（一）煤火遥感与地球物理探测方法的优化组合
本次研究认为，建立一种以卫星遥感和高精度航空地球物理探测为先导，结合地面遥感和地球物理测量的地下煤火探测组合模式，具有经济、实用、有效和可操作性强的优点，容易推广和深化。
中分辨率卫星遥感资料优选TM/ETM和ASTER多光谱数据，用于提取大面积地表热异常、光谱异常及其煤火灾害与环境变化信息；高分辨率卫星遥感资料优选QuickBird多光谱数据，用于提取地面燃烧结构信息，如烧变岩、燃烧系统、燃烧裂隙、供氧通道等。
地面遥感调查以高精度热红外成像和煤火遥感地质调查为主，调查遥感异常区煤田火区状况和正在燃烧地段，包括温度异常点、燃烧中心、燃烧裂隙、燃烧系统等，在有限条件下进行火源强度、深度反演。
高精度航空地球物理探测主要采用直升机航磁、电磁综合测量或航磁、伽马能谱综合测量，以航磁为主。测量比例尺1：5000至1：10000。航电取样间距1～2m，飞行高度不超过50m。在煤田火区实地物性及典型火区解释模型建立基础上，应用航磁等资料的解释快速能圈定煤田地下火区的分布范围。通过对航磁和航电异常的定量解释，可以确定地下燃烧体的埋深及分布产状等信息。
图5-2-1 乌达煤田Ⅷ号火区2003年磁测结果及火区范围
地面物探测量方法多，观测方式灵活；缺点是危险性大，规则测网布置困难大。可以在航空物探测量基础上，选择重点火区，针对火区燃烧模式、构造特征及工作条件，选择合适方法开展测量，获得煤层自燃信息。用于地下煤火监测的有效方法主要有磁法、测氡法、TEM和地电阻率法。
为了实现对重点火区的监测，可以利用磁法仪器轻便，投入少的特点，在重点火区进行不同时间多次观测。通过对比异常特征变化，研究火区发展趋势。图5⁃2⁃1、图5⁃2⁃2是乌达煤田Ⅷ号火区2003年和2004年两次地面测量结果，2004年磁测结果与2003年相比，异常增强，个数增加，与火区范围扩大结果相吻合。利用磁法可以圈定地下煤火（燃烧体或烧变岩）的深度、范围和延伸方向；测氡法可以圈定地下煤火分布的边界和燃烧通道；TEM和地电阻率法可以圈定地下煤火热异常体剖面展布特征，确定着火点的位置。具体探测流程见图图5⁃2⁃3。
图5-2-2 乌达煤田Ⅷ号火区2004年磁测结果及火区范围
（二）煤火遥感探测目标与实施途径
卫星遥感覆盖范围广，可周期性覆盖；几何畸变小，成本较低，数据源类型丰富。目前可用于煤火灾害探测研究的卫星遥感数据很多，主要有：MODIS、CBERS⁃1、TM/ETM，ASTER、SPOT、QuickBird、IKONOS等，可根据不同目标进行选择。根据本次研究成果，优选的卫星遥感数据以TM/ETM，ASTER和QuickBird为主，利用煤火信息提取方法，可以探测煤火引起的结构、色调、波谱和热异常信息，编制煤火探测1：1万～1：10万遥感信息图，为煤火探测提供基本资料。
1.煤火遥感热异常探测
图5⁃2⁃4和图5⁃2⁃5分别是利用卫星热红外遥感数据和高空间分辨率遥感数据探测地下煤火的技术流程。
ASTER热波段数据的空间分辨率为90m，反映的空间信息不丰富。把热异常信息与高空间分辨率QuickBird数据通过几何放大、地理配准后经过图像复合处理，使得QuickBird丰富的空间信息和热信息统一显示在高空间分辨率彩色合成底图上，便于认识热异常区内的煤层、地形、地物和环境特征，分析热异常形成原因，圈定可能的地下煤层自燃区。
2.煤火遥感波谱异常探测
图5⁃2⁃6和图5⁃2⁃7分别是基于ASTER和TM/ETM数据探测煤火遥感波谱异常信息的技术流程图。
图5-2-3 地下煤火遥感和地球物理综合探测流程示意图
图5-2-4 热信息提取流程图
ASTER短波红外数据具有多波段、信噪比高的特点，基于ASTER数据处理的煤火灾害遥感异常信息提取与异常图编制工作流程与ETM相比较，方法的针对性和可操作性较强，短波红外波段和热红外波段对地下煤火灾害造成的岩性变化和温度变化比较敏感，也易于识别和区分。最新煤火遥感探测数据应以ASTER为主要信息源，TM/ETM数据作为历史状况调查信息源。
图5-2-5 基于ASTER热数据与QuickBird数据复合的热异常图编制流程
图5-2-6 基于ASTER数据的煤火遥感波谱异常提取与制图流程
3.基于QuickBird的高分辨率卫星遥感探测
在煤田火区发生、发展和演化过程中，划分为风化、氧化、自燃发火、形成燃烧中心、构成燃烧系统、燃烧焦化、燃烧烧变、硫磺和芒硝析出、燃烧休眠、燃烧熄灭等12个时期。各个时期都具有鲜明的地质、地形和构造等特征，它们是煤火信息提取的直接依据。高分辨率QuickBird卫星遥感图像，具有很精细的色调和空间结构特征，因此利用高分辨率卫星遥感探测地面燃烧中心、燃烧裂隙和燃烧系统等具有很大的优势。
图5-2-7 基于ETM数据煤火遥感波谱异常提取与制图流程
煤火发生过程中最直接的特征是物理化学和热特征。通过分析实验，可确定地质模型各个时期的地质作用、化学作用、物理作用，各个燃烧时期的热作用等。例如“形成燃烧中心”时期是煤焦油形成析出期，地面受到黑色污染，地面喷出物温度100℃左右，地下温度300～400℃。“燃烧焦化时期”煤中灰分喷出地表，形成白色堆积，地表可见明火，地下聚温1200℃左右。“燃烧烧变时期”灰白色砂岩变质为黑色熔变岩等。因煤火发展的各个时期，理化热作用各不相同，各燃烧点、线的热辐射、光反射不同，在高分辨率卫星影像中构成不同的纹理、色调。依照纹理、色调的影像特征可识别煤火信息。另一个特征是湍流散热排烟子系统，它是煤层地下燃烧在地表的集中反映。热的一部分被地层吸收，一部分排出。排出部分作用于地表岩石，产生裂碎膨胀，改变微地貌。烟的排出部分，特别是高温排出部分则发生再化合、再分解等一系列化学作用，同时在排出口结晶、附着、沉积，形成不同波谱的光反射。排出口的地面空间格局反映地下的燃烧范围；排出的强度反映地下燃烧的热度；排出的物质反映地下燃烧的发展时期；排烟的总量可推导地下煤层的燃失量。由于散热排烟子系统在地表构成烧蚀地貌，烧蚀区与其他地区热辐射、光辐射有一定的差异，在高分辨率卫星影像中构成不同的卫星影像特征。因此，根据煤田火区的地下燃烧状态，燃烧范围，燃烧强度，燃烧规模和理、化、热作用，建立基于地下燃烧―地表形态-卫星影像之间特征相关分析模型，是煤火高分辨率遥感探测的技术关键。
（1）燃烧中心提取流程（图5⁃2⁃8）：
图5⁃2⁃8
（2）燃烧裂隙提取流程（图5⁃2⁃9）：
图5-2-9
（3）燃烧系统提取流程（图5⁃2⁃10）：
图5-2-10
（4）采空燃烧区提取流程（图5⁃2⁃11）：
图5-2-11
（三）煤火地球物理探测目标与实施途径
1.煤田火区的航空地球物理探测流程
主要采用直升机航磁、电磁综合测量或航磁、伽马能谱综合测量，以航磁为主。测量比例尺1：5000至1：10000，取样间距2～5m，飞行高度不超过50m。在煤火区实地物性及典型火区解释模型建立基础上，应用航磁等资料的解释快速圈定煤火区的分布范围。通过对航磁和航空电磁异常的定量反演计算确定地下煤层自燃的深度和分布范围（图5⁃2⁃12）。
图5-2-12 基于煤田火区物探探测的技术流程示意图
2.火区燃烧系统的地球物理探测流程
建立地面磁异常、电阻率异常与航空物探测量结果的关系。在探测的主要地段开展地面磁法、电法测量，根据磁、电异常移动方向或异常的增减确定火区发展趋势。用反演方法确定地下煤层自燃空间分布的三维变化，为煤火燃烧状态分析提供依据（图5⁃2⁃13）。
图5-2-13 基于火区燃烧系统的地球物理探测技术流程示意图