ОКЕАНОЛОГИЯ, 2009, том 49, № 3, с. 440-452
МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
УДК 553.2(265.53)
БЛАГОРОДНЫЕ И ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ В ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОРКАХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ОХОТСКОГО МОРЯ
© 2009 г. Н. В. Астахова
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток
e-mail: n_astakhova@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 25.07.07 г., после доработки 14.04.08 г.
При изучении аншлифов железомарганцевых корок Охотского моря впервые обнаружены включения мелких зерен цветных и благородных металлов: Ag, Au, Cu, Ni, Pb, Sn, Zn, Sb, Ti, W, Mo, Ce. Металлы находятся в виде самородных элементов или интерметаллических соединений, реже в виде окислов или сульфидов. Делается вывод о том, что цветные и благородные металлы являются механической примесью в рудных корках этого района.
Железомарганцевые образования (ЖМО) являются одним из основных видов твердых полезных ископаемых Мирового океана. Они характеризуются высоким содержанием железа, марганца, и, зачастую, цветных и благородных металлов. Вопрос о форме нахождения и генезисе благородных и цветных металлов в железомарганцевых образованиях давно привлекают внимание геологов, но однозначно до сих пор не решен. Одни исследователи считают, что эти металлы извлекаются гидроксида-ми марганца и железа из морской воды, другие - что их источниками являются постмагматические или гидротермальные растворы. Есть также теории о внеземном происхождении платиноидов и некоторых других тяжелых металлов, которые попадают в виде "космогенных шариков" в ЖМО во время их роста. Но каждая из этих гипотез остается дискуссионной. Нами получены новые данные по содержанию, формам выделения и особенностям распределения цветных и благородных металлов в рудных корках центральной части Охотского моря.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Материалом для исследования послужили образцы железомарганцевых корок, поднятых в экспедициях ТОЙ ДВО РАН в 1999-2001 гг. Для определения содержания макро (Fe, Mn, Si, Al, Са, Mg, Ti) и микроэлементов (Ni, Со, Cu, Pb, Mo, Zn) в ЖМ0 использовался атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой метод анализа на спектрально-аналитическом комплексе PLASMAQUANT 110 (Analitik Jena AG, Германия). Погрешность при определении элементов этим видом анализа составляет от 5 до 10 относительных %. Кроме этого, содержание макрокомпонентов, железа и марганца,
контролировалось колориметрическим методом на фотоколориметре (КФК-2), т.к. ошибка в этом случае не превышает 2 отн. %. Общее разложение железомарганцевых образований проводилось по следующей методике: предварительно все образцы проб высушивают при 105-110°С до постоянного веса. Навеску проб 30мг обрабатывают смесью концентрированных кислот 5 мл HNO3 и 5 мл ОТ. Затем добавляют 10 мл 26%-ной HNO3 и 6 капель 50%-ной Н2О2, для восстановление оксида марганца (IV). Пробы переносят в мерные колбы на 50 мл. Объем доводят 1%-ным раствором HNO3. Через весь ход анализа проводят холостую пробу. Для определения элементов в образцах железомарганцевых корок использовались стандартные образцы состава СДО-1 и Nod-A-1. Серии стандартных растворов готовились из соответствующих навесок этих образцов при разложении их по методике, описанной выше. Были взяты следующие навески: 0.001 г; 0.01 г; 0.05 г; 0.1 г; 0.5 г [3].
Определение содержаний платиноидов, золота и серебра производилось нейтронно-активацион-ным методом с микропробирным концентрированием в лаборатории химического анализа ГЕОХИ РАН. Погрешность при определении Au и Ag -10, а И -20 отн. %.
Для выяснения форм нахождения и особенностей распределения благородных и цветных металлов нами были изготовлены 6 аншлифов железомарганцевых корок из центральной части Охотского моря: банки Кашеварова, впадины Дерюгина и возвышенности Академии Наук (рис. 1), которые изучались при помощи микрозондового анализатора JXA8100, производство фирмы JEOL (Япония), с тремя волновыми спектрометрами, доукомплектованном энер-
Рис. 1. Аутигенная минерализация во впадине Дерюгина Охотского моря. (основа Тектоническая карта Охотоморского региона [1]).
1 - баритовые холмы; 2 - железомарганцевые корки; 3 - марганцевые металлоносные осадки; 4 - карбонаты, образовавшиеся в результате окисления метана.
годисперсионным спектрометром INCAx - sight, производство OXFORD Instruments, Англия.
Анализ осуществляется при ускоряющем напряжении 20 kV, угле отбора излучения - 45°; с использованием библиотеки эталонов пользователя. Количественный и полуколичественный анализ осуществляется по процедуре PhyRoZ, являющейся стандартной программой энергодисперсионного анализатора Link ISIS, с использованием пользовательского (не встроенного) набора эталонов.
Для исследования образец напылялся тонким слоем углерода. Объем области, в которой производится определение состава, в среднем, принимается за грушевидный объем с максимальным размером 3-4 микрона. Рентгеновский спектр этой области анализируется ЭДС и отображается на экране. С помощью программного обеспечения компьютер производит анализ этого спектра и указывает положения линий тех элементов, которые были программно обнаружены. Погрешность анализа не превышает 2 отн. %.
Рис. 2. Железомарганцевые корки банки Кашеварова (а - общий вид, б - аншлиф 1, в -аншлиф 3) и аншлиф корки из впадины Дерюгина (г). Увел. 4.
РАЙОНЫ РАЗВИТИЯ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВОГО ОРУДЕНЕНИЯ
Банка Кашеварова расположена на северо-западной границе шельфа Охотского моря. Она вытянута в субширотном направлении на расстояние 800 км при ширине 50-70 км и представляет собой горстообразную структуру. Ее северный склон полого переходит в мелководный шельф, а южный представляет собой северный склон впадины Дерюгина, который круто падает до глубины 1500 м. На этом склоне находится безымянная конусообразная возвышенность, при драгировании которого были подняты небольшие угловатые обломки железо-марганцевых корок, толщиной до 2 см (рис. 2а). Цвет всех корок черный, матовый. Блеск жирный. Верхняя поверхность неровная мелкобугорчатая. Одни корки образованы сросшимися микроконкрециями, диаметром до 1 мм. Это связано с цементацией железомарганцевыми гидроокислами песчанистого осадка. Другие - однородные, с неясно выраженной слоистостью (рис. 2в). Но наиболее распространены в этом районе корки, имеющие верхний, монолитный слой, мощностью 3-4 мм и нижний, оолитовый (рис. 26).
Валовое содержание железа в корках достигает 14.5%, марганца - 16.0%.
Впадина Дерюгина представляет собой абиссальную долину, слегка приподнятую по краям. Ширина ее составляет 185-220 км, максимальная глубина -1795 м. На западе она ограничивается шельфом о. Сахалин, на юге - прогибом Макарова, а на востоке соединяется с желобом Лебедя. Она сформировалась в зоне наибольшего разрушения литосферы Охотоморской плиты, испытавшей сильнейшее воздействие рифтогенных процессов. В центральной части впадины вдоль Восточно-Дерюгинской шовной зоны прослеживается область марганцевых металлоносных осадков (рис. 1). Они слагают поверхностный слой осадков мощностью до 30 см в полосе шириной до 40 км и протяженностью 180 км [2]. В северо-восточной части впадины находится поле низкотемпературных гидротермальных баритовых холмов. Одна из поверхностей поднятых при драгировании обломков травертиноподобного барита часто покрыта тонкой, 1-2 мм, корочкой гидроокислов марганца. Внутри некоторых образцов также наблюдаются очень тонкие прослои этого минерала [4]. Летом 1998 г. в 28-м рейсе НИС "Академик М. Лаврентьев" в Советско-Германской экспедиции
Таблица 1. Химический состав железомарганцевых образований центральной части Охотского моря
Район Б. Кашеварова Вп. Дерюгина Возв. АН
№ пробы 29-96/1 29-96/2 29-98 27-14
хар-ка образца корка оолитовая корка мо-нолигная корка монолитная цемент
%
Бе 13.5 14.5 15.2 17.7
Мп 15.5 16.0 14.5 3.1
Мл/Ре 1.15 1.11 0.96 0.18
13.1 12.2 14.0 н.а.
А1 2.95 2.83 2.51 н.а.
Са 1.93 1.57 1.32 1.55
Mg 1.23 1.24 1.05 н.а.
Т1 0.21 0.22 0.20 0.59
N1 0.087 0.173 0.197 0.024
Со 0.065 0.077 0.063 0.002
Си 0.086 0.011 0.000 0.007
РЬ 0.010 0.013 0.014 0.050
Мо 0.046 0.049 0.012 0.001
7п 0.076 0.107 10-4% 0.110 0.044
К 0.23 0.86 0.51 0.42
0.15 0.24 10-7% 0.02 0.07
Аи 0.8 4.9 0.2 2.5
по программе "КОМЕХ" в этом районе в придонной воде было выявлено аномально высокое содержания метана, что указывает на наличие газовых выходов на морском дне в этом районе [18].
На некотором удалении от баритовых холмов на поверхности осадка обнаружены как плотные, темно-коричневые толщиной около 1 см, так и рыхлые более светлые железомарганцевые корки мощностью до 1.5 см. Текстура плотных корок массивная, пятнистая (линзовидная или неяснополосчатая) (рис. 2г). Это связано с включением светлых (глинистых) тонких прослоев. Корки содержат почти эк-
вивалентное количество железа и марганца, 15.2% и 14.5% соответственно.
Возвышенность Академии наук находится южнее впадины Дерюгина и имеет протяженность 278 км при максимальной ширине 93 км. Глубина над ее выровненной поверхностью составляет 860 м. На западе и востоке она ограничена прогибами Петра Шмидта и Атласова, а на юге - переходит в Курильскую глубоководную котловину. На юго-восточном склоне возвышенности выделены 3 участка проявления молодого (плиоценового) подводного вулканизма [14]. Они приурочены к местам пересечения известных разломов СЗ-ЮВ простирания, формирующих наиболее крупные проливы Курильской гряды, и систем разломов субширотного и СВ-ЮЗ направления, контролирующих рисунок Курильской котловины. Вулканические породы, поднятые на этих участках, формируют ряд от базальтов до кислых андезитов и, скорее всего, относятся к единой дифференцированной серии пород. Они характеризуются высокими концентрациями литофильных микроэлементов Rb, Sr, Ba и низкими концентрациями № и Сг. Имеющиеся данные по изотопным определениям возраста вулканитов указывают на плиоценовое время их образования [11].
Железомарганцевые гидроокислы, поднятые при драгировании возвышенности Академии Наук, цементируют гальку и угловатые обломки пород, образуя своеобразные конгломераты. В то же время они покрывают эти конгломераты кор
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.