Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Акцессорные рудные минералы в магматических породах и железо-марганцевых образованиях Японского моря

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Акцессорные рудные минералы в магматических породах и железо-марганцевых образованиях Японского моря"

005532222

На правах рукописи

т

Колесник Ольга Николаевна

АКЦЕССОРНЫЕ РУДНЫЕ МИНЕРАЛЫ В МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОДАХ И ЖЕЛЕЗО-МАРГАНЦЕВЫХ ОБРАЗОВАНИЯХ ЯПОНСКОГО МОРЯ

Специальность 25.00.28 - океанология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

2 2 АВГ 2013

Владивосток 2013

005532222

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОЙ ДВО РАН), г. Владивосток

Научный руководитель: Астахова Надежда Валерьевна,

кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории морского рудообразования ТОЙ ДВО РАН, г. Владивосток

Официальные оппоненты: Тарарин Игорь Александрович,

доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физико-химической петрологии Федерального государственного бюджетного учреждения науки Дальневосточный геологический институт Дальневосточного отделения Российской академии наук (ДВГИ ДВО РАН), г. Владивосток

Можеровскмн Анатолий Викторович,

кандидат геолого-минералогических наук, заведующий сектором физико-химического анализа ТОЙ ДВО РАН, г. Владивосток

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ), г. Владивосток

Защита состоится «25» октября 2013 года в 15.00 часов на заседай диссертационного совета Д005.017.02 при ТОЙ ДВО РАН по адресу: 690041, Владивосток, ул. Балтийская, д. 43

Факс: (423) 23-12-573; e-mail: zeval985.2008@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ТОЙ ДВО РАН

Отзывы присылать в двух экземплярах с заверенной подписью по адресу: 69004 г. Владивосток, ул. Балтийская, д. 43 - ТОЙ ДВО РАН, приемная

Автореферат разослан «25» сентября 2013 года -

Ученый секретарь диссертационного совета . rj

Д 005.017.02 кандидат географических наук Ф.Ф. Храпченко

Введение

Актуальность. Железо-марганцевые образования (ЖМО) - один из основных видов полезных- ископаемых Мирового океана - имеют широкое распространение и, кроме Ре и Мп, содержат в том или ином количестве цветные и благородные металлы. Вопрос об источниках поставки в ЖМО этих металлов является дискуссионным. Основными гипотезами являются гидрогенная (сорбция металлов гидроксидами Ие и Мп из морской воды) и гидротермальная (поставка рудного материала газогидротермальными растворами). В ходе электронно-зондового микроанализа железо-марганцевых корок (ЖМК) подводных возвышенностей Японского моря были обнаружены многочисленные зерна цветных (Си, Тп, РЬ, Бп, БЬ, V/, Сг, Мо, Аб) и благородных Рс1, Р1, Аи, ЯЪ) металлов в самородной, интерметалльной, оксидной, сульфидной, сульфатной форме (Астахова, 2008). В качестве наиболее вероятного источника металлов при этом были рассмотрены газогидротермальные флюиды. Если предположение верно, то действие, флюидов должно быть зафиксировано в виде аналогичных минеральных фаз не только в ЖМК, но и во всех магматических породах, которые слагают в Японском море, подводные возвышенности с развитой железо-марганцевой минерализацией. Цель работы - выявить акцессорную рудную минерализацию в магматических породах подводных возвышенностей Японского моря и, сопоставив ее с таковой в ЖМО этих же возвышенностей, установить особенности и источники акцессорной рудной минерализации в ЖМО подводных возвышенностей Японского моря. Задачи: 1) отобрать образцы магматических пород со следами вторичных изменений и изготовить из них аншлифы; 2) провести электронно-микрозондовый анализ магматических пород; 3) выявить парагенетические ассоциации, особенности морфологии и локализации акцессорных рудных минералов в магматических породах; 4) сопоставить данные по акцессорной рудной минерализации магматических пород и ЖМО; 5) выявить наиболее вероятные источники поставки цветных и благородных металлов в магматические породы и ЖМО. Фактический материал. Методика работ. Материалом для исследований послужили образцы магматических пород из коллекции отдела геологии и геофизики ТОЙ ДВО РАН. Образцы отобраны в 7080-е гг. прошлого века в рейсах НИС «Первенец» с трех подводных возвышенностей (Галагана, Беляевского, Медведева) и наложенной вулканической постройки на северо-восточном окончании хребта Южное Ямато в Японском море. Весь фактический материал просмотрен под бинокуляром. Особенности акцессорной рудной минерализации магматических пород выявлены в ходе электронно-микрозондового изучения аншлифов. В итоге получено более 700 анализов химического состава зерен цветных и благородных металлов, породообразующих и вторичных низкотемпературных минералов. Научная новизна. Впервые в магматических породах подводных возвышенностей Японского моря обнаружены и изучены включения зерен цветных и благородных металлов, прослежены особенности акцессорного рудного минералообразования по разрезу магматические породы - ЖМО. Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при разработке методических

рекомендаций по поиску в Японском море участков с разв^ полиметаллической минерализацией. Личный вклад автора. Автором провед электронно-микрозондовое изучение акцессорной минерализации магматичес пород подводных возвышенностей Японского моря (более 700 анализов) выполнено сопоставление парагенетических ассоциаций акцессорных рудн минералов в магматических породах и ЖМО (с учетом ЖМО, около 1 анализов). Защищаемые положения. /. Магматические породы и Ж подводных возвышенностей Японского моря содержат наложенные минеральн фазы, которые по комплексу цветных (Си, Zn, Sn, Ni, Pb, Mo, As, W, Ti, Cr благородных (Ag, Pd, Pt) металлов классифицированы как окси интерметаллоиды, самородные элементы, сульфиды, сульфаты, вольфрама, фосфиды, арсениды, молибоаты, силициды (?) и оксихлориды (?). 2. Минеральн ассоциации наложенной минерализации магматических пород и ЖМО подводн возвышенностей Японского моря формировались при различных температурн условиях. Самородные цветные и благородные металлы, интерметаллоид фосфиды и силициды характеризуют высокотемпературные услов минералообразования; оксиды, сульфиды и сульфаты цветных и благородн металлов - среонетемпературные; оксиды железа, марганца, кремния, а так сложные алюможелезистые силикаты, галит, барит - низкотемпературные. Сходный минеральный состав, особенности морфологии и локализац наложенной минерализации магматических пород и ЖМО подводн возвышенностей Японского моря свидетельствуют о едином постмагматическ газогидротермальном источнике цветных и благородных металлов. Апробац работы. Результаты исследований, положенные в основу диссертац представлены на 12 научных совещаниях, в том числе китайско-российск симпозиумах «Marine Environment and Resources in XXI Century» (Циндао, 2009 Владивосток, 2012 г.), международных научных конференциях (школах) морской геологии «Геология морей и океанов» (Москва, 2009 г., 2011 международной конференции «Minerals of the Ocean-5 & Deep-Sea Minerals a Mining-2» (Санкт-Петербург, 2010 г.), всероссийском литологическом совещан «Ленинградская школа литологии» (Санкт-Петербург, 2012 г.), Сибирск международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибир 2010 г.) и др. Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в т числе 3 статьи. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, глав, заключения и списка литературы. Объем работы - 127 страниц, в том чис текстовая часть, 24 рисунка, 24 таблицы и 154 источника цитируемой литератур Благодарности. Глубокая благодарность выражается научному руководител к.г.-м.н. Н.В. Астаховой, а также к.г.-м.н. В.Т. Съедину, д.г.-м.н. Е.П. Леликов к.г.-м.н. Т.А. Емельяновой, д.г.-м.н. А.И. Обжирову и всему коллекти лаборатории морского рудообразования ТОЙ ДВО РАН, возглавляемой д.г-м. A.C. Астаховым. За помощь в проведении аналитических работ автор признател сотрудникам ДВГИ ДВО РАН к.г.-м.н. A.A. Карабцову, Г.Б. Молчановой, Н. Зарубиной.

Глава 1. Современное состояние вопроса изученности железо-марганцевых образований Мирового океана, включая Японское море

В главе рассмотрены особенности распространения, морфологии, химического и минерального состава (включая акцессорную рудную минерализацию) ЖМО Мирового океана, возраст и скорости роста конкреций и корок, гипотезы их происхождения (в том числе генезис акцессорной рудной минерализации). Особое внимание при этом уделено коркам, поскольку железо-марганцевое оруденение в районе исследований - Японском море - представлено преимущественно корковыми образованиями. В настоящее время результаты изучения различных аспектов япономорского железо-марганцевого рудообразования изложены в серии монографий, статей и других научных работах (Астахова, 2007, 2008; Астахова, Саттарова, 2012; Батурин, 1990, 2012; Горшков и др., 1992; Михайлик, 2009; Михайлик, Ханчук, 2011; Можеровский и др., 1989; Скорнякова и др., 1987; Штеренберг и др., 1986 и др.). Особенности локализации, химического и минерального состава корок Японского моря свидетельствуют в пользу их гидротермально-осадочного происхождения; цветно-благороднометалльная минерализация связывается с деятельностью газогидротермальных флюидов.

Глава 2. Краткая геолого-геоморфологическая характеристика дна Японского моря

Большую часть дна Японского моря занимают глубоководные котловины -Центральная, Хонсю и Цусимская, меньшая доля приходится на области шельфа, материкового склона и подводных возвышенностей (Геология дна.., 1987). Среди окраинных морей Тихого океана Японское море выделяется наибольшей геологической изученностью. Дно Японского моря сложено разнообразными по происхождению и возрасту осадочными, вулканогенными, метаморфическими и интрузивными породами-, подводные возвышенности (в том числе с развитой железо-марганцевой минерализацией) - преимущественно вулканическими пороОами (в основном базальтами) среднемиоцен-плиоценового возраста (Геология дна.., 1987; Geology.., 1996 и др.). Петролого-геохимические особенности пород отражают тип и характер различных этапов вулканизма в ходе развития япономорской впадины. На первых этапах континентального рифтогенеза в олигоцен-раннемиоценовый период основным магмагенерирующим источником служила обогащенная мантия типа ЕМ2, в период наиболее активного окраинноморского спрединга в конце раннего-начале среднего миоцена (15 млн лет) - деплетированная мантия типа DM, в постспрединговый период в среднем миоцене-плиоцене - обогащенная мантия типа EMI, сформировавшая основной объем щелочных окраинноморских базальтоидов (Леликов, Емельянова, 2007).

Глава 3. Материалы и методы исследований

В главе описан фактический материал и методы его изучения, а имен методики определения общего химического состава ЖМО и химического соста зерен акцессорных рудных минералов в ЖМО и магматических породах.

Глава 4. Особенности акцессорной рудной минерализации желез марганцевых образований и магматических пород подводных возвышенностей Японского моря

Возвышенность Галагана

Фактический материал. Изучена рудная корка со станции 1225 (38° 14, с. ш., 132°34,2' в. д.; интервал драгирования - 1050-950 м). В корке толщиной см выделяется два слоя: нижний ожелезненный (мощность - до 1,5 см) и верхн марганцевый. В химическом составе верхнего и нижнего слоев существу значительные отличия: концентрация Мп меняется соответственно от 17,63 1,39 %, Ре - от 5,70 до 12,30 %, значение марганцевого модуля Мп/Те - от 3,1 0,1. Содержание микроэлементов очень низкое (как правило, сотые доли %). данным электронно-зондового микроанализа, в верхней части (слое) ЖТ встречаются участки преимущественно марганцевого, марганцево-кремнистого марганцево-железисто-кремнистого составов, в нижней - железо-кремнистого. магматических пород изучено три образца (обр. 1225-1 - оливин-плагиоклазов базальт, обр. 1226 - оливинсодержащий плагиоклазовый базальт, обр. 1226-1 габбро) со следами вторичных изменений, поднятые соответственно на станци 1225 и 1226 (38°15,8' с. ш., 132°34,8" в. д.; интервал драгирования - 1400-1200 Согласно данным электронно-микрозондового анализа, в базальтах встречают пустоты, в одних случаях выполненные гидроксидами марганца, в других галитом №С1. Но чаще поры в магматических породах заполнены глинисть веществом. Акцессорная рудная минерализация ЖМК представле многочисленными зернами цветных и благородных металлов: Си, 2п, РЬ, Бп,

Мо, В1, Аб, Сг, "Л, Ag, Рс1, Р1 (Астахова, Колесник, 2011). Зерна чаще округль их размер - первые микрометры (мкм). Минерализация приурочена к матриц различного состава, зонам контакта матриц, трещинам, межслоевь пространствам в почковидных выделениях гидроксидов марганца (рис. а), верхней части ЖМК металлы находятся в основном в виде интерметаллоидо самородных элементов либо оксидов, в нижней - сульфидов и сульфато Цветные металлы. В верхней части корки встречены самородные Си, N1 и интерметаллы Си-2п-8п-РЬ-ого и Ре-Сг-М-ого рядов, а также «промежуточно интерметаллическое соединение Си-7п-№ (рис. а). В нижней части ЖМК э самородные Си и соединения Си-2п, Ре-Сг-№, Ре-М-Си, Ре-\У-Сг. Из оксид в верхней части корки выявлены куприт (?) Си20, бисмит (?) В1203, смешаннь оксид 2п-А1; в нижней - простые оксиды Си, 5п, РЬ и плюмбоферрит (?) РЬРе40 Повсеместно встречается ильменит РеТЮ3.

Рис. Особенности акцессорной рудной минерализации железо-марганцевых образований (а, г, ж, и) и магматических пород (б, в, д, е, з, к) подводных возвышенностей - Галагана (а-в), Беляевского (г-е), Медведева (и, к) - и наложенной вулканической постройки на северо-восточном окончании хребта Южное Ямато (ж, з), Японское море. Р10сн - основной плагиоклаз, БМ (?) - бактериальные маты.

I 1

Сульфиды и сульфаты в верхней части ЖМК представлены зернами содержащего пирита, станнина Си2Ре8п54 и англезита РЬ504 (рис. а), в нижне" халько- и арсенопирита (СиРеБг и РеАББ), англезита, сфалерита гпБ. Выявле зерно, одна часть которого образована арсенопиритом, другая - лёллингит РеАз2. По всему разрезу ЖМК встречается вольфрамит (Мп, Fe)W04, в нижн части корки еще и шеелит Са\У04. Зерна молибдатов Ре и Мп выявлены толькс верхней части образца, в нижней обнаружено единичное зерно фосфида (?) Благородные металлы распространены не так широко, как цветные. В кор идентифицированы (по всему разрезу - окисленное, реже самородное, нижней части еще и сульфатное), Рс1 и Р1 (палладит (?) РсЮ, палладистая плати Р(1-Р0 (рис. а). Платиноиды, в отличие от Ag, характерны только для верхн части ЖМК. Акцессорная рудная минерализация магматических пор представлена преимущественно округлыми микрозернами цветных благородных металлов (Си, Ъх\, Бп, N1, РЬ, Сг, "Л, Ag). Чаще встречаются интерсамородные металлы; существенна доля сульфидов и сульфатов. Зер обнаруживаются вдоль стенок микротрещин и пор, выполняют микропустот межзерновые пространства в основной массе породы, и в породообразующ! минералах. Наибольшее количество зерен цветных металлов отмечено в базаль со ст. 1226. Включения благородных металлов в магматических пород единичны. Цветные металлы. Встречены самородные Тп, № и Идентифицированы зерна интерметаллоидов (Си-5п, Си-гп, ТчП-Си, 5п-РЬ) оксидов (оксиды РЬ, рутил ТЮ2, ильменит) (рис. б, в). Сульфиды представлен халькопиритом, реже - галенитом РЬ8. Идентифицированы баритоцелестин (В 8г)504 и фосфид Ре-Сг. Благородные металлы представлены только самородны и окисленным Ag (примесь - Те).

Итак, проведенные исследования показали, что и в ЖМК, и магматических породах возвышенности Галагана содержатся цветные благородные металлы - Си, Т.п. РЬ, 5п, Ш, Сг, 77, Ag - в самородной форме, в ви интерметаллов, оксидов, сульфидов, сульфатов, фосфидов (только в ЖМ кроме того, выявлены IV, Мо, 5/, Рс/, Р/ и соответственно вольфраматы арсениды). При этом аналогична морфология и локализация минеральнь выделений металлов. Ярче всего цветно-благороднометалльная минерачизац проявлена в ЖМК, особенно в ее верхней части. Интересным представляет обнаружение в порах базальтов гидроксидов марганца, химический сост которых подобен составу марганцевой матрицы ЖМК.

Возвышенность Беляевского

Фактический материал. Исследована рудная корка с северной вершин возвышенности Беляевского (ст. 2069: 41°26,0" с. ш., 134°59,6" в. д.; интерв драгирования - 2500-2200 м). Содержание в образце Мп - 22,84 %, Ре - 0,04 °/ Мп/Те - 571,0; содержание микроэлементов очень низкое (в основном это соты доли %). По данным электронно-микрозондового анализа, в ЖМК выделяютс участки марганцевого и железо-кремнистого составов (рис. г). Отложени

марганца более поздние по отношению к железо-кремнистым. Кроме того, изучено три образца оливин-плагйоклазовых базальтов: обр. 2068 и 2068-1-Б с северной вершины (ст. 2068: 4Г25.2' с. ш., 134°58,0' в. д.; интервал драгирования - 2800-2500 м), обр. 2207-2 - с южной (ст. 2207: 41°22,2" с. ш„ 135°02,5" в. д.; интервал драгирования - 2800-2600 м). Поры в базальтах нередко заполнены глинистым веществом (рис. е), в некоторых случаях - гидроксидами марганца (рис. д). На отдельных участках хорошо видна зональность марганцевого рудоотложения. Акцессорная рудная минерализация ЖМК. В ЖМК содержится значительное количество изометричных плохо окристаллизованных микрозерен цветных и благородных металлов (Си, Ъл, Бп, "П, А£) в форме интерметаллических соединений, оксидов, самородных элементов, сульфидов и сульфатов, в единичных случаях - оксихлоридов (?) (Астахова, Колесник, Съедин, 2010). Зерна приурочены к матрицам различного состава, их границам, трещинам, межслоевым пространствам в почках гидроксидов марганца. Цветные металлы. Встречены зерна интерметаллоидов Си-гп, Си-5п, \V-Ti-Co, Ие-Сг. Идентифицирован касситерит 8п02. Сульфиды представлены халькопиритом, сфалеритом, баритоцелестином, а также, вероятно, пентландитом (Ре, (рис.

г). Из благородных металлов выявлено значительное количество зерен оксидного и самородного Ag, в единичных случаях - сульфатного, а возможно, и оксихлоридного. Акцессорная рудная минерализация базальтов в основном представлена округлыми слабо окристаллизованными микрозернами цветных и благородных металлов: Си, Ъп, 5п, N1, РЬ, Къ, XV, И, Ag (Астахова, Колесник, Съедин, 2010). Минеральные формы выделения металлов: оксидная (доминирует), интерметаллоидная, самородная, сульфидная и более редкие - фосфидная, вольфраматная, оксихлоридная (?), силицидная (?). Зерна встречаются большей частью в порах среди глинистого вещества (рис. е) или в мелких трещинках, а также в основной массе породы, во вкрапленниках породообразующих минералов и в зонах контакта вкрапленников с основной массой базальтов. Цветные металлы. Выявлены соединения Си-гп, Си-8п, а также оксиды Бп, Тп и РЬ (рис. е), Т1 (включая ильменит). Идентифицирован оксихлорид (?) РЬ. Сульфиды представлены халько- и арсенопиритом, сфалеритом и, очевидно, халькозином Си28. Выявлены фосфиды N1 и Ре (рис. е), шеелит, а также несколько зерен силицида железа РеЗь. Из благородных металлов, которые встречаются в базальтах значительно реже цветных, найдено только Ag - в самородном виде, в виде оксидов и сульфатов (иногда с примесью Те).

Таким образом, согласно данным электронно-микрозондового анализа, и в ЖМК, и в базальтах возвышенности Беляевского присутствуют самородные, интерметаллоидные, оксидные, сульфидно-сульфатные и оксихлоридные (?) минеральные фазы Си, 2п, Бп, Л7, IV, 77 и Ag. (В базачьтах, кроме того, выявлены минеральные фазы РЬ и Аз, а также вольфраматы, фосфиды и силициды (?).) Сходны не только ассоциации металлов, но и морфология, а также локализация образуемых ими в ЖМК и базачьтах минеральных фаз. В некоторых пустотах базальтов обнаружены выделения гидроксидов марганца. Химический состав последних соответствует составу марганцевой матрицы ЖМК.

Наложенная вулканическая постройка на северо-восточном окончании хребта Южное Ямато

Фактический материал. Изучены образцы ЖМО и оливин-пироксе плагиоклазового базальта со станции 7783 (39°58,3' с. ш., 136°39,9' в. интервал драгирования - 1650-1600 м). Содержание в ЖМО Мп - 22,89 %, Ие 1,38 %, Мп/Ре - 16,6; содержание микроэлементов низкое (в основном сотые до %). Наиболее распространенные в ЖМО матрицы - марганцевая и железист Акцессорная рудная минерализация ЖМО. В ЖМО отмечаются оксиднь интерметаллические, реже самородные, сульфидно-сульфатные, в единичн случаях вольфраматные и силицидные (?) зерна цветных и благородных металл Си, Zn, РЬ, 5п, Сг, XV, "Л, Диаметр зерен (они, как правило, округл формы) в большинстве случаев не превышает первых мкм. Зерна локализуются различных по составу матрицах, зонах контакта этих матриц, трещинах. Цветн металлы. Идентифицирована самородная Си, интерметаллоиды Си-гп, Си-Бп, Р Сг-М, \V-Fe-Co (рис. ж), силицид (?) Ре-ТЧ-Сг, из оксидов - касситери вольфрамит (?), ильменит. Сульфиды и сульфаты представлены единичны зернами халькопирита и англезита, а возможно, и смешанного сульфата Си-8п. благородных металлов распространено только Ag: самородное, реже - оксидное сульфатное (примеси - Си, Хп). Акцессорная рудная минерализация базальт представлена зернами цветных и благородных металлов (Си, Тп, РЬ, Т\П, Сг, Ag) в форме оксидов (доминирующая минеральная фаза), интерметаллоидо сульфидов; Ре, кроме перечисленных минеральных фаз, встречено еще самородном и сульфатном виде. Зерна цветных и благородных металлов мелк (их размер обычно не превышает нескольких мкм), чаще всего изометричн плохо окристаллизованной формы; минеральные выделения Ре в целом крупнее более разнообразны по форме. Акцессорная рудная минерализация приурочена микротрещинам, порам, выполненным глинистым веществом, микропустота межзерновым пространствам в основной массе породы и в породообразующ минералах. Цветные металлы. Выявлены единичные зерна интерметаллов Ре-С № и Си-гп-РЬ (рис. з). Наиболее широко распространены в базальте оксиды: Р О, ильменит, цинкит, Ре-О. Из сульфидов отмечены халькопирит, Ре-Си-№-ь сульфид (рис. з), баритоцелестин. Благородные метачлы. Обнаружено только А в основном окисленное (рис. з).

Итак, по данным электронно-микрозондовых исследований, в ЖМО базальте с наложенной вулканической постройки на северо-восточном окончани хребта Южное Ямато содержатся цветные и благородные металлы (Си, '¿п, Р Ш, Сг, Г/, образующие самостоятельные минеральные фазы - оксидь

интерметаллы, сульфиды (только в ЖМО встречаются минеральные фазы Бп IV, а также вольфраматы, сульфаты, самородные метачлы, силициды (?) Морфология и локализация выделений металлов (как и сами ассоциаци металлов) в ЖМО и базальте практически однотипны. Тем не менее, в ЖМ акцессорная рудная минерализация все же более разнообразна и ярче проявлена.

Возвышенность Медведева

Фактический материал. Исследовано два образца ЖМО со станций 1344 (38°35,4' с. ш., 135° 10,0' в. д.; интервал драгирования - 1600-1550 м) и 1471 (38°36,5' с. ш., 135° 11,5' в. д.; 1570 м). В образце 1344 (рудная корка) содержание Мп составляет 22,96 %, Ре - 3,05 %, Мп/Ие - 7,5; в образце 1471 (кремнисто-железо-марганцевое (?) образование) - 0,97-8,07 %, 7,15-9,49 % и соответственно 0,1-0,9. Содержание большинства микроэлементов в ЖМО низкое и очень низкое - сотые-тысячные доли %. По данным электронно-микрозондового анализа, в ЖМО преобладают участки марганцевого, железо-марганцевого, железо-марганцево-кремнистого, железо-кремнистого и кремнистого составов (при этом в каждом из образцов наблюдается своя последовательность рудоотложения). Из магматических пород изучено три образца со станций 1343 (38°36,8- с. ш., 135°11,8' в. д.; интервал драгирования - 1500-1400 м), 1344 и 1470 (38°35,3' с. ш., 135°09,7" в. д.; интервал драгирования - 1580-1500 м). Образцы представлены соответственно трахиандезитом, ферробазапьтом и кварцевым сиенитом. Поры в них нередко выполнены вторичными минералами (смектитами, цеолитом и др.). Акцессорная рудная минерализация ЖМО. В ЖМО обнаружены многочисленные включения зерен цветных и благородных металлов (Си, 2п, РЬ, Бп, №, Сг, "П, XV, Ag) в виде оксидов, сульфидов и сульфатов, реже - самородных элементов и интерметаллоидов, в единичных случаях - фосфидов, вольфраматов. Зерна цветных и благородных металлов преимущественно изометричной формы; их размер, как правило, не превышает первых мкм (рис. и). Выделения Ие более разнообразны по форме и могут бьггь значительно крупнее - до нескольких десятков мкм. Акцессорная рудная минерализация приурочена к матрицам разного состава, границам контакта этих матриц, трещинам, обнаруживается между слоями в почках гидроксидов марганца. Цветные металлы. Выявлены единичные зерна самородных Си, 7.п, 8п и интерметаллов Си-7п, Си-Бп, Си-7п-ЬП, Ре-Ы1, Ре-Сг. Из оксидов распространены касситерит, оксиды Сг, рутил, ильменит, смешанные оксиды Ре-Хп и Бп-РЬ. Сульфиды и сульфаты представлены сфалеритом, галенитом, англезитом, сульфидами Си и смешанными сульфатами Zn-Fe (рис. и). Встречается баритоцелестин. Обнаружены зерна побнерита (?) Мп\\Ю4 и фосфида (?) №. Из благородных металлов в ЖМО содержится значительное количество зерен самородного и окисленного А§, часто с примесью Те. Выделения сульфатов Ag единичны. Акцессорная рудная минерализация магматических пород представлена включениями цветных и благородных металлов (Си, Хп, РЬ, Бп, Сг, Т1, Ад) в оксидной (преобладает), интерметаллической, самородной, сульфидной, сульфатной и более редких формах - фосфидной, вольфраматной (рис. к). Наиболее распространенная форма выделения металлов (с точки зрения морфологии) - округлые плохо окристаллизованные микрозерна. Акцессорная рудная минерализация характерна для пор, выполненных вторичными минералами (преимущественно алюможелезистыми силикатами сложного состава), зон трещинноватости, межзерновых пространств в основной массе породы и в породообразующих минералах. Цветные металлы. Из самородных металлов выявлены Си, Т1 и РЬ, из

интерметаллов - Си-2п, Си-Бп, Си-Бп-РЬ, РЬ-Си-Бп, Ре-Мп-Сг (рис. к). Окси представлены соединениями РЬ-О, рутилом, цинкитом, касситеритом; сульфиды сульфаты - халькопиритом, галенитом, англезитом (рис. к). Идентифициров барит с примесью Тп. Выявлены включения шеелита CaW04, а также фосфид Ре и Ыг Из благородных металлов встречено только Лg в самородной, оксидно реже сульфатной формах. Рудные примеси - Те и Си.

Таким образом, электронно-микрозондовые исследования показали, ч ЖМО и магматические породы возвышенности Медведева содержат одни и же минеральные фазы (оксидные, сульфидные, сульфатные, самородны интерметаллоидные, фосфидные и вольфраматные) цветных и благороднь металлов: Си, Ъп, РЬ, Бп, Сг, Т), А& Больше всего включений металлов (о характеризуются в ЖМО и магматических породах сходной морфологией локализацией) обнаружено в ЖМО и ферробазальте. Чрезвычайно ела акцессорная рудная минерализация проявлена в трахиандезите.

Глава 5. Общие закономерности проявления акцессорной рудной минерализации в железо-марганцевых образованиях и магматических породах подводных возвышенностей Японского моря

Парагенезисы акцессорных рудных минералов. В результате детальны электронно-микрозондовых исследований установлено, что ЖМО маг.иатические породы подводных возвышенностей Японского мор характеризуются очень близкими парагенезисами акцессорных рудных минерале (табл.). Так, в магматических породах диагностированы Си, Zn, 8п, РЬ, Аб, Т1, Сг, А§ и Ре в виде оксидов, интерметаллоидов, самородных элементо сульфидов, сульфатов, реже вольфраматов, фосфидов, силицидов (? оксихлоридов (?). В ЖМО (кроме перечисленных металлов и их минеральны форм выделения) идентифицированы еще Мо, В1, Рс), Р1 и соответственн молибдаты и арсениды. При этом даже если в пределах одной возвышенност какой-либо из цветных металлов-минералообразователей встречается, наприме только в ЖМО, а в магматических породах не встречается, есть други возвышенности, где данный металл идентифицирован в магматических породах, наоборот. (Последнее не касается Мо, В1, Рё и Р1. Возможно, это издержк локальности анализа и/или рассеянного характера акцессорной рудно минерализации. В любом случае, для более конкретных выводов необходимь дополнительные исследования.) Многие акцессорные рудные минералы выявленные в ЖМО и магматических породах, являются термодинамическ несовместимыми. Так, по температуре образования среди них выделены (условно высокотемпературные (многие самородные металлы, интерметаллоиды фосфиды, силициды металлов), среднетемпературные (в основном оксиды сульфиды, сульфаты металлов) и низкотемпературные (оксиды Ре, Мп, слож-

Таблица. Минеральные формы выделения металлов в железо-марганцевых образованиях (ЖМО) и магматических породах (МП) подводных возвышенностей Японского моря.

Форма выделения возв. Галагана возв. Беляевского xp. Южное Ямато возв. Медведева

ЖМО МП ЖМО МП ЖМО МП ЖМО МП

самородная Cu. Ni, Ti, Fe, Ag Zn, Ni, Cr, Ag, Pe Ag, Fe Ag, Fe Си, Ag, Fe Fe Cu, Zn, Sn, Ag, Fe Cu. Ti, Pb, Ag, Fe

интерметалл Cu-Zn. Fe-C'r-Ni, Cu-Sn. Cu-Zn-Ni, Cu-Zn-Pb, Cu-Zn-Sn, Cu-Zn-Sn-Pb, Ni-Fe, Pt-Pd, Ni-Cr, Fe-Cr, Fc-Ni-Cu. Fe-W-Cr Cu-Zn. Cu-Sn, Ni-C'u, Sn-Pb Cu-Zn, Cu-Sn, YV-Ti-Co, Fe-Cr Cu-Zn, Cu-Sn Cu-Zn. Cu-Sn, Fe-Cr-Ni, W-Fe-Co Fe-Cr- Ni, Cu-Zn-Pb Cu-Zn, Cu-Sn. Cu-Zn-Ni. Fe-Ni. Fe-Cr Cu-Zn, Cu-Sn, Cu-Sn-Pb, Pb-Cu-Sn, Fe-Mn-Cr

сульфид, сульфат Pb, Fe, Cu-Fe-Sn, Cu-Fe, Pe-As, Zn, Ag Pb, Fe, Cu-Fe Zn, Cu-Fe. Fe-Ni, Ag, Fe Zn, Cu, Cu-Fe, Fe-As, Ag, Fe Pb, Cu-Fe, Ag, Fe Cu-Fe, Fe-Cu-Ni, Fe Zn. Pb, Cu-Fe, Zn-Fe. Ag. Fe Pb. Cu-Fe, Ag, Fe

оксид Cu, Fe, Fe-Ti, Sn, Pb, Ag, B¡, Zn-Al, Pb-Fe, Pd Pb, Ti, Ag, Fe, Fe-Ti Sn, Ag, Fe Sn, Zn, Pb.Ti, Ag, Fe, Fe-Ti Pb, Sn, Cr, Ag, Fe, Fe-Ti Pb, Zn, Ti, Ag, Fe, Fe-Ti Sn, Cr, Sn-Pb, Fe-Zn, Ti, Ag, Fe, Fe-Ti Pb, Zn, Sn, Ti, Ag, Fe

фосфид Ni Fe-Cr Ni, Fe-Ni Ni Fe-Ni

вольфрамат Mn-Pe, Ca Ca Mn-Fe Mn Ca

оксихлорид(?) Ag Pb

силицид (?) Fe Fe-Ti-Cr

молибдат Mn-Fe

арсенид Fe

ные алюможелезистые силикаты, галит, барит). Последние кристаллизуются температурах не более 100 °С. Исходя из температур плавления ряда мета (Войткевич Г.В. и др. Краткий справочник по геохимии. М: Недра, 197 обнаруженных в ЖМО и магматических породах в самородном виде, мо предполагать, что верхний температурный предел в зоне образования э минеральных фаз варьировался от 200-300 до 1000-1500 °С и более (t™ Sn и Р 232 и 328 °С соответственно; Ag, Си, Ni и Fe - 961, 1083, 1452 и 1535 °С; Ti - 18 °С). Морфология и локализация минеральных выделений металл Электронно-микрозондовые исследования показали, что включения цветных благородных металлов в ЖМО и магматических породах подводн возвышенностей Японского моря характеризуются сходной морфологией. правило, это зерна изометричной плохо окристаллизованной формы размером более 1-5 мкм (редко до 10-15 мкм). Практически аналогична и локализа акцессорных рудных минералов. В ЖМО зерна цветных и благородных металл чаще всего встречаются в матрицах различного состава и между слоями почковидных выделениях гидроксидов марганца; в магматических породах мелких трещинках и порах, выполненных глинистым веществ (Примечательно, что отдельные поры магматических пород (базальт заполнены гидроксидами марганца, химический состав которых соответству составу марганцевой матрицы ЖМО.) В магматических породах при локализац зерен акцессорных минералов высоко-, средне- и низкотемпературной ассоциац в одной полости отчетливо видно, что низкотемпературные минераг сформировались раньше, чем высоко- и среднетемпературные (Астахо Колесник, Съедин, в печати). Источники акцессорной рудной минерализаци По данным электронно-микрозондовой съемки, в ЖМО и магматических пород подводных возвышенностей Японского моря содержатся практичес идентичные комплексы акцессорных рудных минералов, что при уче геологического строения и истории развития дна Японского моря (Геология дн 1987; Леликов, Емельянова, 2007; Geology.., 1996 и др.) указывает на общ постмагматический газогидротермальный источник поставки последних ( всяком случае, большинства из них). Скорее всего, самородные метачлы интерметаллические соединения привнесены высокотемпературным рудоноснь флюидом, отделившимся от базальтового расплава (часть металлов, возмож поступила с газовым потоком в твердой фазе), а оксиды, сульфиды и сульфаты более низкотемпературными гидротермальными растворами. Восстанавлив естественный ход геологических событий, можно говорить о том, что вулканиз имевший на подводных возвышенностях Японского моря длительный пульсирующий характер (он периодически возобновлялся в течен продолжительного времени, начиная со среднего миоцена), по-видимом обусловил масштабность и долговременность поствулканическ гидротермальных процессов, в результате которых выносились обогащеннь различными элементами флюиды. Растворы пронизали все слагаю Щ1 возвышенности породы, но максимально ярко их действие проявилось в наибол проницаемой (прижерловой) части морфоструктур. Формирование

привершинных частях вулканических построек ЖМО, содержащих комплекс металлических минеральных фаз, состав, морфология и локализация которых практически аналогичны таковым, выявленным в магматических породах, подтверждает данный вывод.

Заключение

1. Проведенные исследования показали, что в магматических породах подводных возвышенностей Японского моря содержатся микрозерна цветных и благородных металлов: Си, 7.п, Бп, Л7, РЪ, Ах, IV, 77, Сг и Ag, - а также Ге. Минеральные формы - выделения металлов: оксидная, интерметаллоидная, самородная, сульфидная, сульфатная, вольфраматная, фосфидная, силицидная (?), оксихлоридная (?).

2. Установлено, что в магматических породах и ЖМО подводных возвышенностей Японского моря встречаются одни и те же металлы, образующие самостоятельные минеральные фазы с анаюгичным химическим составом и характером распространения (это преимущественно округлые микрозерна в трещинах, пустотах и пр.). Исключение составляют Мо, В1, Рс1 и Р1, зерна которых обнаружены только в ЖМО.

3. Показано, что акцессорная рудная минерализация ЖМО и магматических пород подводных возвышенностей Японского моря сформировалась в результате единого наложенного процесса - постмагматического газогидротермачьного. В качестве наиболее вероятного источника самородных и интерметаллов (а также фосфидов, силицидов) рассматривается высокотемпературный флюид, отделившийся от базальтового расплава (часть металлов при этом могла быть привнесена газовым потоком в твердой фазе); оксидов, сульфидов, сульфатов -более низкотемпературный гидротермальный раствор.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи

1. Астахова Н.В., Колесник О.Н. Акцессорные металлы в железо-марганцевых корках хребта Галагана (Японское море) // Тихоокеанская геология. 2011. Т. 30. № 6. С. 97-109.

2. Астахова Н.В., Колесник О.Н. Особенности выделения благородных металлов в железо-марганцевых корках подводных возвышенностей Центральной котловины Японского моря // В мире научных открытий. Красноярск: Научно-инновационный центр, 2010. № 5(11). Ч. 4. С. 132-137.

3. Астахова Н.В., Колесник О.Н., Съедин В.Т. Цветные, благородные и редкоземельные металлы в железо-марганцевых корках и базальтах возвышенности Беляевского (Японское море) // Вестник КРАУНЦ. Серия «Науки о Земле». 2010. № 2. Вып. 16. С. 231-245.

Материалы конференции

4. Астахова Н.В., Колесник О.Н. Акцессорные металлы в железо-марганцев корках хребта Галагана, Японское море // Геология морей и океанов: матери. XVIII международной научной конференции (школы) по морской геолог (Москва, 16-20 ноября 2009 г.). М.: ГЕОС, 2009. Т. II. С. 131-132.

5. Астахова И.В., Колесник О.Н., Съедин В.Т. Акцессорные металлы в желе марганцевых корках и магматических породах возвышенности Медведе Японское море // Тектоника, магматизм и геодинамика Востока Азии ( Косыгинские чтения): материалы всероссийской конференции (Хабаровск, 12-сентября 2011 г.). Хабаровск: ИТИГ им. Ю.А. Косыгина ДВО РАН, 2011. С. 15 156.

6. Астахова Н.В., Колесник О.Н., Съедин В.Т. Самородные металлы интерметаллоиды в магматических породах подводных вулканических постро (Японское море) // Геология морей и океанов: материалы XIX международн научной конференции (школы) по морской геологии (Москва, 14-18 ноября 20 г.). М.: ГЕОС, 2011. Т. II. С. 166-168.

7. Колесник О.Н. Цветные металлы в вулканитах подводных возвышенност Японского моря [Электронный ресурс] // V Сибирская международн конференция молодых ученых по наукам о Земле: материалы конференц! (Новосибирск, 29 ноября-2 декабря 2010 г.). Новосибирск: ИГМ СО РАН, 201 Режим доступа: http://sibconf.igm.nsc.ru/sbornik_2010/04_metallogeny/460.pdf.

8. Колесник О.Н., Астахова Н.В. Акцессорная рудная минерализация желез марганцевых образований и базальтов наложенной вулканической постройки северо-восточных отрогах хребта Южное Ямато, Японское море Океанологические исследования: тезисы докладов V региональной конференц молодых ученых (Владивосток, 25-29 апреля 2011 г.). Владивосток: ТОЙ ДВ РАН, 2011. С. 58-60.

9. Astakhova N. Г, Kolesnik O.N. Accessory metals in ferromanganese crust and basal from the Belyaevsky Seamount, Sea of Japan // Minerals of the Ocean-5 & Deep-S Minerals and Mining-2: Abstracts of Joint International Conference (St. Petersburg, June - 2 July, 2010). St. Petersburg: VNIlOkeangeologia, 2010. P. 12-13.

10. Astakhova N. K, Kolesnik O.N. Sources of nonferrous metals in ferromangane crusts from submarine seamounts (by example of the Belyaevsky Seamount, Sea Japan) // Marine Environment and Resources in XXI Century: Abstracts of the 2 Russia-China Symposium (October 11-13, 2012, Vladivostok). Vladivostok: FEB RA 2012. P. 12-13.

11. Astakhova N. V., Kolesnik O.N., Sattarova ГI'. Rare-earth elements ferromanganese crusts from the Sea of Japan // Marine environment and resources in t 21st century: Materials of the 1st China-Russia Symposium (22-24 October 200 Qingdao, P.R. China). China: FIO, SOA, 2009. P. 98-99.

Подписано в печать 26.07.2013. Формат 60'84/16. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ№ 109 Отпечатано с авторского оригинал-макета в ТОН ДВО ['АН 640041, г. Владивосток, ул. Балтийская, а. 43

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Колесник, Ольга Николаевна, Владивосток

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева

04^0136^09^ На правах рукописи

Мг

Колесник Ольга Николаевна

АКЦЕССОРНЫЕ РУДНЫЕ МИНЕРАЛЫ В МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОДАХ И ЖЕЛЕЗО-МАРГАНЦЕВЫХ ОБРАЗОВАНИЯХ ЯПОНСКОГО МОРЯ

Специальность 25.00.28 - океанология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: к.г.-м.н. Астахова Н. В.

Владивосток 2013

Оглавление

Введение........................................................................................................... 4

Глава 1. Современное состояние вопроса изученности железо-марганцевых образований

Мирового океана, включая Японское море....................................................... 7

1.1. Железо-марганцевые образования Мирового океана............................................ -

1.2. Железо-марганцевые образования Японского моря............................................. 19

Глава 2. Краткая геолого-геоморфологическая характеристика дна Японского моря............. 22

2.1. Рельеф дна.............................................................................................. 23

2.2. Геологическое строение.............................................................................. -

2.2.1. Общая характеристика................................................................. -

2.2.2. Вулканические породы подводных возвышенностей........................... 25

Глава 3. Материалы и методы исследований.............................................................. 29

Глава 4. Особенности акцессорной рудной минерализации железо-марганцевых

образований и магматических пород подводных возвышенностей Японского

моря....................................................................................................... 32

4.1. Возвышенность Галагана............................................................................ -

4.1.1. Геоморфология.................................................................................... -

4.1.2. Общая характеристика железо-марганцевых корок и магматических пород....................................................................................... 33

4.1.3. Акцессорная рудная минерализация железо-марганцевых корок............ 37

4.1.4. Акцессорная рудная минерализация магматических пород................... 50

4.2. Возвышенность Беляевского........................................................................ 54

4.2.1. Геоморфология.................................................................................... -

4.2.2. Общая характеристика железо-марганцевых корок и базальтов.............. 55

4.2.3. Акцессорная рудная минерализация железо-марганцевых корок............ 57

4.2.4. Акцессорная рудная минерализация базальтов................................... 62

4.3. Наложенная вулканическая постройка на северо-восточном окончании хребта Южное Ямато.......................................................................................... 69

4.3.1. Геоморфология.................................................................................... -

4.3.2. Общая характеристика железо-марганцевых образований и базальтов..... 70

4.3.3. Акцессорная рудная минерализация железо-марганцевых образований.... 72

4.3.4. Акцессорная рудная минерализация базальтов................................... 80

4.4. Возвышенность Медведева......................................................................... 81

4.4.1. Геоморфология.................................................................................... -

4.4.2. Общая характеристика железо-марганцевых образований и магматических пород................................................................... 82

4.4.3. Акцессорная рудная минерализация железо-марганцевых образований.... 84

4.4.4. Акцессорная рудная минерализация магматических пород................... 94

4.5. Выводы.................................................................................................. 98

Глава 5. Общие закономерности проявления акцессорной рудной минерализации в

железо-марганцевых образованиях и магматических породах подводных возвышенностей Японского моря.................................................................. 104

5.1. Парагенезисы акцессорных рудных минералов................................................ -

5.2. Морфология и локализация зерен акцессорных рудных минералов....................... 107

5.3. Источники акцессорной рудной минерализации............................................... 108

5.4. Выводы.................................................................................................. 113

Заключение....................................................................................................... 115

Список литературы............................................................................................. 117

Введение

Актуальность. Железо-марганцевые образования (ЖМО) являются одним из основных видов полезных ископаемых Мирового океана. Они имеют широкое распространение и, помимо основных рудных компонентов - железа и марганца, содержат (в том или ином количестве) цветные и благородные металлы, а также редкоземельные элементы (РЗЭ). Вопрос об источниках поставки в ЖМО металлов остается в настоящее время дискуссионным. Основными гипотезами являются, пожалуй, гидрогенная (сорбция металлов гидроксидами железа и марганца из морской воды) и гидротермальная (поставка рудного материала газогидротермальными растворами).

В ходе электронно-зондового микроанализа (ЭЗМА) железо-марганцевых корок (ЖМК) подводных возвышенностей Японского моря были обнаружены многочисленные зерна цветных (Си, Ъп, РЬ, Бп, N1, БЬ, Сг, Мо, Со, Ав) и благородных (Ag, Рс1, Р1, Аи, Шг) металлов в самородном виде, в форме интерметаллоидов, оксидов, сульфидов, сульфатов [11]. В качестве наиболее вероятного источника металлов при этом были рассмотрены газогидротермальные флюиды. Если предположение верно, то действие флюидов должно быть зафиксировано в виде аналогичных минеральных фаз не только в ЖМК, но и во всех магматических породах, которые слагают япономорские подводные возвышенности и наложенные вулканические постройки (далее - подводные возвышенности) с развитой железо-марганцевой минерализацией.

Цель и задачи исследований. Цель работы - выявить акцессорную рудную минерализацию в магматических породах подводных возвышенностей Японского моря и, сопоставив ее с таковой в ЖМО этих же возвышенностей, установить особенности и источники акцессорной рудной минерализации в ЖМО подводных возвышенностей Японского моря.

Для достижения обозначенной цели поставлены следующие задачи: 1) отобрать образцы магматических пород со следами вторичных изменений и изготовить из них аншлифы; 2) провести электронно-микрозондовый анализ магматических пород; 3) выявить парагенетические ассоциации, особенности морфологии и локализации акцессорных рудных минералов в магматических породах; 4) сопоставить данные по акцессорной рудной минерализации магматических пород и ЖМО; 5) выявить наиболее вероятные источники поставки цветных и благородных металлов в магматические породы и ЖМО.

Фактический материал. Методика работ. Материалом для исследований послужили образцы магматических пород из коллекции отдела геологии и геофизики ТОЙ ДВО РАН. Образцы отобраны в 70-80-е гг. прошлого века в рейсах НИС «Первенец» с трех подводных

возвышенностей (Галагана, Беляевского, Медведева) и наложенной вулканической постройки на северо-восточном окончании хребта Южное Ямато в Японском море.

Весь фактический материал предварительно просмотрен под бинокуляром. Особенности акцессорной рудной минерализации магматических пород выявлены в ходе электронно-микрозондовых исследований. В итоге получено более 700 анализов химического состава зерен цветных и благородных металлов, породообразующих и вторичных низкотемпературных минералов.

Научная новизна. Впервые в магматических породах подводных возвышенностей Японского моря обнаружены и изучены включения зерен цветных и благородных металлов, прослежены особенности акцессорного рудного минералообразования по разрезу магматические породы - ЖМО.

Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при разработке методических рекомендаций по поиску в Японском море участков с развитой полиметаллической минерализацией.

Личный вклад автора. Автором проведено электронно-микрозондовое изучение акцессорной минерализации в магматических породах подводных возвышенностей Японского моря (более 700 анализов) и выполнено сопоставление парагенетических ассоциаций акцессорных рудных минералов в магматических породах и ЖМО (с учетом ЖМО, около 1500 анализов).

Защищаемые положения. На защиту вынесено три положения.

1. Магматические породы и ЖМО подводных возвышенностей Японского моря содержат наложенные минеральные фазы, которые по комплексу цветных (Си, Ъп, Бп, N1, РЬ, Мо, Аб, XV, П, Сг) и благородных (Ag, Рс1, Р^ металлов классифицированы как оксиды, интерметаллоиды, самородные элементы, сульфиды, сульфаты, вольфраматы, фосфиды, арсениды, молибдаты, силициды (?) и оксихлориды (?).

2. Минеральные ассоциации наложенной минерализации магматических пород и ЖМО подводных возвышенностей Японского моря формировались при различных температурных условиях. Самородные цветные и благородные металлы, интерметаллоиды, фосфиды и силициды характеризуют высокотемпературные условия минералообразования; оксиды, сульфиды и сульфаты цветных и благородных металлов - среднетемпературные; оксиды железа, марганца, кремния, а также сложные алюможелезистые силикаты, галит, барит -низкотемпературные.

3. Сходный минеральный состав, особенности морфологии и локализации наложенной минерализации магматических пород и ЖМО подводных возвышенностей Японского моря

свидетельствуют о едином постмагматическом газогидротермальном источнике цветных и благородных металлов.

Апробация работы. Результаты исследований, положенные в основу диссертации, представлялись на различных научных совещаниях, в том числе международных: 2009 г. - I китайско-российский симпозиум «Marine Environment and Resources in XXI Century» (Циндао, КНР), XVIII международная научная конференция (школа) по морской геологии «Геология морей и океанов» (Москва), IV конференция молодых ученых «Океанологические исследования» (Владивосток); 2010 г. - международная конференция «Minerals of the Ocean-5 & Deep-Sea Minerals and Mining-2» (Санкт-Петербург), V Сибирская международная конференция молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск), региональная конференция молодых ученых «Современные проблемы геологии, геохимии и геоэкологии Дальнего Востока России» (Владивосток); 2011 г. - XIX международная научная конференция (школа) по морской геологии «Геология морей и океанов» (Москва), V всероссийская конференция (Косыгинские чтения) «Тектоника, магматизм и геодинамика Востока Азии» (Хабаровск), I Дальневосточная всероссийская молодежная научная конференция «Современные методы научных исследований» (Владивосток), V региональная конференция молодых ученых «Океанологические исследования» (Владивосток); 2012 г. - II российско-китайский симпозиум «Marine Environmental and Resources in XXI Century» (Владивосток), всероссийское лито логическое совещание «Ленинградская школа литологии» (Санкт-Петербург).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, 3 из которых статьи (2 - в рецензируемых журналах из списка ВАК Минобрнауки РФ).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Объем работы - 127 страниц, в том числе текстовая часть, 24 рисунка, 24 таблицы и 154 источника цитируемой литературы.

Благодарности. Глубокая благодарность выражается научному руководителю к.г.-м.н. Н. В. Астаховой за помощь, оказанную в процессе написания и обсуждения работы. За конструктивную критику и рекомендации автор признателен к.г.-м.н. В. Т. Съедину, д.г.-м.н. Е. П. Леликову, к.г.-м.н. Т. А. Емельяновой, д.г.-м.н. А. И. Обжирову, а также всему коллективу лаборатории морского рудообразования ТОЙ ДВО РАН, возглавляемой д.г-м.н. А. С. Астаховым. Благодарность выражается также сотрудникам ДВГИ ДВО РАН к.г.-м.н. А. А. Карабцову, Г. Б. Молчановой и Н. В. Зарубиной за помощь в проведении аналитических работ.

Глава 1. Современное состояние вопроса изученности железо-марганцевых образований Мирового океана,

включая Японское море 1.1. Железо-марганцевые образования Мирового океана

Впервые ЖМО, конкреционные и корковые, были обнаружены в ходе кругосветной геологической экспедиции на английском корвете «Челленджер» 1872-1876 гг. До середины XX в их периодически находили на дне в разных районах Мирового океана, но рассматривали в основном лишь как «экзотическую игру природы» [100]. С появлением работы Дж. Меро [144] вопрос перешел в практическую плоскость. Первоначально наибольший интерес исследователей привлекали конкреции в связи с их обогащенностью, в первую очередь, марганцем, никелем, медью и кобальтом. Позже, с конца 80-х гг. прошлого века, возник интерес и к коркам. На сегодняшний день ЖМК представляют собой новый тип океанических полезных ископаемых и рассматриваются как руда на кобальт, марганец, никель и ряд других ценных компонентов. В последние годы появились сообщения о возможности попутного извлечения из корок РЗЭ, молибдена, платины, титана, таллия, теллура. В районе наших исследований, в Японском море, железо-марганцевое оруденение представлено в основном корковыми образованиями на склонах подводных возвышенностей, поэтому в литературном обзоре основное внимание уделяется рассмотрению именно корок.

Распространение. ЖМО в Мировом океане встречаются практически повсеместно, однако основная их масса сосредоточена в западной и центральной частях Тихого океана. В частности, ЖМК распространены на поднятиях Мидпасифик, Маркус-Уэйк-Неккер, Магеллановы горы в районах островов Лайн, Гавайских, Маршалловых, Таумоту.

Рудные корки распространены преимущественно на склонах подводных гор в интервале глубин 1000-3500 м. При этом выделяются следующие фации: вершин (безрудные молодые нелитифицированные осадки либо конкреции и корково-конкреционные образования); выпуклых склонов (сплошные корки); вогнутых склонов (сплошные корки совместно с конкрециями и корково-конкреционными образованиями); подножий (конкреционные мостовые либо молодые осадки со спорадически развитыми на их поверхности конкрециями мелкодресвяной размерности) [68]. В качестве субстрата для корок может выступать любая, вне зависимости от генезиса, твердая горная порода.

Морфология. ЖМО Мирового океана характеризуются большим разнообразием внешних форм, размеров, состава ядер (только для конкреций), внутреннего строения. По совокупности ряда признаков выделяются микроконкреции, собственно конкреции и корки. Рассмотрим основные морфологические особенности последних.

Поверхности ЖМК весьма разнообразны описаны гладкая, шероховатая, ботроидальная, бугорчатая, волнистая, каракулевидная. Корки имеют слоистое строение, но на текстурном уровне это не всегда заметно, в частности в маломощных (до 4 см) рудных образованиях. В корках Тихого океана мощностью 4-15 см выделяется от двух до четырех в достаточной мере фосфатизированных слоев (для гайотов Магеллановых гор выделен еще и пятый). В нижней части разреза часто отмечается антрацитовидный слой, в верхней - пористый и массивный. Исследование рудных корок Индийского океана показало их явное текстурное отличие от тихоокеанских В Индийском океане не обнаружено многослойных корок с ярко выраженным различием структуры отдельных слоев. Контакт рудных корок с субстратом макроскопически четкий. Не наблюдается фосфатизации (за исключением хребта Брокен).

На структурном уровне коркам свойственно глобулярное, глобулярно-зернистое, глобулярно-блоковое, колломорфное и колломорфно-глобурярное, колломорфно-кавернозное, колломорфно-ячеистое строение.

Следует отметить, что единой текстурно-структурной номенклатуры ЖМК (как и конкреций) не существует. Поэтому исследователи, занимающиеся данной проблемой, чаще всего пользуются собственной терминологией [5, 6, 107 и др.]. В то же время большинство классификаций имеет много общего с предложенной Р. Соремом и Р. Фьюксом [148].

Химический состав. Железо-марганцевые конкреции и корки Мирового океана представляют собой многокомпонентные (до 70 элементов) химические образования. При этом основное внимание уделяется изучению таких рудных компонентов, как марганец, железо, кобальт, никель, медь К числу основных рудных элементов условно относятся также свинец, цинк, ванадий и молибден. Как перспективные рассматриваются РЗЭ, платина, титан, таллий, теллур. Вредной может оказаться примесь фосфора, мышьяка, ртути, сурьмы.

В корках гайотов Тихого океана главные рудные элементы распределены неравномерно. Их средние концентрации на отдельных объектах изменяются в следующих пределах: Мп -1127 %; Ре - 3,1-22,2 % [35]. Сумма цветных металлов составляет около 1,5 %, общее содержание нерудных компонентов (81, А1, щелочных и щелочноземельных металлов, Р, Б, СО32", Сорг) -около 16 %. Кроме того, корки содержат в среднем 20 % влаги [35]. Значение марганцевого модуля Мп/Ие в тихоокеанских корках варьируется в пределах 0,32-3,6 [68]. С его величиной четко коррелируют содержания кобальта, никеля и других рудных элементов (прямая зависимость), а также кремнезема (обратная зависимость). Суммарное содержание РЗЭ в корках

составляет в среднем 1685 г/т, причем преобладают церий (около 918 г/т), лантан (271 г/т) и неодим (226 г/т). Из редких и рассеянных элементов наиболее распространены мышьяк (210 г/т) и иттрий (213 г/т), н