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[摘 要]新疆煤田火烧区具有点多面广的特征，煤田火烧区的存在，对矿井及周边安全带来了一定的危害，并且会造成严重的空气污染。在对火烧区进行治理之前，需查明火烧区的分布范围。本文介绍了综合物探方法（磁法、自然电场法及高密度电法）在煤田火烧区探测中的应用，物探成果资料经钻孔验证技术效果良好。
[关键词]综合物探 煤田火烧区 应用
中图分类号：P58 文献标识码：A 文章編号：1009-914X（2018）37-0381-01
1、引言
新疆地处亚欧大陆中部，形成极端干燥的温带大陆性气候，这也导致了新疆煤田火烧区点多、面广，燃烧速度快，煤炭储量损失惊人。为对煤田火区进行治理，必须查明其燃烧范围、深度及燃烧状态。但火烧区地球物理特征复杂，单种方法无法达到多个目的，因此可采用多种物探手段相结合来解决火烧区物探的问题。
2、煤田火烧区的地球物理特征
为选择正确有效的物探方法，查清火烧区的范围及燃烧深度、燃烧状态，首先要对火烧区的地球物理特征有所认识。
当煤层发生自燃时，煤层及附近基岩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。它的磁化方向与地磁场方向相同，在火区观测到的异常就是由温差剩磁性形成的。
火烧区自然电场异常，主要是烟煤在自热和燃烧阶段中发生化学反应产生的氧化还原电场和吸附电场，以及地表微弱的过滤电场。由于火区岩层处于不同位置，矿化度和氧化程度是不同的，其异常的最大值对准燃烧区的中心，到自热氧化带上异常幅值逐渐减弱，故在燃烧带上能观测到很强的自然电位异常，这种异常又分两种类型，一种是燃烧区的覆盖层较厚的深部火，观测到的是还原电场为负异常。另一种是燃烧区的覆盖层较薄，小于3m的火区，观测到的是氧化电场为正异常。
不同岩性的岩石在室温下的电阻率不同，在加热过程中电阻率的变化也不同。在500℃以下，随着温度升高，煤岩电阻率的变化复杂。当温度达到500℃以上，随着温度的升高，所有岩石电阻率均快速下降，当温度达到900℃时，岩石电阻率接近于零。当煤层燃烧后，烧空区上覆岩层会逐步垮落，使烧空区形成高阻异常。
3、煤田火烧区勘探
火区划分的吸附水蒸发带、挥发物涌出带、发火带、燃烧带及还原熄灭带在磁法曲线中均有不同的表现，因此可利用磁法确定火烧区的范围及深度。燃烧带上磁性异常较弱，但自然电场异常处于峰值，因此可综合利用磁法和自然电场法来确定火烧区的燃烧状态。
由于受到数据解释手段的限制，单依靠磁法数据无法完成燃烧的准确判定，而高密度电法纵向分辨率较高，且火烧区由浅到深电阻率差异较大，因此可利用高密度电法确定火烧区埋深。
4、综合物探在火区勘探中的实际应用
勘探矿区位于八道湾向斜南翼，基本构造形态呈一向北西倾斜的单斜构造。地层倾角79°～80°，矿区浅部大面积火烧，中深部为采空区，浅部地质情况复杂。且该火烧区燃烧底界不规则凹凸不平，不同煤层燃烧深度亦不同，煤层燃烧情况极为复杂。为查明其燃烧范围及燃烧深度，采用磁法及及自然电场法探测区内火区分布范围；通过高密度电阻率法探测火区燃烧深度。
如下图所示为某线所取得的磁法、自电曲线及高密度电法剖面。
在高密度电阻率剖面图中，桩号140～170m，标高875～823m，此处视电阻率曲线有个大倾角的凹陷的低阻。相对于该段的高精度磁法剖面，此处正异常开始增大，推测为煤层底板的位置；而自电剖面在该段表现为平稳的负异常。再结合野外班报记录综合考虑，推测该段为煤层露头位置燃烧过后的火区、地表陷落的表现。
在桩号170～260m，标高861～800m，视电阻率剖面表现为几个不连续的大倾角的高阻异常，延伸深度表现为沿测线方向由南向北逐渐变深。在这几个高阻异常相对应的位置，高精度磁法和自电剖面都表现为剧烈的正异常，再结合野外班报记录综合考虑，推测为火区的表现。在桩号260m～290m，在两个高阻体中间出现一个低阻体，而同一位置的自电表现为正异常的波峰，但高精度磁法表现微弱，符合治理火区的特征，推测为火区燃烧带。
在380～440m桩号段，高阻异常表现近水平，该处地表为人为堆积煤场，且野外班报记录有燃烧迹象，推测为堆积煤燃烧的表现。
因为火烧导致煤层和围岩的岩性脆弱，并在175m～195m和275m～310m桩号位置发现了塌陷。因此该线火区的范围圈定为140m～440m桩号，标高变化为874m-777m，最大深度75m，平均深度45m。
5、结束语
经过后期钻孔验证，本次探测所取得的火区范围及埋深等成果是可靠的，为该火烧区治理奠定了基础。这表明，在火烧情况较为复杂的火区，磁法及自然电场法能准确圈定火区燃烧边界，高密度电法则可对燃烧深度进行可靠探测，结合多种方法，即可对火烧区燃烧范围及深度进行有效探测。
参考文献：
[1]宋吾军， 王雁鸣，邵振鲁. 高密度电法与磁法探测煤田火区的数值模拟[J]. 煤炭学报， 2016， 第41期：899-908.
[2]张秀山. 新疆煤田火烧区特征及灭火问题探讨[J]. 中国煤田地质， 2004， 第1期：18-21.
[关键词]综合物探 煤田火烧区 应用
中图分类号：P58 文献标识码：A 文章編号：1009-914X（2018）37-0381-01
1、引言
新疆地处亚欧大陆中部，形成极端干燥的温带大陆性气候，这也导致了新疆煤田火烧区点多、面广，燃烧速度快，煤炭储量损失惊人。为对煤田火区进行治理，必须查明其燃烧范围、深度及燃烧状态。但火烧区地球物理特征复杂，单种方法无法达到多个目的，因此可采用多种物探手段相结合来解决火烧区物探的问题。
2、煤田火烧区的地球物理特征
为选择正确有效的物探方法，查清火烧区的范围及燃烧深度、燃烧状态，首先要对火烧区的地球物理特征有所认识。
当煤层发生自燃时，煤层及附近基岩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。它的磁化方向与地磁场方向相同，在火区观测到的异常就是由温差剩磁性形成的。
火烧区自然电场异常，主要是烟煤在自热和燃烧阶段中发生化学反应产生的氧化还原电场和吸附电场，以及地表微弱的过滤电场。由于火区岩层处于不同位置，矿化度和氧化程度是不同的，其异常的最大值对准燃烧区的中心，到自热氧化带上异常幅值逐渐减弱，故在燃烧带上能观测到很强的自然电位异常，这种异常又分两种类型，一种是燃烧区的覆盖层较厚的深部火，观测到的是还原电场为负异常。另一种是燃烧区的覆盖层较薄，小于3m的火区，观测到的是氧化电场为正异常。
不同岩性的岩石在室温下的电阻率不同，在加热过程中电阻率的变化也不同。在500℃以下，随着温度升高，煤岩电阻率的变化复杂。当温度达到500℃以上，随着温度的升高，所有岩石电阻率均快速下降，当温度达到900℃时，岩石电阻率接近于零。当煤层燃烧后，烧空区上覆岩层会逐步垮落，使烧空区形成高阻异常。
3、煤田火烧区勘探
火区划分的吸附水蒸发带、挥发物涌出带、发火带、燃烧带及还原熄灭带在磁法曲线中均有不同的表现，因此可利用磁法确定火烧区的范围及深度。燃烧带上磁性异常较弱，但自然电场异常处于峰值，因此可综合利用磁法和自然电场法来确定火烧区的燃烧状态。
由于受到数据解释手段的限制，单依靠磁法数据无法完成燃烧的准确判定，而高密度电法纵向分辨率较高，且火烧区由浅到深电阻率差异较大，因此可利用高密度电法确定火烧区埋深。
4、综合物探在火区勘探中的实际应用
勘探矿区位于八道湾向斜南翼，基本构造形态呈一向北西倾斜的单斜构造。地层倾角79°～80°，矿区浅部大面积火烧，中深部为采空区，浅部地质情况复杂。且该火烧区燃烧底界不规则凹凸不平，不同煤层燃烧深度亦不同，煤层燃烧情况极为复杂。为查明其燃烧范围及燃烧深度，采用磁法及及自然电场法探测区内火区分布范围；通过高密度电阻率法探测火区燃烧深度。
如下图所示为某线所取得的磁法、自电曲线及高密度电法剖面。
在高密度电阻率剖面图中，桩号140～170m，标高875～823m，此处视电阻率曲线有个大倾角的凹陷的低阻。相对于该段的高精度磁法剖面，此处正异常开始增大，推测为煤层底板的位置；而自电剖面在该段表现为平稳的负异常。再结合野外班报记录综合考虑，推测该段为煤层露头位置燃烧过后的火区、地表陷落的表现。
在桩号170～260m，标高861～800m，视电阻率剖面表现为几个不连续的大倾角的高阻异常，延伸深度表现为沿测线方向由南向北逐渐变深。在这几个高阻异常相对应的位置，高精度磁法和自电剖面都表现为剧烈的正异常，再结合野外班报记录综合考虑，推测为火区的表现。在桩号260m～290m，在两个高阻体中间出现一个低阻体，而同一位置的自电表现为正异常的波峰，但高精度磁法表现微弱，符合治理火区的特征，推测为火区燃烧带。
在380～440m桩号段，高阻异常表现近水平，该处地表为人为堆积煤场，且野外班报记录有燃烧迹象，推测为堆积煤燃烧的表现。
因为火烧导致煤层和围岩的岩性脆弱，并在175m～195m和275m～310m桩号位置发现了塌陷。因此该线火区的范围圈定为140m～440m桩号，标高变化为874m-777m，最大深度75m，平均深度45m。
5、结束语
经过后期钻孔验证，本次探测所取得的火区范围及埋深等成果是可靠的，为该火烧区治理奠定了基础。这表明，在火烧情况较为复杂的火区，磁法及自然电场法能准确圈定火区燃烧边界，高密度电法则可对燃烧深度进行可靠探测，结合多种方法，即可对火烧区燃烧范围及深度进行有效探测。
参考文献：
[1]宋吾军， 王雁鸣，邵振鲁. 高密度电法与磁法探测煤田火区的数值模拟[J]. 煤炭学报， 2016， 第41期：899-908.
[2]张秀山. 新疆煤田火烧区特征及灭火问题探讨[J]. 中国煤田地质， 2004， 第1期：18-21.