2019, Vol. 28
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天津市地处华北平原东北部，东临渤海，北依燕山，北与首都北京毗邻，距北京120 km.东、西、南分别与河北省的唐山、承德、廊坊、沧州地区接壤.
天津大地构造格局从西北向东南依次为冀中拗陷、沧县隆起和黄骅拗陷.岩溶地热田主要分布在沧县隆起上，分布有王草庄地热田、大城地热田、潘庄地热田、双窑地热田和小韩庄地热田[1]，总面积约3570 km2（图 1）.
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图 1 天津地热田构造略图 Fig.1 Tectonic sketch map of geothermal fields in Tianjin City 1-断裂（fault）；2-拗陷（depression）；3-隆起（uplift）；4-凸起（salient）；5-地名（place name）；6-剖面位置（profile position） |
天津地区属华北地层大区冀鲁豫地层区的华北平原分区.通过钻探揭露的地层有新生界第四系、新近系、古近系，中生界侏罗-白垩系，古生界石炭-二叠系、奥陶系、寒武系，中、新元古界等[2-3]（图 2）.由老至新叙述如下.
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图 2 天津地热田地质剖面图 Fig.2 Geological profile of Tianjin geothermal fields 1-新生界(Cenozoic); 2-中生界(Mesozoic); 3-石炭-二叠系(Carboniferous-Permian); 4-寒武系-奥陶系(Cambrian-Ordovician); 5-元古宇(Proterozoie); 6-断裂(fault); 剖面位置见图 1(profile position see fig. 1) |
（1）太古宇：为一套经深变质作用和混合岩化作用的各种片麻岩、斜长辉石岩类夹少量变粒岩和浅粒岩.
（2）中、新元古界：由下至上为长城系、蓟县系、青白口系.
长城系上部为厚层状白云岩夹长石石英砂岩；下部以细晶白云岩、厚层状砂岩为主，夹页岩-砂质页岩，以灰-灰黑色为主.
蓟县系以厚层状灰-灰黑色白云岩、灰质白云岩为主，上部夹白云质灰岩，中部夹页岩、砂质页岩及粉砂岩.蓟县系分为杨庄组、雾迷山组、洪水庄组、铁岭组，总厚度约4500 m.其中雾迷山组在天津全境普遍分布，是主力热储.
青白口系上部以灰绿色中-厚层状含白云质泥质灰岩为主，夹灰岩、白云岩；中部为灰绿、紫红色石英砂岩；下部为灰绿、灰黑色页岩、砂质页岩及黄绿色粉细砂岩.青白口系总厚度大于400 m.
（3）古生界：包括寒武系、奥陶系和石炭-二叠系地层.
寒武系上部为灰、深灰色厚层状灰岩、泥质条带灰岩，夹竹叶状灰岩；中部为灰-灰黑色灰岩、鲕状灰岩夹竹叶状灰岩、泥质条带灰岩；下部为灰紫、紫色页岩、粉砂岩夹灰岩.寒武系总厚度一般为600~800 m，在平原区沧县隆起的高凸起部位和核部少量缺失，是主力热储之一.
奥陶系上部为灰、深灰色厚层状灰岩、白云岩、灰质白云岩；中部为灰、深灰色厚层状灰质白云岩、白云质灰岩；下部为灰、深灰色厚层状灰岩夹豹皮状、竹叶状灰岩.该层是主力热储之一.
石炭-二叠系岩性为海陆交互相碎屑岩、碳酸盐岩及煤层组成.上部为一套砂泥岩不等厚互层，并见碳质泥岩；中部以泥岩为主，夹较厚层煤层及少量砂岩；下部为砂泥岩互层，底部为泥岩与灰岩间互层.石炭-二叠系是区域主要的富煤地层，是岩溶热储主力盖层之一.
（4）中生界：主要由一套陆相碎屑岩和部分火山喷出岩组成，岩性为碎屑岩、煤层、凝灰岩、喷发岩、砾岩等.中生界在天津地区主要发育侏罗-白垩系，是岩溶热储盖层之一.
（5）新生界：是岩溶热储主力盖层之一，主要发育古近系、新近系的砂岩、泥岩互层和第四系的黏土与砂层.厚度为280~450 m.
2.2 构造特征天津地热田位于沧县隆起区.天津断裂西部为大城凸起，埋深最深可达3000 m.天津断裂东部至沧东断裂，分别为潘庄凸起、双窑凸起、白塘口凹陷、小韩庄凸起.凹陷区最深可达3500 m（见图 1）.主要断裂特征如下[4-5].
（1）宁河-宝坻断裂：为研究区域上规模最大的深断裂.走向NW，倾向SW，断距可达5000 m以上，在本区内长约80 km.其对沉积盆地的发展、新生界地层的分布、古水系的分布、海侵范围以及水文地质条件有明显的控制作用.据地球物理资料，宁河-宝坻断裂切穿了莫氏面，属岩石圈断裂.根据断裂两侧C-P发育明显不同及岩浆岩分布差异，推测其形成于加里东晚期，活动性一直延续到中、新生代.
（2）沧东断裂：断裂的总体走向为NNE，倾向SEE，倾角30~48°，为西盘相对上升的正断层.它是Ⅲ级构造单元沧县隆起与黄骅拗陷的分界.在研究区内主要控制着中生界和新生界古近系的沉积.沧东断裂（天津段）是一条隐伏的、控制沧县隆起与黄骅拗陷地质建造的重要断裂，断深在上地壳底部、中地壳上部，倾向在水平方向上延伸数十千米，在上地壳浅部能将下部热储层高位热能以热对流形式传递到浅部，影响范围随远离断裂带而减弱.具有较强的导热、导水能力.
（3）天津断裂：北起潘庄往南经大毕庄、杨柳青东、静海而进入河北省.区域上该断裂规模较大，延长大于100 km，走向NNE，倾向NWW，倾角45~65°.以往工作成果表明该断裂为东盘相对上升的正断层，上部断点至新近系底，埋深700~1000 m.此断裂为多期活动断裂，是沧县隆起的内部断裂，也是大城凸起与双窑凸起、大城凸起与潘庄凸起的分界.它在地质历史上的作用很大，形成了古生界的沉积槽，是古生代的生长断裂，控制着奥陶系岩溶水的分布.其西侧下古生界发育较厚.根据钻探结果推测，天津断裂对雾迷山组热储有隔水作用.
（4）海河断裂：基本沿海河分布，断裂总体走向NWW，倾向SSW，倾角40~60°.新生界底板断距约80 m，奥陶系底板断距600~800 m，是Ⅳ级构造单元潘庄凸起与双窑凸起的分界.该断裂表现为张性断层性质.
（5）白塘口西断裂：位于研究区中部，走向为NNE，倾向SEE，倾角50°左右，为西盘相对上升的正断层，是沧县隆起的内部断裂，也是双窑凸起与白塘口凹陷的界线.推测该断裂形成于中生代晚期，新生代以来继承性活动较强.
（6）白塘口东断裂：位于天津南区中辛庄-团洼-小泊一线，是小韩庄凸起和白塘口凹陷分界，走向NNE，倾向NWW，倾角60~65°，为正断层.在断裂两侧都有中生界存在，只是在断裂西侧中生界地层厚度较大.
（7）增福台断裂：位于研究区南部，沿静海县孟家铺子至大港区潮宗桥一线分布，是小韩庄凸起和板桥凹陷的分界，走向NW，倾向SW，倾角55°左右，为正断层，控制着中新生代的沉积.该断裂切穿沧东断裂天津段，分析与海河断裂一样，都为燕山运动的产物.
3 热储特征 3.1 热储厚度分布天津地热田热储类型是以海相沉积为主的元古宇、古生界碳酸盐岩岩溶裂隙型热储（基岩热储），包括元古宇蓟县系雾迷山组、古生界寒武系和奥陶系热储.岩溶热储平均厚度由200 m过渡到500 m不等（图 3）.由于受到构造作用的影响，地层分布具有北东-南西向展布特征，因此热储厚度分布也具有北东-南西向条带分布特点.在沧县隆起上，岩溶热储平均厚度400~500 m，最大厚度大于500 m；在冀中拗陷和黄骅拗陷里，岩溶热储平均厚度为200~300 m，甚至小于200 m.
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图 3 天津地热田岩溶热储平均厚度分布图 Fig.3 Average thickness isopleth map of the karst thermal reservoir in Tianjin geothermal fields 1-断裂（fault）；2-厚度等值线/m（thickness isopleth/m）；3-地名（place name） |
由于地层时代、岩性特征及水文地质条件不同，各热储特征具有差异性[6].蓟县系雾迷山组热储在全区均有分布，现今的发育情况为有利沉积微相和岩溶作用综合的结果.寒武系热储仅在沧县隆起区的高凸起部位缺失，在拗陷区和沧县隆起区的大城凸起区埋藏深度普遍较大.寒武系岩溶热储发育，从岩溶相带方面说，热储主要发育在渗流带和潜流带中.从沉积相方面分析，热储主要发育于潮坪亚相，以云灰坪最为发育，在泥灰坪、开阔海中不发育.奥陶系热储在沧县隆起区的核部大面积缺失，在其他地区广泛分布，且在两侧的拗陷区、沧县隆起区的西部边缘和白塘口凹陷东侧的局部地区，其顶板埋藏深度大于3500 m.
3.2 热储物性分布无论是雾迷山组岩溶裂隙型热储，还是寒武系、奥陶系的岩溶裂隙型热储，其孔渗物性均较好，均为高孔高渗型热储[7].
蓟县系雾迷山组岩性为深灰色粗晶白云岩、隧石条带状白云岩，经历漫长地质历史时期剥蚀、风化和淋滤，构造缝、构造溶蚀缝、粒间溶孔、晶间溶孔、藻架孔、溶孔及溶洞相当发育，岩石孔隙度最高可达5%，平均为2%~5.5%，渗透率分布在5~25 mD之间，平均渗透率为10 mD.
寒武系热储赋水层位为府君山组，岩性以灰白色灰质白云岩为主，经历漫长地质历史时期剥蚀、风化和淋滤，构造缝、构造溶蚀缝、粒间溶孔、晶间溶孔、藻架孔、溶孔及溶洞相当发育，岩石孔隙度分布范围为3.5%~4.5%，平均孔隙度为4%，渗透率分布范围为10~15 mD.
奥陶系热储赋水层位为上、下马家沟组和峰峰组，岩性由白云质灰岩、灰岩及泥质灰岩、泥岩组成，岩溶裂隙发育，赋水性强.其中，上马家沟组孔隙度分布范围为3.5%~5%，渗透率分布范围为20~30 mD；下马家沟组孔隙度分布范围为3%~4%，渗透率分布范围为15~25 mD；峰峰组孔隙度分布范围为4.5%~6%，渗透率分布范围为30~35 mD.
3.3 大地热流及热储温度分布沉积盆地地温场主要受岩层热导率控制，岩层热导率随岩性、结构、孔隙度等因素的差异而发生变化.沧县隆起热流值较周围地区高.根据大地热流值统计结果，一般为50~90 mW/m2，最高可达130 mW/m2，临近宝抵断裂则低至20 mW/m2.
沧县隆起区温度范围为70~100 ℃，向两边的拗陷区域，随着埋深的加大，温度逐渐升高，最高可达到140 ℃以上.
3.4 地温梯度分布在基岩隆起区浅部形成高温度、高梯度区域，而在基岩深埋区形成了低温度、低梯度区域.
（1）凸起型：为主要的控热构造类型，如双窑凸起、大城凸起、王草庄凸起和小韩庄凸起.其基岩埋深880~1200 m，盖层主要为新生界.地温梯度普遍大于3.5 ℃/100 m，最高可达8 ℃/100 m以上.
（2）低凸起型或浅凹陷型：基岩顶板埋深2000~3000 m，盖层主要为新生界，部分地区为中生界.盖层平均地温梯度为3.0~3.5 ℃/100 m.
3.5 地热水化学特征（1）蓟县系雾迷山组热储
矿化度分布具有北低南高、东低西高的总体变化规律.在沧县隆起区，沿着地热流体的径流方向，矿化度由宝坻区的1 g/L左右至天津市增至2 g/L左右.其间经过了约50 km的径流距离，矿化度增幅约为0.02 g/km.此段变化范围较大，由天津市向南，矿化度增幅变缓慢.水化学类型在海河断裂以北的潘庄凸起区和沧东断裂带附近以Cl--HCO3--Na+为主，在双窑凸起区以Cl--SO42--Na+为主，矿化度的主值区间为1~3 g/L，局部大于5 g/L.总体来说，该热储层水质普遍较好，是目前天津地区最主要的开采层.地热流体主要离子含量基本稳定，无明显变化.
（2）寒武系热储
目前已开凿的古生界寒武系地热井共有7眼，分别位于王草庄凸起、潘庄凸起和双窑凸起3个不同的构造单元.矿化度北低南高、东低西高，不同构造单元的水化学类型差别明显（表 1）.
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表 1 天津地热田不同构造单元寒武系热流体的水化学特征 Table 1 Hydrochemical characteristics of Cambrian thermal fluids in Tianjin geothermal fields |
（3）奥陶系热储
奥陶系地热流体矿化度的变化仍遵循北低南高的总体规律.最北部地区，矿化度仅为1 g/L；而位于武清凹陷西北部地区以及静海县的西南部，矿化度大于6 g/L.而且水质出现了明显的东、西分带特征：在沧东断裂带附近，水质普遍较好，矿化度1.7 g/L左右，水质类型以Cl--HCO3--Na+，Cl--SO42--Na+为主；而在天津断裂附近的沧县隆起区，水质普遍较差，矿化度多在4.5 g/L以上，水质类型以SO42--Cl--Na+-Ca2+为主，其中阳离子的高Ca2+含量是其他热储层少有的.
3.6 流体运移通道热水运移的最重要通道是断裂.较大的断裂有3条，分别是宁河-宝抵断裂、沧东断裂、天津断裂.此外，还有小断裂，如海河断裂、白塘口西断裂、白塘口东断裂等.热水沿着断裂面运移，在断裂交汇处形成分支，向不同方向流动[10].
热水的另一重要运移通道是不整合面.中新生界覆盖于元古宇-古生界之上形成不整合，与此不整合相关的输导层是良好的导水通道.
4 结论天津大地构造格局从西北向东南依次为冀中拗陷、沧县隆起和黄骅拗陷，岩溶地热田主要分布在沧县隆起上.主要断裂有北西向的宁河-宝坻断裂，北东向的沧东断裂、天津断裂，以及海河断裂、白塘口西断裂、增福台断裂等一些小断裂.
蓟县系雾迷山组在天津全境普遍分布，是主力热储层.寒武系和奥陶系在平原区沧县隆起的高凸起部位和核部少量缺失，也是热储层之一.由于受到构造作用的影响，热储厚度分布也具有北东南西向条带分布特点.在沧县隆起上，岩溶热储平均厚度400~500 m；在冀中拗陷和黄骅拗陷里，岩溶热储平均厚度为200~300 m.
在沧县隆起，热流值较周围地区高.地热水的来源主要为北部蓟县山区，矿化度具有北低南高、东低西高的总体变化规律.地热田热水运移的最重要通道是大断裂以及不整合面.
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