磁法在新疆火燒區(qū)勘探中的應(yīng)用

徐 晶，沈宏亮，程 海

（中煤科工集團(tuán)西安研究院，陜西西安 710077）

0 引言

我國(guó)煤炭資源儲(chǔ)備豐富，據(jù)中國(guó)第二次煤田預(yù)測(cè)資料，埋深在1000米以內(nèi)的煤炭資源總儲(chǔ)量為2.6萬(wàn)億噸。其中華北地區(qū)、西北地區(qū)的儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的近80%。但是在內(nèi)蒙、新疆等地區(qū)的煤礦勘探中，經(jīng)常會(huì)遇到煤層自燃等情況，對(duì)煤田儲(chǔ)量計(jì)算，煤礦開(kāi)采安全會(huì)有很大影響，因此，勘探出火燒區(qū)范圍有著重要的意義。經(jīng)大量實(shí)踐證明，磁法勘探在火燒區(qū)、巖漿巖入侵邊界的圈定工作上，具有工期短、成本低、精度高的優(yōu)勢(shì)。

1 磁法原理及特點(diǎn)

物理學(xué)中，理想狀態(tài)下觀測(cè)點(diǎn)O（X，Y，Z）的地磁總場(chǎng)與各分量的關(guān)系式如下：

公式中T為總磁場(chǎng)強(qiáng)度；H為水平方向磁場(chǎng)強(qiáng)度；D為磁偏角；I為磁傾角；X、Y、Z分別為T在X、Y、Z軸上的分量。按上述關(guān)系，六個(gè)地磁要素并非完全獨(dú)立，只要已知三個(gè)要素便可求出其他各個(gè)要素及總磁場(chǎng)強(qiáng)度T。在地磁學(xué)中常測(cè)定的是H，D和I，用它們來(lái)研究地磁場(chǎng)的分布。

地磁場(chǎng)和地球中心存在一個(gè)磁偶極子所引起的磁場(chǎng)基本相似，但從地磁圖上又可以看出各地磁要素在地面上的分布并不完全符合磁偶極子磁場(chǎng)，兩者有差異。這種差異（地面各測(cè)點(diǎn)的地磁數(shù)據(jù)與地心存在磁偶極子所產(chǎn)生的磁場(chǎng)值之差），稱為大陸磁場(chǎng)。地磁場(chǎng)包括大陸磁場(chǎng)、因地質(zhì)因素被磁化引起的磁場(chǎng)、地球以外原因引起的磁場(chǎng)以及隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)。通常把地球中心偶極子所引起的磁場(chǎng)Tn、大陸磁場(chǎng)Tm以及外磁場(chǎng)（由地球以外原因引起）Te總和稱之為正常磁場(chǎng)To，即To＝Tn十Tm十Te。而隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)δT，可以進(jìn)行校正。因此，地面上任一點(diǎn)的磁場(chǎng)T，可表示為正常磁場(chǎng)To和因地質(zhì)原因所引起的磁異常Ta之和，即T＝ To+Ta。

在實(shí)際工作中，正常磁場(chǎng)To一般是指地磁圖上所表示的磁場(chǎng)，而磁異常Ta又可分為區(qū)域異常和局部異常。前者是由分布范圍較大、埋藏較深地質(zhì)因素引起，后者是由分布范圍較小、局部構(gòu)造或埋藏較淺的磁性體所引起。

磁法探測(cè)的地面測(cè)量一般是測(cè)定總磁異常T，本次測(cè)量選擇上述測(cè)量參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。

2 地球物理前提

一般情況下，含煤地層為沉積巖系，煤層變質(zhì)程度很低。通常其磁化率和剩余磁化強(qiáng)度均很低。但是當(dāng)煤層發(fā)生自燃，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的高溫，使含煤巖層的鐵質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化，當(dāng)煤層及附近基巖的化學(xué)成分中含有較大成分的硫化鐵及三氧化二鐵時(shí)，這些含鐵成分在一定的溫度和壓力下、受地磁場(chǎng)作用而被磁化，在降溫過(guò)程中產(chǎn)生溫差剩磁，從而使其帶有較強(qiáng)的磁性，就會(huì)發(fā)生磁鐵礦化現(xiàn)象，其簡(jiǎn)單變化表達(dá)式為：

圖1 線磁法△T異常曲線圖

煤層與燃燒變質(zhì)地層從理論上說(shuō)是有明顯的磁性差異，特別是主采煤層受高溫變質(zhì)作用形成的變質(zhì)煤或火燒巖。本次探測(cè)區(qū)域內(nèi)煤的硫份不同煤層含量各不相同，一般含硫成分較大的煤層更容易自燃，從而氧化還原反應(yīng)也較強(qiáng)，產(chǎn)生的鐵磁性物質(zhì)也相對(duì)較多，這為利用磁法測(cè)量圈定火燒邊界提供了物理前提。

3 磁法異常分析

這里以新疆和布克賽爾蒙古自治縣和什托洛蓋煤礦區(qū)某礦為例，筆者曾在該礦區(qū)內(nèi)進(jìn)行一次大范圍的磁法勘探。本次磁法探測(cè)布線依據(jù)“垂直于構(gòu)造或地層走向”的原則，結(jié)合礦方了解的礦區(qū)煤層露頭附近燒變區(qū)的分布情況，選擇80m×5m的測(cè)網(wǎng)密度，布置測(cè)線31條。

圖2 火燒區(qū)磁法探測(cè)異常平面圖

磁測(cè)異常曲線圖上，橫軸為測(cè)線方向的距離（單位為：m），縱軸為探測(cè)磁場(chǎng)異常信號(hào)的幅值大小（單位為：nT）（如圖1所示）。磁測(cè)異常曲線圖即可以作為資料處理的依據(jù)，也是平面成果圖的來(lái)源。

從圖1中可以看出，測(cè)線前部曲線變化明顯，異常幅值為正常值的數(shù)十倍之多，測(cè)線的中部和后部區(qū)域整體平緩，基本無(wú)明顯變化。經(jīng)實(shí)地考察，測(cè)線異常區(qū)域?yàn)槊簩勇额^自燃區(qū)域。

圖2為火燒區(qū)磁法異常平面圖，圖中紅色區(qū)域代表磁法異常位置，顏色越深表示火燒異常越強(qiáng)烈?？梢钥闯鰷y(cè)區(qū)僅在南部區(qū)域受到煤層火燒影響，異常幅值基本在±600nT之間變化，表現(xiàn)形態(tài)多以劇烈波動(dòng)為主且異常幅值較強(qiáng)。根據(jù)火燒異常分析，該異常表現(xiàn)強(qiáng)烈，推斷與火燒影響到深部地層有關(guān)。

綜上所述，磁法在勘探煤田火燒區(qū)方面具有精度高，成本低，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，可以大大提高煤田火燒區(qū)勘探的速度，為煤田滅火以及施工提供重要依據(jù)。但是在筆者進(jìn)行磁法勘探的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，雖然磁法探測(cè)火燒區(qū)異常明顯，但該方法對(duì)部分煤層高溫變質(zhì)而非自燃區(qū)域的分辨并無(wú)有效的界定辦法，因此在上述推斷燒變區(qū)范圍時(shí)存在將煤層變質(zhì)區(qū)按燒變區(qū)解釋的可能，故在燒變區(qū)域附近應(yīng)加強(qiáng)其它工作進(jìn)行必要的驗(yàn)證。但是不可否認(rèn)，磁法勘探在勘探火燒區(qū)方面有著顯著的特點(diǎn)，對(duì)煤田勘探能發(fā)揮出更重要的作用。

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[4]陳敏，邵偉.地面高精度磁測(cè)在煤田勘探中的應(yīng)用[J].陜西地質(zhì)，2009-06-15