ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2015, № 3, с. 203-214
УДК 550.42:546(268.56)
РЕДКИЕ ЗЕМЛИ И ИТТРИЙ В ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЯХ ЧУКОТСКОГО МОРЯ
© 2015 г. О. Н. Колесник, А. Н. Колесник
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН 690041 Владивосток, ул. Балтийская, 43; E-mail: zeya1985.2008@mail.ru Поступила в редакцию 19.12.2012 г.
Приведены данные по морфологии, микростроению, химическому и минеральному составу желе-зомарганцевых конкреций (ЖМК) Чукотского моря. Подробно рассмотрены особенности распределения и минеральные формы выделения редкоземельных элементов (РЗЭ) и иттрия. Для изученных конкреций характерно низкое суммарное содержание РЗЭ, отрицательная цериевая и слабоположительная (практически нейтральная) европиевая аномалии: ^ (РЗЭ) — 185.26—299.10 г/т, Cean — 0.73—0.96, Euan — 1.01—1.13. Отношение Y/Ho изменяется от 23.19 до 29.88, легких и тяжелых РЗЭ
(ЛРЗЭ/ТРЗЭ)МАЯС — от 0.74 до 1.50. Установлено присутствие микрозерен состава La—Ce—Pr—Nd—O и La—Ce—Pr—Nd—Al—O, а также монацита, ксенотима и некоторых других более экзотических соединений. Большинство геохимических показателей свидетельствуют в пользу диагенетического происхождения ЖМК. Наиболее специфическая черта изученных конкреций — высокие, до 295.05, значения модуля (Fe + Mn)/Ti.
DOI: 10.7868/S0024497X15030064
При том, что железомарганцевые образования (ЖМО) относятся к числу основных полезных ископаемых Мирового океана, многие вопросы их геохимии, минералогии и генезиса являются дискуссионными. Так, согласно имеющимся представлениям, источником вещества ЖМО могут служить морская вода, эманации и потоки гидротермальных флюидов, эоловая и космическая пыль, а концентрирование металлов веществом железомарганцевых конкреций и корок возможно в ходе соосаждения, сорбции, окислительно-восстановительных и биохимических процессов.
В Чукотском море главенствующая роль в же-лезомарганцевом рудообразовании отводится диагенезу [Калиненко, Павлидис, 1982]. Но существуют данные, свидетельствующие о возможной поставке рудного материала из глубинных разломов [Батурин, Дубинчук, 2011]. Многое в генезисе ЖМК Чукотского моря могло бы прояснить знание особенностей распределения в них редких земель и иттрия (последние, как известно, активно используются в качестве геохимических индикаторов условий осадко- и рудообразования). Тем не менее данный вопрос для конкреций Чукотского моря остается практически не освещенным: опубликованы лишь данные о суммарном содержании редких земель по разрезу ЖМК из каньона Геральд [Батурин, Дубинчук, 2011]. С целью получения более полного представления о процессе железомарганцевого рудообразования в
Чукотском море изучен химический и минеральный состав ЖМК, в том числе особенности распределения и минеральные формы выделения в них РЗЭ и иттрия.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВОГО КОНКРЕЦИЕОБРАЗОВАНИЯ В ЧУКОТСКОМ МОРЕ
В Чукотском море, входящем в систему морей арктического шельфа, реализуется определенный тип литогенеза — полярный [Данилов, 1978; Лапина и др., 1968]. В последнее время как элемент полярного литогенеза стали выделять морской, или шельфовый, полярный литогенез [Кошелева, 2002]. Его отличает довольно активное протекание в осадках хемогенных и биогенных процессов при относительно скромной роли криогенеза.
По имеющимся данным [Астахов и др., 2010а; Батурин, Дубинчук, 2011; Калиненко, Павлидис, 1982; Кошелева, Яшин, 1999], железомарганцевое рудообразование (в основном в виде конкреций) в Чукотском море приурочено к различным (от песков до илов) поверхностным осадкам и носит очаговый характер: ЖМО обнаружены в Колю-чинской губе на северном побережье Чукотского полуострова (плоские конкреции с каменистым ядром, а также сигарообразные безъядерные и трубчатые ЖМО), подводном каньоне Геральд (конкреции и рудные корки на поверхности валу-
нов и гальки) и примыкающем к нему северном мелководье о. Врангеля, на северо-западном шельфе Аляски (черепитчатые ЖМК без галечни-кового ядра). Есть информация о микроконкрециях (узелковых, гроздевидных, глобулярных и др.) в толще осадков Чукотской котловины [Wang et al., 2010].
Исследователи относят конкреции Чукотского моря к диагенетическим [Калиненко, Павлидис, 1982]. На диагенетическую природу стяжений, в частности, указывает их морфология, а также обогащеность нижней части ЖМК (по сравнению с верхней) и поверхностного слоя подстилающих осадков (по сравнению с нижележащей осадочной толщей) основными рудообразующи-ми элементами — железом, марганцем, фосфором [Батурин, Дубинчук, 2011; Калиненко, Павлидис, 1982]. Результаты био-, геохимических и петрографических исследований также подтверждают активный характер постседиментационных изменений, происходящих в осадках Чукотского моря, в том числе на участках дна, где обнаружены ЖМК [Колесник и др., 2010; Кошелева, 2002; Ко-шелева, Яшин, 1999; Леин и др., 2007; Grebmeier et al., 2006; Naidu et al., 2004]. Правда, процессы диагенеза в разных частях Чукотского моря протекают по-разному: на основной площади, в зонах, обогащенных органическим веществом (сюда относятся каньон Геральд, северное мелководье о. Врангеля), — преимущественно в восстановительной обстановке; в северной, более глубоководной части моря, в районах развития верхнего коричневато-бурого слоя осадков с повышенными содержаниями железа и марганца и низкими концентрациями органического вещества (в том числе на северо-западном шельфе Аляски) — в окислительной [Логвиненко, Огородников, 1980] (рис. 1). Именно различия в физико-химических и гидро-геодинамических условиях среды (краткий обзор последних приведен, например, в работе Ю.А. Пав-лидиса [1982]), вероятно, и являются причиной такого морфологического разнообразия ЖМО.
В последнее время появляется все больше публикаций о Чукотско-Беринговоморской системе грабен-рифтов и проявлениях вдоль нее признаков современной геодинамической активности, в том числе геохимических [Аветисов, 1996; Астахов и др., 2010а, 2010в; Богданов и др., 1995; Има-ев и др., 2000; Поляк и др., 2010; Сенин и др., 1989; Смирнов, Кондратьев, 2009]. Показательно, что станции отбора ЖМК в Чукотском море приурочены к определенным структурам грабен-риф-товой системы, включая наиболее известную — Чукотский грабен; он протягивается от Восточной Чукотки на юге до как минимум каньона Геральд на севере (см. рис. 1). Эти структуры были сформированы в мезозое — раннем кайнозое и активизировались в позднем кайнозое; активизация сопровождалась базальтовым вулканизмом и
гидротермальной деятельностью [Сенин и др., 1989; Смирнов, Кондратьев, 2009]. В конкрециях каньона Геральд обнаружены единичные микрочастицы самородного золота, повышенное содержание ртути, молибдена, лития и платины [Астахов и др., 2010б, 2010в; Батурин, Дубинчук, 2011]. Исследователи говорят о том, что "необходимые условия для их (конкреций — авт.) формирования ... определены влиянием флюидодинамических процессов, характерных для современной стадии развития грабен-рифтовой системы" [Астахов и др., 2010б, с. 215], о возможной "поставке рудного материала из глубинных разломов, которые продолжаются на континентальном блоке, где имеются рудные месторождения" [Батурин, Дубинчук, 2011, с. 98].
Итак, согласно опубликованным данным, ЖМК Чукотского моря являются продуктом диа-генетических преобразований, происходящих в толще донных осадков. Влияние на процесс кон-крециеобразования геодинамического фактора пока может рассматриваться только в качестве предположения.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Материалом для исследования послужили образцы ЖМК, отобранные в каньоне Геральд (ст. 1, 3, 5 — западная часть Чукотского моря) и на бровке шельфа в северо-восточной части моря (ст. 4) (см. рис. 1, табл. 1). Фактический материал получен в ходе научных экспедиций по российско-американскому проекту RUSALCA (НИС "Профессор Хромов", 2009 г., 2012 г.). Примечательно, что практически каждая станция отличается "своим" морфотипом ЖМК: ст. 1, 5 — дискои-дальным, ст. 3 — лепешковидным, ст. 4 — плитчатым. Такое разнообразие внешних форм является естественным отражением специфичности условий среды, в которых происходит конкрециеоб-разование (см. рис. 1). В основном конкреции, за исключением плитчатых ЖМК, имеют явно выраженное галечниковое ядро, которое частично или полностью покрывает маломощная (около 0.5 см) рудная оболочка. Верхняя часть ЖМК относительно гладкая, иногда (на ст. 1 и 5, в меньшей степени — ст. 3) со следами жизнедеятельности морских организмов, нижняя — более шероховатая до бугристой, кавернозная с включениями песчано-алевритового материала из подстилающих донных осадков.
Содержание в ЖМК матричных элементов (кроме Si) определялось методом атомно-эмис-сионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на приборе iCAP 6500Duo (Thermo Electron Corporation, США), остальных элементов (РЗЭ, Y, Th, U) — методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на квадруполь-ном масс-спектрометре Agilent 7500c (Agilent
70°
C %
более
2.00 1.76 1.19 0.69 0.06
ч т
ч • • •
Чукотка
175°
180°
175°
170°
165°
160°
Рис. 1. Карта-схема фактического материала и некоторых тектоно-геохимических условий образования в Чукотском море железомарганцевых конкреций (ЖМК), включая содержание в поверхностном слое осадков общего органического углерода (Сорг), по [Колесник и др., 2010, с дополнениями].
1, 2 — грабен-рифтовая система Чукотского моря, по [Сенин и др., 1989]: 1 — раздвиговые структуры, 2 — разломы сдвигово-раздвиговой природы; 3 — условные границы каньона Геральд; 4 — условная граница окислительно-восстановительных условий седименто/диагенеза (выделена на основе содержаний марганца, железа и Со„г в поверхностном слое донных осадков): южнее границы — восстановительные условия, севернее — окислительные; 5 — станции отбора ЖМК (цифра соответствует номеру станции).
Technologies, США). Перед анализом пробы истирались в агатовой ступке, просеивались через сито с размером ячейки 0.05 мм, высушивались до постоянного веса при температуре 105°С, а затем вскрывались прямым кислотным разло
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.