山西省寧武煤田朔縣勘探區(qū)石炭系頂界的新認(rèn)識(shí)

劉紅華 劉公六/神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司

山西省寧武煤田朔縣勘探區(qū)石炭系頂界的新認(rèn)識(shí)

劉紅華 劉公六/神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司

依據(jù)朔縣勘探區(qū)太原組與山西組的分界,從勘探工作中積累的巖性巖相、古生物、巖礦、煤質(zhì)煤巖等大量基礎(chǔ)資料進(jìn)行綜合分析后，認(rèn)為把石炭頂層定在K3砂巖的底部是適宜的。

寧武煤田；朔縣；石炭系；頂界

一、概況

本區(qū)太原組與山西組的分界歷來(lái)爭(zhēng)議頗大，上前有三種認(rèn)識(shí)：其一認(rèn)為石炭系頂界劃在4號(hào)煤層頂板K5砂巖之底，這是以往地質(zhì)資料使用的認(rèn)識(shí)；其二認(rèn)為應(yīng)劃在4-5煤段K4砂巖之底；其三認(rèn)為應(yīng)劃在5-6號(hào)煤段K3砂巖之底，這是筆者從勘探工作中積累的巖性巖相、古生物、巖礦、煤質(zhì)煤巖等大量基礎(chǔ)資料進(jìn)行綜合分析后，提出來(lái)的新看法。由于筆者水平有限，僅為拋磚引玉，請(qǐng)不吝斧正。

二、石炭系頂界確定的依據(jù)

（一）巖性巖相

1.巖石類型與豐度

太原組的巖石組成主要為灰白色、灰綠色砂巖、深灰色、灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖、煤層夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r，山西組的巖石組成主要為綠灰色、灰白色、灰色砂巖、深灰色、灰黑色泥巖和煤層，不發(fā)育灰?guī)r。

太原組砂巖的豐度12％—59％、平均為35％，山西組砂巖的豐度27％—67％、平均為48％，太原組砂巖的豐度比山西組低；太原組泥質(zhì)巖類的豐度19％—47％、平均為29％，山西組泥質(zhì)巖類的豐度11％—47％、平均為25％，太原組泥質(zhì)巖類的豐度比山西組高；太原組砂巖與泥巖比0.25—0.69、平均為0.64，山西組砂巖與泥巖比0.36—2.37、平均為1.30，太原組砂巖與泥巖比比山西組低。

由此看來(lái)，兩者的巖石類型和豐度是有差異的。

2.沉積環(huán)境

沉積環(huán)境分析表明，太原組為濱海瀉湖潮坪沉積體系和三角洲沉積體系，頂部的6號(hào)煤層形成與三角洲前緣河口沙壩的基礎(chǔ)上發(fā)育起來(lái)的潮坪環(huán)境和海灣瀉湖環(huán)境；山西組的下段為三角洲平原沉積，上段為內(nèi)陸沖積平原沉積，底部的5號(hào)煤層形成于三角洲分流河道分流間灣環(huán)境，兩者的形成環(huán)境是有差異的，這種差異是造成沉積物組合等方面不同的原因所在，也是劃分對(duì)比地層的基礎(chǔ)。

（二）孢粉組合

孢粉組合分析表明，以K3砂巖為界，分上、下兩個(gè)孢粉組合帶：

1.Gulisporites-Florinites組合帶（上部組合帶）。

2.Laevigatosporites-Florinites組合帶（下部組合帶）。

上組合帶的特點(diǎn)表現(xiàn)在Gulisporites的含量在整個(gè)剖面上是最高的，最高可達(dá)32％，Laevifatosporites的含量較少。

下組合帶的特點(diǎn)是Laevifatosporites的含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，最高可達(dá)50％，而Gulisporites的含量則明顯減少，詳見表一。

這種孢粉組合面貌的變化，符合我國(guó)華北、西北地區(qū)太原組、山西組孢粉組合面貌變化的普遍規(guī)律。

（三）植物組合

植物組合面貌表明，K3砂巖之上，特別是4號(hào)、5號(hào)煤層附近層位，植物組合面貌表現(xiàn)為早二迭早期的傾向，重要分子有：Sphenophyllum Thonii Makr，Sphemophyllum minor（sterz）Gu.et shi,Taeniopteris scrrulata Halle，Callipteridium koruiense（ToR）Kaw,Odentopreis suberenubata（Rost）Zeill,Cathaysiopteris uhitei(Halle)Koidz,大多具備了李星學(xué)先生所論述的中國(guó)北方植物組合層序中的Emplectopteris- Emplectopteridium中期華夏植物群A期組合的重要分子，所代表的巖組為山西組，K3砂巖之下，總的看來(lái)植物組合則具有晚石炭世植物的組合面貌。

K3砂巖之上的植物化石相當(dāng)豐實(shí)，本次工作發(fā)現(xiàn)有以下屬種：

Callipteridium keraiense（ToK）Kaw

Lepidodendron oculus-follis（Abb）zeill

Stimaria ficoids（Sternberg）Brongninart

Cordaides Principalis（Germ）Gei

Sphenophyllum minor（Sterz）Gu,etshi

Sphenophyllum thonii Malr

Sphenophyllum oblongilfolium（Germ et Raulf）Ung

Taeniopteris sp

Annularia stellate(Schlotheim)Wood

Pecopteris taiyanensis Halle

Pecopteris(Ptychocarpus)arcuate Halle

Stimaria ficoids（Sternberg）Brongninart

Cordaides Principalis（Germ）Geim

Sphenophyllum minor（Sterz）Gu,etshi

Sphenophyllum thonii Malr

Sphenophyllum oblongilfolium（Germ et Raulf）Ung

Taeniopteris sp

Annularia stellate(Schlotheim)Wood

Pecopteris taiyanensis Halle

Pecopteris(Ptychocarpus)arcuate Halle

Sphenopteris cf. firmata Sze

Sphenopteris firmata Sze

Sphenophyllum verticillatum（Schtotheim）Brongniart

Cathaysiopteris whiter（Halle）Koidz

K3砂巖之下植物化石較少且破碎，產(chǎn)動(dòng)物化石。

本組產(chǎn)植物化石：

Annuelaria sp,Pecopteris cyathea(Schlotheim) Brongniart Neuropteris Plicata stermb,Neuropteris cf.Plicata stermb,Sphenopteris tenuise Sekenk,Pecopteris taiyanensys Halle,Sphenophyllum oblongifolium(Germ et Raulf)ung.

產(chǎn)動(dòng)物化石：

Choristes sp. Ecrimblea，Brachiopodea

以上化石由南京古生物研究所鑒定和校核

（四）巖礦特征

巖礦鑒定分析表明，太原組和山西組的巖石顯微特征存在著較大差異。

太原組除K1砂巖外，其余為巖屑砂巖，巖屑含量一般在40％左右，由凝灰?guī)r、火山碎屑、火山玻璃、少量泥巖巖屑及燧石組成。石英含量一般小于40％，膠結(jié)物多為凝灰質(zhì)和泥質(zhì)，少量碳酸鹽質(zhì)，分選中等，磨圓較差。

山西組的砂巖多為石英砂巖、石英含量一般大于75％，最高可達(dá)96％，巖屑含量一般小于15％，向上巖屑含量增加，巖屑主要為燧石、石英巖巖屑、少量泥巖屑，凝灰質(zhì)巖屑含量較少，膠結(jié)物多為硅質(zhì)，分選好～中等，磨圓較好。

特別是6號(hào)煤層上、下的K3、K2砂巖在巖石組成、結(jié)構(gòu)特征、膠結(jié)物性質(zhì)（表二）等方面表現(xiàn)的差異，更易為人們所理解。

（五）煤質(zhì)、煤巖

13070、21062孔主要孢粉屬含量表 表一

K3、K2砂巖特征表 表二

眾所周知，山西陸臺(tái)上的晚古生代含煤建造中，山西組和太原組的煤質(zhì)煤巖特征存在較大差異。本區(qū)煤質(zhì)分析結(jié)果表明，以K3砂巖為界，上、下兩部分煤層的煤質(zhì)煤巖特征變化較大，差異明顯，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.原煤灰分

太原組平均為23.96％，山西組平均為27.37％，其中6號(hào)煤層原煤灰分為19.18％，5號(hào)煤層則為25.91％，呈現(xiàn)上高下低的變化狀態(tài)。

2.原煤全硫含量

太原組平均為3.07％，山西組平均為0.67％；其中6號(hào)、5號(hào)煤層分別為2.01％、1.51％，呈現(xiàn)上低下高的變化狀態(tài)。

3.煤灰成分

山西組煤層煤灰分中SiO2+Al2O3含量87.04％，Cao+MgO+Fe2O3含量7.28％，兩者之比（即Ca、Mg、Fe/Si、Al）為0.084，是陸相過(guò)渡沉積環(huán)境的反映，而太原組煤層的煤灰成分中SiO2+Al2O3含量73.08％，Cao+MgO+Fe2O3含量20.63％，兩者之比為0.282是近海相煤層反映。此外，太原組煤層的灰分中Fe2O3為14.86％遠(yuǎn)大于山西組煤層（為4.25％）。5、6號(hào)煤層的SiO2+Al2O3分別為85.70％、78.42％，Cao+MgO+Fe2O3分別為9.73％，15.53％，差異較大。

4.煤巖組成

太原組煤層的鏡質(zhì)組含量較山西組高，絲質(zhì)組和半絲質(zhì)組含量較山西組低，穩(wěn)定組分較山西組含量低，礦物雜質(zhì)含量較山西組低。

太原組煤層的顯微鏡類型主要為凝膠化基質(zhì)，少量均一鏡煤及混合暗煤。山西組煤層則見有較多的結(jié)構(gòu)鏡煤和粘土礦物填充植物孢腔的絲炭。

三、結(jié)論

在對(duì)以上諸方面進(jìn)行分析后不難看出，以K3砂巖首界上、下兩部分地層存在著較大差異，表現(xiàn)是多方面的，特別是從生物地層學(xué)角度來(lái)看，植物化石和孢粉組合有力地表明5號(hào)、4號(hào)煤層屬于早二疊早期山西組，由于古地理景觀和聚煤環(huán)境的差異，使得巖性巖相組合和變化，巖礦特征，煤質(zhì)煤巖等方面，根據(jù)各層的規(guī)律和特點(diǎn)，自下到上變化很大。因此，把石炭頂層定在K3砂巖的底部是適宜的。

在撰寫本文過(guò)程中得到原煤炭部173隊(duì)趙長(zhǎng)偉高級(jí)工程師的幫助，在此表示感謝。

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劉紅華

劉紅華（1988-），男，湖南岳陽(yáng)人，神華地質(zhì)勘查有限公司助理工程師；

劉公六（1961-），男，湖南岳陽(yáng)人，神華地質(zhì)勘查有限公司高級(jí)工程師。