延慶盆地大地熱流異常及其構(gòu)造背景

雷曉東，李晨，王立發(fā)，趙玉，尤志鑫，唐顯春，關(guān)偉，李娟

1 北京市生態(tài)地質(zhì)研究所，北京 100120 2 地球深部探測中心，中國地質(zhì)科學院，北京 100037 3 北京市地熱調(diào)查研究所，北京 102218

0 引言

地熱資源是一種清潔、穩(wěn)定、可持續(xù)的可再生能源，近年來多個國家地熱資源利用增長速度較快(Lund and Toth，2021).科學利用地熱資源將有力促進我國早日實現(xiàn)碳達峰、碳中和.北京地區(qū)地熱資源的勘探開發(fā)始于20世紀七八十年代，經(jīng)歷了從單井抽水、對井回灌到局部大規(guī)模供暖，以及傳統(tǒng)的深層水熱利用與深、淺層地熱利用并重的發(fā)展歷程.北京地區(qū)中深層水熱型地熱資源分布不均，勘探開發(fā)多集中于十大地熱田中相對成熟地區(qū)(賓德智等，2002; 劉凱等，2017).基于區(qū)域地球物理和地熱地質(zhì)調(diào)查工作，前人開展了北京部分地區(qū)地熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征、水循環(huán)特征和成因模式等研究，為開發(fā)利用地熱資源提供了科學依據(jù)(雷曉東等，2017; 劉宗明等，2017; 柯柏林等，2019; 袁利娟等，2020).

沉積盆地基底構(gòu)造研究對于準確認識地熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有重要意義，在基底構(gòu)造探測的諸多方法中，區(qū)域重力測量可用于識別斷裂構(gòu)造、隆起凹陷和侵入巖分布等(Tontini et al.，2016; Armadillo et al.，2020; Peacock et al.，2020; Zhao et al.，2020; 張健等，2021).延慶盆地是北京西北部NE-SW走向的新生代斷陷盆地，西與懷來盆地相連，處于張家口—渤海活動構(gòu)造帶上，以往基底構(gòu)造研究多集中于主要斷裂幾何特征及其活動性方面(于貴華等，2004; 戚幫申等，2019)，基底構(gòu)造與熱異常成因研究較少.延慶盆地及周邊在20世紀完成了1∶20萬區(qū)域重力測量，開展過較大尺度的構(gòu)造背景研究(姜文亮和張景發(fā)，2012).21世紀以來，北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院先后分三個區(qū)塊完成了延慶盆地1∶2.5萬區(qū)域重力測量，對局部地質(zhì)構(gòu)造開展過分析研究，最近一期數(shù)據(jù)覆蓋到整個盆地，并可與周邊不同比例尺數(shù)據(jù)連片處理，為分析區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造奠定了基礎.大地熱流是地熱學中反映區(qū)域熱狀態(tài)和地熱資源評價的基本參數(shù)，一般通過地溫梯度和熱導率的測定而獲取，目前我國已匯編四版大地熱流圖，積累了1200余個熱流數(shù)據(jù)(Jiang et al.，2019).我國幅員遼闊，現(xiàn)有熱流數(shù)據(jù)對于了解局部熱狀態(tài)遠遠不夠，例如延慶盆地至今僅公布了1個實測熱流數(shù)據(jù)(汪集旸和黃少鵬，1990).延慶盆地是北京十大地熱田之一，伴隨地熱勘探開發(fā)積累有較好測溫資料的地熱孔已達10余個，主要集中在延慶城區(qū)及盆地西部，并完成了區(qū)域地層熱導率參數(shù)測量(雷曉東等，2018b).本文通過區(qū)域重力資料分析基底形態(tài)，結(jié)合鉆孔測溫和熱導率數(shù)據(jù)計算大地熱流，研究大地熱流異常特征及其基底構(gòu)造背景，為地熱成因分析和資源評價提供理論依據(jù).

1 地質(zhì)背景

延慶盆地處于北京西山褶皺帶和北山褶皺帶交疊部位，盆地大部為第四系覆蓋，局部殘山出露.延慶盆地區(qū)域上經(jīng)歷了多期次構(gòu)造演化，在太古宙結(jié)晶基底基礎上沉積了中上元古界碳酸鹽巖地層，之后長期遭受剝蝕抬升，缺失了青白口紀至三疊紀地層，中生代火山活動和巖漿侵入事件頻繁，沉積了巨厚的陸相火山碎屑地層，白堊紀晚期至新近紀整體抬升后于第四紀晚更新世斷陷成盆，局部堆積了較厚的河湖相沉積地層.盆地主體由燕山早期形成的一系列NE向正斷層控制(徐錫偉等，2015)，如盆地北緣的佛峪口—黃柏寺斷裂(區(qū)域上為延礬盆地北緣斷裂，圖1中F1)、盆地南部的康莊—沈家營斷裂(圖1中F2)等；喜山期形成了一系列近南北向逆斷層(F8—F12)，部分斷層現(xiàn)今表現(xiàn)為正斷性質(zhì).

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 重力數(shù)據(jù)處理

重力資料分析的目的是研究延慶盆地內(nèi)控熱構(gòu)造分布特征.本次盆地內(nèi)實測區(qū)域高精度重力數(shù)據(jù)覆蓋面積518 km2，與以往周邊低精度重力數(shù)據(jù)統(tǒng)一基準連片處理(兩期數(shù)據(jù)所使用的基點相差一個常數(shù))，處理區(qū)面積870 km2(圖1).對處理區(qū)原始布格重力異常擴邊后選用Kriging插值，網(wǎng)格間距100 m×100 m，為去除高頻干擾選取指數(shù)因子150、補償因子20進行補償圓滑濾波處理，得到延慶盆地形態(tài)完整的布格重力異常(圖2a)；之后用10 km窗口求取區(qū)域場(圖2b)和剩余重力異常，剩余重力異常主要反映了第四紀沉積基底的隆起、凹陷特征，其中重力高反映的隆起區(qū)有3處，代號為G1、G2和G3，重力低反映的凹陷區(qū)有6處，表示為L1—L6(圖2c).使用場源邊緣檢測方法處理獲得布格重力異常歸一化Theta垂向?qū)?shù)圖(NVDR_Theta圖)(圖2d)，該圖主要用于識別斷裂構(gòu)造位置，分析斷裂規(guī)模和匯交關(guān)系.NVDR_Theta圖方法最早由Wijns等(2005)提出，并由何濤等(2019)、王萬銀(2009)進一步完善，計算公式如下：

(1)

(2)

(3)

對于平面重力數(shù)據(jù)g(x,y,z)，式中：

(4)

(5)

(6)

THDR為重力異常總水平導數(shù)，gx、gy分別為重力異常沿x、y方向一階水平導數(shù)，VDR、gz為重力異常一階垂向?qū)?shù)，α為正則化因子.

圖2 重力異常圖(a) 布格重力異常； (b) 區(qū)域場； (c) 剩余重力異常； (d) 布格重力異常NVDR_Theta圖.虛線為山界.Fig.2 Map of gravity anomalies(a) Bouguer gravity anomaly； (b) Regional field； (c) Residual gravity anomaly； (d) NVDR_Theta map of Bouguer gravity anomaly. The dashed line is the mountain boundary.

NVDR_Theta圖對盆地邊緣斷裂及規(guī)模較大的正斷層有明顯的峰值異常顯示，而對近南北向斷層識別較不理想.根據(jù)在盆地西部西卓家營至東五里營一帶、官廳水庫至佛峪口一帶NVDR_Theta圖顯示的明顯峰值異常，結(jié)合剩余重力異常特征，新推斷出存在一條近EW向的五里營斷裂(F6)和NNE向的黑龍廟斷裂(F7).同樣在盆地東部可新推斷出東桑園—永寧斷裂(F4)、玉皇山斷裂(F13)、井莊東斷裂(F14)、馬匹營斷裂(F15).前人推斷的盆地內(nèi)兩條NE向正斷層即五里營—古城斷裂(F4)、西卓家營—馬莊斷裂(F5)在NVDR_Theta圖上無異常顯示(圖2d).

在上述處理基礎上進行了重力異常三維密度單界面反演和2.5D剖面反演.反演方法為頻率域Parker-Oldenburg方法.密度界面反演目的是使用剩余重力異常計算基巖面埋深，考慮到區(qū)域地質(zhì)資料和鉆孔資料情況(圖3a)，反演范圍僅限于F1以南和F12以西的盆地主體區(qū)域.界面密度差的設置參考北京地區(qū)巖石物性測量結(jié)果(雷曉東等，2020)，反演深度由已知鉆孔基巖埋深控制，最終反演得到盆地主體區(qū)基巖埋深等值線圖(圖3b)，由該圖可知，延慶盆地基底埋深0～1350 m，呈現(xiàn)西深東淺、北深南淺、隆凹相間的構(gòu)造格局.2.5D剖面反演用于研究關(guān)鍵構(gòu)造部位斷裂延伸和地層發(fā)育.兩條剖面均貫穿延慶盆地，AA′剖面走向80°，長度37.4 km；BB′剖面走向168°，長度16.9 km(位置見圖2c)；反演深度約4.5 km.剖面通過多個地熱深孔，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和鉆孔信息設定了初始地層結(jié)構(gòu)，通過人機交互反復調(diào)整參數(shù)和模型結(jié)構(gòu)使計算重力異常與實測值擬合較好(圖4).AA′剖面自西向東布格重力異?？傮w上由低到高變化，反映第四系厚度逐漸變薄，基巖埋深為500～900 m；有三處巖體侵入，西部規(guī)模最大；白堊系、侏羅系普遍存在，但厚度不大，在東五里營一帶受巖體侵入基底隆起影響缺失白堊系；薊縣系厚度在0～2200 m之間變化，一系列近南北向斷裂(F7—F12)控制了淺部地層沉積，但斷距不大.BB′剖面自北向南布格重力異?？傮w呈“高-低-高”變化，反映了由一系列NE向斷裂(F1—F3、F6)控制的基底構(gòu)造形態(tài)，第四系厚度為50～800 m，白堊系分布局限，侏羅系在F1斷裂以南均有分布，但厚度不大，薊縣系厚度為700～2500 m；有兩處侵入巖，北部巖體規(guī)模較大.綜合以上處理分析，重新厘定延慶盆地斷裂構(gòu)造，得到主要斷裂幾何特征要素，詳見表1.

圖3 重力異常密度界面反演(a) 地層界面密度差及控制性基巖鉆孔分布； (b) 基底埋深等值線圖.Fig.3 Density interface inversion of gravity anomalies(a) Density difference of stratigraphic interface and key borehole distribution of bedrock； (b) Contour map of buried depth of basement.

表1 延慶盆地斷裂特征信息表Table 1 Fault characteristics of Yanqing basin

2.2 大地熱流計算

大地熱流是指單位面積、單位時間內(nèi)由地球內(nèi)部以熱傳導的方式傳輸至地表，而后散發(fā)到太空中去的熱量，它是一個綜合性的熱參數(shù)，比其他地熱參數(shù)更能確切反映一個地區(qū)的熱狀態(tài)(邱楠生等，2019).在一維穩(wěn)態(tài)條件下，大地熱流是巖石熱導率和垂向地溫梯度的乘積，熱流測量一般通過巖石熱導率測試和鉆孔測溫資料分析計算而得.

圖4 2.5D重力異常剖面反演及地質(zhì)解釋推斷圖(剖面位置見圖2c，ρ單位為g·cm-3)F7：黑龍廟斷裂；F8：張山營斷裂；F9：路家河斷裂；F10：靳家堡斷裂；F11：古城—蘇莊斷裂；F2：康莊—沈家營斷裂；F12：舊縣斷裂；F4：東桑園—永寧斷裂.Fig.4 2.5D gravity anomaly profile inversion and geological interpretation map (The location of cross sections is shown on Fig.2c, the unit of ρ is g·cm-3)F7： Heilongmiao fault； F8：Zhangshanying fault； F9：Lujiahe fault； F10：Jinjiapu fault； F11：Gucheng-Suzhuang fault； F2：Kangzhuang-Shenjiaying fault； F12：Jiuxian fault； F4：Dongsangyuan-Yongning fault.

圖5 延慶盆地周邊地層熱導率直方圖(a) 白堊系； (b) 侏羅系； (c) 薊縣系； (d) 侵入巖.Fig.5 Histogram of thermal conductivity surrounding Yanqing basin(a) Cretaceous； (b) Jurassic； (c) Jixian system； (d) Intrusive rock.

本次收集到延慶盆地17眼地熱孔的準穩(wěn)態(tài)測溫資料，測溫時靜井時間為72 h，其中15眼地熱孔的溫度-深度曲線見圖6，在該曲線上選擇不受對流影響的深度段進行線性擬合獲取地溫梯度，與對應段調(diào)和平均熱導率相乘得到大地熱流.從測溫曲線圖6上可以看出，大部分鉆孔白堊系、侏羅系或薊縣系中下層段線性特征較好，計算地溫梯度比較理想；第四系和薊縣系上部含水層易受對流影響，一般不選為計算段；薊縣系厚度相對較小時，優(yōu)先選擇其他層段計算.此外受對流影響明顯的三個鉆孔ZK04、ZK05和ZK10使用孔底溫度進行估算(表3)，恒溫帶深度取25 m，溫度為12.5 ℃(衛(wèi)萬順等，2010).孔底溫度使用Waples法進行校正(Waples and Ramly，2001)，計算方法如下：

表2 延慶盆地周邊基巖地層熱導率測試結(jié)果Table 2 Thermal conductivity of bedrock surrounding Yanqing basin

表3 延慶盆地大地熱流計算結(jié)果Table 3 Heat flow calculation results of Yanqing basin

圖6 鉆孔溫度-深度曲線Fig.6 Temperature-depth curve of boreholes

圖7 延慶盆地基底埋深與大地熱流F1：佛峪口—黃柏寺斷裂；F2：康莊—沈家營斷裂；F3：西桑園—谷家營斷裂；F4：東桑園—永寧斷裂；F5：香營斷裂；F6：五里營斷裂；F7：黑龍廟斷裂；F8：張山營斷裂；F9：路家河斷裂；F10：靳家堡斷裂；F11：古城—蘇莊斷裂；F12：舊縣斷裂.F9、F11為逆斷層，其余均為正斷層.Fig.7 Buried depth of basement and heat flow in Yanqing basinF1：Foyukou-Huangbaisi fault；F2：Kangzhuang-Shenjiaying fault；F3：Xisangyuan-Gujiaying fault；F4：Dongsangyuan-Yongning fault；F5：Xiangying fault；F6：Wuliying fault；F7：Heilongmiao fault；F8：Zhangshanying fault；F9：Lujiahe fault；F10：Jinjiapu fault；F11：Gucheng-Suzhuang fault；F12：Jiuxian fault. F9，F(xiàn)11：reverse fault.The rest are normal faults.

Tc=Ts+fs·(Tm-Ts)，(7)

fs=(-0.1462ln(TSC)+1.699)/(0.572Z0.075)，(8)

式中：Tc為校正后的溫度數(shù)據(jù)，單位℃；fs為校正因子；Tm為孔底溫度，單位℃；Ts為地表溫度，單位℃；TSC為泥漿循環(huán)結(jié)束至孔底溫度測量間的時間，單位h；Z為孔底深度，單位m.

Waples法適用于3000 m深度以淺的孔底溫度校正.經(jīng)計算，延慶盆地本次測溫鉆孔大地熱流平均值為65.8 mW·m-2，標準偏差為13.0 mW·m-2.為便于分析熱流異常的構(gòu)造成因，將大地熱流數(shù)據(jù)分級，疊合于斷裂構(gòu)造和基底埋深圖上(圖7).

3 結(jié)果分析與討論

3.1 基底構(gòu)造特征

本次基底構(gòu)造特征分析包括與地熱形成密切相關(guān)的斷裂位置、規(guī)模和隆起凹陷形態(tài).以往多種地球物理方法深部探測結(jié)果表明，局部存在的地殼深斷裂、巖漿侵入、褶皺構(gòu)造和多體系淺部斷裂縱橫交錯構(gòu)成延慶盆地復雜的構(gòu)造格局(張先康等，1996; 嘉世旭等，2005; 姜文亮等，2010; 雷曉東等，2014).首先分析盆地邊緣控制性斷裂構(gòu)造.從重力異常特征上看，延慶盆地北部和南部的控制性斷裂分別為佛峪口—黃柏寺斷裂(F1)和康莊—沈家營斷裂(F2)，東部為舊縣斷裂(F12).佛峪口—黃柏寺斷裂(F1)為明顯的北高南低不同重力異常場的分界(圖2a、c)，NVDR_Theta峰值異常顯著(圖2d)，反映斷裂總體走向NE、傾向SE，斷距大，傾角陡，切割深.寬頻帶地震臺陣數(shù)據(jù)研究顯示該斷裂為上地殼6～20 km深度S波低速體的北部邊界(劉啟元等，1997)，深地震反射剖面揭示該斷裂可能延伸至40 km左右的莫霍面附近(張先康等，1996).在剩余重力異常圖上，沿F1斷裂自西向東分布有不連續(xù)的三個重力低異常區(qū)(L1、L3和L6)(圖2c)，其中造成L1和L3重力低的原因是第四系厚度大和深部低密度巖漿侵入(圖4)，不同的是L1更靠近斷裂北部大面積出露的大海陀巖體，第四系下伏直接為侵入巖，無碳酸鹽巖儲層發(fā)育，而L3異常則分布有一千多米厚的薊縣系白云巖儲層(圖3b).

康莊—沈家營斷裂(F2)與佛峪口—黃柏寺斷裂(F1)大體平行、傾向相反，均為延慶盆地地熱田控制性斷裂，地熱田處于兩條斷裂的聯(lián)合上盤(丁連靖等，2007).該斷裂為北低南高不同重力異常場的分界，NVDR_Theta異常帶峰值較低、寬度較大、連續(xù)性強，反映斷裂規(guī)模較大、延伸性好.舊縣斷裂(F12)是盆地東部的控制性斷裂，為西低東高不同重力異常場的分界，NVDR_Theta異常帶在中南部連續(xù)性好，北部較差，結(jié)合電法剖面探測與鉆孔資料分析(雷曉東等，2014)，斷裂總體傾向西，其東側(cè)有殘山出露，控制了重力低異常L5所反映的沈家營北凹陷的發(fā)育，并在其南北分別錯斷了F2和F5斷裂.延慶盆地西部以施莊斷裂為界，與礬山、懷來和涿鹿三個山間盆地相連(戚幫申，2017)，該斷裂在本次研究區(qū)外故不做討論.

盆地內(nèi)另有三條近NE向斷裂，其中西桑園—谷家營斷裂(F3)為前人厘定，位于F2斷裂北側(cè)與之平行，傾向相同，由南辛堡附近的可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)剖面及沿斷裂帶多個地熱孔控制，但重力異常不明顯；東桑園—永寧斷裂(F4)由20世紀七八十年代“地震地質(zhì)會戰(zhàn)”圈出；香營斷裂(F5)位于盆地東北，西接F1斷裂，為舊縣南部重力高與舊縣東北重力低異常的分界，這兩條斷裂周邊目前無地熱孔.盆地中部發(fā)育多條南北向斷裂，自西向東分別為黑龍廟斷裂(F7)、張山營斷裂(F8)、路家河斷裂(F9)、靳家堡斷裂(F10)、古城—蘇莊斷裂(F11).這些斷裂在不同文獻中描述的性質(zhì)差異較大(丁連靖等，2007; 孫振添等，2019)，根據(jù)重力異常結(jié)合前人資料進一步厘定如下：黑龍廟斷裂(F7)為姚家營南和西卓家營—張老營重力低異常的分界，并在北部錯斷了F1斷裂，推測為傾向東的正斷層，為本次新增斷裂；張山營斷裂(F8)在北部山區(qū)有出露，延伸12 km以上，為西傾逆斷層，盆地內(nèi)發(fā)展為正斷層，為西卓家營—張老營重力低和東五里營重力高的分界；路家河斷裂(F9)在北部山區(qū)延伸約3.5 km，為東傾逆斷層，以剩余重力異常等值線疏密變化判斷其進入盆地，并可能連通南部山區(qū)；靳家堡斷裂(F10)在北部山區(qū)延伸約6.5 km，為東傾逆斷層，進入盆地后為東五里營重力高和卓家營重力低分界，盆地內(nèi)性質(zhì)表現(xiàn)為先逆后正，根據(jù)多個地熱鉆孔揭露層序?qū)Ρ确治觯摂嗔褳榕璧貎?nèi)侏羅系和白堊系分界；古城—蘇莊斷裂(F11)在北部山區(qū)延伸不遠，為西傾逆斷層，盆地內(nèi)為重力低異常L4和L5的分界.延慶盆地以NE、SN向為主的斷裂構(gòu)造體系受現(xiàn)代構(gòu)造應力場NEE-近EW向擠壓、NNW-近SN向拉張的控制(謝富仁等，2007).根據(jù)NVDR_Theta峰值異常在西卓家營—東五里營一帶新推斷存在一條近EW向的五里營斷裂(F6)，尚未經(jīng)鉆孔證實.

根據(jù)布格和剩余重力異常形態(tài)，分析得到延慶盆地新生界基底形態(tài)為“一凸四凹一單斜”，即東五里營凸起(G1)、姚家營凹陷(L1)、張老營凹陷(L2)、田宋營凹陷(L3)、卓家營凹陷(L4)、康莊—沈家營單斜帶(G2).東五里營凸起為橢圓狀重力正異常，長軸方向近東西，長、短軸分別為7.9 km、3.4 km，圈閉面積22.9 km2.該凸起為“凹中隆”構(gòu)造，因熱折射效應導致淺部熱流再分配而形成聚熱構(gòu)造，北京小湯山、良鄉(xiāng)和河北雄安新區(qū)等均屬類似構(gòu)造形成良好地熱異常(馬峰等，2021).根據(jù)重力反演結(jié)果結(jié)合鉆孔資料推斷東五里營凸起區(qū)中心基巖埋深淺于500 m，姚家營、張老營、田宋營、卓家營四個凹陷沉積中心基巖埋深分別大于700 m、1300 m、1000 m和1000 m(圖7).

3.2 大地熱流

延慶盆地現(xiàn)有測溫孔大地熱流均值為65.8±13.0 mW·m-2，略高于華北克拉通熱流均值(61.8±14.2 mW·m-2)、低于渤海灣盆地均值(68.9±12.7 mW·m-2)(Jiang et al.，2019).目前盆地內(nèi)熱流數(shù)據(jù)分布仍較局限，未來隨著數(shù)據(jù)增補將有更好的代表性.由圖7可知，盆地西北熱流偏低，而中、南部相對較高.相對高熱流異常區(qū)(按高于渤海灣盆地均值圈出)有兩處，一是康莊—沈家營斷裂(F2)和靳家堡斷裂(F10)交匯區(qū)，構(gòu)造上處于康莊—沈家營單斜帶，二是西卓家營凹陷和東五里營凸起之間的過渡地帶，張山營斷裂(F7)、路家河斷裂(F9)與五里營斷裂(F6)交匯區(qū)，盆地中部和佛峪口—黃柏寺斷裂(F1)附近熱流值均不高.

地表熱流是來自深部的背景熱流在地殼淺部受到各種因素影響而疊加或再分配的結(jié)果，深部背景熱流受控于區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、殼幔結(jié)構(gòu)等，淺部因素則包括巖石熱物性如熱導率、放射性生熱率，地下水熱活動，火山巖漿活動，活動斷層摩擦生熱等(邱楠生等，2019).延慶盆地位于華北克拉通北部，受控于晚中生代-新生代以來的巖石圈拉張減薄作用，熱結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為“冷殼熱幔”，相比中國多個內(nèi)陸盆地有較高的熱流背景(Liu et al.，2020).盆地西北距佛峪口—黃柏寺斷裂(F1)約1.1 km處ZK01和ZK02的熱流分別是42.9 mW·m-2和53.0 mW·m-2.佛峪口—黃柏寺斷裂為地殼深斷裂、全新世活動斷裂，附近鉆孔無明顯熱流異常，推測可能與斷裂最后一次強烈活動距今年代較遠及現(xiàn)今形變相對較弱有關(guān)(So and Yuen，2013)，類似如我國東部郯廬斷裂帶附近也未有明顯熱流異常(Wang et al.，2019)，由此推斷佛峪口—黃柏寺斷裂對局部地表熱流沒有顯著控制作用.另外年輕的巖漿巖體因可富集高放射性元素而成為附加熱源，研究表明延慶盆地周邊巖體均為燕山期侵入，放射性生熱率在1.342±0.195 μW·m-3(雷曉東等，2018a)，相比全球花崗巖范圍2.70±1.87 μW·m-3而言數(shù)值偏低(Artemieva et al.，2017)，盆地內(nèi)發(fā)育的白堊系、侏羅系火山巖亦對熱流異常貢獻較小.

從4 km以淺地層發(fā)育情況看，受巖體侵入和斷裂控制，盆地基底為隆凹相間的菱形地塊，作為儲層的薊縣系霧迷山組白云巖及作為蓋層的第四系、白堊系、侏羅系火山沉積巖分布與厚度均有明顯變化.盆地西北姚家營一帶、盆地南部大榆樹一帶基底巖性為花崗巖和長城系白云巖，無薊縣系霧迷山組儲層，五里營凸起和張老營凹陷沉積中心薊縣系儲層埋深相差約800 m(圖7)，兩條重力剖面揭示的儲層厚度在0～2700 m之間變化(圖4).表3中鉆孔揭露蓋層總厚度在553～2341 m之間變化.薊縣系霧迷山組儲層的平均熱導率為5.21 W·(m·K)-1，第四系、白堊系和侏羅系蓋層的平均熱導率為1.60～3.01 W·(m·K)-1，儲層和蓋層熱導率差異較大，因而在盆地南部的緩隆單斜區(qū)、北部五里營凸起區(qū)，熱流更易向這些區(qū)域高熱導率的薊縣系白云巖儲層匯集.同時相對較高熱流點多位于NE與SN走向或SN與EW走向的斷裂交匯區(qū).SN向斷裂直接連通山區(qū)補給區(qū)，多表現(xiàn)為先逆后正活動性質(zhì)，而NE向斷裂多為正斷張性，斷層組合表現(xiàn)出對水熱活動的明顯控制作用.另據(jù)盆地冷熱水樣品分析結(jié)果，該區(qū)地熱水成因為大氣降水，循環(huán)深度1600～3800 m，滯留時間50～30320 a(王廣才等，2003; 袁利娟等，2020).可見地下水深循環(huán)對淺部熱流分配具有重要影響.因此延慶盆地深大斷裂(佛峪口—黃柏寺斷裂)發(fā)育和燕山期花崗巖侵入對地表熱流異常影響較小，熱流異常主要與薊縣系碳酸鹽巖高熱導率地層分布及厚度變化、多體系淺部斷裂組合控制地下水熱活動促使熱流再分配有關(guān).

4 結(jié)論

(1)延慶盆地的基底形態(tài)為“一凸四凹一單斜”，即東五里營凸起、姚家營凹陷、張老營凹陷、田宋營凹陷、卓家營凹陷、康莊—沈家營單斜帶.延慶盆地由2條NE向斷裂控制，6條近SN向斷裂連通山區(qū)補給區(qū)并切割NE向斷裂，構(gòu)成縱橫交錯的淺部斷層網(wǎng)絡.

(2)本次測溫孔計算延慶盆地大地熱流均值為65.8±13.0 mW·m-2，略低于渤海灣盆地熱流均值，相對高熱流異常區(qū)有兩處，一是康莊—沈家營斷裂和靳家堡斷裂交匯區(qū)，二是西卓家營凹陷和東五里營凸起之間的過渡帶.

(3)延慶盆地熱流異常主要與薊縣系碳酸鹽巖高熱導率地層分布及厚度變化、多體系淺部斷裂組合控制地下水熱活動促使熱流再分配有關(guān)，深大斷裂(佛峪口—黃柏寺斷裂)發(fā)育和燕山期花崗巖侵入影響較小.

致謝感謝原北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局吳夢源、范明高級工程師，河北省地球物理勘查院馮景志高級工程師，中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所王一波博士，中國地質(zhì)科學院地質(zhì)力學研究所戚幫申博士等在本文研究過程中給予的幫助.感謝三位匿名審稿專家提出的寶貴修改建議和編輯老師的辛勤勞動.