新疆阿尔泰巴特巴克布拉克铁矿床硫同位素和稀土元素地球化学特征及其意义*

2020-02-27杨俊杰张志欣杨富全柴凤梅

矿床地质 2020年1期

杨俊杰，张志欣，杨富全，柴凤梅

(1长安大学地球科学与资源学院，陕西西安 710054；2中国科学院新疆生态与地理研究所新疆矿产资源研究中心，新疆乌鲁木齐 830011；3中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037；4新疆大学新疆中亚造山带大陆动力学与成矿预测实验室，新疆乌鲁木齐 830046)

新疆阿尔泰南缘是中国重要的有色金属和稀有金属成矿带，同时也是新疆铁矿的重要产地。蒙库大型铁矿床是该成矿带中最大的矿床，其次有巴特巴克布拉克铁矿、乌吐布拉克铁矿、巴利尔斯铁矿等（图1）。前人对蒙库铁矿、乌吐布拉克铁矿和巴利尔斯铁矿开展过大量的研究工作，获得了丰富的成果（张建中等，1987；Wang et al.,2003；万博等，2006；徐林刚等，2007a；2007b；杨富全等，2008a，2011；Xu et al.,2010；张志欣等，2011a；2011b；2012；藏梅等，2013；张同良等，2013）。巴特巴克布拉克铁矿床为近年来新发现的矿床，2008年矿区累计查明磁铁矿资源储量2205.43万吨（张立武等，2010），后期开采过程中储量进一步增大，具有较大的经济价值。对该矿床的成矿流体（杨俊杰等，2015）和矽卡岩矿物学特征方面（杨俊杰等，2016）已进行过研究，但对于其成矿物质来源、矽卡岩与火山岩和英云闪长岩关系、成矿环境等科学问题仍然不清楚，研究尚处于空白，制约了成矿机制研究和矿床模型的构建，同时也会影响到矿床的进一步找矿勘查工作，因此本文选取巴特巴克布拉克铁矿床为研究对象。

稀土元素间具有类似的性质和地球化学行为，作为整体在水/岩作用、岩浆结晶分异等地质地球化学过程及其环境条件研究等方面显示出独特作用，因此，可利用稀土元素地球化学特征探讨成矿物质来源和成矿地球化学环境（Michard et al.,1983;Klinhammer et al.,1994;Mills et al.,1995;丁振举等，2003；杨富全等，2007；洪为等，2012；张智宇等，2012）。硫同位素组成作为成矿物质来源的重要依据，在矿床学研究中得到了广泛的应用（张志欣，2011；龙灵利等，2015）。本文在野外调查和室内研究基础上，将通过巴特巴克布拉克铁矿床中地层、矽卡岩、矿石和矽卡岩矿物的稀土元素地球化学特征和黄铁矿硫同位素组成，探讨成矿物质来源和成矿地球化学环境，以期为研究成矿作用和构建矿床模型提供依据。

1 成矿地质背景

巴特巴克布拉克铁矿床位于南阿尔泰麦兹火山沉积盆地（图1），所处的大地构造位置为西伯利亚板块南阿尔泰晚古生代活动陆缘（何国琦等，2004）。麦兹火山-沉积盆地出露地层主要有中-上志留统库鲁姆提群、上志留统—下泥盆统康布铁堡组和中-上泥盆统阿勒泰镇组。库鲁姆提群为一套中深变质浅海-滨海相碎屑沉积建造，主要由黑云母片麻岩、黑云石英片岩夹斜长角闪岩组成，原岩为砂岩，砂页岩和泥岩等（张建中等，1987）。与上覆康布铁堡组下亚组呈断层接触。康布铁堡组主要由中等变质海相火山熔岩、火山碎屑岩，夹陆源碎屑岩和碳酸盐岩组成，与上覆阿勒泰镇组呈整合接触，柴凤梅等（2012）测得麦兹盆地康布铁堡组上亚组变质流纹岩的LAICP-MS(Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)锆石 U-Pb年龄为410～400 Ma。阿勒泰镇组为一套中浅变质浅海相复理石建造，主要由变质含砾砂岩、变质钙质砂岩、变质凝灰质砂岩和大理岩组成。

区域内构造活动较强烈，以麦兹复式向斜和巴寨断裂为主。麦兹复式向斜呈舒缓波状延伸，轴迹线长50 km，核部为阿勒泰镇组，两翼为康布铁堡组，两翼幅宽10～15 km，轴面倾向北东，倾角65°～82°。次级褶皱主要有蒙克木背斜、铁热克萨依向斜、巴特巴克布拉克向斜、铁木下尔衮向斜等，巴特巴克布拉克铁矿床处于巴特巴克布拉克向斜内。巴寨断裂属逆断层，具有大型平移特征，全长200 km，走向为310°～320°，倾角为 70°～80°。次级断裂主要有沙尔布拉克、巴特巴克布拉克、可依洛甫3条断裂。

区内侵入岩分布于麦兹向斜两翼外侧，以中酸性岩为主，岩性为黑云母花岗岩、英云闪长岩及花岗斑岩等，如蒙库矿区英云闪长岩和黑云母花岗岩体（（400±6）Ma、（404±8）Ma，杨富全等，2008b；（378±7）Ma、（404±8）Ma，Xu et al.,2010）、琼库尔黑云母花岗岩体（（399±4）Ma，童英等，2007）、乌吐布拉克矿区英云闪长岩和黑云母英云闪长岩体（（385.6±2.3）Ma、（387.7±2.1）Ma，张志欣，2011），另见少量中基性岩脉分布于麦兹向斜内部，岩性为角闪石岩、辉长苏长岩及辉长辉绿岩等。

图1 阿尔泰造山带区域地质及铁矿分布略图（据杨富全等，2011修改）1—第四系沉积物；2—侏罗纪含煤层系；3—石炭纪火山-沉积岩；4—泥盆纪（变质）火山-沉积岩；5—中-晚志留世变沉积岩夹火山岩；6—中-晚奥陶世变火山-沉积岩；7—中寒武世—早奥陶世变沉积岩；8—震旦纪—寒武纪变沉积岩、变火山岩；9—三叠纪—侏罗纪花岗岩；10—泥盆纪—二叠纪花岗岩；11—奥陶纪—志留纪花岗岩；12—断裂、推测断裂；13—国界线；14—地名；15—铅锌矿；16—大∕中∕小型铁矿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 矿床地质特征

2.1 矿区地层及侵入岩

矿区出露地层为中等变质康布铁堡组下亚组（图2），可分为2个岩性段：第一岩性段为黑云斜长变粒岩、浅粒岩夹磁铁变粒岩；第二岩性段进一步分为2层，第一层岩性为角闪斜长变粒岩、透闪变粒岩和浅粒岩，第二层岩性为斜长角闪岩、角闪斜长变粒岩和浅粒岩，为主要赋矿层位，推测矿区出露的康布铁堡组原岩为基性火山岩，可能为玄武岩。侵入岩为花岗岩类，分布于矿区的南部和北部，为乌吐布拉克矿区南侧岩体的南东向延伸部分（图1），岩性为英云闪长岩，花岗结构，似片麻状构造，锆石LA-ICPMS U-Pb谐和年龄为（385.6±2.3）Ma，为中泥盆世早期岩浆侵入体（张志欣等，2011）。

2.2 矿体及矿石特征

矿区内矿化带呈NW—SE向带状展布，分布范围长2300 m，宽100～240 m，已圈定12个铁矿体。赋矿围岩为石榴子石矽卡岩、变粒岩和浅粒岩。矿体总体顺层分布，但形态复杂，多呈似层状、透镜状及不规则状产出（图2），见有膨大收缩、分支复合、尖灭等现象。矿体TFe平均品位为26.7%～50.4%，多数在30.9%～38.4%（张立武等，2010）。

矿石构造主要为块状、浸染状，其次为条带状、脉状构造。矿石结构主要为他形粒状变晶结构、不等粒结构和交代结构。矿石中主要金属矿物为磁铁矿，其次为黄铁矿，偶见黄铜矿。非金属矿物主要为石榴子石、透辉石、绿帘石，其次为石英、方解石、角闪石、绿泥石、阳起石等（图3a～o）。

2.3 围岩蚀变及成矿期次划分

矿区围岩蚀变发育，主要为矽卡岩化（石榴子石化、透辉石化、绿帘石化等），次为碳酸盐化、硅化，其中矽卡岩化与铁矿关系密切。矽卡岩常呈透镜状、似层状产于矿体内部及旁侧，近矿围岩蚀变较强，且愈近矿体蚀变愈强，远离矿体蚀变渐弱。空间上，从地层→矽卡岩→矿体，三者呈渐变过渡关系，磁铁矿在含量上表现出从无到含量逐渐增加的特点（图4）。

根据野外及室内镜下观察到的矿物组合与穿插关系，将矿床的成矿过程划分为矽卡岩期、区域变质期和表生氧化期。其中，矽卡岩期进一步划分为3个阶段：早期矽卡岩阶段，主要形成石榴子石和透辉石；退化蚀变阶段，铁的主要成矿阶段，镜下见磁铁矿交代石榴子石和透辉石（图3k），另外还有角闪石、绿帘石、绿泥石、阳起石等矿物形成（图3j，l）；石英硫化物阶段，主要形成黄铁矿（图3m、n）、黄铜矿（少量）、石英、方解石等。区域变质期，含矿火山岩系受区域变质作用影响，矿体、矽卡岩和围岩整体发生变形，围岩原有的层理因变质作用而被强烈改造，变质条带围绕含矿矽卡岩分布，形成少量石英和方解石脉。表生氧化期，早期形成的矿物在地表或近地表发生氧化作用，形成氧化物，如褐铁矿和孔雀石。

3 样品及分析方法

图2 巴特巴克布拉克铁矿区地质图（据张立武等，2010修改）1—第一岩性段；2—第二岩性段第一层；3—第二岩性段第二层；4—英云闪长岩；5—铁矿体及编号；6—剖面位置及编号；7—产状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

图3 巴特巴克布拉克铁矿床围岩、矿石及矽卡岩特征a.斜长角闪变粒岩；b.绿帘石化斜长角闪变粒岩；c.变粒岩与矽卡岩接触带；d.石榴子石矽卡岩；e.含石榴子石黄铁矿磁铁矿矿石；f.含磁铁矿矽卡岩；g.含石榴子石磁铁矿绿帘石矽卡岩；h.地层；i.斜长角闪岩与变粒岩接触带；j.石榴子石矽卡岩；k.磁铁矿交代石榴子石和透辉石；l～n.绿帘石矽卡岩；o.磁铁矿中的赤铁矿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

图4 巴特巴克布拉克铁矿典型剖面图(据杨俊杰等,2016修改)1—浅粒岩；2—含磁铁矿石榴子石矽卡岩；3—含磁铁矿透辉石矽卡岩；4—透镜状磁铁矿矿体；5—透镜状石榴子石矽卡岩；6—含绿帘石石榴子石磁铁矿矿石；7—细粒磁铁矿矿体；8—石榴子石绿帘石矽卡岩；9—含磁铁矿绿帘石矽卡岩；10—角闪斜长变粒岩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

本次共计采集31件样品进行稀土元素分析，主要采自1～3号矿体及其周边围岩。矽卡岩、矽卡岩矿物和矿石来自早期矽卡岩阶段和退化蚀变阶段。根据薄片鉴定结果选取新鲜且具代表性的样品进行稀土元素地球化学分析。其中，3件斜长角闪岩（1件为绿帘石化斜长角闪岩）、2件变粒岩（1件斜长角闪变粒岩，1件条带状变粒岩）、3件浅粒岩、7件矽卡岩（石榴子石绿帘石矽卡岩、含磁铁矿绿帘石石榴子石矽卡岩、含石榴子石绿帘石矽卡岩、含稀疏浸染状磁铁矿石榴子石矽卡岩、石榴子石矽卡岩、含稀疏浸染状磁铁矿石榴子石矽卡岩、含稀疏浸染状磁铁矿绿帘石矽卡岩）、8件矿石（稠密浸染状石榴子石磁铁矿矿石、稠密浸染状透辉石磁铁矿矿石、稠密浸染状透辉石磁铁矿矿石、块状磁铁矿矿石、稠密浸染状石榴子石透辉石磁铁矿矿石、块状磁铁矿矿石（含少量透辉石）、块状磁铁矿矿石、稠密浸染状石榴子石磁铁矿矿石），从矽卡岩中挑选出6件石榴子石和2件绿帘石样品。

石榴子石和绿帘石单矿物样品由河北省区域地质矿产调查研究所实验室清洗、粉碎、双目镜下人工挑选，纯度达99%以上。单矿物样品在玛瑙研钵中研至200目以下。将待测全岩样品清洗、粉碎、缩分。稀土元素分析在国家地质实验测试中心测定，选用等离子质谱法（ICP-MS），误差小于5%。全岩分析仪器为等离子质谱（X-series），单矿物分析仪器为等离子质谱仪（PE300D），执行标准DZ/T0223-2001。

硫同位素样品采自Fe1、Fe2矿体的矽卡岩及矿石，黄铁矿半自形-他形，呈浸染状分布，形成于石英硫化物阶段。将其研磨、碾碎、筛选，在双目镜下挑选纯度达99%以上的黄铁矿单矿物颗粒。测试工作由核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成，所用仪器型号为Delta v plus，检测方法及依据参照DZ/T 0184.14-1997《硫化物中硫同位素组成的测定》。

4 结果

4.1 稀土元素分析结果

31件矿物、岩石和矿石的稀土元素分析结果见表1，REE球粒陨石标准选用Sun等（1989）的数据，铕异常和铈异常分别采用δEu=EuN/[(SmN+GdN)×0.5]，δCe=CeN/[(LaN+PrN)×0.5]计算，稀土元素地球化学特征如下：

3件斜长角闪岩样品的总稀土元素变化于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，表明轻、重稀土元素之间发生了较明显的分异作用，轻稀土元素相对富集。(La/Sm)N=1.34～2.02，(Gd/Yb)N=1.53～1.78，显示轻、重稀土元素组内部均发生分异作用。δEu=0.91～1.01，δCe=1.01～1.06，基本无铕、铈异常。稀土元素配分模式（图5a）为轻稀土元素富集，重稀土元素相对亏损的右倾型，具有左陡右缓，无明显铕、铈异常的特征。

1件斜长角闪变粒岩和1件条带状变粒岩总稀土元素变化于117.86×10-6～177.25×10-6。稀土元素配分模式（图5b）显示为轻稀土元素相对富集的右倾型，（LREE/HREE=5.59～5.91，(La/Yb)N=3.19～3.89），左陡倾(La/Sm)N=2.65～3.11，右平缓(Gd/Yb)N=0.66～1.03，具铕负异常δEu=0.43～0.50，微弱铈正异常δCe=1.06～1.17。

3件浅粒岩样品的总稀土元素含量变化较大（120.59×10-6～204.71×10-6）。LREE/HREE=4.80～5.16，(La/Yb)N=3.33～5.37，表明轻、重稀土元素间发生了分异作用，轻稀土元素相对富集。(La/Sm)N=2.16～2.86，(Gd/Yb)N=1.14～1.54，显示轻稀土元素组内部的分异作用相对于重稀土元素组更强。δEu=0.30～0.35，δCe=0.84～1.01，具强铕负异常，微弱铈异常，稀土元素配分曲线成V字形（图5c）。

岩卡矽石-52子btbk12榴石石帘绿矿铁磁含岩卡矽石帘sit 12-50 btbk 绿石子榴结iron depo果石析ke 岩分la 粒变分12-48闪角土Bateba 成kebu btbk素长斜元石from 9-1稀-6石子榴、矿石d ores Btbk12石0-6、岩an -68石子w(B)/1物榴矿Btbk12石床矿石铁-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帘绿Btbk12-35石子榴石-33 Btbk12石子榴石Btbk12-06石帘绿分组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。为位e 单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岩）卡矿矽铁石磁子含榴不石（矿铁岩磁卡状矽染石浸子疏榴稀石含岩粒变状带条岩闪角长斜岩粒浅岩w(B)/10-6闪角长斜的化石帘绿岩闪角长斜岩粒浅岩粒浅岩卡矽石帘绿石子榴石含分组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。为位e 单δC 值：比注

图5 巴特巴克布拉克铁矿床斜长角闪岩（a）、变粒岩（b）、浅粒岩（c）、矽卡岩（d）、矿石（e）、石榴子石（f）、绿帘石（g）及英云闪长岩（h）稀土元素配分模式图（球粒陨石数据取自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件矽卡岩总稀土元素质量分数变化于15.34×10-6～347.04×10-6，变化范围较大。LREE/HREE=0.22～3.94，(La/Yb)N=0.03～4.96，轻、重稀土元素间均发生了分异作用，(La/Sm)N=0.20～2.33，(Gd/Yb)N=0.20～2.17，表明轻、重稀土元素组内部也发生了分异作用，δEu=0.87～3.04，多数样品具正铕异常或弱负铕异常。δCe=0.94～1.00，样品弱铈异常或无铈异常（图5d）。

8件矿石样品稀土元素总量介于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图（图5e）中具有十分相似的稀土元素配分模式，表现为重稀土元素相对富集，轻稀土元素相对亏损的左倾型。(La/Sm)N=0.50～3.82，(Gd/Yb)N=0.15～0.83，轻、重稀土元素组内部有明显的分异作用。3件为正铕异常（δEu=1.12～1.24），5件具负铕异常（δEu=0.58～0.88），多数样品具有弱负铈异常（δCe=0.69～0.92，除 BTB13-11样品δCe=1.03）。

6件石榴子石样品的稀土元素总量变化于17.17× 10-6～80.33× 10-6。 LREE/HREE=0.11～0.66，(La/Yb)N=0.00～0.16，表明轻、重稀土元素之间发生了较明显的分异作用，重稀土元素相对富集，稀土元素配分模式（图5f），表现为重稀土元素相对富集，轻稀土元素相对亏损的左倾型。(La/Sm)N=0.03～0.39，(Gd/Yb)N=0.25～1.02，轻、重稀土元素组内部发生分异作用，δEu=0.51～1.06，δCe=0.66～1.09，大多数为弱负铕异常和弱负铈异常。

2件绿帘石样品稀土元素总量变化较大（147.26×10-6和868.74×10-6）。LREE/HREE为2.34和16.19，(La/Yb)N为2.34和42.13，表明轻、重稀土元素之间发生了较明显的分异作用，轻稀土元素相对富集，稀土元素配分模式为重稀土元素相对亏损的右倾型（图5g）。(La/Sm)N为0.20和3.81，(Gd/Yb)N为6.33和11.32，轻、重稀土元素组内部发生分异作用。δEu为0.86和1.79，δCe为0.92和0.95，弱负铕异常到正铕异常，微弱铈负异常。

6件英云闪长岩样品稀土元素总量变化于102.52×10-6～190.20×10-6之间，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，表明轻、重稀土元素之间分异作用相对较弱，稀土元素配分模式为轻稀土元素相对富集的右倾型（图5h），强负铕异常，弱负铈异常（张志欣等，2011）。

4.2 硫同位素分析结果

10件样品中黄铁矿的δ34S值变化于1.4‰～4.8‰（表2），平均为3.57‰。

5 讨论

5.1 铁矿形成与矽卡岩成因联系

阿尔泰造山带造山作用主要发生在晚古生代（Bibikova et al.,1992;庄育勋，1994;Jahn,1998;Wang et al.,2006），古生代地层均发生了绿片岩相到角闪岩相的变质作用（郑常青等，2007）。一般认为在低于角闪岩相的变质作用过程中，稀土元素不会发生明显的迁移（王中刚等，1989），因其分布的特殊性和地球化学稳定性，故可用于研究矿床的物质来源和成矿过程氧化还原化学环境的演变。

表2 巴特巴克布拉克铁矿床硫同位素组成Table2 Sulfur isotopic data of the Batebakebulake iron deposit

巴特巴克布拉克铁矿床石榴子石单矿物的稀土元素配分模式为重稀土元素相对富集的左倾型，绿帘石单矿物的稀土元素配分模式为轻稀土元素相对富集的右倾型，而矽卡岩的全岩稀土元素配分模式介于二者之间，主要原因是矽卡岩由石榴子石和绿帘石组成，其稀土元素特征具有石榴子石和绿帘石单矿物的综合特征。多数矽卡岩表现为重稀土元素相对富集的左倾型，与石榴子石的配分模式相似，少数表现为轻稀土元素相对富集的右倾型，与绿帘石的配分模式相似。矿石稀土元素配分模式表现为重稀土元素相对富集的左倾型，与石榴子石和多数矽卡岩的配分模式相似，表明它们形成具有相关性。

Bau等（1995）通过对德国Tannenboden和Beihilfe矿床中萤石和方解石的稀土元素研究，认为同源脉石矿物的Y/Ho-La/Ho大体呈水平分布，因为二者的离子半径非常接近，会表现出极为相似的地球化学行为，所以Y/Ho值应比较稳定。Bau等（1996）认为Y/Ho值在不同类型火成岩、硅酸盐碎屑沉积岩及球粒陨石中没有明显的变化，球粒陨石中Y/Ho值为28（Anders et al.,1989），但其化学行为在水溶液体系中则会发生分异。巴特巴克布拉克铁矿床的矽卡岩、矿石和矽卡岩矿物的Y/Ho值分布于26.2～33.2，接近球粒陨石中Y/Ho的值，表明矽卡岩和磁铁矿的形成与岩浆活动有关。在(La/Yb)N-(La/Sm)N图解（图6）中，斜长角闪岩、变粒岩、浅粒岩、矽卡岩、矿石和英云闪长岩表现出正相关性，表明它们的稀土元素组成具有成因联系，暗示矽卡岩和矿石的形成与围岩和英云闪长岩有关。

一般认为接触交代成因的矽卡岩稀土元素配分模式主要决定于岩浆岩（Michard,1986;Bau,1991;Boulvais et al.,2000;赵劲松等，2007）。矿区英云闪长岩稀土元素配分模式为轻稀土元素相对富集的右倾型，与赋矿围岩的稀土元素配分模式表现一致，矽卡岩和矿石的配分模式多表现为重稀土元素相对富集的左倾型，与英云闪长岩稀土元素配分模式不同，表明矽卡岩和矿石的稀土元素配分模式并非完全承袭侵入岩，其稀土元素配分模式是综合了围岩和岩浆热液稀土元素特征的结果。在Y/Ho-La/Ho图解（图7）中，地层、矽卡岩矿物、矽卡岩、矿石和英云闪长岩呈现水平分布，表明它们具有同源性，有明显的成因联系。

5.2 成矿物质来源

图6 巴特巴克布拉克铁矿床斜长角闪岩、变粒岩、浅粒岩、矽卡岩、矿石和英云闪长岩(La/Yb)N-(La/Sm)N图解Fig.6 (La/Yb)N-(La/Sm)Ndiagram of amphibolites,leptynite,leucoleptite,skarns,ores and tonalite from the Batebakebulake iron deposit

图7 巴特巴克布拉克铁矿床岩石、矿石及矿物的Y/Ho-La/Ho图Fig.7 Y/Ho-La/Ho diagram of rocks,ores and minerals from the Batebakebulake iron deposit

图8 巴特巴克布拉克铁矿床硫同位素直方图Fig.8 Histogram of sulfur isotope composition of sulfides from the Batebakebulake iron deposit

10件样品中黄铁矿硫同位素δ34S变化于1.4‰～4.8‰（表2），平均为3.57‰，接近幔源硫（0±3‰，Hoefs，1997）。在硫同位素直方图（图8）中，大多数样品的δ34S集中于3‰～5‰之间，表明硫分馏程度比较低，也反映出硫源单一。Ohmoto等(1979)认为在矿物组合简单的情况下，矿物的δ34S平均值可代表热液的总硫值。巴特巴克布拉克铁矿的含硫矿物主要是黄铁矿，因此，黄铁矿δ34S的平均值3.57‰可代表成矿热液δ34S的值。蒙库铁矿、乌吐布拉克铁矿、巴利尔斯铁矿和巴特巴克布拉克铁矿的硫同位素分布如图8，这些矿床的硫同位素均发生了较大程度的分馏，表现出玄武岩硫、花岗质岩浆硫和变质岩硫同位素特征，且比较靠近幔源硫范围，因矿床均产于火山岩地层中，故硫不太可能来源于变质岩。巴特巴克布拉克铁矿床产于火山岩地层中，硫同位素主要表现为玄武岩硫同位素特征，较接近幔源硫范围，因此认为矿床中的硫主要来源于岩浆，成矿物质来源于基性火山岩。

5.3 成矿热液地球化学环境

Eu属于变价元素，有Eu2+、Eu3+两种价态，通常以Eu3+存在。当Eu在还原条件下主要以Eu2+存在时，由于电荷数的减少和离子半径的相对增大，使Eu表现出不同于其他三价稀土元素的地球化学行为，在地质地球化学作用过程中与其他稀土元素发生分离，形成Eu的正异常或负异常（丁振举等，2003）。

矿区斜长角闪岩、变粒岩、浅粒岩稀土元素配分模式相似，均表现为轻稀土元素相对富集的右倾型，与英云闪长岩表现一致，区别在于斜长角闪岩没有强负铕异常，表明成矿热液为高温、还原环境，火山岩地层提供了部分铕元素，因为由比较基性的岩浆形成的岩石容易形成Eu正异常（赵劲松等，2007）。石榴子石、矿石和多数矽卡岩稀土元素配分模式表现为重稀土元素相对富集的左倾型，与围岩不同，铕表现出弱负-正异常，说明在其形成时铕元素以Eu3+存在，相对于Eu2+更容易保存下来，热液为弱还原-氧化环境，并且提供了部分铕元素。绿帘石的稀土元素配分模式为轻稀土元素相对富集的右倾型，与围岩类似，可能是继承了围岩的稀土元素特征。

Ce同样属于变价元素，分别是Ce4+和Ce3+两种价态。Ce4+的溶解度很小，易被氢氧化物吸附而脱离溶液体系，导致整个溶液体系亏损Ce，从而形成的矿物显示Ce负异常（刘淑文等，2013）。研究区中，多数矿石和矽卡岩中铈元素表现出微弱的负异常，铈出现了微弱的相对亏损，说明其应形成于氧化环境，铈以Ce4+赋存于成矿热液中，与其他三价稀土元素发生分离，形成微弱负异常。

综上所述，巴特巴克布拉克铁矿床应为矿区周边花岗质岩浆上侵，分异出岩浆热液交代火山岩地层所形成早期矽卡岩，随着矽卡岩的退化蚀变作用形成铁矿。矽卡岩和矿石形成于弱还原-氧化环境。