崇禮冬奧場館區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造控?zé)崽卣鞣治?/h1>
2019-12-02 02:44:44劉永平
中國煤炭地質(zhì) 2019年9期
劉永平
(河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊,河北宣化 075100)
引言
張家口市崇禮區(qū)地?zé)豳Y源豐富，2022年冬奧會將在崇禮舉辦，利用地?zé)峤o冬奧會供暖，對綠色奧運(yùn)、環(huán)保奧運(yùn)具有十分重要的意義。河北省煤田地質(zhì)局《《張家口市崇禮區(qū)冬奧會場館及周邊地區(qū)地?zé)豳Y源調(diào)查》項(xiàng)目，在此基礎(chǔ)上，通過對崇禮區(qū)地質(zhì)構(gòu)造控制地?zé)岬姆治雠c研究，對崇禮冬奧會場館區(qū)域的構(gòu)造控?zé)崽卣饔腥缦抡J(rèn)識。
1 研究區(qū)地形地貌
研究區(qū)地貌類型按成因劃分為侵蝕構(gòu)造型地貌、構(gòu)造剝蝕型地貌和河流侵蝕堆積地貌類；按形態(tài)劃分為高中區(qū)、中山區(qū)、低山區(qū)和河谷區(qū)四種形態(tài)。高中山區(qū)以陰山山脈為主，冬奧運(yùn)場館區(qū)域?yàn)橹猩絽^(qū)，海拔高度為1 000～1 500m，其地貌特征為“山連山、溝套溝”，低山區(qū)主要由花崗片麻巖和中酸性火成巖組成，山地坡度為20°～35°。河谷區(qū)主要為清水河、白河兩條河谷。
2 控?zé)針?gòu)造主干斷裂的特征
2.1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置
2.2 研究區(qū)構(gòu)造特征
冬奧會場館及其周邊區(qū)域周邊以斷層為主，褶皺不發(fā)育，斷裂構(gòu)造構(gòu)成本區(qū)主要的構(gòu)造骨架。區(qū)內(nèi)，發(fā)育有34條斷裂(圖1)，其中以陰山緯向構(gòu)造帶為主，即主要發(fā)育EW向構(gòu)造斷層，新華夏系構(gòu)造帶區(qū)未出現(xiàn)，只在周邊赤城附近。在諸多斷裂中，以尚義—平泉深大斷裂規(guī)模最大，該斷裂及其次生的斷裂形成調(diào)查區(qū)的主干斷裂。
圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造簡圖Figure 1 A sketch tectonic map of study area
2.3 研究區(qū)地層及地?zé)岬刭|(zhì)
區(qū)內(nèi)分布在尚義-平泉深大斷裂兩側(cè)的基底地層主要為太古宇崇禮群和古元古界紅旗營子群變質(zhì)巖及燕山、海西期侵入巖。局部賦存有中生界侏羅系下花園組，在區(qū)內(nèi)河谷及山麓帶沉積有新生界第四系。研究區(qū)外圍分布有中元古界長城系和薊縣系。
研究區(qū)位于冀北山地地下熱水區(qū)和冀西北山間盆地地下熱水區(qū)的交匯部位。尚義-平泉深大斷裂北側(cè)為垻上高原屬于冀北山地地下熱水區(qū)，分布多處地?zé)豳Y源，如赤城湯泉、隆化北湯泉等。南側(cè)為冀西北山間盆地，包括陽原-蔚縣盆地、懷來山間盆地等，屬于冀西北山間盆地地下熱水區(qū)，分布有多處溫泉群，如宣化趙川的白廟溫泉、陽原三馬坊溫泉、赤城塘子營溫泉群等。
2.4 主干斷裂的規(guī)模
據(jù)中國地質(zhì)大學(xué)(北京)鄧劉洋，劉勝等人研究，尚義—平泉深大斷裂，該深大斷裂深度超過25km。經(jīng)遙感解譯、電磁探測、氡氣測量等手段勘查，證明該斷裂切割深度均在1 500m以深。在出露地段，斷層形成較連續(xù)的破碎帶20～100m。以電法測量資料推測，斷裂破碎帶寬度在100～500m以上。斷裂破碎帶主要由壓扁礫巖、碎裂巖、碎斑巖、構(gòu)造片巖、糜棱巖等構(gòu)成，裂隙發(fā)育。
2.5 主干斷裂活動時間及斷裂力學(xué)性質(zhì)
該深大斷裂活動時間自太古界末開始存在，主要活動時間，在元古代早期至中生代早期。在呂梁、海西、燕山等階段，在燕山期以后活動較少。該斷裂活動，主要是各類巖漿巖的侵入。對地?zé)嵊绊戯@著的巖漿巖，是燕山期花崗巖的侵入。崇禮地區(qū)花崗巖分布廣泛，花崗巖多以巖株侵入形式存在。
斷裂性質(zhì)由于受斷層斷裂多期影響，具有壓性—張性反復(fù)演化多期運(yùn)動的特點(diǎn)。目前斷層以擠壓性質(zhì)為主，具有為逆沖斷層的特征，斷層面向北傾斜，傾角80°。
3 主干斷裂對成熱、儲熱的影響
3.1 構(gòu)造導(dǎo)熱形成
區(qū)域內(nèi)地下水垂直水力聯(lián)系不明顯，大氣降水直接補(bǔ)給較少，多為次級斷裂的側(cè)向補(bǔ)給。大氣降水經(jīng)由第四系含水層，或直接經(jīng)次級斷裂下滲至深部熱儲，地?zé)崃黧w存儲空間為深大斷裂及次級斷裂破碎帶。在區(qū)域地溫梯度條件下吸取圍巖傳導(dǎo)熱和放射性生熱而增溫，并與周圍的圍巖發(fā)生溶濾作用。熱水溫度升高，上部巖層封閉或半封閉透水性差，造成熱源通過巖層裂隙上升，在冷、熱水對流的影響下，產(chǎn)生壓力，沿巖層開放性裂隙流出，形成溫泉。
3.2 地?zé)崽荻茸兓?/h3>
本次調(diào)查分析崇禮其周邊區(qū)域三口地?zé)峋Y料，70m以淺的第四系，基巖風(fēng)化帶，地?zé)崽荻葹?.85～ 0.89℃/100m;大面積分布的片麻巖、巖漿巖地溫梯度1.4～ 2.8℃/100m;斷裂帶附近局部地溫梯度擴(kuò)大4.5℃/100m。據(jù)此推斷，斷層是主要的導(dǎo)熱構(gòu)造。
3.3 構(gòu)造儲熱
新生代以來，地表及斷裂構(gòu)造的上部裂隙黃土碳酸巖、絹云母、綠泥石、氧化鐵質(zhì)和硅質(zhì)等充填，在垂向?qū)ι畲髷嗔褍?nèi)部熱水起到一定保溫作用；斷裂帶的的裂隙從而構(gòu)成良好的儲水空間。該深大斷裂是本區(qū)的主要導(dǎo)熱構(gòu)造和儲熱構(gòu)造。猶易兩條斷裂交會處，是地下熱水的富集場所，是我們尋找地?zé)岬睦硐氚袇^(qū)。例如赤城湯泉，該溫泉為NE、NW向主干斷裂次級斷裂交匯部位形成溫度68℃，水量743m3/d的溫泉。
4 主干斷裂對熱源物質(zhì)的控制
4.1 地球物理特征
主干斷裂區(qū)域布格重力特征異常：據(jù)河北省煤田二隊1996年地?zé)豳Y源調(diào)查報告深部重力勘測結(jié)果分析，區(qū)內(nèi)布格重力異常值-120～-105mgal，處于張家口北部垻上地區(qū)布格重力值變化范圍的頂部，在山區(qū)屬于較好的地溫場反映。
主干斷裂區(qū)域航磁特征異常；據(jù)《河北省崇禮-赤城地區(qū)航空綜合物探測量工作總結(jié)報告》[2]可知，探明的下兩間房-東榆樹溝-后溝磁場和草場溝-大邊-云州磁場以及崇禮-鎮(zhèn)寧堡-赤城低值異常帶，大致都在主干斷裂周圍。下兩間房-東榆樹溝-后溝磁場位于主干斷裂和其一次級深大斷裂區(qū)域內(nèi),總場極值最高達(dá)4 700nT；與中元古代超基性巖侵入相吻合。草場溝-大邊-云州磁場位于主干斷裂以北，總場極值范圍為-200～400nT,為構(gòu)造引起的深部熱液活動給磁性地層造成的熱退磁所致。崇禮-鎮(zhèn)寧堡-赤城低值異常帶與主干斷裂相吻合。
4.2 本區(qū)熱流值特征
根據(jù)中國科學(xué)院地質(zhì)研究所資料及以往地?zé)豳Y料可知，研究區(qū)熱流范圍在35～39 mW/m2，處于山區(qū)熱流值變化范圍的頂部，在山區(qū)屬于較好的地溫場反映區(qū)。根據(jù)《中國大陸地區(qū)大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)匯編》(第三版)，本區(qū)地溫梯度1.44C°/100m，熱導(dǎo)率0.65W/m·K,熱流35mW/m2,恒溫帶平均深度30m。
本次對崇禮地區(qū)調(diào)查實(shí)測熱流值：地溫梯度2.2C°，熱導(dǎo)率1.59W/m·K,熱流35mW/m2,恒溫帶平均深度30m。
4.3 巖漿巖放射性生熱率
調(diào)查區(qū)屬于巖漿活動較強(qiáng)烈的地區(qū)。根據(jù)區(qū)域構(gòu)造和巖性分析可知，火山活動形成中生代白堊系下統(tǒng)張家口組一套火山巖，主要巖性有石英粗面巖、粗面安山巖、流紋巖等。侵入活動多次進(jìn)行，分為太古宙、早元古代、中元古代、海西晚期和燕山早期。巖性主要為二長雜巖巖體。通過對本區(qū)巖漿巖放射性生熱率測算：花崗巖放射性生熱率最高為5.785μW/m3，平均生熱率3.029μW/m3；片麻巖放射性生熱率0.914μW/m3；正長巖放射性生熱率1.269μW/m3；二長巖放射性生熱率1.533μW/m3?；◢弾r放射性生熱率最高，經(jīng)計算，2.5km厚度的花崗巖對大地?zé)崃鞯呢暙I(xiàn)為7.57mW/m2，在本區(qū)大地?zé)崃髦械呢暙I(xiàn)率為21.6%。
4.4 主干斷裂對花崗巖的控制
本區(qū)特殊大地構(gòu)造背景下形成的深大斷裂對燕山期花崗巖的侵入起著絕對控制作用。崇禮區(qū)內(nèi)花崗巖沿斷層走向廣泛分布，其侵入類型，有巖株、巖基。有的巖基厚度遠(yuǎn)大于2.5km;如此厚度的花崗巖，提供了充足的熱源。
5 研究區(qū)地?zé)岢梢蚰Ｐ头治?/h2>
地?zé)豳Y源的形成的關(guān)鍵要素為：熱源，熱儲介質(zhì)(水)，蓋層和儲熱構(gòu)造。
5.1 熱源
水熱型地?zé)豳Y源的熱源：按形成類型劃分，可分為巖漿余熱型、地殼放射性熱源型、上地幔熱源型和機(jī)械熱源型四種。根據(jù)本次調(diào)查，通過對放射性生熱率與區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)條件分析，調(diào)查區(qū)地?zé)豳Y源的熱源主要是上地幔熱源與放射性熱源。熱流值范圍在35～39 mW/m2，，處于山區(qū)熱流值變化范圍的頂部，屬于較好的地溫場反映區(qū)。
研究區(qū)內(nèi)有花崗巖分布，其單位體積的放熱量平均為2.9μW/m3，略高于世界花崗巖的平均值2.5μW/m3，花崗巖巖體的放射性對熱形成提供了輔助熱源。
5.2 熱儲介質(zhì)(水)
一是大氣降水沿風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙徑流和側(cè)向徑流，二是過去構(gòu)造運(yùn)動封閉在深大斷裂中的水。
5.3 蓋層
尚義-平泉深斷裂南北兩側(cè)大面積出露太古宇崇禮群和古元古界紅旗營子群片麻巖、變粒巖與燕山、海西期侵入巖。據(jù)汪集旸對各類巖石熱導(dǎo)率的研究[6]，片麻巖、變粒巖等作為蓋層，其隔熱、隔水性能相對較差，易造成地?zé)豳Y源的散失，可定為不良蓋層。但根據(jù)羅舜浩、張兵、徐世光等對帶狀熱儲的研究[7]，不良蓋層帶狀熱儲若封閉封性能好，同時，圍巖又多為富水性弱的巖層，與外界導(dǎo)通渠道不暢，熱源不易散失，對地?zé)豳Y源影響不大，所以蓋層條件對于帶狀熱儲的熱儲溫度的控制所起到的作用有限。同時，在溝谷中存在第四系良好覆蓋層，但其厚度一般不超過100m，起到一定的隔熱作用。
5.4 儲熱構(gòu)造
研究區(qū)內(nèi)大面積分布太古宇崇禮群和古元古界紅旗營子群變質(zhì)巖及燕山、海西期侵入巖，垂向上于地表往下幾千米無富水性強(qiáng)的含水層，深部地下水只在斷裂破碎帶中聚積、賦存，形成帶狀儲水空間。
尚義—平泉深大斷裂及其次級斷裂是本區(qū)最主要的斷裂，該斷裂的斷距均較大，破碎帶寬度在100～500m以上，切割深度均在1 500m以深(據(jù)收集的航磁綜合解譯深斷裂切割深度大于10km)，裂隙發(fā)育。目前其表現(xiàn)為逆沖斷層，受斷裂多期活動的影響，深大斷裂具有壓性—張性演化特征，形成較連續(xù)的破碎帶，從而構(gòu)成良好的儲水空間。
斷裂破碎帶主要由壓扁礫巖、碎裂巖、碎斑巖、構(gòu)造片巖、糜棱巖等構(gòu)成，裂隙發(fā)育。其主要活動時期在呂梁、海西、燕山等階段，在燕山期以后活動較少。斷裂活動時期的地下水封閉在斷裂深部，地下水的賦存使斷裂破碎帶深部可能處于張性導(dǎo)通狀態(tài)。新生代以來，上部裂隙充填有碳酸巖、絹云母、綠泥石、氧化鐵質(zhì)和硅質(zhì)等，在垂向上阻隔了地下水的流通，也對深大斷裂內(nèi)部熱水起到一定保溫作用。
6 成熱模型分析
本區(qū)特殊大地構(gòu)造背景下形成的深大斷裂對地?zé)豳Y源的形成起到關(guān)鍵作用，既為熱儲，也是地下水的徑流通道。大氣降水，或原封閉在在斷層中的水，沿著風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙，或直接通過次級斷裂側(cè)向徑流至破碎帶深部貯水空間。地殼深部上地幔熱流通過熱傳導(dǎo)方式上升、擴(kuò)散，與巖漿巖放射性生熱共同對深大斷裂破碎帶深部地下水加溫形成地下熱水。形成的地下熱水或在深大斷裂深部貯存，或通過次級斷裂上涌，途中巖漿巖放射性加熱，在谷底靜水壓力差大、裂隙阻力小的部位上涌形成溫泉，條件不具備的地方在次級斷裂中賦存。
推測分析本區(qū)的地?zé)崴Y源模型是：上地幔與巖漿巖放射性供熱—深大斷裂導(dǎo)熱通道—深大斷裂破碎帶與次級斷裂熱儲—斷裂裂隙帶直接或側(cè)向徑流補(bǔ)水的帶狀熱儲(圖2)。
圖2 推測研究區(qū)地?zé)豳Y源模型Figure 2 Inferred study area geothermal resource model
7 結(jié)論
(1)經(jīng)過區(qū)域內(nèi)地?zé)岢梢蚋拍钅Ｐ团c尚義-平泉深大斷裂及其次級斷裂特征分析，崇禮冬奧會場館及附近尚義-平泉深大斷裂兩側(cè)次級構(gòu)造破碎帶底部在較好的貯水空間，在地下也有足夠的溫度對地下水加熱。熱儲賦存深度較大。
(2)尚義-平泉深大斷裂兩側(cè)次級構(gòu)造具有以下兩種賦存形式：①深大斷裂破碎帶深部，上覆有泥砂充填的隔水層；②賦存于深大斷裂交匯連通的次級斷裂內(nèi)。
(3)斷裂兩側(cè)均為地?zé)徇h(yuǎn)景區(qū)。
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張家口市崇禮區(qū)地?zé)豳Y源豐富，2022年冬奧會將在崇禮舉辦，利用地?zé)峤o冬奧會供暖，對綠色奧運(yùn)、環(huán)保奧運(yùn)具有十分重要的意義。河北省煤田地質(zhì)局《《張家口市崇禮區(qū)冬奧會場館及周邊地區(qū)地?zé)豳Y源調(diào)查》項(xiàng)目，在此基礎(chǔ)上，通過對崇禮區(qū)地質(zhì)構(gòu)造控制地?zé)岬姆治雠c研究，對崇禮冬奧會場館區(qū)域的構(gòu)造控?zé)崽卣饔腥缦抡J(rèn)識。
1 研究區(qū)地形地貌
研究區(qū)地貌類型按成因劃分為侵蝕構(gòu)造型地貌、構(gòu)造剝蝕型地貌和河流侵蝕堆積地貌類；按形態(tài)劃分為高中區(qū)、中山區(qū)、低山區(qū)和河谷區(qū)四種形態(tài)。高中山區(qū)以陰山山脈為主，冬奧運(yùn)場館區(qū)域?yàn)橹猩絽^(qū)，海拔高度為1 000～1 500m，其地貌特征為“山連山、溝套溝”，低山區(qū)主要由花崗片麻巖和中酸性火成巖組成，山地坡度為20°～35°。河谷區(qū)主要為清水河、白河兩條河谷。
2 控?zé)針?gòu)造主干斷裂的特征
2.1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置
2.2 研究區(qū)構(gòu)造特征
冬奧會場館及其周邊區(qū)域周邊以斷層為主，褶皺不發(fā)育，斷裂構(gòu)造構(gòu)成本區(qū)主要的構(gòu)造骨架。區(qū)內(nèi)，發(fā)育有34條斷裂(圖1)，其中以陰山緯向構(gòu)造帶為主，即主要發(fā)育EW向構(gòu)造斷層，新華夏系構(gòu)造帶區(qū)未出現(xiàn)，只在周邊赤城附近。在諸多斷裂中，以尚義—平泉深大斷裂規(guī)模最大，該斷裂及其次生的斷裂形成調(diào)查區(qū)的主干斷裂。
圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造簡圖Figure 1 A sketch tectonic map of study area
2.3 研究區(qū)地層及地?zé)岬刭|(zhì)
區(qū)內(nèi)分布在尚義-平泉深大斷裂兩側(cè)的基底地層主要為太古宇崇禮群和古元古界紅旗營子群變質(zhì)巖及燕山、海西期侵入巖。局部賦存有中生界侏羅系下花園組，在區(qū)內(nèi)河谷及山麓帶沉積有新生界第四系。研究區(qū)外圍分布有中元古界長城系和薊縣系。
研究區(qū)位于冀北山地地下熱水區(qū)和冀西北山間盆地地下熱水區(qū)的交匯部位。尚義-平泉深大斷裂北側(cè)為垻上高原屬于冀北山地地下熱水區(qū)，分布多處地?zé)豳Y源，如赤城湯泉、隆化北湯泉等。南側(cè)為冀西北山間盆地，包括陽原-蔚縣盆地、懷來山間盆地等，屬于冀西北山間盆地地下熱水區(qū)，分布有多處溫泉群，如宣化趙川的白廟溫泉、陽原三馬坊溫泉、赤城塘子營溫泉群等。
2.4 主干斷裂的規(guī)模
據(jù)中國地質(zhì)大學(xué)(北京)鄧劉洋，劉勝等人研究，尚義—平泉深大斷裂，該深大斷裂深度超過25km。經(jīng)遙感解譯、電磁探測、氡氣測量等手段勘查，證明該斷裂切割深度均在1 500m以深。在出露地段，斷層形成較連續(xù)的破碎帶20～100m。以電法測量資料推測，斷裂破碎帶寬度在100～500m以上。斷裂破碎帶主要由壓扁礫巖、碎裂巖、碎斑巖、構(gòu)造片巖、糜棱巖等構(gòu)成，裂隙發(fā)育。
2.5 主干斷裂活動時間及斷裂力學(xué)性質(zhì)
該深大斷裂活動時間自太古界末開始存在，主要活動時間，在元古代早期至中生代早期。在呂梁、海西、燕山等階段，在燕山期以后活動較少。該斷裂活動，主要是各類巖漿巖的侵入。對地?zé)嵊绊戯@著的巖漿巖，是燕山期花崗巖的侵入。崇禮地區(qū)花崗巖分布廣泛，花崗巖多以巖株侵入形式存在。
斷裂性質(zhì)由于受斷層斷裂多期影響，具有壓性—張性反復(fù)演化多期運(yùn)動的特點(diǎn)。目前斷層以擠壓性質(zhì)為主，具有為逆沖斷層的特征，斷層面向北傾斜，傾角80°。
3 主干斷裂對成熱、儲熱的影響
3.1 構(gòu)造導(dǎo)熱形成
區(qū)域內(nèi)地下水垂直水力聯(lián)系不明顯，大氣降水直接補(bǔ)給較少，多為次級斷裂的側(cè)向補(bǔ)給。大氣降水經(jīng)由第四系含水層，或直接經(jīng)次級斷裂下滲至深部熱儲，地?zé)崃黧w存儲空間為深大斷裂及次級斷裂破碎帶。在區(qū)域地溫梯度條件下吸取圍巖傳導(dǎo)熱和放射性生熱而增溫，并與周圍的圍巖發(fā)生溶濾作用。熱水溫度升高，上部巖層封閉或半封閉透水性差，造成熱源通過巖層裂隙上升，在冷、熱水對流的影響下，產(chǎn)生壓力，沿巖層開放性裂隙流出，形成溫泉。
3.2 地?zé)崽荻茸兓?/h3>
本次調(diào)查分析崇禮其周邊區(qū)域三口地?zé)峋Y料，70m以淺的第四系，基巖風(fēng)化帶，地?zé)崽荻葹?.85～ 0.89℃/100m;大面積分布的片麻巖、巖漿巖地溫梯度1.4～ 2.8℃/100m;斷裂帶附近局部地溫梯度擴(kuò)大4.5℃/100m。據(jù)此推斷，斷層是主要的導(dǎo)熱構(gòu)造。
3.3 構(gòu)造儲熱
新生代以來，地表及斷裂構(gòu)造的上部裂隙黃土碳酸巖、絹云母、綠泥石、氧化鐵質(zhì)和硅質(zhì)等充填，在垂向?qū)ι畲髷嗔褍?nèi)部熱水起到一定保溫作用；斷裂帶的的裂隙從而構(gòu)成良好的儲水空間。該深大斷裂是本區(qū)的主要導(dǎo)熱構(gòu)造和儲熱構(gòu)造。猶易兩條斷裂交會處，是地下熱水的富集場所，是我們尋找地?zé)岬睦硐氚袇^(qū)。例如赤城湯泉，該溫泉為NE、NW向主干斷裂次級斷裂交匯部位形成溫度68℃，水量743m3/d的溫泉。
4 主干斷裂對熱源物質(zhì)的控制
4.1 地球物理特征
主干斷裂區(qū)域布格重力特征異常：據(jù)河北省煤田二隊1996年地?zé)豳Y源調(diào)查報告深部重力勘測結(jié)果分析，區(qū)內(nèi)布格重力異常值-120～-105mgal，處于張家口北部垻上地區(qū)布格重力值變化范圍的頂部，在山區(qū)屬于較好的地溫場反映。
主干斷裂區(qū)域航磁特征異常；據(jù)《河北省崇禮-赤城地區(qū)航空綜合物探測量工作總結(jié)報告》[2]可知，探明的下兩間房-東榆樹溝-后溝磁場和草場溝-大邊-云州磁場以及崇禮-鎮(zhèn)寧堡-赤城低值異常帶，大致都在主干斷裂周圍。下兩間房-東榆樹溝-后溝磁場位于主干斷裂和其一次級深大斷裂區(qū)域內(nèi),總場極值最高達(dá)4 700nT；與中元古代超基性巖侵入相吻合。草場溝-大邊-云州磁場位于主干斷裂以北，總場極值范圍為-200～400nT,為構(gòu)造引起的深部熱液活動給磁性地層造成的熱退磁所致。崇禮-鎮(zhèn)寧堡-赤城低值異常帶與主干斷裂相吻合。
4.2 本區(qū)熱流值特征
根據(jù)中國科學(xué)院地質(zhì)研究所資料及以往地?zé)豳Y料可知，研究區(qū)熱流范圍在35～39 mW/m2，處于山區(qū)熱流值變化范圍的頂部，在山區(qū)屬于較好的地溫場反映區(qū)。根據(jù)《中國大陸地區(qū)大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)匯編》(第三版)，本區(qū)地溫梯度1.44C°/100m，熱導(dǎo)率0.65W/m·K,熱流35mW/m2,恒溫帶平均深度30m。
本次對崇禮地區(qū)調(diào)查實(shí)測熱流值：地溫梯度2.2C°，熱導(dǎo)率1.59W/m·K,熱流35mW/m2,恒溫帶平均深度30m。
4.3 巖漿巖放射性生熱率
調(diào)查區(qū)屬于巖漿活動較強(qiáng)烈的地區(qū)。根據(jù)區(qū)域構(gòu)造和巖性分析可知，火山活動形成中生代白堊系下統(tǒng)張家口組一套火山巖，主要巖性有石英粗面巖、粗面安山巖、流紋巖等。侵入活動多次進(jìn)行，分為太古宙、早元古代、中元古代、海西晚期和燕山早期。巖性主要為二長雜巖巖體。通過對本區(qū)巖漿巖放射性生熱率測算：花崗巖放射性生熱率最高為5.785μW/m3，平均生熱率3.029μW/m3；片麻巖放射性生熱率0.914μW/m3；正長巖放射性生熱率1.269μW/m3；二長巖放射性生熱率1.533μW/m3?；◢弾r放射性生熱率最高，經(jīng)計算，2.5km厚度的花崗巖對大地?zé)崃鞯呢暙I(xiàn)為7.57mW/m2，在本區(qū)大地?zé)崃髦械呢暙I(xiàn)率為21.6%。
4.4 主干斷裂對花崗巖的控制
本區(qū)特殊大地構(gòu)造背景下形成的深大斷裂對燕山期花崗巖的侵入起著絕對控制作用。崇禮區(qū)內(nèi)花崗巖沿斷層走向廣泛分布，其侵入類型，有巖株、巖基。有的巖基厚度遠(yuǎn)大于2.5km;如此厚度的花崗巖，提供了充足的熱源。
5 研究區(qū)地?zé)岢梢蚰Ｐ头治?/h2>
地?zé)豳Y源的形成的關(guān)鍵要素為：熱源，熱儲介質(zhì)(水)，蓋層和儲熱構(gòu)造。
5.1 熱源
水熱型地?zé)豳Y源的熱源：按形成類型劃分，可分為巖漿余熱型、地殼放射性熱源型、上地幔熱源型和機(jī)械熱源型四種。根據(jù)本次調(diào)查，通過對放射性生熱率與區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)條件分析，調(diào)查區(qū)地?zé)豳Y源的熱源主要是上地幔熱源與放射性熱源。熱流值范圍在35～39 mW/m2，，處于山區(qū)熱流值變化范圍的頂部，屬于較好的地溫場反映區(qū)。
研究區(qū)內(nèi)有花崗巖分布，其單位體積的放熱量平均為2.9μW/m3，略高于世界花崗巖的平均值2.5μW/m3，花崗巖巖體的放射性對熱形成提供了輔助熱源。
5.2 熱儲介質(zhì)(水)
一是大氣降水沿風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙徑流和側(cè)向徑流，二是過去構(gòu)造運(yùn)動封閉在深大斷裂中的水。
5.3 蓋層
尚義-平泉深斷裂南北兩側(cè)大面積出露太古宇崇禮群和古元古界紅旗營子群片麻巖、變粒巖與燕山、海西期侵入巖。據(jù)汪集旸對各類巖石熱導(dǎo)率的研究[6]，片麻巖、變粒巖等作為蓋層，其隔熱、隔水性能相對較差，易造成地?zé)豳Y源的散失，可定為不良蓋層。但根據(jù)羅舜浩、張兵、徐世光等對帶狀熱儲的研究[7]，不良蓋層帶狀熱儲若封閉封性能好，同時，圍巖又多為富水性弱的巖層，與外界導(dǎo)通渠道不暢，熱源不易散失，對地?zé)豳Y源影響不大，所以蓋層條件對于帶狀熱儲的熱儲溫度的控制所起到的作用有限。同時，在溝谷中存在第四系良好覆蓋層，但其厚度一般不超過100m，起到一定的隔熱作用。
5.4 儲熱構(gòu)造
研究區(qū)內(nèi)大面積分布太古宇崇禮群和古元古界紅旗營子群變質(zhì)巖及燕山、海西期侵入巖，垂向上于地表往下幾千米無富水性強(qiáng)的含水層，深部地下水只在斷裂破碎帶中聚積、賦存，形成帶狀儲水空間。
尚義—平泉深大斷裂及其次級斷裂是本區(qū)最主要的斷裂，該斷裂的斷距均較大，破碎帶寬度在100～500m以上，切割深度均在1 500m以深(據(jù)收集的航磁綜合解譯深斷裂切割深度大于10km)，裂隙發(fā)育。目前其表現(xiàn)為逆沖斷層，受斷裂多期活動的影響，深大斷裂具有壓性—張性演化特征，形成較連續(xù)的破碎帶，從而構(gòu)成良好的儲水空間。
斷裂破碎帶主要由壓扁礫巖、碎裂巖、碎斑巖、構(gòu)造片巖、糜棱巖等構(gòu)成，裂隙發(fā)育。其主要活動時期在呂梁、海西、燕山等階段，在燕山期以后活動較少。斷裂活動時期的地下水封閉在斷裂深部，地下水的賦存使斷裂破碎帶深部可能處于張性導(dǎo)通狀態(tài)。新生代以來，上部裂隙充填有碳酸巖、絹云母、綠泥石、氧化鐵質(zhì)和硅質(zhì)等，在垂向上阻隔了地下水的流通，也對深大斷裂內(nèi)部熱水起到一定保溫作用。
6 成熱模型分析
本區(qū)特殊大地構(gòu)造背景下形成的深大斷裂對地?zé)豳Y源的形成起到關(guān)鍵作用，既為熱儲，也是地下水的徑流通道。大氣降水，或原封閉在在斷層中的水，沿著風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙，或直接通過次級斷裂側(cè)向徑流至破碎帶深部貯水空間。地殼深部上地幔熱流通過熱傳導(dǎo)方式上升、擴(kuò)散，與巖漿巖放射性生熱共同對深大斷裂破碎帶深部地下水加溫形成地下熱水。形成的地下熱水或在深大斷裂深部貯存，或通過次級斷裂上涌，途中巖漿巖放射性加熱，在谷底靜水壓力差大、裂隙阻力小的部位上涌形成溫泉，條件不具備的地方在次級斷裂中賦存。
推測分析本區(qū)的地?zé)崴Y源模型是：上地幔與巖漿巖放射性供熱—深大斷裂導(dǎo)熱通道—深大斷裂破碎帶與次級斷裂熱儲—斷裂裂隙帶直接或側(cè)向徑流補(bǔ)水的帶狀熱儲(圖2)。
圖2 推測研究區(qū)地?zé)豳Y源模型Figure 2 Inferred study area geothermal resource model
7 結(jié)論
(1)經(jīng)過區(qū)域內(nèi)地?zé)岢梢蚋拍钅Ｐ团c尚義-平泉深大斷裂及其次級斷裂特征分析，崇禮冬奧會場館及附近尚義-平泉深大斷裂兩側(cè)次級構(gòu)造破碎帶底部在較好的貯水空間，在地下也有足夠的溫度對地下水加熱。熱儲賦存深度較大。
(2)尚義-平泉深大斷裂兩側(cè)次級構(gòu)造具有以下兩種賦存形式：①深大斷裂破碎帶深部，上覆有泥砂充填的隔水層；②賦存于深大斷裂交匯連通的次級斷裂內(nèi)。
(3)斷裂兩側(cè)均為地?zé)徇h(yuǎn)景區(qū)。
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