)層，出水溫度就已達(dá)35℃，可以推理，如果再適當(dāng)加深對(duì)熱儲(chǔ)層的鉆探，那么，在區(qū)域內(nèi)緊靠南口—孫河斷裂帶的西南方向，具備開(kāi)發(fā)利用地?zé)豳Y源的可行性（王澤龍等，2007；呂金波等，2006）。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)CG-T-1、CG-K-1和CG-K-2設(shè)計(jì)及與實(shí)鉆情況的對(duì)比，結(jié)合以往區(qū)域地質(zhì)資料進(jìn)行分析，我們得出以下結(jié)論：

（1）在辛店—馬池口凹陷平原區(qū)內(nèi)，因?yàn)榈谒南迪路植贾鴱V泛且巨厚的燕山期侵入巖體，該侵入巖體從西南向東北，分布厚度遞減。所以不適宜于在辛店—馬池口凹陷平原內(nèi)部布置大規(guī)模基巖供水井。如果要布置，應(yīng)在南口—孫河斷裂帶的下盤(pán)（東北盤(pán)），進(jìn)行基巖供水井布置。

（2）在工作區(qū)內(nèi)緊靠南口—孫河斷裂的上盤(pán)（西南盤(pán)）可以進(jìn)行物探布線(xiàn)，進(jìn)行地?zé)豳Y源勘查開(kāi)發(fā)可行性的研究。

柯柏林，2009.北京市平原區(qū)北部孫河斷裂的地?zé)岬刭|(zhì)特征[J].現(xiàn)代地質(zhì)，23(1)：43-48.

呂金波，車(chē)用太，王繼明，等，2006.京北地區(qū)熱水水文地球化學(xué)特征與地?zé)嵯到y(tǒng)的成因模式[J].地震地質(zhì)，(3)：419-429.

王澤龍，呂金波，周訓(xùn)，2007.北京市小湯山地區(qū)地溫場(chǎng)特征及地下熱水成因模式分析[C]//中國(guó)能源研究會(huì)地?zé)釋?zhuān)業(yè)委員會(huì).中國(guó)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)與保護(hù)—全國(guó)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)考察研討會(huì)論文集.

張道富，張進(jìn)平，2002.北京市小湯山地?zé)崽镏胁考俺菂^(qū)地?zé)崽锏販貓?chǎng)與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系[C]// 北京市國(guó)土資源和房屋管理局、北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局.北京地?zé)釃?guó)際研討會(huì)論文集.

張世民，王丹丹，劉旭東，等，2007.北京南口—孫河斷裂帶北段晚第四紀(jì)活動(dòng)的層序地層學(xué)研究[J].地震地質(zhì)，29(4)：729-743.