早在19世纪就有关于沉积岩中自生长石成因研究的报道，最早是1897年卡耶在巴黎盆地白垩系沉积中首次发现自生的长石，随后在世界各地均有所报道，但一般数量很少(李安华，1996)。在中国云南盘参井的下二叠统灰岩中发现自生钠长石，其成因与基性火山物质入侵有关(李安华，1996)；粤北大沟谷震旦系乐昌群片岩中发现钠长石，其地球化学特征表明为热水沉积作用所形成(梁英华等，2001)；鄂尔多斯盆地延长组的含油砂岩中普遍发育钠长石化现象，经分析成因为斜长石蚀变，与热液无关(李荣西等，2012)；塔东古城地区奥陶系碳酸盐岩地层中见自生钠长石，地球化学分析显示其为热液地质作用所致(邵红梅等，2015)。前人对元坝地区长兴组碳酸盐岩礁滩相储集层工作主要集中在礁滩演化及发育分布、白云石化作用和储集层的形成机制等方面(王一刚等，1998；郭彤楼等，2011；谭秀成等，2012；周刚等，2013；李国蓉等，2014；孟万斌等，2014)，关于成岩矿物组合及自生矿物的成分分析至今未见有报道。本次在元坝地区长兴组地层中发现了钠长石矿物，作为岩浆热液成因矿物的钠长石出现在碳酸盐岩地层中其成因说明了什么？钠长石发育井均位于台地边缘，且钠长石发育井段出现自然伽马能谱铀值异常高。因此，研究其成因及控制因素具有重要的意义。笔者通过电子显微镜、环境扫描电镜能谱元素分析以及稀土元素配分测定等方法，根据实验结果结合元坝地区构造背景探讨了钠长石发现的地质意义。

1 地质背景

元坝地区位于四川盆地东北部，其行政区划为四川省旺苍、苍溪、阆中、巴中等县区，但在地理上主要位于苍溪境内，探矿面积为3251.48 km²。元坝区块位于扬子板块北缘，在构造上属于川中平缓褶皱带的一部分，受九龙山、米仓山、大巴山的控制；该区北部为池溪凹陷以及九龙山背斜构造带南部，北东与通南巴构造带相邻，南部与近东西向的苍溪-巴中低缓构造带相邻(图 1)，构造活动对区内影响相对较弱。

四川盆地东北部，自震旦纪开始，受多期次构造运动(加里东运动至喜马拉雅运动)的影响。在加里东期-印支期，构造特征以下降交替、局部隆升和继承性活动为主要特征；燕山期-喜马拉雅期，以水平挤压作用为主，以地层强烈褶皱和发育大量逆冲断层为特征。区域地层也经历了从震旦系-中三叠统海相沉积到上三叠统-第三系陆相沉积的转变。

研究区长兴组主要经历了海西晚期运动。早二叠世接受稳定碳酸盐岩沉积建造，其重要特征是下降的上扬子地台整体开始了一次广泛海侵；二叠纪晚期，海侵规模逐渐减小，川东北地区吴家坪组形成浅-半深海沉积环境。在上扬子地区发生的东吴运动，尤其是在吴家坪末期的峨眉地裂运动背景下，川东地区发育了众多断裂以及一些裂谷性坳陷，为后期沉积格局发育奠定了基础。

晚古生代末，火山活动频繁，峨眉地裂运动此时形成。峨眉地裂运动始于中泥盆世，至早三叠世末结束，并在晚二叠世达到高潮，高潮时期四川盆地在内的板块内部处于拉张应力场，发育深大断裂，大规模峨眉山玄武岩喷发，从而导致西侧形成川滇古陆，而川东地区沿断裂的火山活动规模较小；盆地北缘南秦岭洋裂陷作用也在二叠纪最强，前人研究认为此时南秦岭裂陷的拉张与川滇古陆的形成可能都源于古特提斯洋拉张这一构造背景(罗志立，2009)。

基于地裂运动和南秦岭洋扩张，晚二叠世四川盆地处于拉张构造背景，发育大量北东和北西向基底断裂，长兴期时处于正断活动期，川东北地区上二叠统形成的开江-梁平陆棚(海槽)也是得益于Ⅰ、Ⅱ(图 2)这2条北西向基底断裂带的拉张作用(谭秀成等，2012)，断裂带Ⅰ控制了陆棚(海槽)西边的沉积格局，断裂带Ⅱ控制了陆棚(海槽)东边的沉积格局，研究区的沉积主要受断裂带Ⅰ的控制。此外，二叠纪的同生断裂也可夹持于基底断裂而发育，但其活动时间长短不一，且规模大小也有差别。吴家坪晚期，盆内不断进行的块断作用、地堑断裂拉伸使单个的基底断裂从独立转为配对的断块沉降；长兴中期，拉张作用的相对程度及幅度达最大，川东和川南边缘均可见连续断陷作用。

2 钠长石的鉴定及分布特征分析 2.1 取样及分析测试

测试样品采自台地边缘井Y2井的13次取心，深度约为6724 m。样品测试在成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室完成。环境扫描能谱仪元素分析范围B5~U92，能谱探测器分辨率≤129 eV；电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)仪分析精度RSD＜5%。

2.2 钠长石镜下分布特征与能谱鉴定

通过岩石薄片鉴定，首次在区内长兴组识别出钠长石：见于元坝2井13-35/35、元坝22井4-33/90、元坝107井1-18/53、元坝102井6814 m、元坝271井6562 m等层段样品中。显微镜下钠长石显板状晶形，负低突起，正光性，I级灰白-黄白干涉色，具聚片双晶现象(图 3)。能谱微区成分分析显示(图 4，表 1)，钠长石中氧原子(O)百分比为66.38%(平均值，下同)，钠原子(Na)百分比为7.34%，铝原子(Al)百分比为6.54%，硅原子(Si)百分比为19.74%，化学式NaAlSi₃O₈，确定为钠长石。

钠长石在藻粘结灰岩、生屑微晶灰岩、方解石胶结物附近等灰岩层段中出现较多(图 3)，在元坝2井较为富集，主要交代沉积组分及成岩缝洞方解石组分，揭示其形成于成岩早期。

此外，还可见石英、黄铁矿与钠长石伴生。区内长兴组石英和黄铁矿的能谱微区分析结果显示(图 5)，石英中氧原子(O)百分比为69.59%，硅原子(Si)百分比为30.42%；黄铁矿中氧原子(O)14.17%，钠原子(Na)百分比为1.00%，硫原子(S)百分比为56.87%，铁原子(Fe)百分比为27.96%。

2.3 钠长石平面分布特征

钠长石属于架状铝硅酸盐，具三斜架状结构，以硅和铝为中心构成配位四面体，硅氧或铝氧四面体之间的连接方式复杂且多样，使得其四面体骨架间存在着大量的空隙和管道，具有明显的孔道结构矿物相特征(鲁怀安，2005；李红中等，2007)。根据钠长石的这一特性做可以进行重金属污水吸附处理，并已有一些成果，如Arnold等(1998)用天然的钠长石矿物吸附浓度为1×10^-6的U时，吸附率为58%；Walter等(2005)研究了U⁶⁺在天然钠长石上的吸附效果；Pelte等(2000)、胡绳和王萍(2008)以及王晓悦(2009)研究热处理后的钠长石对重金属的吸附机理，均取得了良好的吸附效果；付平坤(2014)综合阐述了天然钠长石和改性钠长石对低浓度U的吸附研究，再次表明钠长石对环境中低浓度的重金属铀(U)具较强的吸附能力。

针对钠长石吸附低浓度铀(U)这一特性，追踪区内长兴组有关钻井的自然伽马能谱曲线中铀(U)值的大小规律，发现全区铀(U)值基线值为1.5×10^-6左右，在岩心、岩屑薄片内发育钠长石对应的井段自然伽马能谱铀(U)值测井曲线值均出现偏正，在Y2井13-35/35段(图 6)、Y271井6562 m处钠长石发育段出现了U值高异常，曲线读值分别为7.2×10^-6和6.84×10^-6，U值异常高段与钠长石发育段具有良好的对应关系，且该段并未见到泥岩或是有机质等发育，认为U值高异常是因该段发育钠长石所致。

由此，分析全区自然伽马能谱铀(U)曲线值的分布特征(图 7)，发现在台地边缘的1号礁带元坝9、元坝107、元坝10井，2号礁带元坝1、元坝102井，3号礁带元坝2、元坝205、元坝29、元坝28井，4号礁带元坝27、元坝271、元坝273井等井在长兴组底部均存在1个铀值高峰段；台地内部元坝21、元坝275、元坝123、元坝16等井长兴组中上部显U值尖峰发育特征。不论是台地边缘井段底部还是台地内部井段的上部，这些高U尖峰特征具有良好的成层性，可能揭示了这一时期同生基底断裂发育，是岩浆热液喷流活动开始发育的指示。

综合区内钠长石的发育特征，表明钠长石是在早期与峨眉断裂运动成因有关的台缘拉张环境下形成的，4个礁带均发育在台地边缘，呈“雁列式”展布，整体表现为一个单雁列带，很可能是因为该区在长兴组早期存在一个“雁列式”断裂，且同时期形成的断裂受峨眉地裂运动的控制，地下深部热流体沿着台缘“雁列式”断裂涌入长兴组早期沉积地层，钠长石化很可能就是在此时形成的。

3 长兴组钠长石成因及地质意义

已有研究显示，钠长石主要有喷流沉积成因和交代成因(沈立成等，2002)，其中喷流沉积成因的钠长岩由热水溶液沿海盆中同生断层喷溢到海底经沉积交代等作用而形成，产状上表现为成层性，并有一套特定的微量元素组合及稀土元素配分模式，通常这类热水沉积物具有稀土总量低，Ce表现负异常，重稀土相对富集的特点；而交代成因的钠长岩是分布最多的一种钠长岩，主要由富含Na质的深部热液侵入宿主岩层，经充填、交代等作用形成钠长石，交代过程中有大量的Na带入岩石中，而带出K、Fe、Mg等。

矿物成岩流体的稀土元素配分特征是研究区分成岩流体是热液还是淡水或海水来源的重要标志，由于在自然流体中沉积或者是成岩形成的岩石往往会继承保留部分该流体的组分，同流体具有相似的稀土元素(REE)等地球化学特征(Banner et al., 1988)。大量测试分析研究显示(Michard et al., 1983；Michard and Albarède，1986；Mills and Elderfield, 1995；肖荣阁等，2001；Paul et al., 2010)，热液流体成因的矿物稀土元素总量较淡水及海水高，表现出轻稀土相对富集、重稀土相对亏损，其中Eu出现典型的正异常特征。由此，可以利用钠长石的REE配分特征即可研究得出钠长石成岩流体的来源，据此进一步分析可得出钠长石的成因机理。

由图 8可见，稀土元素总量(∑REE)较低，分布曲线较平缓，轻稀土元素相对富集、重稀土元素相对亏损，表现为右倾斜配分特征，此外还出现了典型的正Eu异常，这些地球化学特征表明钠长石是深部热液喷流交代所形成。

根据上述关于钠长石的成因机制和该区长兴期地质构造背景，进一步证实海西期扬子板块岩浆活动及张性构造发育(宋谢炎等，1988)，即峨眉地裂运动拉张作用在该区二叠系的地质显示。

关于长兴组生物礁的演化，前人研究表明控制长兴组生物礁演化的主要地质因素有古地貌和长兴期海平面的变化(周刚等，2013)。通过对钠长石的成因研究并结合区域构造背景，揭示出该区发育张性断裂，自东向西的4个礁带呈雁列式展布更能说明该区发育单雁列式断裂，且这些断裂均发育在台地边缘。由于随着构造的演化，单雁列式断裂的构造高部位成为生物礁体生长的有利场所，是长兴组生物礁形成的基础，本次研究丰富了控制生物礁演化的因素，即海平面变化、古地貌和台缘断裂背景。

区内钻井岩心观察、岩心及岩屑薄片鉴定的结果及地球化学分析结果表明，有一类白云石具有晶面非平直、正交偏光镜下波状或是弱的波状消光现象，其δ¹³ C_PDB、δ¹⁸ O_PDB均出现亏损，Eu、Sm具有明显的正异常，表明长兴组有热液白云石化作用，结合多井资料发现该类白云石在全区普遍发育；薄片下该类白云石晶间孔见沥青充填，说明它发生在液态烃充注之前，是较早的热液白云石化作用产物；初步认为峨眉地裂运动在二叠系晚期长兴组早期台地边缘拉张环境下形成的断裂系统为深部岩浆热液的侵入提供了条件。地裂运动形成的断裂系统以及与玄武岩喷发有关的地幔热液，为认识区内长兴组优质白云岩形成机制，尤其是构造热液白云石化作用的研究建立了基础。

前人在研究长兴组储集层形成机制时提出了早期热液溶蚀作用机制，并未阐述具体的热液时期和来源(李国蓉等，2014)。本次研究认为，该期热液溶蚀的热流体来源于早期地下深部与峨眉地裂运动有关的岩浆热液，沿台缘断裂侵入长兴组地层发生溶蚀，由于该期成岩作用较早，受后期成岩改造强烈，该期形成的储集空间被破坏性改造，对优质储集层形成的贡献较小。

4 结论

(1)在元坝地区台地边缘井长兴组灰岩地层内发现钠长石化作用，交代藻粘结灰岩、生屑微晶灰岩、方解石胶结物等早期沉积组分，表明钠长石化作用发生于成岩早期阶段。

(2)由于钠长石发育层段U值高异常，全区自然伽马能谱U值曲线高异常段具有很强的规律性，台地边缘井U值曲线高异常发育于长兴组地层底部，雁列式分布；台地内部井铀值曲线高异常发育于长兴组地层中上部，出现这一现象的原因主要是受台缘断裂控制，深部热液沿着断层侵入发生交代成岩作用。

(3)钠长石的地球化学特征表明其成因与岩浆活动有关。钠长石作为岩浆热液成因矿物出现在碳酸盐岩地层中，具有典型的成因指示意义，为研究该区二叠系晚期构造、岩浆活动、“热事件”等具有重要的地质意义，对该区后期油气勘探具有重要指导意义。