ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2014, № 1, с. 3-25
УДК 552.124.4
ПРИРОДА КОБАЛЬТОНОСНЫХ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОРОК МАГЕЛЛАНОВЫХ ГОР ТИХОГО ОКЕАНА. СООБЩЕНИЕ 1. ГЕОЛОГИЯ, МИНЕРАЛОГИЯ, ГЕОХИМИЯ
© 2014 г. Г. В. Новиков, М. Е. Мельников*, О. Ю. Богданова, И. В. Викентьев**
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997Москва, Нахимовский проспект, 36; E-mail: gvnovikov@yandex.ru *ФГУПГНЦ "Южморгеология" Краснодарский край, г. Геленджик, ул. Крымская, 20 **Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017Москва, Старомонетный пер., 35 Поступила в редакцию 06.02.2013 г.
В Сообщении 1 настоящей статьи рассматриваются различные аспекты гидрогенных железомар-ганцевых корок западного и восточного звеньев Магеллановых гор Тихого океана. Выявлено, что изученные корки развиты на гайотах в виде сплошных покровов минералов марганца и железа на обнаженных коренных породах. Как правило, они образуют кольцевидные залежи, расположенные по периферии вершинной поверхности и на верхних участках склонов. Мощность корок варьирует от первых сантиметров до ~18 см при неравномерном изменении в отдельных слоях. Независимо от географического расположения корки являются однотипными и состоящими из четырех слоев — двух нижних фосфатизированных (I-1 и I-2) и двух верхних нефосфатизированных (II и III). Корки различаются по текстурно-структурным признакам, но в пределах отдельных слоев (I-1, 1-2 и т.д.) достаточно сходны. Главными рудными минералами корок являются, как правило, плохо окристал-лизованные с низкой степенью упорядоченности структуры Fe-вернадит и Mn-фероксигит и содержащийся в меньшем количестве хорошо окристаллизованный и структурно упорядоченный верна-дит. Установлено, что катионы тяжелых и редких металлов концентрируются в рудных минералах корок крайне неравномерно, что указывает на пульсационный характер их поступления в разные геологические эпохи.
DOI: 10.7868/S0024497X13060086
Железомарганцевые корки подводных гор океана, представляющие практический интерес как потенциальное сырье на кобальт, никель, марганец, являются реальным объектом освоения ближайшего будущего. Следовательно, требуется более глубокое изучение их вещественного состава уже не только с точки зрения поисковых, но и поисково--оценочных работ. За последние два десятилетия достигнут существенный прогресс в области изучения железомарганцевых корок. Установлены масштабы их распространения в каждом океане, описаны условия локализации, изучено строение, определен возраст, минеральный и химический состав валовых проб корок [Аникеева и др., 2009; Асавин и др., 2010; Батурин, 1993; Богданов и др., 1998; Гайоты ..., 1995; Дубинин и др., 2008; Железомарганцевые ..., 1990; Кобальтбогатые ..., 2002; Кронен, 1982; Мельников, 2005; Мельников и др., 2006, 2007, 2009, 2012а, 2012б; Рашидов, 2006; Frank et al, 1999; Glasby еt al, 2007; Hein еt al, 2000; Takahashi еt al, 2007]. Вместе с тем, остаются мало изученными
такие вопросы, как закономерности распределения ионов металлов в слоях корок в процессе их роста, формы нахождения и механизмы концентрирования ионов металлов в минералах. В перспективе предстоит разработать экономически эффективные, экологически "чистые" (безотходные) технологии переработки этого нового типа минерального сырья, направленные на максимально возможное извлечение присутствующих в нем металлов.
В настоящее время ФГУП ГНЦ "Южморгеология" проводит интенсивные масштабные работы в Тихом океане по выявлению наиболее перспективных объектов добычи этого сырья. К таким объектам относятся корки гайотов Магеллановых гор, представляющие многослойные образования, сформированные преимущественно тонкодисперсными полиминеральными рудными агрегатами, тесно ассоциирующими с породообразующими фазами. Особенности состава и строения корок, в первую очередь рудных агрегатов, сложенных гидратированным диоксидом марганца и
гидроксидами железа, присутствующих в переменных количествах, требуют комплексного подхода к их изучению. Ранее проведенные исследования [Богданов и др., 1998; Железомарганцевые ..., 1990; Кобальтбогатые ..., 2002; Мельников, 2005; Мельников, Плетнев, 2009] показали, что содержания многих элементов существенно варьируют как в корках разных подводных возвышенностей, так и по разрезу корки отдельно взятого гайота.
Имеющиеся данные по геологии, текстурно-структурным особенностям, минеральному и химическому составу корок отдельных гайотов позволяют обобщить полученные данные и составить целостную картину строения и состава всех изученных кобальтоносных железомарганцевых корок Магеллановых гор Тихого океана.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материалом для данного исследования были образцы железомарганцевых корок, отобранные на гайотах Магеллановых гор в ходе рейсов НИС "Академик Мстислав Келдыш (Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН), НИС "Морской геолог" (АО "Дальморгеология") и "Геленджик" (ГНЦ "Южморгеология") с конца 80-х годов прошлого века по 2010 год. Схема расположения гай-отов Магеллановых гор, с которых были отобраны образцы корок, приведена на рис. 1. Гайоты Коцебу, Альба и Паллада относятся к западному звену Магеллановых гор, гайоты Федорова, Грам-берга, Ита-Май-Тай, Бутакова и Затонского — к восточному. Глубина залегания изученных корок западного звена составляет 2000—2990 м, восточного - 1500-2710 м.
Характеризуя в целом железомарганцевое ору-денение на Магеллановых горах, можно считать, что оно обладает пятнистым характером [Железо-марганцевые ..., 1990; Мельников, 2005]. В пределах западного звена корки формируют рудные скопления, приуроченные к периферическим частям вершинных плато, верхним и средним участкам склонов. Нередко они создают кольцевидные залежи, охватывающие индивидуальные горные постройки. Конкреции залегают в нижних частях склонов и на поверхностях предгорных шлейфов, с фоновыми весовыми продуктив-ностями от 5 до 15 кг/м2. На некоторых участках отмечаются обширные ареалы со значением параметра до 30-40 и даже 60 кг/м2 [Мельников, 2005]. Базисные поверхности межгорных впадин, как правило, безрудны. В пределах восточного звена эта пятнистость обусловлена только корковым оруденением подводных гор, тогда как концентрация конкреций низкая и меняется незначительно.
Изученные железомарганцевые корки обнаружены на вершинных поверхностях и склонах горных сооружений и покрывают различные типы субстрата. На гайотах Ита-Май-Тай, Федорова,
Паллада — это преимущественно рифогенные ор-ганогенно-обломочные и наннофораминеферо-вые планктоногенные известняки, относящихся к апт-туронскому, сантон-маастрихтскому и позднепалеоценовому-эоценовому возрастным комплексам. На гайотах Альба, Грамберга и других — базальты, сходные с описанными выше известняки, вулканогенно-обломочные породы [Богданов и др., 1998; Железомарганцевые ..., 1990; Мельников, 2005].
Изучение минерального и химического состава корок проводилось на осредненных и отквар-тованных рядовых пробах, характеризующих состав корок по станции драгирования. Более детальные исследования минерального состава проводились из материала слоев (I-1, I-2, II, III) корок гайотов Паллада (ст. 30Д154) и Бутакова (ст. 39Д19), который был получен после следующих подготовительных стадий: дробления, измельчения, усреднения, квартования и расситовывания по классам крупности. В исследовании использовались зерна рудного вещества крупностью 0.50— 0.25 и 0.25-0.1 мм.
Изучение текстурно-структурных особенностей железомарганцевых корок проводилось под бинокулярным рудным микроскопом LeicaMZ12. Их минеральный состав был изучен методом микродифракции электронов. Подготовка образцов корок осуществлялась следующим образом. Из пробы массой ~ 50 мг готовили водную суспензию путем ультразвуковой обработки в пробирке (диспергатор УЗДН-2Г); затем каплю суспензии наносили на катодную пленку-подложку и высушивали. Исследование проводилось под микроскопом JEM-100C, оборудованном гониометром (обеспечивает наклон ± 60о), при ускоряющем напряжении 100 кВ. С каждой частицы получали изображение на просвет и электронограмму.
Химический состав железомарганцевых образований определялся атомно-абсорбционной спектрометрией на приборе Varian 220FS, а также с помощью инструментального рентгенофлуо-ресцентного анализа на спектрометре последовательного действия PW-2400. Воздушно-сухие пробы корок растворяли в смеси концентрированных растворов HCl + H2O2 в течение 3-5 минут при кипячении. В качестве эталонов использован стандартный образец 00ПЕ-604 (старое название СДО-7, железомарганцевые корки). Контроль концентраций перешедших из твердой фазы катионов щелочных, щелочноземельных, тяжелых и редких металлов также проводили из равновесных растворов.
Определение содержания двухвалентного марганца выполнено атомно-абсорбционным методом (аналогично другим ионам металлов) после его извлечения из отдельной навески образцов корок 2% раствором H2SO4 [Базилевская, 1986].
о X К Н а
о ^
й л и
о
К
«
ч ч
¡3
о «
й ^
й
к
«
к я к
¡3
о X
к к
к «
к к
н
о ч о к
о «
а
«
£
о
и
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Общие особенности геологического строения гайотов
Магеллановы горы — цепь внутриплитных подводных островершинных гор и гайотов, разделяющих Восточно-Марианскую котловину на две котловины меньших размеров, — Пигафетта и Сайпан. Гайоты, на которых отобраны изученные образцы корок, обладают различными размерами и морфологией. Несмотря на это, их геологическое строение весьма близко. Пьедестал и основное тело гайотов сложено магматическими породами то-леит-щелочнобазальтовой ассоциации гавайского типа, обычно датируемых ранним мелом. Осадочная шапка, мощность которой может составлять более километра, состоит из пород позднего мезозоя-кайнозоя. Выделяются возрастные комплексы пород апта-турона, сантона-маастрихта, позднего палеоцена-эоцена, миоцена и нелитифицирован-ные плиоцен-четвертичные осадки. Три нижних комплекса сложены рифогенными и планктоно-генными известняками, эдафогенными брекчиями, алевролитами и песчаниками. Глубоководные отложения отсутствуют. Они появляются то
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.