香山煤田含煤地层属秦祁昆地层区祁连—北秦岭地层分区宁夏南部地层小区。本区主要聚煤时期分为晚石炭世、中侏罗世2个聚煤期。本区含煤地层有：晚石炭世土坡组、太原组、中侏罗世延安组。主要含煤地层为太原组，土坡组、延安组为次要含煤地层。
（一）晚古生代含煤地层
区内晚古生代含煤地层分布于西部香山、卫宁北山，土坡组为连续沉积，反映了槽区的沉积特征。
1.土坡组（C2t）
主要分布于本区西部的卫宁北山、土坡。岩性以黑色泥岩、灰白色细粒岩为主，另有灰黑色粉砂岩、薄层灰岩、泥灰岩和薄煤层。夹有油页岩和菱铁矿结核层。显示了以滨海为主的海陆交互相沉积。
本组地层下部为沼泽相、泥炭沼泽相及过渡相，岩性为石英砂岩夹页岩及灰岩透镜体，中上部一般以浅海相为主，岩性为石英砂岩与粉砂岩、砂质页岩、页岩呈不等厚互层，其中砂岩单层稳定性均较好。含丰富的动植物化石，动物以腕足类发育，腹足、瓣鳃、头足类较发育，次为珊瑚等。植物以真蕨、种子蕨纲发育，次为楔叶纲。
本组在碱沟山、土坡矿区有少量可采煤层，单层最大厚度可达2.8m，属不稳定及较稳定型。本组地层厚度各地相差悬殊，碱沟山地区沉积厚度最大，一般为1488～1883m，土坡一带为924m。由此可见，沉积中心应在碱沟山至土坡一带。
2.太原组（CPt）
该组含煤地层主要分布于香山地区及线驮石，属海陆交互相、潟湖沼泽相沉积。岩性以深灰、黑灰色粉砂岩、泥岩以及浅灰色中、细粒砂岩为主，砂岩多具水平、缓波状层理及少量小型斜层理，并常见有菱铁矿结核夹煤层、石灰岩、炭质泥岩、钙质粉砂岩等。中部为一套灰白—浅灰色含砾中、粗砂岩，较稳定，其成分以石英为主，次为斜长石、岩屑、白云母及炭屑，颗粒棱角—半棱角状，分选差，具不清晰大型斜层理，以硅质、硅泥质胶结，为本层上下煤组分界线。
下段：底部普遍发育一层灰白色厚层状石英砂岩，向上以黑色泥岩、粉砂岩为主，夹薄层中—细粒砂岩、灰岩、泥灰岩、煤层等，泥岩中产大量植物化石，少量瓣鳃、腕足类化石，灰岩中除富含腕足类化石外，还含有大量䗴科及牙形刺微体化石。在区域上，较稳定的灰岩有2层，灰岩厚度均在1m以下，且质不纯，往往呈泥灰岩或钙质泥岩，在大多数地区为煤层的直接顶板或间接顶板。该段含煤层4～12层，其中全区较稳定的煤层有2层，位于本段的中上部，且由下而上单煤层厚度逐渐增加，反映了该段聚煤作用由下而上逐渐增强。
上段：较下段有更多的灰白色中—细粒石英砂岩，含有数层薄而稳定的石灰岩，垂向上多由粒度向上变粗的层序组成，全区较稳定的煤层有1层，位于本段的中部，煤层总体不发育，一般含2～8层局部可采的薄煤层。该段顶部为一层富含海相动物化石的石灰岩，横向上相变为泥灰岩或钙质泥岩。
总体而言，太原组在沉积厚度上相差较大，最薄梁水园一带仅69m，其他各矿区一般为130～240m；其次是本组所含砂岩的比例自下而上有所增加，反映了沉积环境由宁静滨海逐渐向水流动力较大的环境变迁；再次是成煤作用的变化，本组下部一般煤层层数多，厚度较小，稳定性差，中部煤层厚度大，稳定性好，横向上易于对比，上部煤层少且厚度小，稳定性较差，显示了成煤作用以中部有利而两端较差的迁移变化规律。
3.大黄沟组（P1d）(www.xing528.com)
主要分布于中卫、中宁、同心地区，岩性以各粒级砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩为主，夹薄层灰岩、泥灰岩、炭质页岩，富含菱铁矿结核及透镜体。
本组为海陆交互相沉积，富含头足、腕足、腹足、瓣鳃类及珊瑚、海百合茎、牙形刺化石，植物以真蕨类为主。岩相以砂坝相、浅海相、滨海波浪带、潟湖相及泥炭沼泽相等组成。
厚度以碱沟山一带最厚，向四周变薄，南部校育川一带为166.2m。
4.红泉组（P2h）
出露于线驮石一带，与下伏地层连续沉积，为一套干旱沉积环境的杂色岩系，岩性组合为紫色中、细粒砂岩与灰绿色粉砂岩、中粗粒砂岩夹少量粗砂岩。其中上部由紫色、暗紫色、浅紫色厚层细至中砂岩与暗紫色、灰紫色、灰绿色粉砂岩互层组成，夹紫红色砂质泥岩；中部为暗紫色、浅黄色粉砂岩夹灰紫色、灰绿色、浅灰色中至细砂岩；下部为黄绿、浅黄色、紫红色中粗粒砂岩夹粉砂岩及少量含砾粗砂岩；底部为浅灰、灰褐色中粗粒砂岩。砂岩斜层理发育，偶尔含有泥质及粉砂质包体。
（二）中生代含煤地层
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，全区抬升，发生沉积间断后，直到中侏罗早期，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，香山煤田中生代含煤地区为小型山间或断陷盆地。
本区延安组含煤地层主要分布于窑山、下流水。下流水、窑山矿区属山间盆地及断陷盆地型沉积，各盆地含煤性较差，工作程度也相对较低。
下流水盆地位于香山煤田南部，由于第四系地层掩覆仅有零星的煤系地层露头，据少量钻孔揭露，该盆地延安组煤系地层岩性由灰白色、灰—灰黑色、浅灰绿的中—细粒砂岩、粉砂岩、泥岩、砂质泥岩等组成，间夹薄煤层。煤系地层厚度大于1000m，与下伏地层为断层接触。
窑山矿点位于香山煤田东南部，煤系地层岩性为灰、灰白色、灰绿色和灰黑色的中—细粒砂岩、粉砂岩、泥岩、泥灰岩及薄煤层。含煤地层厚度为478m。与下伏石炭二叠系地层呈角度不整合接触。
总体来说，香山煤田的延安组分布零星，沉积特征、含煤性等变化较大。
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