新疆阿爾泰巴特巴克布拉克鐵礦床硫同位素和稀土元素地球化學特征及其意義*

楊俊杰，張志欣，楊富全，柴鳳梅

(1長安大學地球科學與資源學院，陜西西安 710054；2中國科學院新疆生態與地理研究所新疆礦產資源研究中心，新疆烏魯木齊 830011；3中國地質科學院礦產資源研究所自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京 100037；4新疆大學新疆中亞造山帶大陸動力學與成礦預測實驗室，新疆烏魯木齊 830046)

新疆阿爾泰南緣是中國重要的有色金屬和稀有金屬成礦帶，同時也是新疆鐵礦的重要產地。蒙庫大型鐵礦床是該成礦帶中最大的礦床，其次有巴特巴克布拉克鐵礦、烏吐布拉克鐵礦、巴利爾斯鐵礦等（圖1）。前人對蒙庫鐵礦、烏吐布拉克鐵礦和巴利爾斯鐵礦開展過大量的研究工作，獲得了豐富的成果（張建中等，1987；Wang et al.,2003；萬博等，2006；徐林剛等，2007a；2007b；楊富全等，2008a，2011；Xu et al.,2010；張志欣等，2011a；2011b；2012；藏梅等，2013；張同良等，2013）。巴特巴克布拉克鐵礦床為近年來新發現的礦床，2008年礦區累計查明磁鐵礦資源儲量2205.43萬噸（張立武等，2010），后期開采過程中儲量進一步增大，具有較大的經濟價值。對該礦床的成礦流體（楊俊杰等，2015）和矽卡巖礦物學特征方面（楊俊杰等，2016）已進行過研究，但對于其成礦物質來源、矽卡巖與火山巖和英云閃長巖關系、成礦環境等科學問題仍然不清楚，研究尚處于空白，制約了成礦機制研究和礦床模型的構建，同時也會影響到礦床的進一步找礦勘查工作，因此本文選取巴特巴克布拉克鐵礦床為研究對象。

稀土元素間具有類似的性質和地球化學行為，作為整體在水/巖作用、巖漿結晶分異等地質地球化學過程及其環境條件研究等方面顯示出獨特作用，因此，可利用稀土元素地球化學特征探討成礦物質來源和成礦地球化學環境（Michard et al.,1983;Klinhammer et al.,1994;Mills et al.,1995;丁振舉等，2003；楊富全等，2007；洪為等，2012；張智宇等，2012）。硫同位素組成作為成礦物質來源的重要依據，在礦床學研究中得到了廣泛的應用（張志欣，2011；龍靈利等，2015）。本文在野外調查和室內研究基礎上，將通過巴特巴克布拉克鐵礦床中地層、矽卡巖、礦石和矽卡巖礦物的稀土元素地球化學特征和黃鐵礦硫同位素組成，探討成礦物質來源和成礦地球化學環境，以期為研究成礦作用和構建礦床模型提供依據。

1 成礦地質背景

巴特巴克布拉克鐵礦床位于南阿爾泰麥茲火山沉積盆地（圖1），所處的大地構造位置為西伯利亞板塊南阿爾泰晚古生代活動陸緣（何國琦等，2004）。麥茲火山-沉積盆地出露地層主要有中-上志留統庫魯姆提群、上志留統—下泥盆統康布鐵堡組和中-上泥盆統阿勒泰鎮組。庫魯姆提群為一套中深變質淺海-濱海相碎屑沉積建造，主要由黑云母片麻巖、黑云石英片巖夾斜長角閃巖組成，原巖為砂巖，砂頁巖和泥巖等（張建中等，1987）。與上覆康布鐵堡組下亞組呈斷層接觸?？挡艰F堡組主要由中等變質海相火山熔巖、火山碎屑巖，夾陸源碎屑巖和碳酸鹽巖組成，與上覆阿勒泰鎮組呈整合接觸，柴鳳梅等（2012）測得麥茲盆地康布鐵堡組上亞組變質流紋巖的LAICP-MS(Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)鋯石 U-Pb年齡為410～400 Ma。阿勒泰鎮組為一套中淺變質淺海相復理石建造，主要由變質含礫砂巖、變質鈣質砂巖、變質凝灰質砂巖和大理巖組成。

區域內構造活動較強烈，以麥茲復式向斜和巴寨斷裂為主。麥茲復式向斜呈舒緩波狀延伸，軸跡線長50 km，核部為阿勒泰鎮組，兩翼為康布鐵堡組，兩翼幅寬10～15 km，軸面傾向北東，傾角65°～82°。次級褶皺主要有蒙克木背斜、鐵熱克薩依向斜、巴特巴克布拉克向斜、鐵木下爾袞向斜等，巴特巴克布拉克鐵礦床處于巴特巴克布拉克向斜內。巴寨斷裂屬逆斷層，具有大型平移特征，全長200 km，走向為310°～320°，傾角為 70°～80°。次級斷裂主要有沙爾布拉克、巴特巴克布拉克、可依洛甫3條斷裂。

區內侵入巖分布于麥茲向斜兩翼外側，以中酸性巖為主，巖性為黑云母花崗巖、英云閃長巖及花崗斑巖等，如蒙庫礦區英云閃長巖和黑云母花崗巖體（（400±6）Ma、（404±8）Ma，楊富全等，2008b；（378±7）Ma、（404±8）Ma，Xu et al.,2010）、瓊庫爾黑云母花崗巖體（（399±4）Ma，童英等，2007）、烏吐布拉克礦區英云閃長巖和黑云母英云閃長巖體（（385.6±2.3）Ma、（387.7±2.1）Ma，張志欣，2011），另見少量中基性巖脈分布于麥茲向斜內部，巖性為角閃石巖、輝長蘇長巖及輝長輝綠巖等。

圖1 阿爾泰造山帶區域地質及鐵礦分布略圖（據楊富全等，2011修改）1—第四系沉積物；2—侏羅紀含煤層系；3—石炭紀火山-沉積巖；4—泥盆紀（變質）火山-沉積巖；5—中-晚志留世變沉積巖夾火山巖；6—中-晚奧陶世變火山-沉積巖；7—中寒武世—早奧陶世變沉積巖；8—震旦紀—寒武紀變沉積巖、變火山巖；9—三疊紀—侏羅紀花崗巖；10—泥盆紀—二疊紀花崗巖；11—奧陶紀—志留紀花崗巖；12—斷裂、推測斷裂；13—國界線；14—地名；15—鉛鋅礦；16—大∕中∕小型鐵礦Fig.1 Simplified regional geological map of Altay orogenic belt and iron deposits distribution(modified after Yang et al.,2011)1—Quaternary sediments;2—Jurassic coal-bearing rock series;3—Carboniferous volcaniclastic-sedimentary rocks;4—Devonian(metamorphosed)volcaniclastic-sedimentary rocks;5—Middle—Late Silurian meta-sedimentary rock intercalated with volcanic rocks;6—Middle—Late Ordovician metamorphosed volcaniclastic-sedimentary rocks;7—Middle-Cambrian—Early-Ordovician metamorphosed sedimentary rocks;8—Sinian-Cambrian meta-sedimentary,meta-volcanic rocks;9—Triassic—Jurassic granites;10—Devonian—Permian granites;11—Ordovician—Silurian granites;12—Fracture,inferred fracture;13—National boundaries;14—Geographic name;15—Lead-zinc deposit;16—Large/medium∕small iron deposits

2 礦床地質特征

2.1 礦區地層及侵入巖

礦區出露地層為中等變質康布鐵堡組下亞組（圖2），可分為2個巖性段：第一巖性段為黑云斜長變粒巖、淺粒巖夾磁鐵變粒巖；第二巖性段進一步分為2層，第一層巖性為角閃斜長變粒巖、透閃變粒巖和淺粒巖，第二層巖性為斜長角閃巖、角閃斜長變粒巖和淺粒巖，為主要賦礦層位，推測礦區出露的康布鐵堡組原巖為基性火山巖，可能為玄武巖。侵入巖為花崗巖類，分布于礦區的南部和北部，為烏吐布拉克礦區南側巖體的南東向延伸部分（圖1），巖性為英云閃長巖，花崗結構，似片麻狀構造，鋯石LA-ICPMS U-Pb諧和年齡為（385.6±2.3）Ma，為中泥盆世早期巖漿侵入體（張志欣等，2011）。

2.2 礦體及礦石特征

礦區內礦化帶呈NW—SE向帶狀展布，分布范圍長2300 m，寬100～240 m，已圈定12個鐵礦體。賦礦圍巖為石榴子石矽卡巖、變粒巖和淺粒巖。礦體總體順層分布，但形態復雜，多呈似層狀、透鏡狀及不規則狀產出（圖2），見有膨大收縮、分支復合、尖滅等現象。礦體TFe平均品位為26.7%～50.4%，多數在30.9%～38.4%（張立武等，2010）。

礦石構造主要為塊狀、浸染狀，其次為條帶狀、脈狀構造。礦石結構主要為他形粒狀變晶結構、不等粒結構和交代結構。礦石中主要金屬礦物為磁鐵礦，其次為黃鐵礦，偶見黃銅礦。非金屬礦物主要為石榴子石、透輝石、綠簾石，其次為石英、方解石、角閃石、綠泥石、陽起石等（圖3a～o）。

2.3 圍巖蝕變及成礦期次劃分

礦區圍巖蝕變發育，主要為矽卡巖化（石榴子石化、透輝石化、綠簾石化等），次為碳酸鹽化、硅化，其中矽卡巖化與鐵礦關系密切。矽卡巖常呈透鏡狀、似層狀產于礦體內部及旁側，近礦圍巖蝕變較強，且愈近礦體蝕變愈強，遠離礦體蝕變漸弱?？臻g上，從地層→矽卡巖→礦體，三者呈漸變過渡關系，磁鐵礦在含量上表現出從無到含量逐漸增加的特點（圖4）。

根據野外及室內鏡下觀察到的礦物組合與穿插關系，將礦床的成礦過程劃分為矽卡巖期、區域變質期和表生氧化期。其中，矽卡巖期進一步劃分為3個階段：早期矽卡巖階段，主要形成石榴子石和透輝石；退化蝕變階段，鐵的主要成礦階段，鏡下見磁鐵礦交代石榴子石和透輝石（圖3k），另外還有角閃石、綠簾石、綠泥石、陽起石等礦物形成（圖3j，l）；石英硫化物階段，主要形成黃鐵礦（圖3m、n）、黃銅礦（少量）、石英、方解石等。區域變質期，含礦火山巖系受區域變質作用影響，礦體、矽卡巖和圍巖整體發生變形，圍巖原有的層理因變質作用而被強烈改造，變質條帶圍繞含礦矽卡巖分布，形成少量石英和方解石脈。表生氧化期，早期形成的礦物在地表或近地表發生氧化作用，形成氧化物，如褐鐵礦和孔雀石。

3 樣品及分析方法

圖2 巴特巴克布拉克鐵礦區地質圖（據張立武等，2010修改）1—第一巖性段；2—第二巖性段第一層；3—第二巖性段第二層；4—英云閃長巖；5—鐵礦體及編號；6—剖面位置及編號；7—產狀Fig.2 Geological map of the Batebakebulake iron ore district(modified after Zhang et al.,2010)1—The first lithologic section;2—The first layer of the second lithologic section;3—The second layer of the second lithologic section;4—Tonalite;5—The iron orebody and its serial number;6—The location and serial number of geological section;7—Attitude of strata

圖3 巴特巴克布拉克鐵礦床圍巖、礦石及矽卡巖特征a.斜長角閃變粒巖；b.綠簾石化斜長角閃變粒巖；c.變粒巖與矽卡巖接觸帶；d.石榴子石矽卡巖；e.含石榴子石黃鐵礦磁鐵礦礦石；f.含磁鐵礦矽卡巖；g.含石榴子石磁鐵礦綠簾石矽卡巖；h.地層；i.斜長角閃巖與變粒巖接觸帶；j.石榴子石矽卡巖；k.磁鐵礦交代石榴子石和透輝石；l～n.綠簾石矽卡巖；o.磁鐵礦中的赤鐵礦Fig.3 Features of wall rocks,ores and skarn from the Batebakebulake iron deposita.Hornblende-plagioclase leptynite;b.Epidotized hornblende-plagioclase leptynite;c.Contactzone of leptynite and skarn;d.Garnetskarn;e.Magnetite ore containing garnet and pyrite;f.Skarn containing magnetite;g.Epidote skarn containing garnet and magnetite;h.Strata;i.Contact zone of amphibolite and leptynite;j.Garnet skarn;k.Magnetite metasomatic garnet and diopside;l～n.Epidote skarn;o.Hematite in the magnetite

圖4 巴特巴克布拉克鐵礦典型剖面圖(據楊俊杰等,2016修改)1—淺粒巖；2—含磁鐵礦石榴子石矽卡巖；3—含磁鐵礦透輝石矽卡巖；4—透鏡狀磁鐵礦礦體；5—透鏡狀石榴子石矽卡巖；6—含綠簾石石榴子石磁鐵礦礦石；7—細粒磁鐵礦礦體；8—石榴子石綠簾石矽卡巖；9—含磁鐵礦綠簾石矽卡巖；10—角閃斜長變粒巖Fig.4 The typical section of Batebakebulake iron deposit(modified after Yang et al.,2016)1—Leucoleptite;2—Garnet skarn containing magnetite;3—Diopside skarn containing magnetite;4—Lenticular magnetite orebody;5—Lenticular garnet skarn;6—The magnetite orebody containing epidote and garnet;7—Fine particle magnetite orebody;8—Epidote skarn containing garnet;9—Epidote skarn containing magnetite;10—Hornblende-plagioclase leptynite

本次共計采集31件樣品進行稀土元素分析，主要采自1～3號礦體及其周邊圍巖。矽卡巖、矽卡巖礦物和礦石來自早期矽卡巖階段和退化蝕變階段。根據薄片鑒定結果選取新鮮且具代表性的樣品進行稀土元素地球化學分析。其中，3件斜長角閃巖（1件為綠簾石化斜長角閃巖）、2件變粒巖（1件斜長角閃變粒巖，1件條帶狀變粒巖）、3件淺粒巖、7件矽卡巖（石榴子石綠簾石矽卡巖、含磁鐵礦綠簾石石榴子石矽卡巖、含石榴子石綠簾石矽卡巖、含稀疏浸染狀磁鐵礦石榴子石矽卡巖、石榴子石矽卡巖、含稀疏浸染狀磁鐵礦石榴子石矽卡巖、含稀疏浸染狀磁鐵礦綠簾石矽卡巖）、8件礦石（稠密浸染狀石榴子石磁鐵礦礦石、稠密浸染狀透輝石磁鐵礦礦石、稠密浸染狀透輝石磁鐵礦礦石、塊狀磁鐵礦礦石、稠密浸染狀石榴子石透輝石磁鐵礦礦石、塊狀磁鐵礦礦石（含少量透輝石）、塊狀磁鐵礦礦石、稠密浸染狀石榴子石磁鐵礦礦石），從矽卡巖中挑選出6件石榴子石和2件綠簾石樣品。

石榴子石和綠簾石單礦物樣品由河北省區域地質礦產調查研究所實驗室清洗、粉碎、雙目鏡下人工挑選，純度達99%以上。單礦物樣品在瑪瑙研缽中研至200目以下。將待測全巖樣品清洗、粉碎、縮分。稀土元素分析在國家地質實驗測試中心測定，選用等離子質譜法（ICP-MS），誤差小于5%。全巖分析儀器為等離子質譜（X-series），單礦物分析儀器為等離子質譜儀（PE300D），執行標準DZ/T0223-2001。

硫同位素樣品采自Fe1、Fe2礦體的矽卡巖及礦石，黃鐵礦半自形-他形，呈浸染狀分布，形成于石英硫化物階段。將其研磨、碾碎、篩選，在雙目鏡下挑選純度達99%以上的黃鐵礦單礦物顆粒。測試工作由核工業北京地質研究院分析測試研究中心完成，所用儀器型號為Delta v plus，檢測方法及依據參照DZ/T 0184.14-1997《硫化物中硫同位素組成的測定》。

4 結 果

4.1 稀土元素分析結果

31件礦物、巖石和礦石的稀土元素分析結果見表1，REE球粒隕石標準選用Sun等（1989）的數據，銪異常和鈰異常分別采用δEu=EuN/[(SmN+GdN)×0.5]，δCe=CeN/[(LaN+PrN)×0.5]計算，稀土元素地球化學特征如下：

3件斜長角閃巖樣品的總稀土元素變化于76.44×10-6～117.22×10-6。稀土元素配分模式相似，LREE/HREE=3.30～4.44，(La/Yb)N=2.45～4.12，表明輕、重稀土元素之間發生了較明顯的分異作用，輕稀土元素相對富集。(La/Sm)N=1.34～2.02，(Gd/Yb)N=1.53～1.78，顯示輕、重稀土元素組內部均發生分異作用。δEu=0.91～1.01，δCe=1.01～1.06，基本無銪、鈰異常。稀土元素配分模式（圖5a）為輕稀土元素富集，重稀土元素相對虧損的右傾型，具有左陡右緩，無明顯銪、鈰異常的特征。

1件斜長角閃變粒巖和1件條帶狀變粒巖總稀土元素變化于117.86×10-6～177.25×10-6。稀土元素配分模式（圖5b）顯示為輕稀土元素相對富集的右傾型，（LREE/HREE=5.59～5.91，(La/Yb)N=3.19～3.89），左陡傾(La/Sm)N=2.65～3.11，右平緩(Gd/Yb)N=0.66～1.03，具銪負異常δEu=0.43～0.50，微弱鈰正異常δCe=1.06～1.17。

3件淺粒巖樣品的總稀土元素含量變化較大（120.59×10-6～204.71×10-6）。LREE/HREE=4.80～5.16，(La/Yb)N=3.33～5.37，表明輕、重稀土元素間發生了分異作用，輕稀土元素相對富集。(La/Sm)N=2.16～2.86，(Gd/Yb)N=1.14～1.54，顯示輕稀土元素組內部的分異作用相對于重稀土元素組更強。δEu=0.30～0.35，δCe=0.84～1.01，具強銪負異常，微弱鈰異常，稀土元素配分曲線成V字形（圖5c）。

巖卡矽石-52子btbk12榴石石簾綠礦鐵磁含 巖卡矽石簾sit 12-50 btbk 綠石子榴結iron depo果石析ke 巖分la 粒變分12-48閃角土Bateba 成kebu btbk素長斜元石from 9-1稀-6石子榴、礦石d ores Btbk12石0-6、巖an -68石子w(B)/1物榴礦Btbk12石床礦石鐵-47-1子克榴拉布of minerals,rocks Btbk12石克ts 石巴12-46子特榴巴Btbk石1RE E conten 6表-3石Table 1Btbk12簾綠Btbk12-35石子榴石-33 Btbk12石子榴石Btbk12-06石簾綠 分組6.93 13.20 1.66 6.94 1.92 2.41 3.03 0.84 8.56 3.00 12.80 1.96 13.40 1.83 90.60 78.48 0.73 0.3 000000 567.00 11.3 14.5 61.1 1611.60.4 213.74.3 203.84.5 101.20 8.15 1.11 105.00 347.04 3.94 0.5 00 0 19.7 495.33.6 214.05 0.63 3.52 0.61 3.19 0.84 3.26 0.53 4.38 0.72.5 227.86 115.91 0.32 1.29 0.39 3.38 3.02 1.35 7.89 2.14 17.20 4.70 16.30 2.61 17.40 2.34 143.00 80.33 0.14 0.10 0.68 0.28 2.58 2.29 1.06 5.75 1.600.6009 133.99.1 152.65.3 192.71 129.00.6 710.11 0.14 1.09 0.27 1.73 1.21 0.48 2.85 0.70 5.00 1.12 3.08 0.38 2.31 0.28 30.50 20.64 0.31 0.69 2.63 0.52 2.82 1.14 0.47 2.20 0.52 3.98 1.08 3.54 0.51 3.16 0.39 34.40 23.65 0.54 4.600.100000 287.63.4 43.7 144.75.3 193.08.4 142.04 3.39 0.29 1.41 0.17.5 53147.26 2.34 0.40 2.22 0.47 2.44 0.86 0.41 1.59 0.35 2.63 0.73 2.42 0.35 2.06 0.24 22.50 17.17 0.66 0.72 3.36 0.79 4.86 2.25 0.54 4.47 1.12 8.74 2.29 7.62 1.13 7.24 0.93 63.70 46.06 0.37 5.00 19 1.00 37 43.60 8.00 1533.00 17.60 25.40 2.78 11.40 1.90 4.74 0.56 3.32 0.44 50.70 8.74 8616.19 LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuY ER R E/H∑LR 2.33 2.26 3.11 0.07 0.03 0.07 0.39 0.20 0.30 0.21 3.81)N a/Sm(L 0.19 2.17 0.66 0.38 0.25 1.02 0.58 11.32 0.64 0.51 6.33)N d/Yb(G 0.37 4.96 3.19 0.01 0.00 0.04 0.16 2.34 0.14 0.07 42.13 a/Yb)N(L 3.04 1.91 0.50 0.80 0.85 0.76 0.89 0.86 1.06 0.51 1.79 u δE 0.92 0.99 1.17 0.77 0.66 1.04 1.03 0.92 1.09 0.97 0.95 1。為位e 單δC 值：比注

ued T 3-02 B1 BT ntin Co B13-01 BT btbk12-67 6-6 btbk12 5 12-6 btbk btbk12-64 3 12-6 btbk btbk12-62 1-6 btbk12 btbk12-54巖）卡礦矽鐵石磁子含榴不石（礦鐵巖磁卡狀矽染石浸子疏榴稀石含 巖粒變狀帶條 巖閃角長斜 巖粒淺 巖w(B)/10-6閃角長斜的化石簾綠 巖閃角長斜 巖粒淺 巖粒淺 巖卡矽石簾綠石子榴石含 分組0.55 2.22 0.48 3.22 1.81 0.77 2.97 1.00 8.93 2.87 10.80 2.02 12.00 1.36 95.30 51.01 0.22 1.23 3.68 0.72 3.45 1.04 0.70 1.49 0.49 4.39 1.32 4.32 0.71 3.88 0.390.21 42.8 270.64 30.00 69.50 8.34 34.20 7.31 1.01 6.90 1.09 5.57 1.25 4.95 0.73 5.53 0.87 36.60 7.25 175.59 0.5 11 26.60 3.43 15.90 3.67 1.29 4.30 0.67 3.49 0.72 2.28 0.30 2.00 0.29 19.50 76.44 4.44 0.7 000 0 37.8 70.3 10.5 429.10 1.06 9.50 1.62 8.19 1.73 5.61 0.74 5.10 0.76.8 44204.71 5.16 12.10 28.10 3.82 17.80 4.19 1.33 4.72 0.75 4.12 0.89 2.76 0.35 2.54 0.38 21.80 83.85 4.08 0.6 00 0 13.8 365.36.3 256.57 2.30 7.36 1.28 7.32 1.52 4.70 0.55 3.98 0.58.6 397.22 113.30 37.20 67.70 9.97 40.90 8.39 1.00 9.22 1.55 8.03 1.68 5.45 0.70 4.97 0.73 44.40 7.49 195.11 18.50 43.60 6.02 25.60 5.54 0.55 5.50 0.89 4.46 1.01 3.73 0.54 3.99 0.66 29.00 120.59 4.80 39.60 86.10 10.80 47.50 12.60 12.20 16.70 3.12 17.40 3.32 9.02 1.03 6.87 0.99 87.70 7.25 263.57 LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuY ER R E/H∑LR 0.20 0.76 2.65 2.02 2.67 1.86 1.34 2.86 2.16 2.03)N a/Sm(L 0.20 0.32 1.03 1.78 1.54 1.54 1.53 1.53 1.14 2.01 d/Yb)N(G 0.03 0.23 3.89 4.12 5.30 3.42 2.45 5.37 3.33 4.13)N a/Yb(L 1.02 1.72 0.43 0.99 0.35 0.91 1.01 0.35 0.30 2.57 u δE 0.98 0.95 1.06 1.03 0.86 1.01 1.06 0.84 1.01 1.00 1。為位e 單δC 值：比注

圖5 巴特巴克布拉克鐵礦床斜長角閃巖（a）、變粒巖（b）、淺粒巖（c）、矽卡巖（d）、礦石（e）、石榴子石（f）、綠簾石（g）及英云閃長巖（h）稀土元素配分模式圖（球粒隕石數據取自Sun et al.,1989）Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns of amphibolite(a),leptynite(b),leucoleptite(c),skarn(d),ore(e),garnet(f),epidote(g)and tonalite(h)from the Batebakebulake iron deposit（chondrite content after Sun et al.,1989）

7件矽卡巖總稀土元素質量分數變化于15.34×10-6～347.04×10-6，變化范圍較大。LREE/HREE=0.22～3.94，(La/Yb)N=0.03～4.96，輕、重稀土元素間均發生了分異作用，(La/Sm)N=0.20～2.33，(Gd/Yb)N=0.20～2.17，表明輕、重稀土元素組內部也發生了分異作用，δEu=0.87～3.04，多數樣品具正銪異?；蛉踟撲B異常。δCe=0.94～1.00，樣品弱鈰異?；驘o鈰異常（圖5d）。

8件礦石樣品稀土元素總量介于3.55×10-6～34.79× 10-6。 LREE/HREE=0.26～1.96，(La/Yb)N=0.11～1.36，在稀土元素配分模式圖（圖5e）中具有十分相似的稀土元素配分模式，表現為重稀土元素相對富集，輕稀土元素相對虧損的左傾型。(La/Sm)N=0.50～3.82，(Gd/Yb)N=0.15～0.83，輕、重稀土元素組內部有明顯的分異作用。3件為正銪異常（δEu=1.12～1.24），5件具負銪異常（δEu=0.58～0.88），多數樣品具有弱負鈰異常（δCe=0.69～0.92，除 BTB13-11樣品δCe=1.03）。

6件石榴子石樣品的稀土元素總量變化于17.17× 10-6～80.33× 10-6。 LREE/HREE=0.11～0.66，(La/Yb)N=0.00～0.16，表明輕、重稀土元素之間發生了較明顯的分異作用，重稀土元素相對富集，稀土元素配分模式（圖5f），表現為重稀土元素相對富集，輕稀土元素相對虧損的左傾型。(La/Sm)N=0.03～0.39，(Gd/Yb)N=0.25～1.02，輕、重稀土元素組內部發生分異作用，δEu=0.51～1.06，δCe=0.66～1.09，大多數為弱負銪異常和弱負鈰異常。

2件綠簾石樣品稀土元素總量變化較大（147.26×10-6和868.74×10-6）。LREE/HREE為2.34和16.19，(La/Yb)N為2.34和42.13，表明輕、重稀土元素之間發生了較明顯的分異作用，輕稀土元素相對富集，稀土元素配分模式為重稀土元素相對虧損的右傾型（圖5g）。(La/Sm)N為0.20和3.81，(Gd/Yb)N為6.33和11.32，輕、重稀土元素組內部發生分異作用。δEu為0.86和1.79，δCe為0.92和0.95，弱負銪異常到正銪異常，微弱鈰負異常。

6件英云閃長巖樣品稀土元素總量變化于102.52×10-6～190.20×10-6之間，LREE/HREE=3.29～7.12，(La/Yb)N=2.46～7.24，(La/Sm)N=1.90～3.03，(Gd/Yb)N=1.03～1.68，δEu=0.11～0.35，δCe=0.61～0.95，表明輕、重稀土元素之間分異作用相對較弱，稀土元素配分模式為輕稀土元素相對富集的右傾型（圖5h），強負銪異常，弱負鈰異常（張志欣等，2011）。

4.2 硫同位素分析結果

10件樣品中黃鐵礦的δ34S值變化于1.4‰～4.8‰（表2），平均為3.57‰。

5 討 論

5.1 鐵礦形成與矽卡巖成因聯系

阿爾泰造山帶造山作用主要發生在晚古生代（Bibikova et al.,1992;莊育勛，1994;Jahn,1998;Wang et al.,2006），古生代地層均發生了綠片巖相到角閃巖相的變質作用（鄭常青等，2007）。一般認為在低于角閃巖相的變質作用過程中，稀土元素不會發生明顯的遷移（王中剛等，1989），因其分布的特殊性和地球化學穩定性，故可用于研究礦床的物質來源和成礦過程氧化還原化學環境的演變。

表2 巴特巴克布拉克鐵礦床硫同位素組成Table2 Sulfur isotopic data of the Batebakebulake iron deposit

巴特巴克布拉克鐵礦床石榴子石單礦物的稀土元素配分模式為重稀土元素相對富集的左傾型，綠簾石單礦物的稀土元素配分模式為輕稀土元素相對富集的右傾型，而矽卡巖的全巖稀土元素配分模式介于二者之間，主要原因是矽卡巖由石榴子石和綠簾石組成，其稀土元素特征具有石榴子石和綠簾石單礦物的綜合特征。多數矽卡巖表現為重稀土元素相對富集的左傾型，與石榴子石的配分模式相似，少數表現為輕稀土元素相對富集的右傾型，與綠簾石的配分模式相似。礦石稀土元素配分模式表現為重稀土元素相對富集的左傾型，與石榴子石和多數矽卡巖的配分模式相似，表明它們形成具有相關性。

Bau等（1995）通過對德國Tannenboden和Beihilfe礦床中螢石和方解石的稀土元素研究，認為同源脈石礦物的Y/Ho-La/Ho大體呈水平分布，因為二者的離子半徑非常接近，會表現出極為相似的地球化學行為，所以Y/Ho值應比較穩定。Bau等（1996）認為Y/Ho值在不同類型火成巖、硅酸鹽碎屑沉積巖及球粒隕石中沒有明顯的變化，球粒隕石中Y/Ho值為28（Anders et al.,1989），但其化學行為在水溶液體系中則會發生分異。巴特巴克布拉克鐵礦床的矽卡巖、礦石和矽卡巖礦物的Y/Ho值分布于26.2～33.2，接近球粒隕石中Y/Ho的值，表明矽卡巖和磁鐵礦的形成與巖漿活動有關。在(La/Yb)N-(La/Sm)N圖解（圖6）中，斜長角閃巖、變粒巖、淺粒巖、矽卡巖、礦石和英云閃長巖表現出正相關性，表明它們的稀土元素組成具有成因聯系，暗示矽卡巖和礦石的形成與圍巖和英云閃長巖有關。

一般認為接觸交代成因的矽卡巖稀土元素配分模式主要決定于巖漿巖（Michard,1986;Bau,1991;Boulvais et al.,2000;趙勁松等，2007）。礦區英云閃長巖稀土元素配分模式為輕稀土元素相對富集的右傾型，與賦礦圍巖的稀土元素配分模式表現一致，矽卡巖和礦石的配分模式多表現為重稀土元素相對富集的左傾型，與英云閃長巖稀土元素配分模式不同，表明矽卡巖和礦石的稀土元素配分模式并非完全承襲侵入巖，其稀土元素配分模式是綜合了圍巖和巖漿熱液稀土元素特征的結果。在Y/Ho-La/Ho圖解（圖7）中，地層、矽卡巖礦物、矽卡巖、礦石和英云閃長巖呈現水平分布，表明它們具有同源性，有明顯的成因聯系。

5.2 成礦物質來源

圖6 巴特巴克布拉克鐵礦床斜長角閃巖、變粒巖、淺粒巖、矽卡巖、礦石和英云閃長巖(La/Yb)N-(La/Sm)N圖解Fig.6 (La/Yb)N-(La/Sm)Ndiagram of amphibolites,leptynite,leucoleptite,skarns,ores and tonalite from the Batebakebulake iron deposit

圖7 巴特巴克布拉克鐵礦床巖石、礦石及礦物的Y/Ho-La/Ho圖Fig.7 Y/Ho-La/Ho diagram of rocks,ores and minerals from the Batebakebulake iron deposit

圖8 巴特巴克布拉克鐵礦床硫同位素直方圖Fig.8 Histogram of sulfur isotope composition of sulfides from the Batebakebulake iron deposit

10件樣品中黃鐵礦硫同位素δ34S變化于1.4‰～4.8‰（表2），平均為3.57‰，接近幔源硫（0±3‰，Hoefs，1997）。在硫同位素直方圖（圖8）中，大多數樣品的δ34S集中于3‰～5‰之間，表明硫分餾程度比較低，也反映出硫源單一。Ohmoto等(1979)認為在礦物組合簡單的情況下，礦物的δ34S平均值可代表熱液的總硫值。巴特巴克布拉克鐵礦的含硫礦物主要是黃鐵礦，因此，黃鐵礦δ34S的平均值3.57‰可代表成礦熱液δ34S的值。蒙庫鐵礦、烏吐布拉克鐵礦、巴利爾斯鐵礦和巴特巴克布拉克鐵礦的硫同位素分布如圖8，這些礦床的硫同位素均發生了較大程度的分餾，表現出玄武巖硫、花崗質巖漿硫和變質巖硫同位素特征，且比較靠近幔源硫范圍，因礦床均產于火山巖地層中，故硫不太可能來源于變質巖。巴特巴克布拉克鐵礦床產于火山巖地層中，硫同位素主要表現為玄武巖硫同位素特征，較接近幔源硫范圍，因此認為礦床中的硫主要來源于巖漿，成礦物質來源于基性火山巖。

5.3 成礦熱液地球化學環境

Eu屬于變價元素，有Eu2+、Eu3+兩種價態，通常以Eu3+存在。當Eu在還原條件下主要以Eu2+存在時，由于電荷數的減少和離子半徑的相對增大，使Eu表現出不同于其他三價稀土元素的地球化學行為，在地質地球化學作用過程中與其他稀土元素發生分離，形成Eu的正異?；蜇摦惓＃ǘ≌衽e等，2003）。

礦區斜長角閃巖、變粒巖、淺粒巖稀土元素配分模式相似，均表現為輕稀土元素相對富集的右傾型，與英云閃長巖表現一致，區別在于斜長角閃巖沒有強負銪異常，表明成礦熱液為高溫、還原環境，火山巖地層提供了部分銪元素，因為由比較基性的巖漿形成的巖石容易形成Eu正異常（趙勁松等，2007）。石榴子石、礦石和多數矽卡巖稀土元素配分模式表現為重稀土元素相對富集的左傾型，與圍巖不同，銪表現出弱負-正異常，說明在其形成時銪元素以Eu3+存在，相對于Eu2+更容易保存下來，熱液為弱還原-氧化環境，并且提供了部分銪元素。綠簾石的稀土元素配分模式為輕稀土元素相對富集的右傾型，與圍巖類似，可能是繼承了圍巖的稀土元素特征。

Ce同樣屬于變價元素，分別是Ce4+和Ce3+兩種價態。Ce4+的溶解度很小，易被氫氧化物吸附而脫離溶液體系，導致整個溶液體系虧損Ce，從而形成的礦物顯示Ce負異常（劉淑文等，2013）。研究區中，多數礦石和矽卡巖中鈰元素表現出微弱的負異常，鈰出現了微弱的相對虧損，說明其應形成于氧化環境，鈰以Ce4+賦存于成礦熱液中，與其他三價稀土元素發生分離，形成微弱負異常。

綜上所述，巴特巴克布拉克鐵礦床應為礦區周邊花崗質巖漿上侵，分異出巖漿熱液交代火山巖地層所形成早期矽卡巖，隨著矽卡巖的退化蝕變作用形成鐵礦。矽卡巖和礦石形成于弱還原-氧化環境。

6 結論

（1）斜長角閃巖、變粒巖、淺粒巖和英云閃長巖稀土元素配分模式相似，表現為輕稀土元素相對富集的右傾型，礦石、矽卡巖稀土元素配分模式與它們不同，表現為重稀土元素相對富集的左傾型，稀土元素地球化學特征表明它們之間有明顯的成因聯系。

（2）δ34S變化于1.4‰～4.8‰，結合稀土元素地球化學特征，表明巴特巴克布拉克鐵礦床的成礦物質來源于基性火山巖。

（3）巴特巴克布拉克鐵礦床為花崗質巖漿分異的巖漿熱液交代火山巖形成的矽卡巖型礦床，礦床形成于弱還原-氧化環境。

致 謝對審稿老師提出的寶貴修改建議，以及李強博士、任宇晨碩士、王雯碩士等在野外工作期間的幫助，在此一并致以衷心的感謝。