宁夏贺兰山煤田含煤特征及资源潜力

贺兰山煤田含煤地层属晋冀鲁豫地层区华北西缘地层分区贺兰山地层小区。分布的含煤地层为石炭系上统的土坡组、太原组，二叠系下统的山西组、下石盒子组，侏罗系中统的延安组。其中太原组、山西组、延安组为主要含煤地层，其他地层只含薄煤层及煤线，不具工业价值。除汝箕沟矿区为延安组煤层外，其余各矿区均为太原组、山西组煤层。

图2-1-1　宁夏回族自治区含煤地层分区图

（一）晚古生代含煤地层

沉积环境：宁夏北部贺兰山地区和宁东地区相近，成煤条件好，沉积了含煤性好的太原组和山西组地层，西部中卫单梁山石磨沟一带地壳活动频繁，沉降速度快，沉积厚度大于2000m，成煤条件较差。

1.土坡组（C2t）

主要分布于贺兰山煤田北段。岩性以各粒级砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩为主，夹薄层炭岩、泥灰岩、炭质页岩，富含菱铁矿结核及透镜体，并含数层薄煤线。

本组地层在垂向上具明显的旋回结构，旋回上部一般以浅海相为主，中下部为沼泽相、泥炭沼泽相及过渡相。含丰富的动植物化石，动物以腕足类发育，腹足、瓣鳃、头足类较发育，次为珊瑚等。植物以真蕨、种子蕨纲发育，次为楔叶纲。

本组在煤田内含煤性差，煤层一般较薄或呈鸡窝状，普遍不可采。

在石炭井矿区沉积厚度约为182.56m，在呼鲁斯太矿区约为49.24m。

2.太原组（CPt）

太原组为海陆交互相含煤岩系，地层厚度为70.0～224.3m。含煤8～12层，可采2～12层，可采平均总厚3.67～18.15m，可采含煤系数为1.95%～12.21%。主要煤层位于本组中部，煤层总体变化趋势为西厚东薄、北厚南薄。煤层大部分为稳定—较稳定，沙巴台矿区煤层稳定性差，多为不稳定煤层。

（1）岩性特征

该组含煤地层主要分布于贺兰山北段；岩性由灰白、灰、灰黑色各粒级的砂岩、粉砂岩、黑色泥岩、砂质泥岩、灰岩、泥灰岩、煤等组成。依据岩性、岩相组合特征及含煤性变化将本组划分为上、下2段，如图2-1-2。

下段：底部普遍发育一层灰白色厚层状石英砂岩，向上以黑色泥岩、粉砂岩为主，夹薄层中—细粒砂岩、灰岩、泥灰岩、煤层等，泥岩中产大量植物化石，少量瓣鳃、腕足类化石，灰岩中除富含腕足类化石外，还含有大量蜒科及牙形刺微体化石。在区域上，较稳定的灰岩有2层，灰岩厚度均在1m以下，且质不纯，往往呈泥灰岩或钙质泥岩，在大多数地区为煤层的直接顶板或间接顶板。该段含煤层4～12层，其中全区稳定的煤层有4层，位于本段的中上部，且由下而上单煤层厚度逐渐增加，反映了该段聚煤作用由下而上逐渐增强。

上段：较下段有更多的灰白色中—细粒石英砂岩，含有数层薄而稳定的石灰岩，垂向上多由粒度向上变粗的层序组成，煤层总体不发育，一般含2～5层局部可采的薄煤层。该段顶部为一层富含海相动物化石的石灰岩，横向上相变为泥灰岩或钙质泥岩。

总体而言，太原组沉积厚度一般为130～240m，所含砂岩的比例自下而上有所增加，反映了沉积环境由宁静滨海逐渐向水流动力较大的环境变迁。本组下部一般煤层层数多，厚度较小，稳定性差，中部煤层厚度大，稳定性好，横向上易于对比；上部煤层少且厚度小，稳定性较差，显示了成煤作用以中部有利而两端较差的迁移变化规律。

（2）岩相特征

本组具有明显的旋回结构，通过各种成因标志的综合分析研究表明，太原组自下而上可划分为5～8个旋回，其中下段包含3～5个旋回、上段包含2～3个旋回，见图2-1-2。

现自下而上分别叙述如下。

Ⅰ旋回：底部以潮道成因的中细石英砂岩开始，向上为粉砂岩、泥岩及薄煤层，在呼鲁斯太矿区，其顶部以薄层灰岩结束。总体上，表现出一个海退海进沉积序列，该旋回仅发育于呼鲁斯太、石炭井矿区，厚20m左右。

图2-1-2　太原组层段沉积旋回划分及沉积序列图

Ⅱ旋回：其岩性岩相组合及旋回结构与Ⅰ旋回相似。所不同的是在该旋回上部普遍发育2～3层大部或局部可采煤层，且煤层顶板为一层厚0.5～1.5m的灰岩，是对比5煤组的重要标志之一。总之该旋回结构清晰，全区稳定发育，厚度一般为10～25m。

Ⅲ旋回：主要发育在贺兰山煤田西部的沙巴台、石炭井和呼鲁斯太矿区。下部由障壁岛、砂坪相开始，向上为潟湖相及泥炭沼泽相沉积，局部地段为局限台地相沉积。上部发育一层局部可采煤层。该旋回在贺兰山北段由西至东厚度变小，且粗粒砂岩的成分亦由西至东减少。

Ⅳ旋回：全区均有分布，在大多数地区是由潟湖—混合坪—泥炭坪构成。该旋回含煤层数较多，一般为2～4层，单煤层厚度一般下部较薄，向上逐渐增厚。顶部发育一层全区稳定的重要煤层，即一1-3煤。该旋回厚度变化具明显的规律性，在贺兰山煤田西部一般为20～30m，向东部的石嘴山矿区厚度逐渐减小，并与Ⅴ旋回合并，且一1-3煤与其上的一1-2煤合并为一层全区稳定的厚煤层。

Ⅴ旋回：其相构成自下而上为潮道相、障壁岛相、潟湖相和开阔台地相。总体粒度向上变细，上部稳定发育着1～2层可采煤层。旋回顶部为全区发育的K6灰岩。该旋回厚度变化与Ⅳ旋回相似，在贺兰山西部呼鲁斯太矿区厚30m，向东至石嘴山矿区厚15m。总体来看，该旋回岩性特征明显，煤层稳定，易于识别。

Ⅵ旋回：在贺兰山煤田较为发育，多由潟湖相—开阔台地相组成。其岩性主要由泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩组成，含薄煤一层，旋回顶部常发育一层厚度为0.4～1.5m的石灰岩，该旋回厚度变化不大，一般为5～10m。

Ⅶ旋回：下部以三角洲体系为主，上部则以潟湖、海湾相沉积为主。其岩性是下部以河口坝、分流河道砂岩为主，上部为决口扇，沼泽相细砂岩、粉砂岩、泥岩，局部地段发育薄煤层，顶部为一层较稳定的灰岩。该旋回厚度变化较小，一般为20～30m，区域上易于对比。

Ⅷ旋回：位于太原组上部，以潟湖、沼泽、泥炭沼泽局限台地相为主。岩性主要以泥岩、粉砂岩为主，底部常夹中—细粒砂岩。上部含1～3层薄煤层。旋回顶部为一层约0.5m的石灰岩，即K9灰岩。

综上所述，太原组自下而上可划分出5～8个旋回，下部以障壁岛—潟湖相组合为主，上部为过渡性三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲、下三角洲平原沉积组合。旋回的厚度偏小，一般为10～30m。煤层一般发育于旋回的中上部，煤层顶板普遍为富含动物化石的灰岩。横向上由东至西具有旋回数目增大，煤层层数增多，而单层厚度变薄的变化规律。

（3）骨干剖面描述

现将典型剖面石炭井剖面描述如下。

上覆地层：山西组（P1s）

—　— 整 合 —　—

—　—整 合—　—

下伏地层：土坡组（C2t）

本组厚度在各地差异较大，生物群面貌与华北地区太原组相似，动物以䗴类为重要分子，腕足类以珊瑚、腹足类为主。从植物化石来看，Neuropteris ovata-Cathaysiodendron incertum组合是晚石炭世最普遍的标志化石，为太原组的划分、对比及时代的确定提供了生物依据。

3.山西组（P1s）

山西组为一套陆相含煤岩系，地层厚度为60～123m，马莲台区较薄。含煤3～8层，可采1～4层，可采平均总厚6.21～15.62m，可采含煤系数为6.2%～13.60%。煤层多位于本组中、下部，煤层稳定。

（1）岩性特征

本组含煤地层岩性主要为灰白色粗粒砂岩，灰绿、灰黄色细粒砂岩和粉砂岩，以及灰黑色泥岩夹煤层。本组属陆相沉积，主要可采煤层一般位于中、下部，层数不多，但厚度较大，是本区主要含煤地层之一。通过对剖面的成因地层分析，可将本组划分为上、下两个岩段。见图2-1-3。

下段：底部普遍发育一层较稳定的细—粗粒长石石英砂岩，砂岩层中常见大型板状交错层理，含粗大植物茎、干。由砂岩向上以灰、灰黑色粉砂岩、泥岩占主导地位，该段以厚煤层发育为其主要特征，而且集中分布于该段的中部和顶部。本段厚度总体变化不大，苏峪口最厚81.54m，马莲滩最薄25.86m，一般为40～60m。

上段：总体来看，岩性比下段要粗，普遍由两个粒度向上变细的层序组成，其下部砂岩较发育，最厚达27m，中上部的灰、灰黑色粉砂岩、泥岩中常夹灰绿色泥岩条带；与下段相比，植物化石含量明显减少。煤层不发育，一般为局部或大部可采煤层。本段厚度变化不大，一般为30～50m。

（2）岩相特征

本区山西组地层是连续沉积于太原组之上的陆源碎屑含煤岩系，其下段以上三角洲平原为主的沉积组合。主要包括远砂坝相、河口砂坝相、分流河道相、分流间湾相、天然堤相、决口扇相和泥炭沼泽相等沉积单元，依各沉积相在剖面上的共生组合关系及横向上的变化特征，可以明显地划分出两个旋回，即：Ⅰ、Ⅱ旋回。上段主要为冲积平原沉积组合，包括有分流河道相、堤岸相、决口扇相、泛滥盆地相、泥炭沼泽相等沉积单元，上段大致可划分为两个旋回，即Ⅲ、Ⅳ旋回。现将山西组各旋回特征自下而上分述如下。

Ⅰ旋回：位于山西组下部，一般由分流河道相的中、粗粒或含砾粗砂岩开始，上至一2上煤层顶板的砂质泥岩、泥岩结束。该旋回岩性、岩相均较稳定，其顶部的厚煤层在区内广泛发育，延伸稳定，是划分旋回和煤层对比的重要标志。其厚度一般为20～40m，较为稳定。

图2-1-3　山西组层段沉积旋回划分及沉积序列图

Ⅱ旋回：位于下段上部，主要由三角洲前缘的河口砂坝相、分流河道相、泥炭沼泽相组成。在大多数矿区，砂体为下粗上细的正粒序结构。在河道相（或河口坝相）砂体之上，广泛发育一层厚度大、结构复杂、富灰低硫煤层。该旋回总体上稳定而且易于识别。其厚度变化较小，一般为15m左右。(www.xing528.com)

Ⅲ旋回：位于上段下部，旋回之底始于冲积河道相的中、粗粒砂岩，局部为含砾粗砂岩，该砂岩横向上相对较稳定，是划分上、下岩段的标志层之一。向上多为泛滥盆地相、浅湖滨湖相泥岩，与灰岩、细砂岩互层沉积。煤层总体不发育，仅在旋回中部及上部夹有薄煤层，且稳定性较差。该旋回厚度变化不大，在石炭井、沙巴台、呼鲁斯太为40m左右，其他矿区为20m左右。

Ⅳ旋回：位于上段上部，以冲积平原沉积组合为特征，其下部一般冲积河道砂体很发育，上部为天然堤相、决口扇相、泛滥盆地相、岸后沼泽相的粉砂岩、细砂岩、泥岩夹根土岩、炭质泥岩、薄煤层或煤线。剖面上具典型的下粗上细反映河流沉积的二元结构特点。该旋回上部发育稳定性较差的薄煤层，在大多数矿区为不可采煤层。该旋回厚度变化大，在马莲滩矿区厚度最小仅7m。

综上所述，山西组含煤地层自下而上可划分4个旋回，上、下岩段各含2个旋回，其中下段2个旋回反映了上三角洲平原沉积组合的特点；上段所包含的2个旋回则反映冲积平原沉积组合的特点。横向上，下部2个旋回结构清晰，且较稳定，标志明显，易于识别，含2～3层全区稳定可采的厚煤层。上部所含2个旋回与下部两个旋回相比较，岩性、岩相变化较快，厚度变化大、稳定性差，煤层总体不发育，横向上不易对比。

（3）骨干剖面描述

现将石炭井剖面介绍如下。

上覆地层：下石盒子组（P1x）

—　— 整 合 —　—

—　— 整 合 —　—

下伏地层：太原组（CPt）

本组未见有动物化石，植物化石丰富，以华北中期华夏植物群占优势。由山西组开始出现的重要植物，为山西组的划分提供了生物依据。

4.下石盒子组（P1x）

分布范围同山西组，岩性以灰绿、黄绿色细—粗粒砂岩、粉砂岩为主，夹灰、灰黑色粉砂质泥岩、泥岩和薄煤层，上部夹紫斑色的砂岩、粉砂岩、泥岩、中下部夹灰白色中—粗粒长石、石英砂岩，含少量薄煤层，局部地段偶达可采，底部为灰白色粗粒岩屑石英砂岩，具大型板状交错层理。砂泥中所含植物化石基本同山西组，但栉羊齿增多。

本组厚度变化不大，石炭井矿区厚163.94m，沙巴台矿区厚107.1m，苏峪口矿区84.9m，西沟一带厚280.7m，总体上呈以石炭井—西沟为中心向四周变薄之势，一般厚度为97～147m。

区内在局部地区含薄煤层，不具工业价值。唯石炭井矿区的二矿井田下石盒子组底部含局部可采煤一层，位于山西组与下石盒子组分界线砂岩之上，不稳定。横向上多为鸡窝状，厚度变化大，一般0～8.24m，分布范围内平均厚1.95m，为高灰低硫煤。

（二）中生代含煤地层

本区从中三叠世开始，已由近海陆相盆地进入新的完全与海分隔的陆相盆地沉积时期；三叠纪末的印支运动，全区初升，发生沉积间断后，直到中侏罗早期，晚三叠世沉积盆地重新发生下陷，接受延安组沉积。侏罗纪盆地可分为两种类型，一类属继承性坳陷盆地，如鄂尔多斯盆地、贺兰山汝箕沟盆地，其特征为：基底为上三叠统延长群，并与中侏罗统有沉积间断，沉积厚度较大，物质组分较细，成煤条件好；另一类属新生断陷、山前坳陷或山间盆地，如香山南麓下流水盆地、窑山盆地和炭山盆地，其特征为：基底较复杂，盆地范围小，沉积厚度薄且变化较大，物质组分粗，含煤性差。

1.延安组（J2y）

延安组分布于汝箕沟一带，为一套陆相含煤岩系，属河流、湖泊及泥炭沼泽沉积，地层平均厚度为248.3m。含煤7～9层，其中主要可采煤层5层。可采平均总厚37.04m，可采含煤系数14.94%。煤层具有从北向南、从东向西变薄分叉之趋势。煤层属较稳定—不稳定。

本区延安组含煤地层分布于汝箕沟矿区，属山间盆地及断陷盆地型沉积，其岩性及岩相特征如下。

该盆地位于贺兰山北段，属山间小型聚煤盆地，含煤地层延安组与下伏三叠系呈假整合或不整合接触。其岩性为灰白色粗粒砂岩、深灰色细粒砂岩，以及黑色砂质泥岩、泥岩和煤层。依沉积特征，地层厚度变化及含煤性等将该盆地延安组划分为上下2个岩段，下段底部以灰、灰白色砾岩，含砾粗砂岩开始，向上为灰白色中—粗粒砂岩，至中上部以灰白色细砂岩、灰、灰黑色粉砂岩、泥岩为主，夹厚层状粗—中粒砂岩，本段含编号煤层5层，自下而上厚煤层增多，且稳定性增强。上段总体表现为一粗碎屑岩段，垂向上具有下部与上部较粗，主要以灰白色中—粗粒砂岩为主的河道相沉积，中部以细、粉砂岩、粉质泥岩为主，且发育一层全区稳定的巨厚煤层，本段含煤两层，其中二煤为主要煤层，结构较为复杂，总体可分为3个煤分层；一煤属结构单一，不稳定的局部可采煤。

总体来看，该盆地含煤地层厚度偏小，一般为230～265m，向西煤系地层变薄，延至内蒙古上田村附近厚仅30m，且岩性变粗，含煤层数减至1～2层，推测已到盆地的边缘。

现将汝箕沟剖面介绍如下。

上覆地层：直罗组（J2z）

—　— 整 合 —　—

----- 平行不整合 -----

下伏地层：上田组（T3s）

2.直罗组（J2z）

本区直罗组的分布范围大体与延安组一致，其岩性上部以灰褐色、灰绿色夹紫斑色的细砂岩为主，夹薄层粗砂岩及粉砂岩，中部以灰绿色粉砂岩为主，夹薄层砂岩及泥岩，下部以绿灰色粉砂岩、细砂岩为主，夹厚层状粗砂岩及中粒砂岩，并常夹有一层紫灰、灰褐色团块状泥岩，在其上、下部位往往夹有薄煤线及煤层透镜体。底部为一厚层状砂岩（俗称“七里镇砂岩”）。

由上述岩性特征可以看出，本区中生代聚煤作用至中侏罗晚期已结束，直罗组总体为半干旱及干旱气候条件下形成的河流—湖泊相沉积，仅底部的局部地段有泥炭沼泽相沉积。

该组地层中除含有少量的瓣鳃类外，含有大量的孢粉，蕨类植物孢子中主要成分是小桫椤孢，裸子植物花粉中以松柏类花粉为主，其次是掌鳞杉科的环沟粉等。

在汝箕沟矿区本组地层厚度一般为200～300m。