北京北京西山地區(qū)地?zé)衢_發(fā)的思考

北京北京西山地區(qū)地?zé)衢_發(fā)的思考

1改進當?shù)氐沫h(huán)保生活作為一種寶貴的可能源能源，地下熱水正在受到政府部門的越來越多的關(guān)注。另一方面，地?zé)崴梢源嫒济哼M行加熱，不僅可以減少大氣污染，保護生態(tài)環(huán)境。另一方面，地下熱水中含有人體有益的組件和各種組成部分，具有一定的醫(yī)療和醫(yī)療作用，可以間接促進當?shù)芈糜螛I(yè)的發(fā)展。此外，供暖后，還可以利用熱水后剩余的溫室栽培和水產(chǎn)養(yǎng)殖，發(fā)展特色農(nóng)業(yè)。因此，熱水公司作為一種清潔資源，其應(yīng)用越來越廣泛。地?zé)崴拈_發(fā)利用有它有利的一面,同時是否也會誘發(fā)一系列環(huán)境地質(zhì)問題,一直是人們談?wù)摰慕裹c,為此,結(jié)合延慶地?zé)崽锏奶攸c,圍繞地質(zhì)災(zāi)害形成的原因進行了論述分析。2盆地內(nèi)部構(gòu)造格局延慶盆地受北東向構(gòu)造的影響,形成了北東長、北西短長條形的延慶新斷陷盆地。地貌上為平原區(qū),四周為山區(qū)。新生界以第四系為主,巖性多為松散的沖積、洪積和風(fēng)積物,顆粒相對較粗,其厚度變化較大,在東卓家營和官廳水庫一帶形成第四系的沉降中心區(qū),最大沉積厚度可達1000m以上。在兩個沉降中心的中部延慶縣城一帶形成了弱沉降區(qū),基巖埋深相對較淺,最淺處第四系厚度僅400m左右。延慶盆地新生界的基底以白堊系、侏羅系為主,四周山區(qū)均見有大面積出露?；鶐r地層自上而下發(fā)育有:白堊系、侏羅系、薊縣系、長城系及太古界密云群,地層組合特征相對較為簡單;巖漿巖在北部及南部山區(qū)見有大面積的出露,盆地內(nèi)主要隱伏于盆地的北部,巖性以燕山中晚期的中酸性花崗巖為主,深部的太古界構(gòu)成了基巖的結(jié)晶基底。延慶盆地內(nèi)斷裂構(gòu)造復(fù)雜,但規(guī)律性較強,以北東向和近南北向構(gòu)造為主(見圖1),其中北東向的斷裂,規(guī)模均相對較大,且均為正斷層,從南東至北西依次發(fā)育有:康莊—沈家營斷裂(F1)、西桑園—谷家營斷裂(F2)、五里營—古城斷裂(F3)及佛峪口—黃柏寺斷裂(F4),它們形成于燕山期,至喜山期異常活躍,控制了延慶盆地總體形態(tài);南北向的斷裂從西向東依次分布有:張山營斷裂(F5)、路家河斷裂(F6)、靳家堡斷裂(F7)、古城—蘇莊斷裂(F8)、舊縣斷裂(F9),均表現(xiàn)了先逆后張的地質(zhì)特征,與北東向斷裂共同作用,形成了延慶盆地的現(xiàn)今構(gòu)造格局。3巖石學(xué)和熱儲層的形成延慶地區(qū)的地?zé)崽飳儆诔练e盆地型,地?zé)崽锏臏囟炔坏c導(dǎo)熱、導(dǎo)水通道有關(guān),還與蓋層的厚度有直接關(guān)系。據(jù)已知鉆孔來看,第四系,白堊系及侏羅系的增溫率均較高,共同構(gòu)成該區(qū)的蓋層。薊縣系霧迷山組的巖性以硅質(zhì)白云巖為主,巖性較為單一,加之盆地內(nèi)構(gòu)造較為復(fù)雜,使得該系巖石較為破碎,巖溶、裂隙發(fā)育,形成該區(qū)良好的熱儲層,實際已證明該系地層富水性較好,出水量較大。延慶地區(qū)北東向正斷層形成時期較晚,規(guī)模較大,與深部地?zé)釄鲂纬闪撕芎玫倪B通,形成了該區(qū)的導(dǎo)熱、導(dǎo)水通道;近南北向的斷裂均為先逆后張斷層,喜山期張性活動較為明顯,物探顯示對北東向的斷裂具有明顯錯動的跡象,即與北東向斷裂形成了網(wǎng)格狀的連通,并使深部熱流在整個延慶盆地內(nèi)得以傳導(dǎo)、擴散,說明該區(qū)導(dǎo)熱、導(dǎo)水通道良好,地?zé)衢_發(fā)較為有利。4采用井異井回灌技術(shù)地?zé)崴哂休^高的溫度、特殊的化學(xué)成分、氣體成分、少量生物活性離子及放射性物質(zhì)等,如果要直接將地?zé)崴欧诺降乇頃斐傻乇硭奈廴?。延慶地?zé)釋儆谒疅嵝?熱水是熱能的傳遞載體,該區(qū)的地?zé)衢_采均采用了對井(異井)回灌技術(shù),將換熱尾水全部回灌到同一熱儲層內(nèi),可再生循環(huán)利用的資源,保持了水量平衡,提高了地?zé)崮艿睦寐?同時減少了熱水和氣體在地表和空氣中排放,避免地?zé)崴母邿崮軐Νh(huán)境的熱污染。對于少量洗井或回揚用的地?zé)嵛菜赏ㄟ^專用管道排入地下公共污水管網(wǎng),避免了對地表水系的污染,所以地?zé)崴侠?、科學(xué)化的開發(fā)利用不會對地表環(huán)境造成任何污染。5通過研究熱開發(fā)與地面沉降之間的關(guān)系，澄清了熱開發(fā)與地面沉降之間的關(guān)系5.1不均勻沉降法地面沉降主要是由于長期地下水的過量開采,造成含水砂層疏干或減壓及粘性土層不可逆釋水壓縮所形成的。當發(fā)生規(guī)模較大的不均勻沉降時,可出現(xiàn)巖土體開裂,形成地裂縫,更為嚴重的可形成地面塌陷,會對地表建筑物造成一定的破壞作用。造成地面沉降的原因有很多,分為自然因素和人為因素。自然因素主要指由構(gòu)造、天然地震及地層重力等活動所引起的地面形變;人為因素主要指地下水的過量開采所誘發(fā)的地面沉降。5.2巖石學(xué)及抗載荷能力強的盆地沉積系延慶地?zé)崽锏臒崴畠訛樯畈康乃E縣系霧迷山組,頂板埋深在1000～1800m之間變化,上覆地層為白堊系及侏羅系,尤其侏羅系在延慶地區(qū)發(fā)育較為穩(wěn)定,幾乎遍布延慶盆地區(qū),巖性以上侏羅統(tǒng)髫髻山組的安山巖、英安巖及流紋巖為主,在經(jīng)漫長的地質(zhì)演化過程,巖層已變得非常的致密、堅硬,抗載荷能力較強。該系在延慶縣城周邊地區(qū)厚度相對較大,在500～1000m之間變化。白堊系的巖性以中酸性火山巖為主,巖層也相對較為堅硬,在延慶縣城周邊,厚度為300～500m,該系地層與侏羅系共同對上部地層自身重力起到一定的頂壓、支撐作用,所以鉆取深層薊縣系地下熱水不會引發(fā)地面沉降。5.3北京地?zé)崴_發(fā)現(xiàn)狀從現(xiàn)今北京地面沉降區(qū)的位置來看,地面沉降區(qū)主要分布在本市的東郊八里莊—大郊亭、東北郊來廣營、昌平沙河—八仙莊、大興榆垡—禮賢、順義平各莊等地,已經(jīng)形成了五個較大的地面沉降區(qū),沉降中心累計沉降量分別達到72mm、565mm、688mm、661mm和250mm。北京地?zé)峋饕性谛胶统菂^(qū)地區(qū),并未包括在北京五大地面沉降區(qū)之內(nèi),說明深層地?zé)崴拈_發(fā)與北京現(xiàn)有的地面沉降區(qū)關(guān)系不大,不是造成地面沉降的主要原因。從北京地面沉降的調(diào)查結(jié)果來看,沉降的原因主要由于淺層第四系孔隙水的過量開采所造成的,與地?zé)崛∷P(guān)系不大。綜上所述,延慶盆地的地?zé)崴畬儆诨鶐r裂隙承壓水,埋深較大,儲量豐富,加之地?zé)嵛菜毓嗉夹g(shù)的應(yīng)用,在地?zé)衢_發(fā)過程中,循環(huán)利用地下熱水,水位的變化應(yīng)較為平穩(wěn),不會影響巖層抗壓強度的變化,也不會出現(xiàn)地下水抽空現(xiàn)象;同時由于取水層(薊縣系)上發(fā)育有厚度相對較大、較為堅硬的侏羅系及白堊系作為持力層和隔水層,所以在該區(qū)合理開發(fā)利用地?zé)豳Y源不會引起第四系水位的變化和地層的壓縮變形,更不會引起地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生,開發(fā)利用地?zé)崾强尚械摹?通過分析熱態(tài)開發(fā)與地震的關(guān)系6.1地震傳播傳播地殼中的巖層在地應(yīng)力的長期作用下,會發(fā)生傾斜和彎曲,當積累的地應(yīng)力超過巖層所能承受的限度時,巖層會發(fā)生斷裂和錯位,使長期積累的能量急劇地釋放出來,并以地震波的形式向四周傳播,形成地震。按地震的成因,可以把地震分為構(gòu)造地震、塌陷地震、誘發(fā)地震等,其中構(gòu)造地震發(fā)生的次數(shù)最多,破壞力最大,約占全世界地震的90%以上,它是主要由構(gòu)造活動造成地下深層巖層錯動、破裂形成的地震。其中誘發(fā)地震是人們最關(guān)心的。誘發(fā)地震主要由水庫、山坡的巖體或土體崩塌、石灰?guī)r洞穴和其它煤礦采空區(qū)頂板塌落所引起的。地下熱水的開采是否會誘發(fā)的地震,一直也是人們關(guān)注的焦點,分析如下:6.2強震區(qū)發(fā)生地震活動從地震活動周期來看,每個地區(qū)的地震活動均具有一定的頻度和強度,分布是不均勻,但均具有一定的周期性,說明地震的發(fā)生是由大洋板塊之間的相對碰撞或火山活動造成深部地應(yīng)力的聚集和釋放的過程,不是人力所能為的。例如美國1971年“坎尾金”核爆炸是至今為止最大的一次,它在1790m深處進行500×105t級TNT核爆炸試驗,誘發(fā)的人工地震只相當于4.9級。地?zé)崴某槿∨c回灌對地應(yīng)力的影響,與“坎尾金”核爆炸相比,不及九牛一毛,不可能誘發(fā)地震。6.3相對滑動及地震反應(yīng)斷裂的活動是造成地震發(fā)生的直接因素,活動方式主要有兩種,一種表現(xiàn)形式為相對緩慢的穩(wěn)定滑動,即蠕動;另一種表現(xiàn)為斷層兩盤互相粘住,使滑動受阻,當應(yīng)力積累到等于或大于摩擦力時,斷層兩盤便發(fā)生突然相對滑動,稱之為粘滑。當突然大距離的粘滑,則以地震方式較為集中地釋放積累的應(yīng)力。地震的形成主要與斷層性質(zhì)、斷層兩側(cè)巖石結(jié)構(gòu)及圍巖壓力的變化有關(guān)。延慶地區(qū)自上而下發(fā)育有第四系、白堊系、侏羅系、薊縣系、長城系、太古界及花崗巖體,熱水取水層位為薊縣系巖溶裂隙水。地?zé)釋儆诹黧w礦藏的一種,在巖層裂隙中流動性較強,地?zé)崴某槿∨c回灌會造成局部地應(yīng)力的變化,但在短時間內(nèi),水體很快會以運移補給方式對抽水點加以補充,達到一種新的動態(tài)平衡,不會造成局部地應(yīng)力變化,所以即使鉆孔布設(shè)在斷裂附近,也不會造成斷層兩盤應(yīng)力場不均勻的變化,更不會造成斷層深部地應(yīng)力的聚集與釋放,更談不上誘發(fā)地震。6.4盆地深部熱對流的等溫延慶地區(qū)屬于中低溫盆地型地?zé)崽?地?zé)岬某尚沃饕c地層的自然增溫率有關(guān),是來自地殼深部的熱傳導(dǎo)。延慶盆地深部發(fā)育著較為致密的太古界片麻巖或花崗巖體,透水性較差,與深部進行地?zé)釡贤ㄖ话l(fā)生在斷層附近,而且只有現(xiàn)今仍在活動的大型斷裂才有可能發(fā)生與深部地?zé)釡贤ǖ臈l件。這種熱對流的條件非常局限。但總的強度很小。這些都不足以使斷裂兩盤發(fā)生粘滑,更不會誘發(fā)地震。6.5地?zé)釋Φ貞?yīng)力的影響大多數(shù)地震發(fā)生的部位相對較深(一般為10～20km),延慶地區(qū)的地?zé)嶂饕x存在薊縣系中,其頂板埋深約1.5km左右,成井深度最大不超3km,故與地震易發(fā)生震源的位置相距較遠,所以地?zé)岬拈_發(fā)只造成淺部地應(yīng)力的微弱變化,對深部地應(yīng)力的影響不大。6.6大型活動斷裂—小湯山地?zé)衢_發(fā)與地震的關(guān)系分析從目前地?zé)衢_發(fā)的現(xiàn)狀來看,小湯山地區(qū)的地?zé)峋植驾^多(地?zé)峋?0口以上),且近靠黃莊—高麗營斷裂與南口—孫河斷裂的接合部位,這兩條斷裂為北京地區(qū)的大型活動斷裂,與延慶盆地所發(fā)育的斷裂相比,其規(guī)模較大,一直是地震工作者密切關(guān)注的對象。小湯山地?zé)岬拈_發(fā),未引起地應(yīng)力場及地溫場的明顯變化,且地震發(fā)生的頻度也未發(fā)生明顯的增加跡象,又如天津市供暖面積800×104km2,年地?zé)崴_采量2000多萬方,也未誘發(fā)明顯的地震,進一步證明地?zé)岬拈_發(fā)誘發(fā)地震的可能性不大。6.7地層內(nèi)斷裂控制地?zé)岬拈_發(fā)不僅不會引起大地震的發(fā)生,可能還會有效地減少地應(yīng)力積累,起到即時釋放地應(yīng)力,減少破壞性地震的發(fā)生的作用。曾有地震工作者設(shè)想,在可能孕育大地震的活動斷層帶上打一系列的深井,進行抽水和注水,達到觸發(fā)小震的作用,以逐漸釋放積累的應(yīng)力,將大震化為小震,避免破壞性地震的發(fā)生。延慶盆地地區(qū)主干斷裂為靠近山前的康莊—沈家營斷裂(F1)和佛峪口—黃柏寺斷裂(F4),這兩條斷裂均為北東向展布,分別控制著延慶盆地的東南和西北邊界,處于延慶地?zé)崽锏膬蓚?cè),兩條斷裂的傾向正好相反,使得地?zé)崽锓植紖^(qū)均位于斷裂的上盤。由于地?zé)崴饕x存于這兩條主干斷裂上盤,該區(qū)地?zé)岬拈_發(fā)會使地層靜壓力適當下降,即會減緩斷層上盤的地層壓應(yīng)力,使深部地應(yīng)力緩慢釋放,斷層活動減弱,所以延慶地區(qū)地?zé)崴拈_發(fā)可能具有減震、防災(zāi)的作用。7經(jīng)濟社會效益分析(1)延慶盆地中部薊縣系地層中蘊藏著豐富的地?zé)豳Y源,為此,在此地區(qū)利用地?zé)豳Y源取代燃煤進行供暖是非常適宜的。一方面地?zé)崮軐儆谇鍧嵞茉?能夠減少燃煤造成的大氣污染,保護延慶縣的生態(tài)環(huán)境。另一方面,地?zé)崴泻袑θ梭w有益的微量元素,它的開發(fā)可帶動餐飲、娛樂、旅游等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益。(2)延慶盆地地區(qū)熱儲層為深部基巖中的薊縣系,上覆發(fā)育有厚度較大侏羅系及白堊系作為持力層,對淺部地層具有一定的頂托作用及隔水作用,所以該區(qū)利用回灌技術(shù)進行地?zé)衢_發(fā)不會造成第四系松散層力學(xué)性質(zhì)的變化,也不會影響第四系淺層地下水的變化,更不會導(dǎo)致