1.引言
吐鲁番恰特喀勒火区位于新疆吐鲁番市高昌区东北方向（30°方位）33km，行政区划隶属吐鲁番市高昌区。东西长约3.70km；南北宽约2.40km，面积8.4322km2，属低山丘陵区带。最高海拔高程为1049米，最低922米，相对高差一般50米，地势总体为东北高而西南低，东部宽阔平缓而西部较陡峭。根据火区勘查规范和勘查方案，采用地面高精度磁测和自然电场法来解决火烧区探测工作。主要任务为：通过自然电场法探测工区内活火区分布范围；通过地面高精度磁测探测区内火烧区分布范围，圈定区内主要煤层的古火区范围。
2.工作区地质及地球物理特征
勘查区范围内主要含煤地层为侏罗系中统西山窑组（J2x）和侏罗系下统八道湾组（J1b）。共含编号煤层15层，全区所有煤层总厚平均为44.17m。全区可采煤层共8层，可采煤层总厚平均39.42m。
火区范围内主要含煤地层为侏罗系中统西山窑组（J2x）和侏罗系下统八道湾组（J1b）。共含编号煤层18层，勘查区内所有煤层总厚平均为52.93m。勘查区内可采煤层共8层，可采煤层总厚平均36.9m。
火区磁性特征：煤田火区按其发生、发展的进程将火区分成5个带：吸附水蒸发带、挥发物涌出带、发火带、燃烧带、还原熄灭带。在熄灭带上观测到的异常最强，可达几千nT以上，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它反映的是从发火带到熄灭带的范围。勘查区正常场场值ΔT在±100nT左右，而烧变岩场值ΔT在±500nT以上，磁性差异明显，所以用磁法勘探能有效解决本次勘探的地质任务。
火区自然电位特征：煤层氧化自热到燃烧是一个氧化过程，当煤层处于氧化，所产生的热量不能完全散发掉，而要集存一部分热量，使其煤层继续增温。在高温作用下加速了上部煤层的氧化，形成了氧化带，而下部煤层由于缺氧，就不可能有氧化现象，只是还原带，在上部煤层就会带正电，下部煤层就会带负电，其围岩顶底板则相反，因而形成了一个自然电位回路。由于自然电场跳跃剧烈很不稳定，反应的曲线成锯齿状，其异常的最大值对准燃烧区的中心，到自热氧化带上异常幅值逐渐减弱，故在燃烧带上能观测到很强的自然电位异常。
烧空区电性特征:煤层燃烧后遗留空腔，围岩受煤层火烧烘烤后裂隙发育、含水量降低，导致烧空区及其影响区相对围岩呈现高阻特征。因此可利用电阻率法探测区内的烧空区分布情况。
3.工作方法与技术
3.1测网布设工作
本次工作区内共设计物探测线91条，线距50，点距5m，施工过程中，由于地形及采掘坑原因，部分测线、测点无法到达，最终完成测线83条，南部测线方位角8°12′6″，北部测线方位角0°。剖面线总长24780m。
3.2高精度磁测工作
1）磁力仪噪声水平测定
表3-1 Erev仪器噪声水平统计表（开工）
表3-2 Erev仪器噪声水平统计表（收工）
可见，在开工前和结束后仪器的噪声水平优于设计<2.0nT的要求。
2）仪器观测精度测定
表3-3 Erev仪器观测精度统计表（开工）
表3-4 Erev仪器观测精度统计表（收工）
如表所示，各台仪器的观测精度均满足规程中小于2 nT的要求，且在工作过程中状态保持良好。
3）磁力仪一致性测定
开工试验中，Erev-1+仪器E1、E2、E3间的一致性为1.12nT；收工试验中Erev-1+仪器E1、E2、E3间的一致性为0.98n。满足规程中仪器一致性精度小于2 nT的要求，且在工作过程中状态保持正常。
4）系统误差测定
表3-5 Erev仪器系统误差统计表（开工）
表3-6 Erev仪器系统误差统计表（收工）
从表中可以看出，两组各台仪器的系统误差均小于1 nT，满足规范中无明显系统误差的要求。
通过以上试验工作，证明投入仪器设备稳定可靠、两组仪器内各台磁力仪一致性较好，可同时投入使用。至收工时仪器状态仍保持良好，施工过程中未发生仪器损坏事故，数据质量可以保证。
3.3自然电场法工作
据自然电场法选择原则及工作区的地质条件，本次自电工作选用的工作装置为电位观测法。
3.4高密度电法工作
高密度电法工作任务是探测煤层采空区位置和基本深度，采用了温纳α装置进行测量。
该装置适用于固定断面扫描测量，电极排列如下：
图3-4 温纳α装置跑极示意图
4.物探资料处理解释
4.1异常划分及综合解释
本次物探工作采取了多种物探方法，不同的地质体在不同的方法中有相应的反映。将地球物理特征结合地质资料和施工过程中的地表调查成果作为异常判别和解释的依据，对所取得的成果进行了推断解释。
1)13线综合剖面图
如图4-1所示为物探13线综合剖面图，该线位于工作区南部，主要目的煤层为A2煤层。布设方位角约8°，线长535m，点号100-635，南小北大排列。
如图所示蓝色曲线为磁测曲线，在煤系地层区域曲线平滑无异常，推断无烧变岩分布。绿色曲线为自然电位曲线，总体变化幅度较小，无明显畸变及异常中心，推断无活火区。
主要的磁异常及自电异常位于355-555桩号间的矸石堆积带内，旁侧10-17线均有类似反应，可圈定一物探异常区，编号1号。地表测温在365-435桩号间可见明显高温，由于远离煤系地层，故推断为矸石堆内夹杂的煤块燃烧。
在13线285桩号处布设有钻孔ZK13-1，孔内见煤，未见高温及烧变岩。物探异常验证效果良好。
图4- 1 13线综合剖面图
在10线处布设有高密度电法剖面G1、G2线，其中G1线剖面如图4-2所示，A2煤层如图中黑色填充所示。
可见该线仅在224-250m桩号间近地表发育一高阻异常体，为煤层露头区，且地表可见一连串大型塌陷坑，说明剖面表现符合实际情况。
地表305-335m桩号间为矸石堆，下部无高阻异常，推断该矸石堆下部无烧空区。
图4- 2 高密度电法剖面G1线
2）49线综合剖面图
如图4-3所示为物探49线综合剖面图，该线位于区内采掘坑西端，南北向布设，线长340米，点号60～400。
蓝色磁测曲线平滑近零轴无异常反应，推断该线无烧变岩分布。自电曲线仅在南部陡崖边缘有小幅变动，其余地段均表现较为稳定，无明显异常反应。
图4- 3 49线综合剖面图
与该线重合布设有高密度电法剖面G7线，如图4-4所示。
该剖面中圈定两处高阻异常区如图中所示。1#高阻异常区紧邻采掘坑边缘，较为疏松，但地表无温度异常，结合磁法、自电记录，该处也无磁法、自电异常，故推断该高阻异常为坑边疏松带。在100-205m桩号间圈定2#高阻异常区，表现为近地表串珠状高阻异常，结合地表调查，该区域为裂隙发育区，推断该高阻异常区为地表裂隙所致。
图4- 4 高密度电法G7线
综合物探成果推断该线无火烧异常，且该线东侧采掘坑内可见地表明火，为主要火烧发生区，故可推断该线为火烧区西边界。在旁侧布设有钻孔ZK50-1，钻进55米未见高温异常，说明火烧边界西边界控制较好。
3）物探55线综合剖面图
如图4-5所示为物探55线综合剖面图，该线位于西采掘坑内，南北向布设，由于坑内存在地表明火，边坡陡峭，故缺失数据较多。
磁异常曲线200-250桩号间可见明显磁异常，异常幅值达600nT。同时自电异常也呈现小幅跳动，综合推断该区域存在火烧异常。140-230桩号间为地表高温区域。但由于坑内地表矸石堆积，无法准确判断火烧异常边界，需利用钻探进一步确定。
在该线295桩号西侧布设有钻孔ZK54-1，进尺150余米未见高温异常。在210桩号东侧布设有钻孔ZK56-1，孔内见高温超过100℃。
结合煤层资料及钻探成果，推断该线2号、3号煤层火烧异常底界面标高约862m，顶界面为地表893m，异常深度达25m。
图4- 5 55线综合剖面图
4.2平面综合解释
利用本次物探工作实测数据及测点点位数据，制作了本区磁测△T等值线平面图及自然电位等值线平面图。
主要圈定的物探异常有四处，如图中红色圈定范围所示，编号1～4号：
1号物探异常位于1号采掘坑南部的矸石堆积带上，面积约34252㎡，具有较明显的磁性异常，由于矸石堆积带影响，自然电位较为杂乱。地表施工过程中该处可见明显高温异常。结合高密度剖面成果，并利用钻探进行验证，该处为矸石堆积带发热，下部A2煤层无火烧迹象。
2号及3号物探异常位于西侧1号采掘坑内，该采掘坑范围较大，超过30万㎡。坑内有地表明火，导致物探缺失部分测点，此外还堆积有大量废弃矸石堆，情况较为复杂。其中2号物探异常位于采坑西部，面积约8001㎡，该处地表矸石堆积较少，物探异常为下部煤层的真实反应。主要表现为磁异常，自然电位异常不明显。
3号物探异常区位于采坑中东部，面积约47956㎡，该区域地表堆积大量矸石，导致物探数据无法反映下部火烧区、烧变岩的真实分布特征。
4号物探异常区位于东侧采掘坑东部边帮，面积约3176㎡，该处地表发热迹象明显，可见烧变岩。旁侧采坑内还存在大量火区，但由于缺少物探数据
区内另有四处物探异常如图中黑色圈定范围所示，结合地表施工记录及测温、钻探等成果，该四处异常均为地表建筑物影响或小规模矸石堆积带影响，无温度异常、无火烧迹象。
综上，本次火区详细勘查物探工作共圈定四处物探异常，南部1号物探异常为地表矸石堆发热，2号、3号、4号物探异常均位于两处地表采掘坑内。在采掘坑外均测温正常场，无火烧异常显示。可推断区内火区主要位于两处采掘坑内，可利用本次物探成果及红外测温成果综合圈定其东西边界。北边界受地表矸石堆影响，无法利用物探数据准确判断，需利用钻探进一步验证。
5.结语
本次工作圈定物探异常区四处，南部1号物探异常区面积34252㎡，为地表矸石堆发热；2号物探异常区面积约8001㎡，为下部煤层火烧区异常；3号物探异常区面积约47946㎡，受地表矸石堆影响无法反应下部煤层火区的真实情况；4号物探异常面积约3176㎡，为火烧区物探异常。圈定火区异常四周均探测至正常场或由露头控制，较好地控制了火区异常范围。区内采掘坑底存在较大面积的未燃烧煤层露头，应及时处理以防止火区进一步发展。
