張家口市地下熱水地球化學(xué)特征及成因分析

黃樹梅　李楊　林海苓

摘要：典型地區(qū)地下水成因和演化機(jī)制的研究不僅對于熱水資源的合理利用與開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義，而且可以為日后的地?zé)豳Y源勘查評價(jià)提供重要信息。通過對張家口市的地下熱水的化學(xué)成分、同位素及其水文地質(zhì)特征的分析，進(jìn)而對這一地區(qū)的地下熱水的成巖和演化過程進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示地下熱水的形成受區(qū)內(nèi)深大斷裂和基底構(gòu)造對地?zé)嵝纬傻目刂疲叵聼崴a(bǔ)給是來自大氣降水，水化學(xué)成分以易溶鹽溶解作用為主，地下熱水的氣體組分主要起源于大氣、地殼和地幔的混合物，反映了地下水長期徑流及深循環(huán)中各種水化學(xué)作用。

關(guān)鍵詞：地?zé)幔凰牡刭|(zhì)；熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

1.前言

地?zé)豳Y源是一種潔凈的綠色能源，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(dāng)?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(jī)制研究程度較低，理論研究落后于生產(chǎn)實(shí)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。

本文重點(diǎn)分析了蔚縣盆地內(nèi)地?zé)崴目臻g變化，闡述了盆地周邊山區(qū)、盆地邊緣、盆地中心的變化規(guī)律。統(tǒng)計(jì)分析了不同類型的地?zé)崽铮ó惓^(qū)、點(diǎn)）的水化學(xué)組份的變化特征，闡述了其變化規(guī)律。

2.張家口市地?zé)豳Y源概況

該區(qū)包括壩上高原，地處板緣地體拼貼帶及燕山斷褶帶的背部。水溫大于60cc的熱水溫泉大多分布于尚義--h城斷裂以北，由西而東分布有赤城城關(guān)湯泉68℃、東萬口鄉(xiāng)塘子營熱水泉68.5℃、隆化縣湯池子北湯泉79℃、大廟鄉(xiāng)小廟湯泉71.5℃、二道河鄉(xiāng)開湯泉78.5℃、圍場山灣子熱水泉82℃等。古北口一平泉斷裂以南的興一平復(fù)向斜內(nèi)（地處燕山斷褶帶北部）所分布溫泉，水溫均低于60℃，以溫水或溫?zé)崴疄橹鳌＠绯械骂^溝鄉(xiāng)湯溝泉40.8℃、青龍白家店鄉(xiāng)湯丈子溫泉39.4℃、撫寧縣溫泉寺溫泉38℃、盧龍縣崔莊溫泉50%等。

3.地?zé)崴牡刭|(zhì)條件

蔚縣盆地由周圍山體最高峰圍攏而成。在南部由走向近東西、山勢陡峻的蔚縣南山構(gòu)成盆地內(nèi)壺流河水系與拒馬河水系的地表分水嶺；北部月山山脈構(gòu)成壺流河水系與桑干河水系的地表分水嶺；西部有太古界老地層及中上元古界、下古生界地層構(gòu)成葫蘆河與陜西渾河水系的地表分水嶺；東部則由中上元古界地層所組成的低山丘陵構(gòu)成壺流河與桑干河水系的地表分水嶺。在地表分水嶺之外、盆地邊緣尚有一個(gè)與地表分水嶺形態(tài)相似的、由古老的不透水層太古界花崗巖、花崗片麻巖、變質(zhì)巖系及燕山期巖漿巖構(gòu)成的地下分水嶺。

蔚縣盆地匯水面積：南山區(qū)為888km²，北山區(qū)332km²，東北山區(qū)261km²。蔚縣盆地巖石透水性能強(qiáng)，地下徑流通暢，地下水循環(huán)條件良好，地下水由南、北兩側(cè)向盆地中心運(yùn)移，地下水流向和地形坡降一致，壺流河是地下水的天然排泄區(qū)。由于本區(qū)降雨集中，周圍山區(qū)向山間盆地山前沖洪積扇群地下水集中匯流，形成了雨季滲入，非雨季在盆地

中心以泉水溢出形成緩慢排泄的地下水補(bǔ)、徑、排特征。

4.水化學(xué)特征

4.1水化學(xué)類型

通過分析本次試驗(yàn)成果，蔚縣卜南堡地?zé)岙惓｜c(diǎn)地?zé)崴瘜W(xué)類型為HCO₃-Na·Ca·Mg型。據(jù)張正山的相關(guān)研究，該井南部暖泉溫水與該鉆孔水化學(xué)類型一致，說明該區(qū)域地?zé)崴梢蛞恢隆?/p>

4.2主要離子組成特征分析

陽離子主要以鈉、鈣離子為主，陰離子碳酸氫根為主。F離子濃度0.4mg/L，pH=7.66，弱堿性水。根據(jù)蔚縣礦區(qū)主要離子、礦化度以及溫度分布情況，結(jié)合區(qū)域地層巖性，該區(qū)域水化學(xué)特征與構(gòu)造、地層有著密切的聯(lián)系。Fw、FR斷層兩側(cè)陰陽離子差異比較明顯，沿這兩條斷裂礦化度出現(xiàn)高值異常。暖泉大灣斷層兩側(cè)差別不大，說明該斷層為主要通道。陰陽離子、礦化度沿壺流河分布差別不大，與溫度異常呈現(xiàn)一定關(guān)聯(lián)系性。以上說明卜南堡地?zé)崽锓植济娣e還有增大的可能，底部可能較大面狀的熱儲(chǔ)層，典型盆地型地?zé)崽?，但由于奧灰水的混合，溫度不會(huì)很高。

5.地下熱水的成因分析

通過對地下熱水水文化學(xué)特征的分析，地下熱水的形成與大氣降水、熱儲(chǔ)巖性和地質(zhì)構(gòu)造三個(gè)方面密切相關(guān)。

5.1大氣降水

通過地?zé)崴畼拥脑囼?yàn)資料中穩(wěn)定同位素氘（D）、氧（¹⁸O）的分析，與當(dāng)?shù)亟邓€(wěn)定同位素資料對比，說明地?zé)崴难a(bǔ)給來源為大氣降水。大氣降水在地下滲透運(yùn)移和深循環(huán)過程中受地質(zhì)條件的影響而增溫。

5.2熱儲(chǔ)巖性

研究區(qū)地?zé)崽餆醿?chǔ)巖性主要有兩種：一種為以燕山期巨斑狀花崗巖、太古界片麻巖等為主，少量蓋層為熔結(jié)凝灰?guī)r；另一種以元古界白云巖為主。熱儲(chǔ)巖性對地下熱水的組分及水化學(xué)類型有一定影響，而更重要的是，其內(nèi)部巖漿活動(dòng)或放射性元素衰變放熱為地下熱水的重要能量來源。

5.3地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域內(nèi)的地?zé)崽锷钍鼙睎|方向的斷裂構(gòu)造控制，且主要分布在深大斷裂的交匯部位。在斷裂交匯處，斷裂發(fā)育，巖石破碎，為地下熱水的上升和運(yùn)移提供了通道和賦存空間。地?zé)崽镂挥谏８珊幽习洞髷嗔褞c北西扭斷裂的交匯處，深大斷裂成為研究區(qū)地下熱水的主要通道。

6.結(jié)論

（1）分析研究了蔚縣卜南堡熱田（異常區(qū)、點(diǎn)）的水化學(xué)類型、主要離子的組份特征以及相關(guān)因素的變化特征。

（2）研究分析了地?zé)崽飪?nèi)部水化學(xué)特征變化特征，蔚縣卜南堡地?zé)岙惓｜c(diǎn)地?zé)崴瘜W(xué)類型為HCO₃-Na·Ca·Mg型。

（3）研究分析了本區(qū)地下熱水的成因，本區(qū)主要為大氣降水滲入補(bǔ)給地下水，經(jīng)過復(fù)雜曲折的遠(yuǎn)距離運(yùn)移和深部循環(huán)，到達(dá)地殼深部，受到地下熱源（巖漿活動(dòng)，地?zé)嵩鰷氐龋┑挠绊懀叵滤疁囟壬?，由于深大斷裂溝通了地下熱?chǔ)層，使具有強(qiáng)大壓力的地下熱水通過斷裂構(gòu)造帶及構(gòu)造裂隙上升儲(chǔ)存于上部地層中或出露地表，形成地?zé)崽铮ǖ責(zé)帷ぎ惓^(qū)、點(diǎn)）。