晚石炭世晚期、早二叠世早期及中侏罗世早期是本区3个主要聚煤时期,各期的聚煤作用则受到古构造、古地理等多层次的因素控制,区内各地沉降幅度、聚煤环境乃至相带展布的差异均反映了各地间聚煤作用的显著差异,并于一定地区形成了相对的富煤带和贫煤带。
在宁夏北部地区(贺兰山北段)富煤带呈马鞍状展布,即从呼鲁斯太、石炭井、沙巴台到石嘴山及其以北的乌达、老旦山、公乌素,总体呈东西走向。宁北地区西侧由呼鲁斯太向南延至贺兰山东麓的苏峪口一带逐渐变薄,东侧从石嘴山向南经横山堡、韦州至银洞沟逐渐变薄,中部从沙巴台往南经红果子到银川地堑变为一薄煤带。煤层厚度的分布特征与聚煤期同沉积坳陷、古地理环境和沉积岩相带分布具有良好的一致性,其相对坳陷的部位,既是三角洲沉积最发育的部位,亦是煤层最发育地区。而在三角洲环境中,处于上、下三角洲平原的过渡带部位,更是富煤的中心部位,如呼鲁斯太—石嘴山一带。含煤地层的基底及聚煤作用总体变化规律在太原组、山西组和延安组中都有不同程度表现。
(一)太原组、山西组含煤地层赋存基底及聚煤作用
区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。大致以青铜峡—固原大断裂为界,西部香山、卫宁北山及贺兰山南段土坡组为连续沉积,反映了槽区的沉积特征;北部的贺兰山中北段至东部的横城一带其基底非常复杂,含煤地层土坡组及山西组分别与前震旦系、震旦系、寒武系及奥陶系呈不整合或假整合接触,反映了台缘坳陷沉积的特点。
从本区晚古生代各时期含煤地层的沉积特征及发育程度看,其兴衰的演变十分明显,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,至早二叠世晚期下石盒子组则接近尾声。(www.xing528.com)
早石炭世祁连海水由南西进入宁夏,向东到牛首山—大罗山一带被鄂尔多斯古陆阻挡,向南到海原以北,被南、西华山隆起隔离。在晚石炭世早期,槽区表现出明显的沉陷作用,海域从西南向东北扩大,此时控煤作用主要以裂陷作用为主,沉降速度快,受水盆地经常处于欠补偿状态,使成煤环境在短时间里被水淹没,导致了土坡组地层厚度大。薄煤层数多,含煤性普遍较差。晚石炭世海侵扩大,祁连海水由南西向东延展到盐池附近,北西面波及阿拉善古陆,南部边界大致在海原一带。晚石炭世晚期沉积盆地已由裂陷型转化为宽广的坳陷型,沉降作用明显减弱,并形成使泥炭沼泽持续发育的环境。早二叠世早期海侵进一步扩大,华北海与祁连海相连通,宁夏全区处于障壁海岸海水动荡不定、进退频繁、气候温暖潮湿的环境,盆地逐渐向隆起转化,早期充填的碎屑体出现了大面积的废弃,形成了广阔利于沼泽发育的泥炭沉积的平原,因而在山西组下段形成了厚煤层。早二叠世早期末地壳缓慢抬升,海水逐渐退却,宁夏全区开始陆相碎屑岩沉积,中二叠世早期隆起明显,气候由温暖潮湿逐渐转为干燥炎热,聚煤作用逐渐减弱以至消失。
(二)延安组含煤地层赋存基底及聚煤作用
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,直到中侏罗世早期,除晚三叠世沉积盆地重新发生下陷,接受延安组沉积外,在香山地区的下流水、窑山、固原地区的炭山等地也发生下陷,形成新的断陷盆地,在寒武系、震旦系等老地层的基础上,接受延安组的沉积。总体来看,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断陷、山间盆地。
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