地下煤层自燃时温度可达800～1000℃以上。如此高温条件下，岩层受高温烘烤变质成浅红色、赭色、浅黄色烧变岩，敲击会发出陶瓷片声。地表岩层裂隙度增大，地表土变松软，有大片的潮湿土。地表面形成一层薄硬壳，颜色为棕红色，带有硫化氢的气味，这是地下煤层燃烧形成的SO2气体随热气上升在地表形成。同样，顶底板围岩中矿物成分也要发生物理化学性质的变化，原有的结构性质也要变化，围岩的物理性质也要发生变化。就目前研究结果，这种变化体现在如下几个方面，见表2⁃3⁃9。
表2-3-9 地下煤层自燃不同阶段引起的围岩物性变化特征
1.磁性
对于乌达地区，煤层的磁性随温度变化很小，围岩磁性变化较大。围岩磁性的变化在煤层不同燃烧阶段有不同的特征。在煤层开始燃烧，围岩温度逐渐上升，在特定的温度段（通常在500℃左右），磁性出现升高；在更高温度条件下（700℃左右），围岩磁性消失。在煤层燃烧结束后，温度高于500℃的围岩温度降低，岩石磁性较原岩升高上百倍。因此，通过测量地下煤层自燃区的磁场，可以有效地发现烧变岩体。
2.电阻率
地下煤层燃烧，不仅使围岩电阻率发生变化，也使煤层电阻率发生变化。通常在温度低于200℃条件下，围岩及煤层的电阻率随温度变化较复杂，可能升高也可能降低，主要取决于岩石的物质成分、矿物结构等。在高于500℃左右的条件下，围岩及煤的电阻率随温度升高而降低。因此，电法勘探既可以通过测量地下空间的电阻率分布，对比电阻率异常的升高特征，发现热异常体，圈定燃烧区域，也可以通过发现局部低阻体，确定煤层着火点。
3.放射性
地下煤层自燃产生高温，使大量放射性气体析出，并向近地表迁移。在燃烧区上方可产生伽马能谱钍和铀测量道的高值异常（钍异常比铀异常明显），形成放射性气体（包括氡气和钍射气）浓度异常，野外数次实测的结果证明了这一点。利用这些放射性差异，经数据处理后，可确定地下火区位置和范围，是比较理想的探测煤层高温燃烧区方法。