摘要
小汤山地热田是北京开发最早、勘查程度最高的地热田，具有重要的科研与产业价值。本文系统梳理小汤山地热田的地质背景、勘查开发历史及研究现状，重点总结地热地质、构造控制、地球化学特征三大研究领域的成果。研究表明，该热田热储层以蓟县系雾迷山组等碳酸盐岩为主，地热流体运移受南口断裂、黄庄—高丽营断裂等构造控制，地热水起源于大气降水，存在高氟特征与地热冷化风险。针对当前地热资源过度开采、产业转型压力等问题，本文从深化地球化学过程研究、优化资源开发技术、加强多圈层耦合监测 3个方面提出未来研究方向，旨在为小汤山地热资源的科学管理、高效利用与可持续发展提供参考，也为同类地热田的开发与产学研融合提供借鉴。
Abstract
The Xiaotangshan geothermal field is the earliest developed and most extensively explored geothermal field in Beijing, with significant scientific research and industrial value. This paper systematically sorts out the geological background, exploration and development history, and current research status of the Xiaotangshan geothermal field, focusing on summarizing the achievements in three key research fields: geothermal geology, structural control, and geochemical characteristics. Studies have shown that the geothermal reservoir of this field is mainly composed of carbonate rocks such as the Wumishan Formation of the Jixian System; the migration of geothermal fluid is controlled by structures including the Nankou Fault and Huangzhuang-Gaoliying Fault; and geothermal water originates from meteoric water, with characteristics of high fluoride content and risks of geothermal cooling. In response to current issues such as overexploitation of geothermal resources and pressure from industrial transformation, this paper proposes future research directions from three aspects: deepening the study of geochemical processes, optimizing resource development technologies, and strengthening multis-phere coupling monitoring. It aims to provide a reference for the scientific management, efficient utilization and sustainable development of Xiaotangshan geothermal resources, as well as a reference for the development and industry university research integration of similar geothermal fields.
0 引言
小汤山温泉位于北京市市区以北约 35 km 处，是中国北方历史最悠久、知名度最高的温泉地热田之一。其开发利用史最早可追溯至南北朝时期，至明清已成为皇家御用温泉，承载了深厚的中华“汤泉文化”。随着时代的发展，地热能源的勘察和利用逐渐受到了国家的重视（张畅等，2022；马健等， 2025）。新中国成立后，小汤山进一步发展为兼具疗养康养与科学研究功能的综合性地热示范区，见证了国内地热资源从自然利用向科学开发与可持续管理转变的完整历程。
在地质背景上，小汤山位于北京北部山区与平原的过渡带，地处黄庄—高丽营断裂与南口断裂的交汇部位，热储层主要为蓟县系雾迷山组白云岩，构造条件为其地热流体的运移与富集提供了有利通道（汪集旸，1993）。自 1956 年启动系统勘查以来，小汤山地热田已成为北京地区勘查程度最高、监测数据最完整、开发历史最长的地热田之一。截至2024年，热田面积达186.42 km2，地热井总数逾百口，水温介于 33.5～71℃，广泛应用于供暖、温室农业、温泉旅游及医疗康养等领域。
然而，随着开采规模的持续扩大，小汤山地热系统也面临水位下降、资源衰减、地热水化学演化等挑战。尤其在近年来北京市地热资源矿业权政策调整的背景下，当地以温泉为核心的产业体系遭遇转型压力，如何实现资源保护与产业可持续发展已成为紧迫课题。与此同时，地热资源的科学开发也为地球科学领域的科研与人才培养提供了天然试验场，尤其在推动“政产学研用”协同、服务乡村振兴与低碳转型方面具有重要示范意义（王达等， 2025）。
本文旨在系统梳理小汤山地热资源的地质背景、勘查历史与开发利用现状，从地热地质、构造控制、地球化学等方面综述已有研究成果，并在此基础上，结合当前政策环境与产业需求，对未来研究方向提出展望，以期为该区域地热资源的科学管理、高效利用与可持续发展提供参考，也为同类地区地热开发与产学研融合提供借鉴。
1 地质背景与勘查历史
小汤山地热田地处北京平原北部山前地带，位于北西向南口断裂与北东向黄庄—高丽营断裂的交汇部位以北（图1）。研究区地层受区域构造作用影响，呈单斜构造特征，由南向北地层由老至新依次为蓟县系（雾迷山组 Jxw、洪水庄组 Jxh、铁岭组 Jxt）、青白口系（下马岭组Qnx、龙山组Qnl、景儿峪组 Qnj）、寒武系（Є）、奥陶系（O）、石炭系（C）、侏罗系 （J）及第四系（Q）。其中，寒武系以海相沉积为主，岩性主要为灰岩、白云质灰岩与白云岩，为小汤山地区的第一热储层。铁岭组岩性以白云岩为主，视厚度可达350 m，岩溶裂隙发育，具备良好的地热储集条件，为小汤山地区的第二热储层。雾迷山组岩性以白云岩为主，视厚度大于 2000 m，岩溶作用发育，且岩屑可见水蚀现象，为小汤山地区第三热储层，亦是北京地区的主要热储层（王泽龙，2007）。其中，雾迷山组白云岩含水层中的地下热水，上涌穿过第四纪沉积物后以温泉形式出露于地表。小汤山地热田地热井深度介于 80～2000 m，地热水温度为 33.5～71.0℃，最高温度出现在地热田中部1900 m 深度处（Liu et al.，2006）。研究区范围内的主要断裂可划分为北西向与北东向两组断裂（图2），北西向断裂主要包括南口断裂、西沙屯断裂、阿苏卫断裂及大柳树断裂；北东向断裂主要为黄庄— 高丽营断裂与马坊断裂（图2）。
小汤山地热田是北京市境内资源条件优良、开发利用历史悠久、动态监测内容全面且监测序列最长、勘查资料详实、回灌规模最大、供暖用户最多、研究程度最高的地热田（李仲均，1994）。1956 年，小汤山启动地热勘查与开发工作，地热田探明资源量稳步增长，从 1958 年的 0.6 km2 增至 2004 年的 86.5 km2（杨亚军等，2020）。截至目前，该区已建成各类地热井 100 余眼，热田面积达 186.42 km2（刘宗明等，2024）。小汤山地热田的开采历史已达 50 年左右，开采层位以蓟县系雾迷山组热储层为主，其次为蓟县系铁岭组与寒武系热储层。自 20 世纪 70 年代初期起，小汤山地热田开采规模逐年扩大，至 20 世纪 80 年代中期，年均开采量突破 100×104 m3； 1990—2000年，年均开采量大幅增长，超过 300×104 m3。为实现地热资源的可持续利用，自2000年起实施地热回灌等保护措施，年净开采量随之逐年递减，至 2005 年已降至 150×104 m3 以下。然而，2007 年以后，伴随区域经济发展，地热温泉资源优势凸显，部分单位地热用水量持续扩大，年开采量再次回升至 300×104 m3，且 2013—2016 年年均开采量突破360×104 m3（杨亚军等，2020）。
2 研究现状
小汤山地区的地热资源研究主要集中于3个方面，分别为地热地质、构造控制和地球化学特征。其中，地热地质研究聚焦热储层、热储盖层及导热通道的空间展布与物性特征，涵盖热储层的岩性、温度、水化学参数，热储盖层的隔热保温效应，断裂对深部热流的疏导作用，同时关注地热开采与回灌的动态平衡及资源可持续性评价；构造控制研究围绕东北旺—小汤山隐伏断裂的存在性、活动性及展布特征展开，并重点剖析南口断裂与黄庄—高丽营断裂的交汇作用对地下热水运移、富集的控制机制；地球化学特征研究则涉及地热水水化学组成、同位素溯源、地热水与第四系高氟地下水的成因关联、地震活动期的水文地球化学响应，以及水岩相互作用与热储温度定量计算等核心内容。
2.1 地热地质
小汤山地热田是北京市最早启动系统性资源评价的地热田。自 1958 年首次圈定约 0.6 km2 范围以来，历经多年勘探与开发，至 2024 年其已探明范围已扩展至 186.42 km2，成为全市开发历史最久、勘查程度最高、开发利用最为成熟的地热田。
（1）热储层
研究区垂向上发育 3 套热储层，自上而下依次为寒武系热储层、蓟县系铁岭组热储层、蓟县系雾迷山组热储层，3 套热储层均为以碳酸盐岩为核心的岩溶裂隙型热储。寒武系热储层含水岩性以寒武系灰岩、泥灰岩为主，热储层平均地温梯度为 1.83℃/100 m，地热水温度范围为42～71℃，水化学类型以 HCO3--Na·Ca 型、HCO3- ·SO42--Na·Ca 型为主，矿化度 530～890 mg/L，pH 值为 7.2～8.2（王泽龙，2007）；蓟县系铁岭组热储层含水岩性以白云岩为主，热储层平均地温梯度为2.16℃/100 m，地热水温度范围为 46～65℃，水化学类型以 HCO3--Na·Ca 型为主，矿化度350～710 mg/L，pH值为7.2～7.5（王泽龙，2007）；蓟县系雾迷山组热储层含水岩性以硅质白云岩为主，热储层平均地温梯度为 1.29℃/100 m，地热水温度范围为 54～70℃，水化学类型以 HCO3--Na·Ca 型为主，矿化度 500～580 mg/L，pH 值为7.0～7.8（王泽龙，2007）。
（2）热储盖层
小汤山地区热储盖层由青白口系、寒武系、奥陶系、侏罗系及第四系地层构成，在黄庄—高丽营断裂与南口断裂的交汇部位，热储盖层厚度达到最大值，可达 2500 m，其顶板温度为 70℃（刘宗明等， 2024）。该热储盖层具有良好的隔热保温效应，且热储层顶板温度随热储盖层厚度的增大而升高。
（3）导热通道
小汤山地区的导热通道以研究区范围内的断裂构造为主，深部热流沿断裂带向上运移，并通过断裂网络进一步扩散。小汤山地区地热资源开发已历经 60 余年，但在开发过程中仍存在诸多问题，核心问题为资源过度开采，且未充分考虑地热流体的回补需求。《地热资源勘查规范》明确规定，地热开采阶段的资源量更新与核算周期应小于 5 a。小汤山地区地热勘查工作始于1956年，开采层位以蓟县系雾迷山组热储层为主，其次为蓟县系铁岭组与寒武系热储层（杨亚军等，2020）；地热资源主要应用于地热供暖、温室种植及温泉康养领域。自20世纪 70 年代初期起，地热资源开采规模逐年扩大，至 20 世纪 80 年代中期，年开采量突破 100×104 m3； 1990—2000年，年均开采量超过300×104 m3（杨亚军等，2020）。2000年起，当地开始实施地热回灌等保护措施，年均净开采量随之逐年递减，至 2005 年已降至 150×104 m3 以下（杨亚军等，2020）。但 2007 年以来，伴随区域经济快速发展，地热温泉资源优势日益凸显，部分单位的地热水需求量持续增长，年开采量回升至 300×104 m3，2013—2016 年年均开采量更是突破360×104 m3（杨亚军等，2020）（图3）。刘凯等（2017）根据地热流体开采程度、地热流体热量潜力模数和最大水位降速这3个指标将小汤山地热田的西部归为超采区，东部归为基本平衡区。地热井年均水位变化与开采量呈正相关关系，即开采量越大，水位降深值越大。
杨亚军等（2020）通过在回灌井中投加碘化钾示踪剂，并在生产井开展不同频率的取样监测，测定碘化钾浓度以开展示踪试验，结合软件模拟获取相关参数，采用专业软件分析示踪数据，获取了 1 号、2号生产井在开采量为200、500、1000 m3 /h、回灌温度 30℃、回灌率 100% 条件下的后期水温变化规律（图4、表1）。该研究指出，在开采-回灌方案合理的前提下，小汤山地区地热资源可实现长期可持续开发，为区域地热资源的合理利用提供了建设性思路。
图4典型地热井开发示意图
表1地热井数值模拟计算结果
2.2 构造控制
小汤山地区地质构造的研究重点集中于两个方面：一是东北旺—小汤山隐伏断裂的展布与活动性，二是小汤山邻近断裂对地下热水运移过程的控制作用。
2.2.1 东北旺—小汤山断裂
东北旺—小汤山断裂位于北京市西北侧，南口—孙河断裂将其分割为两段，东北段称为小汤山断裂，西南段称为东北旺断裂。前人因缺乏可靠的地质证据，对该断裂的存在性、展布走向、延伸长度及活动性均未形成明确认知。北京市地震地质会战专题研究结果表明，该断裂走向为 N22°E、倾向为 SE，结合 1965—1978 年精密水准测量资料，可判定其为一条活动性断裂。王挺梅等（1982）依据清河镇西二里朱房村东侧发现的全新世断层错断汉唐文化层的现象，将其认定为全新世活动性断裂。徐锡伟等（2002）则依据地形地貌、第四系厚度变化及现代地震活动等资料，将其确定为一条北起小汤山、南至颐和园、走向 N30°～40°E、长度 24 km 的隐伏断裂。华金玉等（2005）在研究1730年北京西郊6½级地震发震构造时，将其命名为青龙桥—七里渠断层，该断层南起青龙桥南侧，向东北延伸至七里渠一带，全长约 15 km，走向 NNE；东北旺以南段倾向西，唐家岭段倾向东，往北则转为西倾，倾角为70°～90°。陈绍绪等（2003）利用中国地震局第一地形变监测中心 1983年、1988年、1992年的精密水准测量数据，推断断裂两侧存在形变速率差异；同时结合地壳形变测量资料，推测该断裂已延伸至模式口一带。
环文林（1996）对 1730 年北京西郊发生的里氏 6½级地震开展研究，推测该地震与 NE向清河隐伏断层相关；徐锡伟等（2002）则提出，此次地震的发生与东北旺 — 小汤山断裂密切相关。汪素云等 （1995）依据1979年1月—1992年3月的微震观测资料发现，该次地震极震区内存在一条微震震中密集带，其展布走向与极震区一致，且与东北旺—小汤山隐伏断层的走向相吻合。何仲太等（2009）通过第四系等厚图与物探资料，推测东北旺—小汤山断裂的存在，并借助钻孔联合剖面予以证实。其中，小汤山断裂走向NNE、倾向SE，为东盘下降、西盘上升的正断层。该断裂全长 15 km，基于释光测年结果，其最新活动时代为早更新世，中更新世以来未再发生活动性活动。
综上所述，小汤山地区的东北旺—小汤山断裂确属客观存在，且存在近百年尺度的活动性证据，这对于小汤山地热资源的保护及未来地震灾害的防控具有重要指导意义。
2.2.2 南口断裂与黄庄—高丽营断裂对地下热水运移的控制作用
小汤山地处活动性较强的黄庄—高丽营断裂 （北段）与南口断裂（北段）的交汇部位，同时也是地热资源开发程度相对较高的区域。黄庄—高丽营断裂为北京地区的隐伏断裂，北起怀柔庙城，向西南延伸至房山南部，走向 NNE-NE，倾向 SE，倾角 55°～75°，全长 100 km。该断裂发育于早白垩世初期，在新生代时期控制北京坳陷西界，其中北段为全新世活动性断裂。南口断裂亦为一条隐伏断裂，西起南口，向东南延伸至孙河镇东北侧，总体走向为55°W，全长58 km，由一系列NWW向次级断裂呈右阶斜列展布而成。江娃利等（2001）研究发现，该断裂在全新世期间曾发生 3 次古地震事件，最新一次事件距今 3987～3670 年。张世民等（2007）通过钻孔联合剖面分析发现，该断裂存在3个活跃期次，分别为60～47 kaBP、36～28 kaBP及16 kaBP至今。
小汤山地热田位于南口断裂与黄庄—高丽营断裂交汇部位以北，其西南侧以南口断裂为界与沙河地热田相邻，东南侧以黄庄—高丽营断裂为界与后沙峪地热田相邻。热田内还发育多条形成于燕山期的次级断裂；同时，多年的地质调查工作证实，活动性深大断裂可将深部热源传导至浅部，进而形成小汤山地热田的地热异常（陈墨香，1988；曾瑞祥等， 2002；张道富和张进平，2002；Zhou et al.，2004；吕金波等，2006；王泽龙等，2007）。地球物理勘探与地热钻井资料证实，热田内发育多条断裂，主要包括阿苏卫—小汤山断裂、后牛坊—小汤山镇断裂、大柳树— 葫芦河断裂、常兴庄—后蔺沟断裂、电信疗养院—后蔺沟断裂、于家坟断裂、尚信断裂及葫芦河北断裂； 热田的边界断裂为南口断裂与黄庄—高丽营断裂。
前人研究表明，地下热水对断裂具有弱化作用，对于同一组断裂而言，地下热水的参与程度越高，其对断裂的弱化效应越显著。中国地震台网 2009 年、2011 年的监测数据显示，小汤山邻近南口断裂带的地震活动频次更高，高于黄庄—高丽营断裂附近的地震活动频次。同时，南口断裂带的地温相对较低，而黄庄—高丽营断裂附近的地温则高于南口断裂带（柯柏林，2009）（图5）。由此可见，活动断裂带内地震活动频次较低的区域，通常地下热水的参与程度更高、地温值更高，此类区域为地下热水的易富集区，亦是地下热水运移的主要通道。
地热资源分布与断裂构造之间的关联性，对于地热资源的勘探具有重要指导意义，可为未来热田范围的拓展及地热资源的进一步探明提供重要参考。
2.3 地球化学特征
小汤山地区地热系统的地球化学研究主要聚焦于5个方向，分别为地热水化学特征、同位素水文溯源、地热水与氟元素的成因关联、地震活动的水文地球化学响应及水岩相互作用与热储温度定量计算。
2.3.1 小汤山地区地热水水化学特征
综合前人研究成果，小汤山地区地热水阳离子以 Na+、Ca2+ 为主，Mg2+、K+ 次之；阴离子以 HCO3- 为主，SO42-、Cl-次之（潘小平和王治，1999；吕金波等， 2006；Zhou et al.，2008）。该区域地热水富含 F-、 H2SiO3、Ra、Rn及 Li、Sr、Ba等微量元素，具备显著的医疗康养价值（潘小平和王治，1999；Zhou et al.， 2008；刘宗明等，2024）。地热水矿化度（TDS）为 408～890 mg/L，属于低矿化水；pH 值介于 6.67～7.8，整体呈弱碱性特征（陈叔海等，1984；潘小平和王治，1999；Zhou et al.，2008）。
不同热储层地热水的水化学特征存在一定差异，该差异是热储层水岩相互作用达到平衡状态的直接体现。小汤山地区北部补给区地下水水化学类型为 HCO3--Ca 型，接近冷水补给端（潘小平和王治，1999）；中部核心区地热水补给来源为蓟县系雾迷山组与铁岭组热储层，水化学类型以 HCO3--Ca· Na 型为主，是热储层水岩作用达到平衡的产物（潘小平和王治，1999；吕金波等，2006）；南部补给区地热水源于侏罗系下覆的寒武系—奥陶系地层，水化学类型为 HCO3- ·SO42--Na·Ca 型，由于运移过程中溶解沿途石膏透镜体，导致热水中SO42- 含量升高。
同时，地热资源的长期开采破坏了系统原本的水化学平衡状态，导致地热水化学组成随开采时间延长而发生小幅变化。HCO3-、Ca2+ 浓度、TDS 值及水的硬度均呈上升趋势（如 HCO3- 浓度从 1957年的 203.6 mg/L 增至 2005年的 293 mg/L）；而 pH 值从 7.6 降至 6.67，这一现象可能与地热开采后碳酸盐矿物溶解作用增强密切相关（潘小平和王治，1999；Zhou et al.，2008）。同理，F-含量因 Ca2+ 浓度升高而降低 （从6.4 mg/L降至6.0 mg/L）；SO42- 含量则随氧化作用减弱而减少（潘小平和王治，1999；Zhou et al.， 2008）。钾镁温标、石英温标数值随开采时间延长呈规律性下降（钾镁温标从 20 世纪 80 年代的 77.5℃降至 20 世纪 90 年代的 70.2℃），这一趋势反映了凉水补给量持续增加，同时也表明若继续过度开采，地热系统将面临“冷化”风险（潘小平和王治， 1999）。
2.3.2 同位素地球化学特征与水文过程溯源
前人研究证实，小汤山地热水的 δD（-7～-73.1‰）、δ18O（-10.1～-10.56‰）数据均落于全球克雷格大气降水线及北京本地大气降水线附近，仅存在轻微氧漂移现象，这表明地热水起源于大气降水（潘小平和王治，1999；吕金波等，2006；Zhou et al.，2008；刘祥等，2024）。同时，利用北京地区 δD （-3.0‰/100 m）、δ18O（-0.25‰/100 m）的高程梯度计算可得，地热水补给区位于温泉北侧7～15 km的十三陵山区，高程介于 419～547 m，与实际高程 （435～530 m）基本吻合（潘小平和王治，1999；吕金波等，2006；Zhou et al.，2008；刘祥等，2024）（图6）。
14C 定年法是地下水年龄测定中最可靠的方法之一（Phillips et al.，1989；罗朋志等，2026），小汤山地热水的14C 测年结果显示，地热水年龄介于 2.4～3.8 万 a，且年龄值呈现北小南大的空间分布规律；同时3 H含量表现为北高南低的分布趋势，这从侧面佐证了地热水由北部山区向南部平原运移的径流路径（潘小平和王治，1999；吕金波等，2006）。通过地温梯度（3℃/100 m）计算可得，地热水循环深度约为 1356 m；同时利用 Ra-Rn 同位素法估算可知，地热水深部循环时间约为224 a，这表明地热系统深部流体循环速率相对缓慢（Zhou et al.，2008）。
图6小汤山地区地热田大气降水，地下冷水，地下热水的 δD-δ18O关系
2.3.3 地热系统与第四系高氟地下水的地球化学关联
刘宗明等（2024）的研究首次系统揭示了小汤山地区地热水高氟特征与第四系深层地下水氟超标之间的成因联系，填补了前人在地热-地下水相互作用研究方面的空白。小汤山地热水中的氟离子主要来源于雾迷山组白云岩，地热水与围岩（白云岩中的含氟矿物）发生水岩反应，促使氟元素溶解析出，进而形成高氟地热水（氟化物含量为4.20～7.60 mg/L，远高于1.0 mg/L的饮用水标准限值）。
小汤山地处复式背斜核部，第四系与热储层直接接触，为地下水与地热水的混合作用提供了物质基础与空间条件；同时，背斜核部受构造应力作用发育大量张性断裂，且第四系盖层结构相对松散，促使地热水在此汇聚上涌并与第四系地下水发生混合，氟化物随混合作用垂向运移，呈现出垂向浓度递减、平面扇状展布的分布特征（刘宗明等， 2024）。
2.3.4 地震活动期的水文地球化学响应
陈叔海等（1984）与王基华等（1992）聚焦于地震活动期小汤山温泉的水文地球化学效应，通过长期野外观测与室内模拟实验，得出如下结论。H2的正常背景值为1×10-6～2×10-6，地震前其含量异常幅度可达背景值的 60～90 倍，且该指标对 300 km 范围内≥4.0级地震的响应最为灵敏，是表征地震活动的有效地球化学指标（王基华等，1992）；同理，甲烷含量亦会随地震活动的发生而产生变化（但甲烷背景值具有明显的季节变化特征，表现为冬季高、夏季低的规律）（王基华等，1992）；电导率亦可作为地震监测的潜在指标，1990 年小汤山 3.8 级地震发生前2个月内，区域地热水电导率打破逐年下降趋势，出现显著上升的异常变化（王基华等，1992）；Ca2+、 SO42-浓度在地震发生后的变化率可达 12.8%～15%，远高于正常波动范围（陈叔海等，1984）。
陈叔海等（1984）通过室内实验研究发现：在围岩-矿水-Ar 体系中，当压力升高时，Ca2+、Mg2+、 HCO3- 含量低于背景值，这是由于 Ar 挤压 CO2导致碳酸盐矿物沉淀所致；在围岩-矿水-CO2体系中，压力升高促使 CO2加速白云岩溶解，导致 Ca2+、Mg2+、 HCO3- 含量高于背景值，这与地震前观测到的离子浓度变化规律一致。
2.3.5 水岩相互作用与热储温度计算
水岩平衡计算与地球化学温标是量化小汤山地热储层特征的核心技术手段（潘小平和王治， 1999；吕金波等，2006；Zhou et al.，2008）。潘小平和王治（1999）利用WATCH3程序计算得出，小汤山地区热储层中石英矿物普遍达到溶解平衡状态，证实石英温标适用于该区域热储温度计算（Liao et al.， 2021；王路瑶等，2026）；Zhou et al.（2008）通过玉髓温标计算得出热储温度约为49℃，略低于温泉实测温度52℃，这一差异反映了温泉水存在凉水混入现象（卢玲敏等，2025）。
潘小平和王治（1999）、吕金波等（2006）通过钾镁温标计算得出，区域热储温度介于 65～78℃，与地热井出水温度（54～70℃）较为接近；且温标数值随开采时间延长呈持续下降趋势，这表明热储层存在凉水混入问题。
3 未来展望
为深化对京北小汤山地热系统的科学认知，并解决当前开发中面临的核心挑战，未来研究应在巩固现有成果的基础上，向更精细、更集成、更具预测性的方向推进。具体而言，可在以下 3 个关键领域展开重点攻关：
（1）深化地球化学过程研究，构建资源-环境协同管理模型。
针对地热水化学演化、氟富集机制及资源衰减风险，未来研究需从静态描述迈向动态过程模拟与预测，主要包括：①高氟地下水成因与治理。需在前人揭示的“地热上涌-第四系水混合”模式基础上，进一步量化氟在固-液界面上的迁移转化通量。重点开展室内柱实验与场地尺度示踪，明确水岩反应速率、温度效应及微生物作用对氟活化的贡献，为制定精准的原位修复或阻隔技术提供理论依据，从根本上保障区域饮用水安全。②地热系统演化趋势预测。应建立长期、高频次的地热水化学与同位素监测网络。利用地球化学模拟软件（如 PHREEQC）与机器学习方法，整合开采历史数据，反演水岩相互作用的动力学路径，预测在不同开采-回灌情景下，热储温度、矿物饱和度及水质（如Ca2+、 SO42-、SiO2）的长期演化趋势，预警“地热冷化”风险，为资源可持续开发划定科学阈值。
（2）优化资源评价与开发技术，实现地热系统智能化调控。
为应对资源超采与利用效率不高的现状，未来研究需融合多源数据，发展智能化管理工具，主要包括：①精细化资源评价与动态模拟。应在现有储层模型基础上，集成高分辨率地球物理勘探（如微震、CSAMT）与生产数据，刻画断裂网络的空间展布及其对流体运移的控制作用。利用 TOUGH2 等数值模拟软件，构建非均质热储模型，对多种开采-回灌方案（如不同井位、流量、温度）进行模拟优化，确定既能维持储层压力又能最大化热能提取的最佳回灌策略与布井方案。②梯级综合利用模式创新。突破单一的温泉利用模式，开展地热能“温度对口、梯级利用”的技术经济评价研究。例如，研究高温段（>60℃）直接利用后，中低温段（40～60℃）用于温室供暖、水产养殖，尾水（<40℃）用于土壤加温或生态补水的全链条技术可行性与经济性，编制区域地热综合利用规划，提升整体能效。
李根生等（2024）针对地热开发智能化技术应用这一问题，构建了热储智能表征、热储动态智能仿真、开发方案智能优化、地热开发智能管理四大智能化应用场景，系统分析了在不同场景下技术研究的现状与挑战，并提出了智慧地热田系统的完整构建方案，明确了多模块通过数据交互实现协同运行。但是目前该技术处于探索阶段，存在着成本高、数据融合困难、动态约束实现难度大等问题。
（3）加强多圈层耦合监测，拓展地球科学服务防灾减灾新途径。
小汤山独特的构造位置与活跃的深部流体活动，使其成为研究流体-岩石相互作用与地震前兆的天然实验室，主要可开展以下研究：①地震水文地球化学前兆机理研究。需在前人发现H2、CH4、电导率等参数震前异常的基础上，建立涵盖更多指标 （如He/Ar比值、稀土元素分异）的自动化、实时监测系统。结合区域构造应力场模拟与岩石力学实验，深入揭示应力加载-微裂隙产生-流体响应-化学组份释放的链式机理，明确不同组分的异常灵敏度、时空特征与地震三要素（震级、时间、地点）的量化关系，推动从经验观测向物理机制预测的跨越。② 断裂带流体-热-力耦合观测。以小汤山地区南口断裂、黄庄—高丽营断裂等为主要对象，布设跨断裂的地球化学与地球物理综合观测剖面。通过长期观测，研究断裂带作为流体通道与屏障的双重角色，分析流体活动对断裂带力学性质（弱化或强化） 的影响，不仅服务于地震预测探索，也为评估地热开发是否可能诱发微震活动提供科学依据。
Nori et al.（2025）针对地热田诱发微地震中小震级、低信噪比、数据缺失、地下地质异质性强等核心问题，开发了波场修复、生成式波场模拟、震相拾取、地震聚类四大机器学习技术体系，并在美国三大典型地热田（犹他州 Cape Modern 地热田、加州 The Geysers 地热田、犹他州 Utah FORGE 地热田）完成验证，有效提升了微地震数据重构、波场合成、震相识别与裂隙机制解析的精度和效率。综上所述，小汤山地热田系统的研究和开发，旨在为小汤山地热资源的科学管理、高效利用与可持续发展提供新思路、新方法，也为同类型的其它地热田的开发与产学研融合提供借鉴。
4 结论
小汤山地热田作为北京市勘查程度最高、开发历史最悠久的地热田，其热储层主要为蓟县系碳酸盐岩，受南口断裂等区域构造控制，地热水补给来源以大气降水为主。目前该地热田存在地热水高氟异常、热储冷化等资源演化问题，同时面临资源过度开采与产业转型的双重挑战。针对上述问题，结合地热资源可持续利用核心目标，未来需进一步优化研究思路与开发技术路径；深化地热田地球化学演化过程研究，优化资源开发利用技术，强化多圈层耦合监测体系建设，实现地热资源的科学管控与可持续开发，为同类中低温地热田的开发利用提供理论参考与技术支撑。