基于水化學的北京及周邊巖溶地熱水形成條件研究

張保建，孫艷麗，康向陽，杜 靚，許 飛，胡楊楊

（1.中地寶聯(北京)國土資源勘查技術有限公司，北京 010020；2.山東省第一地質礦產勘查院，濟南 250014）

基于水化學的北京及周邊巖溶地熱水形成條件研究

張保建1，孫艷麗2，康向陽1，杜 靚1，許 飛1，胡楊楊1

（1.中地寶聯(北京)國土資源勘查技術有限公司，北京 010020；2.山東省第一地質礦產勘查院，濟南 250014）

北京市及周邊巖溶地熱田地熱水在由淺至深的深循環，在高水頭作用下上涌的過程中，溶解了熱儲及圍巖的巖鹽、石膏等成分，并不同程度與淺部冷水混合，形成了現今的地熱水水化學特征。水文地球化學與同位素特征表明，巖溶地熱水的補給來源是北京市及周邊山區的大氣降水，北京平原區淺埋的巖溶冷水也可能形成補給。自補給區至巖溶熱儲深埋區，地熱水的循環交替條件逐步變差，水質逐漸變復雜，變質程度逐步增高。水化學特征顯示，除天竺、后沙峪和鳳河營等水文地質環境較封閉的地熱田外，北京市及周邊大部分地熱田的巖溶地熱水補給條件良好，地熱水的可開采資源量大。

水文地球化學；同位素；形成條件；巖溶地熱水；北京及周邊

0 前言

北京市及周邊地熱資源豐富，地熱資源的勘查與開發利用可追溯到20世紀50年代，至今已有60多年的歷史，目前開發利用的地熱水以巖溶地熱水為主。在勘查與開發利用地熱資源的同時，地熱地質勘查隊伍與科研機構在北京市及周邊地熱水的地熱地質特征（呂金波， 2004；李業震， 2004；柯柏林，2009），水文地球化學與同位素特征（劉久榮等， 2002；于湲， 2006；柳春暉， 2006；肖文進等， 2009；張煒斌等， 2013；劉穎超等， 2015；劉凱等，2015），地熱水的成因、機理等方面（王澤龍， 2006；戴文育，2007）形成了較多研究成果，這些研究成果主要集中于前兩者，對于地熱水的形成條件特別是從水文地球化學角度的研究不多。本文旨在從水文地球化學角度對北京及周邊巖溶地熱水的形成條件進行研究，為區域巖溶地熱水的合理開發利用提供依據。

1 地熱地質背景

北京地處華北平原北端，北、西、東北為燕山和太行山山脈，東、南部為平原。大地構造位置處于中朝準地臺燕山臺褶帶中段以及華北斷坳之西北隅，自西北到東南分布有延慶新斷陷、北京迭斷陷（順義迭凹陷、坨里—豐臺迭凹陷、琉璃河—涿州迭凹陷）、大廠—固安—武清新斷陷三個斷陷帶，斷陷帶內覆蓋巨厚沉積物，為地熱水的深部運移和聚集提供了條件。北京地區在深度3500 m內、井口出水溫度大于50℃的地區面積約2760 km2，構成相對獨立又有一定水力聯系的10 個地熱田，分別為延慶、小湯山、后沙峪、西北城區、東南城區、良鄉、李遂、天竺、雙橋和鳳河營地熱田（圖1）。其中延慶地熱田位于延慶新斷陷，小湯山地熱田位于八達嶺中穹斷，西北城區地熱田位于門頭溝迭陷褶，東南城區地熱田位于坨里—豐臺迭凹陷，良鄉地熱田位于琉璃河—涿州迭凹陷，后沙峪、天竺地熱田位于順義迭凹陷，李遂地熱田位于平谷中穹斷，雙橋地熱田位于大興迭隆起，鳳河營地熱田位于大廠—固安—武清新斷陷。主要熱儲為薊縣系霧迷山組硅質白云巖，鐵嶺組次之，寒武系和奧陶系灰巖若具備蓋層, 也可成為較好的熱儲；巨厚的巖溶發育地層為地下水的深循環創造了條件（張保建等，2015），蓋層有第四系、新近系、白堊系、侏羅系、二疊—三疊系等。上述地熱田中，延慶、小湯山、良鄉、李遂、雙橋地熱田熱儲埋深較淺，熱儲頂板埋深淺處不足百米，深處不超過2500m；城區、后沙峪、天竺、鳳河營地熱田熱儲頂板埋深較深，為1000多米至4000m。

北京西北部山區在大地構造上位于燕山臺褶帶，長期的構造演化形成了山間盆地與山系相間的盆山耦合結構。北西向斷裂與北北東—北東向斷裂相互錯切，控制了延（慶）懷（來）、蔚（縣）廣（靈）、陽原、張家口等多個活動斷陷盆地的形成。盆地區地層由新至老主要有：第四系、白堊系、侏羅系、石炭—二疊系、寒武—奧陶系、青白口系、薊縣系、長城系、太古界密云群。薊縣系霧迷山組白云巖為主要熱儲。目前多以自然出露的溫泉為主，也有部分為深度數百米內的地熱井。

圖1 北京地區地熱田劃分示意圖Fig.1 Schematic map showing geothermal fi eld divisions

2 地熱水水文地球化學特征

2.1 地熱水水化學特征

北京市不同地熱田由于所處地質構造單元不同，地熱地質及水文地質條件不同，其水化學類型亦呈現不同類型。延慶、小湯山地熱田地熱水溫度為42℃～70℃，礦化度為0.4～0.7g/L，水化學類型以HCO3-Na·Ca水為主，少量為HCO3·SO4-Na·Ca水。西北城區地熱田地熱水溫度為40℃～55℃，礦化度為0.4g/L左右，水化學類型以HCO3-Ca·Na·Mg水為主。東南城區地熱田地熱水溫度為51℃～88℃，礦化度為0.4～0.8g/L，水化學類型以HCO3·SO4-Na·Ca水為主，其次為HCO3·SO4-Ca·Na水。良鄉地熱田地熱水溫度為36℃～69℃，礦化度為0.6g/L左右，水化學類型以HCO3·SO4-Ca·Na水為主，其次為HCO3·SO4-Na·Ca水。李遂、雙橋地熱田地熱水溫度為42℃～51℃，礦化度為0.48～0.70g/L，水化學類型以HCO3-Na水為主。后沙峪地熱田地熱水溫度為70℃左右，礦化度為1.0～1.6g/L，水化學類型以SO4·HCO3-Na水為主。天竺地熱田地熱水溫度為57℃～89℃，礦化度為1.5～1.7g/L，水化學類型以SO4·Cl-Na水為主。鳳河營地熱田地熱水溫度為100℃～118.5℃，礦化度為6.7～7.5g/L，水化學類型以Cl-Na水為主。

北京西北部山區溫度較高的地熱水溫度為37℃～78℃，礦化度為0.67～1.23g/L，水化學類型以SO4-Na水為主，其次還有SO4·HCO3-Na、SO4·Cl-Na、Cl·SO4-Na水。北京西北部山區溫度較低的地熱水溫度為11℃～34℃，礦化度為0.23～0.47g/L，水化學類型以HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca·Na水為主。

根據地熱水主要陰、陽離子在Piper三線圖（圖2）的分布情況，可以看出礦化度較低的延慶、小湯山、西北城區、東南城區、良鄉地熱田地熱水與北京西北部山區溫度較低地熱水位置相近，與補給區地下水位置相近并向Na+、SO42-、Cl-摩爾濃度百分比增加的方向移動，說明這幾個地熱田受補給區地下水影響明顯，補給條件較好。后沙峪地熱田和北京西北部山區溫度較高地熱水向Na+和SO42-摩爾濃度百分比增加的方向移動明顯，所處的水動力環境較封閉，地下水循環交替條件較差。天竺、鳳河營地熱田礦化度較高，向Na+和Cl-摩爾濃度百分比增加的方向移動明顯，說明其所處的水動力環境較封閉，地下水循環交替條件較差。雙橋、李遂地熱田雖然礦化度不高，但向Na+和Cl-摩爾濃度百分比增加的方向移動明顯，說明可能收到了鳳河營、天竺等地熱田地熱水的影響。

圖2 北京市及周邊各地熱田地下水化學Piper 圖解Fig. 2 Piper diagram of geothemal water and groundwater in Beijing and the surrounding

2.2 地熱水水-巖相互作用程度

由研究區地熱水的Na-K-Mg平衡圖解上（圖3）看出，北京市各地熱田除天竺和鳳河營外，其他地熱田地熱水都位于Mg離子的右下角頂點附近，這與大氣降水及淺層地下水（在Na-K-Mg平衡圖上位于Mg離子的右下角頂點處）接近，說明除天竺和鳳河營水動力環境較封閉的地熱田外，其他大部分地熱田補給條件較好，地熱水處在水-巖相互作用的初級階段。天竺地熱田處在局部平衡區或局部平衡區與非平衡區交界處，說明地熱水水動力環境較封閉，在含水介質中停留了較長時間，水-巖相互作用程度有所提高；也可能收到了鳳河營地熱田等高礦化地熱水的影響。鳳河營地熱田地熱水位于局部平衡區，且靠近反應平衡區，這是因為該地熱田所處的水文地質環境較封閉，水-巖相互作用程度較高。

北京西北部山區溫度較低的地熱水都位于Mg離子的右下角頂點附近，說明地熱水處在水-巖相互作用的初級階段，這主要是混入大量淺層地下冷水所致。北京西北部山區溫度較高的地熱水部分位于局部平衡區，部分位于非平衡區，且溫度越高，越向反應平衡區靠近，說明溫度較高的地熱水是在水文地質環境較封閉的深部加熱形成的，水-巖相互作用程度較高。

圖3 地熱水Na-K-Mg平衡圖解Fig.3 Na-k-Mg equilibrium graphic solution of geothermal water

為了說明研究區地熱水對于各主要礦物的飽和狀態，使用PHREEQC軟件進行礦物相平衡計算，得出地熱水樣中各種礦物的飽和指數（SI）。當地下水中某種礦物的SI ＞0時，說明該礦物在地下水中處于過飽和狀態；SI＜0時該礦物在地下水中處于非飽和狀態；SI=0時，該礦物處于平衡狀態（表1）。

由表1看出，研究區地熱水主要礦物成分中，易溶成分巖鹽、石膏、硬石膏等均未達到飽和。除鳳河營地熱田等少數地熱水樣外，絕大部分地熱水中較難溶成分方解石、文石、白云石等也未達到飽和狀態。從距補給區較近、補給條件較好的地熱水到補給條件較差（鳳河營地熱田）的地熱水，易溶成分巖鹽、石膏、硬石膏的飽和指數呈逐漸增高趨勢，說明隨著礦化度的升高，這些易溶成分逐漸向飽和過渡，發生的水-巖相互作用越來越充分，這符合從補給區到排泄區的水化學演變的一般特征。但易溶成分遠未達到飽和狀態，說明即使在地熱水補給條件較差的鳳河營地熱田，水-巖相互作用仍在進行。

表1 地熱水主要礦物飽和指數（SI）統計表Tab.1 The main mineral saturation index (SI) statistical of geothermal water

根據相關研究（尹忠等，1994），在一定濃度的氯化鈉水溶液中，硫酸鈣的溶解度隨氯化鈉濃度的增高而增高，當氯化鈉濃度增高到16.45～21.46g/L（溫度為25℃～80℃）時，硫酸鈣的溶解度達到最高值。由于鳳河營及天竺地熱田中Na+和Cl-含量較高，因而地熱水的石膏、硬石膏的飽和指數較小。

3 地熱水同位素特征

3.1 氫氧穩定同位素

翟遠征等根據北京地區大氣降水中的氫氧同位素組成，得出了北京地區大氣降水線方程為：δD=6.931δ18O+3.927（翟遠征等，2011）。北京地區大氣降水線的斜率（6.931）明顯小于全球大氣降水線（GMWL：δD= 8δ18O+10）的斜率（8），這主要是因為本區氣候相對較干旱，蒸發作用較強，從而導致重同位素富集。

為了便于比較不同地區大氣降水的氫氧同位素差異， Dansgaard （1964）提出了氘過量參數（d）的概念，并定義為： d=δD- 8δ18O（Dansgaard，1964）。d值的一個重要的特性就是：在同一區域內不受季節、高度和其他因素的影響，只與它在含水層內滯留時間的長短直接相關（尹觀等，2001），因而適用于研究地下水的循環交替條件與變質程度。d值可以作為水-巖相互作用中18O同位素交換程度的衡量指標，d值越小，水文地質環境越封閉，地下水徑流速度愈慢，在含水層中滯留時間愈長，變質程度越高。另外，水-巖相互作用的結果往往使水中的18O 增大，此現象稱為“18O漂移”，“18O漂移”程度的強弱能較好地反映水在含水層中滯留時間的長短和變質程度的強弱。

由圖4看出，研究區地熱水的δD和δ18O值均位于北京地區大氣降水線附近，說明地熱水的最終補給來源為大氣降水。大部分地熱水位于大氣降水線的右側，δ18O有一定程度的正漂移，說明在一定程度上受到了蒸發作用的影響。

圖4 熱水δD和δ18O含量關系圖Fig.4 Relationship between δD and δ18O content of geothermal water

在各地熱田中，北京西北部山區溫度較高的地熱水和延慶-小湯山地熱田的δD和δ18O值偏小，這是由于其補給區的海拔較高，由于同位素的高程效應，海拔高區降水的δD和δ18O值會降低。北京西北部山區溫度較低的地熱水δD和δ18O值有所增加，這主要是由于受到了其出露點海拔較低的淺層地下冷水的影響。除距補給區較遠、水文地質環境較封閉的鳳河營等地熱田外，北京地區地熱水大部分位于當地大氣降水線的兩側，這主要是因為北京城區的西部、北部、東北部和西南部分布有面積和厚度較大的薊縣系及寒武—奧陶系碳酸鹽巖，雖有斷層錯斷，但這些巖溶發育的碳酸鹽巖地層整體上自然延伸并隱伏于北京城區之下，因而北京城區地熱水的補給條件較好，地熱水接受補給的速度較快，因而整體上基本保持了大氣降水的同位素特征。鳳河營地熱田的δ18O漂移最明顯，鳳河營凸起是位于固安—武清新斷陷內的低凸起，碳酸鹽巖熱儲層被周邊厚度較大、滲透性能較差的新生界、中生界所包圍，地熱水的補給條件較差。

北京各地熱田中，在同一地區，d 值隨著地下水埋深加大而減小；從補給區到排泄區，地下水的d 值整體上逐漸降低，其中北部補給區平均d 值為7.31，北京斷陷盆地平均d 值為5.68，南部鳳河營地區僅為-9.2～-15.6。說明整體上隨著熱儲埋深增大、距補給區距離越遠，地熱水的補給條件逐漸變差。在各地熱田中，除鳳河營地熱田地熱水的d值為負值外，其他地熱水的d值均相對較高，為3.6～19.2，說明除了鳳河營等少數水文地質環境較封閉的地熱田外，北京城區及西北部山區地熱水的補給條件均較好。

3.2 放射性同位素

（1）氚同位素特征

氚（T或3H）是氫的放射性同位素，一般認為用它可半定量的估算60年以內的水年齡。Ian Clark和 Peter Fritz 針對大陸地區給出經驗劃分方案：①氚含量＜0.8TU，為1953年以前補給；②氚含量在0.8～4TU之間，為1953年以前補給水與近代補給水的混合；③氚含量在5～15TU之間，為現代水（5～10年）；④氚含量在15～30TU之間，小部分水為20世紀60—70年代補給；⑤氚含量＞30TU，相當一部分可能為20世紀60—70年代補給；⑥氚含量＞50TU，主要在20世紀60—70年代補給。

北京及周邊各地熱田地熱水的氚含量在1.00～10.65TU之間，其中氚含量在1.00～4.93TU的地熱水占所測地熱水水樣的70%，為1953年以前補給水與近代補給水的混合形成的，直接來自熱儲的可能性大；測定氚含量在6.28～10.65TU的地熱水占所測地熱水水樣的30%，主要為現代水，推測可能是補給區冷水經深大斷裂和破碎帶補給地熱水，使熱水氚的含量增高。

（2）14C同位素特征

14C測年的指示意義在于識別不同地質年代下地熱流體的形成，為地熱流體的起源、成因及所經歷的地質年代提供依據（馬致遠等，2004）。

北京市各地熱田地熱水的14C測年年齡為19.4～39.0ka。其中小湯山地熱水年齡為24.4～30.8ka，北部的年齡小，南部的年齡大，說明該地熱田熱水的補給區位于北部，地熱水徑流方向是由北向南；地熱水年齡呈現隨地熱井深度增加而增加的特點，反映出補給區地下水的特點（圖5）。鳳河營、后沙峪、良鄉、西北城區地熱田地熱水年齡較大，均在30ka之上，為31.7～39.0ka，其中鳳河營地熱田地熱水年齡較大是由于距補給區較遠、熱儲埋深較大且所處水文地質環境較封閉；后沙峪地熱田地熱水年齡較大是由于位于水文地質環境較封閉的順義迭凹陷；良鄉、西北城區地熱田距補給區較近，其地熱水年齡較大的原因可能是：距補給區較遠、深循環的地熱水具有較高的水頭（如鳳河營地熱水自噴高度可達52m），在水頭差的驅動下，可向距補給區較近、水頭較低的地段反向運動（即自排泄區向補給區運動）（張保建，2011），因而使距補給區較近的地熱水也呈現較大的年齡。東南城區地熱田地熱水年齡較小，為19.4～21.8ka，這可能是由于該地熱田南側為大興迭隆起，地熱水可能接受了大興迭隆起淺埋巖溶水的補給（淺埋區巖溶含水層埋深不到百米），而大興迭隆起淺埋巖溶水可能接受來自西部永定河側向補給和西山降水入滲越過北京迭斷陷的側向補給（哈承祐等，1980），也可能來自西南部太行山裸露薊縣系含水層的補給。

圖5 地熱水年齡與地熱井深度關系散點圖Fig.5 Relationship between geothermal water age and geothermal well depth

4 巖溶地熱水的形成條件分析

氫、氧同位素特征及水化學特征表明，北京市及周邊巖溶地熱水的補給來源是大氣降水，屬于中低溫對流型地熱系統。但由于距補給區的距離、構造條件、巖溶熱儲埋藏條件等因素的不同，不同地熱田地熱水的水化學及同位素特征也有明顯差別。因此，地熱水的水化學及同位素特征對北京市及周邊巖溶地熱水的形成條件有很好的指示作用。

4.1 北京西北部山區地熱水

北京西北部山區地熱水主要賦存于燕山、太行山北部的山間盆地及其邊緣。受淺層冷水影響較弱的較高溫地熱水的δD和δ18O值偏小，說明地熱水的補給區高程較高，高處的降水沿斷裂、構造裂隙及巖溶含水層向斷裂深部及山間盆地深處的巖溶含水層運移，經深循環加熱，因補給區的水位較高而使接受其補給的深部地熱水具有高水頭，在水頭差的驅動下，深循環的地熱水又沿深大斷裂或構造破碎帶向盆地邊緣運移，出露于地表形成溫泉。若溫泉出露點受淺層地下冷水影響較小，則形成溫度、礦化度較高的溫泉；若溫泉出露點受淺層地下水影響較大，則形成溫度、礦化度較低的溫泉。另外，在深大斷裂的交匯處，由于與深部熱源溝通較好，因此會形成溫度、礦化度較高的溫泉（如赤城、塘子廟、后郝窯溫泉）。

北京西北部山區的構造發育，并有多條深大斷裂相交匯；同時山間盆地深部均有薊縣系、寒武-奧陶系巖溶發育的熱儲含水層，熱儲上部也發育石炭-二疊系、中生界、新生界等良好的保溫蓋層，為地熱水的形成提供了必要條件。地熱水中的硫化氫氣體（部分地熱鉆孔在采樣過程中味道很重，表明熱水中有硫化氫氣體的存在）與圍巖煤系地層、花崗巖、片麻巖中的黃鐵礦在氧化作用下會形成H2SO4，H2SO4又與長石反應，消耗H+并釋放出Na+等離子，形成Na-SO4水。這就是北京西北部山區受淺層冷水影響較弱的較高溫地熱水水化學類型主要呈現Na-SO4水的原因。

4.2 北京市各地熱田地熱水

北京市各地熱田地熱水的14C測年年齡為19.4～39.0ka，也就是說大約從19.4～39.0ka前，由當時的大氣降水入滲經過深循環開始形成地熱水，同時由于各地熱田距補給區的遠近及構造位置的不同，而受到近現代降水不同程度的影響。

延慶地熱田的成因與北京西北部山區地熱水類似，直接揭露薊縣系白云巖熱儲的地熱孔水化學類型為HCO3-Ca·Na水，說明補給條件較好，受大氣降水影響明顯；而松山溫泉為Na-SO4水，這與地熱水揭露點位于侏羅系、花崗巖中有關；地熱水的δD和δ18O值偏小，說明補給區高程較高。

小湯山地熱田北部為HCO3-Na·Ca水，年齡較新，補給條件較好；南部為HCO3·SO4-Na·Ca水，年齡相對較老，補給條件較差。表明自北（補給區）而南（徑流-排泄區），地熱水受大氣降水的影響逐漸變弱，同時受深循環地熱水的影響逐漸變強。

西北城區、東南城區、良鄉地熱田地熱水的水化學類型為HCO3-Ca·Na水、HCO3·SO4-Ca·Na水和HCO3·SO4-Na·Ca水，越靠近西北部補給區，和Ca2+的相對含量越高，說明受大氣降水的影響越明顯；同時西北城區和良鄉地熱田的年齡反而比距補給區較遠的東南城區地熱田的年齡老，這說明西北城區和良鄉地熱田受到了深循環地熱水的明顯影響，同時也說明東南城區地熱田可能受到了其南側大興迭隆起淺埋巖溶冷水的影響。

雙橋、李遂地熱田地熱水的水化學類型為礦化度較低的HCO3-Na水，說明受大氣降水的影響較明顯；由于熱儲埋深較淺，埋深淺處不足百米，成熱地質條件較差，地熱孔在500m左右的水溫為43℃左右，按碳酸鹽巖的地溫梯度一般小于2℃/100m，兩個地熱田在500m左右的水溫應不超過30℃，這說明兩個地熱田明顯受到了其周邊深循環地熱水（如鳳河營、天竺、后沙峪地熱田）的影響；HCO3-Na水可能是淺部HCO3-Ca水與深循環的SO4·Cl-Na、Cl·SO4-Na水混合的結果。

鳳河營、天竺、后沙峪地熱田地熱水年齡較大，礦化度較高，水質較差，為Cl-Na、Cl·SO4-Na及SO4·Cl-Na水，這是由于熱儲埋深較大，且所處的水動力環境較封閉，地下水循環交替條件較差，受近現代降水的影響程度明顯變弱（表2）。

總的說來，北京市巖溶地熱水的形成條件主要受距補給區的遠近、熱儲埋深、構造條件所控制。距補給區越近、熱儲埋深越淺、構造條件越開放，則地熱水的溫度、礦化度越低，水質越好；距補給區越遠、熱儲埋深越深、構造條件越封閉，則地熱水溫度、礦化度越高，水質越差。

表2 地熱水水化學特征指示的地熱水的形成條件Tab.2 Formation conditions of geothermal water indicated by chemical characteristics of geothermal water

5 結論

（1）地熱水的水文地球化學與同位素特征對水文地質特征有著積極的響應和重要的指示作用。北京市及周邊巖溶地熱田地熱水的補給來源是大氣降水，其補給區主要為西部、北部山區，其次為東北部、西南部山區，另外北京平原區淺埋的巖溶冷水也可能形成補給。深大斷裂在補給區是地下水下滲的通道，在深大斷裂的交匯處等合適的構造部位還往往形成深循環地熱水上涌排泄的通道。

（2）地熱水在由淺至深的深循環，在高水頭作用下上涌的過程中，與所經過的熱儲及圍巖發生水-巖相互作用，溶解了巖鹽、石膏等成分，并與淺部冷水混合，形成了現今的地熱水水化學特征。自周邊山區至北京平原內部，隨著熱儲埋深逐漸加深，地熱水的礦化度逐步升高，水質逐漸變復雜，變質程度逐步增高，18O漂移程度漸趨明顯，地熱水的循環交替條件逐步變差，地熱水年齡逐漸變老。

（3）由于巨厚的薊縣系、寒武—奧陶系等碳酸鹽巖地層自然延伸并隱伏于北京平原之下，除天竺、后沙峪和鳳河營水動力環境較封閉的地熱田外，北京市及周邊大部分地熱田的巖溶地熱水補給條件良好，地熱水的可開采資源量大，但因為地熱水的形成要經過長距離的運移并經過弱透水層與阻水構造的阻隔，大多地段的地熱水要經過幾年至數十年才能部分更新，集中開采會引起地熱水位的顯著降低。因此有必要繼續加強研究區地熱水的水化學、水動力、熱儲及構造條件的綜合分析研究，為北京及周邊地區地熱資源的合理開發利用提供地學依據。

Dansgaard W，1964. Stable isotopes in precipitation [J]. Tellus, 16(4)：436-468.

戴文育，2007. 北京城區地熱形成機理及開采動態研究[D]. 北京：中國地質大學（北京）.

哈承祐，王懷穎，楊平，1980. 北京平原區淺埋巖溶水賦存規律[J]. 工程勘察，(1)：66-68.

柯柏林，2009. 北京城區地熱田西北部地熱地質特征[J] . 現代地質，23(1)：49-56.

柯柏林，2009. 北京市平原區北部孫河斷裂的地熱地質特征[J] . 現代地質，23(1) ：43-48.

劉久榮，潘小平，楊亞軍，等，2002. 北京城區地熱田某地熱井熱水地球化學研究[J]. 現代地質，16(3)：318-321.

劉凱，劉穎超，孫穎，等，2015. 北京地區地熱水氘過量參數特征分析[J]. 中國地質，42(6)：2029-2035.

劉穎超，劉凱，孫穎，等，2015. 良鄉地熱田地熱水化學特征及同位素分析[J]. 南水北調與水利科技，13(5)：963-967.

李業震，2004. 蔚縣地熱地質特征及地熱資源開發利用[J] . 中國煤田地質，(S1)：72-73.

呂金波， 2004. 京北地熱田特征及其開發對地震地下流體動態的影響[D]. 北京：中國地震局地質研究所.

柳春暉，2006. 白廟溫泉、赤城溫泉及塘子廟溫泉的水化學及同位素研究[D]. 北京：中國地質大學（北京）.

馬致遠，錢會，2004. 環境同位素地下水文學[M]. 西安：陜西科技出版社.

王澤龍，2006. 北京市小湯山地區地溫場特征及地熱水成因模式分析[D]. 北京：中國地質大學（北京）.

肖文進，路九如，劉清曉，等，2009. 北京奧林匹克公園—北苑家園地區地熱水流體地球化學特征和形成時代分析[J]. 地學前緣, 16(2)：384-395.

尹忠，趙曉東，1994. 硫酸鈣在鹽酸和氯化鈉水溶液中的溶解度[J]. 油田化學，11(4)：345-347.

尹觀，倪師軍，張其春，2001. 水體氘過量參數及其水文地質學意義[J]．成都理工學院學報，7(3)：251-254 .

于湲，2006. 北京城區地熱田地熱水的水化學及同位素研究[D]. 北京：中國地質大學（北京）.

翟遠征，王金生，滕彥國，等，2011. 北京市不同水體中D和18O組成的變化及其區域水循環指示意義[J]. 資源科學，33(1)：92-97.

張保建，2011. 魯西北地區地熱水的水文地球化學特征及形成條件研究[D]. 北京：中國地質大學（北京）.

張煒斌，杜建國，周曉成，等，2013. 首都圈西部盆嶺構造區地熱水水文地球化學研究[J]. 礦物巖石地球化學通報，32 (4)：489-496.

張保建，高宗軍，張鳳禹，等，2015. 華北盆地地熱水的水動力條件及水化學響應[J]. 地學前緣，22(6)：217-226.

The Study of Formation Conditions of Karst Geothermal Water in Beijing and Its Peripheral Areas Based on Hydrochemical Analysis

ZHANG Baojian1, SUN Yanli1,2, KANG Xiangyang1, DU Liang1, XU Fei1, HU Yangyang1

(1. Zhongdi Baolian (Beijing) Land & Resource Exploration Technology Co.,Ltd., Beijing 100193; 2.No1 Institute of Geology and Mineral Resources of Shandong Province, Jinan 250014)

Geothermal reservoir, surrounding rock, gypsum and other ingredients are dissolved and mixed with shallow cold water under the cycling of geothermal water from shallow and deep and the upwelling of geothermal water due to the high hydraulic head, which contributes to the hydrochemical characteristics of geothermal water. Hydrogeological and isotopic characteristics analysis indicates that the water recharge sources of karst geothermal water is the atmospheric precipitation in Beijing and its peripheral mountains, and the shallow karst cold water in Beijing plain is the other possible replenishment of karst geothermal water. The cyclic alternation condition of geothermal water gradually becomes poor, the water quality becomes complex, and the metamorphic degree gradually increased along the recharge area to karst reservoir area. Hydrochemical characteristics analysis indicates that there are good karst geothermal water supply conditions in most geothermal fi elds in Beijing and its peripheral areas, except for some closed hydrological and geological conditions in Tianzhu, Houshayu and Fengheying, and there are large amount of exploitable geothermal water resources.

Hydrogeochemistry; Isotopes; Formation conditions; Karst geothermal water; Beijing and its peripheral areas

P641.3

A

1007-1903（2017）01-0011-09

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.01.003

中國博士后科學基金資助項目——西部地區博士后人才資助計劃資助（編號2014M552531XB）。

張保建（1972- ），男，高工，博士后，從事水文地質、地熱地質、環境地質的勘查及研究工作。E-mail：baojianzh@sohu.com。