摘要：某矿井田东部地表煤层发生自燃，并形成大面积的火烧区。采用地面高精度磁测工作，探测并圈定隐伏火烧区范围。煤层自燃后，煤层顶底板及夹矸受到高温作用形成的烧变岩具有热剩磁现象，能在地面引起一定强度的磁异常，是展开磁测工作的地球物理前提。该文从磁测的理论依据、应用实例等方面进行了详细阐述。
关键词：高精度磁法；应用实例
前言
煤炭自燃后的区域，业内普遍称之为火烧区，井田内的火烧区界限不清会严重影响煤矿的采区划分、工作面的布设、煤矿的安全生产和提高煤矿的生产效率等，存在很大的安全隐患。因此圈定煤层火烧区，为矿区的合理规划和煤矿安全生产提供技术依据。
对于火烧区而言，一般采用钻探方法确定煤层的火烧边界、燃烧程度是直接的勘探方法之一，但是钻探施工时，不仅地表植被会受到不同程度的破坏，而且施工过程中的泥浆还会影响钻孔周边的生态环境，同时钻孔的施工成本高，施工周期较长，取得的地质成果只是一孔之见，两个钻孔之间的火烧边界只能靠地质推断，不能准确圈定煤层的火烧边界。所以，现在一般火烧边界的勘探思路是，选取合适的物探方法，通过面积性的施工，控制煤层的自燃边界的范围和埋深，通过钻探在重点地段的施工，一方面为物探资料的解释提供参数和物性的依据，另一方面也可以验证物探解释的地质成果，最终达到确定煤层的自燃边界、火烧程度和煤层熄灭带的宽度等，并且能最大程度的降低成本。
1 方法原理
煤层的顶、底板原岩中含有大量的黄铁矿及菱铁矿结核，但含矿原岩磁性较微弱，磁化率值一般很小。当煤层自燃后，煤层顶、底板的原岩受到高温烘烤，其中的铁质矿物成分发生化学变化，从而形成含铁磁性矿物的烧变岩。温度降低后，就保留较强的热剩磁，其磁化率和剩余磁化强度的常见值一般为燃烧变质前的数倍至数十倍，从而形成了明显的磁性差异。
2 应用实例
为了圈定陕北某矿煤田火烧区边界，经过探测方法的论证，采用地面高精度磁法进行了探测。测区位于陕西省榆林市，以丘陵地貌为主。地表大部被第四系黄土覆盖，据钻孔揭露及地质填图资料，区内地层由老至新依次有：三叠系上统永坪组(T3y)，侏罗系中统延安组(J2y)、侏罗系中统直罗组(J2z)、新近系上新统保德组(N2b)，第四系中更新统离石组(Q2l)，第四系上更新统马兰组(Q3m)和萨拉乌苏组(Q3s)，第四系全新统风积沙(Q4eol)和冲积层(Q4al)。
2.1 地层磁性特征
当煤层自燃时，煤层顶底板岩石受到高温烘烤，其中的铁质矿物成份发生化学变化，形成含铁磁性矿物成份的烧变岩。当岩石冷却后，烧变岩就保留有较强的热剩磁。未烧变岩石磁性微弱或没有磁性，磁化率(K)常见值一般在140π×10−6SI单位以下，而烧变岩磁化率(K)常见值一般在1286π×10-6SI单位，因此用磁异常法来探测火烧区成为一种可行的方法。又由于从煤层完全燃烧到正常煤层之间，一般是煤层完全燃烧、煤层部分燃烧到正常煤层，煤层燃烧程度逐渐变弱，煤层上覆的岩石的燃烧程度也逐渐变弱，直至为完全正常的岩石，相应烧变岩的磁性也逐渐变弱。
2.2 磁异常分析
根据各测线△T磁测曲线图、平面剖面图及等值线平面图进行综合分析解释，本次磁测的异常区范围内磁异常值与正常地磁场差异相对较明显，结合煤层火烧线的分布位置，据矿方提供已知地质资料等，确定火烧区边界以100nT，火烧区应呈高磁异常反映。
如图1为磁法等值线平面图，图2为磁异常平剖图，图2中红色的渐变部分为△T大于100nT的区域。从图1中可看出整个测区大部分区为中高异常区，为解释火烧区。仅在在测区的东部及北部存在局部负异常，解释为正常区。煤层自燃后所形成的烧变岩体基本呈水平板状体分布，在斜磁化条件下形成的负异常较强，由于煤层埋深、厚度及烧变岩形态、范围及铁磁性矿物含量的不同，使磁异常形态强弱不同。
 图1 高精度磁法△T等值线平面图  图2 高精度磁法△T剖面平面图 为进一步了解火烧区的异常形态及深度，对△T异常进行了不同程度的上延处理，如图3所示。结合平剖图及不同程度上延图，圈定火烧区异常2处C1、C2。有图4可知，2处异常长轴方向均呈北西向。其中C1异常面积较大，位于西南方向，包含多个小异常，长轴方向为北东向，面积约13600㎡；C2异常位于东北部，面积较小，约4000余㎡。
 图3 高精度磁法△T不同程度上延等值线平面图  图4 高精度磁法△T圈定成果图 3 结论
工作区的煤层火烧区磁异常特征明显，强度较高，通过地面高精度磁测工作，确定了本工作区内2个火烧区边界，根据矿方已知资料对火烧区的边界进行验证结果，与解释结果基本一致，说明此次磁测工作及解释成果可靠，可作为划分煤田火烧区边界的依据。
参考文献：
[1]高精度磁法在伊昭井田隐伏火烧区探测的应用[J]山东省第一地质矿产勘察院。
[2]DZ/T0071-93地面高精度磁测技术规程[S]。
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