山西省宁武煤田朔县勘探区石炭系顶界的新认识
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【摘 要】依据朔县勘探区太原组与山西组的分界，从勘探工作中积累的岩性岩相、古生物、岩矿、煤质煤岩等大量基础资料进行综合分析后，认为把石炭顶层定在K3砂岩的底部是适宜的。
一、概况
本区太原组与山西组的分界历来争议颇大，上前有三种认识：其一认为石炭系顶界划在4号煤层顶板K5砂岩之底，这是以往地质资料使用的认识;其二认为应划在4-5煤段K4砂岩之底;其三认为应划在5-6号煤段K3砂岩之底，这是笔者从勘探工作中积累的岩性岩相、古生物、岩矿、煤质煤岩等大量基础资料进行综合分析后，提出来的新看法。由于笔者水平有限，仅为抛砖引玉，请不吝斧正。
二、石炭系顶界确定的依据
（一）岩性岩相
1.岩石类型与丰度
太原组的岩石组成主要为灰白色、灰绿色砂岩、深灰色、灰黑色泥岩、砂质泥岩、煤层夹薄层泥质灰岩，山西组的岩石组成主要为绿灰色、灰白色、灰色砂岩、深灰色、灰黑色泥岩和煤层，不发育灰岩。
太原组砂岩的丰度12%―59%、平均为35%，山西组砂岩的丰度27%―67%、平均为48%，太原组砂岩的丰度比山西组低;太原组泥质岩类的丰度19%―47%、平均为29%，山西组泥质岩类的丰度11%―47%、平均为25%，太原组泥质岩类的丰度比山西组高;太原组砂岩与泥岩比0.25―0.69、平均为0.64，山西组砂岩与泥岩比0.36―2.37、平均为1.30，太原组砂岩与泥岩比比山西组低。
由此看来，两者的岩石类型和丰度是有差异的。
2.沉积环境
沉积环境分析表明，太原组为滨海泻湖潮坪沉积体系和三角洲沉积体系，顶部的6号煤层形成与三角洲前缘河口沙坝的基础上发育起来的潮坪环境和海湾泻湖环境;山西组的下段为三角洲平原沉积，上段为内陆冲积平原沉积，底部的5号煤层形成于三角洲分流河道分流间湾环境，两者的形成环境是有差异的，这种差异是造成沉积物组合等方面不同的原因所在，也是划分对比地层的基础。
（二）孢粉组合
孢粉组合分析表明，以K3砂岩为界，分上、下两个孢粉组合带：
1.Gulisporites-Florinites组合带（上部组合带）。
2.Laevigatosporites-Florinites组合带（下部组合带）。
上组合带的特点表现在Gulisporites的含量在整个剖面上是最高的，最高可达32%，Laevifatosporites的含量较少。
下组合带的特点是Laevifatosporites的含量占绝对优势，最高可达50%，而Gulisporites的含量则明显减少，详见表一。
这种孢粉组合面貌的变化，符合我国华北、西北地区太原组、山西组孢粉组合面貌变化的普遍规律。
（三）植物组合
植物组合面貌表明，K3砂岩之上，特别是4号、5号煤层附近层位，植物组合面貌表现为早二迭早期的倾向，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，大多具备了李星学先生所论述的中国北方植物组合层序中的Emplectopteris- Emplectopteridium中期华夏植物群A期组合的重要分子，所代表的岩组为山西组，K3砂岩之下，总的看来植物组合则具有晚石炭世植物的组合面貌。
K3砂岩之上的植物化石相当丰实，本次工作发现有以下属种：
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砂岩之下植物化石较少且破碎，产动物化石。
本组产植物化石：
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.
产动物化石：
Choristes sp. Ecrimblea，Brachiopodea
以上化石由南京古生物研究所鉴定和校核
（四）岩矿特征
岩矿鉴定分析表明，太原组和山西组的岩石显微特征存在着较大差异。
太原组除K1砂岩外，其余为岩屑砂岩，岩屑含量一般在40%左右，由凝灰岩、火山碎屑、火山玻璃、少量泥岩岩屑及燧石组成。石英含量一般小于40%，胶结物多为凝灰质和泥质，少量碳酸盐质，分选中等，磨圆较差。
山西组的砂岩多为石英砂岩、石英含量一般大于75%，最高可达96%，岩屑含量一般小于15%，向上岩屑含量增加，岩屑主要为燧石、石英岩岩屑、少量泥岩屑，凝灰质岩屑含量较少，胶结物多为硅质，分选好～中等，磨圆较好。
特别是6号煤层上、下的K3、K2砂岩在岩石组成、结构特征、胶结物性质（表二）等方面表现的差异，更易为人们所理解。
（五）煤质、煤岩
K3、K2砂岩特征表表二
众所周知，山西陆台上的晚古生代含煤建造中，山西组和太原组的煤质煤岩特征存在较大差异。本区煤质分析结果表明，以K3砂岩为界，上、下两部分煤层的煤质煤岩特征变化较大，差异明显，主要表现在以下几个方面：
1.原煤灰分
太原组平均为23.96%，山西组平均为27.37%，其中6号煤层原煤灰分为19.18%，5号煤层则为25.91%，呈现上高下低的变化状态。
2.原煤全硫含量
太原组平均为3.07%，山西组平均为0.67%;其中6号、5号煤层分别为2.01%、1.51%，呈现上低下高的变化状态。
3.煤灰成分
山西组煤层煤灰分中SiO2+Al2O3含量87.04%，Cao+MgO+Fe2O3含量7.28%，两者之比（即Ca、Mg、Fe/Si、Al）为0.084，是陆相过渡沉积环境的反映，而太原组煤层的煤灰成分中SiO2+Al2O3含量73.08%，Cao+MgO+Fe2O3含量20.63%，两者之比为0.282是近海相煤层反映。此外，太原组煤层的灰分中Fe2O3为14.86%远大于山西组煤层（为4.25%）。5、6号煤层的SiO2+Al2O3分别为85.70%、78.42%，Cao+MgO+Fe2O3分别为9.73%，15.53%，差异较大。
4.煤岩组成
太原组煤层的镜质组含量较山西组高，丝质组和半丝质组含量较山西组低，稳定组分较山西组含量低，矿物杂质含量较山西组低。
太原组煤层的显微镜类型主要为凝胶化基质，少量均一镜煤及混合暗煤。山西组煤层则见有较多的结构镜煤和粘土矿物填充植物孢腔的丝炭。
三、结论
在对以上诸方面进行分析后不难看出，以K3砂岩首界上、下两部分地层存在着较大差异，表现是多方面的，特别是从生物地层学角度来看，植物化石和孢粉组合有力地表明5号、4号煤层属于早二叠早期山西组，由于古地理景观和聚煤环境的差异，使得岩性岩相组合和变化，岩矿特征，煤质煤岩等方面，根据各层的规律和特点，自下到上变化很大。因此，把石炭顶层定在K3砂岩的底部是适宜的。
在撰写本文过程中得到原煤炭部173队赵长伟高级工程师的帮助，在此表示感谢。
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刘红华
作者简介：刘红华（1988-），男，湖南岳阳人，神华地质勘查有限公司助理工程师;
刘公六（1961-），男，湖南岳阳人，神华地质勘查有限公司高级工程师。