宁东煤田含煤地层特征-宁夏煤炭资源赋存规律及潜力预测

宁东煤田含煤地层属晋冀鲁豫地层区华北西缘地层分区桌子山—青龙山地层小区。煤田内主要聚煤时期分为晚石炭世、早二叠世及中侏罗世3个聚煤期。各含煤地层主要分布在银川、吴忠、灵武及盐池一带，分布含煤地层主要有太原组、山西组、延安组。

（一）晚古生代含煤地层

煤田内晚古生代含煤地层与下伏地层的接触关系较为复杂，自前震旦系至下石炭统均有接触。横城一带其基底非常复杂，含煤地层山西组与奥陶系呈假整合接触，反映了台缘坳陷沉积的特点。宁东煤田晚古生代各时期含煤地层的聚煤作用的前期始于晚石炭世早期土坡组，在晚石炭世晚期太原组及早二叠世早期山西组达到高潮，至早二叠世晚期石盒子组则接近尾声。

1.土坡组（C2t）

主要分布于煤田西北部的横城矿区、西南部韦州矿区及南部萌城矿区一带。岩性以黑色泥岩、灰白色细粒岩为主，另有灰黑色粉砂岩、薄层灰岩、泥灰岩和薄煤层。西部还夹有油页岩和菱铁矿结核层。显示了以滨海为主的海陆交互相沉积。

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。

2.太原组（CPt）

（1）岩性特征

该组含煤地层主要分布于煤田北部的红墩子矿区、西北部的横城矿区、西南部的韦州矿区及南部萌城矿区一带。其中以红墩子和横城矿区最为发育。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。

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4～10层，其中煤田内较稳定、稳定的煤层有3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，太原组在沉积厚度上相差较大，韦州矿区厚达406～618m，其他各矿区一般为130～240m；其次是本组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；再次是成煤作用的变化，本组下部一般煤层层数少，厚度较小，稳定性较好，横向上易于对比，上部煤层少且厚度小，稳定性较差，显示了成煤作用较差。

（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。

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。

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，是对比一2的重要标志之一。总之该旋回结构清晰，全煤田稳定发育，厚度一般为10～25m。

Ⅳ旋回：全煤田均有分布，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。顶部发育一层全煤田稳定的重要煤层，即一1-2煤。该旋回厚度变化具明显的规律性，向南部的横城矿区厚度逐渐减小，并与Ⅴ旋回合并，且一1-2煤为一层全煤田稳定的厚煤层。

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。旋回顶部为全煤田发育的K6灰岩。该旋回厚度变化与Ⅳ旋回相似，至横城一带与Ⅳ旋回合并。总体来看，该旋回岩性特征明显，煤层稳定，易于识别。

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，其相构成以潟湖、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。横向上由北至南具有旋回数目增大，煤层层数增多，而单层厚度变薄的变化规律。

3.山西组（P1s）

（1）岩性特征

本组含煤地层的分析和太原组基本一致。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，而韦州矿区岩石粒度较细，以深灰色粉砂岩和浅灰色细砂岩为主。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，是宁东煤田主要含煤地层之一。通过对剖面的成因地层分析，可将本组划分为上、下2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，一般为40～60m。

上段：总体来看，岩性比下段要粗，普遍由2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

宁东煤田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2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2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，上至一1煤层顶板的砂质泥岩、泥岩结束。该旋回岩性、岩相均较稳定，其顶部的厚煤层一2在煤田内广泛发育，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。(www.xing528.com)

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。

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，一般为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，韦州矿区厚度最大，达48m。

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层全煤田稳定、较稳定可采的厚煤层。上部所含2个旋回与下部2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。

4.石盒子组

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，在横城—韦州一带，其岩性、岩相特征基本上一致，厚度97～147m。

煤田内萌城矿区石盒子组底部在局部地区含薄煤层0～7层，一般厚0.1～0.4m，不具工业价值。

（二）中生代含煤地层

宁东煤田中侏罗世延安期的聚煤盆地是在三叠纪的基础上发展起来的继承性断陷盆地，西部个别地区为小型盆地。

区域构造运动引起聚煤盆地水进水退作用的广泛发生，并导致了含煤岩系的旋回性变化，延安组含煤地层在垂向上可划分出9个旋回，主要煤层均位于旋回的顶部，说明水退时期发生了较强的聚煤作用。延安期初时，气候温暖潮湿，古植物大量生长，在这一时期，地形逐渐淤平，形成有利的聚煤场所，至中时，湖泊进一步扩张，三角洲平原上水系纵横发育，形成易于成煤的泥炭沼泽环境；延安期晚时，煤田内三角洲已总体废弃，在此基础上发育的冲积平原具有良好的聚煤条件，随着冲积河道的大规模废弃，形成厚而稳定的煤层，如五2煤。之后，随着冲积河道广泛发育，泥炭沼泽发育程度明显变差，延安期的聚煤作用结束。在其后，直罗期的辫状河冲积平原环境中，无可采工业煤层的聚集。

1.延安组（J2y）

宁东煤田延安组含煤地层主要分布于灵武、鸳鸯湖、马家滩、积家井、石沟驿和萌城矿区。广大地区均属鄂尔多斯地块，属大型内陆盆地型沉积。现分述如下。

宁东煤田延安组含煤地区，主要由灰、灰白色各级砂岩，灰色、深灰色粉砂岩、粉砂质泥，灰黑色泥岩及煤层组成。其底部有宝塔山砂岩作标志，顶部与直罗组的灰白色、灰黄、灰绿色含砾粗砂岩（七里镇砂岩）相区分，顶底界线清晰易于识别。由剖面可以看出，该煤系地层以旋回发育、结构清晰为特征。总体来看，煤田内延安组含煤地层自下而上可划分为5段，见图2-1-4，其岩性、岩相组合及含煤性特征可分别与盆地其他地区相对比。

图2-1-4　延安组层段沉积旋回划分及沉积序列图

第一段：从宝塔山砂岩开始到一1煤层顶结束。整体下粗上细，为一完整的沉积旋回。下部主要为具大型槽状、板状交错层理的中—粗粒含砾粗砂岩，上部为具小型交错层理、波状及水平层理的细砂岩、粉砂岩、泥岩。反映出开始由河道砂体沉积渐变为堤泛沉积的过程，而且在本段上部岸后沼泽的沉积中广泛发育有1～2层可采的厚煤层。

总之，该段是发育于延长群凹凸不平侵蚀面之上的初期产物，沉积稳定性差，各地厚度差异较大，如：磁窑堡矿区厚102.53m，碎石井厚22.10m，马家滩矿区厚25.53m。至该段顶部时，古地形的制约逐渐减弱，且主要煤层亦形成于该阶段。

第二段：底部以S2标志层Lb之底界为界。含两个沉积旋回，每个沉积旋回下部均为灰、灰白色砂岩，上部为灰、灰黑色粉灰岩、泥岩及煤。与第一段相比较，其岩性以细砂岩、粉砂岩、泥岩为主，而中—粗粒砂岩总体不发育，且单层厚度较小。其层理类型以小型交错层理、沙纹层理、水平层理最为发育。该段除了含丰富的植物化石及化石碎片外，动物化石及动物活动遗迹的丰度也高于下段。由上所述本段自第一段沉积后大面积水进，形成浅湖—三角洲沉积体系。该段含煤层数多，但煤层多数较薄，其稳定性总体向上变好。本段厚度变化大，总趋势是西部较厚向东至盆地内部变薄，一般厚度为70m左右。

第三段：由标志层Lb、辅助标志层S3砂岩和第四段底部的S4标志层来识别。含两个沉积旋回的底部为湖相泥岩，即标志层Lb；向上为灰白色细—粗粒砂岩，上部为灰黑色粉砂岩、泥岩夹煤层，局部夹细砂岩；上沉积旋回的下部为灰白色厚层状中—粗粒砂岩（即S3辅助标志层），横向上常过渡为细、粉砂岩互层，上部为灰白、灰色细砂岩夹深灰色粉砂岩，顶部发育厚煤层。该段总体上是一向上总体变粗，然后再由粗变细的完整的湖泊—三角洲层序。厚度变化与第二段相似，西部一般为70～80m，往东厚度变薄，一般为50～60m。北部一般厚50～70m，南部厚80～90m，是宁东煤田主要含煤段之一。

第四段：由S4标志层开始，至四1煤层顶结束，基本上由两个旋回构成。下沉积旋回的下部为灰白色中—粗粒砂岩，底部常含砾石，往上为灰黑色粉砂岩、泥岩与灰色细砂岩互层、夹薄层炭泥岩及煤层，该旋回厚度较大，一般为40～50m。上沉积旋回的下部为灰、灰白色细—中粒砂岩，横向上相变较快，常过渡为粉砂岩、泥岩，上部则以灰、灰黑色泥岩为主，夹1～2层分布较广局部可采煤层。旋回厚度一般较小，厚20～30m。本段的层理类型为下部常发育大型板状、槽状交错层理，上部大多为小型交错层理、沙纹层理、水平层理。由上所述，该段总体为三角洲平原沉积体系，厚煤层不发育，纵向上其稳定性由下而上增强。本段厚度变化不大，总趋势是西北部较厚，一般为70～90m，东南部相对较薄，一般为50～60m。

第五段：该段底部由S5辅助标志层开始，顶部与直罗之底砂岩（即S6砂岩）平行不整合接触。含2个沉积旋回，其中下沉积旋回全煤田发育，其下部以灰白色砂岩为主，上部以灰、灰黑色泥岩、粉砂岩为主，顶部普遍发育一层厚煤层。上沉积旋回，在煤田内大部分地段不发育，仅在碎石井—积家井一线有残留，旋回的下部为灰、灰白色中—细粒砂岩，上部为灰、灰黑色粉砂岩、泥岩，顶部发育可采煤层，但在宁东煤田西部常受到直罗之底砂岩的冲刷。本段2个旋回均具正粒序，其层理类型主要是一般下部为大型板状、槽状交错层理，往上渐变为小型交错层理、波状层理、沙纹层理、水平层理。由上所述，本段属冲积平原相沉积，且在本段中部及上部发育厚煤层，其中五2煤层在全煤田广泛发育，自身特征明显，是识别第五段的重要标志。

由于受燕山运动的影响，本段地层厚度变化较大，其规律为鸳鸯湖—马家滩一线，一般为50m。往西则呈急剧增厚的趋势，最厚可达130m，一般为80～100m。

总之，宁东煤田延安组根据沉积旋回、标志层及煤等因素，分为5个岩段，每个岩段含1～2个沉积旋回。该组含煤地层，总体上是第一段、第五段粒度较粗，其他3个岩段相对较细，其中第二段主要由细砂岩、粉砂岩、泥岩组成，粗—中粒砂岩含量较少，反映该组地层沉积相组合是由冲积平原、浅湖—三角洲、三角洲前缘、前三角洲等构成的。本组厚度变化是北部地区厚度一般为320～350m、南部王洼一带厚40～390m，反映出由北而南变薄，并具起伏现象，由西至东厚度变小，石沟驿矿区最厚达694m，往东马家滩一带为340m左右。

2.直罗组（J2z）

宁东煤田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，宁东煤田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。

本组地层厚度一般为350～489.17m，平均450m。