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(jié)合地質(zhì)、露頭調(diào)查等資料綜合分析，達到圈定煤層自燃邊界的目的。

【關(guān)鍵詞】高精度磁測；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(qū)域顯得尤為重要。近年來結(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)高精度磁測的基本原理

在煤層自燃過程中，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(qū)地質(zhì)特征

2.1 三疊系中-上統(tǒng)小泉溝群（T2-3xq）

測區(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(tǒng)西山窯組（J2x）

測區(qū)內(nèi)無出露，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。

侏羅系為本測區(qū)主要含煤地層。構(gòu)造為背斜西翹，向東傾沒，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，利用磁測方法可以發(fā)揮其作用，進而確定煤層自燃區(qū)域，劃定的火燒邊界。

3 測區(qū)磁性參數(shù)特征

對測區(qū)出露地表得到的燒變巖、砂巖、砂泥巖進行磁參數(shù)測定，所測磁性參數(shù)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(shù)據(jù)采集與處理

儀器采用加拿大產(chǎn)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(tǒng)觀測誤差試驗，試驗各項指標滿足設(shè)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(qū)域，如大型建筑物、村鎮(zhèn)、高壓線等，可適當偏移設(shè)計點位。

質(zhì)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(zhì)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(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、基點改正和異常計算等。

5 推斷解釋

1）剖面平面圖（圖2）結(jié)合測區(qū)現(xiàn)場地物和地質(zhì)調(diào)查成果，測區(qū)中部及中北部區(qū)域正負異常變化大（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(qū)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(tài)中火燒區(qū)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(xiàn)場調(diào)查看，本區(qū)域數(shù)條精測剖面區(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(qū)，該區(qū)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(qū)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(qū)域內(nèi)，有多處負磁異常點，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。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(qū)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(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)平面等值線圖對比分析圈定該區(qū)火燒區(qū)邊界。

6 結(jié)論

1）通過對測區(qū)物性標本測定，說明測區(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）通過磁測成果分析，結(jié)合地質(zhì)、露頭調(diào)查，經(jīng)過鉆孔驗證，基本圈定了測區(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)邊界的一種簡單、經(jīng)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(qū)的應(yīng)用[J].陜西地質(zhì)，2013，12（2）.

[責任編輯：田吉捷]