第1章 地热地质背景
1.1 自然地理概况
1.1.1 地理位置
北京市地处华原的北部，是山地原的过渡地带。北京市按行政区划分为16个区括由东城、西城、朝阳、海淀、丰台、石景山6个区组成的城区以及由门头沟、房山、通州、顺义、大兴谷、怀柔、、密云、延庆10个区组成的郊区面积为16410km2。北京市地热资源的分布以及集中开采主要分布原区(含延庆)，山区仅有零星开采，故研究区在北京原区。
北京市作为中华人民共和国的首都，不仅是政治、文化的中心，同时也是全国重要的交通枢纽，无论铁路、公路还是航空交通都十分发达。
1.1.2 地形地貌
1.1.2.1 地形特征
北京市地形西北高、东南低，西部为太行山脉，北部为燕山山脉，山区多属中低山地形，东南是缓缓向渤海倾斜原，原形状很像一个群山丛中突入的海湾，故有“北京湾”之称。
1.1.2.2 地貌特征
1.山区地貌
北京山区主要山脊线及沟谷延伸方向与构造线基本一致，褶皱、断裂等地质构造形迹在地貌上有明显反映。山地多由不同时代的岩石组成，岩的不同和抵抗风化能力的差异使得在漫长的地质演化过程中，花岗岩多形成浑圆的山地，碳酸盐岩则形成崎岖陡峭的山地。山地受新构造运动及外力作用的侵蚀，形成各具的山地地貌形态。北山是一东西向块状起伏绵延的山体，西山是由南西向北东伸展的一组挺拔绵延行山脉。
1)燕山山地
北山属燕山山脉军都山的一部分，面积为7031.72km2，约占全市山面积的69.79%。主要由镶嵌有延庆山间盆地的褶皱和断块山构成，山体分散，多呈东西走向，比较开阔，且有由延庆盆地中心向四周呈环状结构更替的特征，这一带山峰海拔为1000m左右，个别高峰达2000m以上。地表组成物质以花岗岩、片麻岩类为主，其次为石灰岩和砂砾岩类；延庆山间盆地沉积了一套由侏罗系、白垩系、系、系和第四系松散沉积物组成的火山岩和沉积层。
按地形特征，北山的中山带(海拔大于800m)东西向的山地为主体，其次是西部受北东向构造干扰的山地。它们可归为一组两列的北东东南西西断续伸展的山地。列是云蒙山—黑坨山—凤驼梁—燕羽山，称前列；列为猴顶山—佛爷岭—海坨山，称后列。中山带地层主要由中生界侵入岩组成，其次是喷出岩，山体具有块状分散、地势陡峻、起伏较大的特点谷低山带主要由石英砂岩和白云质灰岩构成，多桌状山，沟窄谷深，坡度较大，土层较薄，条件相对较差。
2)西山山地
西山属太行山脉，面积为3044km2，占全市山面积的31.21%，主要由一系列北东-南西向岭谷相间的褶皱山构成，山高坡陡，脉络清晰，从东南向西北呈成层有序排列特征。地表组成物质以石灰岩类为主，其次是火山碎屑岩类。
按地形特征，西山的中山带可归为北东向一组四列，两个主列，两个次列，从北向南有序排列。东灵山—黄梁为列；白畔—百花山—青水涧—妙峰山为列；第三列是九龙山；第四列是大洼尖—猫耳山。中山带地层主括中生界、古生界和元古宇，岩石坚硬，节理裂隙发育，坡度多大于35°。
低山带面上呈条状，在剖面上也具阶梯状特征，西山山地由于基底构造北东向隆起掀升，主要位于山地岭谷相间组合的谷地中，由北向南有清水河低山带、清水涧低山带、门头沟低山带、大石河低山带以及横切北东向构造线的永定河低山带、拒马河低山带。纪的地壳间歇上升，塑造了西山唐县期面。
2原区地貌
原是由永定河、潮白河、温榆河、大石河、蓟运河等几条河流冲洪(湖)积作用形成的。
从山前原腹地，可以分成以下几个地貌类型：山麓坡积裙、山前洪积扇裙、冲洪积扇及冲洪积缓倾原、扇缘及扇间洼地(扇原面上的洼地)。其中，以冲洪积扇及冲洪积缓倾原分布*为广泛。
1)山麓坡积裙
山区原交界的山麓地带，广泛分布着更新世晚期的坡积裙。主要由上更新统黄棕色砂质壤土组成，底部见中更新统紫红色黏土，局部残留基岩风化壳。坡积裙间发育了一些小型洪积扇，它们往往嵌入早期洪积扇之中，这反映山麓地期有抬升。
2)山前洪积扇裙
山前大沟谷出口段广泛发育洪积扇，如西峰山、白羊城、北安河等均为晚更新世堆积的扇形地。阳坊—北安河一带洪积扇呈3～4级内叠式串珠状展布，各级扇面较陡，有的还保留基岩台面。南口台地及其地区可明显划分出3～4级洪积扇，反映了该地段期抬升运动的控制。
3)冲洪积扇及冲洪积缓倾原
永定河、潮白河、温榆河、蓟运河、大石河是构成北原现代沉积物的主要输送者，其中尤以永定河、潮白河*重要。这些河流大都由西北向东南流动，河流出山后形成冲洪积扇，首先将粗颗粒物质，如卵石、砾石、砂堆积起来，流向下游的沉积物质逐渐变细，组成面积达几方千米的冲洪积扇及冲洪积缓倾原。
永定河冲洪积扇属于复合类型，由于河流频繁改道，形成多级冲洪积扇地形。以八宝山、老山为界，以北为永定河老冲洪积扇，以南为永定河新冲洪积扇。
潮白河主要由潮河和白河汇合而成。潮白河流出山地后形成了广阔的冲洪积扇。潮白河河流因受到新构造运动的影响，河槽下切，沿河地带发育有二级阶地。
温榆河、蓟运河、大石河形成的冲洪积扇规模相对较小，与永定河、潮白河冲积扇互相叠置，构成北原的重要组成部分。
4)扇缘及扇间洼地
扇缘及扇间洼地为山前洪积扇及冲洪积扇前缘或两者之间形成的洼地，洼地中多形成湖沼。沿现代永定河自然堤两侧有分布较广的堤外洼地，有些积水洼地已成原河道的源头。由于河流迁移或消亡，一些古河道残留洼地在历曾为沼泽地。
1.1.3 气象水文
1.1.3.1 气象
1.气象
北京市属于典型暖温带半湿润半干旱大陆季风气候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季高温多雨。据北京市气象局资料，北京市多均气温为11.7℃，日*高气温达42.6℃(1942年6月15日)，日*低气温为-27.4℃(1966年2月22日)。
2.降水
根据北京市气象局多年资料统计，1961～2015年全市多均降水量为567.7mm，其中*大降水出现在1969年，降水量为850.5mm；*小降水出现在1965年，降水量仅为350.3mm。降水量在时间和空间上分布极不均衡，全年降水量多集中在6～9月，其间降水量占年降水量的85%以上，多年降水情况见图1-1。
北京市降水量空间上分布不均，多均降水量等值线走向大体与山脉走向相一致(图1-2)。
3.蒸发
根据北京市气象局20个气象站多年资料统计，1979～2014年全市多均蒸发量为1623.57mm(20cm蒸发皿)，北京市蒸发量大于降水量，一年当中春季蒸发量*大，冬季蒸发量*小，见图1-3。
图1-1 北京市1961～2015年降水量图
图1-2 北京市多均降水量等值线图
图1-3 北京市1979～2014年蒸发量图
1.1.3.2 水文
北京市属海河流域，河网发育，北京市市内共有干、支河流100余条，分属五大水系，即大清河水系、永定河水系、北运河水系、潮白河水系以及蓟运河水系，见图1-4。五大水系中，除北运河水系发源于北京市境内，其余均发源于境外几年地表河流逐渐枯竭，目前除部分河流经生态改造后成为人工蓄水场所之外原区河流多成为城市排污、排水河道。
图1-4 北京市水系分布图
1.永定河水系
永定河水系的主要河流为永定河。永定河自官厅水库下游称永定河，在门头沟三家原区，由大兴区出境。境内流域面积为3168km2，其中山区流域面积为2491km2，是流经北京市*长的河流。
2.潮白河水系
潮白河水系的主要河流为潮白河。潮白河是流经北京市的大河，市内长度为90km。上游为潮河和白河。白河发源于河北省张家口市沽源县，经赤城县入北京市境内，另经延庆、怀柔汇入密云水库；潮河发源于河北省承德市丰宁县，流经、密云注入密云水库；潮河、白河出库后在密云县河槽村汇合称潮白河，后经顺义、通州出北京入河北省境内。潮白河在北京市境内流域面积为5613km2，其原区流域面积为1008km2。密云水库下游有怀河、箭杆河、雁栖河、小东河等支流汇入。
3.蓟运河水系
蓟运河水系的主要河流为泃河、汝河和金鸡河。泃河发源于河北省承德市兴隆县青灰岭，入北京市境内，先后接纳汝河、金鸡河，谷马坊出境。蓟运河在北京市境内流域面积为1377km2，其原面积为688km2。
4.北运河水系
北运河是隋朝期间修建的人工河，上游温榆河发源于区军都山一带，有温榆河、通惠河、凉水河等支流。温榆河、通惠河在通州东关汇合后称北运河，从通州区出境。北运河在北京市境内长约50km，境内流域面积为4423km2。
5.大清河水系
大清河水系的主要河流有拒马河、大石河、小清河。大清河水系在北京市的流域面积为2219km2，其中山区流域面积为1615km2原流域面积为604km2。拒马河为大清河的主要支流之一，发源于河北省保定市涞源县入北京市境内后，于房山区张坊分为北拒马河、南拒马河；大石河、小清河分别发源于北京市境内的房山区和丰台区。目前拒马河、大石河基本处于天然径流状态，沿途只有农业引水，尚未建设大型水库，但大石原区以年来常年干枯。
1.2 区域地层
北京原区层序由老到新划分如表1-1所示。……