黄树梅　李杨　林海苓

摘要：典型地区地下水成因和演化机制的研究不仅对于热水资源的合理利用与开发具有重要的指导意义，而且可以为日后的地热资源勘查评价提供重要信息。通过对张家口市的地下热水的化学成分、同位素及其水文地质特征的分析，进而对这一地区的地下热水的成岩和演化过程进行了研究。结果显示地下热水的形成受区内深大断裂和基底构造对地热形成的控制，地下热水补给是来自大气降水，水化学成分以易溶盐溶解作用为主，地下热水的气体组分主要起源于大气、地壳和地幔的混合物，反映了地下水长期径流及深循环中各种水化学作用。

关键词：地热；水文地质；热储结构

1.前言

地热资源是一种洁净的绿色能源，河北省地热资源比较丰富，张家口地区是河北省重要地热资源分布区域，近些年当地政府正在大力提倡开采利用地热资源，例如涿鹿、怀来、赤城、蔚县、阳原等，对地热资源开采利用积极性非常高。但是，张家口地热资源形成机制研究程度较低，理论研究落后于生产实践，在一定程度上制约着对地热资源的勘查和开发利用。

本文重点分析了蔚县盆地内地热水的空间变化，阐述了盆地周边山区、盆地边缘、盆地中心的变化规律。统计分析了不同类型的地热田（异常区、点）的水化学组份的变化特征，阐述了其变化规律。

2.张家口市地热资源概况

该区包括坝上高原，地处板缘地体拼贴带及燕山断褶带的背部。水温大于60cc的热水温泉大多分布于尚义--h城断裂以北，由西而东分布有赤城城关汤泉68℃、东万口乡塘子营热水泉68.5℃、隆化县汤池子北汤泉79℃、大庙乡小庙汤泉71.5℃、二道河乡开汤泉78.5℃、围场山湾子热水泉82℃等。古北口一平泉断裂以南的兴一平复向斜内（地处燕山断褶带北部）所分布温泉，水温均低于60℃，以温水或温热水为主。例如承德头沟乡汤沟泉40.8℃、青龙白家店乡汤丈子温泉39.4℃、抚宁县温泉寺温泉38℃、卢龙县崔庄温泉50%等。

3.地热水水文地质条件

蔚县盆地由周围山体最高峰围拢而成。在南部由走向近东西、山势陡峻的蔚县南山构成盆地内壶流河水系与拒马河水系的地表分水岭；北部月山山脉构成壶流河水系与桑干河水系的地表分水岭；西部有太古界老地层及中上元古界、下古生界地层构成葫芦河与陕西浑河水系的地表分水岭；东部则由中上元古界地层所组成的低山丘陵构成壶流河与桑干河水系的地表分水岭。在地表分水岭之外、盆地边缘尚有一个与地表分水岭形态相似的、由古老的不透水层太古界花岗岩、花岗片麻岩、变质岩系及燕山期岩浆岩构成的地下分水岭。

蔚县盆地汇水面积：南山区为888km²，北山区332km²，东北山区261km²。蔚县盆地岩石透水性能强，地下径流通畅，地下水循环条件良好，地下水由南、北两侧向盆地中心运移，地下水流向和地形坡降一致，壶流河是地下水的天然排泄区。由于本区降雨集中，周围山区向山间盆地山前冲洪积扇群地下水集中汇流，形成了雨季渗入，非雨季在盆地

中心以泉水溢出形成缓慢排泄的地下水补、径、排特征。

4.水化学特征

4.1水化学类型

通过分析本次试验成果，蔚县卜南堡地热异常点地热水化学类型为HCO₃-Na·Ca·Mg型。据张正山的相关研究，该井南部暖泉温水与该钻孔水化学类型一致，说明该区域地热水成因一致。

4.2主要离子组成特征分析

阳离子主要以钠、钙离子为主，阴离子碳酸氢根为主。F离子浓度0.4mg/L，pH=7.66，弱碱性水。根据蔚县矿区主要离子、矿化度以及温度分布情况，结合区域地层岩性，该区域水化学特征与构造、地层有着密切的联系。Fw、FR断层两侧阴阳离子差异比较明显，沿这两条断裂矿化度出现高值异常。暖泉大湾断层两侧差别不大，说明该断层为主要通道。阴阳离子、矿化度沿壶流河分布差别不大，与温度异常呈现一定关联系性。以上说明卜南堡地热田分布面积还有增大的可能，底部可能较大面状的热储层，典型盆地型地热田，但由于奥灰水的混合，温度不会很高。

5.地下热水的成因分析

通过对地下热水水文化学特征的分析，地下热水的形成与大气降水、热储岩性和地质构造三个方面密切相关。

5.1大气降水

通过地热水样的试验资料中稳定同位素氘（D）、氧（¹⁸O）的分析，与当地降水稳定同位素资料对比，说明地热水的补给来源为大气降水。大气降水在地下渗透运移和深循环过程中受地质条件的影响而增温。

5.2热储岩性

研究区地热田热储岩性主要有两种：一种为以燕山期巨斑状花岗岩、太古界片麻岩等为主，少量盖层为熔结凝灰岩；另一种以元古界白云岩为主。热储岩性对地下热水的组分及水化学类型有一定影响，而更重要的是，其内部岩浆活动或放射性元素衰变放热为地下热水的重要能量来源。

5.3地質构造

区域内的地热田深受北东方向的断裂构造控制，且主要分布在深大断裂的交汇部位。在断裂交汇处，断裂发育，岩石破碎，为地下热水的上升和运移提供了通道和赋存空间。地热田位于桑干河南岸大断裂带与北西扭断裂的交汇处，深大断裂成为研究区地下热水的主要通道。

6.结论

（1）分析研究了蔚县卜南堡热田（异常区、点）的水化学类型、主要离子的组份特征以及相关因素的变化特征。

（2）研究分析了地热田内部水化学特征变化特征，蔚县卜南堡地热异常点地热水化学类型为HCO₃-Na·Ca·Mg型。

（3）研究分析了本区地下热水的成因，本区主要为大气降水渗入补给地下水，经过复杂曲折的远距离运移和深部循环，到达地壳深部，受到地下热源（岩浆活动，地热增温等）的影响，地下水温度升高，由于深大断裂沟通了地下热储层，使具有强大压力的地下热水通过断裂构造带及构造裂隙上升储存于上部地层中或出露地表，形成地热田（地热·异常区、点）。