四川盆地龙马溪组地层、沉积及古生物特征的研究已有较长的历史^[1-4]，近年来已成为中国页岩气勘探的重要选区之一，国内外学者对该套地层的重视程度越来越高^[5-9]。在勘探及研究过程中需要准确地对地层进行认识并划分，这就要求对龙马溪组及上下地层的岩性、古生物、电性等特征进行详细研究，其中龙马溪组底部界线特征研究显得尤为重要，这是因为以现在勘探的实例来看，四川盆地龙马溪组页岩气产层段多位于靠近其底部界线的黑色泥(页)岩层段中^[10-12]。

四川盆地龙马溪组底部界线(以下简称底界)在本研究区内为上奥陶统五峰组与下志留统龙马溪组的界线。此界线是学术界长久以来一直争论的问题之一，由于上下地层呈整合接触且岩石颜色、沉积构造等特征较为相近，光靠地层、沉积学特征不能简单准确地确定其界线，而现在多依据古生物特征将界线置于笔石Glyptograptus\- persculptus带与三叶虫Dalmanitia—腕足Hirnantia组合带之间^[13-15]。但是在实际工作中，尤其是石油钻井中，由于时间紧迫，大量的钻井分层都依靠古生物鉴定，既不经济，也不现实，所以需要一种快捷并准确的划分方法。

本文通过对四川盆地的野外剖面、钻井岩芯和薄片、录井、测井、分析化验等资料的分析，研究龙马溪组底部界线附近地层的岩性、古生物、电性、矿物学与地球化学等特征，为四川盆地龙马溪组与五峰组界线的划分提供依据和标准，也为钻井现场分层提供一些简单快速的方法，进而为以后四川盆地页岩气的勘探提供理论基础。

1 地质背景

研究区为中国大西部东缘中段的四川盆地，属于扬子地台的一部分，主要有龙门山褶皱带、川中、川东、川北、川南隔档式断褶带和湘鄂西隆褶带及江南隆起^[1]。本文的研究对象为下志留统的龙马溪组的底部界线，龙马溪组在研究区内下伏地层为奥陶系五峰组，两者常呈整合接触^{[1-2, 16]}。

龙马溪组，相当于志留系兰多弗里统的鲁丹阶和埃朗阶，在整个四川盆地及周缘地区龙马溪组厚度可达600多米，以黔北—川南、鄂西、川北地区最厚，在四川盆地内古隆起附近及盆地西部部分或全部缺失^[16]。该套地层岩性比较稳定，根据岩性、测井资料，结合海平面升降变化，可将该套地层分为上下两段，每段中下部主要为黑、灰黑色粉砂质泥(页)岩、泥(页)岩，含碳质及黄铁矿，上部主要为灰色、深灰色粉砂岩类或碳酸盐类。整个龙马溪组中下部富含笔石，尤以下部地层最多，有Glyptograptus\- persculptus，Pristiograptus\-cyphus，Demirastrites\- triangulatus，Monograptus\- sedgwickii，Spirograptus\- turriculata等，少见介形虫、角石等其他古生物化石。

五峰组在四川盆地内厚度一般小于10 m，由下部的笔石页岩段(五峰页岩)和上部的壳灰岩段(观音桥段)构成^{[2-3, 17]}。五峰页岩段以黑色页岩及碳质、硅质页岩为主，富含叉笔石和双笔石；观音桥段厚度较小，多在1 m以内，以含壳的泥灰岩或泥质灰岩为主，少量为灰质泥岩或粉砂岩，富含三叶虫Dalmanitia(达尔曼虫)—腕足Hirnantia(赫南特贝)动物群^{[2-3, 17]}。

2 材料与方法

本文首先对四川盆地及周边地区的9条剖面、20余口井的钻井岩芯进行详细地宏观和微观观察，并分析这20余口井的录井和测井资料，认识龙马溪组底界附近的岩性、古生物和电性特征及其变化规律，其次对取自20余口深、浅井的200余个岩芯和岩屑样品进行XRD衍射分析和TOC值测定，找出龙马溪组与五峰组在矿物学、地球化学等特征上的不同和变化规律，综合分析得到的特征认识，最终达到准确划分龙马溪底界的目的，并提出现场上能采用的、快捷和准确的方法。其中岩石中的矿物组分和黏土矿物组分含量由岩芯和岩屑样品在温度15~25 ℃、湿度$\leqslant$70%RH的条件下，用X—射线衍射仪测得，而TOC值是岩芯和岩屑样品在温度30 ℃、湿度65%RH的条件下用CS—400碳硫分析仪测得的。

3 界线特征研究 3.1 沉积特征

通过对野外露头、钻井岩芯的观察发现，龙马溪组与五峰组岩石颜色差异不大，均为灰黑至黑色(图 1)；岩石粒度均较小，沉积产物多为泥(页)岩类；沉积构造上差异也不大，多以平行和块状层理为主(图 1)。但是两者还是存在一些细微的差异。五峰组下部的页岩中多含硅质组分，而其顶部的观音桥段多为泥灰岩或者灰质泥岩，灰质含量较高(图 1f)；龙马溪组底部岩石呈极薄或薄层状且风化程度较高，风化后多呈黄色，而五峰组的观音桥段多呈厚层块状，下部的页岩呈薄层至中层状，相对不易风化，这跟泥质含量的降低和钙质、硅质含量的增多有关系(图 1a，图 1b，图 1g，图 1h，图 1i)。在图 1e中还可以发现被方解石完全充填的后期构造缝只在五峰组中发育，这是由于岩性的差异造成的，脆性矿物(如硅质、钙质组分)含量高的岩性更容易因为后期构造作用产生裂缝。沉积环境的不同是造成以上沉积产物不同的主要原因，四川盆地在五峰组底部和龙马溪组底部主要为陆棚沉积环境^{[4, 18]}，而观音桥段主要发育潮坪沉积环境^[18]。

根据以上研究，在实际操作中首先将硅质泥(页)岩全部划归五峰组，然后通过稀盐酸检测灰质含量找到硅质页岩以上的含灰质较多的层段，即五峰组顶部的观音桥段，而含灰质较多层段的顶部界线即为龙马溪组的底界。

3.2 古生物特征

前人的研究中常常根据古生物特征，将龙马溪组与五峰组的界线置于笔石Glyptograptus\- persculptus带与三叶虫Dalmanitia—腕足Hirnantia组合带之间^{[13, 14]}。据此通过对岩芯的观察，可以发现五峰组顶部的岩芯壁上有众多指甲状腕足化石(图 1e)，且在岩芯横切面上可见完整的腕足Hirnantia化石(图 1d)，而在龙马溪组底部的岩芯中却是大量的笔石化石(图 1c)，如雕笔石、栅笔石等双笔石类。因此，在岩芯上确定龙马溪组底界时，可将其划分到富含指甲状腕足化石的岩石层段的顶部(图 1e)。

3.3 电性特征

一般说来，不同的沉积环境和沉积物在测井曲线上表现出不同的组合特征，并且由于岩性的变化，多数常规测井曲线可以在地层分界线处观察到明显的变化[ck19]。在龙马溪组底界附近，各条常规曲线(除井径曲线外)变化幅度均较大，呈锯齿状(图 2)。以自然伽马曲线和电阻率曲线为例，由于龙马溪组底部泥质和铀含量的增加以及钙质含量的减少，HSGR和深浅双侧向电阻率曲线在龙马溪组底界附近均有明显的突变。HSGR曲线在五峰组顶部时表现为低值，而进入龙马溪组后突然增大形成一个峰值然后再降低，曲线形状多呈倒漏斗形；而深浅双侧向电阻率曲线则呈现相反的变化，在五峰组顶部的观音桥段出现峰值，进入龙马溪组底部突然减小(图 2)。

综上所述，龙马溪组与五峰组分界处能在常规电测曲线上观察到明显的突变。以自然伽马曲线的突变上升半幅点，结合电阻率曲线的突变下降半幅点，即可划分出龙马溪组的底界(图 2)。

3.4 矿物学特征

五峰组顶部观音桥段以泥灰岩或泥质灰岩为主，而龙马溪组底部以泥页(岩)类为主。通过对样品的XRD衍射分析后，可以发现矿物组分含量有着与岩性变化相对应的改变。XRD衍射分析的岩石矿物组分主要分为黏土矿物、石英、长石、方解石、白云石和黄铁矿6个组分(图 2)。其中，在龙马溪组底部和五峰组，白云石和黄铁矿均少量含有，含量不足10%，而黏土矿物、石英、长石和方解石的含量差异较大(图 2)。五峰组顶部观音桥段样品中有较高的方解石含量，最高可达80%左右，低黏土矿物含量，微量甚至不含石英和长石；而龙马溪组底部的样品中方解石含量突然降低，石英含量突然升高，最高可达70%左右，开始有少量的长石出现(图 2)。

黏土矿物在界线附近也表现出剧烈的变化，特别是五峰组顶部观音桥段中伊利石占黏土矿物中的比例较高，最高可达100%；而在龙马溪组底界附近，伊利石/蒙脱石混层占黏土矿物中的比例突然增大，伊利石占黏土矿物中的比例突然减小。五峰组中少量发育高岭石，在龙马溪组底部地层中未见高岭石。

3.5 地化特征

通过对地化资料的分析可以发现底界附近TOC值的变化，龙马溪组底部TOC值较高，为龙马溪组TOC值最高的层段，但五峰组顶部的观音桥段TOC含量突然降低，然后其下部的五峰页岩段TOC值又增大(图 2)。造成此变化的原因：(1) 沉积环境的改变造成了沉积产物的不同，不同岩性对有机质的保存程度不同，四川盆地龙马溪组底部时期主要沉积了泥页岩类，沉积环境为弱氧化强还原、水动力较弱的陆棚环境，而五峰组顶部观音桥段时期的沉积环境为潮坪环境，主要沉积泥灰岩，泥页岩比泥灰岩更能有效地保存有机质；(2) 奥陶系末的生物大灭绝事件导致观音桥期生物丰度降低^[20]，有机质含量减少。

4 结 论

(1)五峰组顶部的观音桥段以灰黑色泥灰岩或泥质灰岩为主，多见块状层理；而龙马溪组底部以灰黑色至黑色泥(页)岩为主，多见水平层理。

(2)五峰组顶部的观音桥段含有大量的腕足化石，而龙马溪组底部见不到腕足化石而是大量的笔石，因此将腕足化石带全部划归五峰组，其顶部即为界线。

(3)龙马溪组底部界线在电测曲线上有明显的突变，其上的龙马溪底部表现为高伽马低电阻，其下的五峰组观音桥段表现为低伽马高电阻。

(4)龙马溪组底部界线附近在矿物组分上也有较大差异，五峰组顶部的观音桥段的方解石含量较高，而龙马溪组底部的黏土和石英含量较高，出现长石；五峰组顶部伊利石在黏土矿物中的含量百分比高于龙马溪组底部。

(5)TOC值在底界附近也有较大的变化，龙马溪组底部TOC值较高，出现一段峰值，而五峰组顶部TOC出现低值。

(6)根据前面的特征研究，可以得出在现场操作中比较快捷和准确的方法是通过对岩芯或岩屑检查灰质含量；其次，对比常规电测曲线也是较优的分层方法，特别是HSGR和电阻率曲线；然后，如果在有岩芯的情况下，找出腕足化石带的顶部界线也是一个比较明显的方法；最后，后期研究工作中对矿物学和地化特征的分析能更有效地对界线划分进行证据支撑。