北京平谷地区万庄子-镇罗营背斜地热地质条件研究_王卓卓.pdf

doi:10.3969/j.issn.1007-1903.2023.02.007Vol.18 No.02 June,2023第 18 卷 第2期 2023 年 6 月http:/ 100048；2.中国地质科学院，北京 100037）摘 要：万庄子-镇罗营背斜位于平谷区西北，属北京北部山区。在前人研究的基础上，搜集相关资料，通过地球物理、地球化学、地质钻探等多种手段，利用地质构造分析、井与物探结合分析、地热地质综合研究等方法，开展万庄子-镇罗营背斜地热地质条件研究。通过研究，指出西牛角峪-江米洞断裂、大华山断裂、后北宫断裂控制该地区构造演化，为导热导水断裂。提出片麻岩中寻找地热资源的关键是寻找导热导水的深大断裂。明确太古宇密云岩群片麻岩可以作为很好的地热储层，万庄子-镇罗营背斜及周边具备地热资源赋存的基本条件，为地热勘探开发有利区。万庄子-镇罗营背斜及周边地热井钻凿需寻找盖层条件较好的断裂发育带。关键词：万庄子-镇罗营背斜；片麻岩；地热储层；地热勘探；导热导水断裂A Study on the geological conditions of anticline geothermal resources in Wanzhuangzi-Zhen Luoying Pinggu BeijingWANG Zhuozhuo1,YU Xiaoyong1,MENG Shan1,YANG Xiting1,JIANG Jian1,MA Jingchen1,WANG Weiyi1,GUO Shuai1,LIU Zhe1,SHI Lizhi2（1.Beijing Institute of Engineering Geology,Beijing 100048,China；2.The Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037,China）Abstract:Wanzhuangzi-Zhen Luoying anticline is located in the northwest of Pinggu District,belonging to the northern moun-tainous area of Beijing.On the basis of previous survey data,and with geophysical,geochemical,and drilling researches,this paper carries out geological structure analysis,well and geophysical exploration analysis,and comprehensive geothermal and geological study of this area.The results show that Xiniujiaoyu-Jiangmidong fault,Dahua Mountain fault and Houbeigong fault control the re-gional tectonic evolution.These faults have certain thermal and water conducting capabilities.Suggestions are then made that the key to find geothermal resources in gneiss is to find the deep fracture of heat conduction and water conduction.The Archean mi-收稿日期：2022-07-13；修回日期：2023-02-10基金项目：北京市平谷区大华山镇挂甲峪村地热资源勘查项目资助第一作者简介：王卓卓（1978-），女，博士，正高级工程师，主要从事地热地质研究、地热勘探与开发、地热动态监测、地热资源环境承载力分析等工作。E-mail：通信作者简介：施立志（1976-），男，博士，正高级工程师，主要从事沉积地质、构造地质等综合地质研究工作。E-mail：引用格式：王卓卓，尉小永，孟杉，杨茜婷，江剑，马静晨，王维逸，郭帅，刘哲，施立志，2023.北京平谷地区万庄子-镇罗营背斜地热地质条件研究J.城市地质，18（2）：169-177169第 18 卷 第2期 2023 年 6 月yun Group gneiss can be used as a good geothermal reservoir.Wanzhuangzi-Zhenluoying anticline and surrounding areas have the basic conditions of geothermal resources occurrence,and so are favorable for geothermal exploration and development.To con-duct Wanzhuangzi-Zhenluoying anticline and surrounding geothermal wells drilling,it is necessary to find the fault development zones with good overlying strata.Keywords:Wanzhuangzi-Zhenluying anticline;gneiss;geothermal reservoir;geothermal exploration;conductivity water fracture北京市开展了70多年的地热资源勘查开发工作，地热研究程度较高。北京平原区被划分为4条地热带和10个地热田（北京市地质矿产勘查开发局等，2010），这些地热田的地热储层普遍为奥陶系、寒武系和蓟县系层状热储。以往研究成果认为北京燕山隆起区天然温泉的形成分布与燕山期花岗岩体关系密切（柯柏林等，2019），但未在其中发现天然温泉。北京北部山区花岗片麻岩中地热资源相对贫瘠，尚未进行过系统研究。笔者通过对比国内外地热资源勘探开发现状及温泉出露情况（刘哲等，2016；Waber et al.，2017；张七道等，2021），认为北京北部山区花岗片麻岩中具备赋存地热资源条件。平谷区为地热开发新区，地热勘查相对较少，近年来在万庄子-镇罗营背斜核部及翼部开凿了几眼地热井（郭帅，2020），展现出一定的地热资源前景。本文在前人工作的基础上，利用地球物理、地球化学、地质钻探等多种手段，开展平谷地区万庄子-镇罗营背斜地热地质条件研究，为今后该地区地热资源的勘探开发指明方向。1 研究区概况1.1 构造万庄子-镇罗营背斜位于北京市平谷区大华山镇境内。万庄子-镇罗营背斜在大地构造单元上位于一级构造单元中朝准地台，二级构造单元燕山台褶带，三级构造单元蓟县中拗褶及四级构造单元平谷中穹断中（王挺梅，1979；北京市地质矿产局，1991）。1.1.1 褶皱背斜构造万庄子-镇罗营背斜为一走向北东，轴向NE45，轴面倾向南东，核部平缓开阔的背斜。此背斜向南西倾伏，隐伏于第四系之下，倾伏角20。其核部由太古宇密云岩群花岗片麻岩组成，两翼为中元古界岩层。东南翼地层出露较宽，西北翼出露地层较窄。背斜核部在地貌上表现为大的侵蚀河谷地貌，主体被第四系覆盖。水峪大华山一带为该背斜的核部，该背斜的构造发育自西向东受西牛角峪-江米洞断裂、大华山断裂、后北宫断裂控制（图1）。通过地质剖面图（图2）可以看出，万庄子-镇罗营背斜核部出露太古宇片麻岩（ArWgn），上覆地层从老到新依次为常州沟组三段、四段，串岭沟组，团山子组、大红峪组一段、二段，高于庄组一段、二段和三段。1.1.2 断裂构造万庄子-镇罗营背斜上部及翼部断裂比较发育，大型的断裂有西牛角峪-江米洞断裂、大华山断裂、后北宫-水峪东断裂。其中西牛角峪-江米洞断裂、大华山断裂和后北宫断裂控制了万庄子-镇罗营背斜的形态。西牛角峪-江米洞断裂为压性逆断层，断层走向北东45，出露长度1.5 km左右，上盘岩性为太古宇片麻岩，下盘岩性为常州沟组石英砂岩。江米洞村东密云岩群片麻岩掩覆于常州沟组石英砂岩之上，断层面倾向南东，倾角7580，该断裂及次级断裂影响带地层比较破碎，可能形成地热水赋存的有利空间。大华山断裂走向北东45，断层面倾向南东，倾角7580，该断裂上盘为太古宇片麻岩，下盘为中元古界常州沟组。上盘太古宇密云岩群掩覆于下盘常州沟组石英砂岩之上，破碎带宽1015 m，出露长度大于9 km，构造岩以压碎岩、压裂岩为主，为压性逆断层，其附近伴生众多小断裂及破碎带。大华山断裂附近井孔、地热井平热3号及浅井的水温高于周边地区，表明大华山断裂为导热导水断裂，起到了重要的导热导水作用。后北宫断裂：断层面产状稳定，倾向为北西280，倾角为80，断距大于70 m。沿断层有正长斑岩及半碱性脉岩活动，为压扭性逆断层。该断裂北西盘为片麻岩，南东盘为石英砂岩，两边产状不一。1.2 地层平谷地区发育的地层按时代由老到新为太古宇密云170王卓卓等 北京平谷地区万庄子-镇罗营背斜地热地质条件研究http:/ 研究区构造及附近70 m地温等值线图Fig.1 structural diagram of the study area and isomap of 70 m research area and nearby图2 研究区地质剖面图Fig.2 Geological section of the study area171第 18 卷 第2期 2023 年 6 月岩群，中元古界长城系常州沟组、串岭沟组、团山子组、大红峪组、高于庄组和新生界第四系。太古宇密云岩群：平谷地区密云岩群岩性自上而下为榴辉变粒岩、角闪辉石片麻岩、花岗片麻岩、角闪斜长片麻岩、辉石角闪斜长片麻岩、黑云母角闪斜长片麻岩等，局部地区混合岩化强烈。该地层部分地区出露，尤其是在背斜核部。万庄子-镇罗营背斜主要发育花岗片麻岩。中元古界长城系常州沟组：呈大面积串状出露。岩性主要为长石石英砂岩、石英岩、岩屑石英砂岩等，与太古宇密云岩群地层呈角度不整合接触。串岭沟组：呈细条带状出露。岩性为绿、灰褐、浅黄色硅质富钾页岩、粉砂质富钾页岩为主，夹褐色薄层粉砂岩及硅质白云质灰岩，与下伏常州沟组为整合接触。团山子组：呈条带状出露。岩性以灰、黄、绿色中厚层硅质白云质灰岩为主，夹薄层硅质富钾页岩及石英砂岩，底部具34 m厚的涡卷灰岩，与其下伏串岭沟组为连续过渡沉积。大红峪组：呈片状出露。岩性为紫、灰绿色粉砂质富钾页岩、泥质灰岩、深灰色厚层白云质灰岩夹火山角砾岩，上部以紫红色、褐色气孔状粗面岩、安山质玄武岩及凝灰质砂岩为主，夹灰白、紫红色石英砂岩及硅质白云质灰岩，该组与下伏团山子组之间有明显的沉积间断，为不整合接触。高于庄组：呈片状分布。出露于研究区西北部。下部岩性主要为灰色厚层砂质、粉砂质白云岩，中部为灰色中厚层瘤状白云岩夹纹层状白云岩，上部为紫红色页片状含砾屑白云岩夹页岩。新生界第四系：主要分布在北部与东部山前局部地区，岩性以砂卵砾石、砂砾卵漂石、黏土质砂为主，夹有黏土层，沉积厚度一般为10100 m。2 地热地质条件2.1 构造地质条件万庄子-镇罗营背斜为一走向北东，轴向NE45，轴面倾向南东，核部平缓开阔的背斜。该背斜为典型的断背斜，断裂发育。背斜西翼为向东南倾的正断裂，背斜东翼为向西北倾的正断裂。研究区自西向东发育北东向的西牛角峪-江米洞断裂、大华山断裂和后北宫断裂，为导热导水断裂，为地下热量上涌提供了通道，同时背斜构造可以成为很好的聚热构造。钻井揭露和地表出露地层由老到新为太古宇密云岩群，中元古界长城系常州沟组、串岭沟组、团山子组、大红峪组、高于庄组和新生界第四系。太古宇以上地层可以作为很好的热储盖层。因此，万庄子-镇罗营背斜断裂附近的太古宇花岗片麻岩，可以成为很好的线状热储。2.2 地温场