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石炭系

石炭纪是晚古生代的第二个纪,开始时间距今354Ma,结束时间距今295Ma。中国石炭纪古地理面貌是泥盆纪的继续和发展,至晚石炭世古地理面貌发生重大变化。华北地区自奥陶纪中、后期发生海退上升为陆之后,至晚石炭世才重新下降接受沉积。华南地区早石炭世海侵范围和泥盆纪相似,晚石炭世海侵范围扩大。随着海平面的频繁升降,海陆变迁明显。陆地森林首次大规模出现,使石炭纪成为中国地史上第一个重要的成煤时期。

一、中国华北地台区的石炭系

华北地台区自早奥陶世末期上升、海退形成古陆以来,到晚石炭世中期才重新下降接受沉积,其间经历了大约130Ma的沉积间断,上石炭统直接平行不整合覆盖在下奥陶统马家沟组侵蚀面上。上石炭统在鄂尔多斯和华北地台南部形成上石炭统上部对下部的广泛超覆。辽宁本溪、河北唐山、山西太原等地区的石炭系发育较好,研究较详细。山西太原西山的石炭系剖面研究得最早,也最详细,可作为华北地区石炭系的标准剖面。

上覆地层:下二叠统山西组

…一……一一平行不整合…~一~一一

上石炭统:

太原组:

第三段:底部七里沟砂岩是灰白色粗粒石英砂岩,中部黑色粘土质页岩、石灰岩

夹煤层。33m。

第二段:底部灰白色中一粗粒石英砂岩,中部黑色页岩、粉砂质页岩夹煤层,上部

以石灰岩为主,夹黑色页岩、砂质页岩和煤。42m。

第一段:下部灰白色含砾粗粒石英砂岩(晋祠砂岩),上部砂质页岩和黑色页岩

夹石灰岩和煤层。20m。

一一~一一一平行不整合一~一~一一

本溪组:下部为赤铁矿(山西式铁矿)、红色粘土和铝土矿(G层铝土矿),中、上部为

黑色页岩、砂质页岩夹石灰岩、煤和砂岩。736m。

一一~…一一平行不整合一…一…一一

下伏地层:下奥陶统马家沟组。

太原西山石炭系总厚lOOm左右,地层以海陆交互相砂岩、页岩为主,夹石灰岩和煤层,生物化石丰富。根据岩性、化石、不整合、沉积旋回,太原石炭系可划分为上石炭统本溪组和太原组,太原组自下而上可分三个段。太原石炭系与下伏下奥陶统马家沟组石灰岩不整合接触,石灰岩上部常有侵蚀痕迹、古河床、古喀斯特和古风化壳,说明不整合面的存在。不整合面上、下地层产状一致,说明华北地台是稳定的。本溪组下部的赤铁矿、铝土矿是海侵初期的滨海沉积物,这些沉积物明显来自古风化壳;中、上部的页岩含植物化石是滨海沼泽沉积,而含海生无脊椎动物化石的石灰岩则是浅海沉积物;本溪组顶部有沉积间断,因此本溪组是在海侵、海退过程中形成的一个沉积旋回:滨海铁铝沉积层一滨海沼泽页岩~浅海石灰岩一滨海沼泽页岩。太原组由三个明显的沉积旋回组成,每个旋回包括:滨海砂岩一滨海沼泽页岩一浅海石灰岩一滨海沼泽页岩。太原石炭系沉积旋回发育,说明华北地壳升降频繁,海水多次进退;沉积物成分成熟度高,属稳定类型沉积,说明华北地壳稳定,地形平坦;动植物化石丰富,煤层发育,说明华北气候温暖、潮湿。

二、中国华南地区的石炭系

泥盆纪末期,华南地区地壳上升,大部分地区上升成陆。石炭纪初期,华南地区再次下降接受沉积,新的海侵开始,形成泥盆系和石炭系之间的不整合。早石炭世,华南海侵范围与中晚泥盆世相似,略有扩大,下石炭统地层厚度和岩相特征横向变化明显;中、晚石炭世,海侵范围扩大,普遍发育浅海碳酸盐相地层。黔南、桂北、湘中等地石炭系发育良好,化石丰富,研究详细。下面列出黔南都匀一独山一带的石炭系地层剖面。

上覆地层:下二叠统梁山组。

一一一…一一平行不整合…一……一一

上石炭统:

马平组:灰白色灰岩。46~289m。

威宁组:灰白色石灰岩、白云岩及白云质灰岩。79~592m。

下石炭统:

上司组:上部为灰色石灰岩、白云岩。113~671m。

旧司组:上部为灰色石灰岩夹页岩,下部为白色石英砂岩、页岩夹煤层。53~806m。

汤耙沟组:深灰色石灰岩夹灰白色石英砂岩及页岩,有时夹炭质页岩。27326m。

革老河组:深灰色石灰岩夹页岩。23~187m。

一一一一一平行不整合或角度不整合……………~~

下伏地层:上泥盆统尧梭组。

黔南都匀一独山一带的石炭系地层以浅海石灰岩为主,总厚341~2871m。根据岩性、化石、沉积旋回和沉积间断,黔南石炭系可划分6个组,化石丰富,研究详细,划分明确,可作为华南石炭系标准剖面。下石炭统下部的革老河组与上泥盆统之间沉积问断不明显,说明晚泥盆世后期黔南没有明显海退。革老河组以浅海石灰岩为主,含泡沫内沟珊瑚;汤巴沟组以滨浅海石灰岩、砂岩、页岩为主,含假乌拉珊瑚,说明海水变浅,海退开始。革老河组与汤巴沟组构成一个沉积旋回,代表黔南早石炭世早期的第一次海侵。旧司组下部是滨海沼泽含煤地层,含植物化石,代表黔南地壳上升和海退;旧司组上部浅海石灰岩,含泡沫柱珊瑚,代表黔南第二次海侵开始。上司组以浅海石灰岩为主,含袁氏珊瑚。上石炭统威宁组、马平组都以浅海石灰岩为主,说明黔南早石炭世后期的第二次海侵一直持续到晚石炭世。晚石炭世末,地壳上升,沉积间断,上石炭统与下二叠统呈平行不整合接触。旧司组、上司组、威宁组和马平组共同构成黔南石炭系中的第二个沉积旋回。

下扬子地区下降、海侵开始时间较晚,缺失相当于黔南革老河组的地层。下扬子地区底部层位,金陵组浅海石灰岩含假乌拉珊瑚,相当于黔南下石炭统汤巴沟组地层。华南下石炭统主要分布在康滇一上扬子古陆(华南西北部)和东南沿海古陆之间的广大地区;上石炭统的分布更加广泛,对下石炭统形成广泛超覆。早石炭世,康滇一上扬子古陆基本上是一剥蚀区,缺失下石炭统,东南古陆内部发育陆相下石炭统地层。华南各地的海相石炭系都可以与黔北或宁镇山区的石炭系对比。

三、中国其他地区的石炭系发育概况

1.天山一兴安区

该区为一活动海槽,以新疆的博克多山、博罗霍洛山,内蒙古的苏尼特右旗、苏尼特左旗,吉林省的吉林一延吉一带地层发育最完全,以海相沉积为主,化石丰富。

博格多山石炭系发育完全,化石以腕足、珊瑚及软体动物为主,蜒类不多。岩性以发育火山岩、火山碎屑岩、碎屑岩为特点,并间以石灰岩及泥岩等,其中火山岩下、中统较上统发育,厚度在9000m以上,属活动海槽沉积环境。

在内蒙古海槽区,石炭系以碎屑岩、火山碎屑岩及中酸性、中基性火山岩发育为特点。在石灰岩夹层中,除富含腕足、珊瑚、苔藓化石外,蠖类也很丰富,后者与新疆地区不同。此区最大厚度可达8000m,显然也属活动的海槽环境。

2.塔里木及祁连山地区

塔里木地区的石炭系见于盆地周缘,其生物群和岩性特点与南天山相似,所不同的是石灰岩稍多于碎屑岩,厚度较小,为1000~2000m。局部地区,如阿尔金山带,晚石炭世有火山活动。

位于塔里木地区以东的祁连山区,当时中祁连山和南祁连山东段为隆起区,两者的西段和北祁连山广大地区均有石炭系出露。一般情况,早石炭世多浅海一漓湖相沉积,膏盐层发育,中、晚世为海陆交互相含煤沉积,厚度在1000m以上。

石炭纪中国境内仍有广泛的海侵,其构造格局与古地理轮廓与泥盆纪近似。北部天山一内蒙古一兴安活动区普遍发育巨厚的碎屑岩和火山岩,说明仍是强烈下陷的海槽;而准噶尔地块和松辽地块推测为古陆剥蚀区。中部塔里木地台一华北地台基本为一隆起区,其中祁连山和华北区均发育海陆交互相沉积,说明也曾几经沧桑。根据生物化石和岩性分析,华北地台早石炭世为一古陆,早石炭世晚期至晚石炭世早期地形由西南向东北倾斜,海侵来自东北方向;晚石炭世中、晚期地形由西北向东南倾斜,海侵来自东南方向;晚石炭世末,此地台全面发生海退。中国南方早石炭世海水规模和范围与泥盆纪比较略有扩大,除滇黔桂及湖广一带外,江西的大部及下扬子区开始下降为海水所覆,而贵州以北至四川盆地和闽、浙地区仍为古陆;早石炭世多海陆交互相含煤沉积,说明海水时有进退,故海侵规模较小;中晚石炭世普遍以浅海石灰岩为主,并向东向北明显超覆,海水加深和海域加广。我国西部的古地中海区石炭纪的古地理景观与泥盆纪相似,同时,昆仑海槽和滇西三江地槽海底火山活动仍然剧烈。

石炭纪地层蕴藏有多种丰富的矿产,尤其以煤、铁、铝土矿、耐火粘土和石膏最为发育。南方石炭系的煤系主要产于早石炭世,在滇东、黔南有万寿山组、祥摆组,广西有寺门煤组,湘中、粤北有测水煤组,赣、粤、闽有梓山煤组,长江中下游有高骊山煤组和叶家塘煤组,其中滇、桂、湘、粤、赣分布尤为广泛。在中国北方和西北地区,石炭纪煤层产在华北及祁连山区的有中石炭世的本溪组、羊虎沟组、臭牛沟组、怀头他拉组;产于晚石炭世的有太原组,规模大、分布广,是我国含煤建造的重要部分。它们分布于天山一阴山、昆仑一秦岭两个巨型纬向构造带之间,受此二构造带的控制。

石炭系铁矿分布相当普遍,主要是沉积型的赤铁矿和菱铁矿。赤铁矿多发生于石炭系超覆于古老岩层的沉积间断之间,有名的山西式铁矿就产生在石炭系和奥陶系之间的侵蚀面上。贵州清镇式铁矿也属此种类型。菱铁矿见于贵州、江西、云南、陕西及新疆等地。

锰矿在我国南北方均有产出,分布于内蒙古、新疆、广西及江苏等地,主要为软锰矿、硬锰矿和菱锰矿。在内蒙古、新疆、广西产于下石炭统,江苏、江西产于上石炭统。广西下石炭统大塘阶的菱锰矿是我国石炭系主要锰矿之一。

铝土矿广泛分布于我国华北、东北南部、西北及西南各地。北方主要分布在中、上石炭统本溪组下部和太原组下部,矿层含量丰富,矿质优异,闻名于世。在贵州、云南大塘阶和下伏寒武系之间也分布有大型铝土矿。这些矿床往往是在石炭纪海侵超覆于古老岩系的间断面上,沿古海岸线分布。

在华北及东北南部广大地区的本溪组下部和太原组下部广泛分布着一层耐火粘土,尤以本溪组最为重要,中南、西南各地也有少量分布。各地质时期的耐火粘土多数产在煤系地层中,故其分布与我国石炭系煤层分布基本一致。

此外,石炭纪地层中尚有石膏、铅、锌及汞等有用矿产。

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