苗辰若+陳曉冬

【摘 要】根據(jù)煤層自燃后底頂板巖石的熱剩磁而產(chǎn)生的這一定強(qiáng)度磁異常特征，通過(guò)地面高精度磁測(cè)工作，并對(duì)地面磁異常剖面進(jìn)行反演，同時(shí)結(jié)合地質(zhì)、露頭調(diào)查等資料綜合分析，達(dá)到圈定煤層自燃邊界的目的。

【關(guān)鍵詞】高精度磁測(cè)；煤田；火燒區(qū)

【Abstract】According to the spontaneous combustion of coal seam of bottom roof rock after thermoremanence and produce the magnetic anomaly characteristics of a certain intensity， through the ground high-precision magnetic measurement work， and on the inversion of the ground magnetic anomaly profile，at the same time， combined with the comprehensive analysis of geological outcrop survey data，to delineate the purpose for the boundaries of coal seam spontaneous combustion.

【Key words】High-precision magnetic measurement；Coalfield；Burned area

在煤田勘探中，常常會(huì)遇到可采煤層自燃現(xiàn)象，煤層自燃不但造成大量煤炭資源的經(jīng)濟(jì)損失，而且直接影響了勘探儲(chǔ)量的準(zhǔn)確估算，故在煤田勘探中查明并確定煤田火燒區(qū)域顯得尤為重要。近年來(lái)結(jié)合煤層自燃條件下的礦區(qū)地質(zhì)特征，應(yīng)用高精度磁測(cè)方法在圈定煤田火燒區(qū)取得較好效果。

1 火燒區(qū)高精度磁測(cè)的基本原理

在煤層自燃過(guò)程中，煤層及圍巖中鐵、磷等物質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)變化，煤層頂?shù)装咫S著煤層燃燒以后溫度的降低，冷卻以后形成燒變巖，燒變巖溫度降低后保留了較強(qiáng)的熱剩磁，其燒變巖和正常圍巖具有了明顯的磁性差異，再結(jié)合具體的地質(zhì)資料，來(lái)解決煤層自燃后火燒范圍的[1]。

煤層自燃后地表觀測(cè)到的磁場(chǎng)特征如圖1所示。

2 測(cè)區(qū)地質(zhì)特征

2.1 三疊系中-上統(tǒng)小泉溝群（T2-3xq）

測(cè)區(qū)未出露，上部為淺灰、淺褐黃色粉砂巖、砂巖、灰色泥巖、薄層狀，夾薄層礫巖，含炭屑；中部為淺灰，淺褐黃色砂巖、砂礫巖、粉砂巖夾炭質(zhì)泥巖，見(jiàn)疊錐狀泥灰?guī)r；下部以紫紅色、暗紅色泥巖和粉砂巖為主，夾黃綠色、褐黃色砂巖及砂礫巖層。

2.2 侏羅系下統(tǒng)八道灣組（J1b）

在測(cè)區(qū)北部零星出露，是本區(qū)主要含煤地層，底部為厚灰白色砂礫巖、含褐紅色、暗紅色泥質(zhì)斑塊，礫石分選性好。

2.3 侏羅系下統(tǒng)三工河組（J1s）

在測(cè)區(qū)西北部出露，為本區(qū)含煤地層，上部以灰綠色、淺灰色粉砂巖為主，夾少量厚層狀細(xì)砂巖和中砂巖，含煤層，中部為黃褐色、褐黃色粉砂巖和泥巖，夾數(shù)層的菱鐵礦薄層，下部以淺灰色中砂巖為主，局部相變?yōu)楹[中砂巖，含局部可采煤層1～5層，編號(hào)為13～17號(hào)煤，其中13為主要可采煤層，是煤田很好的標(biāo)志層，底界為褐黃色厚層狀中砂巖。

2.4 侏羅系中統(tǒng)西山窯組（J2x）

測(cè)區(qū)內(nèi)無(wú)出露，為本區(qū)含煤地層，底部為灰白色—淺褐黃色礫巖中下部由淺灰色、灰白色中細(xì)砂巖、粉砂巖組成，厚約近百m不含煤，中、上部由灰色粉砂巖、泥巖、煤層及炭質(zhì)泥巖組成，含煤3～7層。

2.5 新近系（N）

在測(cè)區(qū)南部有小面積出露，底部為厚層狀褐色礫巖，礫石成份以石英為主。

2.6 第四系（Q）

沖洪積物，成分為礫石、砂、亞砂土，礫石成分為火山巖碎屑。

侏羅系為本測(cè)區(qū)主要含煤地層。構(gòu)造為背斜西翹，向東傾沒(méi)，南翼被下第三系不整合所復(fù)，并繼承褶皺。由于煤層頂?shù)装逯械蔫F質(zhì)多是鐵的氧化物，隨著燒變巖的形成它們大部分轉(zhuǎn)換為磁性礦物。根據(jù)燒變巖熱剩磁特征，利用磁測(cè)方法可以發(fā)揮其作用，進(jìn)而確定煤層自燃區(qū)域，劃定的火燒邊界。

3 測(cè)區(qū)磁性參數(shù)特征

對(duì)測(cè)區(qū)出露地表得到的燒變巖、砂巖、砂泥巖進(jìn)行磁參數(shù)測(cè)定，所測(cè)磁性參數(shù)見(jiàn)表1。熔融帶（相當(dāng)于煤層自燃位置）燒變巖磁性最大，K平均值為253×10-5SI，次為上下烘烤帶，磁性影響較弱，圍巖系沉積巖屬弱磁性。

4 野外數(shù)據(jù)采集與處理

儀器采用加拿大產(chǎn)的GSM-19T磁測(cè)儀器，儀器在開工前后進(jìn)行噪聲水平測(cè)定、探頭一致性、主機(jī)一致性、觀測(cè)誤差測(cè)定、系統(tǒng)觀測(cè)誤差試驗(yàn)，試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

野外測(cè)點(diǎn)觀測(cè)時(shí)要減小地面不均勻磁性的隨機(jī)干擾，要求所有工作人員工作過(guò)程中全身“去磁”，磁測(cè)干擾較強(qiáng)區(qū)域，如大型建筑物、村鎮(zhèn)、高壓線等，可適當(dāng)偏移設(shè)計(jì)點(diǎn)位。

質(zhì)量檢查按照同點(diǎn)位、不同儀器、不同人員、不同日期的“一同三不同”方法對(duì)測(cè)地工作和磁測(cè)進(jìn)行了質(zhì)量檢查，測(cè)地工作平面精度、高程精度和磁測(cè)精度均滿足要求。磁測(cè)實(shí)達(dá)總精度和各項(xiàng)分精度均符合要求，說(shuō)明野外觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。

數(shù)據(jù)處理包括日常資料整理、日變改正、高程改正、基點(diǎn)改正和異常計(jì)算等。

5 推斷解釋

1）剖面平面圖（圖2）結(jié)合測(cè)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)地物和地質(zhì)調(diào)查成果，測(cè)區(qū)中部及中北部區(qū)域正負(fù)異常變化大（A-I區(qū)），其主要磁源為煤層燒變巖；其余區(qū)域變化相對(duì)較小，其以背景場(chǎng)值為主，其磁源為第四系和侏羅系沉積巖系。

2）本次磁測(cè)在ΔT異常區(qū)布置了多條精測(cè)剖面，其通過(guò)異常的正負(fù)極值點(diǎn)。從圖3可見(jiàn)，反演剖面ΔT反演曲線形態(tài)中火燒區(qū)呈明顯的相互伴生的正負(fù)異常，正異常幅度最高達(dá)700nT，負(fù)異常幅度最低達(dá)-400nT，從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查看，本區(qū)域數(shù)條精測(cè)剖面區(qū)域有明顯火燒痕跡，呈現(xiàn)紅褐色（磚紅色），其中有35、42線精測(cè)剖面求導(dǎo)曲線表現(xiàn)為多峰特征。圖中剖面ΔT曲線均為中部偏北負(fù)異常強(qiáng)，中部正異常強(qiáng)，且梯度變化大，南部北部曲線均接近0值。

3）主要磁異常主要集中在A-I區(qū)，該區(qū)共圈定磁異常6個(gè)，ΔT變化范圍-800-1000nT。異常多分布在中部、中部偏東、中部偏北區(qū)域，編號(hào)為M-1～M-6（見(jiàn)圖4），走向?yàn)楸蔽髂蠔|方向。該磁異常區(qū)域內(nèi)，有多處負(fù)磁異常點(diǎn)，推斷為由于燒變巖層出露地表后，經(jīng)剝蝕風(fēng)化后形成第四系所引起。

該區(qū)中東部、中北部燒變巖埋藏較淺且磁性較強(qiáng)。由精確測(cè)線剖面反演示意圖可得，中部埋藏較深且磁性較強(qiáng)，說(shuō)明該處磁性異常較為集中，其余異常埋藏較淺。通過(guò)對(duì)磁異常區(qū)做上延 （見(jiàn)圖5）處理，可以看出磁異常整體上較弱，其中M-4異常較強(qiáng)，說(shuō)明M-4處埋藏較深。異常區(qū)內(nèi)多有多處燒變巖出露，多數(shù)露頭區(qū)ΔT值較高。綜合各因素，根據(jù)磁異常等值線圖、上延100米垂向二階導(dǎo)數(shù)平面等值線圖對(duì)比分析圈定該區(qū)火燒區(qū)邊界。

6 結(jié)論

1）通過(guò)對(duì)測(cè)區(qū)物性標(biāo)本測(cè)定，說(shuō)明測(cè)區(qū)煤層自燃后所形成的燒變巖與周圍圍巖之間有明顯的磁性差異，具備了用磁法圈定煤層自燃邊界的地球物理前提。

2）通過(guò)磁測(cè)成果分析，結(jié)合地質(zhì)、露頭調(diào)查，經(jīng)過(guò)鉆孔驗(yàn)證，基本圈定了測(cè)區(qū)內(nèi)火燒區(qū)的范圍。煤層火燒區(qū)主要分布于侏羅系中統(tǒng)西山窯組含煤地層，總體近北東南西走向。

3）利用高精度磁測(cè)方法，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查，是圈定煤田火燒區(qū)邊界的一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和有效的方法。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳小龍.高精度磁測(cè)在陜北煤田火燒區(qū)的應(yīng)用[J].陜西地質(zhì)，2013，12（2）.

[責(zé)任編輯：田吉捷]