地面高精度磁测在探测煤矿火烧区的应用

殷保全

（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局地球物理探矿队 乌鲁木齐 830011）

新疆境内煤炭资源丰富，但受新疆特殊的地理条件和构造条件的影响，煤层在一定程度上存在自燃现象，有的一直在燃烧，形成较大范围的火烧区。探明矿区煤层自燃后的火烧状况，对于矿井储量损失计算、采矿设计和安全生产都具有十分重要的意义。准南煤田多个矿山就存在较大规模火烧的情况，在新的大型煤矿建立时，就有必要查明火烧区的范围。

1 煤层火烧原理

煤系地层中煤层自燃后，在地球磁场的长期作用下，当铁磁性物质超过居里点温度时，烧变岩具有较强磁性，在燃烧过的煤层上方有强磁异常；在降温的过程中，燃烧后的煤层产生热剩磁。煤层露头自燃发火经历为：低温氧化→自热→着火与遍燃→燃烧→降温熄火。熄灭带磁异常最强；从熄灭带到燃烧带磁异常逐渐减弱；在涌出带和水蒸发带上观测不到磁异常。利用这个差异，用磁法探测煤田火烧区，能够取得较好的效果。

表1 工作区岩矿石磁性统计表

2 矿区地球物理特征

煤层赋存于侏罗系中统西山窑组地层中，岩性主要为一套从河流相过渡到三角洲相的沉积岩，由灰色、灰黄色、灰褐色、深灰色、灰绿色厚层状-块状的砾岩、砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩和煤层组成。烧变岩为黑色、褐红色、紫红色、褐红色碎裂状岩石。

岩矿石磁性参数测量结果显示，岩矿石分为中高磁性、中低磁性，弱磁性及无磁性三大类，具有较为明显的磁性差异（见表1）。（1）区内磁性最强的为烧变岩，磁化率k远高于区内其它正常沉积的岩矿石。烧变岩是区内其上下层表层轻微烧变岩的5～15倍，是其它正常沉积岩的50倍以上。烧变程度越强，烧变岩磁化率越高。（2）烧变岩与粗砂岩、砂岩、泥岩等呈互层出现，但其厚度均较小，一般5厘米至30厘米不等，层位连续，显示为具有一定规模的面状高磁异常区，正、负异常伴生。

在远离烧变砂岩的正常沉积地层及块煤，一般为弱磁性或无磁性岩石，显示为分布广泛的面状背景场。综上所述，勘查区烧变岩、非烧变岩的磁化率具有明显的物性差异（烘烤除外），具备必要的磁测工作前提。

图1 J2-J2＇剖面地质及磁测△T异常剖面图1.第四系全新统洪冲积层2.中侏罗统西山窑组中含煤段3.中侏罗统西山窑组下含煤段4.中侏罗统西山窑组底部砂砾岩段5.煤层及编号、煤层厚度(夹矸厚)6.地质界线7.推测地质界线8.推测煤层9.地层产状、倾向、倾角10.完工钻孔位置及编号11.火烧范围

3 磁法勘探

首先利用磁法勘探，按照50米×20米网度进行面积性观测，圈出中高磁异常范围。结合地质特征及井下火烧情况划分了火烧区范围，利用向上延拓处理计算中高磁异常，粗略推测出火烧区延深厚度。

（1）煤矿区J2剖面正演计算

在已知地质情况的剖面，布设磁法精测剖面J2线（见图1）。结合钻孔资料认为井田内B2～B9煤层火烧程度较高，自地表浅部已燃烧至中部163米（标高1464米），特别是B7、B8、B9煤层均已燃烧至中深部100米以下，沿剖面方向延伸达300米，并形成连片火烧区。

图2 255线△T异常反演计算剖面

160～560点中高磁异常规模大，强度较高，与B2～B11煤层火烧范围大、延深大对应较好，磁异常反应火烧深度在180米左右。西侧（0～140点）的正磁异常区与B9～B11煤层中浅部的火烧区吻合，反映烧变岩深度最大达到200米左右。整体上看，中部高磁异常曲线宽大平缓，东西两侧梯度变化基本相近，较弱的负磁异常主要位于正异常的东侧，这个特征与多层平行的有限延深近似水平薄板状体产生的磁特征一致，建立的模型符合火烧区地质特征，为区内异常解释提供了依据。

（2）煤矿区255线精测剖面反演计算

磁测工作发现本区火烧较复杂，由单层煤燃烧到多层煤燃烧，△T曲线可以清晰反映这一燃烧变化情况。由于煤(岩)层是向北倾的背斜构造，资料解释按有限延深、缓倾斜的多层薄板状体进行处理、解释。

①255线剖面北段850号点以北已到达正常背景场（见图2），曲线变化较缓，由未烧变或远离火烧区的正常沉积砂岩地层及煤层引起，煤层未火烧。

②依据煤层分布特征，剖面中部出现宽度较大的高磁异常（400～800点）主要由B19、B18、B17、B16、B15煤层火烧引起，地表以下火烧延深达330米，水平宽度约450米。从曲线和地磁场方向考虑地下磁性体北倾，倾角在15～30°之间。

③在400点以南△T异常属正负磁异常剧烈变化区域，主要由表层烧变程度不同的烧变岩或受到高温烘烤的砂岩地层引起，即B13、B14煤层地表火烧受烘烤的外围地层。

4 工程验证结果

ZKJ201钻孔控制B9煤层火烧垂深62米，火烧底界水平标高1529米；B8煤层火烧垂深96米，火烧底界水平标高1494米；B7煤层火烧垂深120米，火烧底界水平标高1470米。结合区内出露烧变程度较高的砂岩与磁异常的对应关系，本次工作发现的中高磁异常带，均由火烧区地层引起，利用正演拟合中高磁异常反演解释推断出火烧区的边界，与钻孔验证基本一致。

5 结束语

中高磁异常与火烧区有着明显的对应关系，因此利用中高磁异常确定勘查区内火烧区和煤层非火烧区的分布界线，大致确定煤层火烧延深及分布范围等是非常有效的。结合区内典型地质剖面及物性参数建立火烧区模型，从而可以比较准确的解释推断其它同类异常，在精测剖面上运用特征点法、向上延拓法在定量计算及解释火烧区边界、延深时比较准确。通过反演计算出火烧区的空间形态，取得了良好的勘察效果，为矿山灾害治理提供设计依据。