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(xué)特征及其意義*

楊俊杰，張志欣，楊富全，柴鳳梅

(1長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西西安 710054；2中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所新疆礦產(chǎn)資源研究中心，新疆烏魯木齊 830011；3中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)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(xué)新疆中亞造山帶大陸動力學(xué)與成礦預(yù)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(chǎn)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(fā)現(xiàn)的礦床，2008年礦區(qū)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(jīng)濟價值。對該礦床的成礦流體（楊俊杰等，2015）和矽卡巖礦物學(xué)特征方面（楊俊杰等，2016）已進行過研究，但對于其成礦物質(zhì)來源、矽卡巖與火山巖和英云閃長巖關(guān)系、成礦環(huán)境等科學(xué)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(gòu)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(zhì)和地球化學(xué)行為，作為整體在水/巖作用、巖漿結(jié)晶分異等地質(zhì)地球化學(xué)過程及其環(huán)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(xué)特征探討成礦物質(zhì)來源和成礦地球化學(xué)環(huán)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(zhì)來源的重要依據(jù)，在礦床學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用（張志欣，2011；龍靈利等，2015）。本文在野外調(diào)查和室內(nèi)研究基礎(chǔ)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(xué)特征和黃鐵礦硫同位素組成，探討成礦物質(zhì)來源和成礦地球化學(xué)環(huán)境，以期為研究成礦作用和構(gòu)建礦床模型提供依據(jù)。

1 成礦地質(zhì)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(gòu)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(tǒng)庫魯姆提群、上志留統(tǒng)—下泥盆統(tǒng)康布鐵堡組和中-上泥盆統(tǒng)阿勒泰鎮(zhèn)組。庫魯姆提群為一套中深變質(zhì)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(zhì)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(zhèn)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(zhì)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(zhèn)組為一套中淺變質(zhì)淺海相復(fù)理石建造，主要由變質(zhì)含礫砂巖、變質(zhì)鈣質(zhì)砂巖、變質(zhì)凝灰質(zhì)砂巖和大理巖組成。

區(qū)域內(nèi)構(gòu)造活動較強烈，以麥茲復(fù)式向斜和巴寨斷裂為主。麥茲復(fù)式向斜呈舒緩波狀延伸，軸跡線長50 km，核部為阿勒泰鎮(zhèn)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(nèi)。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(qū)內(nèi)侵入巖分布于麥茲向斜兩翼外側(cè)，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(qū)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(qū)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(nèi)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(qū)域地質(zhì)及鐵礦分布略圖（據(jù)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(zhì)）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(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地層及侵入巖

礦區(qū)出露地層為中等變質(zhì)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(qū)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(qū)的南部和北部，為烏吐布拉克礦區(qū)南側(cè)巖體的南東向延伸部分（圖1），巖性為英云閃長巖，花崗結(jié)構(gòu)，似片麻狀構(gòu)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(qū)內(nèi)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(tài)復(fù)雜，多呈似層狀、透鏡狀及不規(guī)則狀產(chǎn)出（圖2），見有膨大收縮、分支復(fù)合、尖滅等現(xiàn)象。礦體TFe平均品位為26.7%～50.4%，多數(shù)在30.9%～38.4%（張立武等，2010）。

礦石構(gòu)造主要為塊狀、浸染狀，其次為條帶狀、脈狀構(gòu)造。礦石結(jié)構(gòu)主要為他形粒狀變晶結(jié)構(gòu)、不等粒結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu)。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(qū)圍巖蝕變發(fā)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(guān)系密切。矽卡巖常呈透鏡狀、似層狀產(chǎn)于礦體內(nèi)部及旁側(cè)，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(guān)系，磁鐵礦在含量上表現(xiàn)出從無到含量逐漸增加的特點（圖4）。

根據(jù)野外及室內(nèi)鏡下觀察到的礦物組合與穿插關(guān)系，將礦床的成礦過程劃分為矽卡巖期、區(qū)域變質(zhì)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(qū)域變質(zhì)期，含礦火山巖系受區(qū)域變質(zhì)作用影響，礦體、矽卡巖和圍巖整體發(fā)生變形，圍巖原有的層理因變質(zhì)作用而被強烈改造，變質(zhì)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(fā)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(qū)地質(zhì)圖（據(jù)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(chǎn)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(jù)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(jù)薄片鑒定結(jié)果選取新鮮且具代表性的樣品進行稀土元素地球化學(xué)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(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)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(zhì)實驗測試中心測定，選用等離子質(zhì)譜法（ICP-MS），誤差小于5%。全巖分析儀器為等離子質(zhì)譜（X-series），單礦物分析儀器為等離子質(zhì)譜儀（PE300D），執(zhí)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(yè)北京地質(zhì)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(jù)參照DZ/T 0184.14-1997《硫化物中硫同位素組成的測定》。

4 結(jié) 果

4.1 稀土元素分析結(jié)果

31件礦物、巖石和礦石的稀土元素分析結(jié)果見表1，REE球粒隕石標準選用Sun等（1989）的數(shù)據(jù)，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(xué)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(fā)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(nèi)部均發(fā)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(fā)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(nèi)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(jié)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(shù)據(jù)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(zhì)量分數(shù)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(fā)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(nèi)部也發(fā)生了分異作用，δEu=0.87～3.04，多數(shù)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(xiàn)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(nèi)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(shù)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(fā)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(xiàn)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(nèi)部發(fā)生分異作用，δEu=0.51～1.06，δCe=0.66～1.09，大多數(shù)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(fā)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(nèi)部發(fā)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(jié)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(lián)系

阿爾泰造山帶造山作用主要發(fā)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(fā)生了綠片巖相到角閃巖相的變質(zhì)作用（鄭常青等，2007）。一般認為在低于角閃巖相的變質(zhì)作用過程中，稀土元素不會發(fā)生明顯的遷移（王中剛等，1989），因其分布的特殊性和地球化學(xué)穩(wěn)定性，故可用于研究礦床的物質(zhì)來源和成礦過程氧化還原化學(xué)環(huán)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(shù)矽卡巖表現(xiàn)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(shù)表現(xiàn)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(xiàn)為重稀土元素相對富集的左傾型，與石榴子石和多數(shù)矽卡巖的配分模式相似，表明它們形成具有相關(guān)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(xiàn)出極為相似的地球化學(xué)行為，所以Y/Ho值應(yīng)比較穩(wěn)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(xué)行為在水溶液體系中則會發(fā)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(guān)。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(xiàn)出正相關(guān)性，表明它們的稀土元素組成具有成因聯(lián)系，暗示矽卡巖和礦石的形成與圍巖和英云閃長巖有關(guān)。

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(qū)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(xiàn)一致，矽卡巖和礦石的配分模式多表現(xiàn)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(jié)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(xiàn)水平分布，表明它們具有同源性，有明顯的成因聯(lián)系。

5.2 成礦物質(zhì)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(shù)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(fā)生了較大程度的分餾，表現(xiàn)出玄武巖硫、花崗質(zhì)巖漿硫和變質(zhì)巖硫同位素特征，且比較靠近幔源硫范圍，因礦床均產(chǎn)于火山巖地層中，故硫不太可能來源于變質(zhì)巖。巴特巴克布拉克鐵礦床產(chǎn)于火山巖地層中，硫同位素主要表現(xiàn)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(zhì)來源于基性火山巖。

5.3 成礦熱液地球化學(xué)環(huán)境

Eu屬于變價元素，有Eu2+、Eu3+兩種價態(tài)，通常以Eu3+存在。當(dāng)Eu在還原條件下主要以Eu2+存在時，由于電荷數(shù)的減少和離子半徑的相對增大，使Eu表現(xiàn)出不同于其他三價稀土元素的地球化學(xué)行為，在地質(zhì)地球化學(xué)作用過程中與其他稀土元素發(fā)生分離，形成Eu的正異常或負異常（丁振舉等，2003）。

礦區(qū)斜長角閃巖、變粒巖、淺粒巖稀土元素配分模式相似，均表現(xiàn)為輕稀土元素相對富集的右傾型，與英云閃長巖表現(xiàn)一致，區(qū)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(huán)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(shù)矽卡巖稀土元素配分模式表現(xiàn)為重稀土元素相對富集的左傾型，與圍巖不同，銪表現(xiàn)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(huán)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(tài)。Ce4+的溶解度很小，易被氫氧化物吸附而脫離溶液體系，導(dǎo)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(qū)中，多數(shù)礦石和矽卡巖中鈰元素表現(xiàn)出微弱的負異常，鈰出現(xiàn)了微弱的相對虧損，說明其應(yīng)形成于氧化環(huán)境，鈰以Ce4+賦存于成礦熱液中，與其他三價稀土元素發(fā)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(yīng)為礦區(qū)周邊花崗質(zhì)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(huán)境。

6 結(jié)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(xiàn)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(xiàn)為重稀土元素相對富集的左傾型，稀土元素地球化學(xué)特征表明它們之間有明顯的成因聯(lián)系。

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

（3）巴特巴克布拉克鐵礦床為花崗質(zhì)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(huán)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。