石炭紀是晚古生代的第二個紀，開始時間距今354Ma，結束時間距今295Ma。中國石炭紀古地理面貌是泥盆紀的繼續和發展，至晚石炭世古地理面貌發生重大變化。華北地區自奧陶紀中、後期發生海退上升為陸之後，至晚石炭世才重新下降接受沉積。華南地區早石炭世海侵範圍和泥盆紀相似，晚石炭世海侵範圍擴大。隨著海平面的頻繁升降，海陸變遷明顯。陸地森林首次大規模出現，使石炭紀成為中國地史上第一個重要的成煤時期。
基本介紹
- 中文名：石炭系
- 外文名：Carboniferous System
- 學科：地層學
- 所屬學科：地質學
中國華北地區,地理及礦產,
中國華北地區
一、中國華北地台區的石炭系
華北地台區自早奧陶世末期上升、海退形成古陸以來，到晚石炭世中期才重新下降接受沉積，其間經歷了大約130Ma的沉積間斷，上石炭統直接平行不整合覆蓋在下奧陶統馬家溝組侵蝕面上。上石炭統在鄂爾多斯和華北地台南部形成上石炭統上部對下部的廣泛超覆。遼寧本溪、河北唐山、山西太原等地區的石炭系發育較好，研究較詳細。山西太原西山的石炭系剖面研究得最早，也最詳細，可作為華北地區石炭系的標準剖面。
上覆地層：下二疊統山西組
…一……一一平行不整合…～一～一一
上石炭統：
太原組：
第三段：底部七里溝砂岩是灰白色粗粒石英砂岩，中部黑色粘土質頁岩、石灰岩
夾煤層。33m。
第二段：底部灰白色中一粗粒石英砂岩，中部黑色頁岩、粉砂質頁岩夾煤層，上部
以石灰岩為主，夾黑色頁岩、砂質頁岩和煤。42m。
第一段：下部灰白色含礫粗粒石英砂岩(晉祠砂岩)，上部砂質頁岩和黑色頁岩
夾石灰岩和煤層。20m。
一一～一一一平行不整合一～一～一一
本溪組：下部為赤鐵礦(山西式鐵礦)、紅色粘土和鋁土礦(G層鋁土礦)，中、上部為
黑色頁岩、砂質頁岩夾石灰岩、煤和砂岩。7—36m。
一一～…一一平行不整合一…一…一一
下伏地層：下奧陶統馬家溝組。
太原西山石炭系總厚lOOm左右，地層以海陸互動相砂岩、頁岩為主，夾石灰岩和煤層，生物化石豐富。根據岩性、化石、不整合、沉積旋迴，太原石炭系可劃分為上石炭統本溪組和太原組，太原組自下而上可分三個段。太原石炭系與下伏下奧陶統馬家溝組石灰岩不整合接觸，石灰岩上部常有侵蝕痕跡、古河床、古喀斯特和古風化殼，說明不整合面的存在。不整合面上、下地層產狀一致，說明華北地台是穩定的。本溪組下部的赤鐵礦、鋁土礦是海侵初期的濱海沉積物，這些沉積物明顯來自古風化殼；中、上部的頁岩含植物化石是濱海沼澤沉積，而含海生無脊椎動物化石的石灰岩則是淺海沉積物；本溪組頂部有沉積間斷，因此本溪組是在海侵、海退過程中形成的一個沉積旋迴：濱海鐵鋁沉積層一濱海沼澤頁岩～淺海石灰岩一濱海沼澤頁岩。太原組由4個明顯的沉積旋迴組成，山西太原西山的上石炭統可以劃分為4個旋迴層。每個旋迴包括：濱海砂岩一濱海沼澤頁岩一淺海石灰岩一濱海沼澤頁岩。太原石炭系沉積旋迴發育，說明華北地殼升降頻繁，海水多次進退；沉積物成分成熟度高，屬穩定類型沉積，說明華北地殼穩定，地形平坦；動植物化石豐富，煤層發育，說明華北氣候溫暖、潮濕。
二、中國華南地區的石炭系
泥盆紀末期，華南地區地殼上升，大部分地區上升成陸。石炭紀初期，華南地區再次下降接受沉積，新的海侵開始，形成泥盆系和石炭系之間的不整合。早石炭世，華南海侵範圍與中晚泥盆世相似，略有擴大，下石炭統地層厚度和岩相特徵橫向變化明顯；中、晚石炭世，海侵範圍擴大，普遍發育淺海碳酸鹽相地層。黔南、桂北、湘中等地石炭系發育良好，化石豐富，研究詳細。下面列出黔南都勻一獨山一帶的石炭系地層剖面。
上覆地層：下二疊統梁山組。
一一一…一一平行不整合…一……一一
上石炭統：
馬平組：灰白色灰岩。46～289m。
威寧組：灰白色石灰岩、白雲岩及白雲質灰岩。79～592m。
下石炭統：
上司組：上部為灰色石灰岩、白雲岩。113～671m。
舊司組：上部為灰色石灰岩夾頁岩，下部為白色石英砂岩、頁岩夾煤層。53～806m。
湯耙溝組：深灰色石灰岩夾灰白色石英砂岩及頁岩，有時夾炭質頁岩。27—326m。
革老河組：深灰色石灰岩夾頁岩。23～187m。
一一一一一平行不整合或角度不整合……………～～
下伏地層：上泥盆統堯梭組。
黔南都勻一獨山一帶的石炭系地層以淺海石灰岩為主，總厚341～2871m。根據岩性、化石、沉積旋迴和沉積間斷，黔南石炭系可劃分6個組，化石豐富，研究詳細，劃分明確，可作為華南石炭系標準剖面。下石炭統下部的革老河組與上泥盆統之間沉積問斷不明顯，說明晚泥盆世後期黔南沒有明顯海退。革老河組以淺海石灰岩為主，含泡沫內溝珊瑚；湯巴溝組以濱淺海石灰岩、砂岩、頁岩為主，含假烏拉珊瑚，說明海水變淺，海退開始。革老河組與湯巴溝組構成一個沉積旋迴，代表黔南早石炭世早期的第一次海侵。舊司組下部是濱海沼澤含煤地層，含植物化石，代表黔南地殼上升和海退；舊司組上部淺海石灰岩，含泡沫柱珊瑚，代表黔南第二次海侵開始。上司組以淺海石灰岩為主，含袁氏珊瑚。上石炭統威寧組、馬平組都以淺海石灰岩為主，說明黔南早石炭世後期的第二次海侵一直持續到晚石炭世。晚石炭世末，地殼上升，沉積間斷，上石炭統與下二疊統呈平行不整合接觸。舊司組、上司組、威寧組和馬平組共同構成黔南石炭系中的第二個沉積旋迴。
下揚子地區下降、海侵開始時間較晚，缺失相當於黔南革老河組的地層。下揚子地區底部層位，金陵組淺海石灰岩含假烏拉珊瑚，相當於黔南下石炭統湯巴溝組地層。華南下石炭統主要分布在康滇一上揚子古陸(華南西北部)和東南沿海古陸之間的廣大地區；上石炭統的分布更加廣泛，對下石炭統形成廣泛超覆。早石炭世，康滇一上揚子古陸基本上是一剝蝕區，缺失下石炭統，東南古陸內部發育陸相下石炭統地層。華南各地的海相石炭系都可以與黔北或寧鎮山區的石炭系對比。
三、中國其他地區的石炭系發育概況
1．天山一興安區
該區為一活動海槽，以新疆的博克多山、博羅霍洛山，內蒙古的蘇尼特右旗、蘇尼特左旗，吉林省的吉林一延吉一帶地層發育最完全，以海相沉積為主，化石豐富。
博格多山石炭系發育完全，化石以腕足、珊瑚及軟體動物為主，蜒類不多。岩性以發育火山岩、火山碎屑岩、碎屑岩為特點，並間以石灰岩及泥岩等，其中火山岩下、中統較上統發育，厚度在9000m以上，屬活動海槽沉積環境。
在內蒙古海槽區，石炭系以碎屑岩、火山碎屑岩及中酸性、中基性火山岩發育為特點。在石灰岩夾層中，除富含腕足、珊瑚、苔蘚化石外，蠖類也很豐富，後者與新疆地區不同。此區最大厚度可達8000m，顯然也屬活動的海槽環境。
2．塔里木及祁連山地區
塔里木地區的石炭系見於盆地周緣，其生物群和岩性特點與南天山相似，所不同的是石灰岩稍多於碎屑岩，厚度較小，為1000～2000m。局部地區，如阿爾金山—帶，晚石炭世有火山活動。
位於塔里木地區以東的祁連山區，當時中祁連山和南祁連山東段為隆起區，兩者的西段和北祁連山廣大地區均有石炭系出露。一般情況，早石炭世多淺海一漓湖相沉積，膏鹽層發育，中、晚世為海陸互動相含煤沉積，厚度在1000m以上。
地理及礦產
石炭紀中國境內仍有廣泛的海侵，其構造格局與古地理輪廓與泥盆紀近似。北部天山一內蒙古一興安活動區普遍發育巨厚的碎屑岩和火山岩，說明仍是強烈下陷的海槽；而準噶爾地塊和松遼地塊推測為古陸剝蝕區。中部塔里木地台一華北地台基本為一隆起區，其中祁連山和華北區均發育海陸互動相沉積，說明也曾幾經滄桑。根據生物化石和岩性分析，華北地台早石炭世為一古陸，早石炭世晚期至晚石炭世早期地形由西南向東北傾斜，海侵來自東北方向；晚石炭世中、晚期地形由西北向東南傾斜，海侵來自東南方向；晚石炭世末，此地台全面發生海退。中國南方早石炭世海水規模和範圍與泥盆紀比較略有擴大，除滇黔桂及湖廣一帶外，江西的大部及下揚子區開始下降為海水所覆，而貴州以北至四川盆地和閩、浙地區仍為古陸；早石炭世多海陸互動相含煤沉積，說明海水時有進退，故海侵規模較小；中晚石炭世普遍以淺海石灰岩為主，並向東向北明顯超覆，海水加深和海域加廣。我國西部的古地中海區石炭紀的古地理景觀與泥盆紀相似，同時，崑崙海槽和滇西三江地槽海底火山活動仍然劇烈。
石炭紀地層蘊藏有多種豐富的礦產，尤其以煤、鐵、鋁土礦、耐火粘土和石膏最為發育。南方石炭系的煤系主要產於早石炭世，在滇東、黔南有萬壽山組、祥擺組，廣西有寺門煤組，湘中、粵北有測水煤組，贛、粵、閩有梓山煤組，長江中下游有高驪山煤組和葉家塘煤組，其中滇、桂、湘、粵、贛分布尤為廣泛。在中國北方和西北地區，石炭紀煤層產在華北及祁連山區的有中石炭世的本溪組、羊虎溝組、臭牛溝組、懷頭他拉組；產於晚石炭世的有太原組，規模大、分布廣，是我國含煤建造的重要部分。它們分布於天山一陰山、崑崙一秦嶺兩個巨型緯向構造帶之間，受此二構造帶的控制。
石炭系鐵礦分布相當普遍，主要是沉積型的赤鐵礦和菱鐵礦。赤鐵礦多發生於石炭系超覆於古老岩層的沉積間斷之間，有名的山西式鐵礦就產生在石炭系和奧陶系之間的侵蝕面上。貴州清鎮式鐵礦也屬此種類型。菱鐵礦見於貴州、江西、雲南、陝西及新疆等地。
錳礦在我國南北方均有產出，分布於內蒙古、新疆、廣西及江蘇等地，主要為軟錳礦、硬錳礦和菱錳礦。在內蒙古、新疆、廣西產於下石炭統，江蘇、江西產於上石炭統。廣西下石炭統大塘階的菱錳礦是我國石炭系主要錳礦之一。
鋁土礦廣泛分布於我國華北、東北南部、西北及西南各地。北方主要分布在中、上石炭統本溪組下部和太原組下部，礦層含量豐富，礦質優異，聞名於世。在貴州、雲南大塘階和下伏寒武系之間也分布有大型鋁土礦。這些礦床往往是在石炭紀海侵超覆於古老岩系的間斷面上，沿古海岸線分布。
在華北及東北南部廣大地區的本溪組下部和太原組下部廣泛分布著一層耐火粘土，尤以本溪組最為重要，中南、西南各地也有少量分布。各地質時期的耐火粘土多數產在煤系地層中，故其分布與我國石炭系煤層分布基本一致。
此外，石炭紀地層中尚有石膏、鉛、鋅及汞等有用礦產。
