苗辰若+陈晓冬

【摘 要】根据煤层自燃后底顶板岩石的热剩磁而产生的这一定强度磁异常特征，通过地面高精度磁测工作，并对地面磁异常剖面进行反演，同时结合地质、露头调查等资料综合分析，达到圈定煤层自燃边界的目的。

【关键词】高精度磁测；煤田；火烧区

【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，常常会遇到可采煤层自燃现象，煤层自燃不但造成大量煤炭资源的经济损失，而且直接影响了勘探储量的准确估算，故在煤田勘探中查明并确定煤田火烧区域显得尤为重要。近年来结合煤层自燃条件下的矿区地质特征，应用高精度磁测方法在圈定煤田火烧区取得较好效果。

1 火烧区高精度磁测的基本原理

在煤层自燃过程中，煤层及围岩中铁、磷等物质发生复杂的化学变化，煤层顶底板随着煤层燃烧以后温度的降低，冷却以后形成烧变岩，烧变岩温度降低后保留了较强的热剩磁，其烧变岩和正常围岩具有了明显的磁性差异，再结合具体的地质资料，来解决煤层自燃后火烧范围的[1]。

煤层自燃后地表观测到的磁场特征如图1所示。

2 测区地质特征

2.1 三叠系中-上统小泉沟群（T2-3xq）

测区未出露，上部为浅灰、浅褐黄色粉砂岩、砂岩、灰色泥岩、薄层状，夹薄层砾岩，含炭屑；中部为浅灰，浅褐黄色砂岩、砂砾岩、粉砂岩夹炭质泥岩，见叠锥状泥灰岩；下部以紫红色、暗红色泥岩和粉砂岩为主，夹黄绿色、褐黄色砂岩及砂砾岩层。

2.2 侏罗系下统八道湾组（J1b）

在测区北部零星出露，是本区主要含煤地层，底部为厚灰白色砂砾岩、含褐红色、暗红色泥质斑块，砾石分选性好。

2.3 侏罗系下统三工河组（J1s）

在测区西北部出露，为本区含煤地层，上部以灰绿色、浅灰色粉砂岩为主，夹少量厚层状细砂岩和中砂岩，含煤层，中部为黄褐色、褐黄色粉砂岩和泥岩，夹数层的菱铁矿薄层，下部以浅灰色中砂岩为主，局部相变为含砾中砂岩，含局部可采煤层1～5层，编号为13～17号煤，其中13为主要可采煤层，是煤田很好的标志层，底界为褐黄色厚层状中砂岩。

2.4 侏罗系中统西山窑组（J2x）

测区内无出露，为本区含煤地层，底部为灰白色—浅褐黄色砾岩中下部由浅灰色、灰白色中细砂岩、粉砂岩组成，厚约近百m不含煤，中、上部由灰色粉砂岩、泥岩、煤层及炭质泥岩组成，含煤3～7层。

2.5 新近系（N）

在测区南部有小面积出露，底部为厚层状褐色砾岩，砾石成份以石英为主。

2.6 第四系（Q）

冲洪积物，成分为砾石、砂、亚砂土，砾石成分为火山岩碎屑。

侏罗系为本测区主要含煤地层。构造为背斜西翘，向东倾没，南翼被下第三系不整合所复，并继承褶皱。由于煤层顶底板中的铁质多是铁的氧化物，随着烧变岩的形成它们大部分转换为磁性矿物。根据烧变岩热剩磁特征，利用磁测方法可以发挥其作用，进而确定煤层自燃区域，划定的火烧边界。

3 测区磁性参数特征

对测区出露地表得到的烧变岩、砂岩、砂泥岩进行磁参数测定，所测磁性参数见表1。熔融带（相当于煤层自燃位置）烧变岩磁性最大，K平均值为253×10-5SI，次为上下烘烤带，磁性影响较弱，围岩系沉积岩属弱磁性。

4 野外数据采集与处理

仪器采用加拿大产的GSM-19T磁测仪器，仪器在开工前后进行噪声水平测定、探头一致性、主机一致性、观测误差测定、系统观测误差试验，试验各项指标满足设计要求。

野外测点观测时要减小地面不均匀磁性的随机干扰，要求所有工作人员工作过程中全身“去磁”，磁测干扰较强区域，如大型建筑物、村镇、高压线等，可适当偏移设计点位。

质量检查按照同点位、不同仪器、不同人员、不同日期的“一同三不同”方法对测地工作和磁测进行了质量检查，测地工作平面精度、高程精度和磁测精度均满足要求。磁测实达总精度和各项分精度均符合要求，说明野外观测数据质量可靠。

数据处理包括日常资料整理、日变改正、高程改正、基点改正和异常计算等。

5 推断解释

1）剖面平面图（图2）结合测区现场地物和地质调查成果，测区中部及中北部区域正负异常变化大（A-I区），其主要磁源为煤层烧变岩；其余区域变化相对较小，其以背景场值为主，其磁源为第四系和侏罗系沉积岩系。

2）本次磁测在ΔT异常区布置了多条精测剖面，其通过异常的正负极值点。从图3可见，反演剖面ΔT反演曲线形态中火烧区呈明显的相互伴生的正负异常，正异常幅度最高达700nT，负异常幅度最低达-400nT，从现场调查看，本区域数条精测剖面区域有明显火烧痕迹，呈现红褐色（砖红色），其中有35、42线精测剖面求导曲线表现为多峰特征。图中剖面ΔT曲线均为中部偏北负异常强，中部正异常强，且梯度变化大，南部北部曲线均接近0值。

3）主要磁异常主要集中在A-I区，该区共圈定磁异常6个，ΔT变化范围-800-1000nT。异常多分布在中部、中部偏东、中部偏北区域，编号为M-1～M-6（见图4），走向为北西南东方向。该磁异常区域内，有多处负磁异常点，推断为由于烧变岩层出露地表后，经剥蚀风化后形成第四系所引起。

该区中东部、中北部烧变岩埋藏较浅且磁性较强。由精确测线剖面反演示意图可得，中部埋藏较深且磁性较强，说明该处磁性异常较为集中，其余异常埋藏较浅。通过对磁异常区做上延 （见图5）处理，可以看出磁异常整体上较弱，其中M-4异常较强，说明M-4处埋藏较深。异常区内多有多处烧变岩出露，多数露头区ΔT值较高。综合各因素，根据磁异常等值线图、上延100米垂向二阶导数平面等值线图对比分析圈定该区火烧区边界。

6 结论

1）通过对测区物性标本测定，说明测区煤层自燃后所形成的烧变岩与周围围岩之间有明显的磁性差异，具备了用磁法圈定煤层自燃边界的地球物理前提。

2）通过磁测成果分析，结合地质、露头调查，经过钻孔验证，基本圈定了测区内火烧区的范围。煤层火烧区主要分布于侏罗系中统西山窑组含煤地层，总体近北东南西走向。

3）利用高精度磁测方法，结合地质调查，是圈定煤田火烧区边界的一种简单、经济和有效的方法。

【参考文献】

[1]陈小龙.高精度磁测在陕北煤田火烧区的应用[J].陕西地质，2013，12（2）.

[责任编辑：田吉捷]