Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Железомарганцевые корки Западной Пацифики

ВАК РФ 04.00.11, Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений, металлогения

Автореферат диссертации по теме "Железомарганцевые корки Западной Пацифики"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ.НАУК ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ , ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

« ; .■; Л На правах рукописи

' ■ МИХАЙЛИК Евгений Васильевич

УДК 552.4(261/264)(26.03)

ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫЕ КОРКИ ЗАПАДНОЙ ПАЦИФИКИ (МОРФОЛОГИЯ, МИНЕРАЛОГО-ХИМИЧЕСКИИ СОСТАВ И УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ)

Специальность: 04.00.11 - геология, вдиски и разведка рудных и нерудных месторождений; металлогения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Владивосток - 1Э93

Работа выполнена в Дальневосточном геологическом институте ДВО РАН •

Научный руководитель: кандидат геолого-минералогических наук О.В.Чудаев (ДВГИ РАН)

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук Л.М.Грамм-Осипов (ТОЙ РАН) кандидат геолого-минералогических наук В.В.Раткин (ДВГИ РАН)

Ведущее предприятие: АО "Дальморгеология" (г. Находка)

Защита диссертации состоится -г. в/^

часов . минут на заседании Специализированного Ученого совета (Д.003.54.01) при Дальневосточном геологическом институте ДВО РАН по адресу: г. Владивосток, 22, Прспект 100-летия Владивостока, 159, Дальневосточный геологический институт.

/

Отзывы на реферат, заверенные печатью учреждения, просьба присылать в двух экземплярах по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Дальневосточного отделения РАН (адрес тот же).

Автореферат разослан " ¡^ " Мс &ФрьЯ 199у г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат геолого-минералогических наук

Б.И.Семеняк

ВВКДЁШК

.■-ктуалькостъ. Железомарганцевне коркк подводных гор центральной части Тихого океана представляют ценное полезное ископаемое, в котором содержания кобальта достигают 2,5% (Manheim, 1986) и платины до 4,5 г/т (Аоkl, 1990), т.е. близкие крупным месторождениям на континенте.

Периферия океана с этих позиций изучена очень слабо. Однако, исследования в этом регионе дают сравнительный материал, который позволит пополнить наши представления о келезомарганцевом рудообразовании не только в окраинных морях, но и в Мировом океане.

Цель и задачи исследования. Цель диссертации - генетическая типизация келезомарганцевых корок по периферии западной части Тихого океана и оценка их экономического потенциала.

Для достижения этой цели потребовалось решить задачи:

1. Исследовать распространение келезомарганцевых корок в различьшх морфоструктурах дна по периферии Западной Пацифики.

2. Выделить и изучить литологические типы.

3. Проанализировать минеральный и химический состав.

4. Оценить экономический потенциал корок.

Методы исследования и Фактический материал. Образцы железо-марганцевых образований и пород субстрата получены' драгами, гравитационными трубкам и дночерпателями. При изучении каменного материала использовались методические приемы литогенетической типизации, предложенные Н.С. Скорняковой '(1984 )и В.Т.Фроловым (1984). Минеральный состав определялся методами рентгенофазового анализа и аналитической просвечивающей электронной микроскопии с микродифракцией электронов. Химический состав пород субстрата -силикатным методом, а количество металла в рудных образованиях -атомно-абсорбционным (Mn, Fe, Cu, Ni, Zn, Co, Mo) и нейтронно-активационным (Pt).

Работа основана на материалах собранных лично автором в четырех морских экспедициях, в период с 1982 по 1987 гг. В работе использованы результаты изучения свыше 500 шлифов и около 200 полированных образцов, 152 минералогических и 172 валовых химических анализов железомарганцевых образований и субстрата.

Научная новизна. Предложена генетическая классификация современных морских железомарганцевых образований, состоящая из девяти генетических типов. В отличии от имевшихся ранее предста-

влений о существовании лишь седиментационшх (гидрогенных П.Хальбаху (1982 г.)) и гидротермальных корок, только в запада... части Тихого океана установлено четыре генетических типа. Пол..: чены новые данные о составе железомарганцевых корок. Впервые для акватории Тихого океана обнаружен бузерит-I (дуга Тонга).

Практическая ценность. Показано, что по периферии Тихог^ океана на подводных вулканах и гайотах имеются железомарганцев! корки мощностью до 12 см, превышающие втрое толщину корок, требуемую по эксплутационным критериям (Hein et al., 1987). Выявлй ны типоморфные признаки богатых марганцем, кобальтом.и платиной руд.' Это черные, массивные с антрацитоподобным блеском на изломе корки. Новые данные о минеральном составе корок могут быть использованы при отработке промышленной технологии извлечения из неметаллов.

Апробация работы. Основные положения и результаты работ докладывались на I Тихоокеанской школе по морской геологии ■ геофизике (Владивосток, 1983), Международном семинаре по тектонике и минеральным ресурсам Тихого океана (Хабаровск, 1990), г: также на семинарах, конференциях и Ученом совете ДВГИ.

По теме диссертации опубликовано 6 статей и тезисы 4 докладов. Кроме того, данные по минералогии корок, химиии и др. вошли в Международный банк данных по келезомарганцевым рудам Тихого океана (1992, GSJ, Tsukuba, Japan).

Объем работы. Работа состоит из введения, 5 глав и заключения. Общий объем (06 страниц текста, 2>Ь таблиц,^? рисунков. Список литературы содержит ¿LD^- наименований.

Автор благодарен начальникам морских экспедиций на нис ДВО В.Б.Курносову, С.А.Щеке, и, в особенности; И.К.Пущину за предоставленную возможность участия в рейсах. В процессе работы автор консультировался и обсуждал полученные результаты с Н.Н.Барино-вым, Ю.Г.Волохиным,.И.Н.Говоровым, П.В.Маркевичем, В.П.Нечаевым, О.В.Чудаевым, и, пользуясь случаем, выражает им благодарность, а также всем коллегам, осуществлявшим аналитическую обработку материала Л.А.Авдевниной, Г.А.Бахаревой, Н.В.Ворониной Л.А.Вржосек,

В.Н.Каминской, В.В.Малахову, И.В.Холодкевичу, а также Т.М. Ми. г-

хайлик, В.Г.Сазонову, А.И.Санцевич, Н.В.Трушковой, Н.В.Удовенко, осуществлявшим техническое оформление работы.

Глш г. 1В ИСТОРИИ ИЗУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗОМАРГЛНЦЕВЫХ ОБРАЗОВАНИИ

Приводится обзор литературы по железомарганцевым образованиям. Показано, что по текстурно-структурным признакам и минера-лого-химическому составу, а также другим признакам, железомар-ганцевые образования Мирового океана были разделены на две большие группы: осадочные и гидротермально-осадочные. Представители этих групп впервые в океане были открыты во время экспедиции "Челленджера" в 1873-1876 гг.

Впоследствии были предложены генетические классификации современных железомарганцевых руд, сфокусированные на источниках металлов, причем наибольшее распространение получила классификация Э.'Бонатти с соавторами (Bonattl et al., 1972), а также усовершенствованные ее варианты (Dymond et al., 1984; Mangini .et il., 1987). Однако, эти классификации по мнению Д.Глэсби (1976) и Д.Кронена (1982) показывают различия в химическом составе руд, т.к. в них объединены различные категории: источники (гидротермальный) и способы осаждения (диагенетический) металлов. Кроме того, некоторые исследователи считают, что гидрогенный и седи-ментационный - синонимы (Halbach, 1986).

Среди классификаций, основанных на двух генетических моментах, следует отметить схему Н.М.Страхова (1965), базирующуюся на способе осаждения металлов и фациальной принадлежности руд. Она также имеет ряд недостатков. Так, к примеру, богатйе кобальтом железомарганцевые корки,, покрывающие базальтоиды гайотов в центральной части Тихого океана, должны классифицироваться, как вул-каногенно-осадочные седиментационные отложения.

Интерес к железомарганцевым коркам резко возрос, начиная с 1980 г., в силу ряда политических причин (Manheim, 1986). Сейчас осадочные корки рассматривают как потенциальный источник кобальта. Гидротермальные же корки, ассоциирующиеся с базальтовым вулканизмом, содержат дополнительно сульфиды металлов, а ассоциирующиеся с островодужным, более кислым вулканизмом, сопровождаются золото-серебряной минерализацией (Yuasa, Yokota, 1982).

Накопленный к настоящему времени литературный материал показывает, что преобладающая часть работ по железомарганцевым коркам выполнена в центральной части Тихого океана, а периферия его изучена значительно меньше. Следует отметить, что минералогия рудных отложений всего океана исследована крайне слабо, и

базируется, главшм образом, на результатах рентгеновской диф-рактометрии. Кроме того, литературный обзор показал, что нет универсальной генетической классификации современных морских марганцевых месторождений. И наконец, не было попытки оценить корки периферии океана с экономической точки зрения.

Глава 2. РЕГИОНАЛЬНЫЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИ! МАТЕРИМ

При решении перечисленных задач использовались материалы, собранные в бассейнах в различной степени удаленных от континента : Тасманово море у Австралии, Филиппинское море, значительно удаленное из окраинных морей от континента, и островодужная система Тонга - наиболее удаленная от континента. Кроме того, подводный хребет Луисвилл - по периферии ложа собственно Тихого океана.

В главе приведены результаты изучения образцов, поднятых на полигонах и геотраверзах, расположенных в перечисленных регионах.

Тасманово моне. Здесь исследования проводились в приустьевой части трога Беллона. С привершинных участков подводных гор, в интервале глубин 2330-1600 м, подняты эдафогеннне брекчии с железомарганцевыми корками, имеющими наибольшую толщину - 10 см (здесь и далее средние величины) на всех исследованных участках. Эти корки выделяются черным цветом, антрацитоподобным блеском на изломе, массивной текстурой и высокой твердостью, а также гладкой поверхностью. Меньше распространены темно-коричневые и буроватые корки толщиной I см, часто тонкослоистые, твердые, выросшие на пляжевых гравелитах, базальтах и турбидитах. Кроме того, среди рудных образований на этом участке распространены и железомарганцевые конкреции, причем максимум их сосредоточен глубже, чем корки и отвечает глубинам 3060-2600 м.

В Филиппинском море работы выполнены на восьми полигонах, которые разделены на три группы на основании морфоструктурной общности, а также по_ набору магматических и осадочных пород (Ханчук и др., 1989; Нечаев и др., 1989). Это локальные впадины, подводные возвышенности и разломы дна глубоководных котловин. ,

Локальные впадины изучались в котловине Па-ресе-Вела. Железомарганцевые корки толщиной I см спорадически покрывают базальты и эдафогенные брекчии. Кроме того, корки почти повсеместно растут на уплотненных пелагических глинах, однако толщина их не превышает 0,8 см. Все рудные инкрустации характе-

ризуются бурыми тонами и тонкослоистой текстурой.- Железомарган-цевые корки обнаружены на всех исследованных глубинах, однако корки максимальной толщины в 3 см подняты с интервала 60005200 м. Конкреции распространены на глубине 6200-3760 м. Наибольшее их количество тяготеет к верхним частям бортов локальных впадин.

Подводные возвышенности исследованы на окончании плато Бенхам (гора Виноградова) и на подводном хрёбте Кюсю-Палау. С привершинных участков, в интервале глубин 20001600 м, подняты наиболее толстые корки (6 см) на базальтах и ри-фогенных известняках, выделяющиеся темно-коричневым до черного цветам с антрацитоподобным блеском на изломе. Кроме того, тонкие (I см) корки, отличающиеся бурыми тонами, распространены на всех глубинах (5300-1600 м). Субстратом их являются базальты и алев-роаргиллиты. Распределение конкрециий на склонах подводных гор -бимодальное. Первый максимум приурочен субгоризонтальным участкам вершин на глубине 2360-1900 м, а второй вблизи их основания, в интервале 5300-3600 м.

В зоне крупных разломов (Центральный и др.) участки с расчлененным рельефом характеризуются наличием двух разновидностей железомарганцевых корок, средней толщины 2 см. Эти корки распространены в интервале глубин 6390-5740 м. Первые (преобладающие) имеют бурые тона, тонкослоистые, обычно твердые с глобулярной поверхностью. 'Субстратом их являются база-' льты и пемза, а также пелагические слаболитифицированные алевро-аргиллиты'и уплотненные глины. Вторые (единичные образцы) значительно темнее (почти черные), массивные, менее плотные, с крупноглобулярной поверхностью, без субстрата. Для этих участков установлено небольшое преобладание корок над конкрециями на большинстве станций драгирования, но на отдельных из них корки резко преобладают. Здесь, в отличии от вышеописанных участков дна Филиппинского моря, никаких зависимостей между морфологическими типами железомарганцевых образований и формами рельефа, а также глубиной, не установлено. Однако, присутствие глыбовых железомарганцевых конкреций на этих участках - характерная особенность. Этим образованиям свойственна асимметрия строения и состава верхней (обращенной к воде) и нижней (погруженной в осадок) рудных оболочек, впервые описанной У.Раабом с соавторами (Raab et al., 1972). Кроме того, признаки рудных оболочек глыбовых конкреций

ь

близки двум разновидностям корок, распространенным на этих участках.

■ Островодукная система Токга исследована в ,пределах южного и северного замыкания, с пересечением котловины Лау, поднятия и желоба Тонга. Хотя на этих участках выполнено очень большое количество станций опробования, тем не менее, железомарганцевые образования подняты крайне редко и представлены корками. Кроме того, их субстратом являются только осадочные породы: туфотурби-диты и планктоногенные известняки. Причем железомарганцевые образования на этих двух участках резко отличаются между собой. Если на южном они близки ранее описанным тонким коркам локальных впадин Филиппинского моря, а именно: в котловине Лау, вблизи внутренней дуги Тонга, корки (1,5 см) с глубины 2000-1640 м имеют бурые тона, твердые, слоистые; на островном склоне желоба Тонга на глубине 3280-3080 м корки (0,5 см) коричневые; на океаническом склоне с глубины 7500-7200 м - коричневые пленки (до 2 мм).

Железомарганцевые же корки северного участка дуги Тонга резко отличаются от всех вышеописанных рудных накоплений. Здесь на островном склоне хр.Тонга подняты корки и натеки на слаболи-тифицированных туфотурбидитах с глубины 3800-3200 м. Этим рудным накоплениям свойственны небольшая толщина (максимум 4 см), черный цвет с металлическим блеском на срезе, массивная текстура и низкая твердость. Кроме того, после высыхания образцы становятся интенсивно трещиноватыми. С вершины подводной горы в котловине Лау, с глубины 2000-1800 м, получены планктоногенные фораминиферовые известняки и литокластические туфы с железомар-ганцевым цементом, а также линзами, гнездами, прослоями и корками толщиной до 2 см. Строение рудного вещества близко описанному на хр.Тонга.

Периферия ложа собственно Тихого океана исследована двумя геотраверзами. Геотраверз Г-1 проложен от внешнего склона хр. Кермадек через желоб Кермадек и заканчивается на подводной горе Осборн, являющейся самой северной вершиной подводного хр.Луисвилл. Геотраверз Г-2 расположен юго-восточнее первого и проходит от одного из подводных вулканов хр.Луисвилл вглубь океана, до следующей крупной вулканической постройки, расположенной восточнее почти в 900 км. На этих отрезках железомарганцевые образования драгированы только со! склонов подводных гор в интервале глу-

Сил 5200-2700 м. Причем, станции были расположены на средних и нижних частях склонов.

Железомарганцевые корки на обеих геотраверзах по внешним признакам разделены на три группы. Первую группу составляют корки, обнаруженные только на г.Осборн, в интервале 3900-3300 м. Это черные, с гладкой поверхностью, с антрацитоподобным блеском на изломе, массивные, твердые образования, толщиной 4 см. Так как они подняты без субстрата и имеют следы окатанности, не исключено, что эти корки.оказались на участке опробования, пройдя гравитационное перемещение с более высоких участков склона горы. Вторую группу образуют корки, распространенные на всех подводных возвышенностях обоих геотраверзов, на всех исследованных глубинах. Это буровато-коричневые, плотные, тонкослоистые с глобулярной поверхностью, толщиной I см. Субстратом корок-служат базальты и турбидиты, а также пелагические алевроаргиллиты, в меньшем количестве корки растут на эдафогенных брекчиях. Третью группу составляют черные, рыхлые, массивные, с крупноглобулярной повер-■хностью корки, толщиной I см, описанные внутри слаболитифициро-ванных пелагических алевроаргиллитов и поднятые лишь на одной станции геотраверза Г-2. Следует отметить, что на геотраверзах, также как и на вышеописанных участках, железомарганцевые корки распространены преимущественно на верхних и средних участках склонов подводных гор и резко преобладают здесь над конкрециями, являющимися основной частью рудного материала наиболее глубоких горизонтов. Кроме того, здесь обнаружены глыбовые железомарганцевые конкрешш, но в большем количестве, чем на отдельных участках дна котловины Филиппинского моря,

Таким образом, на исследованных полигонах железомарганцевые образования распространены повсеместно и достаточно широко. Они подняты со склонов подводных гор, гайотов, в островных дугах, глубоководных котловинах и на плато, а также на бортах желобов.

По морфологическим признакам здесь выделены корки: большой мощности, черные (антрацитогодобные) (I), средней толщины, коричневые корки, широко распространенные (2) и черные, тонкие, редко встречающиеся (3). На северном замыкании вулканически активной островодужной системы Тонга обнаружены специфические, резко отличающиеся от перечисленных образцов корки с ровной (4) и кол-ломорфЕЮй (натечной) (5) поверхностью, а также слаболитифициро-ванные осадочные породы, покрытые и насыщенные железомарганце-

¿3bi.ii еещестгом (6).

Глава 3. МИНЕРМОГО-ХШИЧЕСКИИ СОСТАВ ¡ШГЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ

КОРОК

В главе приведены результаты изучения минерального состава и распределения металлов в каздой из выделенных групп корок.

Исследование выполенно по следующей методике.

В представительных образцах из каждой группы (на борту судна) определялся минеральный состав на рентгеновском дафрактометре ДРОН-1.О и количество металлов на атомно-абсорбционном спектрофотометре - "БШтас^и" АА-610. Кроме того, в стационарных условиях проводилось контрольное и дополнительное исследование минерального состава на рентгеновском'дифрактометре ДР0Н-2.0, электронном микроскопе ВЗ-540, аналитическом микроскопе ЛМ-ЮОс, а также химического состава - на атомно-абсорбционном спектрофотометре "ЭМтайги" АА-610.

Первая группа корок встречена только в привершинных участках подводных вулканов и гайотов. Эти корки выделяются наибольшей толщиной - до 12 см, массивной текстурой и блеском на изломе (антрацитоподобные), а также гладкой (микроглобулярной) поверхностью. На поперечном срезе в них под микроскопом видны единичные остатки микрофауны. Рентгенофазовый анализ показал наличие аморфных фаз, а по данным электронной микроскопии - плохоокрис-тализованного тонкодисперсного вернадита. Эти корки по сравнению с другими железомарганцевыми образованиями характеризуются высокой концентрацией марганца, кобальта и платины (см. таблицу).

Вторая группа корок встречена всюду. Они растут на всех типах пород и даже на плотных осадках. Морфология их поверхности и толщина сильно варьирует. Однако преобладают шершавые (глобулярные) иногда фестончатые поверхности. Средняя мощность корок составляет 2-3 см, при максимальной 4 см. В углублениях и кавернах на поверхности этих корок, а также на срезе визуально и микроскопически видны различной размерности фрагменты пород и округлые комочки глины, остатки микрофауны и минералысуммарное количество которых составляет первые проценты. Рентгенофазовое исследование установило небольшое ;количество кварца, плагиоклаза, смэктита и филлипсита. В отличие от первой разновидности корок в этих корках вернадита много. Иное и распределение в'них металлов (таблица). Среднее количество марганца наименьшее среди

Таблица

Среднее содержание металлов в железомэргзнцевых корках

Группа 1(13) 2(62) 3(9) 4(3) 5(2) 6(3)

Мп 20.74 13.24 17.64 37.16 39.28 38.03

Fe 18.73 13.73 13.89 2.28 2.10 0.49

Со 0.471 0.247 0.358 - - 0.002

Си 0.054 ; 0.093 0.179 0.027 - 0.027

Ni 0. 150 0.213 0.470 - - 0.017

Zn 0:070 0.050 0.072 0.024 0.050 0.033

Pt 0.14(4). 0.11(3) 0.12(3)

Мо' ' 760 580 80

Примечание. Pt и lío - е г/т, остальные в %. Прочерк - не обнаружено. В скобках число анализов.

всех изученных типов. Концентрации железа в корках второй группы изменяются наиболее широко, однако средняя величина близка таковой для корок первой группы. Кроме того, в них содержатся минимальные количества цинка, кобальта и платины, а меди и никеля -промежуточные количества, по сравнению с первой и третьей группами.

Третья группа встречается крайне редко. В ней корки обладают более грубой (крупноглобулярной) поверхностью, значительно темнее и более хрупкие, чем вышеописанные корки. На срезе этих корок микроскопическим и рентгенофазовым изучением установлены кварц, плагиоклаз и смектиты (в сумме до 10%). Видны редкие остатки микрофауны. Рентгенофазовый анализ рудной части показал наличие вернадита и ЮА-манганита. Дополнительное электронномик-роскопическое и микродифракционное изучение образцов показало, что эта фаза представлена смешаннослойным асболан-бузеритом. Распределение металлов в корках третьей группы также индивидуально. Оно характеризуется промежуточным содержанием средних количеств марганца, кобальта и платины, и минимального - железа, по сравнению с корками первой и второй группы. Средние концентрации меди, цинка и никеля в этих корках наивысшие (таблица).

Корки четвертой группы распространены локально и покрывают слоем до 2 см вулканогенно-осадочные порода. Это черные, участками блестящие образования, с металлическим блеском на срезе. Рентгенофазовый анализ собственно корок показал, что они состоят из 7А-манганита. По данным аналитической просвечивающей электронной микроскопии в них определены 7А-бернессит, 14АСа-бернес-сит и небольшое количетсво безжелезистого вернадита. Для образований этой группы характерно особое, очень высокое содержание марганца, при небольшом - железа, по сравнению с ранее описанными корками. Кроме того, в этих корках на уровне кларковых- концентраций определены медь и цинк, а никель и кобальт отсутствуют. Немаловажным является чрезвычайно высокая концентрация молибдена, на несколько порядков превышающая его кларк (таблица).

Корки пятой группы обычно толще и более хрупкие, чем корки четвертой группы. Рентгенофазовый анализ показал, что в них помимо 7А-манганита, присутсвует ЮА фаза'. Последующее изучение с использованием аналитической просвечивающей электронной микроскопией показало, что они сложены тонкодисперсным бернесситом и небольшим количеством бузерита-1. Причем принципиально 'важным является первая находка в железомарганцевых корках Тихого океана бузерита-1 (Михайлик и др., 1985). Для корок пятой группы также характерна высокая селективность марганца по отношению к железу. Кроме того, среди анализированных микроэлементов определена медь и очень высокая концентрация молибдена (таблица).

Корки шестой группы покрывают слаболитифицированные форами-ниферовые известняки и туфы, а также насыщают их и, кроме того, образуют линзы, гнезда и прожилки. Рудное вещество темного цвета, хрупкое, близко по внешним признакам коркам пятой и шестой групп. Кроме выше указанных обособлений, оно локализовано также в виде глобулей, оолитов. Средние размеры их близки размерам фо-раминифер. Кроме того, часть рудного вещества покрывает органические остатки, а также выполняет их внутренние полости. Минеральный состав крупных рудных обособлений по ренгенофазовому анализу аналогичен коркам пятойогруппы, а по электронномикроскопи-ческим исследованиям кроме 7А-бернессита и бузерита-1, присутствуют небольшие количества 14АСа-бернессита и вернадита. Глобу-ли и оолиты минералогически сложены только 7А-бернесситом. Эти корки характеризуются специфическим распределением металлов. Мм свойственна максимальная селективность марганца по отношению к

железу по сравнению с другими корками. Кроме того, спектр микроэлементов у них шире, чем в корках четвертой и пятой групп. А концентрация цинка близка к таковой з корках второй группы (таблица).

Таким образом, минералого-химическое исследование железо-марганцевых корок показало, что визуально выделенные морфологические разновидности характеризуются индивидуальным набором минералов и распределением металлов. Вероятно, что в приведенных примерах железомарганцевых корок, изложенные признаки внутреннего строения находятся в генетическом единстве с внешними (морфологическими) особенностями строения корок, наблюдаемых визуально. Это предположение согласуется с выводами' Н.С. Скорняковой (1979), П.Хальбаха (1982) и др., полученных при изучении железо-марганцевых конкреций и показавших генетическую связь характера поверхности ЖМК с внутренней структурой рудного вещества, минеральным и химическим составом конкреций, и, кроме того, дополняют их, расширяя спектр океанических железомарганцевых накоплений.

Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТдВ ИССЛЕДОВАНИИ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОРОК

Переходя к анализу результатов изучения корок периферии Западной Пацифики, в преломлении к их генезису, необходимо опре-лить их положение в генетической классификации. Однако, в главе I показано, что среди существующих в настоящее время классификаций, нет такой, которая бы объединяла сразу все группы изученных корок. Этот факт послужил основанием для того, чтобы рассмотреть принципы построения генетической классификации и остановиться на тех критериях, которые наиболее полно объясняют многообразие процессов , приводящих к накоплению рудных корок в океане. Такой анализ приведен в данной главе, где рассматриваются генетические моменты, связанные с источником металлов, их переносом и осаждением. Перечисленные моменты генезиса отражают поведение металлов на уровнях организации вещества от атомного до минерального (Круть, 1973) и соответственно выводы, получаемые при изучении этих моментов генезиса, являются общими для всех известных морфологических форм железомарганцевых отложений. Следовательно, классификация, в основу которой положен способ осаждения металлов, применима для корок, конкреций, а также микроконкреций, металлоносных осадков и других морфологических образований, т.е.

/

СЦ'б умаер^&яьна..

современных железомарганцевых образований предлагает-классификационная схема (Мкхайлик, Баринов, 198Э), в основу которой положены источники и способы отложения металлов (схема). В ней выделено девять генетических типов. Они формируются в результате действия двух совершенно отличных процессов выпадения металлов (обезличенных в процессе круговорота вещества в океане). Гидрогенно-седиментационные (I) - при поступлении коллои-" дальних частичек из придонной воды и гидрогенно-диагенетические (2) - в результате приноса металлов поровыми водами на ранней стадии диагенеза. В случае, когда происходит отложение руд вблизи устьев гидротерм либо стока промышленных вод, т.е. имеющих необезличенный источник, эти ке процессы приводят к формированию специфических образований, выделяемых в гидротермально-седимен-тационные (3) и гидротермально-диагенетические (4), а также тех-ногенно-седиментационные (5) и , техногенно-диагенетические (6) типы. Кроме того, возможно образование руд, возникших в результате совместного действия этих процессов - гидрогенно-седимента-ционно-диагенетических С£), гидротермально-седиментационно-диа-генетических (8) и техногенно-седиментащгошю-диагенетических (9).

Следует отметить, что седиментационный, диагенетический и седиментационно-диагенетический типы выделял' Н. М. Страхов еще е 1965 г. Гидротермально-седиментационный тип, т.е. руды, образовавшиеся осадочным путем, но из эндогенного источника,' большинством исследователей назывался •эксгаляционно-осадочным (Зеленов, 1964) или гидротермальным (ВопаШ а!., 1972; 1976), либо вулканогенно-осадочным (ТоШ, 1980; Гурвичидр., 1984; Рой, 1986). Гидротермально-диагенетический тип, хотя и описан В.Г. Гогишвили с соавторами в 1982 г. , тем не менее не пользуется широким применением. Наконец, последними среди предлагаемых генотипов являются гидротермально-седиментационно-диагенетический, принадлежность к которому конкреций разлома Сикейрос, показана Ю.Г.Волохиным (1990), а также груша техногенных, которые к настоящему времени не исследованы.

В соответствии с предлагаемой классификационной схемой дается генетическая типизация каждой визуально выделенной группе корок.

Так, корки первой группы (наиболее мощные черного цвета с антрацитоподобным блеском на изломе), а также второй группы бу-

Схема формирования железомарганцевы'х корок

11 Источники металлов

1 Экзогенный 1 1 Эндогенный Космогенный 1 Техногенный

Е

□Е

Несенос металлов течениями

Глобальный

Региональный .

Локальный

I

Ш

Осаждение металлов

ип

Выпадение

В придонную

I из нисходящих потоков I

на

I Породы различной

воду

на

. твердости ,

' Выпадение . |

^ИЗ ВОСХОДЯЩИХ ПОТОКОЕ)

в

Осадок |

'""УГТ"''1

Гидрогенно-седиментационный (I)

Гидрогенно-диагенетический (2)

(7)

Гидрогенно-седиментационно-диагенетический Гидротермально- Гидротермально-

седиментационный диагенетический

(3) ^ (8) * (4)

Гидротермально-седиментационно-диагенетический Техногенно- Техногенно-

седиментационный диагенетический

(5) ^^ (6)

(9)

Техногенно-седиментационно-диагенентический

ровато-коричневые меньшей толщины широко распространенные, имеют достаточно признаков, свидетельствующих о том, что в момент роста они являлись поверхностью дна (корки были в кровле керна при отборе грунта трубками;' на поверхности рудных отложений отмечены трубочки полихет, карбонатный микрит и др.). Эти факты дают основание предполагать, что корки образовались, благодаря потоку вещества из придонных вод к поверхности' их роста и считать эти накопления гидрогенно-седиментационными. Кроме того, их минералого-химический состав близок коркам некоторых подводных гор Тихого океана (Богданов и др., 1990; Hein et al., 1987). Но, так как имеются различия между этими группами, то предлага--ется выделять разновидности одного генетического типа: первая и вторая, соответственно для исследованных групп.

<. Корки третьей группы обнаружены внутри слаболитифицирован-ных слоистых осадочных пород. Они отличаются от вышеуказанных групп корок по твердости, характеру поверхности, минеральному составу и др. признакам. Однако, по химическому составу они близки этим группам. Кроме того, облик этих корок близок нижним рудным оболочкам глыбовых конкреций, характеризующихся ярко выраженной асимметрией строения и состава рудных. оболочек. Эти данные позволяют считать корки гидрогенно-диагенетическими.

Железомарганцевые образования северного замыкания остро-водужной системы Тонга, выделенные как специфические, отличаются между собой, главным образом, по характеру поверхности. Это корки с ровной (четвертая группа) и натечной, колломорфной (пятая группа) поверхностями, а также рудный материал распределенный по всему объему породы в виде линз, гнезд, прослоев и составляющий цемент слаболитифицировнных известняков (шестая груша). Химический и минеральный состав этих корок близок гидротермальным марганцевым коркам срединно-океанических хребтов (Toth, 1980; Богданова, Горшков, 1987) и островодужных систем (Usui et al., 1986). Однако, взаимоотношение корок с субстратом на островном склоне хр. Тонга свидетельствует о росте их благодаря осаждению металлов из придонных вод. А вот распределение рудного вещества в слаболитифицированных известняках и туфах котловины Лау указывает на их диагенетическую природу. Кроме того, островодужная система Тонга характеризуется продолжающейся вулканической деятельностью. Далее, в непосредственной близости от рудных образований на отдельных станциях подняты гидротермально-измененные

осадочные породы, являющиеся одновозрастными и генетически однородными породами субстрата железомарганцевых корок (Михайлик, 1985). Эти данные позволяют предполагать, что рудные образования островодужной системы Тонга сформировались при участии продуктов разгрузки гидротерм и отнести их к гидротермально-седиментацион-ным на хр. Тонга, с выделением двух разновидностей - собственно корки и натеки, а рудные отложения котловины Лау к гидротермаль-но-диагене тическим.

Анализ факторов, влияющих на процесс осаждения металлов, показал, что определяющими являются интенсивность" седиментацион-ного потока и физико-химические условия среды на поверхности корок. Если первый процесс определяет морфологию поверхности корок, то второй их минералогию. Сила седиментационного штока во многом зависит от динамики придонных вод, которая, в свою очередь, влияет на физико-химические условия среды.

Так для гидрогенно-седиментационных корок характерны разнообразные поверхности и текстуры, а минералогически они близки, из чего следует, что и физико-химические условия среды рудообра- -зования были такими же. Следовательно, если указанные предпосылки верны, то разнообразие гидрогенно-седиментационных корок определяется интенсивностью седиментационного потока и динамикой придонных вод. Это отчетливо прослеживается при сравнении текстур гидрогенно-седиментационных корок. Для первой разновидности корок свойственны гладкие поверхности, на которых не задерживаются пелито-псаммитовые обломки, а мелкощебневые остаются, главным образом, в западинах поверхности. Для второй разновидности характерны шершавые иногда фестончатые поверхности, содержащие различной размерности остатки микрофауны, минералы и фрагменты пород. Таким образом, гидрогенно-седиментационные корки первой разновидности образуются при активной динамике придонных вод с минимальным седиментационным потоком, а второй разновидности -при умеренной гидродинамике, с более высоким седиментационным потоком у поверхности корок.

Гидрогенно-диагенетические корки образуются в осадке либо в слаболитифицированной осадочной породе, т.е. их рост" характеризуется отсутствием седиментационного потока и ничтожно малыми скоростями движения растворов. Установлено, что в этих условиях растут корки с крупноглобулярной поверхностью. Следовательно, зернистость поверхности железомарганцевых корок зависит от гид-

Г 6

'¿олинамихи контактирующих растворов.

Различные гидротермально-седиментационные образования, •^тречающиеся на дне Мирового океана - это разновидности одного типа (Кронен. 1982). Факторами,наиболее существенно влияющими на такое разнообразие являются скорости разгрузки гидротерм при восхождении к поверхности дна и степень смешения их с донными водами (Seyfried, Blchoff, 1977). Причем, последний фактор наиболее существенно влияет на количество разновидностей гидро-термально-седиментационных накоплений в пределах одного рудного поля, что видно на примере железомарганцевых корок хр. Тонга.-Здесь факторы, оказывающие влияние на выпадение окислов марганца и железа, формирующих собственно корки и натеки, были близки, о чем свидетельсвует близость химического состава собственно корок и натеков, а также минерального состава.

Впервые обнаруженная в корках дуги Тонга ассоциация бузе-рит-1 - бернессит позволяет высказать предположение о стадиях минералообразования в процессе роста корок следующим образом. На ранних стадиях окислы марганца кристаллизуются в виде бузерита-I который в процессе старения, дегидратируясь, переходит в бернессит по аналогии с трансформацией в вакууме электронного микроскопа. 14А-Са-бернессит является характерной фазой гидротермальных корок, найденных в рифте Таджур, (Богданова, Горшков, 1987). Безжелезистый вернадит является продуктом биогенного преобразования бузерита-I (Чухров и др., 1989).

Эти данные указывают, что минералогически собственно корки и натеки первично были однообразны. Следовательно, основные различия между ними, зависящие от скорости смешения гидротерм с придонной водой, выражены в их морфологии. Натеки образовались при быстром смешивании, а сосбтвенно корки - при более медленном.

Гидротермзльно-диагенетические образования сложены рудным веществом, привнесенным в осадок гидротермами, но в дальнейшем часть этого вещества была перераспределена поровыми растворами на стадии раннего диагенеза, о влиянии которого свидетельствует структура породы, где рассеянное рудное вещество' локализовано в. виде глобулей, оолитов. Средние размеры их близки размерам фора-минифер. Кроме того, часть рудного вещества покрывает органические остатки, а также выполняет их внутренние пространства. Такая структура наблюдается не только в фораминиферовых известняках котловины Лау, но и в марганценосных яшмах Калифорнии (Сгегаг

et al., 1982) и Сихотэ-Алиня (Михайлик, 1987), где средние размеры рудных глобулей и оолитов сравнимы со средним размером радиолярий, которые на порядок меньше фораминифер. Эти данные позволяют предположить, что в процессе роста железомарганцевых обособлений гидротермальные флюиды просачивались сквозь обводненные осадки, перемешивались с ними и в зоне геохимического барьера отлагались, причем перемешивание гидротерм с морской водой протекало медленно, Это подтверждается высокой селективностью марганца по отношению к железу по сравнению с гидротермально-седи-ментационными отложениями.

Распределение кобальта в поверхностном слое железомарганцевых образований'

Проведенные исследования показали, что по периферии западной части Тихого океана максимум кобальта содержат гидрогенно-седиментационные железомарганцевые корки первой разновидности, развитые на подводных горах, сложенные рентгеноаморфным веществом, в которых электронномикроскопическим исследованием определено небольшое количество тонкодисперсного вернадата. 'Кроме того, кобальт равномерно распределен по всей толщине (10 см) анализированных образцов. Эти данные не согласуются с наблюдениями тех авторов (Halbach et al., 1982; Manheim, 1986; Hein et al., 1987 и др.), которые в центральной части Тихого океана показали увеличение концентрации кобальта в корках подводных гор по мере их омоложения. Они полагают, что кобальт осаждается в высокоокислительной обстановке и контролируется вернадитом. Наши вернадитовые корки содержат минимум кобальта среди корок, имеющих гидрогенный (обезличенный) источник.

Это свидетельствует о сложности процесса обогащения этим металлом железомарагнцевых корок, что подтверждается новыми данными о распределении кобальта в поверхностном слое глыбовых железомарганцевых конкреций (Михайлик и др., 1990).

При изучении распределения металлов во внешнем слое (до 3 мм) глыбовых железомарганцевых конкреций с четко выраженным "экваториальным" поясом, было установлено, что последний резко обогащен кобальтом, по сравнению с верхней и нижней частями конкреций.

Анализировались образцы, поднятые в Западно-Филиппинской котловине с глубины 6300-5740 м, и с подножья подводного вулкана

xp. Луисвилл (4100-3800 м).

Верхний слой конкреций сложен твердом коричневым тонкослоисто/ веществом, состоящим из вернадита и аморфных гидроокислов железа и марганца. Нижний слой - массивный более хрупкий и темный. В нем определен асболан-бузерит. "Экваториальный" пояс сложен массивными хрупкими темно-коричневыми аморфными гидроокислами и немного асболан-бузеритом.

В каждом из трех поверхностных слоев конкреций меняется и химический состав как от слоя к слою в одном образце, так в одном и том же слое разных образцов, что указывает на разнообразие физико-химических условий роста железомарганцевых слоев. Однако медь, цинк и никель стремятся к максимальному накоплению на нижней поверхности конкреций.

Для кобальта характерны во всех конкрециях самые высокие содержания в "экваториальном" поясе, причем в одном образце по данным рентгеновского микроанализатора концентрация его достигла 0,8%, а такие значения присущи коркам подводных гор (Hein et ab, 1987).

На концентрацию кобальта в "экваториальном" поясе не влияет обогащенность кислородом,о чем свидетельсвует минеральный состав поверхностных слоев конкреций. Мзвестдо, что вернадит образуется в более окисленной обстановке, чем ЮА-манганиты (Кронен, 1982). В "экваториальном" поясе определены з основном аморфные гидроокислы и немного - асболан-бузерита.

Одним из объяснений обогащения кобальтом "экваториального" пояса глыбовых железомарганцевых конкреций, может быть следующее. "Экваториальный" пояс отражает зону геохимического барьера: морская вода - осадок - железомарганцевое вещество. Кобальт находится в этой зоне значительно дольше других микроэлементов.' Благодаря такому свойству, он сорбируется оксогидроксидами марганца в большем количестве, чем медь, никель и другие металлы.

Глава 5; ЭКОНОМИЧЕСКИ! ПОТЕНЦИАЛ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОРОК ПЕРИФЕРИИ ТИХОГО ОКЕАНА

Высококобальтовые железомарагнцевые корки центральной части Тихого океана уже были оценены с точки зрения промышленного освоения (Halbacfi, Manheim, 1984). Корки периферии Тихого океана с этих позиций еще не изучены, т.к. считалось, что содержание рудных элементов в них невысокое (Hein et al., 1987). Однако,

результаты данной работы убедительно показывают наличие двух разновидностей корок в гидрогенно-седиментационном типе и их широкое распространение, причем первая разновидность - высококобальтовая. Это обстоятельство позволяет оценить их с экономической позиции.

При анализе использованы приемы вычисления, предложенные П.Хальбахом и Ф.Манхейном (Halbach, Manheim, 1984) и А.Манджини с соавторами (Mangini et al., 1987). Эти авторы считают, что основными величинами, определяющими экономическую перспективность месторождений, являются концентрация корок на единице площади и суммарная площадь их распространения. Концентрация вычисляется по формуле К=ТхПхВ/1ООО; где Т - толщина корки в см; П - площадь покрытия корки по отношению к единице площади в см'/м2; а В - удельный вес сухой корки.

Полученные результаты показали, что запасы корок на одной подводной горе (на примере подводных гор'полигона е Тасмановом море и горы Виноградова в Филиппинском море) составляют 14,4 млн. тонн для первой разновидности и 4,8 млн. тонн для второй. Известно, что техническим требованиям должно удовлетворять подводное месторождение с минимальными запасами, примерно, 4-5 млн. тонн, добываемые за один год разработки (Kalbach, Feilerer, 1980). То есть тоннаж железомарганцевых корок периферии океана удовлетворяет и этим требованиям. Эта масса руды содержит металлы в гид-рогенно-седиментационных корках первой разновидности на сумму 6,5 млрд. долларов (США) и 1,3 млрд. долларов во второй разновидности (по мировым ценам на 1985 г., Mangln! et al., 1937). Эти значения ниже, чем у корок центральной части Тихого океана, однако, для гидрогенно-седиментационных корок первой разновидности значительно выше, чем у конкреций рудной провинции Клари-он-Клиппертон, но для второй разновидности несколько ниже. Исходя из сведений о невысокой рентабельности добычи конкреций, можно полагать, что вторая разновидность гидрогенно-седиментационных корок на данном этапе развития промышленности не представляет экономического интереса. Относительно корок первой разновидности, можно с уверенностью предположить, что добыча их будет целесообразной (Mlkhallllc, Barinov, 1990).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований получены выводы, которые являются основными защищаемыми положениями.

J. КелезомарганцеЕые корки в западной части Тихого океана распространены в различных морфо структурах дна: на гайотах и подводных горах, в островных дугах, глубоководных котловинах и на плато, а также на бортах желобов. Среди корок по внешним признакам выделено шесть груш.

2. Установлено, что каждая группа корок характеризуется набором индивидуальных минералого-химических признаков. В корках дуги Тонга впервые обнаружен бузерит-I и установлен парагенезис: бузерит-1 - бернессит - 14А-Са-бернессит - безжелезистый ввр-надит.

3. В западной части Тихого океана в соответствии с предложенной классификационной схемой установлено четыре генетических типа корок: гидрогенно-седиментационный, гидрогенно-диагене-тический, гидротермально-седиментационный и гидротермально-диа-генетический. Кроме того, в гидрогенно-седиментационном и гидро-термально-сэдиментационном типах выделено по две разновидности. В первом - две разновидности гидрогенно-седиментационных корок и во вторЪм - собственно корки и натеки.

4. Оценка железомарганцевых корок периферии западной части Тихого океана с экономических позиций убедительно свидетельствует, что наиболее целесообразна добыча гидрогенно-седимента-ционных корок первой разновидности.

Кроме того, практическая значимость данной работы сводится к следующему.

Показано, что по периферии океана на подводных горах и гайотах имеются железомарганцевые корки толщиной до 12 см.

Предложены типоморфные признаки для богатых марганцем, кобальтом и платиной руд. Это черные, массивные с антрацитопо-добным блеском на изломе корки.

Новые данные - о минеральном составе железомарганцевых корок могут быть использованы при отработке промышленной технологии извлечения из них металлов.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ, ДИССЕРТАЦИИ

I. Особенности железо-марганцевой минерализации островодужной системы Тонга. - I Тихоокеанская школа по морской геологии и геофизике. Тезисы докладов, вып: Геофизика, геохимия, минеральные ресурсы. Владивосток, 1983, с. 14-15. (соавт. Чу-даев О .В., Баринов H.H.).

2. Вулканогенно-осэдочные и железо-марганцевые образования ост-роводужной системы Тонга. - В кн.: 'Вулканогенные и вулкано-гещю-осадочные породы Дальнего Востока. Владивосток, ДВНЦ АН СССР, 1985, с. 116-127. '

3. Гидротермальные проявления железомарганцевой минерализации в хр.Тонга. - Тихоокеанская геология. тяя5. N 2, с. 98-100 (соэет Чудаев C.B., Баринов H.H.; Обжиров A.M.).

4. Генетические типы железомарганцевых корок Западной Пацифики. - Международный симпозиум:, Тектоника, энергетичесскйе и минеральные ресурсы Северо-Западной Паиифики. Тезисы докладов. Хабаровск, 1989, T. I, с. 94-95. (соавт. Баринов H.H. ).

5. Осадочные образования локальных впадин и разломов. - В кн.: Геология разломов и локальных впадин дна Филиппинского моря. Владивосток; ДВО АН СССР, 1989, е.. 25-51. (соав'в. Нечаев В.П., Симаненко В.П., Малахов В.В., Холодкевич И.В.).

6. Железомарганцевые корки Западной части Тихого океана. - В кн. : Литогенез и рудообразование в древних- и современных морских бассейнах Дальнего Востока. Владивосток, ДВО АН СССР, 1990, с.186-200.(соавт.Баринов H.H., Чудаев О.В., Пущин И.К., Холодкевич М.В., Вржосек Л.А.).

7. Кобальт в железомарганцевых конкрециях с "экваториальном" поясом. - Там же, с.201-208. (соавт.Баринов H.H. .Вржосек A.A.).

8. Еузерит-I в гидротермально-осадочных марганцевых корках Юго-Западной Пацифики. _ - IX школа по морской геологии. Тезисы докладов, .вып: Геология океанов и морей. М. , 1990. Т. 3, с.10. (соавт. Баринов H.H., Чудаев О.В.).

9. West Pacific ferromanganese crusts - In: Co - rich Manganese crust. Tokal Univ. Press, 1990, p. 113 (with Barlnov N.N.).

10. Gravity flows on the Kermadec Trench Slope. - In: 13 Internat. Sediment. Congress. Nottingham, Abstract, 1990, p. 19-20 (with Ballance P.P.). •

Евгений Васильевич ШХАЯЛИК

КЕЛЕЗаЛАРГАНЦЕВЫЕ КОРКИ ЗАПАДНОЙ ПАЦИФИКй (МОРФОЛОГИЯ, ;ШЕРАЛОГО-Ш'й-НЕС1Ш СОСТАВ И УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ) ,

Автореферат

Лицензия ЛР & 040118 от 15.10.91 г. Подписано к печати 22.11.93 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Усл.п.л. 1,16. Уч.-изд.л. 1,12. Тираж 100 экз. Заказ 180.

Отпечатано участком оперативной полиграфии издательства "Дальнаука" 690041, Владивосток, Радио, 7