宁夏煤田枣泉矿井综合物探效果

（宁夏煤田地质局　　李新安　　祁明星）

　　由于宁夏煤田枣泉矿井首采区主要可采煤层一煤、二煤自燃现象严重，且火烧区普遍充水，这给矿井建设及矿井的煤炭生产带来较大的安全隐患，因此，查明首采区火烧区范围及其含水性是一项重要的地质勘探任务。

一、概况

　　井田内绝大部分地层被第四系风成沙层覆盖，地形低缓平坦，起伏不大，海拔标高为1337 ～ 1375米，由南向北渐低，过碎石井沟又升高。在河沟两侧有中侏罗统地层零星出露，钻孔所揭露的地层为第四系、中侏罗统安定组、直罗组和延安组，下侏罗统富县组及上三叠统延长群。

　　本区地处鄂尔多斯台缘褶带(Ⅱ)东侧中段。构造以褶曲为主，断层稀少。井田内主体构造为一两翼对称向南倾没的碎石井背斜。

　　根据大量钻孔、地质资料，本区含煤岩系地层是以石英、长石为主要矿物成分的各类碎屑岩、泥岩、砂质泥岩、砂岩及煤层组成。煤层及顶底板岩层中普遍含有菱铁矿（FeCO2）、褐铁矿、黄铁矿(FeS2)结核或薄膜等铁矿物成分。当煤层自燃后，原来呈微弱磁性反映的岩层保留有较强的“热剩磁”,磁化率常见值K=0.001070×1/4πSI，Ji=6.0×10-3A/m(全区平均值)；剩余磁化强度Jr（常见值）=4720×10-3A/m，Q=Jr/Ji=786.7。本区地磁场倾角为56.2°，Jr方向为-53°；总场磁背景值为T=54000nT。

　　区内地层岩性电性参数主要有第四系黄土（风成砂） ρs=50～80Ω.m；砂砾石、河流石ρs=250～1000Ω.m；中侏罗统延安组（J2y）ρs一般为30Ω.m～50Ω.m；煤层ρs为60Ω.m左右；泥岩ρs<25 Ω.m；粗砂岩ρs>100Ω.m；烧变岩（未充水）呈高阻反映，ρs为80Ω.m～200Ω.m；烧变岩充水区相对于烧变岩呈低阻反映，ρs一般为25～60Ω.m；富水区视极化率η>3％，弱水区为1～3﹪ 。煤层燃烧后，烧变岩裂隙充水变为含水体岩层电性发生变化。

二、工作方法

　　根据试验结果及地质任务，采用高精度磁法、直流电测深法和激发极化法三种工作方法进行综合勘探。

　　磁测采用加拿大先达利（SCINTREX）地球物理公司生产的IGS—2/MP－4高精度质子磁力仪。直流电法使用DZD-3和TD3型多功能电法数字仪。

　　直流电法勘探网度为80×20米，磁法勘探网度为40×10米。

三、资料解释

　　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，结合钻孔、地面调查等资料进行综合对比分析，从已知到未知，由点到线再到面的原则，进行综合对比解释。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。

1、磁异常解释

　　测区磁异常反映较明显，按其异常曲线的形态，异常的自然连续和间断可以划分为三个（T-1、T-2、T-3）异常区。T-1区位于测区西南部，碎石井主体背斜的西翼，异常曲线特征为由北向南呈“负正负”。对应于正演数据体模型二；T-2异常区位于测区中部碎石井主体背斜东翼倾伏端。异常曲线由西向东呈“正负正”或“正负正负正”特征。该异常特征与地磁场方向相反，出现“反磁”现象。对应于正演数据体模型一。T-3异常区，位于测区北部，该异常幅度小于T-1及T-2区异常，而宽度较大。异常的规律性差，正、负极值点（特征点）不明显，异常组合从西向东呈“+、-、（+）”组合。

                   T－1区磁异常　　　　　　　　　T－2区磁异常

                            T－3区磁异常

　　针对本区不同的异常特征，建立了两种数据体模型，正演计算烧变岩边界条件，用于指导解释工作。

　　模型一：向东倾斜，倾角29°、b/h=2、2L/h=1.7的反向磁化有限板状体(图1模型正演曲线)。有限厚板状体的西界对应于西正极值，东界为东正极值。模型二： 向SW倾斜(25°)、正常磁化(I=80°)、b/h=3、2l/h=7.1的有限延深厚板状体(图2模型正演曲线)。有限厚板状体的东边界为其东负极值点，西边界为其西负极值点。西界负异常很小，且极值点不明显。

　　通过正演计算，结合已知烧变岩体实测磁异常曲线对比分析，区内烧变岩边界的解释原则为：T-1异常区:北端(露头端)以负极大值为界,倾伏端以正极值拐点处为界。（图3D4线异常曲线）。

　　　　　　　　　　　　　　　　图3D4线异常曲线

　　T-3区：西端以正异常极大值点处为西边界（见图6　 D34线异常曲线），但异常特征点不如T-2区明显；采用ΔT=－10nT ( T=53990 nT)确定西边界。

　　根据上述解释原则对实测磁异常曲线进行了平面对比解释，共划分了三个互不连接的煤层自燃区（T-1、T-2、T-3区），解释成果见下图。

2、电法解释

　　本区实测ρs曲线基本上可以划分为二种类型：HKH型、HKHA型。图7为 HKH型（37/D54号点曲线与2734号孔对比图）, K型部位视电阻率为85Ω.m，呈高阻反映,应为直罗组底部七里镇砂岩高阻体电性反映。曲线中部H型为二层煤电性反映。曲线特点:K型较小,尾支上升平缓。根据钻孔对比，应为正常含煤区电性反映。

ρs　

　　　　　　　　　　　　　　图737/D54号点曲线与2734号孔对比图

　　图8为HKH型（39/D32号点曲线与2717号孔对比图），但含煤层段视电阻率非常低，说明含煤地层已遭烧变破坏。烧变岩含水后视电阻率相对降低，

是地下水丰富造成的，说明烧变岩孔隙、裂隙发育，含水性好，属烧变岩富水区。

图9 为HKHA型。(19/D67号点ρs曲线与2614号孔对比图)，与图8（37/D54号点曲线与2734号孔对比图）视电阻率曲线比较，含煤层段的K型特征突出，相对于无烧变区为次高阻电性反映，表明岩层烧变后有一定充水。对应于烧变岩弱水区。

图919/D67号点曲线与2614号孔对比图

第四系砂砾石含水层呈高阻电性反映的特征是电法圈定古河床及划分其含水性的依据，含水层岩性越粗，砾径越大，其孔隙度就越大，透水性好，地层的电阻率就越高；反之，含水层岩性越细，孔隙度越小，透水性就越差，其电阻率就越小。据此，利用实测ρs曲线的高阻特征解释含水层的分布范围及含水性。

图10为孔旁激电测深，水位埋深28.2米，烧变岩含水层涌水量38.94升/秒，单位涌水量7.046公升/秒·米。激发极化法η曲线随着深度增加（基本位于水位埋深部位），η值开始上升，至AB/2=75米处（含水层底界）达到最大值4.3，然后开始下降。对比钻孔柱状分析，地层浅部为第四系风积砂，含水量极小或不含水，η值小于1；其下直罗组砂岩含水量增大，至35米深度左右，η值为1～3，反映含水层的弱富水性；35米～72.3米对应于烧变岩含水层，η值为3～4.3，达到最大值4.3，反映含水层的富水性。

　　　　　　　　　　　　　　　　　图10　孔旁视极化率曲线

　　根据上述电法解释原则，通过对单支测深曲线的定量解释、视电阻率平面等值线的定性解释和视激化率平面等值线的定量分析，结合水文地质调查综合对比分析，圈出了区内富水区和古河道分布范围及富水性。解释成果见下图。

四、结论

　　采用电法、磁法综合勘探方法，快速有效的圈出了区内烧变岩边界及第四系古河床范围，划分了烧变岩含水体及第四系古河床含水体的富水性，经钻孔验证，成果可靠。

　　在宁夏煤田采用地面磁法和电法勘探，结合地质调查和钻孔验证，圈定煤层自燃区和富水性是快速经济的有效方法。