沁水盆地东南缘二叠系上石盒子组地层特征研究

1 区域地质背景
沁水盆地位于山西省东南部，北纬35°-38°，东经111°00＇-113°50＇，总体呈北北东向延伸，中间窄，呈哑铃状。

盆地东西宽约120km，南北长约330km，总面积逾423×10km 。

古构造带上属于华北地台中带，是在燕山期剪切挤压不断增强、隆升不断扩大的背景下形成的残余构造盆地。

燕山期，华北地区剪切挤压应力作用不断增强，早-中侏罗世的大华北盆地逐渐向鄂尔多斯地区退缩，至晚侏罗-早白垩世的燕山运动中期山西地区已成为隆升区，位于其上规模最大的复式向斜型沁水盆地最终成型（陈刚等，1998）。

沁水盆地石炭-二叠系的地层平行不整合于奥陶系之上，自下而上包括湖田段、太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组、孙家沟组。

湖田段为奥陶系灰岩侵蚀面之上一套铁铝岩层的组合。

太原组和山西组为主要含煤岩系，太原组主要以石灰岩、铝土质泥岩、粉砂岩、粉砂质泥岩及砂岩为主，厚44.9-193.48m，含多层可采煤层，煤层总厚0-16.89m，平均7.19m。

山西组以砂岩、粉砂岩和泥岩为主，厚18.6-213.25m，含可采煤层1-2层，总厚0-10m，平均4.2m。

太原组的15号煤层和山西组的3号煤层在全区广泛分布，横向分布稳定，厚度较大，是该区的主采煤层和煤层气储层。

石盒子组以砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩为主，全组厚度400-600m，分为5个岩性段，即骆驼脖子段，化客头段，天龙寺段，神岩段、平顶山段，纵向上底部夹有煤线和薄煤层，下部主要为黄、绿色砂岩夹泥、页岩，中部以杏黄
色夹紫红色泥页岩为主，上部杏黄色与紫色、巧克力色泥岩互层或以后者为主，顶部为黄绿色、灰黄色、灰白色砂岩为主夹杂色泥岩。

孙家沟组为石千峰群下部地层，主要由红色、砖红色泥岩，粉砂质泥岩夹长石砂岩组成。

孙 杰
沁水盆地东南缘二叠系上石盒子组地层特征研究
（山西省地质调查院，山西 太原 030006）
图1 沁水盆地位置示意图（图中实线为剖面位置）
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华北地台作为华北盆地的一部分，在晚古生带主要是海陆交互的古地理背景（彭格林等，1999），在湖田段—太原组沉积期主要为障壁-泻湖及滨外碳酸盐陆棚沉积体系，在山西组和下石盒子组沉积期为三角洲沉积体系，在上石盒子组沉积期主要为冲积平原沉积体系，在孙家沟组沉积期以湖泊沉积体系为主。

本次工作主要针对沁水盆地东南缘上石盒子组的地层特征进行研究。

2 地层基本特征
从地层分区上来看，沁水盆地隶属于山西地层分区，沁水盆地北部属太行山中段地层小区，沁水盆地南部属太行山南段地层小区。

两个小区在划分下石盒子和上石盒子组地层时采用的方案一样，以岩石地层划分标准为依据，以下石盒子组顶部出现“桃花泥岩”为特征来划分上下石盒子组。

本次在沁水盆地上共选取了5个地层剖面，来对比上石盒子组地层特征。

太行山中段地层小区选取了平定县索簧剖面，和顺县狐凹村剖面，武乡县墨镫剖面3个剖面，太行山南段地层小区选取了高平市野川剖面，沁水杏峪剖面2个剖面。

1）厚度变化
5个剖面上石盒子组的厚度从北东向南西一线依次为：索簧496.56m，狐凹村326.95m，墨镫517.57m，野川523.4m，杏峪525.30m。

其中，和顺县狐凹村最薄，向两侧依次增厚，向南西到杏峪逐渐增厚到525.30m。

3上石盒子组分三个岩性段：石盒子组三段（P sh ），
345石盒子组四段（P sh ），石盒子组五段（P sh ）。

其中，33狐凹村三段最薄仅为276.90m，向北东到平定索簧厚度变为407.83m ，向南西墨镫厚度为363.19m ，野川厚度为392.50m，杏峪厚度为397.00m。

三段厚度从狐凹村到杏峪有逐渐增厚的趋势。

其中四段以狐凹村最薄，仅为38.80m，向南西到武乡墨镫厚度变为136.54m ，为剖面中厚度最大的，野川为91.30m，杏峪为78.3m，向北东到索簧厚度为54.34m。

四段厚度从墨镫到杏峪有逐渐减薄的趋势。

从墨镫—野川—杏峪，石盒子组三、四段厚度出现此消彼长的特点，三段逐渐增厚，四段逐渐减薄。

五段以狐凹村最薄，厚度为11.25m，向南西到墨镫为17.84m，野川为39.60m，杏峪为50.00m，有逐渐增厚的趋势，向北东到索簧为34.39m。

2）标志层对比
上下石盒子组划分，以出现“桃花页岩”来划分。

“桃花页岩”名称是原山西煤田地区勘探局一一四队霍东普查区在沁源以西之柏子镇至王和镇一带工作中获得的认识，总体的特征为“含有鲕状结构的铝土页岩，有时变为铝土矿（薄层）”，其颜色有时为桃花红色，故名桃花页岩。

所谓“桃花页岩”是1-3层紫红色、杂色、褐黄色、桃红色或少量黄绿色的含锰铁质鲕粒的铝土页岩。

有时鲕粒被风化脱落留下小圆孔洞，锰铁质亦可沿裂隙或节理淋滤构成褐红、紫褐色的网脉状构造，也可使岩石具铁锰质皮壳。

局部地区出现的含锰铁矿层或透镜体往往与鲕状锰铁
图2
山西省地层分区图
图3 剖面横向对比图
40°至40°以及70°至80°的25-40m的范围内，推断为低阻充水区。

图5看出由近到远均匀变化，分层良好，推断煤层底板向下无异常反应。

4 结论
从本次探测现场采集的数据并结合地质资料综合分析：在探测位置顶板出现的低电阻异常（高电压异常）区推测为煤岩层富水所致；顺层出现的低电阻异常（高电压异常）推测为采空区积水或煤岩层富水所致；底板未出现低电阻异常推测为煤岩层未富水。

后期矿方本着有疑必探的原则，在掘进之前对划定的异常区进行钻探验证，放出3
5m水，充分说明矿井瞬变电磁法应用PROTEM47CM仪器探测井下掘进头能取得很好的效果。

图5 俯角45°探测拟视电阻率断面图
参考文献：
[1]李云波,李好.矿井瞬变电磁法富水体超前探测原理及
应用研究[J].矿业安全与环保,2013,40(2)： 69-72.
[2]刘树才,岳建华,刘志新.煤矿水文物探技术与应用[M].
徐州:中国矿业大学出版社,2006.
质岩石共生或呈上下层位关系。

（肖素珍等，1982，山西的二叠系）。

从剖面标志层对比来看，“桃花页岩”标志层并不是各地一样的，也存在着差别，索簧和杏峪剖面为含锰铁质粘土层，鲕粒少或不发育，狐凹村剖面为杂色的粘土岩，含铝土质，鲕粒少或不发育，墨镫和野川剖面为典型的桃花页岩。

沁水盆地“桃花页岩”最发育的地区在阳城县町店公社义城—银匠山一带，厚约5米，鲕粒粗大，直径为3-
3.5mm，并有锰铁质结核层（近2米）。

本次工作未收集到相应资料，仅在文字中予以说明。

3）岩层色调及其变化
沉积岩的颜色主要决定于岩石的成分，即决定于岩石中所含的染色物质-色素，含量仅百分之几，或小于1%，但决定了整个岩石的主体颜色。

暗色（灰色、灰黑、黑色）：有机质（炭质、沥青质）或分散状硫化铁（黄铁矿、白铁矿）。

形成于还原-强还原环境。

红色（红、紫、紫红色）：铁的氧化物或氢氧化物（赤铁矿、褐铁矿）、氧化锰等，红色常见于炎热潮湿气候条件下的陆相或海陆过渡相沉积物中，也可见于海相沉积物中。

形成于强氧化环境。

过渡色（绿、黄绿、黄色）：绿色：多数是由于含低铁的矿物，如海绿石，鲕绿泥石等。

少数是由于含铜的化合物，如孔雀石。

有时是由于含有绿色的碎屑矿物，如角闪石、阳起石等。

其中黄色常见于炎热干燥气候条件下的陆相沉积物中。

形成于弱氧化-弱还原的过渡环境。

还需要注意一点的是，颜色的不同与含铁总量无关，而3+2+
与Fe与Fe比值有关。

左权和和顺一线以北的广大地区，上石盒子组总体以紫色为主，其次为黄绿色。

其中，阳泉、盂县一带含有一定数量的杏黄色岩层。

从颜色反映出，左权和和顺一线以北地区在晚二叠世气候环境以氧化环境为主，并且潮湿气候居多。

和顺—左权—襄垣往南至长治—晋城—阳城—沁水，在这一带岩层以醒目的杏黄色为主，黄绿色次之，紫色较少。

说明晚二叠世这一带气候环境多变，主要介于弱氧化—弱还原过渡环境，并且气候相对干旱。

参考文献：
[1]邵龙义,等.沁水盆地石炭-二叠系含煤岩系高分辨率层
序地层及聚煤模式[J].地质科学，2008（10）.
[2] 萧素珍,等.山西的二叠系[M].山西省地质局区域地质
调查队,1982.
[3]武铁山,等.山西省岩石地层[M].中国地质大学出版社，
1997.
[4]姜在兴.沉积学（第二版）[M].石油工业出版社，2010.
[5]山西省1:25万侯马市测区区域地质报告[R].2007.
[6]山西省1:5万昔阳测区区域地质报告[R].2015.
[7]山西省1:25万长治市测区区域地质报告[
R].2008.
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