高精度磁测在陕北煤田火烧区的应用.doc

高精度磁测在陕北煤田火烧区的应用陈小龙 任金礼(陕西省地质矿产勘查开发局物化探队 西安 710043)【摘要】在煤田勘探中，经常会遇到可采煤层自燃现象，而煤层自燃后的缺失直接影响了储量的准确估算。为了获得煤层完全燃烧边界和半燃烧边界的确切位置，根据煤层自燃后顶底板岩石的热剩磁而产生一定强度的磁异常这一特征，通过地面高精度磁测工作及磁测资料的解译来间接达到确定煤层自燃边界的目的是可行的。本文通过对陕北某井田实测的地面高精度磁测异常的解译，总结了利用高精度磁测有效圈定煤层自燃边界的方法和经验，并通过钻孔加以验证，为以后此类工作提供了借鉴。【关键词】磁测；煤田火烧区；热剩磁；煤层自燃边界1.前言陕西省是煤炭资源大省,尤其陕西北部赋存着大量的煤炭资源。但是由于干旱少雨等环境因素，在沟谷煤层出露部位经阳光强烈照射，煤层出现氧化发热自燃现象。经调查，煤层自燃从出露部位向里燃烧伸展可以达到1-2公里，这部分煤层的缺失直接影响到储量的估算及后期开采，所以在煤田勘探工作中查明火烧区的范围是很有必要的。2火烧区磁法勘探原理煤层自燃过程中，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，磁法勘探正是利用这一明显的磁性差异，来解决煤层自燃后火烧范围的。煤层自燃后地表观测到的磁场特征如图1所示图1 煤层自燃后磁场特征图 3、应用实例在榆林市城东北方向某井田，地处毛乌素沙漠与陕北黄土高原接壤地带。构造形态为一向北西缓倾的单斜构造，倾角小于1，区内无较大断层和褶皱存在，无岩浆活动痕迹，构造简单。井田内延安组单孔含煤814层，可采煤层4层，其它均为不可采煤层。其中3号煤层为井田主要可采煤层，厚度大、层位稳定，可是在东部地区煤层大都自燃或出露。先期阶段布设了一定工作量的二维地震，划分自燃边界效果并不明显。由于煤层顶底板中的铁质多是铁的氧化合物,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。通过对确定的边界进行钻孔验证，结果准确可靠，达到勘查的目的。4测区地球物理特征通过对测区出露地表或钻孔得到的火烧岩、红色粘土、砂岩、砂泥岩进行磁参数测定，得到了该区磁物性参数资料（表1）。表1 区内磁物性参数测定统计表岩性标本块数磁化率(单位:10-6SI)剩余磁化强度(单位:10-3A/m)采集位置变化范围平均值变化范围平均值火烧岩579.04360.61379.488.01894.7789.0SH2孔、SH4孔红色粘土2040.02120.01001.042.01003.0580.0出露地表砂岩、砂泥岩50.0215.3133.50.0117.877.1S403、S502井田地表绝大部分被第四系中更新统离石组（Q2l）黄土覆盖，北部局部地段被全新统（Q42eol）风成沙覆盖，较大支沟中分布新近系上新统静乐组（N2j）红色黏土，无基岩出露，通过物性标本参数测定，新近系上新统静乐组（N2j）红色粘土具一定磁性，由于在沟谷中出露地表，成为本次磁测工作的主要干扰源。煤层顶板为厚度820m的中细粒长石砂岩（即“真武洞砂岩”），大部分地段有0.122.45m的泥岩、泥质粉砂岩伪顶。煤层底板一般为细砂岩、粉砂岩与泥岩互层，偶见炭质泥岩（根土岩）。煤层与顶底板为明显接触，局部为微冲刷接触。砂岩、泥岩本身磁性微弱，甚至无磁性。当煤层自燃时，受高温作用的影响，使煤层顶底板岩石受热变质，形成了含暗色铁磁性矿物较多的烧变岩，温度降低后保留了较强的热剩磁，使其磁性变强，这是识别边界的重要特征。因此，利用磁测技术对勘查区燃烧边界进行勘探具备物理前提和条件。5野外数据获取由于测区设计磁测线是通过推测火烧边界线拟定的，为了能有效控制煤层自燃边界线，首先是采用大致一公里的测线间距进行控制性工作，通过长线的控制，大致确定煤层自燃区域，然后加密测线。共布设长线控制剖面10条，每条长1200米，点距10米。加密线线距一般控制在100米左右，共布设短剖面29条，每条长600米，点距10米。仪器采用捷克产的PMG-1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,两次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。通过野外实测，共得到三千多个磁测T数据。质量检查按照同点位、不同仪器、不同人、不同天的“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。6数据整理、处理与推断解释图2 数据处理流程图61数据整理与处理数据整理包括日常资料整理、日变改正、正常梯度改正、高程改正、基点改正和异常计算等。磁测T异常是地下所有磁异常的综合反映，为了准确划分煤层燃烧边界及推断烧变岩范围,需要对获取的野外实测磁测资料进行处理。磁测资料处理主要是求取T剩余异常,并结合具体的地质资料解译煤层火烧区及边界（数据外理流程见图2）。62火烧区边界推断解释通过对剩余磁异常进行特征分析，结合测区磁物性参数，确定其燃烧边界。然后对确定的边界线进行钻孔验证，以检查其准确性和可靠性。具体过程为：621磁异常特征分析充分研究其不同性质的磁性体引起磁异常特征，对于区分干扰异常和划定煤层自燃边界是很重要的。通过综合研究，对全区异常按引起磁异常的性质可以分为二类，一是当煤层自燃时，煤层顶底板受高温作用的影响，使煤层顶底板岩石受热变质，形成了含暗色铁磁性矿物较多的烧变岩，温度降低后保留了较强的热剩磁，使其磁性变强，形成较强的T正异常，而T负异常主要是新近系上新统静乐组（N2j）红色粘引起；二是地表铁磁物体的干扰异常，如地下水管等。上述二类异常在磁测T剖面上特征分述如下：1类：梯度变化较大，幅值较大的正异常（图3）图3 煤层自燃产生的磁测正异常示意图2类：异常宽度较窄，梯度较大正负相间浅表异常（图4）。图4 地表干扰磁测正异常示意图622火烧边界的确定根据区内钻孔资料及井田地质资源资料，3号煤层自燃后所形成的烧变岩体基本呈水平板状体分布，在磁异常平剖图上主要呈现相对正异常，虽未出露出地表但埋藏较浅的静乐组红色粘土主要呈相对负异常，而工区南部的窄陡异常呈正负相间出现，通过调查该部位有一输水管道与其对应。在研究测区磁场变化规律的基础上，结合区内验证钻孔资料和T磁异常剖面平面结果，分析T磁异常由负向正变化的特征部位，再充分研究测区地形地质资料，排除干扰异常，考虑火烧区的连续性，以区内各磁测剖面异常特征为解释的主要依据，在T磁异常平剖图上先划定单条测线上自燃边界点，以T磁异常平面等值线为煤层燃烧趋势作参考，用较圆滑的曲线将点连成线，以蓝色线表示煤层未燃烧边界线即煤层完全正常与煤层半燃烧边界线；以红色线表示煤层完全燃烧边界线即煤层完全燃烧与煤层半燃烧边界线。图5 火烧边界解释成果图自燃边界线主要走向呈南北向，在井田南部向西延伸。未燃烧与完全燃烧边界线总体走向一致，趋势相同，形态上近似平行，二线间形成一个半燃烧过渡带，过渡带最大宽度220米，最小宽度100米左右（图5）。 623成果验证与评价验证过程不仅是对工作成果的检验，也是对提高解释精度和准确度是一种促进。根据磁测结果，结合以往地质推断的3号煤层燃烧边界，分别在磁法推断煤层正常区、半燃烧区和完全燃烧区共布设了四个验证孔，对磁法推断解译边界进行验证。其中煤层正常区布设2个孔，为SH1孔和SH3孔，在半燃烧区布设1个孔，为SH4孔，在完全燃烧区布设1个孔，为SH2孔。通过对各个验证孔取芯和地球物理测井， SH1和SH3孔：煤层稳定，顶底未见火烧痕迹； SH4孔：煤层剩余厚度为0.48米；SH2孔：未见煤层痕迹，主要为浅红色的烧变岩。与推断解译情况一致。 由于验证工作量有限，磁法推断火烧区边界可靠程度受到一定的限制，所以本次推断煤层火烧边界线分为二个级别进行评价：可靠、较可靠二个级别。可靠区段为磁异常特征明显而且已经钻孔验证；较可靠为磁异常特征明显，但未经钻孔验证的区段（表2）。表2 推断煤层火烧边界评价表级别测线区段可靠程度大致长度（米）备注1CF5CF21可靠16002CF1CF5较可靠400CF21CF3918007结论通过磁测工作，确定了该煤田内3号煤层火烧区的自燃边界, 基本划定了未燃烧边界和完全燃烧边界线。根据钻孔对边界进行验证结果，与解释结果一致，说明此次磁测工作及解释成果可靠，可作为划分煤田自燃边界边界的依据。作者认为，利用磁测方法是确定煤田火烧区边界的一种简单、方便、有效方法之一。但在实际应用当中，对地形地质条件比较复杂的测区，尤其是对不具备磁测条件、磁性干扰强的地区要慎用。【参考文献】:1刘光鼎 主编 地磁场与磁力勘探 地质出版社 2005.2董守华 多边形体T最优化反演圈定火烧区 煤田地质与勘探1996(01)3向运兵 吴军 叶厚余 孟宪才谈磁法勘探中标本磁参数测定的必要性 西部探矿工程 2007年03期4 戴伟 磁异常处理与信息提取技术研究成都理工大学2008年5陕西省陕北侏罗纪煤田榆神矿区井田勘探报告 陕西省地矿局西安地质矿产勘查开发院 2009.作者简介陈小龙（1974年8月4日生），男，物探工程师，本科学历，1998年陕西省地质矿产勘查开发局物化探队工作。现任项目负责，曾任野外操作员、班组长和野外负责。从事领域主要以综合物化探为重点。先后在西北地质、陕西地质、地质通报、中国地球物理论文集等发表多篇论文；负责或部分负责了四十多个物化探项目的野外实施、室内资料整理、数据处理、成果报告编写以及部分资料研究项目的实施，涉及GPS测量、重力、磁法、电法、地震、化探、陕西省化探数据库、航磁数据库和重力数据的升级、中国地质调查局东部地球化学块体。五年前以从事煤田勘查和工程勘查（主要包括地震、磁法）为主，近五年主要从事中国地质调查局综合性物化探油气项目，其中以银-额盆地及其邻区综合物化探项目、额济纳旗及其邻区综合物化探项目、恩施-利川重磁电剖面项目为主。任金礼，男，1963年3月生，汉族，陕西省宝鸡市陈仓区人，物探高级工程师。1985年毕业于西安地质学院地球物理勘探系，同年7月被分配到陕西省地矿局物化探队工作。多年来，先后从事过物探外业工作、综合研究、生产管理、技术管理等多种物探工作，积累了较丰富的物探工作及管理经验。2006年获得物探高级工程师任职资格，97、98、99年连续三年被本队评为先进生产者。尤其是进入地质市场后，参与并主持了多个大型、中型的物探项目技术工作。通过物探专业技术工作，对陕西境内的区域地质、矿产分布、地球物理特征、水文地质概况等有了较多的了解。对常规物探工作方法技术如：重磁、大地电磁、瞬变电磁法、地震等方法掌握熟练。工作中曾担任过野外组长、综合研究组组长、分队长及工程物探公司经理等职。现在陕西省地