磁法在新疆火烧区勘探中的应用

徐 晶，沈宏亮，程 海

（中煤科工集团西安研究院，陕西西安 710077）

0 引言

我国煤炭资源储备丰富，据中国第二次煤田预测资料，埋深在1000米以内的煤炭资源总储量为2.6万亿吨。其中华北地区、西北地区的储量占总储量的近80%。但是在内蒙、新疆等地区的煤矿勘探中，经常会遇到煤层自燃等情况，对煤田储量计算，煤矿开采安全会有很大影响，因此，勘探出火烧区范围有着重要的意义。经大量实践证明，磁法勘探在火烧区、岩浆岩入侵边界的圈定工作上，具有工期短、成本低、精度高的优势。

1 磁法原理及特点

物理学中，理想状态下观测点O（X，Y，Z）的地磁总场与各分量的关系式如下：

公式中T为总磁场强度；H为水平方向磁场强度；D为磁偏角；I为磁倾角；X、Y、Z分别为T在X、Y、Z轴上的分量。按上述关系，六个地磁要素并非完全独立，只要已知三个要素便可求出其他各个要素及总磁场强度T。在地磁学中常测定的是H，D和I，用它们来研究地磁场的分布。

地磁场和地球中心存在一个磁偶极子所引起的磁场基本相似，但从地磁图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极子磁场，两者有差异。这种差异（地面各测点的地磁数据与地心存在磁偶极子所产生的磁场值之差），称为大陆磁场。地磁场包括大陆磁场、因地质因素被磁化引起的磁场、地球以外原因引起的磁场以及随时间变化的磁场。通常把地球中心偶极子所引起的磁场Tn、大陆磁场Tm以及外磁场（由地球以外原因引起）Te总和称之为正常磁场To，即To＝Tn十Tm十Te。而随时间变化的磁场δT，可以进行校正。因此，地面上任一点的磁场T，可表示为正常磁场To和因地质原因所引起的磁异常Ta之和，即T＝ To+Ta。

在实际工作中，正常磁场To一般是指地磁图上所表示的磁场，而磁异常Ta又可分为区域异常和局部异常。前者是由分布范围较大、埋藏较深地质因素引起，后者是由分布范围较小、局部构造或埋藏较浅的磁性体所引起。

磁法探测的地面测量一般是测定总磁异常T，本次测量选择上述测量参数进行测量。

2 地球物理前提

一般情况下，含煤地层为沉积岩系，煤层变质程度很低。通常其磁化率和剩余磁化强度均很低。但是当煤层发生自燃，燃烧过程中产生的高温，使含煤岩层的铁质发生化学变化，当煤层及附近基岩的化学成分中含有较大成分的硫化铁及三氧化二铁时，这些含铁成分在一定的温度和压力下、受地磁场作用而被磁化，在降温过程中产生温差剩磁，从而使其带有较强的磁性，就会发生磁铁矿化现象，其简单变化表达式为：

图1 线磁法△T异常曲线图

煤层与燃烧变质地层从理论上说是有明显的磁性差异，特别是主采煤层受高温变质作用形成的变质煤或火烧岩。本次探测区域内煤的硫份不同煤层含量各不相同，一般含硫成分较大的煤层更容易自燃，从而氧化还原反应也较强，产生的铁磁性物质也相对较多，这为利用磁法测量圈定火烧边界提供了物理前提。

3 磁法异常分析

这里以新疆和布克赛尔蒙古自治县和什托洛盖煤矿区某矿为例，笔者曾在该矿区内进行一次大范围的磁法勘探。本次磁法探测布线依据“垂直于构造或地层走向”的原则，结合矿方了解的矿区煤层露头附近烧变区的分布情况，选择80m×5m的测网密度，布置测线31条。

图2 火烧区磁法探测异常平面图

磁测异常曲线图上，横轴为测线方向的距离（单位为：m），纵轴为探测磁场异常信号的幅值大小（单位为：nT）（如图1所示）。磁测异常曲线图即可以作为资料处理的依据，也是平面成果图的来源。

从图1中可以看出，测线前部曲线变化明显，异常幅值为正常值的数十倍之多，测线的中部和后部区域整体平缓，基本无明显变化。经实地考察，测线异常区域为煤层露头自燃区域。

图2为火烧区磁法异常平面图，图中红色区域代表磁法异常位置，颜色越深表示火烧异常越强烈。可以看出测区仅在南部区域受到煤层火烧影响，异常幅值基本在±600nT之间变化，表现形态多以剧烈波动为主且异常幅值较强。根据火烧异常分析，该异常表现强烈，推断与火烧影响到深部地层有关。

综上所述，磁法在勘探煤田火烧区方面具有精度高，成本低，操作方便等优点，可以大大提高煤田火烧区勘探的速度，为煤田灭火以及施工提供重要依据。但是在笔者进行磁法勘探的过程中发现，虽然磁法探测火烧区异常明显，但该方法对部分煤层高温变质而非自燃区域的分辨并无有效的界定办法，因此在上述推断烧变区范围时存在将煤层变质区按烧变区解释的可能，故在烧变区域附近应加强其它工作进行必要的验证。但是不可否认，磁法勘探在勘探火烧区方面有着显著的特点，对煤田勘探能发挥出更重要的作用。

[1]张跃彬.磁法勘探在圈定煤田自燃区及在煤田地质勘察中的应用研究[J].中国新技术新产品，2009-02-10

[2]祁瑞军，唐海燕，周越.磁法勘探在确定煤田火烧区域的应用[J].内蒙古煤炭经济，2012-01-15

[3]赵刚.磁法勘探和电法勘探在探测区自燃火区中的应用[J].西部探矿工程，2003-11-25

[4]陈敏，邵伟.地面高精度磁测在煤田勘探中的应用[J].陕西地质，2009-06-15