陽原縣三馬坊地熱田地質條件分析

樊延恩　李楊　劉林杰　盧會婷

摘要：對三馬坊地熱田范圍、地層巖性特征等情況進行分析，結合區域地質背景特征，利用地球物理勘探資料，對三馬坊地熱田地熱地質條件進行分析，結果表明，三馬坊地熱田屬于古潛山斷層破碎帶導水型地熱田。

關鍵詞：三馬坊地熱田；地球物理勘探；斷層破碎帶

引言

地熱資源是一種十分寶貴的潔凈的綜合性礦產資源，河北省陽原縣三馬坊地熱田開采利用歷史悠久，遠在北魏時期即興建“北魏行宮”，歷朝浴者對此贊不絕口。然而自二十世紀八十年代末以來，由于對三馬坊地熱田地熱地質條件缺乏研究，加之成井工藝不合理等因素，造成多處地熱井報廢。既浪費了地熱資源，又破壞了地質環境。因此，對三馬坊地熱田地質條件進行分析顯得十分必要。

1. 地熱田概況

1.1 地熱田范圍及其特征

三馬坊地熱田位于桑干河西北岸，沿桑干河方向呈北東走向近橢圓形展布，其范圍為：西起西窯頭村東，東到大渡口村西，北西方向越澡洗塘村，南東方向跨大灣臺村，北東—南西方向長約3.20km，北西—南東方向寬約1.35km，總面積約3.40km2（圖1三馬坊地熱田分布圖）。地熱田內現有地熱自流井11眼，其中，6眼為完好井，另外5眼因井管破裂、卡鉆、塌孔等原因而報廢。其水溫在25℃～41℃之間，溫度較高區主要集中在地熱田中部的澡洗溏村一帶。根據《地熱資源勘查規范》（GB/T 11615—2010），三馬坊地熱田屬于“低溫地熱資源”中的“溫水”。

1.2 地熱田地層巖性特征

區內地熱井成井深度在151m～170m之間，靠近地熱田邊緣地帶可達290m。一般因鉆孔涌水量太大，鉆進困難而終孔。鉆孔所揭露的地層巖性特征概述如下：

0m～6.5m：褐黃色粉質粘土。6.5m～47.7m：灰黃色灰綠色砂卵礫石、泥礫石，間夾粉土。47.7m～149.5m：灰綠色、灰黑色、棕灰色粉質粘土與淤泥質粉質粘土互層。149.5m～154.5m：淺灰色斷層角礫巖，上部含泥質，角礫大小一般25mm～60mm，大者達95mm，成分以燧石角礫巖、燧石條帶白云巖為主夾石英巖。

2. 區域地質背景

三馬坊地熱田大地構造位置處于中朝準地臺（Ⅰ級）、山西斷?。á蚣墸⑽迮_臺拱（Ⅲ級）、天鎮臺穹（Ⅳ級）的東部邊緣。三馬坊地熱田地表被第四系地層覆蓋，但區域內分布地層較多，地層產狀平緩，斷裂構造發育，巖漿侵入活動微弱。

2.1 區域地層

區域內與三馬坊地熱田的形成關系最為密切的地層主要有以下幾種。

（1）太古界集寧巖群：分布在地熱田外的北部山區，巖性為輝石斜長麻粒巖、紫麻巖、大理巖等變質巖。

（2）中元古界長城系高于莊組、大紅峪組：分布在地熱田外的東部、南部和西部山區，高于莊組主要巖性為厚—巨厚層燧石條帶白云巖、含泥砂白云巖，大紅峪組主要巖性為石英砂巖、長石石英砂巖夾頁巖。

（3）中元古界薊縣系鐵嶺組、霧迷山組：主要分布在地熱田外的東部山區，主要巖性為白云巖、白云質灰巖、疊層白云巖、藻團白云巖、燧石條帶白云巖及鮞粒硅質灰巖。

（4）古生界寒武系張夏組、崮山組、昌平組及炒米店組：主要分布在地熱田外的南部及南西部山區，主要巖性為鮞狀灰巖、竹葉狀灰巖、豹皮灰巖及礫屑灰巖。

（5）新生界第四系更新統泥河灣組黃綠、灰白色、黃褐色粉砂、粉砂質粘土，主要分布在地熱田南部；赤城組紅黃色含鈣質結核或礫石粉砂質粘土主要分布在地熱田東部；馬蘭組黃土、次生黃土在全區均有分布；全新統沖積、洪積地層主要沿桑干河分布。

2.2 區域地質構造

三馬坊地熱田位于陽原盆地內，處于松枝口—馬市口大斷裂（F5）和陽原南山—舊站堡斷裂（F28）兩斷裂交匯處的南西側（圖2三馬坊地熱田主要地質構造分布圖）。

圖2 三馬坊地熱田主要地質構造分布圖

松枝口—馬市口大斷裂（F5）呈北西—南東向展布，形成于中—晚元古代；區域上該斷層長約110km，斷距大于900m；區內化稍營以北通過太古界變質巖區向東陡傾，以南被第四系覆蓋，以線狀壺流河顯示。陽原南山—舊站堡斷裂（F28）在陽原盆地被稱為桑干河斷裂，呈北東東—南西西向展布，形成于中侏羅世；受其影響，區內北盤相對下降，形成洪積扇裙，南盤相對抬升，二者以桑干河為界呈陡坎接觸，斷距約700m～800m，高差近百米。

3. 地質條件分析

區域地層資料反映了該區的地層層序，即沿桑干河河谷一帶廣泛發育一套第四系下更新統泥河灣組的河湖相沉積地層，其下部則為元古界長城系白云巖和太古界變質巖系。

3.1 地球物理特征

采用可控源音頻大地電磁測深地球物理勘探方法（簡稱CSAMT法）研究三馬坊地熱田的地球物理特征（圖1物探工作布置圖）。根據CSAMT勘查所取得的三馬坊地熱田的地球物理特征，對三馬坊地熱田做如下推斷。

3.1.1 地層劃分推斷

除淺部地層外，三馬坊地熱田視電阻率等值線分布較均勻，低阻層連續性較好，呈現一定的規律性，共顯示出四個大的電性層。

第一層：20<ρa<100Ω·m，其厚度為0m～100m左右，推測為第四系晚更新世以來（Q3～Q4）地層。

第二層：ρa<20Ω·m，其厚度為100m～500m左右，推測為泥河灣組（Q1）地層。

第三層：ρa=30Ω·m～70Ω·m，其厚度為50m～500m左右，推測為長城系地層的反映。

第四層：ρa大于100Ω·m，推測為太古界變質巖的反映。

經過CSAMT測量取得的推斷成果與區域地層結構相吻合，在各測線反演視電阻率斷面圖中顯示出上部連續的低阻層，反映為泥河灣組的泥質蓋層，下部高阻區則為基巖層。二者電性層界面清楚。

區內基巖頂面埋深等值線圖中顯示了一個呈北東向分布的基巖隆起，它的形成可能與斷陷盆地基底中部分斷塊差異沉降有關。該隆起頂面埋深自地表以下-140m～-250m，東西長約5km，南北寬1.0km～2.5km，平面為似紡錘狀（圖3基巖頂面埋深等值線及斷裂解釋推斷圖）。

3.1.2 斷裂構造推斷

在地熱田內共推斷主要斷裂構造三處，分別是F1、F2、F3（見圖3），次級斷裂13處（未編號）。

F1斷裂：為松枝口—馬市口大斷裂的區內部分，斷裂走向北西320°，傾向北東，傾角80°左右，該斷裂在100線電阻率斷面圖中反映清楚，由陡立的視電阻率曲線變化構成低阻帶。低阻梯度帶反映構造破碎帶的存在。

F2斷裂：為桑干河斷裂區內部分，斷裂走向北東，總體傾向南東，傾向變化較大，傾角75°～80°，該斷裂由測線100線～700線控制。西段南傾，東段轉為北傾。

F3斷裂：位于測區中部，在100線視電阻率斷面圖中由較寬闊的低阻梯度帶構成，顯示出該斷裂具一定規模，構造帶較寬，是區內北西向平行于F1大斷裂的主要構造。

次級斷裂：主要由北東向和北西向較小基巖斷裂組成，一般發育于基巖隆起的邊部，它們的活動影響著上部蓋層沉積，在視電阻率斷面圖中均顯示陡立的低阻曲線向下延伸的特征，在斷層兩側則顯示出高阻層的不連接和位移。

3.2 地熱田熱儲特征及埋藏條件

根據鉆孔揭露的地層巖性、區域地質背景及物探資料推斷，區內儲熱層主要為元古界長城系熱儲，且長城系熱儲在區內均有分布。地下熱水主要賦存于元古界長城系白云巖及斷層破碎帶中。

在地熱田內，熱儲頂板埋深在100m～360m之間，且以埋深100m～200m的地層為主，由地熱田中部向外輻射，分布于地熱田的大部分地區，面積約占整個地熱田的80%；埋藏較淺處在東窯頭村北西方向、地熱田中心偏南地段，局部埋藏深度可能小于100m；埋藏較深處位于地熱田南端，埋深可達360m左右。

在地熱田中部，熱儲底板埋深較淺，埋深在400m以內的熱儲面積約占整個地熱田的60%。在地熱田南端，熱儲底板埋深最深，埋深大于700m。在地熱田內，熱儲層厚度一般在100m～300m之間，廣泛分布于地熱田中部區域，面積約占整個地熱田的70%。

地熱田下伏地層埋藏條件：沿地熱田分布的北東方向埋藏一個古潛山，其基巖隆起位置位于地熱田中心偏南地段，位于東窯頭村北西約300m，澡洗塘村南約580m，與第四系覆蓋層接觸的基巖為中元古界長城系燧石條帶白云巖，基巖隆起部位第四系覆蓋層厚度較薄，約150m左右，其周圍基巖埋深增大，第四系覆蓋層厚度隨之增厚，厚約200m～300m。

4. 結論

通過上述分析推斷，三馬坊地熱田屬于古潛山斷層破碎帶導水型地熱田。其熱儲為元古界長城系燧石條帶白云巖及斷層破碎帶。在地熱田的東部和南部分別為松枝口—馬市口斷裂和桑干河斷裂，二者直接控制著地熱田的形成。地熱田下伏為古潛山，其巖性為長城系高于莊組燧石條帶白云巖，其上斷裂發育，巖石破碎，構成了良好的熱水上升通道。

地熱田的蓋層為第四紀地層，且以下更新統泥河灣組湖積粉質粘土夾淤泥質粉質粘土為主，其結構致密，連續性強，厚度一般150m～200m，構成了良好的天然蓋層。

據氫、氧同位素測試及水化學分析資料，地下熱水來源于大氣降水。周圍山區裸露基巖接受大氣降水和地表水的補給，然后地下水沿構造破碎帶經深循環向地熱田運移，側向補給儲熱層。在兩大斷裂的控制下，于三馬坊澡洗塘一帶匯聚成地熱田；一旦鉆孔揭穿第四系蓋層，在補給區與排泄區標高差所產生的靜水壓力作用下，地下熱水便會噴涌而出，形成地熱自流井。

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