关键词：磁异常；磁场值；燃烧煤层；空间分布
1、前言
新疆煤田火灾每年燃烧大量煤炭，排放大量有毒废物，严重影响着当地的经济发展和生态环境。通过地球物理方法对火区进行勘探，探明火区的范围及燃烧深度为煤田灭火设计和施工提供必要的依据。火区燃烧深度的确定，燃烧体形状、范围的确定是煤田火区勘探重要的工作，磁法是确定燃烧体深度的主要方法之一。
2、烧变岩及其围岩的磁性特征
煤层燃烧后，煤层顶底板所含铁质成分受热氧化，冷却后形成烧变岩，产生热剩磁，其磁场强度值高于正常场几百至数千nT，与围岩产生明显磁性差异。经过野外实地测量地表主要原生矿物的磁性得知，火区内岩石一般是无磁性的，个别有微弱磁性，其磁化率值一般小于100×10 SI。从测量的结果发现，在靠近燃烧层顶底板及夹层中的岩石磁化率增大至2～3个数量级，如原煤磁化率一般在(n～10)×10 SI左右，而燃烧过或经高温烧烤过的煤层磁化率值可达(200～4600)×10 SI，平均值在900×10 SI，磁性明显增强。根据这些磁性差异，利用磁法勘探可以较为准确地探测出火区范围及燃烧深度。
3、燃烧煤层的空间分布特征
根据煤田火烧区多年的工作经验，结合实测资料分析，正常煤层从自燃到熄灭过程中，存在着一个熄灭带，在熄灭带上观测到的异常最强，从熄灭带到燃烧带观测到的磁异常逐渐减弱，在挥发物涌出带和吸附水蒸发带上面观测不到磁异常，用磁法探测火区实际上主要是反映的是熄灭带的范围，燃烧带较之略深一些，这给磁法准确划分煤层自燃边界带来一定难度。在解释工作中，一般是将实际解释煤层自燃边界位置由理论解释点向未烧区偏移，偏移量要视煤层厚度而定。
4、常规磁法数据应用总结
在以往的工作中，磁法数据的解释主要是依照经验解释，需要经过下面几个步骤：
1、日变校正：先用日变观测站的数据计算出日变化数据，然后用实测数据减去日变化数据，获得日变校正后的数据。
2、正常场校正：先依照地形数据，用高斯球谐场计算出正常场数据，然后计算出正常场校正数据，进行正常场校正。
3、曲线圆滑
由于新疆的煤层火区大部分裸露，烧变岩遍布地表，因此所得的剖面曲线锯齿转跳跃很大，必须要经过适当的方法尽心处理才能较好的应用，实际工作中采用的是5点连续平均值圆滑，圆滑后数据的异常特征保留较完整。结合地质资料，利用零点值、最大值、最小值可以确定出死、活火区的燃烧边界和深度。
4、曲面圆滑
在确定火区的燃烧面积和燃烧体体积需要用到平面等值线图，在处理相关数据时常用到高斯低通滤波器或9节点平均滤波器进行滤波，突出燃烧体整体所造成的异常带，准确指出燃烧体的延展方向。
5、深度解释
将磁异常数据中的异常数据与正常场的数据界线位置作为确定燃烧体深度的依据，也有部分将最大异常值的1/3作为确定燃烧体深度的依据。这种方法存在很大的争议，主要是它完全依照部分火区的经验而确定的，缺乏理论依据，它也不能反映高温体的形状。这种方法在较浅的火区勘探中划分火区范围和确定燃烧深度均较为准确，但深度较大之后，误差也随之增大，需要结合其他地球物理方法来提高精度。
6、火区范围的划定
划分火区范围时，先绘制勘探工程的施工布置平面图，然后根据剖面上燃烧深度对应的水平位置划定。
5、2.5维磁异常反演
为了提高磁法解释的精度，我们引入一种更为准确的确定火区燃烧深度和形状的方法，该方法名为磁法2.5维（又名2.5D）反演，下面做该方法的介绍。
1、2.5维反演原理
2.5维反演是一种针对剖面数据的人机联合反演方法，它采用二度半多边形截面水平棱柱体（即模型的长度有限但远远大于横截面的宽和高）重磁正反演公式计算磁性体模型正演理论曲线，然后与实测异常曲线进行对比，使理论曲线拟合实测曲线。由于所选模型为水平有限长的棱柱体，截面为任意多边形，在剖面反演中其任意组合可以逼近任意形态的地质体，因此该方法适合于任意起伏地形条件。
在进行反演前，需对磁法数据进行相关校正，进行圆滑、滤波预处理。根据磁场的曲线形态，可在计算机屏幕上直观地建立模型，动态地修改模型，且能同时看到其重磁场与实测场的拟合情况，并根据模型快速直观地反演模型的物性。
2、2.5维磁法反演软件说明
剖面位场可视化正演拟合软件是在WINDOWS下开发的具有友好界面的高精度重磁剖面解释软件。所选模型为水平有限长的棱柱体，截面为任意多边形，其任意组合可以逼近任意形态的地质体。使用者可以根据实际测量的数据情况，进行圆滑、滤波预处理及化极、延拓等位场转换处理。根据磁场的曲线形态，可在计算机屏幕上直观地建立模型，动态地修改模型，且能同时看到其重磁场与实测场的拟合情况。另外还可以快速直观地反演模型的物性。该程序系统功能强，操作简便，使用者可以把精力集中于要解决的目标问题上，因而极大地提高了异常的反演效率和解释效果。
3、2.5维反演的应用
图1为某火区的磁异常曲线反演模型图，该地区煤层厚度为11.5米，其中间有夹矸层约0.7米，该剖面所对应的剖面方向为21，磁倾角为62，磁偏角为-3.46，所使用的模型长度为200米。在设定
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图1维反演模型与数据
相应参数后，通过反演我们确定磁异常体磁化强度为94.8×0.01A/m，深度为42.5米，模型厚度为11.2米，拟合误差为4.1nT，按照燃烧区比模型深的原则，结合以往的经验，推断着火点深度约47米。如果按照以往的经验解释来推断则深度为59米。
6、总结与建议
随着研究的深入，我们能够更加准确的解释推断出煤火的相关信息，但是每种方法都的理论与应用的结合需要更加精确、完善的工作流程，每种方法的完善与验证都与地质工作等其他工作息息相关，再将来的工作中应当更加注重相关信息的收集。
参考文献：
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[5]、杨永明.综合物探手段在煤田灭火中的作用.中国煤田地质, 2004,16(4):55.
论文作者:卿上坤,
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷19期
论文发表时间:2020/3/5
标签：煤层论文; 煤田论文; 数据论文; 深度论文; 模型论文; 异常论文; 剖面论文; 《建筑实践》2019年38卷19期论文;