煤田地质构造中探测岩浆岩侵入的物探方法研究

刘涛

摘要：在煤田地质构造中，岩浆岩侵入是影响煤层完整性的重要原因，会使原本完整的煤层被分割。由于岩浆岩往往质地坚硬，对采面布置、巷道掘进以及顶板管理等都会带来影响，因此在确定开采煤层以及采面布置、巷道掘进施工前，必须要对煤田地质中岩浆岩侵入情况进行探测，查明其侵入特点及空间分布。

关键词：地质构造;物探;岩浆岩

在煤田地质构造中，岩浆岩侵入是影响煤层完整性的重要原因，会使原本完整的煤层被分割。由于岩浆岩往往质地坚硬，对采面布置、巷道掘进以及顶板管理等都会带来影响，因此在确定开采煤层以及采面布置、巷道掘进施工前，必须要对煤田地质中岩浆岩侵入情况进行探测，查明其侵入特点及空间分布。目前比较常用的探测岩浆岩侵入的物探方法主要有重力勘探、磁法勘探等。本文结合郭二庄矿煤田地质勘探实际，针对矿区岩浆岩侵入体，分析了岩浆岩的密度、磁化率等物理特征，以及重力、磁力异常条件下引起的物探异常。对重力勘探、磁法勘探的操作及其在岩浆岩侵入物探探测中的应用进行了探讨。

一、物探方法探测煤层岩浆岩侵入的前提条件

1、探测岩浆岩侵入的必要性

岩浆岩又成为火成岩，是地质活动中由岩浆冷却后形成的坚固岩体。比如花岗岩、玄武岩、流纹岩等都是比较常见的火成岩类型。岩浆岩的侵入会使原本完整连续的煤层被分割成段，而且由于其质地坚硬所以给采面布置和掘进开采带来很大的限制和影响。郭二庄煤田受火成岩侵入影响较大，区内岩浆岩呈层状大面积侵入9#煤上部。其中一层构成9#煤直接顶板，局部地段存在岩株、岩脉状侵入煤层，破坏了9#煤层的完整性，由于闪长岩侵入体凹凸不平，不易垮落，给采面顶板管理造成不利影响。部分煤层也因岩浆岩侵入而无法开采。为了合理布置采面和安排巷道掘进，需探明煤田区域内火成岩的侵入情况。

2、探测岩浆岩侵入的物探条件

物探方法探测岩浆岩侵入主要有两项基础因素：一是岩浆岩与周围岩体的物性差异，比如重力、磁力等差异，这种差异越明显则探测结果越准确;二是岩浆岩的产态，比如岩浆岩的产状、分布规律等，这既有利于判断岩性，也有利于掌握其侵入体分布。常见的侵入煤层的岩浆岩，多属于脉岩或浅成岩类，但岩性复杂。密度方面，岩浆岩较煤层要更加坚硬、致密，密度更大;磁性方面，侵入岩磁性比较复杂，剩余磁化强度的方向、大小均变化很大，而沉积岩则是无磁或弱磁状态，磁性变化也不大。根据磁性的不同可将侵入性的岩浆岩与煤体和其它沉积性岩体加以区分;电性方面，煤体等沉积岩具有显著的低电阻率，通过对岩体电阻率的探测，既可判断不同岩体的分布，也可了解煤体的煤化程度，区分煤种。

3、岩浆岩侵入体的产态

煤层中岩浆岩侵入主要分为层状岩床和脉状岩墙两种。层状岩床主要是岩浆沿煤层方向侵入所形成，可分为层状、似层状、树枝状等形态分布。岩浆岩侵入区域煤层采区的顶底板即是由此种层状岩床构成;岩墙则主要是岩浆沿早期裂隙侵入含煤地层而形成，往往成组、成排出现，并与主要断裂走向一致，宽度不一，倾角较大。

二、物探方法探测岩浆岩侵入的可行性分析

岩浆岩作为一种侵入性坚固岩体，其物性、岩性等与煤体和其它沉积行岩体都有很大的区别，这也为我们采用物探方法探测岩浆岩侵入提供了条件。岩浆岩物性、岩性的异常特征主要体现在以下方面：一是重力差异。由于密度不同，因而同等体积的煤体与岩体存在显著的重力差異，在地质物探中可表现为重力异常。岩浆岩岩床在延深和宽度不变的情况下，重力异常会随顶面埋深h的增大而减小。二是磁异常。岩浆岩可表现为显著的磁异常，可通过磁法勘探了解岩浆岩构造，并判断岩墙、岩床分布。虽然磁法勘探精度在一定程度上受岩体埋深、酸碱性影响，用观测精度为±1nT的磁力仪是可以发现具有一定规模岩墙和岩床的。三是电性差异。岩浆岩具有较高的电阻率，在埋深不大，地表地质条件良好的条件下，可观测到显著的电性异常。但对于埋深较大且规模较小的侵入体，则难以从干扰背景中进行识别，加之测量装备比较笨重，因而限制了其使用。

三、物探方法的观测要求及应用

1、重力勘探

重力勘探是利用各种岩矿体的密度差异所引起的重力变化而进行地质勘探方法。只要勘探地质体有一定的剩余质量，且埋深、地形等符合探测条件，即可使用重力仪测出重力异常。然后根据探测数据和相关地质资料，对重力异常进行定性或定量解释，继而推断出地层中不同岩体和矿体的埋深、位置、构造形态等地质信息。勘探前首先布置好探测网，被研究区域应在测区中央，测点间距应小于异常宽度的1/3，侧线间距应不大于侵入体在地面投影长度的1/3，如需进行定量分析，则应将精测剖面点距加密至5m;然后根据布格重力异常分配表进行总精度和误差分配，通过实测各测点的平面坐标和高程对重力观测结果进行修正。使用精度较高的微伽重力仪进行探测，对探测资料进行整理、计算和校正后，制作相应的重力异常图，继而完成对区域内地质矿岩体的定位和定量分析。

2、磁法勘探

磁法勘探是利用地下矿岩体磁性的不同，对其进行的定位和定量探测。测网布置与重力勘探基本相同，有时为了提高勘测精度，还可在同一测网中同时采用重力和磁力两种方法进行探测。总精度根据目标地质体的异常特征、干扰水平等来确定。目前使用的高精度磁力仪主要为铯光泵磁力仪和质子磁力仪。按照规范要求对观测资料进行整理后，制作相应的磁力异常图，从而分析出地下矿岩体的分布情况。

参考文献：

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[2]王正科，彭德然，卢琳，苟进昌.物探方法探测煤矿区岩浆岩侵入体探讨[J].《煤田地质与勘探》2015（1） ：91-95