西山C—P煤系地层剖面

太原西山石炭～二叠纪煤系地层简介西山煤田位于山西省中部，地跨太原市万柏林区、晋源区、古交市、清徐县、交城县、文水县。

面积1898.4 平方公里，南北长约75 km，东西宽约20~50km，呈不规则长方形。

该煤田包括古交（697 km2）、西山（223 km2）、清交（400 km2）和东社（533 km2）等4个矿区。

资源量233.67亿吨，产量3158万吨，为肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤煤类。

区内主要煤矿为西山煤电集团，产量占整个煤田的一半以上。

西山煤田位于山西陆台中部，为一个两翼不对称的复式向斜构造。

太原西山石炭～二叠纪煤系地层标准剖面位于西山煤田西铭井田内，距太原市中心20km。

地理坐标：北纬37°50′47″，东经112°23′15″。

剖面全长2.44km。

本区交通便利，经太（原）古（交）公路东可至太原市，西可抵古交市。

区内最高点标高1440m，最低点标高1065m，最大相对高差375m。

华北石炭～二叠纪地层平行不整合于中奥陶统峰峰组之上，层序自下而上为：中石炭统本溪组、上石炭统太原组、下二叠统山西组和下石盒子组、上二叠统上石盒子组和石千峰组。

剖面上保留着丰富的沉积构造、生物化石等地质遗迹，它们反映了当时海陆变迁的沉积环境，并记录了该地区晚古生代的古地理、古气候、古生物、古构造以及成矿作用的地质信息。

这些地质遗迹是自然宝库中极为稀少的、不可再生的无价资源，它在沉积学理论及成煤作用研究上均具重要的实际意义，是人类的宝贵遗产。

太原西山西铭矿～七里沟一带现场教学内容概述踏勘路线：学校步行→16路公交→斜坡再坐缆车→步行至西铭矿→七里沟→骆驼脖沟→原路返回观测内容：太原西山月门沟煤系，即华北地区C～P煤系地层标准剖面No.1点位：西铭矿机电科以西50米，电车道北侧。

点性：C2b／O2f地层接触关系以及C2b第一段的岩性、岩相特征。

内容：华北古生代地层特征。

中奥陶世后，华北地区地壳整体抬升，成为陆地，遭受剥蚀，历经大约1.5亿年，致使缺失地层O3、S、D、C1，直到中石炭世才又复下沉，再度接受新的沉积。

奥陶系中统峰峰组O2f主要为灰色、深灰色厚层致密状石灰岩夹白云岩和薄层泥灰岩，顶部夹有两层石膏层，含动物化石头足类珠角石。

由于长期风化剥蚀，O2f顶面形成凹凸不平的剥蚀面，非常明显，与上覆地层C2b呈平行不整合接触关系。

平行不整合接触关系特征：新老地层平行接触产状一致，但其间存在明显的剥蚀面，表明沉积有间断，地层有缺失，生物突变。

平行不整合接触表明地壳发生了上升（剥蚀）、下降（沉积）的过程；其意义在于：有助于我们了解该地区地质构造运动的性质和时代，是划分地层、建立地层顺序的重要依据；同时，剥蚀面是地质发展阶段性的一个重要标志，它是个软弱带，成矿带，并且还是储油储水的良好场所。

上覆地层中石炭统本溪组C2b平行不整合于O2灰岩之上，根据沉积特征分为两段：下段—铁铝岩段，6～8米；上段—畔沟段，16米。

铁铝岩段主要由红褐色、褐黄色的铁铝岩、浅灰白色的铝土岩、灰中带红色的铝土质页岩、细砂岩、粉砂岩和粘土矿物组成。

铁铝岩工业类型叫“山西式铁矿”，即褐铁矿，以窝状储存。

黄褐色，形态为多孔状、块状或土状，硬度2～5，随含铁量多少以及风化程度而变化。

褐铁矿含铁量较低，一般<30%。

铝土岩灰白色，鲕状、豆状结构。

铝土岩能否成为工业矿床，需看Al2O3的含量，若Al2O3的含量大于40%，或者铝硅比值Al2O3/SiO2大于2.6，即可称为铝土矿。

此处所见铝土矿俗称“G层铝土矿”。

由上至下编号，ABCDEFG，此层为G层，故称“G层铝土矿”。

本溪组C2b沉积环境为滨海相、泻湖相，由于风化林滤作用，使Fe2O3、Al2O3富集，因其胶体带电，与海水发生化学反应，于是沉积下来，鲕状、豆状结构是受到波浪、潮汐的影响所致。

此段基本没有化石，至少说没有标准的海生生物化石。

No.2点位：西铭矿仓库后边西北角。

点性：本溪组C2b上段—畔沟段的岩性及岩相特征。

内容；本段厚度16米。

主要是一套由海陆交互相的砂岩、页岩、粉砂岩、煤层和灰岩组成的岩系，因为其中既有海生的、又有陆生的动植物化石，既有海相的、又有陆相的岩层故称海陆交互相；因其中含煤，所以称为煤系地层。

畔沟段自下而上有灰岩三层，且每一层灰岩下面都有一层煤，这是太原西山月门沟煤系地层的特点。

畔沟段煤层大多为薄煤层，达不到可采厚度。

化石有脉羊齿、蜓类、腕足类、牙形刺等。

沉积环境为沙坝—潮坪沉积。

No.3点位：机房背后西侧山坡之上。

点性：上石炭统太原组C3t晋祠段的岩性及岩相特征。

内容：太原组C3t分为三段，晋祠段、毛儿沟段、东大窑段，厚度110米左右。

晋祠段因晋祠砂岩发育而得名，厚25米，起于晋祠砂岩底面，止于西铭砂岩底面，整合接触于本溪组之上。

本段岩性特征为一套海陆交互相沉积，由砂页岩、薄煤层和灰岩组成。

晋祠砂岩是由石英、岩屑和火山凝灰物质组成，为一标志层，代号K1，意味关键层Key。

标志层是指煤系地层中那些岩性特殊、层位稳定、分布普遍、易于识别的煤岩层。

其作用在于划分和对比地层，进一步可指导井下采煤。

吴家峪灰岩L0灰色，藕节状，其中含大量的蜓类化石—麦粒蜓，是太原组的下部化石带。

L是石灰岩的英文名称的第一个字母的大写，Limestone。

太原组沉积环境为潮坪沉积，滨岸、海滨环境。

No.4点位：位于No.3以西30米处。

点性：太原组毛儿沟段岩性及岩相特征。

内容：从西铭砂岩起，顶界止于七里沟砂岩K2底面，厚度40—50米，因毛儿沟灰岩发育而得名。

主要岩性为砂岩、页岩、煤层、灰岩互层，三层灰岩含丰富的动物化石，蜓类主要有纺锤蜓、假希瓦格蜓、希瓦格蜓；牙形刺有隆脊曲颚齿刺、微小近颚齿刺；腕足类有网格长身贝属、戟贝、棘刺贝、太原府网格长身贝、巴甫洛夫唱贝等；植物化石有卵脉羊齿、镰脉羊齿等。

毛儿沟段底界西铭砂岩，为灰色中粗粒石英砂岩，高岭土质胶结，其层面上可见波痕构造，波峰较缓，不对称，系干涉波痕，由两个方向的波浪叠加造成。

毛儿沟期为太原组沉积时海侵最广泛时期，故而海相灰岩发育，含煤性好。

标志层自下而上有9#煤（八尺，全区可采）、8#煤（丈五，全区可采）、庙沟灰岩L1、毛儿沟灰岩L2、7#煤（下三尺，全区可采）、斜道灰岩L3、6#煤（七尺，局部可采）。

沉积环境为河口坝、远沙坝沉积，其特征是砂泥互层理频繁交替。

No.5点位：七里沟煤窑废弃坑口北侧。

点性：庙沟灰岩L1、岩性特征。

内容：庙沟灰岩L1厚度2米，黑灰色、致密块状，含丰富的蜓类、腕足类化石；其下为8#丈五煤，是太原组主要可采煤层。

灰岩沉积环境为—潮汐坪。

No.6点位：距No.5点80米，沟北一侧。

点性：毛儿沟灰岩L2岩性。

内容：毛儿沟灰岩L2位于该段中部，是标志的海相层，灰色，致密块状，厚度8米左右，层位稳定，结构复杂，上下为灰岩，中间夹硅质岩，为沉凝灰岩。

由火山灰等细粒物质经过搬运沉积而成。

其节理发育，遇酸不起泡。

镜下鉴定有火山结构，矿物颗粒呈弓状、弯钩状、骨针状，不同于石英类呈滚圆状、棱角状的特征。

毛儿沟灰岩L2在太原地区比较稳定，代表海侵广泛，为浅海沉积；富含腕足类德比贝、蜓类等动物化石。

No.7点位：No.6点30米处，沟北一侧。

点性：7#煤（下三尺）与斜道灰岩L3岩性特征。

内容：7#煤（下三尺）全区可采，为泥炭沼泽相沉积，其顶板为斜道灰岩L3，岩性特征为深灰色厚层状，富含腕足类、蜓类化石。

沉积环境为前三角洲的前缘，浅海环境。

沿沟前行可见6#煤，局部可采。

6#煤含硫较高，其底板为黑色泥页岩，顶板为七里沟砂岩K2。

6#煤因风化，致使硫酸析出，呈黄色。

No.8点位：骆驼脖沟，沟口东侧。

点性：太原组第三段东大窑段岩性特征。

内容：东大窑段起于七里沟砂岩K2底面，止于山西组底界北岔沟砂岩K3底面，厚度33米左右，因东大窑灰岩发育而得名。

东大窑段沉积时，已接近晚石炭世海侵运动的尾声，海相层已不稳定，灰岩相变为页岩。

主要岩性为砂岩、砂质泥岩、页岩、煤层互层。

七里沟砂岩K2，厚度18米，浅灰白色、灰白色，为含砾的中粗粒厚层状砂岩，由下而上颗粒变细，主要成分石英、岩屑，胶结物CaCO3占15%左右；分选性中等，半滚圆状、次棱角状；具斜层理、交错层理，上界面平缓，下界面凸凹不平，之下是6#煤。

七里沟砂岩沉积环境为三角洲相的分流河道，属于水上平原沉积，海侵时被淹没，海退时又露出水面，砂体不稳定，有的厚，有的薄，有的相变为页岩，由于河流分道，产生斜层理、交错层理。

No.9点位：骆驼脖沟纵深100米，沟坡北侧。

点性：东大窑海相层L4岩性特征。

内容：东大窑期已接近晚石炭世海侵的尾声，沉积环境已不太稳定，在骆驼脖沟相变为海相页岩，厚约8米。

沉积环境为泻湖相，还原、弱还原环境，含菱铁矿结核，夹灰岩透镜体。

在斜道沟东大窑处为浅海相石灰岩，故称东大窑灰岩L4。

含丰富的海相动物化石，为太原组上部化石带，即假希瓦格蜓带，为C标准化石。

标准化石：在地质历史中，那些生存时间短，演化快，分布广，数量多，保存好的生物种属所形成的化石称之为标准化石；其用途作为划分与对比地层，进一步可研究生物演化史。

标准化石在时间分布上限于某一地质时段，在空间分布上达到广大地区。

不标准的化石可作为辅助因素，来研究某一地质时期整个生物群的特征。

动物化石：腕足类—太原府长身贝、戟贝、网格长身贝、瓣腮、唱贝（分喙石燕）；蜓科—假希瓦格蜓、希瓦格蜓、长似纺锤蜓等，肉眼可见，但确定属难。

植物化石：卵脉羊齿、编羊齿、丽羊齿等。

东大窑海相层下部为纸状页岩，无化石，再下为5#煤，不可采，本处没有出露。

煤层自燃现象煤在常温下能吸附空气中的氧，并在煤的表面生成不稳定的氧化物，含氧官能团（－OH）羟基和（－COOH）羧基等，此时，氧化放热量很少，并能及时把热量散发掉，煤层温度并不升高，通常这一阶段称为潜伏期。

经过潜伏期煤层的氧化速度加快，不稳定的氧化物先后分解成水、二氧化碳、一氧化碳，此时氧化放热加快，来不及放散热量煤温就逐渐升高，当达到350—400℃时，煤层就自己燃烧起来，进入第二阶段自燃期。

从地表往下至一定深度（氧化带下限），当没有空气补给时，煤层燃烧就自行熄灭。

由于热量烘烤，将周边的页岩、砂岩烧变成红色，故称烧变岩。

由于氧化、自燃，煤层露头厚度变薄。

井下煤层自燃对煤矿的安全生产影响很大，堆放在地面的煤时间久了也会自燃，既浪费资源又污染空气，百害而无一利。

所以，防止煤层自燃是一项重要的研究课题。

No.10点位：同No.9点性：山西组地层P1s结构。

内容：山西组地层起于北岔沟砂岩K3，止于下石盒子组骆驼脖砂岩K4底面，厚约26米，整合接触于C3t之上。

山西组地层P1s结构是以过渡相为主的含煤岩系，主要有砂岩、粉砂岩、页岩、煤层，局部夹半咸水的页岩（泻湖、海湾相），有化石；其中3#（丈八煤）、2#（九尺炭）为主要可采煤层，二者都夹有1—2层夹石；4#不可采，以上三层煤含硫少，俗称香煤；1#（上三尺）局部可采。