石炭二叠纪含煤地层

中国最重要的含煤地层，含约占全国30%的煤炭资源量，其煤炭年产量约占全国55%。这是一套以海陆交替相为主的碎屑岩含煤地层，除分布于华北聚煤区外，西北聚煤区亦有零散分布。地质时代为晚石炭世至晚二叠世，南方的晚二叠世含煤地层大部分属本含煤地层上部层位的同期沉积。

地层特征石炭二叠纪含煤地层包括上石炭统、下二叠统及上二叠统下部，可统一划分为五个地层组(表1)，在华北、西北均易鉴别对比。按照国际公认的古生物年代标准，太原组中、上部应划归下二叠统，但中国在太原组中对石炭系、二叠系界限的具体划定工作尚不充分，现该组仍全按上石炭统处理。

本溪组据辽宁省本溪市标准剖面命名。在辽宁东部，全组系一套海陆交替相砂岩、泥岩、泥灰岩沉积，夹煤线。其底部以一层厚度小于10m的铝铁质岩假整合于中奥陶系古风化壳之上。全组总厚度为60～210m。泥灰岩中产出类、腕足类等化石，可划分为Eostaffella(下部)及Fusulina-Fusulinella(上部)两个类化石带。在华北各地，底部的铁铝质岩普遍发育，通常把下部以褐铁矿为主的铁质岩称为山西式铁矿，上部以铝土为主的岩层称为G层铝土矿。其上的海陆交替相沉积，在太原西山称为畔沟段， 产类Fusulina等化石; 相当于辽东Eostaffella类化石带的层位在华北并不发育，而且华北整个本溪组自东而西变薄，至晋西、豫西缺失上部，仅保留铁铝质岩，到陕北、内蒙古伊克昭盟鄂尔多斯煤田深部，本溪组全部尖灭缺失。该区以西的宁夏、甘肃，与本溪组相当的地层为羊虎沟组，主要为海陆交替相砂岩、泥岩、泥灰岩沉积，夹薄煤层数层，全组厚度百至千余米，不整合于上寒武统之上，产出植物Conchophyllum等化石。1

表1 石炭二叠纪含煤地层名称一览表

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△含煤组。

该组地质时代长期被定作晚石炭世维斯发期(Westphalian)，但在本溪地区从其近底部层位采获了Linoproductus腕足类，Sublepidodendron亚鳞木属植物等化石，故部分地区的本溪组可能还包括了早石炭世韦宪(Visean)晚期至纳缪尔(Namurian)期的沉积。

太原组标准剖面在山西省太原市西山月门沟。在标准剖面地点，太原组为海陆交替相沉积，自下而上分作三段，①晋祠段，由砂岩、凝灰质砂岩、粉砂岩、泥岩、石灰岩夹煤层组成，段厚24～25m。其最底部是一层3～8m厚的砂岩，称晋祠砂岩;上部的薄层泥质灰岩称吴家峪灰岩。段内产出动、植物化石，重要分子有类Triticites等;②毛儿沟段，由石英砂岩、凝灰岩、粉砂岩、泥岩和泥灰岩组成，夹煤层，段厚46～49m，包括底部的七里沟砂岩及庙沟灰岩、毛儿沟灰岩、斜道灰岩等标志岩层，段内含丰富的动、植物化石，重要的有类Pseudoschwagerina等;③东大窑段，由泥岩、粉砂岩、砂岩及薄层石灰岩、菱铁矿、煤层组成，段厚19～37m，顶部的东大窑灰岩常相变为泥质、硅质、 粉砂质及菱铁质海相岩层， 段内产类Pseu-doschwagerina等大量动植物化石。

华北、东北及陕西渭北地区的太原组，与太原西山的基本特征大体相同。从大范围讲，石灰岩层自东向西，由南而北层数减少、厚度减薄。

河南及华东地区的太原组，仍包括三个岩段，下段为泥质灰岩夹煤层;中段为砂岩、泥岩，夹石灰岩及薄煤层;上段为石灰岩、燧石灰岩，夹砂岩、泥岩及煤层。

内蒙古大青山一带的太原组，为纯陆相沉积，以砂岩、砾岩等粗碎屑岩为主，夹粉砂岩、泥岩、碳质泥岩及煤层，产出植物化石。在鄂尔多斯煤田深部，太原组以砂岩、粉砂岩、泥岩为主，局部含薄煤层，厚度不超过50m。

宁夏、甘肃一带的太原组，以海陆交替相砂岩、泥岩夹煤层、薄层灰岩为主要岩性组合，厚度数十米至百米不等，变化大，含煤数层至十余层，产出动、植物化石， 重要的有类Rugosofusulina， 腕足类Dicty-oclostus等。

关于太原组的时代，中国长期以来定作晚石炭世，但据世界上公认的标准， 仅有其下部含类Triticites化石带的晋祠段可以归入石炭纪; 其中、 上部含类Pseudoschwagerina化石带的层位，应划归早二叠世。

山西组标准剖面在山西省太原市西山，为一套陆相或过渡相沉积，岩性为泥岩、砂岩，夹煤层、菱铁矿层及薄层石灰岩。组厚27～56m。其底部以北岔沟砂岩底面与太原组为界; 顶面则与下石盒子组底部骆驼脖子砂岩底面为界。组内产丰富的植物化石，大部为中期华夏植物群A期的分子，并有双壳类Dunbarella，腹足类Bucanopsis，腕足类Lingula等动物化石。华北绝大部分地区及宁夏、甘肃等地的山西组，其岩性、岩相基本与太原西山相仿，到北部的北京—承德—通化一线以北，山西组岩石颗粒明显变粗，以粗粒砂岩为主，仍夹煤层;到南部的河南、华东地区，山西组以泥岩、细砂岩为主，产出较丰富的动、植物化石，重要的有类Parafusulina、Rugosofusulina，腕足类Chonetes、Lingula等。内蒙古大青山区的杂怀沟组，下部为砂岩，砾岩，上部为泥岩、粉砂岩夹煤层，组厚40～70m，大致属山西组同期沉积。

下石盒子组据山西省太原市东山石盒子沟标准剖面命名，为一套不含可采煤层的陆相砂岩、泥岩岩组，除下部岩层呈灰色色调外，中、上部基本为红色及杂色色调。在安徽淮南(见淮南煤田)，下石盒子组底部为灰白色中、粗粒石英砂岩，其上为泥岩、鲕状泥岩、细砂岩，夹煤层，组厚100～150m，产出中期华夏植物群B期植物化石，局部产Lingula腕足类化石。大致以陇海铁路为界，路北的石盒子组基本属非含煤组，路南为含煤组，是淮南、淮北、徐州、平顶山等煤田的重要开采对象。

上石盒子组据山西省太原市东山石盒子沟标准剖面命名。在陇海铁路以北，华北各地均为一套不含煤的陆相紫红色、杂色砂岩、页岩组。陇海铁路以南的河南、皖北及苏鲁交界地区，上石盒子组连续沉积于下石盒子组之上，其上连续沉积着石千峰组红色砂、泥岩层，全组亦由砂岩、泥岩组成，厚400～600m。其中、下部以灰、黑色调为主，含煤层，愈往南部含煤性愈高;上部以红色、杂色色调为主，不含可采煤层，产晚期华夏植物群A期植物分子，在局部地点还产Lingula腕足类化石。

古生物特征中国北方的石炭二叠纪含煤地层中，植物化石分布广，演化过程比较清楚;动物化石受环境限制，主要分布于石炭纪的海相岩层中，二叠纪仅有少量门类分布在局部地区和层位中。

动物本溪组、太原组、山西组都产出海相动物化石，尤以太原组所含的门类最多，有头足类、腹足类、腕足类、双壳类、珊瑚类、类、海石合类、牙形石类等;本溪、山西两组的动物化石个体少，且只分布在局部地区。类是划分、对比该三组地层的重要化石，已建立四个带(见表2)。其中，Triticites带又进一步分为两个亚带： Montiparus umbinoplicatus亚带(下)及Tritites simplex亚带(上)。在二叠系中，受沉积环境控制，滨海相岩层中的类、腕足类、腹足类、双壳类、牙形石类等化石，仅见于山西组;而下、上石盒子组仅于局部地段少数层位见到Lingula腕足动物化石，代表一种近海的半咸水环境。

植物以石松纲、真蕨纲、科达目为主，种子厥纲、有节类次之，到晚二叠世时，石松纲、科达目逐渐减少，而银杏纲、苏铁纲及松柏纲相继出现(图1)。各组地层各有其植物组合。本溪组的植物属于唐山贝叶—盔鳞木植物组合(即Conchophyllumrichthofenii-Lepidodendron galeatum组合)，主要分子还有Neuropteris gigantea，N.kaipingiana，Linopterisbrongniartii，Lepidodendron oculus-felis等，其中大部分分子均系欧美植物地理区维斯发(Westphalian)期常见分子，仅猫眼鳞木(Lepidodendron oculus-felis)等少数属种为东亚所有，表明华夏植物地理区在维斯发期已具雏形。太原组、山西组、下石盒子组，上石盒子组，以及和石千峰组同时代的南方晚二叠世含煤地层中的植物化石，均具有东亚华夏植物地理区特征，称为华夏植物群，这也是中国最重要的一个造煤植物群。

形成条件包括古地理与古气候。

古地理晚石炭世至二叠纪末，中国北方为一东宽西窄、近东西向延展的沉积盆地，阴山和秦岭两个隆起区在北、南两侧夹持，盆地向东朝太平洋敞开，向西经河西走廊，向南穿越西秦岭分别与新疆、青海的古海盆联通(图2)。总体上，盆地由石炭纪的海浸演变为二叠纪海退，在广阔的滨岸地带形成了丰富的煤炭资源。盆地以鄂尔多斯隆起为界，分为华北及西北两部分。东部的华北地区沉积不厚，沉积物稳定性好;西部的西北地区沉积厚且变化大，中间的隆起区仅沉积了太原组以上地层，厚度小且含煤性极差。秦岭和阴山是盆地的陆屑供给区，在阴山隆起区内，有若干小型山间盆地分布。

古气候根据华夏植物群推测，当时中国北方正处于赤道附近的热带地区，炎热潮湿，具有良好的植物生长条件。但自早二叠世晚期开始，干旱气候由北而南控制了北方大部地区，其南界大致沿陇海铁路一线。到晚二叠世晚期，干旱气候控制范围进一步扩大到整个北方。

含煤情况在石炭二叠纪含煤地层中，山西组在中国北方均含可采煤层，厚度一般在5～10m之间，比较稳定。太原组在安徽淮北一河南平顶山一线以北，亦普遍含可采煤层，其厚度由北向南逐渐递减，大部分地区约在2～10m间;在阴山南侧，即辽西、冀北、晋北以及宁夏贺兰山地区，煤层累积厚度10～30m。下石盒子组主要在陇海铁路线以南有可采煤层，路北仅局部地点有厚1m左右的煤层;以靠南的安徽淮南，河南确山的煤层为最厚，可达10m以上。上石盒子组可采煤层主要分布于安徽淮北—河南许昌一线以南，以北仅零星地段达可采厚度; 煤层最厚处亦在偏南的安徽淮南，河南确山、平顶山等地。

在中国整个北方，石炭二叠纪沉积盆地中，厚煤带集中于北、南两侧，即冀北—晋北—贺兰山带(北带)及淮南—平顶山带(南带)。两带中，石炭二叠纪可采煤层总厚度可达20m以上; 另在盆地以北的大青山区，石炭二叠纪山间盆地中，煤层总厚亦可达30～50m，惟灰分高，煤质差。鄂尔多斯地区深部，石炭二叠纪煤层并不发育。

中国北方石炭二叠纪的煤种一般为烟煤及无烟煤，烟煤牌号均在气煤以上，无烟煤分布区常有后期岩浆活动。总体讲，太原组中煤的硫分偏高，二叠纪煤的硫分一般较低。

石炭二叠纪在中国北方形成了不少重要煤田，已经大规模开发的矿区很多，包括开滦、平顶山、阳泉、潞安、晋城、西山 (、峰峰、淮南、淮北、兖州矿区等。2

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李兵 - 副教授 - 西南大学