延慶盆地大地?zé)崃鳟惓＜捌錁?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(cè)中心，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院，北京 100037 3 北京市地?zé)嵴{(diào)查研究所，北京 102218

0 引言

地?zé)豳Y源是一種清潔、穩(wěn)定、可持續(xù)的可再生能源，近年來(lái)多個(gè)國(guó)家地?zé)豳Y源利用增長(zhǎng)速度較快(Lund and Toth，2021).科學(xué)利用地?zé)豳Y源將有力促進(jìn)我國(guó)早日實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和.北京地區(qū)地?zé)豳Y源的勘探開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)七八十年代，經(jīng)歷了從單井抽水、對(duì)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?zé)崂貌⒅氐陌l(fā)展歷程.北京地區(qū)中深層水熱型地?zé)豳Y源分布不均，勘探開(kāi)發(fā)多集中于十大地?zé)崽镏邢鄬?duì)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?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查工作，前人開(kāi)展了北京部分地區(qū)地?zé)嵯到y(tǒng)結(jié)構(gòu)特征、水循環(huán)特征和成因模式等研究，為開(kāi)發(fā)利用地?zé)豳Y源提供了科學(xué)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(duì)于準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)地?zé)嵯到y(tǒng)結(jié)構(gòu)具有重要意義，在基底構(gòu)造探測(cè)的諸多方法中，區(qū)域重力測(cè)量可用于識(shí)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(lái)盆地相連，處于張家口—渤?；顒?dòng)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(dòng)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(jì)完成了1∶20萬(wàn)區(qū)域重力測(cè)量，開(kāi)展過(guò)較大尺度的構(gòu)造背景研究(姜文亮和張景發(fā)，2012).21世紀(jì)以來(lái)，北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院先后分三個(gè)區(qū)塊完成了延慶盆地1∶2.5萬(wàn)區(qū)域重力測(cè)量，對(duì)局部地質(zhì)構(gòu)造開(kāi)展過(guò)分析研究，最近一期數(shù)據(jù)覆蓋到整個(gè)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(chǔ).大地?zé)崃魇堑責(zé)釋W(xué)中反映區(qū)域熱狀態(tài)和地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)的基本參數(shù)，一般通過(guò)地溫梯度和熱導(dǎo)率的測(cè)定而獲取，目前我國(guó)已匯編四版大地?zé)崃鲌D，積累了1200余個(gè)熱流數(shù)據(jù)(Jiang et al.，2019).我國(guó)幅員遼闊，現(xiàn)有熱流數(shù)據(jù)對(duì)于了解局部熱狀態(tài)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，例如延慶盆地至今僅公布了1個(gè)實(shí)測(cè)熱流數(shù)據(jù)(汪集旸和黃少鵬，1990).延慶盆地是北京十大地?zé)崽镏?，伴隨地?zé)峥碧介_(kāi)發(fā)積累有較好測(cè)溫資料的地?zé)峥滓堰_(dá)10余個(gè)，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(dǎo)率參數(shù)測(cè)量(雷曉東等，2018b).本文通過(guò)區(qū)域重力資料分析基底形態(tài)，結(jié)合鉆孔測(cè)溫和熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)計(jì)算大地?zé)崃?，研究大地?zé)崃鳟惓Ｌ卣骷捌浠讟?gòu)造背景，為地?zé)岢梢蚍治龊唾Y源評(píng)價(jià)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(chǔ)上沉積了中上元古界碳酸鹽巖地層，之后長(zhǎng)期遭受剝蝕抬升，缺失了青白口紀(jì)至三疊紀(jì)地層，中生代火山活動(dòng)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(jì)晚期至新近紀(jì)整體抬升后于第四紀(jì)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(yíng)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?jǐn)鄬蝇F(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?zé)針?gòu)造分布特征.本次盆地內(nèi)實(shí)測(cè)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(zhǔn)連片處理(兩期數(shù)據(jù)所使用的基點(diǎn)相差一個(gè)常數(shù))，處理區(qū)面積870 km2(圖1).對(duì)處理區(qū)原始布格重力異常擴(kuò)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(bǔ)償因子20進(jìn)行補(bǔ)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(chǎng)(圖2b)和剩余重力異常，剩余重力異常主要反映了第四紀(jì)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(hào)為G1、G2和G3，重力低反映的凹陷區(qū)有6處，表示為L(zhǎng)1—L6(圖2c).使用場(chǎng)源邊緣檢測(cè)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(shí)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(wàn)銀(2009)進(jìn)一步完善，計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

(3)

對(duì)于平面重力數(shù)據(jù)g(x,y,z)，式中：

(4)

(5)

(6)

THDR為重力異?？偹綄?dǎo)數(shù)，gx、gy分別為重力異常沿x、y方向一階水平導(dǎo)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(chǎng)； (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(duì)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(duì)近南北向斷層識(shí)別較不理想.根據(jù)在盆地西部西卓家營(yíng)至東五里營(yíng)一帶、官?gòu)d水庫(kù)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(yíng)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(yíng)斷裂(F15).前人推斷的盆地內(nèi)兩條NE向正斷層即五里營(yíng)—古城斷裂(F4)、西卓家營(yíng)—馬莊斷裂(F5)在NVDR_Theta圖上無(wú)異常顯示(圖2d).

在上述處理基礎(chǔ)上進(jìn)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(jì)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(shè)置參考北京地區(qū)巖石物性測(cè)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(zhǎng)度37.4 km；BB′剖面走向168°，長(zhǎng)度16.9 km(位置見(jiàn)圖2c)；反演深度約4.5 km.剖面通過(guò)多個(gè)地?zé)嵘羁?，根?jù)區(qū)域地質(zhì)資料和鉆孔信息設(shè)定了初始地層結(jié)構(gòu)，通過(guò)人機(jī)交互反復(fù)調(diào)整參數(shù)和模型結(jié)構(gòu)使計(jì)算重力異常與實(shí)測(cè)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(yíng)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常總體呈“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?cái)嗔褬?gòu)造，得到主要斷裂幾何特征要素，詳見(jiàn)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?cái)嗔烟卣餍畔⒈鞹able 1 Fault characteristics of Yanqing basin

2.2 大地?zé)崃饔?jì)算

大地?zé)崃魇侵竼挝幻娣e、單位時(shí)間內(nèi)由地球內(nèi)部以熱傳導(dǎo)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(gè)綜合性的熱參數(shù)，比其他地?zé)釁?shù)更能確切反映一個(gè)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?zé)崃魇菐r石熱導(dǎo)率和垂向地溫梯度的乘積，熱流測(cè)量一般通過(guò)巖石熱導(dǎo)率測(cè)試和鉆孔測(cè)溫資料分析計(jì)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(jiàn)圖2c，ρ單位為g·cm-3)F7：黑龍廟斷裂；F8：張山營(yíng)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(yíng)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(dǎo)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?zé)峥椎臏?zhǔn)穩(wěn)態(tài)測(cè)溫資料，測(cè)溫時(shí)靜井時(shí)間為72 h，其中15眼地?zé)峥椎臏囟?深度曲線見(jiàn)圖6，在該曲線上選擇不受對(duì)流影響的深度段進(jìn)行線性擬合獲取地溫梯度，與對(duì)應(yīng)段調(diào)和平均熱導(dǎo)率相乘得到大地?zé)崃?從測(cè)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(jì)算地溫梯度比較理想；第四系和薊縣系上部含水層易受對(duì)流影響，一般不選為計(jì)算段；薊縣系厚度相對(duì)較小時(shí)，優(yōu)先選擇其他層段計(jì)算.此外受對(duì)流影響明顯的三個(gè)鉆孔ZK04、ZK05和ZK10使用孔底溫度進(jìn)行估算(表3)，恒溫帶深度取25 m，溫度為12.5 ℃(衛(wèi)萬(wàn)順等，2010).孔底溫度使用Waples法進(jìn)行校正(Waples and Ramly，2001)，計(jì)算方法如下：

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

表3 延慶盆地大地?zé)崃饔?jì)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?zé)崃鱂1：佛峪口—黃柏寺斷裂；F2：康莊—沈家營(yíng)斷裂；F3：西桑園—谷家營(yíng)斷裂；F4：東桑園—永寧斷裂；F5：香營(yíng)斷裂；F6：五里營(yíng)斷裂；F7：黑龍廟斷裂；F8：張山營(yíng)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(cè)量間的時(shí)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(jì)算，延慶盆地本次測(cè)溫鉆孔大地?zé)崃髌骄禐?5.8 mW·m-2，標(biāo)準(zhǔn)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?zé)崃鲾?shù)據(jù)分級(jí)，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?zé)嵝纬擅芮邢嚓P(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(cè)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(cuò)構(gòu)成延慶盆地復(fù)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(yíng)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(chǎng)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(tái)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(gè)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(wú)碳酸鹽巖儲(chǔ)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(chǔ)層(圖3b).

康莊—沈家營(yíng)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?zé)崽锟刂菩詳嗔眩責(zé)崽锾幱趦蓷l斷裂的聯(lián)合上盤(pán)(丁連靖等，2007).該斷裂為北低南高不同重力異常場(chǎng)的分界，NVDR_Theta異常帶峰值較低、寬度較大、連續(xù)性強(qiáng)，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(chǎng)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(cè)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(yíng)北凹陷的發(fā)育，并在其南北分別錯(cuò)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(lái)和涿鹿三個(gè)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(yíng)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(cè)深(CSAMT)剖面及沿?cái)嗔褞Ф鄠€(gè)地?zé)峥卓刂?，但重力異常不明顯；東桑園—永寧斷裂(F4)由20世紀(jì)七八十年代“地震地質(zhì)會(huì)戰(zhàn)”圈出；香營(yíng)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(wú)地?zé)峥?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(yíng)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(xiàn)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(jìn)一步厘定如下：黑龍廟斷裂(F7)為姚家營(yíng)南和西卓家營(yíng)—張老營(yíng)重力低異常的分界，并在北部錯(cuò)斷了F1斷裂，推測(cè)為傾向東的正斷層，為本次新增斷裂；張山營(yíng)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(yíng)—張老營(yíng)重力低和東五里營(yíng)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(jìn)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(jìn)入盆地后為東五里營(yíng)重力高和卓家營(yíng)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(gè)地?zé)徙@孔揭露層序?qū)Ρ确治?，該斷裂為盆地?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(yuǎn)，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?yàn)橹鞯臄嗔褬?gòu)造體系受現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)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(yíng)—東五里營(yíng)一帶新推斷存在一條近EW向的五里營(yíng)斷裂(F6)，尚未經(jīng)鉆孔證實(shí).

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(yíng)凸起(G1)、姚家營(yíng)凹陷(L1)、張老營(yíng)凹陷(L2)、田宋營(yíng)凹陷(L3)、卓家營(yíng)凹陷(L4)、康莊—沈家營(yíng)單斜帶(G2).東五里營(yíng)凸起為橢圓狀重力正異常，長(zhǎng)軸方向近東西，長(zhǎng)、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(yīng)導(dǎo)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(lèi)似構(gòu)造形成良好地?zé)岙惓?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(yíng)凸起區(qū)中心基巖埋深淺于500 m，姚家營(yíng)、張老營(yíng)、田宋營(yíng)、卓家營(yíng)四個(gè)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?zé)崃?/h3>

延慶盆地現(xiàn)有測(cè)溫孔大地?zé)崃骶禐?5.8±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(lái)隨著數(shù)據(jù)增補(bǔ)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(duì)較高.相對(duì)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(yíng)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(yíng)單斜帶，二是西卓家營(yíng)凹陷和東五里營(yíng)凸起之間的過(guò)渡地帶，張山營(yíng)斷裂(F7)、路家河斷裂(F9)與五里營(yíng)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(lái)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(dǎo)率、放射性生熱率，地下水熱活動(dòng)，火山巖漿活動(dòng)，活動(dòng)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(lái)的巖石圈拉張減薄作用，熱結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為“冷殼熱?！?，相比中國(guó)多個(gè)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(dòng)斷裂，附近鉆孔無(wú)明顯熱流異常，推測(cè)可能與斷裂最后一次強(qiáng)烈活動(dòng)距今年代較遠(yuǎn)及現(xiàn)今形變相對(duì)較弱有關(guān)(So and Yuen，2013)，類(lèi)似如我國(guó)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(duì)局部地表熱流沒(méi)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(duì)熱流異常貢獻(xiàn)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(chǔ)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(yíng)一帶、盆地南部大榆樹(shù)一帶基底巖性為花崗巖和長(zhǎng)城系白云巖，無(wú)薊縣系霧迷山組儲(chǔ)層，五里營(yíng)凸起和張老營(yíng)凹陷沉積中心薊縣系儲(chǔ)層埋深相差約800 m(圖7)，兩條重力剖面揭示的儲(chǔ)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(chǔ)層的平均熱導(dǎo)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(dǎo)率為1.60～3.01 W·(m·K)-1，儲(chǔ)層和蓋層熱導(dǎo)率差異較大，因而在盆地南部的緩隆單斜區(qū)、北部五里營(yíng)凸起區(qū)，熱流更易向這些區(qū)域高熱導(dǎo)率的薊縣系白云巖儲(chǔ)層匯集.同時(shí)相對(duì)較高熱流點(diǎn)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(bǔ)給區(qū)，多表現(xiàn)為先逆后正活動(dòng)性質(zhì)，而NE向斷裂多為正斷張性，斷層組合表現(xiàn)出對(duì)水熱活動(dòng)的明顯控制作用.另?yè)?jù)盆地冷熱水樣品分析結(jié)果，該區(qū)地?zé)崴梢驗(yàn)榇髿饨邓?，循環(huán)深度1600～3800 m，滯留時(shí)間50～30320 a(王廣才等，2003; 袁利娟等，2020).可見(jiàn)地下水深循環(huán)對(duì)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(duì)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(dǎo)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(dòng)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(yíng)凸起、姚家營(yíng)凹陷、張老營(yíng)凹陷、田宋營(yíng)凹陷、卓家營(yíng)凹陷、康莊—沈家營(yíng)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(bǔ)給區(qū)并切割NE向斷裂，構(gòu)成縱橫交錯(cuò)的淺部斷層網(wǎng)絡(luò).

(2)本次測(cè)溫孔計(jì)算延慶盆地大地?zé)崃骶禐?5.8±13.0 mW·m-2，略低于渤海灣盆地?zé)崃骶?，相?duì)高熱流異常區(qū)有兩處，一是康莊—沈家營(yíng)斷裂和靳家堡斷裂交匯區(qū)，二是西卓家營(yíng)凹陷和東五里營(yíng)凸起之間的過(guò)渡帶.

(3)延慶盆地?zé)崃鳟惓Ｖ饕c薊縣系碳酸鹽巖高熱導(dǎo)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(dòng)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(kāi)發(fā)局吳夢(mèng)源、范明高級(jí)工程師，河北省地球物理勘查院馮景志高級(jí)工程師，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所王一波博士，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所戚幫申博士等在本文研究過(guò)程中給予的幫助.感謝三位匿名審稿專(zhuān)家提出的寶貴修改建議和編輯老師的辛勤勞動(dòng).