谈论煤田火烧区物探勘探方法

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近年来，伊宁英也尔乡火龙洞煤矿区，已发现有多处煤田自燃区，为了利用这一地热资源；本文主要利用物探磁测和TEM测深勘探方法查证煤层自燃区的分布地段。

1煤矿区的地质物探特征

1．1矿区位置

工作区位于伊宁市西北19km、218国道北侧、铁厂沟西侧的白云山上，属伊宁市管辖。英也尔乡火龙洞位于预选区的东部偏北部位，其直角坐标为X=4879266，Y=14515609，地理坐标为东经81。1141．2”，北纬44。0255．7”。区内有简易公路通往各乡镇，交通便利。

1．2矿区地质特征

1．2．1地层

工作区内出露地层以下侏罗统(J)地层为主，包括下侏罗统八道。湾组(Jb)和下侏罗统三工河组(Js)，南侧局部存在中侏罗统西山窑组(J2X)，而第四系全新统一上更新统(Q冲洪积砂、风成黄土，与下部侏罗系(J)地层呈不整合接触，覆盖面约占全区面积的2／3。工作区位于苏勒马提河背斜构造及铁厂沟向斜构造之间，各地层相对较稳定，产状缓慨倾向南南西，倾角一般为25o～30~。该地层均为含煤层，厚约740～820m共含10层煤，包含下侏罗统八道湾组(JiDB1、B2、B3、B4、Bs和B6煤层、下侏罗统三工河组(JLs)B7煤层及下侏罗统西山窑组O2x)c1、c2和c3煤层。

1．2．2构造

工作区位于铁厂沟向斜构造北翼单斜地层区，构造简单，仅在北东侧边缘存在规模很小的西山背斜构造，中部存在一北东向张性断裂。

1．3地热资源概况

1．3．15-作区地热资源的形式和主要特征

铁厂沟一界梁子一带热汽资源由煤层在地下自燃形成。英也尔乡火龙洞附近有11处煤层火烧区，形成了相应的热气泉口，温度大都在100c(=以上。初步调查显示，这些煤层的火烧区大多与21～23号煤有关，分布在铁厂沟向斜北翼的单斜地层中，有一部分已经达到西山背斜的轴部，甚至延续至西山背斜的北翼。在其中一个岩洞中，热汽温度应该在200℃以上，将一只小纸团扔进洞里’／J、纸团就会燃烧起来，见图1。煤田勘查资料显示，分布在浅表的B7号煤层为勘查区内主要的自燃煤层，地表所见到的火烧层，大多以烧变岩的形式存在。图1中岩洞周围的岩性即是这种烧变岩。

1．3．2煤层的自燃趋势

在煤田勘查中，对煤在氧化一还原条件下的燃点做了专门测试，最终计算出不同煤层自燃趋势评价参数△值。已有资料表明，英也尔乡地区B组煤层△Tc值在31．0～53．0℃之间，均属于自燃倾向较高的煤层，在高压、氧化条件下，它们极易自燃。从这个角度讲，煤层的自燃趋势可能成为该区“地热资源”的源源不断的补给源。但是从另一个角度讲，“煤层自燃”却是煤田资源的破坏因素。

1．4煤矿区岩矿石的物性特征

现场踏勘结果显示，分布在踏勘剖面300号点的48号火烧区有明显的地球物理异常显示，局部磁力高值异常和相对低值的电阻率异常，见图2。火龙洞附近区域在冬季从来没有积雪的情况，这一现象表明这里的地温也相对较高。在英也尔乡火龙洞地区，煤层在燃烧中产生的高温导致菱铁矿烧变为赤铁矿和少量的磁铁矿，在地面形成明显的地温异常和磁力异常。火烧区的磁力异常表现为局部的、范围不规则的高值和低值异常，有时以低值异常为主。这些不规则的异常叠加在较大范围高磁异常背景之上。对工作初期的踏勘剖面利用切线法作反演计算，火烧区地质体埋藏深度在28m左右；在TEM电磁测深剖面的Ps拟断面中，13号煤层(相当于B2煤层的分布空间)视电阻率出现幅值在一20％左右的低值异常，其埋藏深度为30m左右。根据实测数据显示，煤层烧变后其密度由原来的2550km／m降低至2200～2300km／m，咆括泥岩在内)。当烧变岩烧变岩向下蔓延的深度达到60～100m时，就可以在地面产生(0．5～1．o)×10m／s的重力异常。综上所述，煤层火烧区在地表可以产生明显的地球物理异常，这一命题在我们的踏勘资料中已经得到证实(图3)。在2005年的勘查中，我们进一步测定了该区岩矿石的物性数据，对该区岩矿石的物性特征有了进一步的了解，见表1。

1．5煤矿区岩矿石的物性特征

根据区域水文地质调查的煤田地质勘查所获资料，该区地下含水层不发育，多以裂隙水的形式存在。由于上游地下水的径流补给条件很差，工作区内稳定地下水位埋藏深度在100m以上。正是这个原因，本区热气泉表现为干热气体为主的特征。

2物探勘探方法

2．1磁法勘探方法

采用美国GeoMetric公司生产的G一856型质子磁力仪，预查区按250m×50m的网度进行面积性测量，勘查区按50mX20m的网度进行面积性测量，测量灵敏度0．1nT，观测总精度-I-3nT。为了保证总的观测精度，选择一致性较好的仪器3台，建立固定基点，进行日变、仪器零点和磁场水平的单项改正计算，按要求进行质量检查。野外作业按《地面高精度磁测技术规程>(ozrroo71—93)执行。

2．2TEM测深方法

TEM电磁测深适合于探测对象埋藏深度<500m的条件，而直流电阻率测深的探测深度可以稍微大些，但是综合考虑它们的优缺点，还是采用TEM电磁测深开展工作。TEM电磁测深剖面布置在热气泉或高温异常分布区，剖面长度大于热气泉或高温异常的平面宽度。使用仪器为加拿大GEONICS公司生产的PROTEM，应用软件为TEMIXXL。按现行《瞬变电磁测深工作规范》执行。

3物探勘查成果

3．1地面磁力异常特征

3．1．1磁力异常的总体特征

勘查区内地面磁力异常可以划分为两大类，第一类为连续性较好的、范围较大的、以正异常为主的面状异常。这类异常与测区内的砖红色含褐铁矿砂岩相对应。第二类为连续性较差的、范围较小的、以负异常为主的局部异常，见图3。这类异常与勘查区内的火烧区相对应，其直接原因是含铁质的烧变岩，我们将它们称为“烧变岩异常”。

3．1．2烧变岩磁异常的特征

煤层在自燃过程中，所含的菱铁矿烧变成磁铁矿和赤铁矿。这种热变质作用的过程大都发生在一个范围不大的区域内。同时又受到周围岩石磁性影响，因而均匀性很差，且多发生反磁化的特征。正是这种特定的地质条件决定了烧变岩异常的特定形态，见图4。图4中的“l#”，即2m地温测量发现的l#高温异常，该异常与火龙洞地热点相对应，地面磁力表现为明显的锯齿状低值异常，叠加在一个宽缓的高值异常之上，同时又有较明显的低阻异常和低值重力异常与之对应。图4中的“2#”，即2m地温测量发现的2#高温异常。该异常的特征与1群异常相同，但更为明显，锯齿状低磁异常的幅值约1000nT’是一个典型的火烧区异常。所述2#地温异常的另一条剖面，即45线见图4。在该剖面上对应于2#地温异常的位置上出现了明显的锯齿状低磁异常，幅值达1400nT，重力异常的低值特征表现得也十分清晰。在其它地温异常点上地能够看到类似的锯齿状低磁异常的出现。

3．2TEM电磁测深成果资料的成果

勘查共完成了8条TEM电磁测深剖面，其剖面的布置参数和剖面上出现低阻异常的部位，我们只列举50线、52线剖面数据的成果，见图5、图6。在勘查区内发现并圈定出11处与火烧区相关的低阻异常。为了说明这些低阻异常在地热勘查中的特殊效果，我们将50线和52线作为典型剖面进行详细的解释。火龙洞地热点分布在50线的1090～1210点区问，相当于1异常，对应有明显的低阻异常显示。在50线地面磁测的锯齿状低磁异常分布1150～1250点之间，相对于低阻异常要偏北约40m。这一现象与火烧区地层向南倾斜有关。重力异常表现为低值特征，现象也十分明显。52线TEM电磁测深pa断面图的上半段的红色高阻异常区，反映了一个明显的向斜构造，下部绿色的低阻异常区，则反映了以泥岩为主要岩性的向斜构造的底板。该向斜构造的范围较小，赋存在铁厂沟向斜的北翼，为该区的一个次一级构造，以西山背斜为其南界，见图6。我们将该次级构造称为“火龙洞向斜”。在火龙洞向斜北翼上半部出现两处明显的低阻异常，与1#和2#地温异常相对应。在50线这两处异常仍然清晰可见。这两处低阻异常即是由火烧区所引起。不同的是，在52线上，1#和2#低阻异常表现为规模不大，且互不相连的特点，而在5O线上1#、2#异常不仅相连，而且向南、向下具有较大的延深趋势，原本连续、完整的低阻异常已经被分割成为两大块，其间的宽度约100Ill。该低阻异常带反映了火烧区向下蔓延的趋势。

4结论

综合本文所叙，主要获得如下认识和结论：

(1)对煤田燃烧区的勘查利用物探磁测和TEM测深方法可以准确确定煤层自燃区的位置及埋深、产状等特征。

(2)可以根据推断的煤层自燃点的分布特征推测煤矿的地质成矿构造特征。

(3)物探勘探的推断成果对于煤矿热力资源利用具有实际重要的参考价值。