石炭二疊紀含煤地層

中國最重要的含煤地層，含約占全國30%的煤炭資源量，其煤炭年產量約占全國55%。這是一套以海陸交替相為主的碎屑岩含煤地層，除分布於華北聚煤區外，西北聚煤區亦有零散分布。地質時代為晚石炭世至晚二疊世，南方的晚二疊世含煤地層大部分屬本含煤地層上部層位的同期沉積。

基本介紹

• 中文名：石炭二疊紀含煤地層
• 外文名：Permo-Carboniferous coal-bearing stratum 
• 學科：煤田地質學
• 時期：石炭二疊紀
• 地層：海陸交替相為主的碎屑岩
• 分布：華北聚煤區等

地層特徵

石炭二疊紀含煤地層包括上石炭統、下二疊統及上二疊統下部，可統一划分為五個地層組(表1)，在華北、西北均易鑑別對比。按照國際公認的古生物年代標準，太原組中、上部應劃歸下二疊統，但中國在太原組中對石炭系、二疊系界限的具體劃定工作尚不充分，現該組仍全按上石炭統處理。

本溪組據遼寧省本溪市標準剖面命名。在遼寧東部，全組系一套海陸交替相砂岩、泥岩、泥灰岩沉積，夾煤線。其底部以一層厚度小於10m的鋁鐵質岩假整合於中奧陶系古風化殼之上。全組總厚度為60～210m。泥灰岩中產出類、腕足類等化石，可劃分為Eostaffella(下部)及Fusulina-Fusulinella(上部)兩個類化石帶。在華北各地，底部的鐵鋁質岩普遍發育，通常把下部以褐鐵礦為主的鐵質岩稱為山西式鐵礦，上部以鋁土為主的岩層稱為G層鋁土礦。其上的海陸交替相沉積，在太原西山稱為畔溝段， 產類Fusulina等化石; 相當於遼東Eostaffella類化石帶的層位在華北並不發育，而且華北整個本溪組自東而西變薄，至晉西、豫西缺失上部，僅保留鐵鋁質岩，到陝北、內蒙古伊克昭盟鄂爾多斯煤田深部，本溪組全部尖滅缺失。該區以西的寧夏、甘肅，與本溪組相當的地層為羊虎溝組，主要為海陸交替相砂岩、泥岩、泥灰岩沉積，夾薄煤層數層，全組厚度百至千餘米，不整合於上寒武統之上，產出植物Conchophyllum等化石。

表1 石炭二疊紀含煤地層名稱一覽表

		統一名稱	地 方 名 稱 (部 分)
			寧夏	內蒙古; 大青山	北京		河北; 唐山	遼寧; 本溪	山東; 淄博		江蘇; 徐州
二; 疊; 系	上; 統; 下; 部	上石盒子組	窯; 溝; 組	上; 石; 葉; 灣; 組	紅; 廟; 嶺; 組		古; 冶; 組	彩; 家; 組	上; 石; 盒; 子; 組	孝婦河段	夏△; 橋; 組
										奎山段
										萬山段
	下; 統	下石盒子組	大; 黃; 溝; 組	下; 石; 葉; 灣; 組	楊; 家; 屯; 群	陰; 山; 溝; 組	唐; 家; 莊; 組		黑; 山; 組
		山西組	山△; 西; 組	雜△; 懷; 溝; 組		岔△; 兒; 溝; 組	大△; 苗; 莊; 組	柳△; 塘; 組	淄△; 川; 組		小△; 湖; 組
石; 炭; 系	上; 統	太原組	太△; 原; 組	拴△; 馬; 樁; 組		灰△; 峪; 組	趙各莊組△	黃△; 旗; 組	博△; 山; 組		屯; 頭; 組
							開平組△
		本溪組	羊△; 虎; 溝; 組	佘; 太; 組	本; 溪; 組		唐; 山; 組	本; 溪; 組	章; 丘; 組		本; 溪; 組

△含煤組。

該組地質時代長期被定作晚石炭世維斯發期(Westphalian)，但在本溪地區從其近底部層位採獲了Linoproductus腕足類，Sublepidodendron亞鱗木屬植物等化石，故部分地區的本溪組可能還包括了早石炭世韋憲(Visean)晚期至納繆爾(Namurian)期的沉積。

太原組標準剖面在山西省太原市西山月門溝。在標準剖面地點，太原組為海陸交替相沉積，自下而上分作三段，①晉祠段，由砂岩、凝灰質砂岩、粉砂岩、泥岩、石灰岩夾煤層組成，段厚24～25m。其最底部是一層3～8m厚的砂岩，稱晉祠砂岩;上部的薄層泥質灰岩稱吳家峪灰岩。段內產出動、植物化石，重要分子有類Triticites等;②毛兒溝段，由石英砂岩、凝灰岩、粉砂岩、泥岩和泥灰岩組成，夾煤層，段厚46～49m，包括底部的七里溝砂岩及廟溝灰岩、毛兒溝灰岩、斜道灰岩等標誌岩層，段內含豐富的動、植物化石，重要的有類Pseudoschwagerina等;③東大窯段，由泥岩、粉砂岩、砂岩及薄層石灰岩、菱鐵礦、煤層組成，段厚19～37m，頂部的東大窯灰岩常相變為泥質、矽質、 粉砂質及菱鐵質海相岩層， 段內產類Pseu-doschwagerina等大量動植物化石。

華北、東北及陝西渭北地區的太原組，與太原西山的基本特徵大體相同。從大範圍講，石灰岩層自東向西，由南而北層數減少、厚度減薄。

河南及華東地區的太原組，仍包括三個岩段，下段為泥質灰岩夾煤層;中段為砂岩、泥岩，夾石灰岩及薄煤層;上段為石灰岩、燧石灰岩，夾砂岩、泥岩及煤層。

內蒙古大青山一帶的太原組，為純陸相沉積，以砂岩、礫岩等粗碎屑岩為主，夾粉砂岩、泥岩、碳質泥岩及煤層，產出植物化石。在鄂爾多斯煤田深部，太原組以砂岩、粉砂岩、泥岩為主，局部含薄煤層，厚度不超過50m。

寧夏、甘肅一帶的太原組，以海陸交替相砂岩、泥岩夾煤層、薄層灰岩為主要岩性組合，厚度數十米至百米不等，變化大，含煤數層至十餘層，產出動、植物化石， 重要的有類Rugosofusulina， 腕足類Dicty-oclostus等。

關於太原組的時代，中國長期以來定作晚石炭世，但據世界上公認的標準， 僅有其下部含類Triticites化石帶的晉祠段可以歸入石炭紀; 其中、 上部含類Pseudoschwagerina化石帶的層位，應劃歸早二疊世。

山西組標準剖面在山西省太原市西山，為一套陸相或過渡相沉積，岩性為泥岩、砂岩，夾煤層、菱鐵礦層及薄層石灰岩。組厚27～56m。其底部以北岔溝砂岩底面與太原組為界; 頂面則與下石盒子組底部駱駝脖子砂岩底面為界。組內產豐富的植物化石，大部為中期華夏植物群A期的分子，並有雙殼類Dunbarella，腹足類Bucanopsis，腕足類Lingula等動物化石。華北絕大部分地區及寧夏、甘肅等地的山西組，其岩性、岩相基本與太原西山相仿，到北部的北京—承德—通化一線以北，山西組岩石顆粒明顯變粗，以粗粒砂岩為主，仍夾煤層;到南部的河南、華東地區，山西組以泥岩、細砂岩為主，產出較豐富的動、植物化石，重要的有類Parafusulina、Rugosofusulina，腕足類Chonetes、Lingula等。內蒙古大青山區的雜懷溝組，下部為砂岩，礫岩，上部為泥岩、粉砂岩夾煤層，組厚40～70m，大致屬山西組同期沉積。

下石盒子組據山西省太原市東山石盒子溝標準剖面命名，為一套不含可採煤層的陸相砂岩、泥岩岩組，除下部岩層呈灰色色調外，中、上部基本為紅色及雜色色調。在安徽淮南(見淮南煤田)，下石盒子組底部為灰白色中、粗粒石英砂岩，其上為泥岩、鮞狀泥岩、細砂岩，夾煤層，組厚100～150m，產出中期華夏植物群B期植物化石，局部產Lingula腕足類化石。大致以隴海鐵路為界，路北的石盒子組基本屬非含煤組，路南為含煤組，是淮南、淮北、徐州、平頂山等煤田的重要開採對象。

上石盒子組據山西省太原市東山石盒子溝標準剖面命名。在隴海鐵路以北，華北各地均為一套不含煤的陸相紫紅色、雜色砂岩、頁岩組。隴海鐵路以南的河南、皖北及蘇魯交界地區，上石盒子組連續沉積於下石盒子組之上，其上連續沉積著石千峰組紅色砂、泥岩層，全組亦由砂岩、泥岩組成，厚400～600m。其中、下部以灰、黑色調為主，含煤層，愈往南部含煤性愈高;上部以紅色、雜色色調為主，不含可採煤層，產晚期華夏植物群A期植物分子，在局部地點還產Lingula腕足類化石。

古生物特徵

中國北方的石炭二疊紀含煤地層中，植物化石分布廣，演化過程比較清楚;動物化石受環境限制，主要分布於石炭紀的海相岩層中，二疊紀僅有少量門類分布在局部地區和層位中。

動物本溪組、太原組、山西組都產出海相動物化石，尤以太原組所含的門類最多，有頭足類、腹足類、腕足類、雙殼類、珊瑚類、類、海石合類、牙形石類等;本溪、山西兩組的動物化石個體少，且只分布在局部地區。類是劃分、對比該三組地層的重要化石，已建立四個帶(見表2)。其中，Triticites帶又進一步分為兩個亞帶： Montiparus umbinoplicatus亞帶(下)及Tritites simplex亞帶(上)。在二疊系中，受沉積環境控制，濱海相岩層中的類、腕足類、腹足類、雙殼類、牙形石類等化石，僅見於山西組;而下、上石盒子組僅於局部地段少數層位見到Lingula腕足動物化石，代表一種近海的半鹹水環境。

植物以石松綱、真蕨綱、科達目為主，種子厥綱、有節類次之，到晚二疊世時，石松綱、科達目逐漸減少，而銀杏綱、蘇鐵綱及松柏綱相繼出現(圖1)。各組地層各有其植物組合。本溪組的植物屬於唐山貝葉—盔鱗木植物組合(即Conchophyllumrichthofenii-Lepidodendron galeatum組合)，主要分子還有Neuropteris gigantea，N.kaipingiana，Linopterisbrongniartii，Lepidodendron oculus-felis等，其中大部分分子均系歐美植物地理區維斯發(Westphalian)期常見分子，僅貓眼鱗木(Lepidodendron oculus-felis)等少數屬種為東亞所有，表明華夏植物地理區在維斯發期已具雛形。太原組、山西組、下石盒子組，上石盒子組，以及和石千峰組同時代的南方晚二疊世含煤地層中的植物化石，均具有東亞華夏植物地理區特徵，稱為華夏植物群，這也是中國最重要的一個造煤植物群。

形成條件

包括古地理與古氣候。

古地理晚石炭世至二疊紀末，中國北方為一東寬西窄、近東西向延展的沉積盆地，陰山和秦嶺兩個隆起區在北、南兩側夾持，盆地向東朝太平洋敞開，向西經河西走廊，向南穿越西秦嶺分別與新疆、青海的古海盆聯通(圖2)。總體上，盆地由石炭紀的海浸演變為二疊紀海退，在廣闊的濱岸地帶形成了豐富的煤炭資源。盆地以鄂爾多斯隆起為界，分為華北及西北兩部分。東部的華北地區沉積不厚，沉積物穩定性好;西部的西北地區沉積厚且變化大，中間的隆起區僅沉積了太原組以上地層，厚度小且含煤性極差。秦嶺和陰山是盆地的陸屑供給區，在陰山隆起區內，有若干小型山間盆地分布。

古氣候根據華夏植物群推測，當時中國北方正處於赤道附近的熱帶地區，炎熱潮濕，具有良好的植物生長條件。但自早二疊世晚期開始，乾旱氣候由北而南控制了北方大部地區，其南界大致沿隴海鐵路一線。到晚二疊世晚期，乾旱氣候控制範圍進一步擴大到整個北方。

含煤情況

在石炭二疊紀含煤地層中，山西組在中國北方均含可採煤層，厚度一般在5～10m之間，比較穩定。太原組在安徽淮北一河南平頂山一線以北，亦普遍含可採煤層，其厚度由北向南逐漸遞減，大部分地區約在2～10m間;在陰山南側，即遼西、冀北、晉北以及寧夏賀蘭山地區，煤層累積厚度10～30m。下石盒子組主要在隴海鐵路線以南有可採煤層，路北僅局部地點有厚1m左右的煤層;以靠南的安徽淮南，河南確山的煤層為最厚，可達10m以上。上石盒子組可採煤層主要分布於安徽淮北—河南許昌一線以南，以北僅零星地段達可采厚度; 煤層最厚處亦在偏南的安徽淮南，河南確山、平頂山等地。

在中國整個北方，石炭二疊紀沉積盆地中，厚煤帶集中於北、南兩側，即冀北—晉北—賀蘭山帶(北帶)及淮南—平頂山帶(南帶)。兩帶中，石炭二疊紀可採煤層總厚度可達20m以上; 另在盆地以北的大青山區，石炭二疊紀山間盆地中，煤層總厚亦可達30～50m，惟灰分高，煤質差。鄂爾多斯地區深部，石炭二疊紀煤層並不發育。

中國北方石炭二疊紀的煤種一般為煙煤及無煙煤，煙煤牌號均在氣煤以上，無煙煤分布區常有後期岩漿活動。總體講，太原組中煤的硫分偏高，二疊紀煤的硫分一般較低。

石炭二疊紀在中國北方形成了不少重要煤田，已經大規模開發的礦區很多，包括開灤、平頂山、陽泉、潞安、晉城、西山 (、峰峰、淮南、淮北、兗州礦區等。