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新疆呼图壁地区煤层火烧区范围及深度的探析 中国西部矿产资源丰富，大部分地区矿产资源调查面积小，面积分散。工作区位于天山北麓, 地形陡峭, 沟壑纵横, 地质工作程度低。通过实地调查, 发现煤层露头区火烧现象严重, 为合理开发区内煤炭资源, 必须进一步了解煤层火烧范围及其深度。由于地表火烧范围已基本查明, 隐伏煤层的燃烧程度需凭借地球物理勘探手段进行探测。目前主要相关物探方法有磁法勘探、自然电位、测氡、红外测温等, 考虑到具体方法的局限性, 此次选取磁法勘探手段, 通过测量磁异常分布特征, 对实测异常剖面进行化极、延拓、二度半人机交互反演, 得到反演地质模型, 达到探测煤层火烧区空间分布特征的目的。 1 地质概况 1.1 槽褶皱带的伊连哈菲尔德结构 工作区位于准南煤田中段, 大地构造属准噶尔—北天山褶皱系, 北天山优地槽褶皱带的伊连哈比尔尕复背斜中的山间盆地, 是华力西褶皱基底上发育的中—新生代盆地。该盆地近东西向延伸, 在呼图壁河一带, 与乌鲁木齐山前坳陷连通, 向东与庙尔沟和后峡山间盆地贯通, 构成准南煤田的山区山间盆地。 1.2 中下侏罗统地区 工作区域位于北天山地层分区中的伊林哈比尔干山地层小区, 其出露的地层多呈北西西—南东东向分布, 在呼图壁河以西区域分布的地层由老到新有:中石炭统前峡组、下侏罗统八道湾组、三工河组及中统西山窑组, 其中下侏罗统八道湾组为主要含煤地层, 第四系多为冲积、洪积物, 大面积分布于坡前和沟谷中, 主要成分为黄土。工作区面积约1km2, 呈矩形状, 南北长1.4 km, 东西宽0.7 km。前人提供资料勘探区内发育一轴向近南北的向斜, 经过实地踏勘, 发现两翼地层倾角相对平缓, 勘探区内地层基本呈一向南倾的单斜构造, 倾角15°~20°。 1.3 岩石磁化率测定 煤层的自燃过程是一高温氧化过程, 这一过程中除煤自身的变化外, 围岩中所含有铁、磷等物质在煤层燃烧过程中发生物理化学变化, 在300~800℃高温条件下原本磁性微弱的岩石经过降温过程后产生温差剩磁。岩 (矿) 石标本磁化率测定是磁法资料解释的基础, 真实可靠的物性参数资料有助于正确地认识磁异常, 此次工作共采集到了50块岩 (矿) 石标本, 分别求取磁性参数 (表1) 。经统计, 岩石标本烧变岩平均值K=4 759.64×10-64π·SI, Jr=1 894.27×10-64π·SI, φ=157°14apos;34″, 具有中强磁性, 未发生火烧地层呈弱磁性或无磁性。因此, 采取磁法勘探探测火烧区范围及其空间分布特征是最有效的物探方法。 2 仪器性能测试 磁测采集选用3台GSM-19t质子磁力仪, 1台仪器做日变采集, 其他2台流动采集。采集工作开展前对3台仪器进行噪声水平试验、主机、探头一致性试验, 实验结果满足规范要求 (表2) 。日变站选取严格按照规范要求, 此次工作选取日变站一处, 早晚校正点一处。工作区内地形地势复杂, 结合地层出露特点, 选择东西向布置勘探线, 勘探网格20 m×50 m, 点距20 m, 线距50 m。 3 数据处理 3.1 地表环境磁异常 工作区内无磁性干扰, 操作规范, 采集数据质量可靠。磁测数据经过日变校正、高度校正后得到ΔT磁异常值。磁场计算公式ΔT=TC-T0+Tr+Tg。其中, TC为观测值;T0为基点值;Tr为日变改正值;Tg为高度改正值, 工作区范围较小不需要纬度改正。对磁异常数据做滤波、化极、解析延拓、反演技术处理后, 逐步获取相关技术成果。化极是把斜磁化异常化为垂直磁化 (化到地磁极) , 消除由于磁化场的倾角和偏角引起的磁异常不对称性的一种滤波技术。图1中显示在测线1 800~2 450这一范围内, 如虚线圈定位置, 磁异常值明显高于勘探区其他部位, 最高值大于800 n T。异常区域呈椭圆状, 长轴近东西向, 长度约700 m;短轴近南北向, 长度约400m。异常区域的100~300测点对应地表火烧岩体出露明显, 向东大号点方向逐渐被岩体覆盖;勘探区南部1 200~1 400测线, 500~600测点附近有一面积较小的高异常区, 最高异常约300 n T, 该处与地质调查对应小面积火烧出露基本对应。勘探区其他处磁场值较为平稳, 无明显异常。异常区正负伴生情况与煤层燃烧情况相关, 煤层燃烧时由于煤层厚度、产状、燃烧时与空气接触情况不同, 燃烧后状态各异, 燃烧界面以锯齿状多见, 从而出现正异常、负异常伴生。 3.2 向上延拓空间分布 向上延拓处理方法主要作用是削弱局部干扰异常, 反映深部异常分布规律。为了更好地了解不同深度区域火烧区引起的磁场变化, 在化极的基础上作出50, 100, 150 m三个不同高度向上延拓计算 (图2) 。 从延拓处理的效果看, 向上延拓50 m时磁场信