地面高精度磁測在探測煤礦火燒區的應用

殷保全

（新疆維吾爾自治區有色地質勘查局地球物理探礦隊 烏魯木齊 830011）

新疆境內煤炭資源豐富，但受新疆特殊的地理條件和構造條件的影響，煤層在一定程度上存在自燃現象，有的一直在燃燒，形成較大范圍的火燒區。探明礦區煤層自燃后的火燒狀況，對于礦井儲量損失計算、采礦設計和安全生產都具有十分重要的意義。準南煤田多個礦山就存在較大規模火燒的情況，在新的大型煤礦建立時，就有必要查明火燒區的范圍。

1 煤層火燒原理

煤系地層中煤層自燃后，在地球磁場的長期作用下，當鐵磁性物質超過居里點溫度時，燒變巖具有較強磁性，在燃燒過的煤層上方有強磁異常；在降溫的過程中，燃燒后的煤層產生熱剩磁。煤層露頭自燃發火經歷為：低溫氧化→自熱→著火與遍燃→燃燒→降溫熄火。熄滅帶磁異常最強；從熄滅帶到燃燒帶磁異常逐漸減弱；在涌出帶和水蒸發帶上觀測不到磁異常。利用這個差異，用磁法探測煤田火燒區，能夠取得較好的效果。

表1 工作區巖礦石磁性統計表

2 礦區地球物理特征

煤層賦存于侏羅系中統西山窯組地層中，巖性主要為一套從河流相過渡到三角洲相的沉積巖，由灰色、灰黃色、灰褐色、深灰色、灰綠色厚層狀-塊狀的礫巖、砂礫巖、砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖、炭質泥巖和煤層組成。燒變巖為黑色、褐紅色、紫紅色、褐紅色碎裂狀巖石。

巖礦石磁性參數測量結果顯示，巖礦石分為中高磁性、中低磁性，弱磁性及無磁性三大類，具有較為明顯的磁性差異（見表1）。（1）區內磁性最強的為燒變巖，磁化率k遠高于區內其它正常沉積的巖礦石。燒變巖是區內其上下層表層輕微燒變巖的5～15倍，是其它正常沉積巖的50倍以上。燒變程度越強，燒變巖磁化率越高。（2）燒變巖與粗砂巖、砂巖、泥巖等呈互層出現，但其厚度均較小，一般5厘米至30厘米不等，層位連續，顯示為具有一定規模的面狀高磁異常區，正、負異常伴生。

在遠離燒變砂巖的正常沉積地層及塊煤，一般為弱磁性或無磁性巖石，顯示為分布廣泛的面狀背景場。綜上所述，勘查區燒變巖、非燒變巖的磁化率具有明顯的物性差異（烘烤除外），具備必要的磁測工作前提。

圖1 J2-J2＇剖面地質及磁測△T異常剖面圖1.第四系全新統洪沖積層2.中侏羅統西山窯組中含煤段3.中侏羅統西山窯組下含煤段4.中侏羅統西山窯組底部砂礫巖段5.煤層及編號、煤層厚度(夾矸厚)6.地質界線7.推測地質界線8.推測煤層9.地層產狀、傾向、傾角10.完工鉆孔位置及編號11.火燒范圍

3 磁法勘探

首先利用磁法勘探，按照50米×20米網度進行面積性觀測，圈出中高磁異常范圍。結合地質特征及井下火燒情況劃分了火燒區范圍，利用向上延拓處理計算中高磁異常，粗略推測出火燒區延深厚度。

（1）煤礦區J2剖面正演計算

在已知地質情況的剖面，布設磁法精測剖面J2線（見圖1）。結合鉆孔資料認為井田內B2～B9煤層火燒程度較高，自地表淺部已燃燒至中部163米（標高1464米），特別是B7、B8、B9煤層均已燃燒至中深部100米以下，沿剖面方向延伸達300米，并形成連片火燒區。

圖2 255線△T異常反演計算剖面

160～560點中高磁異常規模大，強度較高，與B2～B11煤層火燒范圍大、延深大對應較好，磁異常反應火燒深度在180米左右。西側（0～140點）的正磁異常區與B9～B11煤層中淺部的火燒區吻合，反映燒變巖深度最大達到200米左右。整體上看，中部高磁異常曲線寬大平緩，東西兩側梯度變化基本相近，較弱的負磁異常主要位于正異常的東側，這個特征與多層平行的有限延深近似水平薄板狀體產生的磁特征一致，建立的模型符合火燒區地質特征，為區內異常解釋提供了依據。

（2）煤礦區255線精測剖面反演計算

磁測工作發現本區火燒較復雜，由單層煤燃燒到多層煤燃燒，△T曲線可以清晰反映這一燃燒變化情況。由于煤(巖)層是向北傾的背斜構造，資料解釋按有限延深、緩傾斜的多層薄板狀體進行處理、解釋。

①255線剖面北段850號點以北已到達正常背景場（見圖2），曲線變化較緩，由未燒變或遠離火燒區的正常沉積砂巖地層及煤層引起，煤層未火燒。

②依據煤層分布特征，剖面中部出現寬度較大的高磁異常（400～800點）主要由B19、B18、B17、B16、B15煤層火燒引起，地表以下火燒延深達330米，水平寬度約450米。從曲線和地磁場方向考慮地下磁性體北傾，傾角在15～30°之間。

③在400點以南△T異常屬正負磁異常劇烈變化區域，主要由表層燒變程度不同的燒變巖或受到高溫烘烤的砂巖地層引起，即B13、B14煤層地表火燒受烘烤的外圍地層。

4 工程驗證結果

ZKJ201鉆孔控制B9煤層火燒垂深62米，火燒底界水平標高1529米；B8煤層火燒垂深96米，火燒底界水平標高1494米；B7煤層火燒垂深120米，火燒底界水平標高1470米。結合區內出露燒變程度較高的砂巖與磁異常的對應關系，本次工作發現的中高磁異常帶，均由火燒區地層引起，利用正演擬合中高磁異常反演解釋推斷出火燒區的邊界，與鉆孔驗證基本一致。

5 結束語

中高磁異常與火燒區有著明顯的對應關系，因此利用中高磁異常確定勘查區內火燒區和煤層非火燒區的分布界線，大致確定煤層火燒延深及分布范圍等是非常有效的。結合區內典型地質剖面及物性參數建立火燒區模型，從而可以比較準確的解釋推斷其它同類異常，在精測剖面上運用特征點法、向上延拓法在定量計算及解釋火燒區邊界、延深時比較準確。通過反演計算出火燒區的空間形態，取得了良好的勘察效果，為礦山災害治理提供設計依據。