新疆布臘圖勘查區(qū)地震磁法勘探煤層火燒邊界

劉正風(fēng)，張凡斌

（山東省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，山東 泰安 271000）

煤田三維地震勘探的主要任務(wù)是進(jìn)一步控制主要煤層底板標(biāo)高以及探測(cè)小斷層、小構(gòu)造、陷落柱、采空區(qū)、沖刷帶等。然而，在煤礦設(shè)計(jì)及開(kāi)采過(guò)程中煤層火燒的存在給煤礦的生產(chǎn)安全帶來(lái)極大的隱患，火區(qū)治理已經(jīng)成為亟待解決的問(wèn)題。對(duì)煤田（煤礦）火區(qū)進(jìn)行綜合詳細(xì)勘查，為下一步的滅火專(zhuān)項(xiàng)初步設(shè)計(jì)和火區(qū)治理工作提供依據(jù)①山東省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，劉正風(fēng)，新疆和什托洛蓋煤田和布克賽爾蒙古自治縣布臘圖勘查區(qū)三維地震勘探報(bào)告，2010年。。

1 地質(zhì)概況

布臘圖勘查區(qū)位于和布克賽爾蒙古自治縣和什托洛蓋鎮(zhèn)東30km處。其大地構(gòu)造位置位于準(zhǔn)噶爾－北天山的褶皺系，西南準(zhǔn)噶爾優(yōu)地槽褶皺帶的和什托洛蓋凹陷?；拘螒B(tài)為山間盆地，地形地貌極其復(fù)雜，全區(qū)基本上由走向東西的火燒矸石山丘、戈壁、沖溝及松散碎石山丘相間組成。區(qū)內(nèi)地層自上而下為：第四系、侏羅紀(jì)西山窯組、三工河組及八道灣組。其中第四紀(jì)地層較薄，且局部有巖石出露。局部地表及其下部存在火燒區(qū)?？辈閰^(qū)內(nèi)的含煤地層為侏羅紀(jì)西山窯組及八道灣組。其中西山窯組可采煤層較多，主要可采煤層為B17，B18，B6及B3煤層，而B(niǎo)17，B18煤層厚度較大，埋藏較淺，B6及B3煤相對(duì)較薄，埋藏較深。區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造為一向斜，軸向NEE，N翼傾角較緩，S翼傾角較陡。煤層與其頂?shù)装逦镄圆町惷黠@，煤層附近能形成能量較強(qiáng)的反射波。

2 探測(cè)方法

2.1 數(shù)據(jù)采集與處理

根據(jù)該區(qū)的地球物理特征和勘探目的，選用三維地震和磁法相結(jié)合的綜合物理方法對(duì)該區(qū)實(shí)施勘探。經(jīng)各種試驗(yàn)后確定三維地震勘探觀測(cè)系統(tǒng)采用8線(xiàn)5炮制，中間發(fā)炮，接收道數(shù)8×60＝480道，接收線(xiàn)距20m，CDP網(wǎng)格：10m（橫向）×5m（縱向），覆蓋次數(shù)20次。在整個(gè)資料處理過(guò)程中，始終以高信噪比、高保真度為目標(biāo)展開(kāi)資料處理工作［1］。

磁法勘探使用2臺(tái)高精度GSM－19T數(shù)字式質(zhì)子磁力儀進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集，同時(shí)進(jìn)行測(cè)點(diǎn)和日變觀測(cè)，測(cè)線(xiàn)基本垂直地層走向，按50m線(xiàn)距，10 m點(diǎn)距布設(shè)。全區(qū)共布設(shè)155條測(cè)線(xiàn)。在資料處理過(guò)程中，除進(jìn)行日變校正外，還剔除了個(gè)別特殊干擾異常點(diǎn)。

2.2 物性響應(yīng)特征

2.2.1 磁法勘探

煤層在燃燒過(guò)程中，煤層上覆巖石受到高溫烘烤，由于高溫和地磁場(chǎng)的作用，鐵質(zhì)礦物經(jīng)氧化還原及“弱場(chǎng)冷卻”的物理化學(xué)變化，產(chǎn)生了較強(qiáng)的“熱剩磁”，相應(yīng)的巖層形成了具有較強(qiáng)磁性的燒變巖，使燒變巖與圍巖產(chǎn)生明顯的磁性差異［2］。

野外采集資料經(jīng)整理、處理后，對(duì)處理后的資料采用了多種方法進(jìn)行分析解釋?zhuān)饕衅矫嫫拭鎴D分析（圖1）及等值線(xiàn)平面圖分析（圖2），進(jìn)行綜合分析解釋。

在磁法△T平面剖面圖上（圖1）2～3測(cè)線(xiàn)的7?！?2＃點(diǎn)出現(xiàn)高△T異常，△T值最大在100nT左右。同樣，在磁法△T等值線(xiàn)平面圖上（圖2），2～3測(cè)線(xiàn)的7＃～12＃點(diǎn)出現(xiàn)高△T異常，△T值最大在100nT左右，為火燒區(qū)的反映。

圖1 磁法△T平面剖面圖

圖2 磁法△T等值線(xiàn)平面圖

2.2.2 三維地震勘探

煤層在燃燒過(guò)程中，煤層上、下部圍巖受到高溫烘烤，致使煤層上、下部圍巖裂隙發(fā)育，失去了形成層狀地震反射的條件。煤層火燒在時(shí)間剖面上的反映是反射波品質(zhì)變差或突然消失，反射波變的雜亂無(wú)章。三維地震可以根據(jù)煤層反射波出現(xiàn)的上述異常，解釋煤層火燒，圈出煤層火燒區(qū)邊界。

由于地震時(shí)間剖面上得不到來(lái)自淺層的地震反射波，因此當(dāng)煤層火燒深度淺于100m時(shí)，煤層火燒邊界的圈定，主要是根據(jù)磁法勘探測(cè)量的磁參數(shù)測(cè)量圈定的煤層火燒區(qū)，并結(jié)合各煤層反射波的產(chǎn)狀趨勢(shì)圈定各主采煤層火燒邊界點(diǎn)，連接各邊界點(diǎn)圈定出各煤層火燒區(qū)。

當(dāng)煤層火燒深度深于100m時(shí)，根據(jù)煤層火燒在地震時(shí)間剖面上的反映特征，圈定各主采煤層火燒邊界點(diǎn)，連接各邊界點(diǎn)圈定出各煤層火燒區(qū)（圖3）。

圖3 各煤層火燒邊界點(diǎn)在地震時(shí)間剖面上的反映

3 綜合解釋

3.1 多種物性響應(yīng)的綜合分析

采用2種勘探方法對(duì)煤層火燒區(qū)進(jìn)行了圈定，2種方法圈定的煤層火燒區(qū)范圍詳見(jiàn)圖4。

圖4 2種方法圈定煤層火燒區(qū)范圍示意圖

從圖4中可以看出用2種勘探方法圈定的煤層火燒區(qū)范圍稍有差別，磁法勘探圈定的火燒深度較淺，三維地震勘探圈定的火燒深度較深。

2種方法有差別的原因主要是：煤層在燃燒過(guò)程中，燃燒程度不一樣，產(chǎn)生的溫差剩磁不一樣，燒變巖體下部一般磁性較弱，有的烘烤帶根本就沒(méi)有磁性［3－5］，影響磁法解釋火燒深度的精度。另外各地區(qū)聚煤規(guī)律，煤質(zhì)都不同，燃燒時(shí)間，煤層著火原因千差萬(wàn)別，按均勻磁性地質(zhì)體進(jìn)行解釋?zhuān)绊懘欧ń忉尰馃齾^(qū)范圍精度。

3.2 火燒區(qū)分布形態(tài)與規(guī)律

2種方法綜合解釋煤層火燒區(qū)2處，均分布在各主采煤層露頭處，并呈條帶狀分布，第1處火燒區(qū)位于測(cè)區(qū)中南部，火燒深度自各煤層露頭由北往南逐漸變深。其中B18煤層火燒區(qū)，火燒深度20～150m，走向長(zhǎng)1 570m，南北寬165m，火燒面積約0.26km2；B17煤層火燒區(qū)，火燒深度20～557.74 m，走向長(zhǎng)1 700m，南北寬324m，火燒面積約0.55 km2。第2處火燒區(qū)位于測(cè)區(qū)西北部邊界附近，僅B6煤層被火燒，火燒深度20～160m，走向長(zhǎng)1 180 m，南北寬448m，火燒面積約0.53km2（圖5）。后經(jīng)鉆探驗(yàn)證所解釋的成果與鉆探揭露情況吻合。

圖5 各主采煤層火燒區(qū)分布范圍示意圖

3.3 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

（1）磁法勘探雖然具有勘探成本低的優(yōu)點(diǎn)，但也與其他的物探方法相同具有受應(yīng)用條件限制的固有缺陷。

（2）三維地震勘探與其他的物探方法相比，精度明顯提高，在條件較好的地區(qū)能控制在水平方向幾十米，垂直方向幾米的范圍內(nèi)，特別是對(duì)于深度大于100m的火燒區(qū)邊界點(diǎn)較其他物探方法效果更加明顯，但對(duì)淺于60m左右的火燒分界點(diǎn)，受地震本身方法的制約，精度不夠理想。

（3）利用綜合物探方法能較準(zhǔn)確的圈定出煤層火燒區(qū)范圍。而且采用地震及其他物探相結(jié)合解釋煤層火燒，還能圈定出各煤層的火燒區(qū)邊界，使各煤層的儲(chǔ)量計(jì)算更準(zhǔn)確，更能接近實(shí)際。并為礦井設(shè)計(jì)及下一步的滅火專(zhuān)項(xiàng)初步設(shè)計(jì)及煤層火燒區(qū)治理工作提供可靠的依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

不同的物探方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用的地球物理?xiàng)l件。地震方法尤其是三維地震勘探方法在石油、煤炭等資源勘探以及工程勘察中的作用是其他方法無(wú)法替代的。但是，針對(duì)不同的地質(zhì)任務(wù)和地質(zhì)條件，選擇合適的物探方法尤其是利用綜合物探方法是提高分辨率，成功地解決復(fù)雜地質(zhì)問(wèn)題的關(guān)鍵。該次利用三維地震和磁法勘探成功地查明了各主采煤層火燒區(qū)范圍，為煤層儲(chǔ)量計(jì)算和今后的煤礦安全生產(chǎn)提供了技術(shù)保障。

［1］張威.山東煤田地震勘探及展望［J］.山東地質(zhì)，1990，6（2）：79－86.

［2］黃群.綜合物探方法在煤礦火燒區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用［J］.山西科技，2011，（2）：81－83.

［3］曾融生，陸涵行，丁志峰.從地震折射和反射剖面結(jié)果討論唐山地震成因［J］.地球物理學(xué)報(bào)，1988，（4）：23－38.

［4］陸基孟.地震勘探原理［M］.北京：石油大學(xué)出版社，2005.

［5］MT／T 897－2000.煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范［S］.2000.