磁法勘探在圈定煤田自燃区及在煤田地质勘察中的应用研究

张跃彬

摘要：随着经济对资源需求的不断增加和找矿难度的加大，磁法在矿产勘探中变得越来越重要。本文介绍了磁法勘探原理，分析了如何运用磁法确定煤田自燃边界的技术原理、工作方法，并研究了中心回线瞬变电磁法在煤田地质勘察中的应用。

关键词：资源；磁法勘探；瞬变电磁法； 煤田地质勘察

1引言

煤炭是我国的主体能源，是我国能源安全的基石，在国民经济中具有重要的战略地位。在新的历史条件下，以科学发展观统领煤炭地质工作全局，按照构建新型煤炭工业体系的要求，加强加快煤炭资源勘查，是提高我国煤炭资源保障程度、缓解煤炭供需矛盾、促进煤炭工业可持续发展的重要措施，也是构建资源节约型、环境友好型社会的必然要求。作为煤田地质勘测工作者，我们有责任对勘探新技术和新方法进行分析和研究。笔者结合多年的实际工作经验对磁法勘探技术进行了介绍，并重点分析了中心回线瞬变电磁法在煤田地质勘察中的应用。

2磁法勘探概述

磁法勘探是地球物理勘探方法之一。自然界的岩石和矿石具有不同磁性,可以产生各不相同的磁场,它使地球磁场在局部地区发生变化,出现地磁异常。利用仪器发现和研究这些磁异常,进而寻找磁性矿体和研究地质构造的方法称为磁法勘探。磁法勘探是常用的地球物理勘探方法之一。它包括地面、航空、海洋磁法勘探及井中磁测等。磁法勘探主要用来寻找和勘探有关矿产；进行地质填图；研究与油气有关的地质构造及大地构造等问题。

3运用磁法圈定煤田自燃边界

在煤田地质勘探中,煤层自燃区直接影响资源量的计算和井田边界的划分,故在煤田地质勘探中查明煤层自燃边界范围就显得尤为重要。

3.1 工作原理

由铁磁性物质的剩磁理论知,岩石烧变后所获磁性的强弱,与煤层自燃时燃烧程度及其对岩石的烘烤温度的高低有关。煤层自燃时,岩石所获温度愈接近居里点,冷却后,烧变岩所保留的热剩磁场就愈强；反之则愈弱。煤层的顶底板岩石中含有大量的黄铁矿及菱铁矿结核,但其磁性微弱,磁化率(K)常见值一般很小；当煤层自燃后,煤层顶板岩石受到高温烘烤(发生物理化学变化),受热变质,从而形成含铁磁性矿物的烧变岩。温度降低后,就保留较强的热剩磁,其磁化率(K)和剩余磁化强度(Jr)的常见值一般为烧变前的几倍至几十倍,从而形成了明显的磁性差异。实测磁异常曲线上表现为:正常含煤区磁场背景平稳,而自燃区则可测到明显磁异常。

3.2 野外观测方法

磁法野外观测,每天始于基点,终于基点。磁法生产使用仪器为G-856型高精度数字式质子磁力仪,该仪器有自动存贮数据的功能。基点观测记录两次,测点记录一次。外业记录本中仅记录测线点号与仪器存储号的对应关系及测点附近的地形、地物、烧变岩出露等情况。在野外观测中,操作员对有怀疑的点,如异常和背景不足的线均进行了补测追踪,以保证观测质量及磁异常的完整。

3.3 数据处理与分析

3.3.1 数据处理

室内对磁测野外原始观测数据均进行了各项改正,包括日变改正、纬向梯度改正和区域场改正等。(若磁测曲线为强磁异常,则可略去小于2nT的垂向梯改)。将G-856仪器中的数据通讯输入计算机,用磁法数据处理程序将观测数据进行各项改正,处理结束后,打印出剖面曲线、计算参数表和日变曲线。资料处理及制图均采用程序数字处理,基本无人为误差,精度高,工作及时,提高了工作效率。

3.3.2 数据分析

首先对磁测曲线进行归纳,剔除干扰异常,再对有用磁异常进行分类解释。地表磁干扰主要为农房、高压线、地表烧变岩碎块等。实测ΔT曲线上表现为单点或很窄的尖峰高频异常,易与煤层自燃区磁异常区分。根据工作经验,正常煤层从自燃到熄灭过程中,存在着一个熄灭带,该熄灭带自烧程度相对降低,相应的烧变岩磁性亦弱,在解释时,一般是将烧变岩近似地等效为以煤层底板为界的近似半无限水平斜台阶状磁性体,因熄灭带的磁性较弱,故实际解释煤层自燃边界位置应由理论解释点向未烧区偏移,偏移量要视磁异常形态而定。解释工作在分析剖面异常特征点的基础上,进行平面曲线类比,结合二维组合棱柱正反演解释拟合及钻孔、地面调查等资料进行综合对比分析,从已知到未知,反复研究异常特征点与煤层自燃边界的对应关系。对不规则异常和幅值较小的异常段,主要结合异常平面分布规律进行推断。

4中心回线瞬变电磁法在煤田地质勘察的应用

4.1方法简介

瞬变电磁测深法(TEM)是近二十几年来迅速发展起来的一种新的电磁测深方法。由于该方法具有探测深度大、对地层分辨能力高、受旁侧影响或体积效应小,以及工效高、成本低等特点,因而在寻找油气田、煤田、有色金属矿、地热田、地下水以及地质构造研究等方面取得了引人注目的成果。中心回线瞬变电磁法的基本原理是利用不接地回线线源向地下发送一次脉冲磁场,在一次脉冲磁场的间歇期间,采用不接地线圈(或接头)以一定的采样率接收感应二次磁场。该二次磁场是由地下地质体受到一次磁场激励后在其内部形成的感应涡流产生。随地质体导电性能及空间赋存位置的不同,感应涡流衰变的规律也有所不同,通过分析和研究二次磁场的时空变化特征计算视电阻率,进而对视电阻率反演计算,获得不同深度的视电阻率,形成地下电性结构剖面达到解决地质问题的目的。由于早期信号反映浅部地电特性,晚期信号反映较深部地电断面,这就可以达到探测的目的。

4.2 方法实践-以某地区煤田地质勘查为例

4.2.1 找煤模式和方法的有效性分析

在确定工区的基本情况后，再分析工区的地电特征和电磁资料,初步认识本区的找煤模式:①煤层的发育与一定的地质构造和环境有关。②解释上以瞬变的反演结果确定地层、基底。应用地质、钻探资料标定物探层位,从已知到未知推断解释。③确定低阻分布特征,确定异常体的性质。④密切注意电性横向变化规律,结合盆地相带变化特点,确定电性横向变化与岩相关系。瞬变电磁测深方法是通过探测低阻异常,根据异常所处的具体构造部位,间接寻找目标物(煤系地层)。工区虽靠近城区,外来电磁噪声干扰有影响,但从V8观测系统及方法,采用25Hz、8.33Hz两个频率观测的结果看,重复采集、相互弥补、多次叠加,干扰基本上影响很小。探测目标与上下岩层之间的电性差异较大,目标物的规模较大,埋深较小,易于分辨。与其他方法相比采用瞬变电磁测深方法探测更为有效。

4.2.2 工作布置

对勘查区进行瞬变电磁测深,点距100m,线距2000m,物理点1000个,共布设剖面0、2、4、6、8计5条。野外施测过程中,根据实际进展,针对次级盆地的独立性、低阻的分布,调整了工作部署:①前期以主要完成0、2、4、6、8测线,初步摸清低阻的大致分布范围。②前期低阻分布摸清以后,根据初步资料,有目的的在南部、东北部实施加密,增加了3、5、7测线。③测线线距1000-2000m,根据实际情况,点距100-200m不等。

4.2.3 资料处理

资料处理与解释主要用YUTEM资料处理一解释系统。由于求取的虚拟全区视电阻率曲线消除了场源的影响,具有平面电磁波的性质,可进行类MT方式进行反演。根据MT中的周期T和TEM中的延迟时间t相对等的简单关系:

T≈t/0.194

可将"虚拟全区视电阻率"曲线近似看作MT的视电阻率曲线,进而对瞬变电磁测深的资料作类似于MT的Bostick一维近似反演。

精确的一维反演采用以"虚拟全区视电阻率"为反演过程中的拟合目标函数,它根据"虚拟全区视电阻率"的观测值和反演结果正演计算的拟合情况,来调整电性层的电性和几何参数。选个时间点的数据,以一维Bostick反演的结果作为初始模型,将地下电性层划分为层,根据正演结果和观测值的差异逐层修正电阻率和厚度,并且循环进行。不同于大地电磁测深法(MT),TEM的反演时间较长,主要是因为在反演迭代过程中TEM的正演计算时间比频率域方法要长很多。由于采用对称方形的小偏移距的线框作为发射源,并且是在中心点上采集时间序列的衰减信号,因此,它更类似于自激自收的垂向测深法。在这种情形下,一维反演结果具有很高的精确性。

参考文献

[1]朱晓颖，磁法在煤火探测中的应用，物探与化探，2007.

[2]苏朱刘, AB-s方式瞬变电磁测深资料处理方法研究,石油地球物理勘探,2002.