淺析磁法勘察技術(shù)在煤田自燃邊界中的應(yīng)用

摘要：中國(guó)的煤炭產(chǎn)量位于世界首位，其中約1/3的產(chǎn)量經(jīng)過(guò)火力發(fā)電轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)力電，所以，煤炭也是我國(guó)的主體能源。促進(jìn)煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，也是構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然要求，它的安全生產(chǎn)更是直接影響著我國(guó)的能源安全，并且也對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定和發(fā)展起著戰(zhàn)略性的作用。

關(guān)鍵詞：磁法勘查技術(shù) 煤田自燃邊界

中圖分類號(hào)：P631.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-0432（2012）-12-0215-1

1 磁法勘查技術(shù)概述

存在于自然界中的巖石和礦石，本身具有不同的磁性，其所產(chǎn)生的迥然有別的磁性場(chǎng)使得局部地區(qū)的地磁場(chǎng)發(fā)生各不相同的變化。磁法勘查技術(shù)就是基于這種磁性體產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)地磁場(chǎng)引起的畸變，利用儀器，對(duì)由此產(chǎn)生的異常響應(yīng)進(jìn)行觀測(cè)及分析，尋找地下磁性礦體和異常接觸帶的方法，稱為磁法勘察技術(shù)。它也應(yīng)用于有用礦產(chǎn)分布及地質(zhì)賦存情況的探查和地質(zhì)構(gòu)造、大地構(gòu)造的研究。

2 磁法勘察技術(shù)在確定煤田自燃邊界中的應(yīng)用

眾所周知，在實(shí)際煤田地質(zhì)工作中，煤層自燃區(qū)邊界的確定是十分重要的，這個(gè)邊界的范圍，直接影響著煤炭資源儲(chǔ)量的計(jì)算和煤田邊界的劃分。地球物理磁法勘查技術(shù)在煤田工作中可以很好的解決煤層自然區(qū)的邊界確定問(wèn)題，為井田劃分及進(jìn)一步的礦井建設(shè)提供可靠依據(jù)。

2.1 煤田自燃邊界確定的原理

在同一地區(qū)、同一巖性中的鐵磁性物質(zhì)的含量應(yīng)當(dāng)大體相同。根據(jù)鐵磁性物質(zhì)的剩磁理論可以得知，巖石經(jīng)燃燒燒變質(zhì)后，其所獲得磁性的強(qiáng)弱，與其相鄰煤層在自燃過(guò)程中燃燒的程度及燃燒對(duì)原巖的烘烤溫度的高低有關(guān)。煤層自燃時(shí)，原巖獲得的溫度愈接近居里點(diǎn)，在冷卻之后，其形成的燒變巖所保留的熱剩磁場(chǎng)就愈強(qiáng)；反之則愈弱。

煤層的頂、底板原巖中含有大量的黃鐵礦及菱鐵礦結(jié)核，但含礦原巖磁性較微弱，磁化率（K）值一般很小。當(dāng)煤層自燃后，煤層頂、底板的原巖受到高溫烘烤（發(fā)生物理化學(xué)變化），受熱變質(zhì)，從而形成含鐵磁性礦物的燒變巖。溫度降低后，就保留較強(qiáng)的熱剩磁，其磁化率（K）和剩余磁化強(qiáng)度（Jr）的常見值一般為燃燒變質(zhì)前的數(shù)倍至數(shù)十倍，從而形成了明顯的磁性差異。實(shí)測(cè)磁異常曲線上表現(xiàn)為：正常含煤區(qū)磁場(chǎng)背景平穩(wěn)，而自燃區(qū)則可測(cè)到明顯磁異常。

2.2 野外觀測(cè)方法

磁法生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)精確使用各類型號(hào)的高精度數(shù)字式質(zhì)子磁力儀（該儀器有自動(dòng)存貯數(shù)據(jù)的功能）搜集實(shí)地的原始數(shù)據(jù)。

在野外觀測(cè)中，每個(gè)工作日的起點(diǎn)、止點(diǎn)都是這條設(shè)計(jì)線路的基點(diǎn)。每條工作路線上，基點(diǎn)觀測(cè)并記錄兩次，而測(cè)點(diǎn)只記錄一次。外業(yè)記錄本中需記錄實(shí)測(cè)的測(cè)線點(diǎn)號(hào)與儀器中存儲(chǔ)的代號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，另外要著重記錄觀測(cè)點(diǎn)附近的地形地貌、地物環(huán)境、原巖及燒變巖的出露等情況，為此后的異常成圖、內(nèi)業(yè)分析和綜合研究提供依據(jù)。

在野外觀測(cè)中，操作員對(duì)有懷疑的點(diǎn)，如異常和背景不足的線均要進(jìn)行補(bǔ)測(cè)追蹤，以保證觀測(cè)質(zhì)量及磁異常的完整。

3 數(shù)據(jù)處理與分析

3.1 數(shù)據(jù)處理

在正式的室內(nèi)數(shù)據(jù)分析之前，首先要對(duì)磁法野外原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行各項(xiàng)修正，包括日變修正、緯向梯度修正和區(qū)域場(chǎng)修正等（若磁測(cè)曲線為強(qiáng)磁異常，則可略去小于2nT的垂向梯改）。將野外磁測(cè)時(shí)使用的高精度數(shù)字式質(zhì)子磁力儀中的數(shù)據(jù)通訊輸入計(jì)算機(jī)，用磁法數(shù)據(jù)處理軟件將觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行各項(xiàng)修正，經(jīng)過(guò)處理后，打印出實(shí)測(cè)線剖面曲線圖、計(jì)算參數(shù)表及日變曲線圖。原始資料的處理及其成圖均采用數(shù)字軟件處理，基本無(wú)人為誤差，精度較高，同時(shí)工作及時(shí)，也保證了工作效率。

3.2 數(shù)據(jù)分析

野外實(shí)測(cè)時(shí)，地表會(huì)有一定的磁干擾，主要由農(nóng)房、高壓線、地表燃燒變質(zhì)巖碎塊等產(chǎn)生。所以，數(shù)據(jù)分析前首先要對(duì)每條已經(jīng)生成的磁測(cè)曲線進(jìn)行歸納，剔除以上原因產(chǎn)生的干擾異常，再對(duì)各測(cè)線上有用的且相關(guān)的磁異常進(jìn)行分類解析。分析中常遇到ΔT曲線圖上會(huì)出現(xiàn)單點(diǎn)或很窄的尖峰高頻異常的情況，這種情況是實(shí)測(cè)中的干擾異常在ΔT曲線圖上的表現(xiàn)結(jié)果，它較易與煤層自燃區(qū)產(chǎn)生的磁異常進(jìn)行區(qū)分。

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總體上，煤層從自燃到熄滅的過(guò)程中，會(huì)存在一個(gè)逐漸熄滅的熄滅帶，熄滅帶的自燒程度由自燃區(qū)向熄滅帶相對(duì)降低，相應(yīng)的燃燒變質(zhì)巖磁性也逐漸減弱。在解釋時(shí)，一般是將燃燒變質(zhì)巖近似地等效為以煤層底板為賦存邊界的，近似水平斜臺(tái)階狀磁性體。

因?yàn)橄邕^(guò)程是一個(gè)磁性相對(duì)減弱的過(guò)程，所以由實(shí)際工作解譯出的煤層自燃邊界位置應(yīng)由數(shù)據(jù)上表示的理論解釋點(diǎn)位置向未燒區(qū)偏移，偏移量要視磁異常形態(tài)而定。解釋工作在分析剖面異常特征點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行平面曲線類比，結(jié)合二維組合棱柱正反演解釋擬合及鉆孔工程、地表調(diào)研等資料進(jìn)行綜合比對(duì)分析，從已知推測(cè)未知并加以驗(yàn)證，反復(fù)研究異常特征點(diǎn)與煤層自燃邊界的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)不規(guī)則異常和幅值較小的異常段，主要結(jié)合異常平面分布規(guī)律進(jìn)行推斷。

4 淺談磁法勘查技術(shù)的發(fā)展

磁法勘查技術(shù)作為古老的地質(zhì)勘查技術(shù)有著輝煌的歷史成就，但是隨著信息時(shí)代的發(fā)展和科技技術(shù)的更迭，如移動(dòng)電話內(nèi)部磁場(chǎng)，播音廣播等等很多的人工磁場(chǎng)環(huán)境的出現(xiàn)，都很大的影響了磁法勘查技術(shù)的準(zhǔn)確性。所以筆者認(rèn)為，在新時(shí)期的特殊環(huán)境下，磁法勘查技術(shù)也應(yīng)當(dāng)依托人造電磁場(chǎng)環(huán)境開展工作。在穩(wěn)定的人造電磁場(chǎng)環(huán)境中尋找內(nèi)部磁異常體，加以解釋分析，并通過(guò)其他地質(zhì)工程手段進(jìn)行認(rèn)證，必然能夠?yàn)檫@門古老的技術(shù)注入新的活力。

另外，單獨(dú)依靠磁法勘探技術(shù)進(jìn)行礦產(chǎn)調(diào)查、構(gòu)造解譯等工作已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的工作需要。在當(dāng)今數(shù)字化信息時(shí)代，各個(gè)學(xué)科間曾經(jīng)的“固有”界限已經(jīng)被打破。新的環(huán)境下，可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，綜合處理各個(gè)學(xué)科間的獨(dú)有成果。將磁法勘查技術(shù)輔以電法勘查、地震波勘查技術(shù)等手段全面解譯地質(zhì)體的賦存特征，為新時(shí)期資源的可持續(xù)利用和節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)助力。

作者簡(jiǎn)介：張壯（1970-），男，就職于吉林省煤田地質(zhì)勘查設(shè)計(jì)研究院；于立鑫（1987-），男，吉林長(zhǎng)春人，就職于吉林省煤田地質(zhì)勘查設(shè)計(jì)研究院。