張家口市地?zé)豳Y源與地震分布規(guī)律研究分析

李楊　黃樹梅　林海苓

摘要：地?zé)豳Y源是一種潔凈的綠色能源，在當今人們普遍關(guān)注全球氣候變化和環(huán)境污染的形勢下，無論對地?zé)豳Y源的科學(xué)研究還是開發(fā)利用，均受到國內(nèi)外高度重視。河北省地?zé)豳Y源比較豐富，張家口地區(qū)是河北省重要地?zé)豳Y源分布區(qū)域，近些年當?shù)卣诖罅μ岢_采利用地?zé)豳Y源，例如涿鹿、懷來、赤城、蔚縣、陽原等，對地?zé)豳Y源開采利用積極性非常高。但是，張家口地?zé)豳Y源形成機制研究程度較低，理論研究落后于生產(chǎn)實踐，在一定程度上制約著對地?zé)豳Y源的勘查和開發(fā)利用。本項目通過研究張家口地?zé)豳Y源的分布規(guī)律和開發(fā)利用方式，進一步研究地?zé)豳Y源成因、形成機制和利用模式，為地?zé)豳Y源的進一步勘查、尋找新的地?zé)豳Y源、科學(xué)開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)，對張家口地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用有著重要的理論和實際意義。

關(guān)鍵詞：地?zé)豳Y源；地震分布

1.引言

河北省位于環(huán)太平洋地震帶西部的中段，是我國構(gòu)造地震的多發(fā)地區(qū)之一。研究區(qū)內(nèi)M≥6.0級的地震震中主要聚集于三個地帶：①環(huán)河北平原邊緣的燕山及太行山山前地帶；②燕山與太行山脈斜向接壤的蔚縣一懷來一帶；③平原區(qū)內(nèi)部次級幔凸的周圍。誠然，誘發(fā)構(gòu)造地震尤其是強震的因素是多方面的，但從上述的空間制約關(guān)系表明：上地幔隆起區(qū)的邊緣及不同方向深部構(gòu)造的交會轉(zhuǎn)折地帶無疑是易于發(fā)震的重要背景因素。本區(qū)深部構(gòu)造對以熱泉為代表的溫泉分布的制約也有一定的關(guān)系。張家口地震分布受斷裂控制，地?zé)崽铮ó惓^(qū)）大部分分布在活動斷裂附近或斷裂交匯部位，這些部位地震活動強烈，為地下熱水活動提供條件，這說明地震活動強烈區(qū)域更容易孕育地下熱水。

研究區(qū)位于張家口一渤海斷裂帶和山西斷陷斷裂帶的交匯部位。同時這兩個斷裂帶又是地震發(fā)育帶。根據(jù)前人資料分析，這兩個地震帶上地?zé)豳Y源發(fā)育，北京延慶、天津、唐山等地?zé)豳Y源豐富，均位于張家口一渤海地震帶上，山西天鎮(zhèn)區(qū)域的地?zé)豳Y源分布于山西斷陷地震帶內(nèi)。而研究區(qū)為這兩個地震帶的交匯部位，更具有更溝通深部熱的有利條件。另外，磁縣一河間一唐山地震帶應(yīng)該與華北平原盆地地?zé)豳Y源關(guān)系密切。

2.研究區(qū)地?zé)豳Y源與地震分布規(guī)律研究分析

地?zé)崤c地震都是地殼釋放能量的過程。地?zé)崾且葬尫艧岬男问结尫拍芰?；地震是以彈性波的形式釋放能量。從某種意義上講，地震造就了有利于地下水深循環(huán)的條件，為溫泉的形成和顯現(xiàn)創(chuàng)造了地質(zhì)和地貌條件，地震活動在地?zé)岬男纬蛇^程中起了一定的作用。反之地下熱水的形成和運動過程中所引起的一系列物理、化學(xué)變化，對于地震的孕育和發(fā)動也給予比較大的影響。從熱力學(xué)觀點看，地震和地?zé)岫际菬岙惓５谋憩F(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)地震和地?zé)嵩诳臻g分布上有很大程度的一致性。研究區(qū)內(nèi)地?zé)岷偷卣鹩兄芮谐缮?lián)系的表現(xiàn)比較明顯，如下列所述。

2.1地震帶、構(gòu)造帶與地?zé)豳Y源分布空間上對應(yīng)較好

研究區(qū)地震分布受斷裂控制，尤其是活動斷裂以及斷裂交叉部位，這些部位地殼活動強烈。地?zé)崽铮ó惓^(qū)）大部分分布在活動斷裂附近或斷裂交匯部位，這些部位地震活動強烈，為地下熱水活動提供條件，這說明地震活動強烈區(qū)域更容易孕育地下熱水。如懷來、陽原、蔚縣盆地內(nèi)發(fā)生頻率非常高。主要為弱震，尤其是小于2級的地震。震中深度主要集中在在5km～10km，赤城雖然發(fā)生的地震頻次較少，但是其地震強度明顯增強，主要集中在1.5～2.5之間，而且出現(xiàn)過大于5級的地震。這些區(qū)域內(nèi)地?zé)豳Y源顯示強烈，讓我們想到地?zé)豳Y源的形成受地震分布的影響。

2.2地?zé)崴h(huán)弱化圍巖加劇地震發(fā)生，其周邊中小地震頻發(fā)

經(jīng)過地質(zhì)勘探和物探資料證實的后郝窯熱田存在著NW、NE兩組隱伏斷層，這兩組斷層的走向、傾向及斷層性質(zhì)都與上述地震活動所揭示的兩組斷層基本一致。這兩組斷層不是處于“閉鎖”狀態(tài)，而斷層落差非常之大，其中一斷層的垂直斷距可達250m以上，說明斷層在活動。流體對介質(zhì)強度的弱化，隨著溫度的升高而變的更加明顯。斷裂帶上地下熱水的作用使斷裂及其圍巖弱化，斷裂強度降低，斷層不斷產(chǎn)生滑移，斷面不利于應(yīng)力積累、孕育地震。這就是后郝窯熱田兩組斷裂落差非常大而“缺失”地震的原因。據(jù)許向彤等和刁桂苓等對延懷盆地1995年1月～1996年6月發(fā)生的中小地震的震源深度進行解析，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)集中在3km～10km的深度范圍，尤其集中在5km～7kin深度。這與懷來4井所處熱田區(qū)的熱流體循環(huán)深度（5 03km）相吻合，也恰與該區(qū)上地殼熱流體的循環(huán)深度范圍5.03km～6.53km十分吻合。這樣的一致性表明熱流體與地震之間存在著某種成因關(guān)系，即熱流體對地殼介質(zhì)強度的弱化及對中小地震的促發(fā)作用。當?shù)貧ぶ杏幸欢ǖ膽?yīng)力積累時，熱流體的活動使地殼介質(zhì)的強度弱化，從而促發(fā)地殼介質(zhì)破裂并引發(fā)地震。由于熱流體的不斷活動，不斷弱化地殼介質(zhì)的強度，該區(qū)地殼難以積累很高的應(yīng)力和孕育較強的地震。因此，熱流體活動區(qū)的地震活動特點是中小地震多而強震少。王培德及陳運泰對該地區(qū)地震序列進行三維透視研究證明，懷來熱田區(qū)處于盆地北緣的棗兒口斷層及盆地南緣的暖泉一杏園斷層共軛交匯點上。這些都表明后郝窯地?zé)崃黧w活動與這兩組斷裂上的地震活動之間存在著某種成因關(guān)系。

以上分析表明：上地殼熱流體的活動導(dǎo)致了地殼介質(zhì)的強度弱化，強化了斷裂活動，促發(fā)了中小地震活動。在尋找地?zé)岙惓r，地震多發(fā)地段尤其是弱震多發(fā)區(qū)域，有可能形成地?zé)岙惓！?/p>

2-3地?zé)崴诘卣鸹顒又氨憩F(xiàn)異常

20世紀60年代，流體在地震孕育與發(fā)生過程中的作用就已受到研究者關(guān)注。結(jié)果表明，地殼熱流體活動區(qū)的地震活動多，但多為中小地震；而地殼熱流體活動弱的地區(qū)地震活動數(shù)量相對少，但以大震活動為主。

據(jù)宣化白廟溫泉的戶主介紹，在四川汶川5.12大地震發(fā)生的前兩天，白廟溫泉的水突然降低，大約持續(xù)1天的時間后溫度逐漸回升。

1989年5月，在河北省懷來縣官廳水庫附近發(fā)生MIA.1級地震，這是一次比較有影響的地震，該次地震發(fā)生在北東向浪山一黑山寺斷裂和康莊斷裂附近，其周圍多地有明顯震感。澡洗塘地?zé)崽镆参挥谠搮^(qū)北東向構(gòu)造帶附近，距震中約80km，在該地震前后澡洗塘地?zé)崽餃囟瘸霈F(xiàn)跳躍式降低的變化，如圖1。

上述異常過程說明，地?zé)崽锾卣鲗τ谥車卣鹪杏^程的不同階段有密切聯(lián)系的地?zé)嶙兓畔ⅲ梢燥@示出一種比較完整的短臨前兆異常的形態(tài)特征，其周圍的地震活動對地?zé)釀討B(tài)變化有一定的影響。

3.地震和地?zé)豳Y源形成的關(guān)聯(lián)分析

通過懷來地區(qū)分析地震與地?zé)豳Y源的關(guān)系?！叭蹘r囊”為懷來底部的巖漿囊或冷卻的低速帶，深度約11km～17km范圍。“熔巖囊”上部地震活動區(qū)遠遠大于其內(nèi)部和下部。按照地震地?zé)嵴f，淺部中小地震的發(fā)生是在釋放“熔巖囊”的熱量。懷來地區(qū)地震不斷發(fā)生，說明懷來地區(qū)底部的巖漿巖為冷卻或還處于熔融狀態(tài)，具有非常之大的熱量。該區(qū)內(nèi)地震主要集中在4km～10km深度范圍內(nèi)，說明“熔巖囊”的熱量足以輻射到地面以下4km左右。而該區(qū)域的地?zé)崴h(huán)深度在4km～5km，說明該區(qū)域的地?zé)崴疅嵩捶浅Ｓ锌赡転橄虏俊叭蹘r囊”的“熱”。

地震柱是能量交換的通道，淺部地震雖然規(guī)模較小，但是仍有可能將較深部的“熔巖囊”的能量在地殼內(nèi)繼續(xù)向上運移，在4km～10km范圍內(nèi)形成一個新的“熔巖囊”，類似于“幔枝狀構(gòu)造”形成一個新的巖漿巖侵入體。在8km深度地震發(fā)生的頻次降低，其上部又在升高，可以說明這一點。這樣的話，懷來地區(qū)地?zé)崴€有可能被巖漿巖直接加熱。另外，1km～4km深度范圍的弱震較少，該深度在地?zé)崴h(huán)深度范圍能，其發(fā)生主要為地?zé)崴h(huán)對圍巖的弱化起到重要作用。

由上述可知，巖漿巖活動控制著該區(qū)域地下熱水形成的熱源，并考慮該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性等多方面的因素，就不難得出懷來地區(qū)后郝窯、奚家堡均為巖漿巖型地?zé)崽?，不僅溫度高且該區(qū)域存在弱震頻發(fā)的特征，同時也說明地?zé)豳Y源是“熔巖囊”釋放能量的方式之一。