МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
УДК 553.31
ГИДРОТЕРМАЛЬНАЯ МАРГАНЦЕВАЯ МИНЕРАЛИЗАЦИЯ НА РУДНОМ ПОЛЕ "ПЕТЕРБУРГСКОЕ" (СЕВЕРНАЯ АТЛАНТИКА)
© 2014 г. Г. Н. Батурин1, И. Г. Добрецова2, В. Т. Дубинчук3
Институт океанологи им. П.П. Ширшова РАН, Москва 2Полярная морская геологическая экспедиция, Санкт-Петербург 3Всероссийский институт минерального сырья им. Н.П. Федоровского, Москва
e-mail: gbatur@ocean.ru Поступила в редакцию 01.10.2012 г.
В пределах гидротермального поля "Петербургское", расположенного на восточном фланге Сре-динно-Атлантического хребта, на глубине 3 км обнаружены марганцевые корки, перекрытые слоем пелагического карбонатного осадка. Корки представляют собой плитчатые хрупкие породы толщиной 1—5 см, сложенные неоднородным, местами пористым черным материалом. Преобладающая часть вещества корок сложена параллельно ориентированными агрегатами пластинчатых частиц толщиной от нескольких мкм до 0.2 мм. Основным минералом корок является полнокристаллический бернессит при наличии незначительного количества колломорфного вернадита. В основном химическом составе корок доминирует марганец (более 60% MnO) при низком содержании оксида железа (1.7%) и повышенном относительно среднего состава гидротермальных корок содержании натрия и серы. Для микроэлементного состава корок характерно повышенное содержание молибдена, умеренное содержание галлия и урана и резко пониженное содержание прочих сорока исследованных микроэлементов. Сопоставление полученных результатов с литературными данными показывает, что исследованные корки сильно отличаются от предложенного ранее среднего состава гидротермальных корок, но близки к некоторым гидротермальным коркам с подводных вулканов Японского моря.
DOI: 10.7868/S0030157414020026
Железомарганцевые корки на дне океанов широко распространены на поверхности подводных гор и, в меньшей степени, на поверхности глубоководных осадков. Данные об условиях их залегания, морфологии и составе приводятся в многочисленных публикациях, включая обзорные статьи и монографии [1, 2, 5, 6, 8, 9, 11—15, 18—22, 24-26, 28-31].
Несмотря на значительную изменчивость состава этих образований, их разделяют на две группы: гидрогенные и гидротермальные корки, формирующиеся соответственно либо путем медленного осаждения металлов из морской воды, либо за счет относительно быстрого выпадения из гидротермальных растворов, поступающих в океан в зонах повышенной тектонической и вулканической активности.
В связи с тем, что наряду с марганцем корки в той или иной мере обогащены также рядом других металлов, они представляют интерес и в плане металлогении океана, и как потенциальные рудные ресурсы, состав и генезис которых трактуется неоднозначно, что побуждает продолжать исследование новых находок этих образований в различных районах Мирового океана.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Нами исследован представительный образец корки из драги, принесшей около 12 кг материала в 8-м рейсе научно-поискового судна ПМГЭ "Логачев" (2010 г.) в ходе исследования гидротермального поля "Петербургское", расположенного на западном склоне Срединно-Атлантического хребта. Драгирование дна выполнено на станции 34-Л105. Глубина дна — 3033 м. Координаты начала драгирования — 19°52.33' с.ш., 45°52.465' з.д., окончания драгирования — 19°52.383' с.ш., 45°52.785' з.д.
Всего поднято около 10 кг обломков корок размером 5—25 см в поперечнике толщиной до 15 см. Исследованный типовой образец представляет собой плитку размером 8 х 6 и толщиной 5—6 см (рис. 1).
На той же станции подняты обломки сцементированного фораминиферового осадка, распространенного в пределах рассматриваемого участка дна.
Характерной особенностью рудного поля " Петербургское" является то, что рудные постройки перекрыты известковым фораминиферовым осадком и лишь частично обнажены, выступая над поверхностью дна.
Рис. 1. Внешний вид гидротермальной корки.
Следует также отметить, что рудное поле "Петербургское" локализовано за пределами ложа риф-товой долины — на второй рифтовой гряде западного фланга Срединно-Атлантического хребта, то есть за пределами рифтовой долины как таковой.
Микроструктура и минеральный состав материала исследовались в ВИМС с применением сканирующего и просвечивающего электронных микроскопов по методикам, описанным в работе [8]. Для определения параметров кристаллической решетки минералов в слабо уплотненном материале использовались специально изготовленные суспензионные препараты [8].
Элементный состав определялся методом ИСП-МС в ИПТМ РАН под руководством В.К. Карандашева. Содержание кремнезема определено Е.О. Золотых (ИО РАН) микрохимическим методом, содержание ртути — Н.А. Лобусом (ИО РАН) рентгено-флуоресцентным методом на анализаторе РА-915 с приставкой ПИРО-915.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Морфология и минеральный состав корок. Корки представляют собой хрупкий ноздреватый материал, в котором местами присутствуют бурые прослойки минерализованного карбонатного осадка.
В минеральном составе корок доминирует бернессит, образующий параллельно ориентированные сростки таблитчатых кристаллов (рис. 2а).
При больших увеличениях видно, что крупные блоки состоят из плотно упакованных удлиненных частиц толщиной 2—4 мкм, в составе которых, судя по микрозондовому анализу, доминирует марганец с подчиненным количеством кальция, железа, серы, хлора и незначительной примесью кремнезема, алюминия, титана и калия (рис. 2б, 2в), что позволило установить две разновидности бернес-сита с несколько различными базальными отражениями (рис. 3а, 3б).
Вернадит, который, в отличие от бернессита, не обладает четко выраженной морфологией, встречается лишь в единичных препаратах в виде колломорфных или слабо кристаллизованных агрегатов (рис. 4).
Элементный состав корок. При рассмотрении геохимии коркового материала целесообразно привести в целях сопоставления также состав некоторых близких по элементному составу образований, которыми являются, в частности, марганцевые корки со дна Японского моря, изучавшиеся нами и другими исследователями ранее [2, 6, 15, 19, 20, 22, 23]. Наряду с этим следует также учитывать оценку среднего состава гидротермальных железомарганцевых корок океана, предложенную авторами работы [1].
Результаты анализа основного химического состава корки (табл. 1) показывают, что доминирующим компонентом являются оксиды марганца (более 60%) при крайне низком содержании оксидов железа (1.7%). Среди прочих компонен-
(в)
2000 1500 1000 500 0
А1203 8Ю2 Я03 С102 К20 СаО ТЮ2 Сг203 МпО Fe2O3 1.96 2.21 3.45 3.19 1.78 6.97 1.51 2.00 72.56 4.37
Рис. 2. Морфология кристаллических агрегатов бернессита под сканирующим электронным микроскопом.
(а) — крупноблочные агрегаты, (б) — тонкопластинчатые агрегаты, (в) — энергодисперсионный спектр состава минерала.
2 4 6 8 10
Рис. 3. (а) — Частица бернессита, выделенная из суспензионного препарата под просвечивающим электронным микроскопом, (б) — микродифракционные картины бернессита с двух участков, отмеченных стрелками.
тов макросостава выделяются только СаО (3.1%) и №20 (4.1%), в то время как доля всех прочих компонентов незначительна.
При рассмотрении микроэлементного состава корки (табл. 2), оказывается, что наиболее распространенным микроэлементом является молибден (1242 г/т), за которым следуют барий (331 г/т), стронций (285 г/т), медь (260 г/т) и литий (213 г/т). К числу элементов, содержание которых находится в пределах 29—71 г/т, относятся N1, Zn, V Ga. Далее следует группа микроэлементов, содержание которых находится в диапазоне 0.9—10 г/т: БЪ, и, Т1, Сг, Сг, Zr, ^ Сё, Бп, РЪ, Ш Содержание всех прочих фигурирующих в табл. 3 микроэлементов составляет десятые и сотые доли г/т. В их числе Ве, В1, С8, Щ Н§, №>, Re, Бс, Бе, Та, Те и ТЪ.
Редкоземельные элементы (РЗЭ), рассматриваемые обычно как особая группа микроэлементов, в исследованной рудной породе не накапливаются (табл. 3). Содержание наиболее распространенного из них, церия, составляет 2 г/т, а наименее рас-
пространенного — лютеция — 0. 019 г/т, при суммарном содержании всех РЗЭ 7.211 г/т.
Основными характеристиками состава РЗЭ являются величины цериевой и европиевой аномалий, рассчитываемые как отношение содержаний церия и европия к полусумме содержаний двух соседних РЗЭ — соответственно La+ Рг (це-риевая аномалия) и Sm+Gd (европиевая аномалия); при этом содержание всех участвующих в расчете РЗЭ нормализуют по среднему их содержанию в сланцах [3, 17].
Расчет показывает, что составу РЗЭ рассматриваемого образца присуща значительная отрицательная цериевая аномалия и практически отсутствует европиевая аномалия.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Данные о месте находки корок в пределах гидротермального поля, состав материала и его соотношение с вмещающим осадком явно свидетель-
ствуют о его гидротермальной природе, подобно многим другим рудопроявлениям в различных районах океана [4, 5, 11, 13, 16].
В тех случаях, когда такое удачное сочетание обстоятельств отсутствует, вопрос о генезисе же-лезомарганцевых образований на дне океана пытаются решить путем использования геохимических
критериев, включая содержания и соотношения элементов-индикаторов. Полученные результаты позволяют рассмотреть, насколько эти критерии надежны в данном конкретном случае.
В связи с этим целесообразно сопоставить состав исследованного образца с составом явно гидротермальных корок с подводных вулканов
Таблица 1. Основной химический состав корок (%)
Компонент Корка с рудного поля "Петербургское" (Сев. Атлантика) Корка с подводного вулкана в Японском море [6] Среднее в гидротермальных корках Мирового океана [1]
МпО 61.7 53.8 16.65
Fe20з 1.7 0.9 11.77
Б102 0.8 6.0 17.49
А12О3 0.21 1.4 4.98
Т1О2 0.0087 0.046 0.54
СаО 3.1 4.1 5.40
МБО 1.2 1.4 2.63
№20 4.1 5.1 2.36
К2О 0.48 0.66 1.93
Р2О5 0.031 0.029 2.41
Б 0.23 0.17 0.01
Таблица 2. Микроэлементный состав корок, г/т
Элемент Корка с рудного поля "Петербургское" Корка с подводного вулк. Япон. моря [6] Среднее в корках Мирового океана [1]
Ag 0.093 <0.05 0.77
А5 17.5 21.8 100
Ва 331 375 1200
Ве 0.032 0.43 2.4
В1 0.011 0.057 10.2
Са 2.48 0.5
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.