地下煤层自燃地球物理信息提取的应用效果分析

如题所述

综上所述,我们认为采用频率域功率谱可视化磁异常深度计算方法可快速确定煤火点埋深,采用磁水平梯度模方法可快速圈定烧变岩体范围,可视化二维、三维磁反演方法可确定烧变岩的埋深、大小及产状。采用氡气深度反演方法可大致确定燃烧区范围及煤火点埋深,采用磁法与氡气深度反演结果相结合可预测煤火燃烧的发展趋势。这些方法都是结合乌达煤田火区实际需要提出的实用方法,也可以推广到其他火区勘探中。

1.煤层自燃边界信息

根据磁异常特征可以圈出烧变岩体分布范围,地面氡气、地表温度场测量结果可以圈出正在燃烧火区范围。根据电法视电阻率断面图异常范围,结合电性及地质资料分析可以圈出剖面不同深度火区范围。

2.煤层自燃深度信息

根据煤层自燃地质模型,煤层自燃后紧靠煤燃烧点顶底板会变成具有磁性的烧变岩体。该烧变岩体的厚度与着火点温度及燃烧时间有关。若能计算出烧变岩体的顶深和底深,则此烧变岩体接近燃烧点边界的厚度中心即是煤层着火点的深度。实际工作中,通过对磁异常的定量解释,使用功率谱法快速给出烧变岩体顶深及中心深度,从宏观了解煤层自燃深度现状;而后通过剖面切线法给定烧变岩体埋深初值,应用三维自动反演快速确定重点异常区内烧变岩体地下分布形态;最后通过人机联做三维反演给出重点异常区内地下磁性体三维展布特征;结合区内地质资料,提取出火区分布范围及着火点深度等信息。

以乌达煤火区为例,在地磁测量区域内,主要分布有两个磁异常(东西相距100m左右)。应用功率谱法计算西部、东部两个磁性体顶深结果分别是21m和41m,中心深度77m;地磁三维反演得出的磁性体顶深分别为18m、31m;底深25m、51m。根据此区南侧100m左右的钻井资料,发生自燃的9层煤西部埋深19~25m,煤层东倾6°左右,东比西深10~20m。从这一结果看,采用磁法计算磁性体顶深误差小于30%。

另外,还可采用地面热红外测量和测氡法直接反演获得地下煤火的燃烧深度和大致范围。

由于乌达试验区地下煤火条件具有多煤层燃烧和采用长臂式综合开采工艺遗留的复合采空区,导致热源的空间结构异常复杂。因此,从地面测量结果得出非常准确的深度位置是不现实的。如果结合现场地质条件和现场热源体(如煤层,具有可燃性的岩石等)分析,可以初步确定获得热源的重心位置,推断地下煤层燃烧体的空间位置和范围。

3.煤层自燃状态信息

煤层自燃主要可分为自燃、燃烧发展、熄灭三个阶段。

自燃开始阶段,无磁异常,温度增高,可能出现氡异常、电性异常。统计乌达测区航空物探资料视电阻率高、无磁异常的区域共有10 处,发现其中五处有热红外异常,可认为这些是刚开始燃烧火区。其他五处高电阻率异常区,可能为岩性或其他因素引起,目前尚无资料证明。

燃烧发展阶段,有磁异常、电异常、热红外异常和放射性异常。若电异常位于磁异常边部,电异常中心区域即为煤层燃烧区域,磁异常与电异常中心连线且指向电异常方向即为火区发展方向。

熄灭阶段,有磁异常、无电性异常体。统计乌达测区航空物探资料中出现有磁异常、无视电阻率异常的区域共有5处。其中4处无热红外异常,可认为是煤层自燃已经结束,温度降为常温,围岩磁性保存,视电阻率恢复常温条件下电阻率。

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