Формирования гидротермальных плюмов в придонных тропической зоны Срединно-Атлантического хребта (на примере гидротермальных полей "Логачев" и "Ашадзе")

Каминский, Дмитрий Валерьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Формирования гидротермальных плюмов в придонных тропической зоны Срединно-Атлантического хребта (на примере гидротермальных полей "Логачев" и "Ашадзе")
ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Формирования гидротермальных плюмов в придонных тропической зоны Срединно-Атлантического хребта (на примере гидротермальных полей "Логачев" и "Ашадзе")"

На правах рукописи

0034В03Э8 КАМИНСКИЙ Дмитрий Валерьевич

ФОРМИРОВАНИЕ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ ПЛЮМОВ В ПРИДОННЫХ ВОДАХ ТРОПИЧЕСКОЙ ЗОНЫ СРЕДИННО-АТЛАНТИЧЕСКОГО ХРЕБТА

(НА ПРИМЕРЕ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ ПОЛЕЙ ЛОГАЧЁВ И АШАДЗЕ)

Специальность 25.00.28 - Океанология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

2 8 ЯНВ 2010

Санкт-Петербург 2009

003490396

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана имени академика И.С. Грамберга» (ФГУГТ «ВНИИОкеангеология им. И.С.Грамберга»)

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор, Сергей Михайлович Судариков

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, Вячеслав Николаевич Лукашин кандидат геолого-минералогических наук, Валерий Юрьевич Русаков

Ведущая организация - ФГУП Полярная Морская Геологоразведочная Экспедиция (ФГУП ПМГРЭ)

Защита диссертации состоится « 25 » декабря 2009 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета при ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга» по адресу: 199106 Санкт-Петербург, Английский проспект, д. 1, зал заседаний Учёного Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга»

Автореферат разослан « »_2009 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета к. г.-м. н.

Общая характеристика работы Актуальность исследований. Объектом исследования в процессе работы являлись гидротермальные системы рифтовой зоны Срединно-Атлантического хребта (САХ) и связанные с ними зоны разгрузки рудообразующих гидротермальных растворов. В этих зонах разгрузки формируются гидротермальные плюмы - водные ореолы рассеяния растворенных и взвешенных форм элементов. Основное внимание уделено гидротермальным плюмам приуроченным к блокам ультрамафитовых пород полей «Логачёв» и «Ашадзе».

В последние годы среди российских и зарубежных учёных заметно повысился интерес к проблеме гидротермальной активности на дне Мирового океана в областях срединно-океанических хребтов, областей задугового спрединга и внутриплитных вулканов. Одним из наиболее эффективных методов обнаружения районов современного субмаринного рудообразования является метод гидрохимического и гидрофизического зондирования, позволяющий обнаружить гидротермальные плюмы в придонных водах Океана. При помощи этого метода были открыты многие рудные поля. Его совершенствование требует проведения специальных исследований сложных взаимоотношений в системе гидротермальный раствор - придонные воды - гидротермальный плюм. Необходимо прояснить ряд принципиальных моментов, связанных с развитием гидротермальных плюмов - главных индикаторов гидротермальной активности. Эти знания, с точки зрения практической морской геологии, позволят более эффективно использовать получаемую на борту судна информацию, с большей вероятностью определять положение гидротермального источника.

Кроме того, следует отметить значимость таких работ для теоретической геологии. Высокотемпературные гидротермальные растворы, разгружавшиеся в придонные океанские воды на протяжении геологической истории, являлись источником накопления сульфидных руд, освоение которых имеет высокое экономическое значение. Знание механизмов формирования массивных сульфидных отложений и металлоносных осадков, в значительной мере образованных при участии гидротермальных плюмов, важно для проведения поисково-разведочных работ не только в океане, но и на континентальных колчеданных месторождениях.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является изучение особенностей формирования гидрофизической и геохимической структуры гидротермальных плюмов в придонных водах. Рассмотрено влияние характера гидротермальной разгрузки и состава рудоносных растворов на формирование всплывающего гидротермального плюма. Также целью исследования являлось совершенствование океанологического метода поиска ГПС (глубоководные полиметаллические сульфиды).

Поставленная цель предопределила решение следующих задач: 1) Анализ основных закономерностей формирования гидротермальных растворов и плюмов, особенностей их строения и геохимии;

2) Исследование состава гидротермальных растворов в условиях Атлантики и особенностей разгрузки флюидов с выделением источников различных типов;

3) Изучение процессов минеральной и химической трансформации гидротермального вещества в условиях окислительной океанской среды;

4) Определение связи структуры придонных вод над гидротермальным полем с особенностями разгрузки и геохимии гидротермальных флюидов;

5) Обоснование новых поисковых геохимических и гидрофизических критериев поиска рудообразующих гидротермальных флюидов.

Фактический материал и личный вклад автора. Диссертационная работа построена на результатах теоретического анализа и научно-практических работ, выполненных за 7-летний период с 2002 по 2009 гг. Фактический материал собран автором в шести рейсах НИС «Профессор Логачёв» на гидротермальных полях Атлантики и восьми рейсах на НЭС «Академик Фёдоров», НИС «Гидролог», «Иван Петров», «Искатель-5» в которых осваивались и совершенствовались методические приёмы инструментального изучения водной толщи океана.

В 2003 году в 22 рейсе НИС «Профессор Логачёв» (ПМГРЭ) на основе результатов гидрофизических исследований, проводившихся при участии автора, было открыто рудное поле «Ашадзе-1». В 2004 г. в 24 рейсе было обнаружено рудное поле «16° 38'». В 2005 году проводилось более детальное изучение гидротермального плюма поля «Ашадзе-1» и были открыты рудные поля «Ашадзе-2» и «Ашадзе-3». В 2007 году было найдено рудное поле «Краснов». В процессе этих работ производилось определение ряда гидрохимических параметров (температура, солёность, мутность, рН, ЕЬ). Кроме этого, в придонной водной толще изучалось содержание тяжёлых металлов (Си, Ъп, Бе, Мп) как во взвешенной, так и в растворённой формах. Автор принимал участие в обработке результатов анализа проб гидротермальных растворов и других фактических материалов, собранных в рейсах НИС «Атлантис» с подводного обитаемого аппарата «Элвин» (2001 г.) и НИС «Пуркуа Па?» с помощью дистанционного управляемого аппарата «Виктор» (2007 г.). Кроме того, в диссертационном исследовании использованы материалы, собранные автором в фондах ВНИИОкеангеология и ПМГРЭ.

Основные методы исследования. Специфика геологических работ в глубоководных районах океана требует применения уникальных методов исследования, прежде всего дистанционных. Для изучения современных процессов особенно важны наблюдения в реальном времени. В процессе работы над диссертацией анализировались материалы, полученные следующими основными методами:

а) гидрофизическое зондирование и профилирование при помощи СТО зонда 8еаЫгс1 911 (определялись температура, солёность, мутность, плотность морской воды);

б) отбор проб морской воды с использованием кассетного комплекса «БеаЫгс! Новей»;

в) анализ гидрохимических проб методами 1СР-МБ и атомно-абсорбционным в лабораториях ВНИИОкеангеология и ВСЕГЕИ;

г) статистическая обработка данных проводилась с использованием программ ЕХЕЬ и БТАШПСА 6.0.

Научная новизна. Полученный автором за последние годы материал позволяет по-новому взглянуть на некоторые черты формирования и развития гидротермальных плюмов, их особенностей, обусловленных структурой придонных вод, глубиной положения источника и рядом других факторов.

1. Установлены геохимические особенности отличающихся по плотности высокотемпературных растворов разгружающихся на изученных гидротермальных полях. Флюиды повышенной минерализации характерны для «Ашадзе-2», «Рэйнбоу», отдельных источников поля «Логачёв-1», в то время, как на источнике «Ирина-2» опробованы растворы с существенно более низкими концентрациями макрокомпонентов (прежде всего натрия и хлорид-иона) по сравнению с океанской водой. «Лёгкие» гидротермы характеризуются большим дефицитом таких основных компонентов состава как натрий и хлор, что оказывает влияние и на концентрацию рудных компонентов, поскольку основной формой миграции металлов в гидротермальных растворах являются хлоридные комплексы. Пониженная плотность растворов обусловлена, наряду с высокой температурой и низкой минерализацией, повышенным содержанием газов (в особенности Н2, СН4), в высокотемпературных (до 353 °С) гидротермальных растворах.

2. Сопоставление геохимии растворов и структуры придонных вод в зонах разгрузки показало, что плотность воды в плюмах унаследована от гидротермальных растворов, формирующих при разгрузке на дне океана три типа источников. Особенности состава растворов влияют на распределение плюмов различной плавучести в структуре придонных вод. В результате формируются различные типы ореолов рассеяния: всплывающие (вертикальные), плюмы нейтральной плавучести (латеральные) различной плотности и реверс-плюмы (стелющиеся).

3. Изучение распределения взвешенных и растворённых форм металлов в придонных водах гидротермальных полей «Логачёв-1», «Ашадзе-1», «Ашаде-2» показало, что гидрохимические аномалии над этими рудными полями отличаются по характеру связи с гидрофизическими аномалиями. Установлены 2 типа формирования геохимических аномалий в гидротермальных плюмах. Максимальные концентрации рудных элементов на поле «Ашадзе-1» соответствуют аномалиям мутности, отрицательным аномалиям температуры и солёности на верхнем горизонте латерального рассеяния (200-250 м от дна). Максимальные концентрации Мп, Си, Ъл и Ре на поле «Ашадзе-2» в отличие от поля «Ашадзе-1» коррелируют с аномалиями мутности, положительными аномалиями температуры и

солёности на нижнем горизонте латерального рассеяния. В гидротермальном кратере поля «Ашадзе-2», так же как в кратерах поля «Логачёв» разгружаются более тяжелые, минерализованные растворы, формирующие реверс-плюмы и придонные аномалии растворённых рудных компонентов.

4. Анализ построенной с участием автора прогнозно-металлогенической карты Северной Атлантики показал, что проявления гидротермальной деятельности часто соответствуют зонам пересечения рифтовой долины с крупными субширотными нетрансформными разломами. Аномалии температуры и солёности за пределами САХ тяготеют к удалённым в стороны континентов окончаниям трансформных разломов или их продолжениям. Картографический анализ позволяет говорить о сегментации флюидопроявлений, которая увязывается с тектонической сегментацией САХ. Выделены сегменты с разной гидротермальной активностью и обоснованы перспективы обнаружения новых гидротермальных полей в пределах трёх сегментов САХ: между разломами Кейн и Зелёного мыса, между разломами Марафон и Вима, а также между разломом Сьерра-Леоне и разломом Страхова. Хотя данных для окончательных выводов пока явно недостаточно, результаты последнего 32-го рейса НИС «Профессор Логачёв» показали наличие гидрофизических аномалий гидротермальной природы на 11°30' и 13°31' с.ш., что подтверждает правильность сделанных ранее выводов.

Практическое значение работы. По итогам обработки данных, полученных при проведении гидрофизического и гидрохимического зондирования, был сделан ряд рекомендаций по поиску гидротермально активных источников. Знания о формировании и развитии гидротермальных плюмов позволяют вести поиск более эффективно, избегать излишних затрат времени и средств.

Изучение процессов образования плюмов и гидротермального осадконакопления в уникальной природной лаборатории, которой являются гидротермальные системы океана прежде всего важно при поисках ГПС, а также для практической геологии, во-первых, в смысле понимания закономерностей формирования и распространения колчеданных месторождений, во-вторых, для познания особенностей океанского рудогенеза.

Более конкретное значение имеют рекомендации по направлениям исследования придонных вод гидротермальных полей. Предложения, касающиеся отдельных сторон гидрогеохимических и экогеохимических исследований в океане частично успешно реализованы в морских экспедициях, проводившихся ПМГРЭ и ВНИИОкеангеология совместно с другими организациями, в том числе ИФРЕМЕР (Франция). В практике морских геологических исследований могут найти применение методические приемы, предложенные и опробованные в ходе проведённых исследований: поиски очагов гидроминеральной разгрузки по соотношению взвешенных и растворённых форм металлов в плюмах, использование отрицательных

аномалий температуры и солености в качестве поискового признака высокотемпературных источников в пределах САХ, применение гидрофизических и геохимических показателей гидротермальных плюмов для оценки положения и параметров связанных с ними источников.

Апробация результатов исследований. Результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях «Полезные ископаемые Океана» (ВНИИОкеангеология, СПб) в 2006 и 2008 годах, XVI и XVII Международных научных конференциях (Школах) по морской геологии (ИОРАН, Москва) в 2005 и 2007 годах. В 2007 году доклад автора был удостоен диплома, как лучший среди молодых учёных.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе две написанные в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Объём и структура работы. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, содержит 133 страницы текста, 31 рисунок, 4 таблицы и включает список литературы из 138 наименований.

В первой главе диссертации приводится анализ современных представлений о распространении, геохимических особенностях и формировании гидротермальных растворов океана. Во второй главе охарактеризованы условия формирования гидротермальных ореолов рассеяния в придонных водах океана. Третья глава посвящена вопросам формирования структуры гидротермальных плюмов под влиянием геохимии растворов и особенностей субмаринной разгрузки на примере поля «Логачёв». В четвертой главе анализируются особенности формирования гидротермальных плюмов в придонных водах рудного узла «Ашадзе».

Первое защищаемое положение обосновывается в первой и третьей главах, второе - в третьей и четвертой, третье - во второй главе.

Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю д. г.-м. н., проф. С.М. Сударикову за помощь при подготовке диссертационной работы. Автор благодарен своим коллегам по совместному научному творчеству Б.Г. Ванштейну, Г.А. Черкашёву, Е.В. Наркевскому, Т.В. Степановой, М.П. Давыдову, без тесного сотрудничества с которыми изучение геохимии океанских рудообразующих гидротерм и плюмов представить невозможно. Автор благодарит О.Г.Шулятина, Е.А. Попову, П.А. Александрова, И.В.Егорова за ценные советы по улучшению текста диссертации. Идейную и административную поддержку при постановке исследований гидротермальных систем океана оказывали зав. отделом ОГиМРО С.И. Андреев и зав. сектором С.И. Петухов. Большую помощь автор получил в разные годы во время совместной работы с коллегами из ПМГРЭ и ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга по изучению океанского гидротермального рудогенеза и овладения методикой дистанционных исследований в Океане. За полезные рекомендации в процессе работы над диссертацией автор всем им выражает глубокую благодарность.

Защищаемые положения и их обоснования

1. Плотность воды в плюмах унаследована от гидротермальных растворов, образующих при разгрузке на дне океана три типа источников. Наряду с особенностями геохимии растворов, распределение плюмов в структуре придонных вод отражает влияние следующих типов формирующихся в зонах разгрузки ореолов рассеяния: всплывающих (вертикальных), плюмов нейтральной плавучести (латеральных) различной плотности и реверс-плюмов (стелящихся).

По результатам проведённого опробования и анализа литературных данных в диссертации сопоставлены геохимические особенности флюидов и плюмов гидротермальных полей САХ. Результаты анализа позволили уточнить состав растворов полей, приуроченных к ультраосновным породам. Схема расчёта, проводившегося автором, базируется на образовании в недрах гидротермальных систем бессульфатных и лишенных магния растворов. Концентрации компонентов в «конечных» растворах («end members») соответствуют нулевой концентрации Mg. Пересчитанные концентрации позволяют сравнивать составы субмаринных горячих растворов, исключая эффект разбавления морской водой на путях миграции и в зонах разгрузки.

Полученные данные свидетельствуют об отличиях в составах изученных гидротерм. Так, если для поля Рэйнбоу характерны флюиды повышенной минерализации, то на поле Логачёв (источник «Ирина-2») опробованы растворы с существенно более низкими концентрациями макрокомпонентов (прежде всего натрия и хлорид-иона) по сравнению с океанской водой. Концентрация сероводорода в end members заметно меньше по сравнению с флюидами других (за исключением Менез Гвен) гидротермальных полей Атлантики.

На состав гидротерм глубинной циркуляционной системы (в формулировке Ю. А. Богданова) определяющее влияние оказывают процессы метаморфизации растворов в результате серпентинизации и/или фазовой сепарации флюида (возможно, многократной) при подъёме к очагам разгрузки с разделением на рассолы и распреснённые растворы. В процессе серпентинизации в растворах повышается концентрация метана и водорода (табл. 1).

Таблица 1

Температура и концентрации СН4 и Н2 в гидротермальных растворах САХ по данным (Charlou J.L. ct al., 2002; Судариков, Кривицкая, Каминский, 2008)

Поле Менез Г вен Лаки Страйк Рэйнбоу Брокен Спур ТАГ Снейк Пит Логачёв

Т°С 265-284 152-333 346-365 356-364 270-363 335-350 347-353

СН4 (мг/л) 22,0/42,0 8,0/16,0 40,0 1,0/2,1 2,0/2,4 - 34,0

н2 (мг/л) 0,05/0,1 0,04/1,5 32,0 0,86/2,1 0,3/0,7 0,4/0,96 24,0

На гидротермальном поле «Логачёв-1» наблюдениями с подводных аппаратов отмечены два типа разгружающихся высокотемпературных растворов резко отличающиеся по плотности. Наблюдалось и чередование величины температуры и интенсивности газовыделений во времени, что свидетельствует о периодическом вскипании раствора в подповерхностных условиях.

Колебания концентраций хлорид-иона оказывают влияние и на концентрации рудных компонентов, поскольку основной формой миграции металлов в гидротермальных растворах являются хлоридные комплексы. Пониженная плотность растворов и, как следствие, высокая «плавучесть» плюмов обусловлена, наряду с высокой температурой и низкой минерализацией, повышенным содержанием газов (табл. 1).

В пределах гидротермального поля (рис.1) по характеру гидротермальной разгрузки выделяются три типа источников:

1) впервые обнаруженные на поле «Логачёв-1» комбинации кратеров, выделяющих черный дым, и коротких наклонных труб 0,2-1,0 м высотой, окружающих кратеры;

2) несколько относительно высоких труб в зонах «А» и «Ирина-2» до 3 м высотой и 0,5-0,8 м в диаметре;

3) зоны диффузионной разгрузки прозрачных «мерцающих» или «муаровых» растворов.

Судя по характеру разгрузки, в источниках выделенных типов наблюдаются растворы различные по плотности и составу:

а) растворы гидротермальных кратеров, часто повышенной плотности, «стелющиеся» по дну с температурой 293-343 °С, характеризующиеся повышенной минерализацией;

б) высокотемпературные (324-348 °С) гидротермальные растворы отдельных источников невысокой плотности с ярко выраженной восходящей струёй;

в) прозрачные «муаровые» тёплые (5-20 °С) придонные растворы, обеднённые растворёнными компонентами.

Состав раствора источника «Ирина-2» характеризуется пониженной, по сравнению с морской водой, минерализацией. Кроме того, трубные комплексы кратеров обогащены цинком, а руды высокотемпературных источников «А» и «Ирина-2» - медью. Необходимо подчеркнуть, что речь идёт именно о небольшой части источников с растворами повышенной минерализации. Более того, сравнение наблюдений с борта ПОА «Элвин» (2001 г.) и дистанционно управляемого аппарата «Виктор» (2007 г.) на одних и тех же источниках показало, что солёность разгружающихся растворов меняется во времени. Реверс-плюмы сменяются восходящими и наоборот. Тем не менее, реверс-плюмы существуют, о чём свидетельствуют наблюдения в реальном времени на открытом в рейсе «Серпентин» новом источнике «Шандельер» вблизи кратера Анна-Луиза. Здесь струя горячего раствора (252 °С) с чёрной взвесью вытекала из отверстия в верхней части сульфидной трубы и опускалась вдоль стенки трубы вертикально вниз с большой скоростью, что свидетельствует о высокой плотности раствора.

Температура раствора по данным замеров в источнике внутри кратера в 2007 году с борта дистанционно-управляемого аппарата «Виктор» - 340 °С, на периферии кратера «Анна-Луиза» - 293 С и 334 С, в небольшом кратере к западу от источника «А» - 343 С.

Анализ имеющихся данных показывает, что основным является промежуточный тип формирования плюма, когда облако взвешенных частиц направлено наклонно по отношению ко дну. Ещё одна характерная черта источников, приуроченных к кратерам, заключается в почти полном отсутствии колоний живых организмов вблизи зон разгрузки, что может быть связано с особенностями состава растворов и их высокой температурой, либо с относительной молодостью этих структур.

Второй тип разгрузки приурочен к зоне «А» и гидротермальному холму «Ирина-2», поднимающемуся на 15-20 м относительно морского дна. В этих случаях горячий и насыщенный газами флюид выбрасывается из относительно высокой трубы и с большой скоростью поднимается в виде постепенно расширяющегося плюма с ярко выраженной положительной плавучестью до определенного горизонта. Подъем прекращается, когда плотность постепенно смешивающегося с окружающей морской водой раствора уравнивается с плотностью окружающей воды. Температура раствора источника «А» по данным замеров в 2007 году с борта дистанционно-управляемого аппарата «Виктор» - 324 °С.

Структура придонной воды по данным CTD-зондирования отличается сложным строением, отражающим наличие трёх горизонтов рассеяния гидротермального вещества, которое представлено, в основном, оксидно-гидроксидной взвесью. Эти горизонты фиксируются по уменьшению оптической прозрачности или по увеличению мутности океанской воды. На вертикальном профиле CTD-зондирования в центре гидротермального поля между двумя главными зонами разгрузки в придонных водах наблюдаются два основных горизонта рассеяния: на глубинах 2550 м (350-400 м над дном)

и 2750 м (200-250 м над дном). Максимум уменьшения оптической прозрачности на глубине 2550 м сопровождается отрицательными аномалиями температуры и солености. Значительно меньшее уменьшение прозрачности на глубине 2750 м отвечает уже положительным термохалинным аномалиям. Более заметные по амплитуде синхронные колебания температуры и солёности в 100-метровом придонном слое также сопровождаются незначительным понижением прозрачности.

Источники, исследованные на гидротермальном поле «Логачев-1», образуют различные типы ореолов рассеяния: всплывающие, плюмы нейтральной плавучести различной плотности и реверс-плюмы.

Плотность воды в плюмах унаследована от плотности гидротермальных растворов, формирующих при разгрузке на дне океана три типа источников. Особенностями исходных растворов, влияющими на распределение плюмов различной плавучести в структуре придонных вод, являются степень минерализации, газосодержание и температура.

Различия в плавучести флюида могут быть обусловлены эффектом отделения парово-жидкой фазы в геотермальной системе на некоторой глубине ниже дна. Как результат, плотность жидкости может увеличиться и основной объем газов С02 и Н28 должен переходить в паровую фазу. В результате и формируются «тяжёлые» реверс-плюмы, чередующиеся с «лёгкими» плюмами пониженной плотности - всплывающими и нейтральной плавучести. Аномалии мутности указывают на стратификацию плюмов в придонных водах в соответствии с плотностью воды.

На разрезе 600-метрового слоя придонных вод, построенном по данным гидрооптических измерений аномалий прозрачности вдоль гидротермального поля «Логачёв-1» (рис. 2) показано положение основных зон разгрузки по результатам картирования с подводных обитаемых и буксируемых аппаратов. В структуре придонных вод можно выделить две зоны, тяготеющие к разным группам источников - юго-восточную, формирующуюся под влиянием основного поля, и северо-западную, в формировании которой принимают участие источники зон «Ирина-2» и «Квест». При общем сходстве стратификации водной толщи, очевидно, что в зоне воздействия источников основного поля формируются более мощные и контрастные плюмы, располагающиеся ближе к поверхности дна. Это отвечает особенностям растворов, разгружающихся в этих зонах. В кратерах основной зоны разгружаются более минерализованные, «тяжёлые» растворы и общее количество источников здесь значительно больше чем на северо-западе.

Рис. 1. Схема зон гидротермальной разгрузки поля «Логачёв-1» (СеЬгик е.а., 1997, с изменениями):

1. Рудные поля, сложенные преимущественно сульфидными минералами.

2. Осадки с повышенным количеством сульфидов в поверхностном слое.

3. Дезинтегрированные скопления основных и ультраосновных пород.

4. Низкотемпературные гидротермальные отложения.

5. Высокотемпературные чёрные курильщики (зоны активной разгрузки).

6. Зоны разгрузки низкотемпературных диффузионных растворов Зоны.

7. Гидротермальные («дымящиеся») кратеры.

8. Положение станций на профиле СТО

44 45.2' 44 45.15' 44 45.1'

Рис. 2. Разрез 600-метрового слоя придонных вод вдоль гидротермального поля «Логачёв-1», построенный по данным картирования зон разгрузки и гидрооптических измерений аномалий прозрачности (пунктиром показаны станции гидрофизического зондирования, отмеченные на рис.1).

По данным опробования источника «Ирина-2» в рейсе НИС «Атлантис», на северо-западе разгружаются главным образом растворы с минерализацией, заметно меньшей, чем у морской воды. Кроме того, по данным исследований в экспедиции «Серпентин» эти растворы обогащены газами. Понятно, что высокотемпературные, лёгкие, насыщенные газами растворы формируют мощную восходящую струю и плюмы нейтральной плавучести на более высоком уровне.

Верхний, наиболее выраженный горизонт рассеяния на уровне нейтральной плавучести плюма интересен тем, что понижение оптической прозрачности сопровождается отрицательными аномалиями температуры и солёности. Механизм формирования такой аномалии («атлантическая» модель плюма) обсуждается в работе и может быть использован для определения ориентировочной глубины источника.

По данным нашего анализа результатов опробования флюида в зоне «Ирина-2», высокотемпературный раствор заметно распреснён по сравнению с морской водой. Высокое содержание газов также может значительно снизить плотность флюида. Повышенная плавучесть разгружающихся на источнике «Ирина Майкросмоук» растворов и турбулентность восходящей струи фиксировалась нами и многими другими исследователями при визуальных наблюдениях и анализе видеоматериалов, полученных с подводных аппаратов.

Таким образом, самый удалённый от дна горизонт рассеяния гидротермального вещества формируется наименее плотным (но высокотемпературным) флюидом, разгружающимся в зоне «Ирина-2».

2. Геохимические аномалии в придонных водах над рудными полями отличаются по характеру связи с гидрофизическими аномалиями. Выявлено два типа формирования геохимических аномалий в гидротермальных плюмах:

1) аномалии на верхнем горизонте латерального рассеяния, соответствующие максимальным аномалиям мутности, отрицательным аномалиям температуры и солёности;

2) повышенные содержания рудных элементов на нижнем горизонте латерального рассеяния, (преимущественно от гидротермальных кратеров), который характеризуется совпадением аномалий мутности с положительными аномалиями температуры и солёности.

Первые данные о геохимических и геофизических аномалиях в придонных водах района 14°45' с.ш. были получены в 7-м рейсе НИС «Профессор Логачев» при исследованиях с комплексом РИФТ. В структуре всплывающего плюма наблюдалась пространственная дифференциация естественного электрического поля (ЕП) и ЕЬ внутри плюма.

Это может быть обусловлено осаждением частиц сульфидов железа, сформировавшихся в восстановительной среде, сразу после выброса из источника. Оставшееся железо осаждается в виде оксидов и гидроксидов. Таким образом, в нижней части плюма преобладают сульфиды, а в верхней -оксиды Бе. Низкий окислительно-восстановительный потенциал и высокая концентрация сульфидной серы является характерным для гидротермальных растворов. При перемешивании с морской водой происходит быстрое окисление оставшегося после образования сульфидов Н23 и увеличение ЕЬ.

В 2003 году в 22-м рейсе НИС «Профессор Логачёв» было открыто рудное поле «Ашадзе-1», бесспорно являющееся активным с ярко выраженными гидрофизическими аномалиями.

0 12 3 4

1_I I I I Р«

0 0 5 1 1.5 2

0 0 01 0.02 0 03 0 04

Рис. 3. Сопоставление распределения концентраций Мп, Ре, Си

(мкг/л) с гидрофизическими аномалиями в придонных водах поля «Ашадзе-1» (температура, солёность, мутность).

Отличительной чертой плюма нейтральной плавучести над полем «Ашадзе-1» является существенная отрицательная аномалия плотности и максимальные концентрации Мп, Си, Ъп и Ре (до 4,5 стандартных отклонений) на расстоянии 150-200 м от дна, коррелирующие с аномалиями мутности (рис. 3).

Особо следует отметить распределение цинка и меди в придонном слое, подверженном гидротермальному влиянию. Медь распределяется также, как железо и марганец - концентрации растут от дна к горизонту латерального рассеяния на высоте -200 м. На графике (рис. 2) видно, что концентрации цинка образуют с концентрациями меди «ножницы» - т.е. цинка в плюме очень мало. Если учесть, что и у дна мы видим содержания, не превышающие фоновые, можно предположить, что на состав вод плюма влияет состав гидротермальных растворов, о котором можно судить по составу формирующихся руд.

По результатам анализа сульфидов зоны активной разгрузки на борту НИС «Пуркуа Па?» руда активных построек поля «Ашадзе-1» преимущественно состоит из минералов меди (халькопирит, халькозин, борнит) с малым содержанием цинка (не более 1-2%).

Отметим очень хорошую корреляцию аномальных концентраций растворённого марганца и взвешенного железа в плюме над «Ашадзе-1» (табл. 2). Это согласуется с миграционными особенностями этих элементов и свидетельствует о формировании плюмов вблизи от высокотемпературных гидротермальных систем.

Таблица 2

Концентрации растворённых и взвешенных форм тяжёлых металлов (меди, марганца, железа и цинка) в придонном слое воды над рудным _полем «Ашадзе-1»_

№ станции Горизонт,м Сираст Си взв Мп раст Мпвзв Рераст Ре взв 1п раст &1 взв

1504-1 4002 0.28 0.10 0.10 0.10 0.41 4.1 1.51 0.24

3973........ .....0.24 0.09 0.05 ~ 0.06 0.41 2.1 1.39 0.18

1504-2 4058 0.18 0.07 " 0.13 0.08 ' 1.19 ' 2.7 1.76 0.15

3868 0.28 о.зб....... 0.71 .....0.08 2.94 16.0 .....2.06 0.46.....

1504-3 4092 0.13..... о.сб....... ......0.05 ......0.07 ......0.41 1.9....... .....1.60 " 0.13

3911........ 0.30 0.13 0.33 0.07 2.71 .........4.2........ 1.33 0.15

3855 0.24 .....0.28...... 0.43 .........0.07 3.62 11.0 1.57 0.18

15044 4143 0.14........ 0.33 ........0.05 0.08 0.46 .........2.8......... 1.82 ..........0.28.........

3951.......... 0.20...... .........0.08 0.31 .....0.08..... 2.06...... 6.7 .....2.18....... о.1б.......

1504-5 4113........ ......0.14 .......о.1з...... .....0.05..... .......0.07..... .....0.69 ........2.2..... .....1.15 0.22.....

3880.......... 0.26 ......0.20..... 0.32 0.08...... 3.03 .......7.3......... 1.09 0.19.....

1505 ......3982....... 0.23 0.17...... ........0.13...... 0.09..... 0.69 3.7...... .....1.33 0.18

Как видно из таблицы 2 в нижнем придонном слое (~100 м над дном) на поле «Ашадзе-1» концентрации Мп, Си, 2п и Бе не превышают фоновых значений, а аномальные значения Мп и Бе (до 4,5 стандартных отклонений) прослеживаются в гидротермальном плюме в 200-250 м от дна. При этом повышенные концентрации растворенного марганца зафиксированы в пробах воды с наиболее высокими концентрациями взвешенного железа. Такая зависимость свидетельствует о наличии гидротермальной активности. Данные пробы отобраны из гидротермального плюма в той фазе его развития, когда почти всё железо уже перешло во взвешенную форму, а марганец пока присутствует преимущественно в растворённой.

Поле «Ашадзе-2» существенно больше, чем «Ашадзе-1» и по первоначально полученным геологическим данным состоит из окисленных сульфидных тел, металлоносных осадков и гидроксидных корок, т.е. не активно.

Однако, на трёх станциях в придонных водах поля «Ашадзе-2» зафиксированы гидрофизические аномалии. Структура плюма над «Ашадзе-2» аналогична структуре плюма над «Ашадзе-1». Аномалии мутности в плюме нейтральной плавучести (~200 м от дна) сопровождаются отрицательными аномалиями температуры и солёности (рис. 4).

Пространственное распространение повышенных концентраций элементов, особенно, Мп, Си, 2п в придонном слое поля «Ашадзе-2» на первый взгляд, в целом, соответствует выявленным рудным телам. Однако, окисленные рудные тела вряд ли могут быть гидротермально-активными. Станции с аномальными гидрофизическими показателями расположены практически в пределах этих рудных тел.

34.89 34.9 34.911 34.92 34.93

2.4 2.5 2.6

О «Ш 0.02 0..Ш. 0.«

27.В5 27.856 27..136 27.865

Рис. 4. Графики температуры, мутности, солёности и плотности (слева направо) в придонном слое на станции 1499-2 («Ашадзе-2»).

Однако, следует обратить внимание на наличие придонных течений, благодаря которым гидрофизические и геохимические аномалии всегда смещены относительно источника. Кроме того, конфигурация аномалий металлов, особенно марганца и железа, указывает на возможность существования гидротермального источника в юго-восточной части изученной территории.

В экспедиции «Серпентин» (2007 г.) при работе с борта дистанционно-управляемого аппарата «Виктор» именно здесь, в кратере на склоне субмеридионального сульфидного хребта, обнаружена зона гидротермальной разгрузки и опробован высокотемпературный источник (рис. 5).

Сопоставление выявленных в 28-м рейсе НИС «Профессор Логачёв» геохимических аномалий с основными телами окисленных сульфидных руд и положением зоны разгрузки показало, что выявленные аномалии формируются за счёт растворов повышенной плотности, образующих плюм, распространяющийся вблизи дна. Как показано в работе в гидротермальных кратерах так же как на поле «Логачёв» разгружаются более тяжёлые, минерализованные растворы, формирующие реверс-плюмы и придонные аномалии растворённых рудных компонентов.

Рис. 5. Распределение растворённого Мп в придонных водах поля «Ашадзе-2». Звёздочкой показано положение активных источников в гидротермальном кратере по данным экспедиции «Серпентин». Стрелками указаны станции с аномальными гидрофизическими характеристиками.

В отличии от «Ашадзе-1», где максимальные концентрации металлов приурочены к плюму нейтральной плавучести на высоте 200-250 м от дна, на поле «Ашадзе-2» геохимические аномалии были обнаружены в 50-70 м у дна. Концентрации Мп, Си, Zn и Fe превышают фоновые значения на 3-5 стандартных отклонений и коррелируют с аномалиями мутности, положительными аномалиями температуры и солёности на нижнем горизонте рассеяния. Аномальные значения Мп, Си, Zn соотносятся с открытыми рудными телами, в то время как повышенные концентрации Fe тяготеют к юго-восточной части территории, где находится источник.

Распределение марганца, как наиболее подвижного элемента, хорошо согласуется с гидрофизическими аномалиями (рис. 5). По положению аномалий марганца и максимальной мутности относительно источника можно говорить о преобладающем северо-западном направлении придонных течений в этом районе. Такой же вывод можно сделать, рассматривая распределения концентраций других элементов.

Особенно контрастной вблизи источника является аномалия железа, что согласуется с низкой миграционной способностью растворённого железа в окислительных условиях придонной воды океана. Распределение железа и марганца характерны для высокотемпературной гидротермальной деятельности.

3. В региональном плане проявления гидротермальной деятельности чаще всего тяготеют к зонам пересечения рифтовой долины с крупными субширотными нетрансформными разломами, а за пределами САХ аномалии температуры и солёности располагаются в краевых зонах трансформных разломов или вблизи их продолжений в направлении континентов. Сегментация флюидопроявлений увязывается с тектонической сегментацией САХ. На основе анализа плотности гидрофизических и геохимических аномалий, а также теплового потока обоснованы перспективы обнаружения новых гидротермальных полей в пределах следующих сегментов САХ: между разломами Кейн и Зелёного мыса, между разломами Марафон и Вима, а также между разломом Сьерра-Леоне и разломом Страхова.

В работе обобщены и осмыслены материалы по гидрофизическим и гидрогеохимическим аномалиям в придонных водах северной части Атлантического океана за более чем 100-летнюю историю изучения водной толщи Атлантики. Для поисков закономерностей распространения потенциально гидротермально-активных районов, к которым приурочено современное рудообразование, проведён анализ термохалинных характеристик водной толщи, данных о распределении растворённых и взвешенных форм металлов, тектонических особенностей и теплового потока.

Собранные данные нашли своё отражение на построенной с участием автора прогнозно-металлогенической карте Северной Атлантики. На карте, среди других показателей, показано распространение гидрофизических, гидрогеохимических и газовых аномалий. Автор участвовал в нескольких экспедициях, приведших к открытию новых районов гидротермальной деятельности.

Проанализированы материалы предыдущих исследований, в том числе все имеющиеся материалы Полярной экспедиции и литературные данные по российским и зарубежным публикациям. Анализ фондовых и литературных материалов позволил выявить неожиданно большое число аномалий, как в пределах, так и за пределами срединно-океанического хребта. Значительное число выявленных аномалий может быть связано с проявлениями подводного внутриплитного вулканизма. В целом, результат обобщения гидрофизического и гидрогеохимического материала позволяет сделать следующие выводы.

Гидрофизические и гидрогеохимические аномалии по выбранным параметрам в придонных водах повсеместно контролируются тектоническими структурами. В пределах САХ это зоны пересечения рифтовой долины и параллельных ей тектонических нарушений с субширотными разломами. Практически всегда зонам пересечения рифтовой долины с наиболее крупными разломами соответствуют проявления гидротермальной деятельности. Аномалии температуры и солёности за пределами САХ тяготеют к областям, примыкающим к трансформным

разломам или их продолжениям, удалённым от хребта в стороны континентов.

Флюидопроявления, фиксирующиеся как в виде обнаруженных субмаринных источников, так и по гидрофизическим и гидрогеохимическим аномалиям, коррелируют с интенсивностью теплового потока. Все известные гидротермальные поля либо приурочены, либо тяготеют к зонам повышенного теплового потока. То же можно сказать и о вынесенных на карту аномалиях. Исключение составляют аномалии температуры и солёности в пределах плит, что, с одной стороны, отражает точечный характер внутриплитного вулканизма (хотя и тяготеющего к ослабленным зонам океанской коры), с другой - может быть связано с отсутствием достаточного количества данных по характеру теплового потока этой обширной территории. На представленной карте САХ использовались три категории этих формирований:

а) гидротермальные зоны установленные, преимущественно, по прямым признакам - наличию активных гидротермальных полей с разгрузкой рудообразующих флюидов;

б) установленные, преимущественно, по гидрофизическим и гидрохимическим данным;

в) установленные, преимущественно, по тепловому потоку и сейсмичности.

В совокупности, приведённые на карте данные, позволяют говорить о сегментации флюидопроявлений, которая увязывается с тектонической сегментацией САХ. Наибольшей гидротермальной активностью отличается сегмент хребта между разломами Пику и Океанограф. В пределах этого сегмента сосредоточено наибольшее количество уже известных гидротермальных полей, формирующих Азорскую гидротермальную зону, а также гидрофизических и гидрогеохимических аномалий. Наблюдается чёткий тектонический контроль флюидопроявлений и повышенный тепловой поток.

Следующим по интенсивности гидротермальной деятельности можно считать крупный сегмент хребта между разломами Атлантис и Кейн. Здесь выделяются две гидротермальные зоны: Атлантис и ТАГ. В их пределах наблюдается интенсивная разломная тектоника, и участки с повышенным тепловым потоком.

Наконец, можно выделить ещё один сегмент с разнообразной гидротермальной деятельностью, который особенно активно изучался в последние годы - между разломом Зелёного Мыса и разломом Марафон. Известные гидротермальные поля приурочены к узлам пересечения рифтовой долины с крупными субширотными разломами в северной и южной частях сегмента и к диагональному - в средней части (13°30'с.ш.). Вдоль всего сегмента обнаружено большое количество признаков разномасштабной гидротермальной активности, которые объединяются в гидротермальную зону «Зеленого Мыса - Марафон».

Говоря о перспективах обнаружения новых гидротермальных полей, следует отметить сегмент хребта между разломами Кейн и Зелёного мыса, где на фоне интенсивной разломной тектоники и повышенного теплового потока выделено несколько гидрофизических и гидрогеохимических аномалий, объединенных нами в гидротермальную зону «Кейн». Однако, несмотря на достаточно интенсивные поиски, гидротермальные поля в этом сегменте хребта на момент составления карты были не обнаружены (за исключением Пюи-де-Фолль). Позднее, в рейсе Полярной экспедиции и ВНИИОкеангеологии здесь было найдено поле «Зенит-Виктория», что может служить подтверждением правильности сделанного нами в 2006 году прогноза.

По комплексу рассмотренных признаков, перспективными представляются ещё два сегмента САХ - между разломами Марафон и Вима, а также между разломом Сьерра-Леоне и разломом Страхова, хотя данных для окончательных выводов в период составления прогнозно-металлогенической карты было явно недостаточно.

Тем не менее, результаты последнего, 32-го рейса НИС «Профессор Логачёв» (2009 г.) показали наличие гидрофизических аномалий гидротермальной природы на участках 11°26' и 13031' с.ш., что подтверждает правильность сделанных ранее выводов и позволяет надеяться на новые открытия в пределах выделенных перспективных зон в недалёком будущем.

Заключение

1. По результатам геохимических исследований состава гидротермальных растворов на изученных гидротермальных полях обнаружены несколько типов растворов, отличающихся по минерализации. Сходные наблюдения были получены в результате СТБ-исследований. Отличительной чертой плюма над «Ашадзе-1» является отрицательная аномалия плотности, в то время как флюиды, разгружающиеся из кратера поля «Ашадзе-2» отличаются большей плотностью и формируют придонные гидрохимические аномалии. Согласно проведённым исследованиям пониженная плотность растворов и, как следствие, высокая «плавучесть» плюмов обусловлена, наряду с высокой температурой и низкой минерализацией, повышенным содержанием газов (в особенности Н2, СН4) в высокотемпературных (до 353 °С) гидротермальных растворах.

2. В пределах гидротермальных полей по характеру разгрузки выделяется три типа источников, детально рассмотренных на примере поля «Логачёв-1»:

а) гидротермальные кратеры с растворами повышенной плотности, «стелющиеся» по дну с температурой 293-343 °С;

б) отдельные сульфидные трубы в зонах «А» и «Ирина-2», служащие зонами разгрузки высокотемпературных (324-348 °С) гидротермальных

растворов отдельных источников невысокой плотности с ярко выраженной восходящей струёй;

в) зоны диффузионной разгрузки прозрачных «мерцающих» растворов, обеднённых растворёнными компонентами (5-20 °С).

3. Источники гидротермального поля «Логачев» образуют различные типы ореолов рассеяния: всплывающие, плюмы нейтральной плавучести различной плотности и реверс-плюмы. Аномалии мутности указывают на стратификацию плюмов в придонных водах в соответствии с плотностью.

4. В гидротермальных плюмах поля «Ашадзе-1» максимальные концентрации Мп, Си, 7.х\ и Ре зафиксированы на высоте 150-200 м от дна на горизонте латерального рассеяния, сформированном за счёт разгрузки высокотемпературных растворов, соответствующих второму типу поля «Логачёв». Установлена корреляция аномальных концентраций растворённого марганца и взвешенного железа. Это согласуется с миграционными особенностями элементов и свидетельствует о формировании плюмов вблизи высокотемпературных источников.

5. Максимальные концентрации рудных элементов в придонных водах поля «Ашадзе-2» обнаружены в 30-90 м от дна и коррелируют с аномалиями мутности, положительными аномалиями температуры и солёности на нижнем горизонте латерального рассеяния, сформированном за счёт разгрузки из гидротермального кратера (первый тип поля «Логачёв). Более тяжёлые минерализованные растворы кратера, формируют реверс-плюмы и придонные аномалии растворённых рудных компонентов.

6. Анализ построенной с участием автора прогнозно-металлогенической карты Северной Атлантики подтвердил роль тектонических структур в формировании зон гидротермальной разгрузки. В пределах САХ это зоны пересечения рифтовой долины и параллельных ей тектонических нарушений с субширотными и диагональными разломами. Проявления гидротермальной деятельности практически всегда соответствуют зонам пересечения рифтовой долины с наиболее крупными поперечными разломами. Флюидопроявления, фиксирующиеся как в виде обнаруженных субмаринных источников, так и по гидрофизическим и гидрогеохимическим аномалиям, коррелируют с интенсивностью теплового потока. Аномалии температуры и солёности за пределами САХ тяготеют к удалённым в стороны континентов окончаниям трансформных разломов или их продолжениям. Картографический анализ позволяет говорить о сегментации флюидопроявлений, которая увязывается с тектонической сегментацией САХ. Выделены сегменты с разной гидротермальной активностью и обоснованы перспективы обнаружения новых гидротермальных полей в пределах трёх сегментов САХ: между разломами Кейн и Зелёного мыса, между разломами Марафон и Вима, а также между разломом Сьерра-Леоне и разломом Страхова. Результаты последнего 32-го рейса НИС «Профессор Логачёв» показали наличие гидрофизических аномалий гидротермальной

природы на 11°30' и 13°31' с.ш., что подтверждает правильность сделанных выводов.

7. В практическом плане результаты исследований могут быть использованы (и, частично, уже используются) для решения следующих задач:

• определение наличия или отсутствия гидротермальной деятельности по чётко установленным критериям соотношения мутности, температуры и солёности на горизонте латерального рассеяния;

• определение приблизительной глубины гидротермального источника по наличию или отсутствию отрицательных аномалий температуры и солёности на профиле вертикального зондирования CTD;

• определение степени удалённости от высокотемпературного источника по корреляции содержаний взвешенного железа и растворённого марганца в плюмах;

• определение преобладающего характера разгрузки (типа источника) по распределению растворённых и взвешенных компонентов на горизонтах рассеяния;

• определение преобладающего направления придонных течений в районе гидротермальной разгрузки и наиболее вероятных координат источника по положению гидрогеохимических и гидрофизических аномалий.

Список основных публикаций по теме диссертации

1. Геохимия системы флюид/плюм на примере гидротермальных полей Логачёв и Рэйнбоу, САХ. Соавторы: С.М.Судариков, Т.Е. Самарина //Тезисы докладов XVI Международной школы морской геологии, Москва, 2005, том

I, стр.297.

2. Новые данные о гидрохимических аномалиях в придонных водах 12 58' с.ш. САХ. Соавтор: С.М.Судариков // Тезисы докладов XVI Международной школы морской геологии, Москва, 2005, том I, стр.298,

3. Результаты 26 рейса НИС «Профессор Логачёв» в район 13 с.ш. Срединно-Атлантического хребта Соавторы: Андреев С.И., Егоров И.В., Наркевский Е.В., Петухов С.И., Судариков С.М., Семкова Т.А.// Экспедиционные исследования ВНИИОкеангеология в Арктике, Антарктике и Мировом океане, Санкт-Петербург, 2006, стр. 101-108.

4. О структуре гидротермальных плюмов в придонных водах района 12°58' с.ш. САХ Соавторы: С.М. Судариков, Е.В. Наркевский // Тезисы докладов XVII Международной школы морской геологии, Москва, 2007, том

II, стр. 80-81

5. Инженерно-геологические изыскания на лицензионных участках «Кольский-1», «Кольский-2» и «Кольский-3» Соавторы: Ванштейн Б.Г., Гладыш В.А., Елизаров В.Н., Зинченко А.Г., Иванов М.В., Касьянкова H.A., Куринный H.A., Минаков А.Н., Никулин В.В., Портнов А.Д., Разуваева Е.И.,

Рахманов А.Е., Рекант П.В., Смирнов Б.Н., Семёнов П.Б., Сысоев JI.P., Фирсов Ю.Г., Черкашёв Г.А. // Экспедиционные исследования ВНИИОкеангеология в 2006 году // СПб., ВНИИОкеангеология, 2007. 67 с.

6. Новые данные о составе и происхождении донных осадков южной части поднятия Менделеева (Северный Ледовитый океан) Соавторы: Кабаньков В.Я., Андреева И.А., Крупская В.В., Разуваева Е.И. // Доклады РАН, Т. 149, №5, 2008. С. 653-655

7. Геохимические поля в придонных водах гидротермально-активных областей океана // 60 лет в Арктике, Антарктике и Мировом океане. Соавтор: Судариков С.М./ Ред. В.Л. Иванов. СПб.: ВНИИОкеангеология, 2008. С. 387391.

8. Геохимия субмаринных рудообразующих гидротерм Северной Атлантики по данным дистанционных наблюдений и опробования с подводных обитаемых аппаратов. Соавторы: С.М.Судариков, М.В.Кривицкая // Записки горного института. 2008. 176. С.26-30.

9. Особенности геохимии придонных вод в зонах разгрузки гидротермальных растворов срединно-океанических хребтов Соавтор: Судариков С.М. // Геохимия, 2010, №3, стр. 80-84,. (в печати).

10. Bottom water geochemistry of Atlantic hydrothermal fields. Co-authors: S.M. Sudarikov, V.E. Bel'tenev, E.V. Narkevsky // Minerals of the ocean - 3, Future developments, International conference, St. Petersburg, 2006, abstracts, pp

Подписано к печати 19.11.2009 г. Усл. печ. л. 1,5. Уч.-изд. л. 1,6. Формат 60x90/16. Тираж 100 экз. Заказ № 25.

Отпечатано в отделе издания научно-технической продукции ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И.С Грамберга» 190121, Санкт-Петербург, Английский проспект, 1

151-152

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Каминский, Дмитрий Валерьевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РАСПРОСТРАНЕНИИ, ГЕОХИМИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЯХ И ФОРМИРОВАНИИ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ РАСТВОРОВ ОКЕАНА.

1.1. Закономерности распространения и образования гидротермальных рудообразующих флюидов в Мировом океане (литературный обзор).

1.1.1 Основные районы современной гидротермальной деятельности.

1.1.2. Особенности состава субмаринных гидротерм.

1.1.3. Анализ формирования субмаринных гидротерм.

1.2. Гидротермальная деятельность в северной части Срединно-Атлантического хребта.

1.2.1. Гидротермальные проявления в Северной Атлантике.

1.2.2. Особенности геохимии субмаринных гидротерм САХ.

Глава 2. ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ ОРЕОЛЫ РАССЕЯНИЯ В ПРИДОННЫХ ВОДАХ ОКЕАНА.

2.1. Общие закономерности формирования гидротермальных плюмов в придонных водах.

2.1.1. Гидротермальный привнос в придонных водах океана.

2.1.2. Гидрофизические характеристики ореолов рассеяния и придонных вод.

2.1.3. Границы разделов и трансформация вещества в гидротермальных ореолах рассеяния.

2.2. Гидрофизические и гидрогеохимические аномалии в придонных водах Северной Атлантики.

2.2.1. Аномалии температуры и солёности за пределами САХ.

2.2.2. Гидрофизические (гидрооптические) аномалии на САХ.

2.2.3. Гидрогеохимические аномалии (растворённые и взвешенные формы металлов).

2.2.4. Сегментация флюидопроявлений и тектонический контроль.

Глава 3. СТРУКТУРА ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ ПЛЮМОВ ПОЛЯ «ЛОГАЧЁВ» В СВЯЗИ СХАРАКТЕРОМ СУБМАРИННОЙ РАЗГРУЗКИ И ГЕОХИМИЕЙ РАСТВОРОВ.

3.1. Особенности геологического строения и гидротермальной деятельности.

3.1.1. Геологическое строение гидротермального поля «Логачев».

3.1.2. Гидротермальные источники.

3.2. Структура придонных вод гидротермального поля «Логачёв».

3.2.1. Геохимические и геофизические аномалии

3.2.2. Структура придонных вод в связи с характером разгрузки и геохимией гидротермальных растворов.

Глава 4. ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ ПЛЮМОВ В ПРИДОННЫХ ВОДАХ РУДНОГО УЗЛА «АШАДЗЕ».

4. 1. Проявления гидротермальной активности в придонных водах района 13°с.ш. САХ.

4.2. Гидротермальная деятельность на поле «Ашадзе-1».

4.3. Гидрофизическая и гидрогеохимическая характеристика поля «Ашадзе-1».

4.4. Гидрофизическая и гидрогеохимическая характеристика поля «Ашадзе-2».

4.5. О взаимоотношении рудных тел, гидрофизических и геохимических аномалий в придонных водах поля «Ашадзе-2».

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Формирования гидротермальных плюмов в придонных тропической зоны Срединно-Атлантического хребта (на примере гидротермальных полей "Логачев" и "Ашадзе")"

Актуальность исследований.

Объектом исследования в процессе работы являлись гидротермальные системы рифтовой зоны Срединно-Атлантического хребта (САХ) и связанные с ними зоны разгрузки рудообразующих гидротермальных растворов, формирующие водные ореолы рассеяния (гидротермальные плюмы) растворенных и взвешенных форм элементов, в пределах гидротермальных полей. Основное внимание уделено гидротермальным плюмам, приуроченным к блокам серпентинизированных ультрамафитовых пород полей «Логачёв» и «Ашадзе». В последние годы среди российских и зарубежных учёных заметно повысился интерес к проблеме гидротермальной активности на дне Мирового океана в областях срединно-океанических хребтов, областей задугового спрединга и внутриплитных вулканов. Одним из наиболее эффективных методов обнаружения районов современного субмаринного рудообразования является метод гидрохимического и гидрофизического зондирования, позволяющий обнаружить гидротермальные плюмы в придонных водах Океана. При помощи этого метода были открыты многие рудные поля. Его совершенствование требует проведения специальных исследований сложных взаимоотношений в системе гидротермальный раствор -придонные воды гидротермальный плюм. Необходимо прояснить ряд принципиальных моментов связанных с развитием гидротермальных плюмов, главных индикаторов гидротермальной активности. Эти знания, с точки зрения практической морской геологии, позволят более эффективно использовать получаемую на борту судна информацию, с большей вероятностью определять положение гидротермального источника.

Кроме того, трудно переоценить значимость таких работ для теоретической геологии. Высокотемпературные гидротермальные растворы, разгружавшиеся в придонные океанские воды на протяжении геологической истории, являлись источником накопления сульфидных руд на дне океанов и морей, освоение которых имеет высокое экономическое значение. Знание механизмов формирования массивных сульфидных отложений и металлоносных осадков, в значительной мере образованных при участии гидротермальных плюмов, важно для проведения поисково-разведочных работ не только в океане, но и на континентальных колчеданных месторождениях.

Цель и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является изучение особенностей формирования гидрофизической и геохимической структуры гидротермальных плюмов в придонных водах под влиянием характера разгрузки и состава рудоносных растворов во взаимодействии с придонными водами и совершенствование основного метода поисков ГПС.

Поставленная цель предопределила решение следующих задач:

1) Анализ основных закономерностей формирования гидротермальных растворов и плюмов, особенностей их строения и геохимии;

3) Исследование состава гидротермальных растворов в условиях Атлантики и особенностей разгрузки флюидов с выделением источников различных типов;

2) Изучение процессов минеральной и химической трансформации гидротермального вещества в условиях окислительной океанской среды;

Фактический материал и личный вклад автора.

Диссертационная работа построена на результатах теоретического анализа и научно-практических работ, выполненных за 7-летний период с 2002 по 2009 гг. Фактический материал собран автором в шести рейсах НИС «Профессор Логачёв» на гидротермальных полях Атлантики и восьми рейсах на НЭС «Академик Фёдоров», НИС «Гидролог», «Иван Петров», «Искатель-5» в которых осваивались и совершенствовались методические приёмы инструментального изучения водной толщи океана. В 2003 году в 22 рейсе НИС «Профессор Логачёв» на основе результатов гидрофизических исследований, проводившихся при участии автора, было открыто рудное поле «Ашадзе-1». В 2004 г. в 24 рейсе было обнаружено рудное поле «16° 38'». В 2005 году проводились более детальное изучение гидротермального плюма поля «Ашадзе-1» и были открыты рудные поле «Ашадзе-2» и «Ашадзе-3». В 2007 году было найдено рудное поле «Краснов». В процессе этих работ производилось определение ряда гидрохимических параметров (температура, солёность, мутность, рН, Eh). Кроме этого, в придонной водной толще изучалось содержание тяжёлых металлов (Си, Zn, Fe, Мп) как во взвешенной, так и в растворённой формах. Автор принимал участие в обработке результатов анализа проб гидротермальных растворов и других фактических материалов, собранных в рейсах НИС «Атлантис» с подводного обитаемого аппарата «Элвин» (2001 г.) и НИС «Пуркуа па?» с помощью дистанционного управляемого аппарата «Виктор» (2007 г.). Кроме того, в диссертационном исследовании использованы материалы, собранные автором в фондах ВНИИОкеангеология и ПМГРЭ.

Основные методы исследования.

Специфика геологических работ в глубоководных районах океана требует применения уникальных методов исследований, прежде всего дистанционных. Для изучения современных процессов особенно важны наблюдения в реальном времени. В процессе работы над диссертацией анализировались материалы, полученные следующими основными методами: а) гидрофизическим зондированием и профилированием при помощи CTD зонда Seabird 911 (определялись температура, солёность, мутность, плотность морской воды); б) гидрохимическим опробованием методом кассетного дистанционного пробоотбора с использованием комплекса «Розетт»; в) анализ гидрохимических проб проводился методами ICP-MS и атомно-абсорбционным в лабораториях ВНИИОкеангеология и ВСЕГЕИ; г) статистическая обработка данных проводилась с использованием программ EXEL и STATISTICA 6.0.

Научная новизна.

Полученный за последние годы материал позволяет по-новому взглянуть на некоторые черты формирования и развития гидротермальных плюмов, их особенностей, обусловленных структурой придонных вод, глубиной положения источника и рядом других факторов.

1. Установлены геохимические особенности отличающихся по плотности высокотемпературных растворов разгружающихся на изученных гидротермальных полях. Флюиды повышенной минерализации характерны для отдельных источников поля «Логачёв», «Ашадзе-2», «Рэйнбоу», в то время как на источнике «Ирина-2» опробованы растворы с существенно более низкими концентрациями макрокомпонентов (прежде всего натрия и хлорид-иона) по сравнению с океанской водой. «Лёгкие» гидротермы характеризуются большим дефицитом таких основных компонентов состава, как натрий и хлор, что оказывает влияние и на концентрацию рудных компонентов, поскольку основной формой миграции металлов в гидротермальных растворах являются хлоридные комплексы. Пониженная плотность растворов обусловлена, наряду с высокой температурой и низкой минерализацией, повышенным содержанием газов (в особенности Н2, СН4), в высокотемпературных (до 353 °С) гидротермальных растворах.

2. Сопоставление геохимии растворов и структуры придонных вод в зонах разгрузки показало, что плотность воды в плюмах унаследована от гидротермальных растворов, формирующих при разгрузке на дне океана три типа источников. Особенности состава растворов, влияют на распределение плюмов различной плавучести в структуре придонных вод. В результате формируются различные типы ореолов рассеяния: всплывающие (вертикальные), плюмы нейтральной плавучести (латеральные) различной плотности и реверс-плюмы (стелющиеся).

3. Изучение распределения взвешенных и растворённых форм металлов в придонных водах гидротермальных полей «Логачёв», «Ашадзе-1», «Ашаде-2» показало, что гидрохимические аномалии над этими рудными полями отличаются по характеру связи с гидрофизическими аномалиями. Установлены 2 типа формирования геохимических аномалий в гидротермальных плюмах. Максимальные концентрации рудных элементов на поле «Ашадзе-1» соответствуют аномалиям мутности, отрицательным аномалиям температуры и солёности на верхнем горизонте латерального рассеяния (150-200 м от дна). Максимальные концентрации Mn, Си, Zn и Fe на поле «Ашадзе-2» в отличие от поля «Ашадзе-1» коррелируют с аномалиями мутности, положительными аномалиями температуры и солёности на нижнем горизонте латерального рассеяния. В гидротермальном кратере поля «Ашадзе-2», так же как в кратерах поля «Логачёв» разгружаются более тяжёлые, минерализованные растворы, формирующие реверс-плюмы и придонные аномалии растворённых рудных компонентов.

4. Анализ построенной с участием автора прогнозно-металлогенической карты гидрофизических и гидрогеохимических аномалий Северной Атлантики показал, что проявления гидротермальной деятельности часто соответствуют зонам пересечения рифтовой долины с крупными субширотными нетрансформными разломами. Аномалии температуры и солёности за пределами САХ тяготеют к удалённым в стороны континентов окончаниям трансформных разломов или их продолжениям. Картографический анализ позволяет говорить о сегментации флюидопроявлений, которая увязывается с тектонической сегментацией САХ. Выделены сегменты с разной гидротермальной активностью и обоснованы перспективы обнаружения новых гидротермальных полей в пределах трёх сегментов САХ: между разломами Кейн и Зелёного мыса, между разломами Марафон и Вима, а также между разломом Сьерра-Леоне и разломом Страхова. Хотя данных для окончательных выводов пока явно недостаточно, результаты последнего, 32-го рейса НИС «Профессор Логачёв» показали наличие гидрофизических аномалий гидротермальной природы на 11°30' и 13031' с.ш., что подтверждает правильность сделанных ранее выводов.

Защищаемые положения.

Теоретическое исследование проблемы и одновременный анализ эмпирических данных позволил сформулировать и обосновать защищаемые положения диссертации. Все они выдвинуты впервые.

1. Плотность воды в плюмах унаследована от гидротермальных растворов, образующих при разгрузке на дне океана три типа источников. Наряду с особенностями геохимии растворов, распределение плюмов в структуре придонных вод, отражает влияние следующих типов формирующихся в зонах разгрузки ореолов рассеяния: всплывающих (вертикальных), плюмов нейтральной плавучести (латеральных) различной плотности и реверс-плюмов (стелящихся).

3. В региональном плане проявления гидротермальной деятельности чаще всего тяготеют к зонам пересечения рифтовой долины с крупными субширотными нетрансформными разломами, а за пределами САХ аномалии температуры и солёности располагаются в краевых зонах трансформных разломов или их продолжениям в сторону континентов. Сегментация флюидопроявлений увязывается с тектонической сегментацией САХ. На основе анализа плотности гидрофизических и геохимических аномалий, а также теплового потока обоснованы перспективы обнаружения новых гидротермальных полей в пределах следующих сегментов САХ: между разломами Кейн и Зелёного мыса, между разломами Марафон и Вима, а также между разломом Сьерра-Леоне и разломом Страхова.

Практическое значение работы.

По итогам обработки данных полученных при проведении гидрофизического и гидрохимического зондирования был сделан ряд рекомендаций по поиску гидротермально-активных источников. Знания о формировании и развитии гидротермальных плюмов позволяют вести поиск более эффективно, избегать излишних затрат времени и средств.

Более конкретное значение имеют рекомендации по направлениям исследований придонных вод гидротермальных полей. Предложения, касающиеся отдельных сторон гидрогеохимических и экогеохимических исследований в океане, частично успешно реализованы в морских экспедициях проводившихся ПМГРЭ и ВНИИОкеангеология совместно с другими организациями, в том числе ИФРЕМЕР (Франция). В практике морских геологических исследований могут найти применение методические приемы, предложенные и опробованные в ходе проведённых исследований: поиски очагов гидроминеральной разгрузки, по соотношению взвешенных и растворённых форм металлов в плюмах, использование отрицательных аномалий температуры и солености в качестве поискового признака высокотемпературных источников в пределах САХ, применение гидрофизических и геохимических показателей гидротермальных плюмов для оценки положения и параметров связанных с ними источников.

Апробация результатов исследований.

Результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях «Полезные ископаемые Океана» (ВНИИОкеангеология, СПб) в 2006 и 2008 годах, XVI и XVII Международных научных конференциях (Школах) по морской геологии (ИОРАН, Москва) в 2005, 2007 и 2009 годах. В 2007 году доклад автора был удостоен диплома, как лучший среди молодых учёных.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе две написанные в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Объём и структура работы.

Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, содержит 120 страниц текста, 31 рисунок, 4 таблицы и включает список литературы из 138 наименований.

В первой главе диссертации приводится анализ современных представлений о распространении, геохимических особенностях и формировании гидротермальных растворов океана. Во второй главе охарактеризованы условия формирования гидротермальных ореолов рассеяния в придонных водах океана. Третья глава посвящена вопросам формирования структуры гидротермальных плюмов под влиянием геохимии растворов и особенностей субмаринной разгрузки на примере поля «Логачёв». В четвертой главе анализируются особенности формирования в гидротермальных плюмах в придонных водах рудного узла «Ашадзе».

Первое защищаемое положение обосновывается в первой и третьей главах, второе - в третьей и четвертой, третье — во второй главе.

Благодарности.

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю д. г.-м. н., проф. С.М. Сударикову за помощь при подготовке диссертационной работы. Неоценимую поддержку автор получил в разные годы от коллег из ПМГРЭ, с которыми ему посчастливилось поработать в шести рейсах на НИС «Профессор Логачёв». Существенная часть диссертации выполнена на основании материалов полученных по итогам этих экспедиций. Отдельно хочется поблагодарить В.II Иванова, И.И. Рождественскую, В.Е. Бельтенёва, В.В. Шилова, А.А. Шагина, А.Г. Кротова

Автор признателен своим коллегам по совместному научному творчеству Б.Г. Ванштейну, Г.А. Черкашёву, Е.В. Наркевскому, Т.В. Степановой и М.П. Давыдову, которые существенно обогатили его познания в области изучения геохимии океанских рудообразующих гидротерм и плюмов. Автор благодарит О.Г. Шулятина, Е.А. Попову, П.А. Александрова, И.В.Егорова за ценные советы по улучшению текста диссертации. Идейную и административную поддержку при постановке исследований гидротермальных систем океана оказывали зав. отделом ОГиМРО С.И. Андреев и зав. сектором С.И. Петухов. За помощь в оформлении диссертации автор очень благодарен А.А Яковлеву и В.В. Варламовой.

За полезные рекомендации в процессе работы над диссертацией автор всем им выражает глубокую благодарность.

Заключение Диссертация по теме "Океанология", Каминский, Дмитрий Валерьевич

Выводы:

1. Максимальные концентрации Mn, Си, Zn и Fe (до 5 стандартных отклонений) на «Ашадзе-2» в отличие от поля «Ашадзе-1» расположены на расстоянии 30-90 м от дна и коррелируют с аномалиями мутности, положительными аномалиями температуры и солёности на нижнем горизонте латерального рассеяния в 60-80 м от дна.

2. Сопоставление выявленных геохимических аномалий с результатами CTD зондирования, положением окисленных сульфидных руд и зоны разгрузки показадо, что выявленные аномалии формируются за счёт растворов повышенной плотности, образующих плюм, распространяющийся вблизи дна. В гидротермальном кратере, так же как на поле «Логачёв» разгружаются более тяжёлые, минерализованные растворы, формирующие реверс-плюмы и придонные аномалии растворённых рудных компонентов.

3. По положению аномалий марганца и железа, а также максимальной мутности в слое нейтральной плавучести относительно источника можно говорить о преобладающем северо-западном направлении придонных течений в этом районе. Это согласуется и с прямыми наблюдениями распространения плюма в экспедиции «Серпентин».

Заключение

В результате проведенного исследования удалось осветить ряд вопросов, касающихся геохимического облика, распространения, образования и функционирования сложной системы океанских гидротермальных растворов и водных ореолов рассеяния -гидротермальных плюмов.

1. По результатам геохимических исследований состава гидротермальных растворов на изученных гидротермальных полях обнаружены несколько типов растворов, отличающихся по минерализации. Сходные наблюдения были получены в результате CTD-исследований. Отличительной чертой плюма над «Ашадзе-1» является отрицательная аномалия плотности, в то время как флюиды, разгружающиеся из кратера поля «Ашадзе-2» отличаются большей плотностью и формируют придонные гидрохимические аномалии. Согласно проведённым исследованиям пониженная плотность растворов и, как следствие, высокая «плавучесть» плюмов обусловлена, наряду с высокой температурой и низкой минерализацией, повышенным содержанием газов (в особенности Н2, СН4) в высокотемпературных (до 353 °С) гидротермальных растворах.

2. В пределах гидротермальных полей по характеру разгрузки выделяется три типа источников, детально рассмотренных на примере поля «Логачёв-1»: а) гидротермальные кратеры с растворами повышенной плотности, «стелющиеся» по дну с температурой 293-343 °С; б) отдельные сульфидные трубы в зонах «А» и «Ирина-2», служащие зонами разгрузки высокотемпературных (324-348 °С) гидротермальных растворов отдельных источников невысокой плотности с ярко выраженной восходящей струёй; в) зоны диффузионной разгрузки прозрачных «мерцающих» растворов, обеднённых растворёнными компонентами (5-20 °С).

4. В гидротермальных плюмах поля «Ашадзе-1» максимальные концентрации Мп, Си, Zn и Fe зафиксированы на высоте 150-200 м от дна на горизонте латерального рассеяния, сформированном за счёт разгрузки высокотемпературных растворов, соответствующих второму типу поля «Логачёв». Установлена корреляция аномальных концентраций растворённого марганца и взвешенного железа. Это согласуется с миграционными особенностями элементов и свидетельствует о формировании плюмов вблизи высокотемпературных источников.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Каминский, Дмитрий Валерьевич, Санкт-Петербург

1. Алейник Д.Л., Лукашин В.Н., Леин А.Ю., Филиппов И.А. Структура вод рифтовой долины и гидротермального плюма Рейнбоу (36 с.ш.). Океанология, 2001

2. Богданов Ю.А. Гидротермальные рудопроявления рифтов Срединно-Атлантического хребта. -М.: Научный мир, 1997. 167 с.

3. Богданов Ю. А., Бортников Н. С., Лисицын А. П., Закономерности формирования гидротермальных сульфидных залежей в осевых частях рифта Срединно-Атлантического хребта, Геология рудных месторождений, 39, (5), 409-429, 19976.

4. Брюэр П., Денсмор К., Мане Р., Стенли Р. Гидрография термальных рассолов Красного моря. В кн.: Современное гидротермальное рудоотложение. М., "Мир", 1974, с.54-64.

5. Гидротермальные сульфидные руды и металлоносные осадки океана/ Ред. Грамберг И.С. и А.И. Айнемер, СПб, Недра, 1992, с. 192 204.

6. Голева Г.А. и др. Закономерности распространения и формирования металлоносных растворов М.: Недра, 1981. 264 с.

7. Гурвич Е. Г., Металлоносные осадки Мирового океана, 340 е., Научный мир, Москва, 1998.

8. Давыдов М.П., Судариков С.М. Минералогия металлоносных осадков приэкваториальной зоны Восточно-Тихоокеанского поднятия // Геология рудных месторождений. 1998, т. 40, № 1, с. 81-90.

9. Давыдов М.П., Судариков С.М. и Колосов О.В. Самородные металлы и интерметаллы в осадках и взвесях гидротермально-активных сегментов Восточно-Тихоокеанского поднятия // Литология и полезные ископаемые, 1998, № 1, с. 17-29.

10. Зеленов К.К., Иваненков В.Н. Влияние современного подводного вулканизма на химию вод океана. "Известия высших учебных заведений" по разделу "Геология и разведка", 1982, № 11

11. Емельянов Е.М. О повышенных концентрациях Мп в бассейне Атлантического океана. // Геология и геохимия марганца. М.: Наука, 1982, с. 236- 282.

12. Емельянов Е.М. Седиментогенез в бассейне Атлантического океана // М.: Наука. 1982 б. 198 с.

13. Емельянов А.И., Харин . Минеральный и химический состав донных осадков САХ // Исследования по проблеме рифтовых зон Мирового океана. Т. 3. М.: Наука. 1974. с. 151-186.

14. Иваненков В.Н. Термохалинные и химические аномалии вулканогенного происхождения в глубинных и придонных слоях океана. Тезисы докладов 2-го Съезда советских океанологов.Секция "Физика и химия океана". Киев, "Наукова Думка", 1982,а.

15. Иваненков В.Н. Поставка солей в океан при современном подводном вулканизме. Тезисы докладов 2-го Съезда советских океанологов. Секция "Физика и химия океана". Киев, "Наукова Думка", 1982,6.

16. Кононов В.И. Геохимия термальных вод областей современного вулканизма. М.: Наука, 1983. 216 с.

17. Короткое А.И., Павлов А.Н., Юровский Ю.Г. Гидрогеология шельфовых областей. Л.: Недра, 1980. 216 с.

18. Корчагин Н.Н., Краснов С.Г., Судариков С.М., Тамбиев С.Б. Особенности термохалинной структуры придонных вод в рифтовых зонах Тихого и Атлантического океанов вблизи гидротермальных источников // ДАН СССР, 1990, т. 311, № 6, с. 14591462.

19. Краснов С.Г., Судариков С.М. Химический состав и происхождение океанских рудообразующих гидротерм. Вулканология и сейсмология, 1990, N5, с.37-50.

20. Лебедев Л.М. Современные рудообразующие гидротермы. М.: Недра, 1975.262 с.

21. Лисицын А.П., Богданов Ю.А., Гурвич Е.Г. Гидротермальные образования рифтовых зон океана. М., Наука, 1990. 256 с.

22. Лукашин В.Н., Лисицын А.П., Иванов Г.В., Кравцов В.А., Русаков В.Ю. Гидротермальный плюм на 29° с.ш. Срединно-Атлантического хребта, экспедиция BRAVEX-94. Доклады РАН. 1996. Т. 348 № 5. С. 683-687.

23. Муромцев A.M. Основные черты гидрологии Атлантического океана. Л., Гидрометеоиздат, 1963, с.838.

24. Новые данные о составе и происхождении донных осадков южной части поднятия Менделеева (Северный Ледовитый океан) / Кабаньков В.Я., Андреева И.А., Крупская В.В., Каминский Д.В., Разуваева Е.И. // Доклады РАН, Т. 149, №5, 2008. С. 653655.

25. Пампура В.Д. Геохимия гидротермальных систем областей современного вулканизма. Новосибирск.: Наука, 1985. 152 с.

26. Разницын Ю.Н. и др. Зона сочленения разлома Марафон с рифтовой долиной: структура, вещественный состав пород, сульфидная минерализация (Центральная Атлантика)//ДАНСССР, 1991, т.320, №4, с.952-956.

27. Результаты гидрофизических наблюдений в северной части Атлантического океана на нис "Михаил Ломоносов" в 1957-1958 гг. Труды Морского Гидрофизического института АН СССР, t.XXI, 1962.

28. Рона П. Гидротермальная минерализация областей спрединга в океане. М.: Мир, 1986. 159 с.

29. Сорохтин О.Г. Образование литосферных плит и природа срединно-океанических хребтов. В кн.: Геодинамика. М., "Наука", 1979, с.173-178.

30. Субочев А.И., Иваненков В.Н., Зеленов К.К. Аномально высокое содержание микроэлементов в придонных и глубинных водах вблизи действующих подводных вулканов в Атлантическом и Тихом океанах. Геохимия, 1982.

31. Судариков С.М. Рудообразующие гидротермы Океана. Автореферат дис. на соиск. уч. степ. д. г.-м. н. СПб, 1999. 49 с.

32. Судариков С.М. Гидрогеологические структуры гидротермально-активных районов Северной Атлантики // Записки горного института. 2008. 176. С.26-30.

33. Судариков С.М. Гидроминеральные проявления в Океане // Геодинамика и рудогенез Мирового океана / Научн. ред. акад. И.С.Грамберг. СПб, ВНИИОкеангеология, 62-72, 1999.

34. Судариков С.М. Гидротермальные растворы Срединно-Атлантического хребта: первые результаты русско-французской экспедиции 2007 года // Гидрогеохимия осадочных бассейнов. Томск: Изд-во НТЛ, 2007, с. 59-65

35. Судариков С.М. Изучение центров ультрабыстрого спрединга ВТП (17-18,5°ю.ш.) в рейсе SOJOURN-II на НИС Мелвилл, октябрь-декабрь 1996 // Геология морей и океанов. Тезисы докладов XII Международной школы морской геологии, Москва, 1997, т.2, с.185.

36. Судариков С.М., A.M. Ашадзе. Распределение металлов в ореолах рассеяния рудообразующих гидротерм Атлантического океана по данным плазменной спектроскопии // ДАН СССР, 1989, т. 308, № 2, с. 452-456.

37. Судариков С.М., A.M. Ашадзе, Т.В. Степанова, А.Б. Нещеретов, П.В. Воробьёв, Р.В. Касабов и А.С. Гутников. Гидротермальная активность и рудообразование в рифтовой зоне Срединно-Атлантического хребта. Доклады Акад. наук, 1990, т.311, с. 440-445

38. Судариков С.М., Давыдов М.П., Черкашёв Г.А., Губенков В.В., Пивоварчук О.А., В.Ф. Казачёнок, А.Л. Михайлов. Новый район гидротермальной активности в рифтовой зоне Срединно-Атлантического хребта (13° с.ш.) // Доклады РАН, т.381, N5, 2001, с. 1-5

39. Судариков С.М., Д.В. Каминский. Геохимические поля в придонных водах гидротермально-активных областей океана // 60 лег в Арктике, Антарктике и Мировом океане/Ред. В.Л. Иванов. СПб.: ВНИИОкнеангеология, 2008. С. 387-391.

40. Судариков С.М., Д.В. Каминский. Особенности геохимии придонных вод в зонах разгрузки гидротермальных растворов срединно-океанических хребтов // Геохимия, №3, 2010 (в печати).

41. Судариков С.М., Каминский Д.В. Новые данные о гидрохимических аномалиях в придонных водах 12° 58' с.ш. САХ //Тезисы докладов XVI Международной школы морской геологии, Москва, 2005, том I, стр.298.

42. Судариков С.М., Каминский Д.В., Наркевский Е.В. О структуре гидротермальных плюмов в придонных водах района 12° 58'с.ш. САХ // Геология морей и океанов. Т.2. М. :ГЕОС, 2007, с. 80-81.

43. Судариков С.М., Каминский Д.В., Т.Е. Самарина. Геохимия системы флюид/плюм на примере гидротермальных полей Логачёв и Рэйнбоу, САХ //Тезисы докладов XVI Международной школы морской геологии, Москва, 2005, том I, стр.297.

44. Судариков С.М., Краснов С.Г., Гричук Д.В. Океанские гидротермы и их формирование // Гидротермальные сульфидные руды и металлоносные осадки океана / Редакторы: Грамберг И.С., Айнемер А.И. СПб, Недра, 1992, с.39-74.

45. Судариков С.М., Краснов С.Г., Крейтер И.И. Ореолы рассеяния гидротерм в водах океана // Гидротермальные сульфидные руды и металлоносные осадки океана./ Редакторы: Грамберг И.С., Айнемер А.И. СПб, Недра, 1992, с.107-128.

46. Судариков С.М., Кривицкая М.В., Каминский Д.В. Геохимия субмаринных рудообразующих гидротерм Северной Атлантики по данным дистанционных наблюдений и опробования с подводных обитаемых аппаратов // Записки горного института. 2008. 176. С.26-30.

47. Судариков С.М., Черкашев Г.А., Строение гидротермальных ореолов рассеяния Тихого и Атлантического океанов // ДАН, 1993, т. 330, №6, с.757-759.

48. Ainemer, A.I., Krasnov, S.G., and Sudarikov S.M., 1989. Hydrothermal activity in the Pacific. Proc. Offshore Technol. Conf., Houston, USA, 989, pp.673-688.

49. Aller, R.C & P.D. Rude. Complete Oxidation of Solid Phase by Manganese and Bactcria in Anoxic Marine Sediments // Geochim. Cosmochim. Acta 52:751 (1988).

50. Andrews AJ.& W.S. Fyfe. Metamorphism and Massive Sulfide Generation in Oceanic Crust // Geoscience Canad.,1976, v. 3, № 2, p. 84-94.

51. Baker E.T., Massoth G.J. Characteristics of hydrothermal plumes from two vent fields on the Juan de Fuca Ridge, Northeast Pacific Ocean // EPSL, 1987, v.85, p. 59-83.

52. Batuyev, B.N., Krotov, A.G., Markov, V.F., Cherkashev, G.A., Krasnov, S.G. and Lisitsyn Y.D., 1994. Massive sulphide deposits discovered and sampled at 14°45ТЧ, Mid-Atlantic Ridge. BRIDGE Newsletter, 6: 6-10.

53. Bel'tenev V., et al. A new hydrothermal field at 16° 38,4' N, 46° 28,5' W on the Mid-Atlantic Ridge, InterRidge News, 13, 5-6, 2004.

54. Bischoff, J.L. and Rosenbauer, R.J., 1987. Phase separation in seafloor geothermal systems: an experimental study of the effects on metal transport. Am. J. Sci., 287: 953-978.

55. Bischoff, J.L. & K.S. Pitzer. Liquid-Vapor Relations for the system NaCl-EkO: Summary of the P-T-x Surface from 300 to 500 °C // Am. J. Sci. 289:217 (1989).

56. Bonatti, E., e.a. Iron-Manganese-Barium Deposits from the Northern Afar Rift (Ethiopia)//Econ. Geol. 67:717 (1972).

57. Bonatti E. Hydrothermal Metal Deposits from the Ocean Rifts: a Classification // Hydrothermal Processes in Seafloor Spreading Centers, 1983, pp. 491-502.

58. Bougault, H., J. L. Charlou, Y. Fouquet, and H. D. Needham, Activite hydrothermale et structure axiale des dorsales Est-Pacifique et medio-Atlantique, Oceanol. Acta, vol. special 10, 199-207, 1990.

59. Bowers T.S., Taylor H.P., Jr. An Integrated Chemical and Stable-Isotope Model of the Origin of Mid-Ocean Ridge Hot-Spring System // J. Geophys. Res., 1985, v. 890, № 14, p. 12583-12606

60. Bowers T.S., Campbell A.C., Measures C.I. e.a. Chemical Controls on the Compozition of Vent Fluids at 13 -11°N and 21°N, East Pacific Rise // J. Geophys. Res., 1988, v.93, № B5, p. 4522-4536.

61. Burdige, D.J. & K.H. Nealson. Chemical and Microbiological Studies of Sulfide-Mediated Manganese Reduction // Geomicrobiol. 4:361 (1986).

62. Campbell, A.C., Edmond, J. M., Colodner, D., Palmer, M. R., and Falkner, К. K., 1987. Chemistry of hydrothermal fluids from the Mariana Trough back arc basin in comparison to mid-ocean ridge fluids. Trans. Amer. Geophys. Union, №68, 44, p. 1531.

63. Campbell A.C., Bowers, T.S. and Edmond, J.M., 1988a. A time-series of vent fluid compositions from 21°N, EPR (1979, 1981, and 1985) and the Guaymas Basin, Gulf of California (1982, 1985). J. Geophys. Res., 93:4537.

64. Campbell A.C., Palmer, M.R., Klinkhammer, G.P., Bowers, T.S., Edmond, J.M., Lawrence, J.R., Casey., J.F., Thompson, G., Humphris, S., Rona, P., and Karson, J.A., 1988b. Chemistry of hot springs on the Mid-Atlantic Ridge. Nature, 335:514-519.

65. Campbell A.C., and Edmond, J.M., 1989. Halide systematics of submarine hydrothermal vents. Nature, 342:168-170.

66. Corliss, J.B., e.a. Submarine Thermal Springs on the Galapagos Rift // Science 203; 1073 (1979).

67. Charlou, J. L., J. P. Donval, Y. Fouquet, P. Jean-Baptiste, and N. Holm, Geochemistry of high № and С Hi vent fluids issuing from ultramafic rocks at the Rainbow hydrothermal field (36°14'N, MAR), Chem. Geol., 191, 345-359, 2002.

68. Charlou, J. L., and J.-P. Donval, Hydrothermal methane venting between 12°N and 26°N along the Mid-Atlantic Ridge, J. Geophys. Res., 98, 9625-9642, 1993.

69. Cherkashev, G.A., A.M.Ashadze, and A.V.Gebruk, New fields with manifestation of hydrothermal activity in the Logatchev area (14°N, Mid-Atlantic Ridge), InterRidge News, 9(2), 26-27, 2000.

70. Chin C.S., Klinkhammer G.P., Wilson C. Detection of hydrothermal plumes on the northern Mid-Atlantic Ridge: results from optical measurements // Earth and Planetary Science Letters. 1998. V. 162. № 1. P. 1-13.

71. Constable, S., Sinha, M., MacGregor, L., Navin, D., Pierce, C., White, A., and Heinson, G., 1997. RAMESSES finds a magma chamber beneath a slow-spreading ridge. InterRidge News, 6(1): 18-22.

72. Corliss, J.B., e.a. Submarine Thermal Springs on the Galapagos Rift // Science 203; 1073 (1979).

73. Crane K. Structural evolution of the East Pasific Rise axis from 13°10 to 10°35 N: interpretation from Sea Mark I data/Tectonophysics, 1987, v. 136, № '/2, p. 65-124.

74. Crane K. e.a. The Distribution of Geothermal Fields along the East Pacific Rise from 13°10ТМ to 8°20'N: Implications for Deep Seated Origins // Mar. Geophys. Res., 1988, v. 9 № 3, p. 211-236.

75. Dymond J. & S. Roth. Plume Dispersed Hydrothermal Particles: A Time-Series Record of Setting Flux from the Endeavour Ridge Using Moored Sensors // Geochim. Cosmochim. Acta, v. 52, p. 2525-2536, 1988.

76. Dymond, J. & H.H. Veeh: Metal Accumulation Rates in the Southeast Pacific and the Origin of Metalliferous Sediments // Earth Planet. Sci. Lett. 28: 13 (1975).

77. Edmond, J.M., c.a. Ridge Crest Hydrothermal Activity and the Balances of the Major and Minor Elements in the Ocean: The Galapagos Data // Earth Planet. Sci. Lett. 46: 1 (1979 a).

78. Edmond J.M. et al. On the Formation of Metal-Rich Deposits Ridge Crests // Earth and Planet Sci. Letts. 1979 b. 46. p. 19-30.

79. Edmond J.M., et al.: Chemistry of Hot Springs on the East Pacific Rise and their Effluent Dispersal //Nature 297:187 (1982).

80. Gebruk A.V., Moskalev L.I., Sudarikov, S.M., Chcvaldonne P. and Chernyaev E.S., 1997. Hydrothermal vent fauna of the Logatchev area (14D45'N, MAR): preliminary results from the first Mir and Nautile dives in 1995. InterRidge News. 6(2): p.10-14.

81. German G.R., Klinkhammer G.P., Edmond J.m. e.a. Hydrothermal Scavenging of Rare-earth Elements in the Ocean // Nature, 1990, v.345, N.6275, p. 516-518.

82. James R. H., Elderfield H. and Palmer M. R., The chemistry of hydrothermal fluids from the Broken Spur site, 29° N Mid-Atlantic Ridge, Geochimica et Cosmochimica Acta, 59, 651-659, 1995.

83. Jean-Baptiste P., Charlou J. L. and Stievenard M., Helium and methane measurements in hydrothermal fluids from the Mid-Atlantic ridge: The Snake Pit site at 23° N, Earth and Planetary Science Letters, 106,(1/4), 17-28, 1991.

84. James, R. & H. Elderfield New Insights as to the Fate of Trace Metals in Hydrothermal Plumes // BRIDGE Newsletter 9 Nov. 1995, p. 34-37.

85. Karl D.M., McMurtry, G.M., Malahoff, A., and Garsia, M.O., 1988. Loihi Seamount Hawaii: a mid-plate volcano with a distinctive hydrothermal system. Nature, 335:532535.

86. Klinkhammer G. Observations of the Distribution of Manganese over the East Pacific Rise // Chemical Geology. 1980. v. 29. № 3/4. p. 211-226.

87. Klinkhammer G., Bender M., Wliss R. Hydrothermal Manganese in the Galapagos Rift // Nature. 1977. v. 269. № 5626. p. 319-320.

88. Klinkhammer G. & Hudson A. Dispersal patterns for hydrothermal plumes in the South Pacific resing manganese as a tracer // Earth and Planet. Sci. Lett. 1986. v. 79. p. 241249.

89. Klinkhammer, G., Rona, P.A., Greaves, M. and Elderfield, H., 1985. Hydrothermal manganese plumes in the Mid-Atlantic Ridge rift valley. Nature, 314: 727-731.

90. Kuhn Т., В. Alexander, N. Augustin et al. 2004. The Logatchev hydrothermal field revisited: preliminary results of the R/V Meteor Cruise Hydromar I (M60/3). InterRidge News. 13: p. 1-4.

91. Krasnov, S.G., Cherkashev, G.A., Poroshina, I.M., Fouquet, Y., Prieur, D. and Ashadze, A.M., 1996. 15DN, Mid-Atlantic Ridge Logatchev hydrothermal field. FARA-InterRidge Mid-Atlantic Ridge symposium. J. of Conf. Abs., 1(2): 809-810.

92. Lalou C., Reyss J.L., Brichet E., Rona P.A. and Thompson G. Hydrothermal activity on a 105 -year scale at a slow-spreading ridge, TAG hydrothermal field, Mid-Atlantic Ridge 26° N// Journ. Of Geoph. Res. 1995 V.100, №B9. P. 17855-17862.

93. Lalou C., Reyss J.L., Brichet E., Krasnov S., Stepanova Т., Cherkashev G. and Markov V. Initial chronology of a recently discovered hydrothermal field at 14°45' N, Mid-Atlantic Ridge // Earth and Planet. Sci. Lett., 1996, V.144. P. 483-490.

94. Lupton J.E., Lilley M.D. e.a. Gas chemistry of submarine hydrothermal system on the Juan de Fuca Ridge // EOS, 1988, v. 69, № 44, p. 1468.

95. Lupton J.E., Craig H. A major helium-3 source at 15°S on the East Pacific Rise // Science, 1981, v.214, No.4516, p. 13-18.

96. Macdonald A.H. and Fife W.S. Role of serpentinization in seafloor environment // Tectonophysics, 1985. V. 116. P. 113-135.

97. Morton B.R., Taylor G.I., Turner J.S. Turbulent gravitation convection from maintained and instaneous sources //Proc. R. Soc. London, 1956. Ser. A. V. 234. P. 1-23.

98. McConachy, T.F. & S.D. Scott: Real-Time Mapping of Hydrothermal Plumes over Southern Explorer Ridge, NE Pacific Ocean // Mar. Min. 6:181 (1987).

99. Michard, G., Albarede, F., Michard, A., Minster, J.-F., Charlou, J.L., and Tan, N., 1984. Chemistry of solutions from the 13° N East Pacific Rise hydrothermal site. Earth Planet. Sci. Lett., 67: 297-307.

100. Mottl, M.J., 1983. Metabasalts, axial hot springs and the structure of hydrothermal systems at mid-ocean ridges. Geol. Soc. Amer. Bull., 94, 2: 161-180.

101. Myers, C.R. & K.H. Nealson. Bacterial Manganese Reduction and Growth with Manganese Oxide as the Sole Election Acceptor // Science 240:1319 (1988a).

102. Myers, C.R. & K.H. Nealson: Microbial Reduction of Manganese Oxides: Interactions with Iron and Sulfur// Geochim. Cosmochim. Acta 52:2727 (1988b).

103. Rudnicki, M.D., 1995. Particle formation, fallout and cycling within the buoyant and non-buoyant plume above the TAG vent field. Hydrothermal Vents and Processes, Geological Society Special Publication, 87: 387-396.

104. Rudnicki M. D. Chemical Reactivity in Hydrothermal Plumes // BRIDGE Newsletters № 10, 1996, p. 21-28.

105. Speer K. G., Helfrich K.R. Hydrothermal Plumes: a review of flow and fluxes / In: Hydrotermal Vents and Processes, Parson. L.M., Walker C.L., Dixon D.R., eds. Geol. Soc. London Spec. Publ. 1995. V. 87, P. 373-385.

106. Speer, K.G. and Rona, P.A., 1989. A model of an Atlantic and Pacific hydrothermal plume. J. Geophys. Res., 94: 6213-6220.

107. Spiess P.N. et al. East Pacific Rise: Hot Springs and Geophysical Experiments. -Science, 1980, v.207,N 4438, p. 1421-1432.

108. Sudarikov, S.M. & Roumiantsev, A.B. Structure of hydrothermal plumes at the Logatchev vent field, 14°45'N, Mid-Atlantic Ridge: evidence from geochemical and geophysical data. Journal of Volcanology and Geothermal Research 101, 245-252, 2000.

109. Sudarikov S. and Zhirnov E. Hydrothermal Plumes along the Mid-Atlantic Ridge: Preliminary Results of CTD Investigations during the DIVERSExpedition (July 2001). Vol. 10 (2), pp. 33-36. 2001.

110. Tunnicliffe, W., e.a. Hydrothermal Vents of Explorer Ridge, Northeast Pacific // Deep-sea Res. 1986. v. 33. № 3. p. 401-412.

111. Von Damm, K., 1990. Seafloor hydrothermal activity: black smoker chemistry and chimneys. Annu. Rev. Earth Planet. Sci., 18:173-204.

112. Von Damm, K., and Bischoff, J.L., 1987. Chemistry of hydrothermal solutions from the southern Juan de Fuca Ridge. J. Geophys. Res., 92: B11, 11334-11346.

113. Von Damm, K., Edmond, J.M., Grant, В., and Measures, C., 1985a. Chemistry of submarine hydrothermal solutions at 21°N, East Pacific Rise. Geochim. Cosmochim. Acta., 49: 2197-2220.

114. Von Damm, K., Edmond, J.M., Measures, C., and Grant В., 1985b. Chemistry of submarine hydrothermal solutions at Guaymas Basin, Gulf of California. Geochim. Cosmochim. Acta, 49: 2221-2237.

115. Welhan J. A. and Lupton J. E., Light hydrocarbon gases in Guaymas basin hydrothermal fluids; Themogenic versus abiogenic origin, American Assoc. Petrol. Bull., 71, (2), 215-233, 1987.

116. Weiss, R.F. Hydrothermal Manganese in the Deep-Sea: Scavenging, Residence Time and Mn/3H Relationships // Earth Planet. Sci. Let. 37:257 (1977).

117. Winn C.D., J.P. Cowen & D.M. Karl: Microbes in Deep Sea Hydrothermal Plumes // The Microbiology of Deep - Sea Hydrothermal Vents. CRC Press, Boca Raton, № 4, 1995, p. 255-274.

118. Wust G. Das Bodenwasser und Stratosphare Schichtung und Zirkulation des Atlantischen Ozeans. Wiss.Erg.der Deutsch. Atl.Exp. "Meteor" 1925-1927. Band VI, Teil 1. Berlin, Leipzig, s.3-288.

119. Судариков C.M., Каминский В.Д. Гидротермальные процессы (раздел 7.5) // Отчёт по теме 534: «Морфостуктура, магматизм, геодинамика и рудогенез Срединно-Атлантического хребта» / Отв. исполнитель С.И.Андреев, СПб, ВНИИОкеангеология, 2003, с.72-87.

120. Судариков С.М и др. Отчет по теме 432: «Атлас гидротермальных экосистем Мирового океана» / Отв. исполнитель: Судариков С.М. СПб, ВНИИОкеангеология, 2000, 245с

121. Лазарева Л.И. и др. Отчет по теме: «Сравнительная характеристика проявлений ГПС сегмента 11° — 30° с.ш. осевой зоны САХ по вещественному составу руд и геологическим условиям» / Отв. исполнитель: Лазарева Л.И. Ломоносов, ПМГРЭ, 2002 г. 158 с.

122. Serpentine Cruise Report. Febriary 25 to April 5 2007. R/V Pourquoi Pas? ROV Victor. / Chef Mission Yves Fouquet // R/V Pourquoi Pas? 2007. 378 P.

Информация о работе

Каминский, Дмитрий Валерьевич
кандидата геолого-минералогических наук
Санкт-Петербург, 2009
ВАК 25.00.28

Диссертация

Формирования гидротермальных плюмов в придонных тропической зоны Срединно-Атлантического хребта (на примере гидротермальных полей "Логачев" и "Ашадзе") - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы