磁法勘探在圈定煤田自燃區及在煤田地質勘察中的應用研究

張躍彬

摘要：隨著經濟對資源需求的不斷增加和找礦難度的加大，磁法在礦產勘探中變得越來越重要。本文介紹了磁法勘探原理，分析了如何運用磁法確定煤田自燃邊界的技術原理、工作方法，并研究了中心回線瞬變電磁法在煤田地質勘察中的應用。

關鍵詞：資源；磁法勘探；瞬變電磁法； 煤田地質勘察

1引言

煤炭是我國的主體能源，是我國能源安全的基石，在國民經濟中具有重要的戰略地位。在新的歷史條件下，以科學發展觀統領煤炭地質工作全局，按照構建新型煤炭工業體系的要求，加強加快煤炭資源勘查，是提高我國煤炭資源保障程度、緩解煤炭供需矛盾、促進煤炭工業可持續發展的重要措施，也是構建資源節約型、環境友好型社會的必然要求。作為煤田地質勘測工作者，我們有責任對勘探新技術和新方法進行分析和研究。筆者結合多年的實際工作經驗對磁法勘探技術進行了介紹，并重點分析了中心回線瞬變電磁法在煤田地質勘察中的應用。

2磁法勘探概述

磁法勘探是地球物理勘探方法之一。自然界的巖石和礦石具有不同磁性,可以產生各不相同的磁場,它使地球磁場在局部地區發生變化,出現地磁異常。利用儀器發現和研究這些磁異常,進而尋找磁性礦體和研究地質構造的方法稱為磁法勘探。磁法勘探是常用的地球物理勘探方法之一。它包括地面、航空、海洋磁法勘探及井中磁測等。磁法勘探主要用來尋找和勘探有關礦產；進行地質填圖；研究與油氣有關的地質構造及大地構造等問題。

3運用磁法圈定煤田自燃邊界

在煤田地質勘探中,煤層自燃區直接影響資源量的計算和井田邊界的劃分,故在煤田地質勘探中查明煤層自燃邊界范圍就顯得尤為重要。

3.1 工作原理

由鐵磁性物質的剩磁理論知,巖石燒變后所獲磁性的強弱,與煤層自燃時燃燒程度及其對巖石的烘烤溫度的高低有關。煤層自燃時,巖石所獲溫度愈接近居里點,冷卻后,燒變巖所保留的熱剩磁場就愈強；反之則愈弱。煤層的頂底板巖石中含有大量的黃鐵礦及菱鐵礦結核,但其磁性微弱,磁化率(K)常見值一般很小；當煤層自燃后,煤層頂板巖石受到高溫烘烤(發生物理化學變化),受熱變質,從而形成含鐵磁性礦物的燒變巖。溫度降低后,就保留較強的熱剩磁,其磁化率(K)和剩余磁化強度(Jr)的常見值一般為燒變前的幾倍至幾十倍,從而形成了明顯的磁性差異。實測磁異常曲線上表現為:正常含煤區磁場背景平穩,而自燃區則可測到明顯磁異常。

3.2 野外觀測方法

磁法野外觀測,每天始于基點,終于基點。磁法生產使用儀器為G-856型高精度數字式質子磁力儀,該儀器有自動存貯數據的功能。基點觀測記錄兩次,測點記錄一次。外業記錄本中僅記錄測線點號與儀器存儲號的對應關系及測點附近的地形、地物、燒變巖出露等情況。在野外觀測中,操作員對有懷疑的點,如異常和背景不足的線均進行了補測追蹤,以保證觀測質量及磁異常的完整。

3.3 數據處理與分析

3.3.1 數據處理

室內對磁測野外原始觀測數據均進行了各項改正,包括日變改正、緯向梯度改正和區域場改正等。(若磁測曲線為強磁異常,則可略去小于2nT的垂向梯改)。將G-856儀器中的數據通訊輸入計算機,用磁法數據處理程序將觀測數據進行各項改正,處理結束后,打印出剖面曲線、計算參數表和日變曲線。資料處理及制圖均采用程序數字處理,基本無人為誤差,精度高,工作及時,提高了工作效率。

3.3.2 數據分析

首先對磁測曲線進行歸納,剔除干擾異常,再對有用磁異常進行分類解釋。地表磁干擾主要為農房、高壓線、地表燒變巖碎塊等。實測ΔT曲線上表現為單點或很窄的尖峰高頻異常,易與煤層自燃區磁異常區分。根據工作經驗,正常煤層從自燃到熄滅過程中,存在著一個熄滅帶,該熄滅帶自燒程度相對降低,相應的燒變巖磁性亦弱,在解釋時,一般是將燒變巖近似地等效為以煤層底板為界的近似半無限水平斜臺階狀磁性體,因熄滅帶的磁性較弱,故實際解釋煤層自燃邊界位置應由理論解釋點向未燒區偏移,偏移量要視磁異常形態而定。解釋工作在分析剖面異常特征點的基礎上,進行平面曲線類比,結合二維組合棱柱正反演解釋擬合及鉆孔、地面調查等資料進行綜合對比分析,從已知到未知,反復研究異常特征點與煤層自燃邊界的對應關系。對不規則異常和幅值較小的異常段,主要結合異常平面分布規律進行推斷。

4中心回線瞬變電磁法在煤田地質勘察的應用

4.1方法簡介

瞬變電磁測深法(TEM)是近二十幾年來迅速發展起來的一種新的電磁測深方法。由于該方法具有探測深度大、對地層分辨能力高、受旁側影響或體積效應小,以及工效高、成本低等特點,因而在尋找油氣田、煤田、有色金屬礦、地熱田、地下水以及地質構造研究等方面取得了引人注目的成果。中心回線瞬變電磁法的基本原理是利用不接地回線線源向地下發送一次脈沖磁場,在一次脈沖磁場的間歇期間,采用不接地線圈(或接頭)以一定的采樣率接收感應二次磁場。該二次磁場是由地下地質體受到一次磁場激勵后在其內部形成的感應渦流產生。隨地質體導電性能及空間賦存位置的不同,感應渦流衰變的規律也有所不同,通過分析和研究二次磁場的時空變化特征計算視電阻率,進而對視電阻率反演計算,獲得不同深度的視電阻率,形成地下電性結構剖面達到解決地質問題的目的。由于早期信號反映淺部地電特性,晚期信號反映較深部地電斷面,這就可以達到探測的目的。

4.2 方法實踐-以某地區煤田地質勘查為例

4.2.1 找煤模式和方法的有效性分析

在確定工區的基本情況后，再分析工區的地電特征和電磁資料,初步認識本區的找煤模式:①煤層的發育與一定的地質構造和環境有關。②解釋上以瞬變的反演結果確定地層、基底。應用地質、鉆探資料標定物探層位,從已知到未知推斷解釋。③確定低阻分布特征,確定異常體的性質。④密切注意電性橫向變化規律,結合盆地相帶變化特點,確定電性橫向變化與巖相關系。瞬變電磁測深方法是通過探測低阻異常,根據異常所處的具體構造部位,間接尋找目標物(煤系地層)。工區雖靠近城區,外來電磁噪聲干擾有影響,但從V8觀測系統及方法,采用25Hz、8.33Hz兩個頻率觀測的結果看,重復采集、相互彌補、多次疊加,干擾基本上影響很小。探測目標與上下巖層之間的電性差異較大,目標物的規模較大,埋深較小,易于分辨。與其他方法相比采用瞬變電磁測深方法探測更為有效。

4.2.2 工作布置

對勘查區進行瞬變電磁測深,點距100m,線距2000m,物理點1000個,共布設剖面0、2、4、6、8計5條。野外施測過程中,根據實際進展,針對次級盆地的獨立性、低阻的分布,調整了工作部署:①前期以主要完成0、2、4、6、8測線,初步摸清低阻的大致分布范圍。②前期低阻分布摸清以后,根據初步資料,有目的的在南部、東北部實施加密,增加了3、5、7測線。③測線線距1000-2000m,根據實際情況,點距100-200m不等。

4.2.3 資料處理

資料處理與解釋主要用YUTEM資料處理一解釋系統。由于求取的虛擬全區視電阻率曲線消除了場源的影響,具有平面電磁波的性質,可進行類MT方式進行反演。根據MT中的周期T和TEM中的延遲時間t相對等的簡單關系:

T≈t/0.194

可將"虛擬全區視電阻率"曲線近似看作MT的視電阻率曲線,進而對瞬變電磁測深的資料作類似于MT的Bostick一維近似反演。

精確的一維反演采用以"虛擬全區視電阻率"為反演過程中的擬合目標函數,它根據"虛擬全區視電阻率"的觀測值和反演結果正演計算的擬合情況,來調整電性層的電性和幾何參數。選個時間點的數據,以一維Bostick反演的結果作為初始模型,將地下電性層劃分為層,根據正演結果和觀測值的差異逐層修正電阻率和厚度,并且循環進行。不同于大地電磁測深法(MT),TEM的反演時間較長,主要是因為在反演迭代過程中TEM的正演計算時間比頻率域方法要長很多。由于采用對稱方形的小偏移距的線框作為發射源,并且是在中心點上采集時間序列的衰減信號,因此,它更類似于自激自收的垂向測深法。在這種情形下,一維反演結果具有很高的精確性。

參考文獻

[1]朱曉穎，磁法在煤火探測中的應用，物探與化探，2007.

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