河北省山區地熱資源形成機制

■呂文斌 康琳 趙陽 李麗 王琰

（河北省地礦局第三水文工程地質大隊 河北 衡水053000）

河北省山區地熱資源形成機制

■呂文斌 康琳 趙陽 李麗 王琰

（河北省地礦局第三水文工程地質大隊 河北 衡水053000）

本文從熱源、水源和熱水通道三個方面闡述了河北省山區地熱資源的形成機制，為更好的尋找和利用好當地的地熱資源，以及后期地熱田的深入研究及開發利用提供重要的科學依據。

河北省山區地熱機制

地熱資源是一種可再生的清潔能源，在我省分布廣泛、資源儲量豐富，當前面臨“能源危機”，“科學發展觀”、“循環經濟”理念的提出，為地熱資源的開發和利用提供了良好的契機。而地熱資源的勘查、合理開發及有效利用首先需要我們對地熱資源的形成機制進行詳細了解，本文從三個方面加以說明河北省山區地熱資源的形成機制。

1 熱源

山區地熱的熱源主要來自上地幔和花崗巖殼的放射性元素衰變產熱。山區地下熱水的分布與深部構造有著密切的相關性。河北省山區可分為三個深部構造區：一是恒山－壩上高原幔拗，分布在豐寧－張家口一線以北。在地貌上包括壩上高原和部分壩下山間盆地。淺層構造為相對穩定區，太古代－早元古代結晶基底廣泛出露，沉積蓋層千米左右。莫氏面整體呈現一向西北逐漸加深的上地幔拗陷，埋藏深度大于43km。此區基本無地熱異常顯示；二是太行山幔坎，總體以北北東－南南西向的帶狀斜貫全區，地表部反映為一宏偉的深斷裂帶。該構造帶寬80～150km，自東向西莫氏面陡降3～5km；三是燕山幔階，分布在太行山幔坎東側的燕山地區。該區的莫氏面形態，大體為一由南向北下降的階梯狀。太行山幔坎和燕山幔階區是山區地熱的主要分布區。

2 水源

基巖斷裂帶熱儲熱水δD、δ18O資料反映出熱水的補給來源為大氣降水。秦皇島市根據地下熱水和當地降水的穩定同位素資料計算的地下熱水的補給高程一般在1000～2000m，即熱水來源于溫泉或地熱異常區上游低中山區的大氣降水。

表1 秦皇島市典型地下熱水比例系數計算表

秦皇島市山前平原地下熱水中混入了部分“古海水”。Cl-和Br是海水的指標元素。山前地帶地下熱水中的Cl-、Br含量均是山區地下熱水中的Cl-、Br含量的30余倍，反映熱水中有海水混入；通過地下熱水中rNa/rCl比例系數也能說明這個問題。見表1。

秦皇島海域海水rNa/rCl比值為0.87，山區熱水的rNa/rCl比值明顯比海水大，反映了溶濾水特征，說明熱水補給與海水無關；山前地帶熱水的rNa/rCl比值比海水稍小，表明熱水的補給與海水或與“古海水”有關的海相沉積物中的沉積水有一定關系，同時也反映了熱水受到混合作用、溶濾作用的共同影響。

3 熱水通道

地殼深部熱量一般通過兩種方式向地表傳遞：一是沿深大斷裂帶以水為載體，以水熱對流形式將深部熱量傳送到地表；二是通過各種巖層以熱傳導形式將深部熱量傳遞到地表。河北省山區地熱的分布均受深大斷裂帶控制，深大斷裂帶成為地下熱水的主要通道。如尚義－赤城－隆化深斷裂帶附近出露湯泉、塘子廟溫泉、三道營湯泉、開湯泉、洪湯寺湯泉等近10處溫泉，水溫達60～98℃；上黃旗－烏龍溝深斷裂附近出露湯泉、塘子廟溫泉、后郝窯地熱田、五營梁地熱田等，水溫48～88.6℃；紫荊關－靈山深斷裂附近出露平山溫塘，水溫達73.5℃；在遵化－遷安－撫寧－山海關斷裂帶附近出露遵化湯泉、安各莊地熱異常區、崔莊溫泉、趙官莊地熱異常區、大泥河地熱異常區和桃園地熱異常區等，水溫38～64℃；在固安－昌黎大斷裂的東段分布曬甲坨、昌黎縣城地熱異常區；在馬市口－松枝口大斷裂附近分布澡洗塘和北洗冀地熱異常區；在壺流河斷裂附近分布卜南堡和北洗冀地熱異常區。

溫泉或地熱異常區沿斷裂帶呈串珠狀分布，而且主要分布在深大斷裂的交匯部位。在這些部位次級構造極為發育，巖石破碎，地應力相對減小，為深部熱水上涌提供了良好條件。

大氣降水或地表水在補給區沿深大斷裂帶補給地下水，斷裂帶中的地下水經深循環加溫和水熱對流后沿斷裂帶的導水通道上涌，出露于地表形成溫泉，或滯留在淺部熱儲中形成地熱異常區。從溫泉的流量、水溫、水質多年保持穩定可反映出熱水的補給途徑較長、循環深度較大，具有地熱資源的穩定補給特性。

總之，本文從熱源、水源和熱水通道三個方面闡述了河北省山區地熱資源的形成機制，為更好的尋找和利用好當地的地熱資源，以及后期地熱田的深入研究及開發利用提供重要的科學依據。

[1]張德忠劉志剛盧紅柳.2013.河北地熱［M］.

[2]張德忠，黃庭文，盧紅柳，等.2001.河北省地熱資源勘查開發利用規劃研究報告［R］.

[3]蘇永強，黃庭文，王全凱，等.2006.河北省地熱資源開發利用調查與評價報告［R］.

[4]劉忠凱，呂文斌，等2015.河北省地熱資源開發利用調查評價報告［R］.

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-468-1

呂文斌（1988～），男，助理工程師，本科，專技人員，研究方向為水文地質勘查。