ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2007, № 2, с. 115-132
УДК 553.324
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ФОСФАТНО-ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОРКАХ ПОДВОДНЫХ ГОР
ТИХОГО ОКЕАНА
© 2007 г. Г. Н. Батурин, И. Г. Юшина
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997 Москва, Нахимовский проспект, 36;
E-mail: gbatur@ocean.ru Поступила в редакцию 27.03.2006 г.
На основании опубликованных данных о составе обогащенных фосфором железомарганцевых корок с подводных гор Тихого океана рассмотрены соотношения между распределением в них редкоземельных элементов (РЗЭ) и содержанием фосфата и гидроксидов железа и марганца. Показано, что находящиеся в корках РЗЭ связаны со всеми тремя минеральными фазами, входя в них в переменных количествах. Корреляционные связи РЗЭ с фосфором, марганцем и железом в выделенных разновидностях корок в большинстве случаев слабы, а среднее содержание РЗЭ в пробах с максимальным и минимальным содержанием фосфора находится на сопоставимом уровне, что свидетельствует о неравномерности накопления РЗЭ в фосфатной и железомарганцевой фазах и согласуется с данными о наличии в фосфатах собственных минералов РЗЭ.
Распределение редкоземельных элементов (РЗЭ) в породах и рудах широко используется для реконструкции первоначальных условий их формирования в разнообразных природных средах, в том числе в океане. Особый интерес морских геологов и геохимиков вызывает распределение РЗЭ в обогащенных цветными металлами железомарганцевых корках и конкрециях, а также в фосфоритах, относящихся к числу основных видов полезных ископаемых дна океана. При этом на подводных горах океана железомарганцевые корки (называемые также рудными корками) нередко залегают на фосфоритах и содержат фосфатные прослои и включения, что приводит к обогащению их фосфором.
Исследованию РЗЭ в рудных корках и фосфоритах подводных гор океана посвящено значительное количество публикаций, авторы которых отмечают существенную разницу распределения РЗЭ в этих образованиях, а именно, положительную цериевую аномалию в корках и отрицательную в фосфоритах [Аникеева, Казакова, 2000; Батурин, 1986, 1993, 2004; Батурин и др., 1972; Батурин, Юшина, 1991а, б, 1996, 1998; Богданов и др., 1990, 1998; Гайоты..., 1995; Дубинин, 2004; Aplin, 1984; Bogdanov et al., 1995; Burnett et al., 1983; De Carlo, 1991; DeCarlo, McMurtry, 1992; DeCarlo et al., 2000; Hein et al., 1990, 1993; Toth, 1980]. Так, например, при послойном анализе рудной корки с подводной горы близ о-ва Кирибати (центральная часть Тихого океана) было установлено, что в верхней железистой части корки отношение La/Ce составляет 0.1-0.4, а в
нижней фосфатной части 2.3-8.4 [De Carlo et al., 2000].
В результате аналогичного исследования РЗЭ в рудных корках из скважин глубоководного бурения на гайотах Тихого океана была предложена модель изменения состава РЗЭ в зависимости от соотношения железомарганцевой и фосфатной фаз, для каждой из которых был выбран условно чистый эталон [Богданов и др., 1998; Bogdanov et al., 1995].
Однако, судя по имеющимся наблюдениям, содержание и состав РЗЭ даже в относительно чистых железомарганцевых и фосфатных образцах изменчиво, а в некоторых образцах с подчиненным содержанием сопутствующей фазы именно она сильно влияет на валовый состав РЗЭ. Иными словами, в некоторых рудных корках с небольшой примесью фосфата распределение РЗЭ тяготеет к фосфатному типу, а в некоторых фосфоритах с примесью оксидного материала - к же-лезомарганцевому типу.
В связи с изложенным настоящая работа имеет целью рассмотреть особенности распределения РЗЭ более детально на примере серии образцов рудных корок с различным содержанием фосфора.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Для выполнения поставленной задачи был выбран представительный материал, собранный в одном и том же районе, проанализированный одним и тем же методом и разнообразный как по основному химическому составу, так и по характеру
БАТУРИН, ЮШИНА 165° 170°
Рис. 1. Схема расположения точек отбора проб рудных корок (1), (2) - местоположение скважины < 144 Программы глубоководного бурения на подводной горе Воджебато [Bogdanov et а1., 1995].
распределения РЗЭ. Таким районом является северо-западная часть Тихого океана близ Маршал-ловых островов (рис. 1), где во время совместного южнокорейско-американского рейса на исследовательском судне "Фарнелла" в 1989 г. были собраны корки с 17 подводных гор и гайотов [Hein et al., 1990]. Позднее в том же районе по международной программе глубоководного бурения (144 рейс) на нескольких гайотах были пройдены скважины, вскрывшие аналогичные по составу железомарганцевые корки [Богданов и др., 1998; Bogdanov et al., 1995]. Материал с двух гайотов (Воджебато и МИТ) был исследован цитированными выше авторами на содержание РЗЭ. В общей сложности по материалам этих рейсов было выполнено 107 анализов РЗЭ в сочетании с общим химическим анализом. Но при этом в первом массиве данных [Hein et al., 1990] отсутствует определение лютеция, а во втором - кальция.
Согласно приведенным в этих работах данным, возраст слагающих подводные горы вулканических пород, определенный по изотопам стронция, находится преимущественно в пределах от 75 до 85 млн. лет. Корки залегают на брекчиях, базальтах, гиалокластитах, частично фос-фатизированных известняках, вулканокластитах и фосфоритах. Преобладающим типом пород являются брекчии, сложенные обломками базальтов с различным по составу цементом или с мат-риксом в виде тонкозернистого вулканокластиче-ского материала и карбонатного осадка. Цемент состоит (в порядке распространенности) из фосфата, филлипсита, кальцита, оксигидроксидов железа и марганца, гидроксидов железа. Возраст брекчий, судя по одному определению, кампан-ский. Возраст нанофоссилий из слоистой гиало-кластит-песчанистой серии с другой подводной горы эоценовый или олигоценовый.
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
117
Толщина корок колеблется в пределах от менее 1 до 18 см, текстура слоистая (от 2 до 7 слоев). В минеральном составе преобладает вернадит в срастании с аморфным гетитом. Фторкарбонат-апатит, встречающийся в виде включений и прослоев в значительной части образцов, может местами составлять 27% массы породы. Среднее содержание железа и марганца в корках - соответственно 12.2 и 18.8%, суммы РЗЭ - 0.16%, при колебаниях в пределах от 0.09 до 0.28%. Максимальное содержание РЗЭ установлено в нижнем слое одной из корок (станция RD59-2L, горизонт 53-63 мм), в котором отмечено повышенное отношение Мц^е, обогащение фосфором (3.9%) и обеднение кластогенным материалом.
В результате исследования кернов бурения [Bogdaцov et а1., 1995; Богданов и др., 1998] установлено, что процесс железомарганцевого рудо-накопления на подводных горах продолжался вплоть до позднего палеоцена-раннего эоцена. Формирование подводных гор, вершины которых были первоначально островами, произошло в меловое время, когда они находились в юго-западной части океана. В течение последующих 90 млн. лет несущая их литосферная плита переместилась на северо-запад, к месту их современного нахождения.
На гайоте Воджебато корки залегают на гравийных отложениях позднепалеоценового и сред-неэоценового возраста, сформировавшихся при эрозии позднемеловой карбонатной платформы. Базальный горизонт также неоднократно подвергался эрозии и претерпел несколько эпизодов фосфатизации и железомарганцевой минерализации, о чем свидетельствует чередование оксидных железомарганцевых и фосфатных слоев в составе рудных корок. На гайоте МИТ корки залегают на карбонатной платформе альбского возраста и формировались, видимо, в интервале времени от сеномана до раннего миоцена (90-23 млн. лет).
В минеральном составе корок гайота Воджебато доминирует железистый вернадит, в то время как в корках гайота МИТ преобладает асболан-бузеритовая ассоциация с небольшой примесью железистого вернадита. В химическом составе большей части корок преобладают марганец (5.1024.70%) и железо (3.92-15.08%); 20 из 30 исследованных образцов значительно обогащены фосфатным материалом (более 5% Р) и лишь в 4 содержание фосфора оказалось ниже 2%.
В общий массив рассматриваемых данных включен также обогащенный фосфором образец рудной корки с одной из подводных гор системы Мид Пацифик (станция 6369, северная приэкваториальная часть Тихого океана) [Безруков, 1976].
Все определения РЗЭ выполнялись методом индуктивно связанной плазмы с масс-спектромет-рией, обладающим, как показал опыт последних
лет, наиболее высокой чувствительностью и точностью [Дубинин, 2004].
Проведенные ранее расчеты коэффициентов корреляции элементов в образцах корок как с поверхности гайотов [Hein et al., 1990], так и полученных из кернах скважин глубоководного бурения [Bogdanov et al., 1995] не выявили четких связей РЗЭ с другими элементами. Но по другим данным [Дубинин, 2004], для корок в целом характерна связь трехвалентных РЗЭ с железом: Nd (г/т) = [15.5xFe(%) - 36], при коэффициенте корреляции 0.657, в то время как корреляция церия с железом слаба (г = 0.289).
В связи с этим для рассмотрения поставленного вопроса все используемые нами данные по составу корок были разделены на группы, различающиеся по величине цериевой аномалии (первая и вторая группа) и по содержанию фосфора (третья и четвертая). Для каждой из групп рассчитаны средние содержания элементов, коэффициенты парной корреляции между элементами и множественные корреляции с помощью Q-мето-да факторного анализа, применявшегося нами ранее при рассмотрении аналогичных задач [Батурин, Юшина, 1996, 1998]. Основное внимание уделено образцам с содержанием фосфора более 2%, что соответствует примерно 10% фосфатной фазы.
КОРКИ С ПОНИЖЕННОЙ И ПОВЫШЕННОЙ ВЕЛИЧИНОЙ ЦЕРИЕВОЙ АНОМАЛИИ
Величина цериевой аномалии в осадочных породах и рудах (обозначаемая как Се*) определяется обычно как отношение нормализованных по сланцам содержаний 2CeN/LaN + NdN [Балашов, 1976]. В качестве среднего содержания РЗЭ в сланцах приняты данные, приведенные в работе [Gromet et al., 1994]. Аналогичным образом определяется величина европиевой аномалии: Eu* = = 2EuN/SmN + GdN.
В первую группу образцов (более 2% Р) входят корки с величиной
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.