基于重磁異常的北京副中心地質(zhì)構(gòu)造特征和地?zé)峥刂谱饔醚芯?/h1>
2023-02-24 05:37:38雷曉東唐顯春王立發(fā)何付兵
地球?qū)W報(bào) 2023年1期
雷曉東, 趙 玉, 唐顯春, 王立發(fā), 何付兵, 關(guān) 偉, 李 娟
1)北京市生態(tài)地質(zhì)研究所, 北京 100120; 2)中國地質(zhì)科學(xué)院, 北京 100037;3)北京市地質(zhì)調(diào)查研究所, 北京 100195; 4)北京市地?zé)嵴{(diào)查研究所, 北京 102218
地?zé)豳Y源在世界多個(gè)國家的開發(fā)利用均呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢(Lund and Toth, 2021)。北京地區(qū)中低溫水熱型地?zé)豳Y源豐富。自20世紀(jì)70年代以來, 前人采用地球物理、流體化學(xué)、鉆探、水文地質(zhì)等多學(xué)科多手段, 在地?zé)嵯到y(tǒng)結(jié)構(gòu)探測、潛力評(píng)價(jià)、成因機(jī)理研究等方面取得了較豐富的成果(賓德智等,2002; 劉凱等, 2018; 柯柏林等, 2019; 楊亞軍等,2020)。北京平原區(qū)經(jīng)歷多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng), 不同構(gòu)造區(qū)塊地?zé)岬刭|(zhì)條件差異較大, 地?zé)衢_發(fā)利用程度不一。為推動(dòng)地?zé)豳Y源可持續(xù)利用, 助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn), 需進(jìn)一步查明復(fù)雜構(gòu)造地區(qū)地?zé)豳Y源賦存分布及其特征參數(shù)(雷曉東等, 2018; Wang et al.,2020)。區(qū)域重磁測量是地?zé)豳Y源地球物理勘探的重要方法, 可獲取斷裂構(gòu)造空間位置及其相互關(guān)系、新生界基底埋藏特征等信息, 進(jìn)而分析地?zé)嵯到y(tǒng)結(jié)構(gòu)特征及成因機(jī)理(唐顯春等, 2020, 2023; Zhang et al., 2021; Tang et al., 2022)。
北京城市副中心位于北京平原區(qū)東部, 受多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響, 地?zé)豳Y源分布賦存條件差異較大(雷曉東等, 2017; 李文, 2021)。副中心近年來致力于“近零碳”示范區(qū)建設(shè), 對(duì)地?zé)豳Y源清潔供暖的需求強(qiáng)烈, 但其地?zé)岬刭|(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜, 基礎(chǔ)研究相對(duì)薄弱, 因而選擇這一區(qū)域開展高精度構(gòu)造分析,進(jìn)一步研究地?zé)嵯到y(tǒng)特征十分必要。地?zé)嵯到y(tǒng)特征一般圍繞“源、通、儲(chǔ)、蓋”四大要素進(jìn)行。對(duì)“通道”-斷裂構(gòu)造的認(rèn)識(shí), 已有研究多集中在區(qū)內(nèi)規(guī)模較大的斷裂如夏墊斷裂、南口—孫河斷裂南東段等在某些點(diǎn)段上的幾何特征及活動(dòng)性方面(劉保金等,2009; 何付兵等, 2013; Wang et al., 2018), 從區(qū)域尺度精細(xì)厘定斷裂形跡、研究其與地?zé)嵝纬傻年P(guān)系,目前成果較少。另外對(duì)儲(chǔ)層和蓋層特征分析比較關(guān)鍵的基底構(gòu)造的認(rèn)識(shí), 在副中心核心區(qū)研究相對(duì)較多(何祎等, 2019; 李巧靈等, 2019), 而其他地區(qū)較少。近年來完成的1:50 000地面重力測量資料覆蓋程度和精度均較好, 可從區(qū)域上進(jìn)一步分析本區(qū)地?zé)嵯到y(tǒng)構(gòu)造背景。重磁場源邊緣檢測和三維反演是當(dāng)前重磁處理方法研究的熱點(diǎn), 可有效提取斷裂和基底特征信息(Wang et al., 2009; 張志厚等, 2022)。本文利用上述相關(guān)方法分析北京城市副中心基巖地質(zhì)構(gòu)造, 探究控?zé)釋?dǎo)水特征, 為科學(xué)勘探地?zé)豳Y源提供依據(jù)。
1 地質(zhì)背景
北京城市副中心位于北京平原區(qū)東南部, 面積 906 km2, 大地構(gòu)造上屬華北陸塊(Ⅱ)華北斷陷盆地(Ⅲ4)內(nèi)之北京斷陷(Ⅳ2)、大興隆起(Ⅳ3)和大廠斷陷(Ⅳ4)三個(gè)Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元。區(qū)內(nèi)地層除古生界志留系—泥盆系和中生界侏羅系—白堊系外, 自第四系至太古界均有分布。第四系普遍發(fā)育, 新近系主要在北京斷陷和大廠斷陷發(fā)育, 古近系在大廠斷陷發(fā)育(圖1)?；鶐r地層以中上元古界和古生界碳酸鹽巖為主。研究區(qū)主要發(fā)育近NE和NW兩組斷裂構(gòu)造, 均為正斷層, 其中 NE向南苑—通縣斷裂(F1-2)和夏墊斷裂(F1-4)為構(gòu)造單元邊界斷裂,傾向分別為NW和SE, 均為第四紀(jì)活動(dòng)斷層(趙成彬等, 2013), NW向斷裂以張家灣斷裂(F2-46)為主,屬南口—孫河斷裂帶向 SE方向延伸的斷裂(何付兵, 2019)(圖1)。
圖1 北京平原區(qū)地?zé)崽锛爸饕獢嗔褬?gòu)造分布圖Fig. 1 Distribution map of geothermal fields and main faults in Beijing Plain
研究區(qū)西北主要為雙橋和天竺地?zé)崽? 東南為鳳河營地?zé)崽?圖1)。前者熱儲(chǔ)主要為薊縣系霧迷山組白云巖, 后者熱儲(chǔ)包括新生界砂巖、奧陶—寒武系灰?guī)r、薊縣系霧迷山組和高于莊組白云巖。其中巖溶熱儲(chǔ)裂隙發(fā)育, 厚度大、富水性強(qiáng), 蓋層為自第四系至待建系下馬嶺組不同物源地層組合, 巖性上新近系和古近系為泥巖、砂巖, 石炭—二疊系為砂巖、頁巖, 青白口系為砂巖、頁巖, 下馬嶺組為粉砂巖、頁巖; 熱儲(chǔ)層下伏長城系砂巖及太古界片麻巖。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造多為正斷層, 形成地下熱水儲(chǔ)存和運(yùn)移的重要通道。區(qū)內(nèi)地?zé)徙@孔主要分布在永順鎮(zhèn)至張家灣鎮(zhèn)一帶, 根據(jù)地?zé)崃黧w水化學(xué)和同位素資料, 地?zé)峋鏊疁囟仍?35～91 ℃, 補(bǔ)給來源為北京西山和北山大氣降水(袁利娟等, 2021)。區(qū)內(nèi)地?zé)岬刭|(zhì)條件因所處地質(zhì)構(gòu)造單元不同而呈現(xiàn)出較大的差異性。
2 數(shù)據(jù)與方法
地面相對(duì)重力測量測網(wǎng)為500 m×250 m, 采用單程觀測法, 起閉于重力基點(diǎn)上, 單點(diǎn)每次觀測時(shí)間1分鐘, 重復(fù)觀測直到相鄰兩次讀數(shù)差小于5 μGal。觀測數(shù)據(jù)在固體潮改正、零點(diǎn)漂移改正基礎(chǔ)上進(jìn)行了中間層校正、高度校正、緯度校正和地形校正后得到原始布格重力值。布格重力數(shù)據(jù)采用Kring方法網(wǎng)格化, 網(wǎng)格距250 m×250 m, 經(jīng)補(bǔ)償圓滑濾波處理去除局部畸變后, 采用滑動(dòng)平均法計(jì)算剩余重力異常, 經(jīng)試算, 窗口大小選擇30 km與研究尺度 5 km深度內(nèi)已知地質(zhì)構(gòu)造吻合較好, 得到剩余重力異常等值線圖(圖2a)。
圖2 剩余重力異常及其NVDR_Theta圖Fig. 2 Residual gravity anomaly and its NVDR_Theta map
2.1 場源邊緣檢測計(jì)算
為研究斷裂構(gòu)造形跡, 對(duì)布格重力異常進(jìn)行了歸一化 Theta圖垂向?qū)?shù)圖(NVDR_Theta圖)計(jì)算(圖2b)。該方法由Wijns et al.(2005)提出, 并由何濤等(2019)、王萬銀(2009)進(jìn)一步完善, 計(jì)算公式如下:
對(duì)于平面重力數(shù)據(jù)g(x,y,z), 式中:
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。
NVDR_ Theta圖法是場源邊緣檢測識(shí)別斷裂的一種有效手段, 兩側(cè)地層存在明顯密度差異的正斷層在該圖上形成明顯的高值異常條帶, 辨識(shí)度較好, 但該圖反映的是斷裂的宏觀梯度特征, 對(duì)走滑性質(zhì)的斷裂可能反映不明顯, 另外地質(zhì)體的場源并不全部為斷裂, 為更全面研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造, 對(duì)布格重力異常進(jìn)行了四個(gè)方向(0°、45°、90°、315°)水平一階導(dǎo)數(shù)計(jì)算, 分別突出垂直于這些方向的斷裂構(gòu)造形跡(圖3)。因梯度具有方向性, 正負(fù)極值異常均為斷裂反映。從圖3上看, 水平導(dǎo)數(shù)圖上較寬緩、延伸較遠(yuǎn)的梯度帶多為NE向斷裂(圖3c, d), 較細(xì)窄、延伸不遠(yuǎn)的梯度帶多為NW向斷裂(圖3a, b)。
圖3 布格重力異常水平一階導(dǎo)數(shù)圖Fig. 3 Horizontal first derivative of Bouguer gravity anomaly
2.2 2.5D重力異常剖面反演
為研究關(guān)鍵構(gòu)造部位斷裂延伸和地層發(fā)育特征, 完成了兩條剖面2.5D重力異常反演計(jì)算, 剖面位置見圖2a。其中 AA’剖面為 NW-SE向, 長度47.4 km; BB’剖面為SW-NE向, 長度53.1 km; 為提高反演精度, 剖面盡可能穿過了已知基巖鉆孔。反演數(shù)據(jù)使用布格重力異常, 計(jì)算方法為頻率域Parker-Oldenburg方法, 地層密度設(shè)置參考北京地區(qū)巖石密度測量結(jié)果(雷曉東等, 2020), 反演深度為5 km, 初始地層結(jié)構(gòu)依據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和鉆孔信息設(shè)定, 通過人機(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)測值擬合較好(圖4)。
圖4 重力異常2.5D剖面反演圖(黑色豎線為基巖鉆孔, ρ為反演地層密度, 單位為g/cm3)Fig. 4 2.5D profile inversion of gravity anomaly (black vertical lines are boreholes drilled into bedrock,ρ is the inversion density/(g/cm3) of formation)
圖4a為AA’剖面反演圖, 其垂直NE向主體構(gòu)造, 重力異常范圍為-40～0.5 mGal, 沿剖面方向呈現(xiàn)“低-高-低”變化, 總體上反映了北京斷陷、大興隆起和大廠斷陷形態(tài), 基底構(gòu)造之上發(fā)育較寬緩的向斜和背斜, 淺部沉積了厚度變化較大的新生界。北京斷陷的低重力異常反映了低密度新生界和較厚白堊系沉積特點(diǎn), 大興隆起的高重力異常反映基底隆升新生界較薄僅局部發(fā)育厚度不大的新近系, 大廠斷陷的低重力異常是較厚的低密度古近系反映。圖4b為 BB’剖面反演圖, 其垂直 NW 向主體構(gòu)造,重力異常范圍為-20～15 mGal, 重力異常沿剖面走向總體上呈由高到低變化, 反映大興隆起太古界結(jié)晶基底起伏及其上基巖巖性、厚度和埋深變化, 重力異常微弱變化的部位反映了一系列NW和NE向斷裂的存在。
2.3 重力異常三維反演
為研究地質(zhì)構(gòu)造空間變化, 對(duì)剩余重力異常進(jìn)行了三維反演。反演尺度為橫向41 km, 縱向52 km,垂向 5 km, 反演網(wǎng)格大小橫縱向均設(shè)置為 500 m,垂向?yàn)?250 m。反演時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行了擴(kuò)邊, 縱橫向各外擴(kuò)了2 km, 最終橫向、縱向和垂向網(wǎng)格數(shù)分別為87、109和20個(gè), 總網(wǎng)格數(shù)為189 660個(gè)。反演使用了地形信息, 采用 EMIGMA軟件信賴域算法(Trust region inversion), 最大迭代次數(shù)40, 擬合差為0.97%。反演得到視密度數(shù)據(jù)體(圖5), 其相對(duì)大小反映基底隆起凹陷特征, 視密度大的區(qū)域?yàn)榛茁∑饏^(qū), 視密度小的區(qū)域?yàn)榘枷輩^(qū), 其中明顯的過渡區(qū)多為斷裂帶或構(gòu)造斜坡帶。根據(jù)研究需要,截取了高程分別為-1000 m、-2000 m、-3000 m和-4000 m之下的數(shù)據(jù)體(圖5)。
圖5 三維重力異常反演視密度圖Fig. 5 3D apparent density map of gravity anomaly inversion
2.4 航磁異常
北京平原區(qū) 8301工程形成的 1:10萬航磁資料, 測線距為1 km, 測量總精度為±2.8 nT。為消除或減少斜磁化造成磁性體在平面位置上的位移,對(duì)原始航磁 ΔT數(shù)據(jù)進(jìn)行了化極處理, 即將其轉(zhuǎn)換成垂直磁異常 ΔTZ, 所取地磁傾角 60.7°, 地磁偏角-8.6°。從圖6上看, 本區(qū)航磁異?？傮w上西北低東南高, 化極磁異常大于100 nT的區(qū)域, 除西北分布局限的個(gè)別區(qū)域外, 在研究區(qū)東南部形成延伸范圍較廣的高磁異常帶, 呈 NE走向。在5 km、10 km、20 km上延異常圖上, 該高磁異常不消失(圖7)。
圖6 研究區(qū)航磁異常圖Fig. 6 Aeromagnetic anomaly map of the study area
圖7 航磁異常上延圖Fig. 7 Upward continuation of aeromagnetic anomaly
3 結(jié)果分析與討論
根據(jù)重力異常所反映的新生界基底形態(tài)特征、界面反演和斷裂識(shí)別結(jié)果, 以北京市地質(zhì)調(diào)查研究院、北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院2007年出版的北京平原區(qū)1:10萬基巖地質(zhì)構(gòu)造圖為基礎(chǔ), 繪制了副中心基巖地質(zhì)構(gòu)造圖, 結(jié)合航磁異常和鉆孔信息, 綜合分析地?zé)豳x存分布的構(gòu)造背景, 對(duì)區(qū)內(nèi)地?zé)嵯到y(tǒng)通道條件進(jìn)行分析(圖8)。
3.1 新生界基底形態(tài)特征
本次計(jì)算的剩余重力異常主要反映了新生界基底隆起和凹陷的形態(tài)特征。從圖2a上看, 研究區(qū)剩余重力值在-16～16 mGal之間, 等值線具明顯方向性, 說明構(gòu)造主體走向?yàn)?NE-SW, 大體可分為G1高重力場區(qū)和D1、D2和D3低重力場區(qū), 分別反映大興隆起、北京斷陷、大廠斷陷和廊固斷陷的基底形態(tài)特征。這里重點(diǎn)闡述G1、D1和D2。
G1高重力場區(qū)所反映的大興隆起, 其密度結(jié)構(gòu)自西北向東南呈現(xiàn)“高-低-高”特征, 反映隆起內(nèi)部構(gòu)造差異, 因而 G1進(jìn)一步可分為 G1-1和 G1-2相對(duì)高異常區(qū)和 G1-3相對(duì)低異常區(qū), 分別反映了大興隆起西部、東部基底褶皺構(gòu)造作用形成的通州向斜、張家灣背斜及中部張家灣凹陷的形態(tài)特征(圖2a); G1-1相對(duì)高異常區(qū)在NW-SE方向較G1-2大、密度低, 推斷向斜比背斜兩翼寬緩, 以及有一定厚度的青白口系分布, 反演結(jié)果顯示第四系厚度較薄, 約300 m左右(圖3)。從圖5視密度反演圖上看, G1-2具有比G1-1更高的密度異常和深部延伸性, 結(jié)合圖6、圖7的航磁異常圖, 推測大興隆起東部結(jié)晶基底頂面更淺, 且背斜頂部形成了低密度異常揭示的張家灣新生界凹陷, 其沉積中心反演新生界厚度大于700 m(圖3), 與微動(dòng)探測等方法揭示的厚度一致(李巧靈等, 2019)。除第四系外發(fā)育一定厚度的新近系, 無古近系發(fā)育, 和 BH-2等孔的實(shí)鉆地層巖性資料吻合(趙勇等, 2019)。
D1低重力場區(qū)反映北京斷陷內(nèi)部東壩凹陷形態(tài), 西北角有一局部重力高(圖2a), 在三維重力異常圖上也有明顯反映(圖5), 航磁異常圖上也有較好異常顯示, 推斷為來廣營凸起, 是中生界高密度高磁火山巖的反映; 東南部也存在一處局部重力高,磁異常較弱, 反映盆地中上元古界基底埋深變淺(圖8)。
圖8 研究區(qū)基巖地質(zhì)構(gòu)造與通道類型圖Fig. 8 Map of underlying bedrock geology and channel type in the study area
D2低重力場區(qū)所反映的大廠斷陷, 進(jìn)一步可細(xì)分為D2-1和D2-2低異常區(qū)和D2-3高異常區(qū), 分別反映了大廠斷陷主體、采育凹陷和鳳河營向斜構(gòu)造特征。D2-1為長軸方向NE形似葫蘆狀低重力異常, 根據(jù)三維重力反演圖, 其低密度異常十分明顯,垂向上一直延伸至4000 m以深(圖5), 反映大廠斷陷巨厚古近系沉積特征, 橫向上自3000 m、4000 m起偏東部密度異常帶變寬, 推測盆地為西陡東緩的基底形態(tài); D2-2為采育一帶存在的局部重力低, 反映基底凹陷, 走向近南北; 根據(jù)三維重力反演結(jié)果, 低密度異常在深度 4000 m左右逐漸消失,反映了結(jié)晶基底頂面較大廠斷陷 D2-1區(qū)淺。D2-3為鳳河營一帶存在的局部重力高, 反映為一基底凸起構(gòu)造, 其走向近東西, 核部為石炭—二疊系,兩翼為寒武—奧陶系, 上覆新生界厚度達(dá) 2000 m左右(圖8)。D2-2和D2-3的形成可能與古近紀(jì)時(shí)期伸展構(gòu)造背景下強(qiáng)烈火山活動(dòng)伴隨巖漿上涌底辟有關(guān)(苗全蕓等, 2019)。
圖7顯示了 NE向存在明顯高磁異常條帶, 結(jié)合F2-76斷裂兩旁X-2和T-51深孔資料, 推測其為含磁性較高的太古界片麻巖結(jié)晶基底, 直接隱伏于巨厚的新生界之下, 且沿禮賢斷裂(F1-3)、牛堡屯斷裂(F1-10)、夏墊斷裂帶(F1-4)分布, 揭示結(jié)晶基底隆升與上述深大斷裂活動(dòng)有關(guān)。對(duì)比重磁異常, 發(fā)現(xiàn)高值區(qū)并不吻合, 說明重磁異常不同源, 大興隆起東部結(jié)晶基底抬升更為明顯, 同時(shí)受 NW-SE向擠壓應(yīng)力作用, 形成了張家灣背斜、榆垡—禮賢背斜,中上元古界和古生界總體厚度不及西部, 在南部甚至缺失。
3.2 斷裂構(gòu)造特征
在剩余重力異常圖上, 斷裂構(gòu)造一般反映為不同形態(tài)特征高低重力場區(qū)邊界或等值線密集梯度帶;切割深、延伸遠(yuǎn)的斷裂, 梯度帶具有較好的連續(xù)性,其兩側(cè)的重力值相差更大(圖2a)。NVDR_Theta圖上, 斷裂構(gòu)造一般呈現(xiàn)高值異常條帶, 寬度大、連續(xù)性好、高值異常幅度大的表明斷裂規(guī)模大, 根據(jù)異常帶的交錯(cuò)特征還可說明斷裂的匯交和新老關(guān)系(雷曉東等, 2021)。在2.5D剖面重力反演和三維重力反演形成的密度圖上則可定性解釋斷裂的深部延伸特征。
以往研究將北京平原區(qū)斷裂分為一級(jí)斷裂(F1)和二級(jí)斷裂(F2), 一級(jí)斷裂為控制性斷裂, 一般為四級(jí)及以上構(gòu)造單元邊界, 二級(jí)斷裂為其內(nèi)部斷裂。由重力異常成果圖綜合分析, 識(shí)別出研究區(qū)范圍內(nèi)一級(jí)斷裂主要有南苑—通縣斷裂(F1-2)、禮賢斷裂(F1-3)、夏墊斷裂(F1-4)、皮各莊斷裂(F1-9)、牛堡屯斷裂(F1-10)和桐柏?cái)嗔?F1-11)。這些斷裂均表現(xiàn)為十分明顯的不同形態(tài)高低重力場區(qū)邊界,NVDR_Theta圖和水平一階導(dǎo)數(shù)圖高值異常條帶較為連續(xù)、寬度大。從NVDR_Theta圖上看, 南苑—通縣斷裂(F1-2)北東段異常強(qiáng)度大于南西段, 顯示斷裂延伸的連續(xù)性好于南段; 禮賢斷裂(F1-3, 區(qū)域上為大興凸起東緣斷裂或大興斷裂)顯示走向由NNE轉(zhuǎn)為 SN向, 北接牛堡屯斷裂(F1-10)。牛堡屯斷裂走向 NW, NVDR_Theta圖異常分段連續(xù), 延伸不遠(yuǎn), 南東接夏墊斷裂(F1-4)。夏墊斷裂NVDR_Theta峰值異常帶相對(duì)較寬緩, 局部走向有變化, 顯示其可能被NW向斷裂錯(cuò)動(dòng)。皮各莊斷裂(F1-9)和桐柏?cái)嗔?F1-11)走向近 EW, 分別截止于南苑—通縣斷裂(F1-2)和禮賢斷裂(F1-3)(圖2b)。
研究區(qū)二級(jí)斷裂中主要的 NE向斷裂有: 燕郊斷裂(F2-23)、姚辛莊斷裂(F2-25); NW向斷裂有: 臺(tái)湖斷裂(F2-43)、東壩斷裂(F2-45)、張家灣斷裂(F2-46)、李橋斷裂(F2-48)。研究區(qū)中部存在兩條明顯NE走向的NVDR_Theta峰值異常帶,反映了斷裂存在, 靠西的一條為燕郊斷裂(F2-23), 傾向 SE,在 315°布格重力異常水平一階導(dǎo)數(shù)圖上呈明顯的正異常, 向南一直延伸與禮賢斷裂(F1-3)相接, 因而也被認(rèn)為是大興斷裂北延段(何付兵等, 2020), 其北段或存在一條分支斷裂(何祎等, 2019); 靠東的一條為姚辛莊斷裂(F2-25), 傾向 NW, 連續(xù)性好, 在315°布格重力異常水平一階導(dǎo)數(shù)圖上呈明顯的負(fù)異常(圖3d), 向南一直延伸至牛堡屯斷裂(F1-10), 兩條斷裂均被NW向斷裂明顯錯(cuò)斷。此外還有兩條明顯NW向NVDR_Theta峰值異常帶, 其中靠南的一條為臺(tái)湖斷裂(F2-43), 其連續(xù)性較好, 靠北的一條為張家灣斷裂(F2-46), 在南東段連續(xù)性一般, 兩條斷裂均傾向 NE。位于這兩條斷裂之間的東壩斷裂以及靠北的李橋斷裂從剩余重力異常特征上推斷自研究區(qū)西北部延伸入本區(qū), 但NVDR_Theta圖和布格重力異常水平一階導(dǎo)數(shù)圖均無明顯異常。這些斷裂的可靠性均需其他手段開展研究進(jìn)一步證實(shí)。區(qū)內(nèi)其他斷裂的識(shí)別結(jié)果見表1。
表1 研究區(qū)斷裂特征信息表Table 1Fault characteristics of Beijing’s sub-center
3.3 構(gòu)造與地?zé)彡P(guān)系分析
褶皺、斷裂構(gòu)造和局部火山巖漿活動(dòng)共同控制了研究區(qū)地?zé)豳Y源的賦存和運(yùn)移。本區(qū)地?zé)嵯到y(tǒng)以深大斷裂為界, 既相對(duì)獨(dú)立又通過斷層和褶皺構(gòu)造與外界有密切水力聯(lián)系。
結(jié)晶基底差異性隆升造成區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層厚度差異大。太古界結(jié)晶基底頂面具有“南高北低、西低東高”之特征。研究區(qū)熱儲(chǔ)層主要為薊縣系白云巖, 在北京平原區(qū)其完整厚度一般在 2000 m左右。研究區(qū)南部安定至牛堡屯一帶, 屬大興隆起, 太古界結(jié)晶基底隆升至地殼淺部, 使熱儲(chǔ)厚度變薄甚至缺失。研究區(qū)中部, 由于大興隆起東西部的不對(duì)稱隆升, 東部熱儲(chǔ)厚度較薄。北京斷陷和大廠斷陷儲(chǔ)層厚度接近區(qū)域平均, 埋藏較深。
研究區(qū)蓋層在隆起區(qū)以新生界和古生界為主,在斷陷區(qū)局部還存在中生界。大興隆起西部, 通州向斜構(gòu)造區(qū)新生界蓋層厚度 200～300 m, 其下有近千米古生界起到蓋層的作用; 東部張家灣背斜構(gòu)造區(qū), 新生界蓋層厚度200～800 m(圖8), 大部厚度小于 500 m, 在張家灣背斜核部薊縣系碳酸鹽巖受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響形成的凹陷區(qū), 厚度大于 700 m, 向東蓋層厚度有變大趨勢, 并有厚度不大的新近系。大廠斷陷以巨厚古近系沉積為特點(diǎn), 西集以東以及采育一帶沉積中心蓋層厚度大于3000 m, 鳳河營一帶大于 2000 m。北京斷陷存在中生界火山巖碎屑巖,一般蓋層厚度在 2000 m左右, 但重力異常顯示東壩至徐辛莊一帶為斷陷中的局部隆起(圖2a), 無中生界覆蓋, 新生界厚度在350～800 m(圖3a)。
水熱型地?zé)嵯到y(tǒng)必須具備熱水上升通道。通道由不同規(guī)模和性質(zhì)的斷裂組成。斷裂按規(guī)模可分為蓋層、基底、地殼和巖石圈斷裂四類, 延伸至地殼和巖石圈深度的斷裂, 一般與深部熱源層聯(lián)通, 切割深度大, 其兩側(cè)地?zé)釛l件有明顯差異, 形成區(qū)域性的控?zé)針?gòu)造; 若這類斷裂開啟性好, 有熱水深循環(huán)活動(dòng), 則形成導(dǎo)熱構(gòu)造, 或稱導(dǎo)熱導(dǎo)水通道; 發(fā)育在蓋層尺度內(nèi)的斷裂, 與深部熱源層關(guān)系不大,其兩盤地?zé)釛l件差異較小, 一般僅具有導(dǎo)水作用,稱為導(dǎo)水通道。導(dǎo)水通道在地?zé)嵯到y(tǒng)的補(bǔ)給、徑流和熱水分配中具有重要意義。區(qū)內(nèi)主要斷裂通道類型見圖8。
夏墊斷裂(F1-4)和南苑—通縣斷裂(F1-2)具有良好的導(dǎo)熱特性。這兩條斷裂是大尺度重力異常特征場區(qū)邊緣, 具有明顯的NVDR_Theta圖和梯度異常,對(duì)NW向斷裂形成明顯的分割限制, 三維反演圖上只有這兩條斷裂向深部延伸大于4000 m。結(jié)合區(qū)域重力、地震等資料, 夏墊斷裂帶切穿莫霍面, 且存在多條分支斷裂; 南苑—通縣斷裂、禮賢斷裂可能切穿康氏界面, 均為殼幔尺度斷裂, 且為第四紀(jì)活動(dòng)斷裂(張先康等, 2002; 劉保金等, 2009; 何付兵等,2013; 雷曉東等, 2021; 李正芳等, 2021)。其他斷裂僅在沉積蓋層內(nèi)發(fā)育。
夏墊斷裂帶具有獨(dú)立形成帶狀熱儲(chǔ)的條件, 又通過NW向斷裂與西側(cè)層狀熱儲(chǔ)有密切聯(lián)系。本區(qū)NW向斷裂斷距較小, 且多為正斷兼走滑性質(zhì)(何付兵, 2019)。從NVDR_Theta圖上看, 雖然夏墊斷裂切割深、規(guī)模大, 但在地殼淺部受NW向斷裂活動(dòng)影響出現(xiàn)較明顯分段性, 且走向多變。剖面反演圖顯示夏墊斷裂帶基巖斷距達(dá)上千米, 上盤發(fā)育巨厚古近系, 但寒武系、青白口系和薊縣系在兩盤均有分布且總厚度大, 碳酸鹽巖儲(chǔ)層跨斷裂帶有較好聯(lián)系(圖3a), 因此可沿該斷裂帶形成較其他斷裂更寬的地?zé)釒町惓? 呈現(xiàn)出帶狀和傾斜層控?zé)醿?chǔ)并存的特征(石涵靜等, 2017)。沿該斷裂水熱深循環(huán)對(duì)流增溫特征明顯, 相同深度的地?zé)峥椎販販y量結(jié)果較其他區(qū)域高 10℃左右(張進(jìn)平和袁利娟, 2018)。南苑—通縣斷裂上下盤基巖地層同樣為厚度較大的中上元古界和古生界碳酸鹽巖, 雖斷距不及夏墊斷裂, 但水熱活動(dòng)條件也比較好。而禮賢斷裂因上盤分布巨厚古近系, 且斷裂帶附近碳酸鹽巖儲(chǔ)層厚度不大, 斷裂水熱活動(dòng)較弱, 兩盤地?zé)岬刭|(zhì)條件差異較大, 斷裂帶本身地?zé)嵋饬x可能不大, 但它控制了區(qū)域地?zé)岙惓７植肌?/p>
張家灣斷裂、姚辛莊斷裂、臺(tái)湖斷裂等僅發(fā)育在沉積蓋層, 與深部熱交換不及前述斷裂大, 但這些斷裂也有明顯連續(xù)的重力梯度異常, 例如姚辛莊斷裂中段梯度大于3 mGal/km的影響帶寬約800 m,形成斷裂破碎帶切割碳酸鹽巖儲(chǔ)層, 成為良好導(dǎo)水通道。這些斷裂主要通過水的流通實(shí)現(xiàn)熱的交換。NE向燕郊斷裂和東壩斷裂、李橋斷裂的梯度異常相對(duì)較弱, 通道條件不及上述幾條斷裂。
本區(qū)NE和NW兩體系主控?cái)嗔丫哂辛己玫乃疅崧?lián)系。NVDR_Theta圖異常帶顯示NE向燕郊斷裂(F2-23)、姚辛莊斷裂(F2-25)和 NW 向臺(tái)湖斷裂(F2-43)、張家灣斷裂(F2-46)構(gòu)成“井”字形快速匯水通道, 向西連接南苑—通縣斷裂(F1-2), 向東連接夏墊斷裂(F1-4)。斷裂交匯區(qū)呈現(xiàn)明顯的峰值異常帶錯(cuò)斷現(xiàn)象, 且這些斷裂均為正斷, 斷層活動(dòng)以及結(jié)晶基底抬升有利于區(qū)域巖溶熱儲(chǔ)裂隙發(fā)育(表2),例如“TC-2”地?zé)峥孜挥谘嘟紨嗔?F2-23)附近, 地?zé)峥资┕み^程中泥漿出現(xiàn)大量漏失?！癟R-12”位于臺(tái)湖斷裂(F2-43)上, 在470—703 m深度鉆遇斷層破碎帶, 巖性主要為黃灰色、灰白色白云巖、角礫巖, 同時(shí)穿插有大量的灰綠色輝綠巖, 局部見有白色鈣質(zhì)泥巖(糜棱巖)。另外這些斷裂與上述兩條區(qū)域性大斷裂聯(lián)通, 可獲得北京北山和西山巖溶水補(bǔ)給(袁利娟等, 2021)。
表2 斷裂帶附近地?zé)峥姿沂緮嗔研再|(zhì)和儲(chǔ)層特性信息表Table 2 Fault properties and reservoir characteristics revealed by geothermal boreholes near fault zone
3.4 熱水補(bǔ)給徑流通道分析
根據(jù)重力異常分析斷裂匯交與延伸特征, 推斷熱水補(bǔ)給徑流通道可能有三個(gè)方向: (1)NW向通道,主要來自西北部山區(qū), 沿張家灣斷裂(F2-46)、臺(tái)湖斷裂(F2-43)進(jìn)入本區(qū), 同樣是 NW 向斷裂, 東壩斷裂(F2-46)和李橋斷裂(F2-46)的通道跡象不明顯, 原因是前兩條斷裂的NVDR_Theta圖和梯度異常較明顯,且錯(cuò)斷兩盤均為薊縣系碳酸鹽巖地層, 易形成較好破碎帶; (2)NE向通道, 由東北部平谷山區(qū)自程各莊斷裂接夏墊—馬坊斷裂帶(F1-4)進(jìn)入本區(qū); (3)東部通道, 沿東西向皮各莊樞紐斷裂(F1-9)自東向西運(yùn)動(dòng)后向南折轉(zhuǎn), 主體沿燕郊斷裂(F2-23)和姚辛莊斷裂(F2-25)形成的基底斷陷流入本區(qū), 當(dāng)然東部部分來水也可能沿夏墊斷裂和南苑—通縣斷裂(F1-2)向南運(yùn)移。NE方向來水也可能經(jīng)夏墊斷裂和皮各莊斷裂交匯區(qū)折轉(zhuǎn)向西徑流。因 NW 向的二十里長山斷裂(圖1, F1-8)為逆斷層具阻水特征(肖騎彬等,2006), 因此東北和東部山區(qū)來水的主要通道是夏墊斷裂和皮各莊斷裂。皮各莊斷裂在研究區(qū)為其西段(以夏墊斷裂為界), 傾向 N, 斷距僅一二百米(圖8),因斷裂帶北部中生界火山沉積巖地層阻水, 而斷裂帶南部碳酸鹽巖儲(chǔ)層因抬升使得地下熱水更易向下盤的層狀熱儲(chǔ)中徑流。另外因研究區(qū)北接寬緩的大孫各莊向斜西南翼, 皮各莊斷裂在高樓以西兩盤均為碳酸鹽巖地層, 故區(qū)內(nèi)地?zé)崴部赡茏员鄙浇?jīng)向斜構(gòu)造向南徑流, 并最終經(jīng) NW 向斷裂分流。上述推斷需要進(jìn)一步開展地?zé)崴畡?dòng)態(tài)監(jiān)測等工作證實(shí)。
4 結(jié)論
對(duì)近期完成的高精度區(qū)域重力測量資料, 開展了場源邊緣檢測、2.5D剖面重力反演和三維反演計(jì)算, 結(jié)合航磁和鉆孔資料分析得到結(jié)論如下:
(1)北京城市副中心地區(qū)主要斷裂構(gòu)造有17條,其中近NE向斷裂9條, NW向斷裂6條, EW向斷裂2條。NE向斷裂延伸遠(yuǎn), 但被NW向斷裂切割改造跡象明顯。新解釋推斷了臺(tái)湖斷裂(F2-43), 姚辛莊斷裂(F2-25)向南延伸截止至牛堡屯斷裂(F1-10)。
(2)太古界結(jié)晶基底隆升“南高北低、西低東高”,使區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層和蓋層厚度變化大。研究區(qū)南部隆起區(qū)儲(chǔ)層變薄或缺失。新生界蓋層在隆起區(qū)厚度一般為200～800 m, 在斷陷盆地區(qū)一般在2000 m以上。
(3)南苑—通縣斷裂(F1-2)和夏墊斷裂(F1-4)是區(qū)內(nèi)良好的控?zé)釋?dǎo)水通道, 禮賢斷裂控制了區(qū)域地?zé)岙惓７植? NW 向臺(tái)湖斷裂(F2-43)、張家灣斷裂(F2-46)與NE向燕郊斷裂(F2-23)、姚辛莊斷裂(F2-25)是主要導(dǎo)水通道, 與南苑—通縣斷裂(F1-2)和夏墊斷裂(F1-4)交匯形成區(qū)內(nèi)主要補(bǔ)給徑流通道。
致謝:本文研究過程中得到了中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心劉宏偉、杜東高級(jí)工程師的大力支持, 北京市生態(tài)地質(zhì)研究所項(xiàng)目組何祎、尤志鑫、趙旭辰等參加了野外工作, 在此一并表示衷心感謝！
Acknowledgements:
This study was supported by China Geological Survey (Nos. 12120114033901 and DD20160229),Beijing Institute of Geo-exploration Technology (Nos.PXM2016_158307_000013 and PXM2017_158307_000008),and National Natural Science Foundation of China(No. 41877197).
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雷曉東, 趙 玉, 唐顯春, 王立發(fā), 何付兵, 關(guān) 偉, 李 娟
1)北京市生態(tài)地質(zhì)研究所, 北京 100120; 2)中國地質(zhì)科學(xué)院, 北京 100037;3)北京市地質(zhì)調(diào)查研究所, 北京 100195; 4)北京市地?zé)嵴{(diào)查研究所, 北京 102218
地?zé)豳Y源在世界多個(gè)國家的開發(fā)利用均呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢(Lund and Toth, 2021)。北京地區(qū)中低溫水熱型地?zé)豳Y源豐富。自20世紀(jì)70年代以來, 前人采用地球物理、流體化學(xué)、鉆探、水文地質(zhì)等多學(xué)科多手段, 在地?zé)嵯到y(tǒng)結(jié)構(gòu)探測、潛力評(píng)價(jià)、成因機(jī)理研究等方面取得了較豐富的成果(賓德智等,2002; 劉凱等, 2018; 柯柏林等, 2019; 楊亞軍等,2020)。北京平原區(qū)經(jīng)歷多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng), 不同構(gòu)造區(qū)塊地?zé)岬刭|(zhì)條件差異較大, 地?zé)衢_發(fā)利用程度不一。為推動(dòng)地?zé)豳Y源可持續(xù)利用, 助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn), 需進(jìn)一步查明復(fù)雜構(gòu)造地區(qū)地?zé)豳Y源賦存分布及其特征參數(shù)(雷曉東等, 2018; Wang et al.,2020)。區(qū)域重磁測量是地?zé)豳Y源地球物理勘探的重要方法, 可獲取斷裂構(gòu)造空間位置及其相互關(guān)系、新生界基底埋藏特征等信息, 進(jìn)而分析地?zé)嵯到y(tǒng)結(jié)構(gòu)特征及成因機(jī)理(唐顯春等, 2020, 2023; Zhang et al., 2021; Tang et al., 2022)。
北京城市副中心位于北京平原區(qū)東部, 受多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響, 地?zé)豳Y源分布賦存條件差異較大(雷曉東等, 2017; 李文, 2021)。副中心近年來致力于“近零碳”示范區(qū)建設(shè), 對(duì)地?zé)豳Y源清潔供暖的需求強(qiáng)烈, 但其地?zé)岬刭|(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜, 基礎(chǔ)研究相對(duì)薄弱, 因而選擇這一區(qū)域開展高精度構(gòu)造分析,進(jìn)一步研究地?zé)嵯到y(tǒng)特征十分必要。地?zé)嵯到y(tǒng)特征一般圍繞“源、通、儲(chǔ)、蓋”四大要素進(jìn)行。對(duì)“通道”-斷裂構(gòu)造的認(rèn)識(shí), 已有研究多集中在區(qū)內(nèi)規(guī)模較大的斷裂如夏墊斷裂、南口—孫河斷裂南東段等在某些點(diǎn)段上的幾何特征及活動(dòng)性方面(劉保金等,2009; 何付兵等, 2013; Wang et al., 2018), 從區(qū)域尺度精細(xì)厘定斷裂形跡、研究其與地?zé)嵝纬傻年P(guān)系,目前成果較少。另外對(duì)儲(chǔ)層和蓋層特征分析比較關(guān)鍵的基底構(gòu)造的認(rèn)識(shí), 在副中心核心區(qū)研究相對(duì)較多(何祎等, 2019; 李巧靈等, 2019), 而其他地區(qū)較少。近年來完成的1:50 000地面重力測量資料覆蓋程度和精度均較好, 可從區(qū)域上進(jìn)一步分析本區(qū)地?zé)嵯到y(tǒng)構(gòu)造背景。重磁場源邊緣檢測和三維反演是當(dāng)前重磁處理方法研究的熱點(diǎn), 可有效提取斷裂和基底特征信息(Wang et al., 2009; 張志厚等, 2022)。本文利用上述相關(guān)方法分析北京城市副中心基巖地質(zhì)構(gòu)造, 探究控?zé)釋?dǎo)水特征, 為科學(xué)勘探地?zé)豳Y源提供依據(jù)。
1 地質(zhì)背景
北京城市副中心位于北京平原區(qū)東南部, 面積 906 km2, 大地構(gòu)造上屬華北陸塊(Ⅱ)華北斷陷盆地(Ⅲ4)內(nèi)之北京斷陷(Ⅳ2)、大興隆起(Ⅳ3)和大廠斷陷(Ⅳ4)三個(gè)Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元。區(qū)內(nèi)地層除古生界志留系—泥盆系和中生界侏羅系—白堊系外, 自第四系至太古界均有分布。第四系普遍發(fā)育, 新近系主要在北京斷陷和大廠斷陷發(fā)育, 古近系在大廠斷陷發(fā)育(圖1)?；鶐r地層以中上元古界和古生界碳酸鹽巖為主。研究區(qū)主要發(fā)育近NE和NW兩組斷裂構(gòu)造, 均為正斷層, 其中 NE向南苑—通縣斷裂(F1-2)和夏墊斷裂(F1-4)為構(gòu)造單元邊界斷裂,傾向分別為NW和SE, 均為第四紀(jì)活動(dòng)斷層(趙成彬等, 2013), NW向斷裂以張家灣斷裂(F2-46)為主,屬南口—孫河斷裂帶向 SE方向延伸的斷裂(何付兵, 2019)(圖1)。
圖1 北京平原區(qū)地?zé)崽锛爸饕獢嗔褬?gòu)造分布圖Fig. 1 Distribution map of geothermal fields and main faults in Beijing Plain
研究區(qū)西北主要為雙橋和天竺地?zé)崽? 東南為鳳河營地?zé)崽?圖1)。前者熱儲(chǔ)主要為薊縣系霧迷山組白云巖, 后者熱儲(chǔ)包括新生界砂巖、奧陶—寒武系灰?guī)r、薊縣系霧迷山組和高于莊組白云巖。其中巖溶熱儲(chǔ)裂隙發(fā)育, 厚度大、富水性強(qiáng), 蓋層為自第四系至待建系下馬嶺組不同物源地層組合, 巖性上新近系和古近系為泥巖、砂巖, 石炭—二疊系為砂巖、頁巖, 青白口系為砂巖、頁巖, 下馬嶺組為粉砂巖、頁巖; 熱儲(chǔ)層下伏長城系砂巖及太古界片麻巖。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造多為正斷層, 形成地下熱水儲(chǔ)存和運(yùn)移的重要通道。區(qū)內(nèi)地?zé)徙@孔主要分布在永順鎮(zhèn)至張家灣鎮(zhèn)一帶, 根據(jù)地?zé)崃黧w水化學(xué)和同位素資料, 地?zé)峋鏊疁囟仍?35～91 ℃, 補(bǔ)給來源為北京西山和北山大氣降水(袁利娟等, 2021)。區(qū)內(nèi)地?zé)岬刭|(zhì)條件因所處地質(zhì)構(gòu)造單元不同而呈現(xiàn)出較大的差異性。
2 數(shù)據(jù)與方法
地面相對(duì)重力測量測網(wǎng)為500 m×250 m, 采用單程觀測法, 起閉于重力基點(diǎn)上, 單點(diǎn)每次觀測時(shí)間1分鐘, 重復(fù)觀測直到相鄰兩次讀數(shù)差小于5 μGal。觀測數(shù)據(jù)在固體潮改正、零點(diǎn)漂移改正基礎(chǔ)上進(jìn)行了中間層校正、高度校正、緯度校正和地形校正后得到原始布格重力值。布格重力數(shù)據(jù)采用Kring方法網(wǎng)格化, 網(wǎng)格距250 m×250 m, 經(jīng)補(bǔ)償圓滑濾波處理去除局部畸變后, 采用滑動(dòng)平均法計(jì)算剩余重力異常, 經(jīng)試算, 窗口大小選擇30 km與研究尺度 5 km深度內(nèi)已知地質(zhì)構(gòu)造吻合較好, 得到剩余重力異常等值線圖(圖2a)。
圖2 剩余重力異常及其NVDR_Theta圖Fig. 2 Residual gravity anomaly and its NVDR_Theta map
2.1 場源邊緣檢測計(jì)算
為研究斷裂構(gòu)造形跡, 對(duì)布格重力異常進(jìn)行了歸一化 Theta圖垂向?qū)?shù)圖(NVDR_Theta圖)計(jì)算(圖2b)。該方法由Wijns et al.(2005)提出, 并由何濤等(2019)、王萬銀(2009)進(jìn)一步完善, 計(jì)算公式如下:
對(duì)于平面重力數(shù)據(jù)g(x,y,z), 式中:
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。
NVDR_ Theta圖法是場源邊緣檢測識(shí)別斷裂的一種有效手段, 兩側(cè)地層存在明顯密度差異的正斷層在該圖上形成明顯的高值異常條帶, 辨識(shí)度較好, 但該圖反映的是斷裂的宏觀梯度特征, 對(duì)走滑性質(zhì)的斷裂可能反映不明顯, 另外地質(zhì)體的場源并不全部為斷裂, 為更全面研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造, 對(duì)布格重力異常進(jìn)行了四個(gè)方向(0°、45°、90°、315°)水平一階導(dǎo)數(shù)計(jì)算, 分別突出垂直于這些方向的斷裂構(gòu)造形跡(圖3)。因梯度具有方向性, 正負(fù)極值異常均為斷裂反映。從圖3上看, 水平導(dǎo)數(shù)圖上較寬緩、延伸較遠(yuǎn)的梯度帶多為NE向斷裂(圖3c, d), 較細(xì)窄、延伸不遠(yuǎn)的梯度帶多為NW向斷裂(圖3a, b)。
圖3 布格重力異常水平一階導(dǎo)數(shù)圖Fig. 3 Horizontal first derivative of Bouguer gravity anomaly
2.2 2.5D重力異常剖面反演
為研究關(guān)鍵構(gòu)造部位斷裂延伸和地層發(fā)育特征, 完成了兩條剖面2.5D重力異常反演計(jì)算, 剖面位置見圖2a。其中 AA’剖面為 NW-SE向, 長度47.4 km; BB’剖面為SW-NE向, 長度53.1 km; 為提高反演精度, 剖面盡可能穿過了已知基巖鉆孔。反演數(shù)據(jù)使用布格重力異常, 計(jì)算方法為頻率域Parker-Oldenburg方法, 地層密度設(shè)置參考北京地區(qū)巖石密度測量結(jié)果(雷曉東等, 2020), 反演深度為5 km, 初始地層結(jié)構(gòu)依據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和鉆孔信息設(shè)定, 通過人機(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)測值擬合較好(圖4)。
圖4 重力異常2.5D剖面反演圖(黑色豎線為基巖鉆孔, ρ為反演地層密度, 單位為g/cm3)Fig. 4 2.5D profile inversion of gravity anomaly (black vertical lines are boreholes drilled into bedrock,ρ is the inversion density/(g/cm3) of formation)
圖4a為AA’剖面反演圖, 其垂直NE向主體構(gòu)造, 重力異常范圍為-40～0.5 mGal, 沿剖面方向呈現(xiàn)“低-高-低”變化, 總體上反映了北京斷陷、大興隆起和大廠斷陷形態(tài), 基底構(gòu)造之上發(fā)育較寬緩的向斜和背斜, 淺部沉積了厚度變化較大的新生界。北京斷陷的低重力異常反映了低密度新生界和較厚白堊系沉積特點(diǎn), 大興隆起的高重力異常反映基底隆升新生界較薄僅局部發(fā)育厚度不大的新近系, 大廠斷陷的低重力異常是較厚的低密度古近系反映。圖4b為 BB’剖面反演圖, 其垂直 NW 向主體構(gòu)造,重力異常范圍為-20～15 mGal, 重力異常沿剖面走向總體上呈由高到低變化, 反映大興隆起太古界結(jié)晶基底起伏及其上基巖巖性、厚度和埋深變化, 重力異常微弱變化的部位反映了一系列NW和NE向斷裂的存在。
2.3 重力異常三維反演
為研究地質(zhì)構(gòu)造空間變化, 對(duì)剩余重力異常進(jìn)行了三維反演。反演尺度為橫向41 km, 縱向52 km,垂向 5 km, 反演網(wǎng)格大小橫縱向均設(shè)置為 500 m,垂向?yàn)?250 m。反演時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行了擴(kuò)邊, 縱橫向各外擴(kuò)了2 km, 最終橫向、縱向和垂向網(wǎng)格數(shù)分別為87、109和20個(gè), 總網(wǎng)格數(shù)為189 660個(gè)。反演使用了地形信息, 采用 EMIGMA軟件信賴域算法(Trust region inversion), 最大迭代次數(shù)40, 擬合差為0.97%。反演得到視密度數(shù)據(jù)體(圖5), 其相對(duì)大小反映基底隆起凹陷特征, 視密度大的區(qū)域?yàn)榛茁∑饏^(qū), 視密度小的區(qū)域?yàn)榘枷輩^(qū), 其中明顯的過渡區(qū)多為斷裂帶或構(gòu)造斜坡帶。根據(jù)研究需要,截取了高程分別為-1000 m、-2000 m、-3000 m和-4000 m之下的數(shù)據(jù)體(圖5)。
圖5 三維重力異常反演視密度圖Fig. 5 3D apparent density map of gravity anomaly inversion
2.4 航磁異常
北京平原區(qū) 8301工程形成的 1:10萬航磁資料, 測線距為1 km, 測量總精度為±2.8 nT。為消除或減少斜磁化造成磁性體在平面位置上的位移,對(duì)原始航磁 ΔT數(shù)據(jù)進(jìn)行了化極處理, 即將其轉(zhuǎn)換成垂直磁異常 ΔTZ, 所取地磁傾角 60.7°, 地磁偏角-8.6°。從圖6上看, 本區(qū)航磁異?？傮w上西北低東南高, 化極磁異常大于100 nT的區(qū)域, 除西北分布局限的個(gè)別區(qū)域外, 在研究區(qū)東南部形成延伸范圍較廣的高磁異常帶, 呈 NE走向。在5 km、10 km、20 km上延異常圖上, 該高磁異常不消失(圖7)。
圖6 研究區(qū)航磁異常圖Fig. 6 Aeromagnetic anomaly map of the study area
圖7 航磁異常上延圖Fig. 7 Upward continuation of aeromagnetic anomaly
3 結(jié)果分析與討論
根據(jù)重力異常所反映的新生界基底形態(tài)特征、界面反演和斷裂識(shí)別結(jié)果, 以北京市地質(zhì)調(diào)查研究院、北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院2007年出版的北京平原區(qū)1:10萬基巖地質(zhì)構(gòu)造圖為基礎(chǔ), 繪制了副中心基巖地質(zhì)構(gòu)造圖, 結(jié)合航磁異常和鉆孔信息, 綜合分析地?zé)豳x存分布的構(gòu)造背景, 對(duì)區(qū)內(nèi)地?zé)嵯到y(tǒng)通道條件進(jìn)行分析(圖8)。
3.1 新生界基底形態(tài)特征
本次計(jì)算的剩余重力異常主要反映了新生界基底隆起和凹陷的形態(tài)特征。從圖2a上看, 研究區(qū)剩余重力值在-16～16 mGal之間, 等值線具明顯方向性, 說明構(gòu)造主體走向?yàn)?NE-SW, 大體可分為G1高重力場區(qū)和D1、D2和D3低重力場區(qū), 分別反映大興隆起、北京斷陷、大廠斷陷和廊固斷陷的基底形態(tài)特征。這里重點(diǎn)闡述G1、D1和D2。
G1高重力場區(qū)所反映的大興隆起, 其密度結(jié)構(gòu)自西北向東南呈現(xiàn)“高-低-高”特征, 反映隆起內(nèi)部構(gòu)造差異, 因而 G1進(jìn)一步可分為 G1-1和 G1-2相對(duì)高異常區(qū)和 G1-3相對(duì)低異常區(qū), 分別反映了大興隆起西部、東部基底褶皺構(gòu)造作用形成的通州向斜、張家灣背斜及中部張家灣凹陷的形態(tài)特征(圖2a); G1-1相對(duì)高異常區(qū)在NW-SE方向較G1-2大、密度低, 推斷向斜比背斜兩翼寬緩, 以及有一定厚度的青白口系分布, 反演結(jié)果顯示第四系厚度較薄, 約300 m左右(圖3)。從圖5視密度反演圖上看, G1-2具有比G1-1更高的密度異常和深部延伸性, 結(jié)合圖6、圖7的航磁異常圖, 推測大興隆起東部結(jié)晶基底頂面更淺, 且背斜頂部形成了低密度異常揭示的張家灣新生界凹陷, 其沉積中心反演新生界厚度大于700 m(圖3), 與微動(dòng)探測等方法揭示的厚度一致(李巧靈等, 2019)。除第四系外發(fā)育一定厚度的新近系, 無古近系發(fā)育, 和 BH-2等孔的實(shí)鉆地層巖性資料吻合(趙勇等, 2019)。
D1低重力場區(qū)反映北京斷陷內(nèi)部東壩凹陷形態(tài), 西北角有一局部重力高(圖2a), 在三維重力異常圖上也有明顯反映(圖5), 航磁異常圖上也有較好異常顯示, 推斷為來廣營凸起, 是中生界高密度高磁火山巖的反映; 東南部也存在一處局部重力高,磁異常較弱, 反映盆地中上元古界基底埋深變淺(圖8)。
圖8 研究區(qū)基巖地質(zhì)構(gòu)造與通道類型圖Fig. 8 Map of underlying bedrock geology and channel type in the study area
D2低重力場區(qū)所反映的大廠斷陷, 進(jìn)一步可細(xì)分為D2-1和D2-2低異常區(qū)和D2-3高異常區(qū), 分別反映了大廠斷陷主體、采育凹陷和鳳河營向斜構(gòu)造特征。D2-1為長軸方向NE形似葫蘆狀低重力異常, 根據(jù)三維重力反演圖, 其低密度異常十分明顯,垂向上一直延伸至4000 m以深(圖5), 反映大廠斷陷巨厚古近系沉積特征, 橫向上自3000 m、4000 m起偏東部密度異常帶變寬, 推測盆地為西陡東緩的基底形態(tài); D2-2為采育一帶存在的局部重力低, 反映基底凹陷, 走向近南北; 根據(jù)三維重力反演結(jié)果, 低密度異常在深度 4000 m左右逐漸消失,反映了結(jié)晶基底頂面較大廠斷陷 D2-1區(qū)淺。D2-3為鳳河營一帶存在的局部重力高, 反映為一基底凸起構(gòu)造, 其走向近東西, 核部為石炭—二疊系,兩翼為寒武—奧陶系, 上覆新生界厚度達(dá) 2000 m左右(圖8)。D2-2和D2-3的形成可能與古近紀(jì)時(shí)期伸展構(gòu)造背景下強(qiáng)烈火山活動(dòng)伴隨巖漿上涌底辟有關(guān)(苗全蕓等, 2019)。
圖7顯示了 NE向存在明顯高磁異常條帶, 結(jié)合F2-76斷裂兩旁X-2和T-51深孔資料, 推測其為含磁性較高的太古界片麻巖結(jié)晶基底, 直接隱伏于巨厚的新生界之下, 且沿禮賢斷裂(F1-3)、牛堡屯斷裂(F1-10)、夏墊斷裂帶(F1-4)分布, 揭示結(jié)晶基底隆升與上述深大斷裂活動(dòng)有關(guān)。對(duì)比重磁異常, 發(fā)現(xiàn)高值區(qū)并不吻合, 說明重磁異常不同源, 大興隆起東部結(jié)晶基底抬升更為明顯, 同時(shí)受 NW-SE向擠壓應(yīng)力作用, 形成了張家灣背斜、榆垡—禮賢背斜,中上元古界和古生界總體厚度不及西部, 在南部甚至缺失。
3.2 斷裂構(gòu)造特征
在剩余重力異常圖上, 斷裂構(gòu)造一般反映為不同形態(tài)特征高低重力場區(qū)邊界或等值線密集梯度帶;切割深、延伸遠(yuǎn)的斷裂, 梯度帶具有較好的連續(xù)性,其兩側(cè)的重力值相差更大(圖2a)。NVDR_Theta圖上, 斷裂構(gòu)造一般呈現(xiàn)高值異常條帶, 寬度大、連續(xù)性好、高值異常幅度大的表明斷裂規(guī)模大, 根據(jù)異常帶的交錯(cuò)特征還可說明斷裂的匯交和新老關(guān)系(雷曉東等, 2021)。在2.5D剖面重力反演和三維重力反演形成的密度圖上則可定性解釋斷裂的深部延伸特征。
以往研究將北京平原區(qū)斷裂分為一級(jí)斷裂(F1)和二級(jí)斷裂(F2), 一級(jí)斷裂為控制性斷裂, 一般為四級(jí)及以上構(gòu)造單元邊界, 二級(jí)斷裂為其內(nèi)部斷裂。由重力異常成果圖綜合分析, 識(shí)別出研究區(qū)范圍內(nèi)一級(jí)斷裂主要有南苑—通縣斷裂(F1-2)、禮賢斷裂(F1-3)、夏墊斷裂(F1-4)、皮各莊斷裂(F1-9)、牛堡屯斷裂(F1-10)和桐柏?cái)嗔?F1-11)。這些斷裂均表現(xiàn)為十分明顯的不同形態(tài)高低重力場區(qū)邊界,NVDR_Theta圖和水平一階導(dǎo)數(shù)圖高值異常條帶較為連續(xù)、寬度大。從NVDR_Theta圖上看, 南苑—通縣斷裂(F1-2)北東段異常強(qiáng)度大于南西段, 顯示斷裂延伸的連續(xù)性好于南段; 禮賢斷裂(F1-3, 區(qū)域上為大興凸起東緣斷裂或大興斷裂)顯示走向由NNE轉(zhuǎn)為 SN向, 北接牛堡屯斷裂(F1-10)。牛堡屯斷裂走向 NW, NVDR_Theta圖異常分段連續(xù), 延伸不遠(yuǎn), 南東接夏墊斷裂(F1-4)。夏墊斷裂NVDR_Theta峰值異常帶相對(duì)較寬緩, 局部走向有變化, 顯示其可能被NW向斷裂錯(cuò)動(dòng)。皮各莊斷裂(F1-9)和桐柏?cái)嗔?F1-11)走向近 EW, 分別截止于南苑—通縣斷裂(F1-2)和禮賢斷裂(F1-3)(圖2b)。
研究區(qū)二級(jí)斷裂中主要的 NE向斷裂有: 燕郊斷裂(F2-23)、姚辛莊斷裂(F2-25); NW向斷裂有: 臺(tái)湖斷裂(F2-43)、東壩斷裂(F2-45)、張家灣斷裂(F2-46)、李橋斷裂(F2-48)。研究區(qū)中部存在兩條明顯NE走向的NVDR_Theta峰值異常帶,反映了斷裂存在, 靠西的一條為燕郊斷裂(F2-23), 傾向 SE,在 315°布格重力異常水平一階導(dǎo)數(shù)圖上呈明顯的正異常, 向南一直延伸與禮賢斷裂(F1-3)相接, 因而也被認(rèn)為是大興斷裂北延段(何付兵等, 2020), 其北段或存在一條分支斷裂(何祎等, 2019); 靠東的一條為姚辛莊斷裂(F2-25), 傾向 NW, 連續(xù)性好, 在315°布格重力異常水平一階導(dǎo)數(shù)圖上呈明顯的負(fù)異常(圖3d), 向南一直延伸至牛堡屯斷裂(F1-10), 兩條斷裂均被NW向斷裂明顯錯(cuò)斷。此外還有兩條明顯NW向NVDR_Theta峰值異常帶, 其中靠南的一條為臺(tái)湖斷裂(F2-43), 其連續(xù)性較好, 靠北的一條為張家灣斷裂(F2-46), 在南東段連續(xù)性一般, 兩條斷裂均傾向 NE。位于這兩條斷裂之間的東壩斷裂以及靠北的李橋斷裂從剩余重力異常特征上推斷自研究區(qū)西北部延伸入本區(qū), 但NVDR_Theta圖和布格重力異常水平一階導(dǎo)數(shù)圖均無明顯異常。這些斷裂的可靠性均需其他手段開展研究進(jìn)一步證實(shí)。區(qū)內(nèi)其他斷裂的識(shí)別結(jié)果見表1。
表1 研究區(qū)斷裂特征信息表Table 1Fault characteristics of Beijing’s sub-center
3.3 構(gòu)造與地?zé)彡P(guān)系分析
褶皺、斷裂構(gòu)造和局部火山巖漿活動(dòng)共同控制了研究區(qū)地?zé)豳Y源的賦存和運(yùn)移。本區(qū)地?zé)嵯到y(tǒng)以深大斷裂為界, 既相對(duì)獨(dú)立又通過斷層和褶皺構(gòu)造與外界有密切水力聯(lián)系。
結(jié)晶基底差異性隆升造成區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層厚度差異大。太古界結(jié)晶基底頂面具有“南高北低、西低東高”之特征。研究區(qū)熱儲(chǔ)層主要為薊縣系白云巖, 在北京平原區(qū)其完整厚度一般在 2000 m左右。研究區(qū)南部安定至牛堡屯一帶, 屬大興隆起, 太古界結(jié)晶基底隆升至地殼淺部, 使熱儲(chǔ)厚度變薄甚至缺失。研究區(qū)中部, 由于大興隆起東西部的不對(duì)稱隆升, 東部熱儲(chǔ)厚度較薄。北京斷陷和大廠斷陷儲(chǔ)層厚度接近區(qū)域平均, 埋藏較深。
研究區(qū)蓋層在隆起區(qū)以新生界和古生界為主,在斷陷區(qū)局部還存在中生界。大興隆起西部, 通州向斜構(gòu)造區(qū)新生界蓋層厚度 200～300 m, 其下有近千米古生界起到蓋層的作用; 東部張家灣背斜構(gòu)造區(qū), 新生界蓋層厚度200～800 m(圖8), 大部厚度小于 500 m, 在張家灣背斜核部薊縣系碳酸鹽巖受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響形成的凹陷區(qū), 厚度大于 700 m, 向東蓋層厚度有變大趨勢, 并有厚度不大的新近系。大廠斷陷以巨厚古近系沉積為特點(diǎn), 西集以東以及采育一帶沉積中心蓋層厚度大于3000 m, 鳳河營一帶大于 2000 m。北京斷陷存在中生界火山巖碎屑巖,一般蓋層厚度在 2000 m左右, 但重力異常顯示東壩至徐辛莊一帶為斷陷中的局部隆起(圖2a), 無中生界覆蓋, 新生界厚度在350～800 m(圖3a)。
水熱型地?zé)嵯到y(tǒng)必須具備熱水上升通道。通道由不同規(guī)模和性質(zhì)的斷裂組成。斷裂按規(guī)模可分為蓋層、基底、地殼和巖石圈斷裂四類, 延伸至地殼和巖石圈深度的斷裂, 一般與深部熱源層聯(lián)通, 切割深度大, 其兩側(cè)地?zé)釛l件有明顯差異, 形成區(qū)域性的控?zé)針?gòu)造; 若這類斷裂開啟性好, 有熱水深循環(huán)活動(dòng), 則形成導(dǎo)熱構(gòu)造, 或稱導(dǎo)熱導(dǎo)水通道; 發(fā)育在蓋層尺度內(nèi)的斷裂, 與深部熱源層關(guān)系不大,其兩盤地?zé)釛l件差異較小, 一般僅具有導(dǎo)水作用,稱為導(dǎo)水通道。導(dǎo)水通道在地?zé)嵯到y(tǒng)的補(bǔ)給、徑流和熱水分配中具有重要意義。區(qū)內(nèi)主要斷裂通道類型見圖8。
夏墊斷裂(F1-4)和南苑—通縣斷裂(F1-2)具有良好的導(dǎo)熱特性。這兩條斷裂是大尺度重力異常特征場區(qū)邊緣, 具有明顯的NVDR_Theta圖和梯度異常,對(duì)NW向斷裂形成明顯的分割限制, 三維反演圖上只有這兩條斷裂向深部延伸大于4000 m。結(jié)合區(qū)域重力、地震等資料, 夏墊斷裂帶切穿莫霍面, 且存在多條分支斷裂; 南苑—通縣斷裂、禮賢斷裂可能切穿康氏界面, 均為殼幔尺度斷裂, 且為第四紀(jì)活動(dòng)斷裂(張先康等, 2002; 劉保金等, 2009; 何付兵等,2013; 雷曉東等, 2021; 李正芳等, 2021)。其他斷裂僅在沉積蓋層內(nèi)發(fā)育。
夏墊斷裂帶具有獨(dú)立形成帶狀熱儲(chǔ)的條件, 又通過NW向斷裂與西側(cè)層狀熱儲(chǔ)有密切聯(lián)系。本區(qū)NW向斷裂斷距較小, 且多為正斷兼走滑性質(zhì)(何付兵, 2019)。從NVDR_Theta圖上看, 雖然夏墊斷裂切割深、規(guī)模大, 但在地殼淺部受NW向斷裂活動(dòng)影響出現(xiàn)較明顯分段性, 且走向多變。剖面反演圖顯示夏墊斷裂帶基巖斷距達(dá)上千米, 上盤發(fā)育巨厚古近系, 但寒武系、青白口系和薊縣系在兩盤均有分布且總厚度大, 碳酸鹽巖儲(chǔ)層跨斷裂帶有較好聯(lián)系(圖3a), 因此可沿該斷裂帶形成較其他斷裂更寬的地?zé)釒町惓? 呈現(xiàn)出帶狀和傾斜層控?zé)醿?chǔ)并存的特征(石涵靜等, 2017)。沿該斷裂水熱深循環(huán)對(duì)流增溫特征明顯, 相同深度的地?zé)峥椎販販y量結(jié)果較其他區(qū)域高 10℃左右(張進(jìn)平和袁利娟, 2018)。南苑—通縣斷裂上下盤基巖地層同樣為厚度較大的中上元古界和古生界碳酸鹽巖, 雖斷距不及夏墊斷裂, 但水熱活動(dòng)條件也比較好。而禮賢斷裂因上盤分布巨厚古近系, 且斷裂帶附近碳酸鹽巖儲(chǔ)層厚度不大, 斷裂水熱活動(dòng)較弱, 兩盤地?zé)岬刭|(zhì)條件差異較大, 斷裂帶本身地?zé)嵋饬x可能不大, 但它控制了區(qū)域地?zé)岙惓７植肌?/p>
張家灣斷裂、姚辛莊斷裂、臺(tái)湖斷裂等僅發(fā)育在沉積蓋層, 與深部熱交換不及前述斷裂大, 但這些斷裂也有明顯連續(xù)的重力梯度異常, 例如姚辛莊斷裂中段梯度大于3 mGal/km的影響帶寬約800 m,形成斷裂破碎帶切割碳酸鹽巖儲(chǔ)層, 成為良好導(dǎo)水通道。這些斷裂主要通過水的流通實(shí)現(xiàn)熱的交換。NE向燕郊斷裂和東壩斷裂、李橋斷裂的梯度異常相對(duì)較弱, 通道條件不及上述幾條斷裂。
本區(qū)NE和NW兩體系主控?cái)嗔丫哂辛己玫乃疅崧?lián)系。NVDR_Theta圖異常帶顯示NE向燕郊斷裂(F2-23)、姚辛莊斷裂(F2-25)和 NW 向臺(tái)湖斷裂(F2-43)、張家灣斷裂(F2-46)構(gòu)成“井”字形快速匯水通道, 向西連接南苑—通縣斷裂(F1-2), 向東連接夏墊斷裂(F1-4)。斷裂交匯區(qū)呈現(xiàn)明顯的峰值異常帶錯(cuò)斷現(xiàn)象, 且這些斷裂均為正斷, 斷層活動(dòng)以及結(jié)晶基底抬升有利于區(qū)域巖溶熱儲(chǔ)裂隙發(fā)育(表2),例如“TC-2”地?zé)峥孜挥谘嘟紨嗔?F2-23)附近, 地?zé)峥资┕み^程中泥漿出現(xiàn)大量漏失?！癟R-12”位于臺(tái)湖斷裂(F2-43)上, 在470—703 m深度鉆遇斷層破碎帶, 巖性主要為黃灰色、灰白色白云巖、角礫巖, 同時(shí)穿插有大量的灰綠色輝綠巖, 局部見有白色鈣質(zhì)泥巖(糜棱巖)。另外這些斷裂與上述兩條區(qū)域性大斷裂聯(lián)通, 可獲得北京北山和西山巖溶水補(bǔ)給(袁利娟等, 2021)。
表2 斷裂帶附近地?zé)峥姿沂緮嗔研再|(zhì)和儲(chǔ)層特性信息表Table 2 Fault properties and reservoir characteristics revealed by geothermal boreholes near fault zone
3.4 熱水補(bǔ)給徑流通道分析
根據(jù)重力異常分析斷裂匯交與延伸特征, 推斷熱水補(bǔ)給徑流通道可能有三個(gè)方向: (1)NW向通道,主要來自西北部山區(qū), 沿張家灣斷裂(F2-46)、臺(tái)湖斷裂(F2-43)進(jìn)入本區(qū), 同樣是 NW 向斷裂, 東壩斷裂(F2-46)和李橋斷裂(F2-46)的通道跡象不明顯, 原因是前兩條斷裂的NVDR_Theta圖和梯度異常較明顯,且錯(cuò)斷兩盤均為薊縣系碳酸鹽巖地層, 易形成較好破碎帶; (2)NE向通道, 由東北部平谷山區(qū)自程各莊斷裂接夏墊—馬坊斷裂帶(F1-4)進(jìn)入本區(qū); (3)東部通道, 沿東西向皮各莊樞紐斷裂(F1-9)自東向西運(yùn)動(dòng)后向南折轉(zhuǎn), 主體沿燕郊斷裂(F2-23)和姚辛莊斷裂(F2-25)形成的基底斷陷流入本區(qū), 當(dāng)然東部部分來水也可能沿夏墊斷裂和南苑—通縣斷裂(F1-2)向南運(yùn)移。NE方向來水也可能經(jīng)夏墊斷裂和皮各莊斷裂交匯區(qū)折轉(zhuǎn)向西徑流。因 NW 向的二十里長山斷裂(圖1, F1-8)為逆斷層具阻水特征(肖騎彬等,2006), 因此東北和東部山區(qū)來水的主要通道是夏墊斷裂和皮各莊斷裂。皮各莊斷裂在研究區(qū)為其西段(以夏墊斷裂為界), 傾向 N, 斷距僅一二百米(圖8),因斷裂帶北部中生界火山沉積巖地層阻水, 而斷裂帶南部碳酸鹽巖儲(chǔ)層因抬升使得地下熱水更易向下盤的層狀熱儲(chǔ)中徑流。另外因研究區(qū)北接寬緩的大孫各莊向斜西南翼, 皮各莊斷裂在高樓以西兩盤均為碳酸鹽巖地層, 故區(qū)內(nèi)地?zé)崴部赡茏员鄙浇?jīng)向斜構(gòu)造向南徑流, 并最終經(jīng) NW 向斷裂分流。上述推斷需要進(jìn)一步開展地?zé)崴畡?dòng)態(tài)監(jiān)測等工作證實(shí)。
4 結(jié)論
對(duì)近期完成的高精度區(qū)域重力測量資料, 開展了場源邊緣檢測、2.5D剖面重力反演和三維反演計(jì)算, 結(jié)合航磁和鉆孔資料分析得到結(jié)論如下:
(1)北京城市副中心地區(qū)主要斷裂構(gòu)造有17條,其中近NE向斷裂9條, NW向斷裂6條, EW向斷裂2條。NE向斷裂延伸遠(yuǎn), 但被NW向斷裂切割改造跡象明顯。新解釋推斷了臺(tái)湖斷裂(F2-43), 姚辛莊斷裂(F2-25)向南延伸截止至牛堡屯斷裂(F1-10)。
(2)太古界結(jié)晶基底隆升“南高北低、西低東高”,使區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層和蓋層厚度變化大。研究區(qū)南部隆起區(qū)儲(chǔ)層變薄或缺失。新生界蓋層在隆起區(qū)厚度一般為200～800 m, 在斷陷盆地區(qū)一般在2000 m以上。
(3)南苑—通縣斷裂(F1-2)和夏墊斷裂(F1-4)是區(qū)內(nèi)良好的控?zé)釋?dǎo)水通道, 禮賢斷裂控制了區(qū)域地?zé)岙惓７植? NW 向臺(tái)湖斷裂(F2-43)、張家灣斷裂(F2-46)與NE向燕郊斷裂(F2-23)、姚辛莊斷裂(F2-25)是主要導(dǎo)水通道, 與南苑—通縣斷裂(F1-2)和夏墊斷裂(F1-4)交匯形成區(qū)內(nèi)主要補(bǔ)給徑流通道。
致謝:本文研究過程中得到了中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心劉宏偉、杜東高級(jí)工程師的大力支持, 北京市生態(tài)地質(zhì)研究所項(xiàng)目組何祎、尤志鑫、趙旭辰等參加了野外工作, 在此一并表示衷心感謝！
Acknowledgements:
This study was supported by China Geological Survey (Nos. 12120114033901 and DD20160229),Beijing Institute of Geo-exploration Technology (Nos.PXM2016_158307_000013 and PXM2017_158307_000008),and National Natural Science Foundation of China(No. 41877197).
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