高精度磁測在圈定煤田火燒區域中的應用

苗辰若+陳曉冬

【摘 要】根據煤層自燃后底頂板巖石的熱剩磁而產生的這一定強度磁異常特征，通過地面高精度磁測工作，并對地面磁異常剖面進行反演，同時結合地質、露頭調查等資料綜合分析，達到圈定煤層自燃邊界的目的。

【關鍵詞】高精度磁測；煤田；火燒區

【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，常常會遇到可采煤層自燃現象，煤層自燃不但造成大量煤炭資源的經濟損失，而且直接影響了勘探儲量的準確估算，故在煤田勘探中查明并確定煤田火燒區域顯得尤為重要。近年來結合煤層自燃條件下的礦區地質特征，應用高精度磁測方法在圈定煤田火燒區取得較好效果。

1 火燒區高精度磁測的基本原理

在煤層自燃過程中，煤層及圍巖中鐵、磷等物質發生復雜的化學變化，煤層頂底板隨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，再結合具體的地質資料，來解決煤層自燃后火燒范圍的[1]。

煤層自燃后地表觀測到的磁場特征如圖1所示。

2 測區地質特征

2.1 三疊系中-上統小泉溝群（T2-3xq）

測區未出露，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、粉砂巖夾炭質泥巖，見疊錐狀泥灰巖；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 侏羅系下統八道灣組（J1b）

在測區北部零星出露，是本區主要含煤地層，底部為厚灰白色砂礫巖、含褐紅色、暗紅色泥質斑塊，礫石分選性好。

2.3 侏羅系下統三工河組（J1s）

在測區西北部出露，為本區含煤地層，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，夾數層的菱鐵礦薄層，下部以淺灰色中砂巖為主，局部相變為含礫中砂巖，含局部可采煤層1～5層，編號為13～17號煤，其中13為主要可采煤層，是煤田很好的標志層，底界為褐黃色厚層狀中砂巖。

2.4 侏羅系中統西山窯組（J2x）

測區內無出露，為本區含煤地層，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、煤層及炭質泥巖組成，含煤3～7層。

2.5 新近系（N）

在測區南部有小面積出露，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。

侏羅系為本測區主要含煤地層。構造為背斜西翹，向東傾沒，南翼被下第三系不整合所復，并繼承褶皺。由于煤層頂底板中的鐵質多是鐵的氧化物，隨著燒變巖的形成它們大部分轉換為磁性礦物。根據燒變巖熱剩磁特征，利用磁測方法可以發揮其作用，進而確定煤層自燃區域，劃定的火燒邊界。

3 測區磁性參數特征

對測區出露地表得到的燒變巖、砂巖、砂泥巖進行磁參數測定，所測磁性參數見表1。熔融帶（相當于煤層自燃位置）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 野外數據采集與處理

儀器采用加拿大產的GSM-19T磁測儀器，儀器在開工前后進行噪聲水平測定、探頭一致性、主機一致性、觀測誤差測定、系統觀測誤差試驗，試驗各項指標滿足設計要求。

野外測點觀測時要減小地面不均勻磁性的隨機干擾，要求所有工作人員工作過程中全身“去磁”，磁測干擾較強區域，如大型建筑物、村鎮、高壓線等，可適當偏移設計點位。

質量檢查按照同點位、不同儀器、不同人員、不同日期的“一同三不同”方法對測地工作和磁測進行了質量檢查，測地工作平面精度、高程精度和磁測精度均滿足要求。磁測實達總精度和各項分精度均符合要求，說明野外觀測數據質量可靠。

數據處理包括日常資料整理、日變改正、高程改正、基點改正和異常計算等。

5 推斷解釋

1）剖面平面圖（圖2）結合測區現場地物和地質調查成果，測區中部及中北部區域正負異常變化大（A-I區），其主要磁源為煤層燒變巖；其余區域變化相對較小，其以背景場值為主，其磁源為第四系和侏羅系沉積巖系。

2）本次磁測在ΔT異常區布置了多條精測剖面，其通過異常的正負極值點。從圖3可見，反演剖面ΔT反演曲線形態中火燒區呈明顯的相互伴生的正負異常，正異常幅度最高達700nT，負異常幅度最低達-400nT，從現場調查看，本區域數條精測剖面區域有明顯火燒痕跡，呈現紅褐色（磚紅色），其中有35、42線精測剖面求導曲線表現為多峰特征。圖中剖面ΔT曲線均為中部偏北負異常強，中部正異常強，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，該區共圈定磁異常6個，ΔT變化范圍-800-1000nT。異常多分布在中部、中部偏東、中部偏北區域，編號為M-1～M-6（見圖4），走向為北西南東方向。該磁異常區域內，有多處負磁異常點，推斷為由于燒變巖層出露地表后，經剝蝕風化后形成第四系所引起。

該區中東部、中北部燒變巖埋藏較淺且磁性較強。由精確測線剖面反演示意圖可得，中部埋藏較深且磁性較強，說明該處磁性異常較為集中，其余異常埋藏較淺。通過對磁異常區做上延 （見圖5）處理，可以看出磁異常整體上較弱，其中M-4異常較強，說明M-4處埋藏較深。異常區內多有多處燒變巖出露，多數露頭區ΔT值較高。綜合各因素，根據磁異常等值線圖、上延100米垂向二階導數平面等值線圖對比分析圈定該區火燒區邊界。

6 結論

1）通過對測區物性標本測定，說明測區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）通過磁測成果分析，結合地質、露頭調查，經過鉆孔驗證，基本圈定了測區內火燒區的范圍。煤層火燒區主要分布于侏羅系中統西山窯組含煤地層，總體近北東南西走向。

3）利用高精度磁測方法，結合地質調查，是圈定煤田火燒區邊界的一種簡單、經濟和有效的方法。

【參考文獻】

[1]陳小龍.高精度磁測在陜北煤田火燒區的應用[J].陜西地質，2013，12（2）.

[責任編輯：田吉捷]