УДК 553.2(265.54)
МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ БЛАГОРОДНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ В ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОРКАХ ЯПОНСКОГО МОРЯ
© 2013 г. Н. В. Астахова
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток
e-mail: n_astakhova@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 08.08.2010 г., после доработки 04.08.2011 г.
При изучении аншлифов железомарганцевых корок Японского моря обнаружены многочисленные включения мелких зерен цветных и благородных металлов: Ag, Pd, Pt, Au, Rh, Cu, Zn, Sn, Pb, Ni, Cr, Ti, Sb, As, W, Mo. Металлы находятся в виде самородных элементов или интерметаллических соединений, реже в виде сульфидов, сульфатов, окислов, вольфраматов, молибдатов или фосфидов. Приводятся данные по содержанию, формам выделения и особенностям распределения этих металлов в рудных корках этого района.
DOI: 10.7868/S0030157413050018
Железомарганцевые образования являются одним из основных видов полезных ископаемых Мирового океана. Они имеют широкое распространение и, помимо основных рудных компонентов, часто в том или ином количестве содержат акцессорные металлы — цветные, благородные, редкоземельные [2, 3, 6, 19, 23]. Для разработки стратегии комплексного освоения и выбора технологии переработки железомарганцевой руды большое значение имеет выяснение форм нахождения этих металлов.
Проведенное нами при помощи микрозондо-вого анализатора JXA-8100 детальное изучение рудных корок дальневосточных морей показало, что цветные и благородные металлы образуют в них собственные минеральные фазы [2, 3]. В данной работе мы рассмотрим формы выделения и особенности распределения цветных и благородных металлов в рудных корках подводных возвышенностей Японского моря.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материалом для исследования послужили образцы железомарганцевых корок из коллекции отдела геологии и геофизики ТОИ ДВО РАН. Для определения содержания в них макро- (Fe, Mn, Si, Al, Са, Mg, Ti) и микроэлементов (Ni, Со, Cu, Pb, Mo, Zn) использовался метод атомно-эмисси-онной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на спектрально-аналитическом комплексе PLASMAQUANT 110 (Analitik Jena AG, Германия).
Определение содержаний платиноидов, золота и серебра производилось нейтронно-актива-ционным методом с микропробирным концен-
трированием в лаборатории химического анализа ГЕОХИ РАН.
Для выяснения форм нахождения и особенностей распределения благородных и цветных металлов нами были изготовлены аншлифы железомарганцевых корок, которые изучались при помощи микрозондового анализатора JXA-8100 (JEOL, Япония) с тремя волновыми спектрометрами, доукомплектованными энергодисперсионным спектрометром INCAx — sight (OXFORD Instruments, Англия). Аншлифы изготавливались с использованием алмазных паст на органической основе, не содержащих примесей в количествах, достигающих предела обнаружения прибора (0.1 вес. %).
Анализ осуществляется при ускоряющем напряжении 20 кВ, угле отбора излучения — 45° с использованием библиотеки эталонов пользователя. Количественный и полуколичественный анализ производился по процедуре PhyRoZ, являющейся стандартной программой энергодисперсионного анализатора Link ISIS, с пользовательским (невстроенным) набором эталонов.
Для исследования образец напылялся тонким слоем углерода. Для контактирования использовали липкую углеродную ленту. 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. %.
4
769
128°
130°
132°
134°
136°
138°
140°
142°
46°
44°
42°
40°
38°
36°
34°
Рис. 1. Карта-схема отбора образцов железомарганцевых корок.
Известно, что при микрозондовом исследовании количественный анализ содержания легких элементов, в том числе кислорода, вызывает затруднения. Но так как для нас наибольший интерес представляла группа самородных металлов и интерметаллоидов и не было цели определения содержания группы (ОН)- или оценки степени окисления атомов переменной валентности, то специальные работы по определению содержания кислорода мы не проводили.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНОВ РАЗВИТИЯ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ
Японское море входит в систему окраинных морей по азиатской периферии Тихого океана и располагается в зоне перехода океанической земной коры Тихого океана к континентальной коре Азиатского континента. Многочисленные подводные возвышенности образованы вулканическими породами среднемиоцен-плейстоценового возраста и представлены, в основном, оливин-плагио-клазовыми и плагиоклазовыми базальтами [14], сформировавшимися в подводных условиях, на что указывает наличие фрагментов шаровой отдельности секториальной (клиновидной) формы со стекловатой коркой закаливания. Они характе-
ризуются высокой (до 40%) пористостью, которая свидетельствует о значительной флюидонасыщен-ности исходной магмы [21]. Геохимические особенности этих базальтов свидетельствуют о том, что они являются производными обогащенной флюидами мантии типа ЕМ1 [14].
Железомарганцевые корки мощностью от 1 мм до 20 см были подняты при драгировании привершинных частей большинства подводных возвышенностей.
Для детального изучения были отобраны корки, поднятые на 5 подводных возвышенностях Японского моря (рис. 1). Две из них находятся в Центральной котловине: возвышенность Беляев-ского (ст. 2069) в центральной части и хребет Гала-гана (ст. 1225) на юге. Две — в котловине Хонсю: возвышенность Мацу (ст. 77106) на севере и возвышенность Медведева (станции 1343, 1344, 1471) на юге. Одна — наложенная постройка (ст. 7783) на северной оконечности хребта возвышенности Южное Ямато.
Возвышенность Беляевского (старое название — вулкан Безымянный) расположена в глубоководной Центральной котловине Японского моря. Она вытянута в меридиональном направлении и состоит из двух вершин, имеющих общее основание. Подножье возвышенности ограничивается изобатой 3500 м, а пологие, почти плоские вер-
Таблица 1. Химический состав железомарганцевых образований Японского моря
№ Бе Мп Мп/Бе N1 Со Си 7п РЬ Мо Аё Аи Рг
% 10-4% 10-7%
2029 8.23 21.54 2.6 110 120 150 300 30 510 300 3.75 439
2069 0.04 22.84 571.0 830 90 150 570 30 240 20 3.59 198
1225 в.ч 5.70 17.63 3.1 1180 190 1500 600 120 510 300 2.72 297
1225 н.ч. 12.30 1.39 0.1 90 50 650 220 30 10 11 0.82 366
77106 0.16 23.23 145.2 270 50 480 300 20 1070 10 6.99 2302
1343 15.45 17.66 1.1 50 10 920 70 20 650 2 2.38 н.о.
1344 3.05 22.96 7.5 60 20 40 100 50 1730 22 1.37 178
1471 8.23 21.86 2.7 310 60 220 210 20 890 22 5.30 621
7783 1.38 22.89 16.6 600 40 590 280 50 940 84 0.27 43
Примечание. н.о. — не обнаружено.
шины — изобатой 2500 м. Перепад высот между вершинами составляет 400 м. Поверхность северной вершины осложнена тремя конусами, над одним из которых зафиксирована наименьшая для возвышенности глубина моря — 2170 м. При драгировании вулкана в интервале 1950—1700 м было поднято около 60 кг остроугольных обломков железомарганцевых корок с максимальными размерами 30 х 20 х 15 см [12]. Корки смоляно-черного цвета, с сильным металлическим блеском на сломе, с гладкой верхней и шероховатой нижней поверхностью. Они имеют слоистое строение. Визуально выделяется до 7 слоев мощностью 1—3 мм. Нижние слои более массивные, в верхних слоях наблюдается четкое радиально-дендритовое строение. Содержание Мп - 22.84%, Бе - 0.04% (табл. 1).
Возвышенность (хребет) Галагана представляет собой вулканическую постройку в южной части Центральной котловины Японского моря, образованную цепочкой вулканов миоценового возраста. Хребет вытянут в субмеридиональном направлении на 25 км при ширине до 15 км. Его основание эллипсовидной формы расположено на глубине 2700 м. Островершинные горы на гребне хребта возвышаются над дном котловины на 1900 м. Она сложена массивными и пористыми оливин-пироксеновыми и пироксеновыми базальтами. При драгировании привершинной части хребта (интервал 1050-950 м) были подняты железомарганцевые корки мощностью до 20 см на обломках пироксеновых и оливин-пироксеновых базальтов. Корки имеют слоистое строение. Верхний слой сложен сажистыми черными пористыми Бе-Мп скоплениями мощностью до 8 см, переходящими в следующий слой мощностью 10-12 см, представленный ржаво-бурыми скоплениями железомарганцевых минералов [7]. По химическому составу верхнего черного и нижнего бурого слоев наблюдаются значительные различия. Содержа-
ние Мп меняется от 17.63 до 1.39%, Бе от 5.70 до 12.30% (табл. 1).
Возвышенность Мацу имеет простое строение и овальную форму в плане. Высота ее 1000-1100 м. Вершина, небольшая по площади, расположена на глубине 935-980 м. Драгирование велось в интервале 1450-1300 м. Бе-Мп образования представлены плотными массивными корками толщиной 3 см. Они сложены сросшимися округлыми конкрециями черного цвета. Внутреннее строение конкреций радиально-лучистое, с четко выраженной слоистостью (четко видны ядро, внешняя оболочка и центральная часть), между собой слои отличаются по оттенку и структуре, мощность слоев от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Размер отдельных конкреций от миллиметров до первых сантиметров. Содержание Мп -23.23%, Бе - 0.16% (табл. 1).
Возвышенность Медведева имеет коническую форму, диаметр основания 17 км, высота около 2000 м. Минимальная глубина над вершиной 1100 м. Образован он базальтами среднемиоцен-плиоценового возраста. При драгировании привершинной части вулкана в интервале 1250-1600 м совместно с базальтами были подняты Бе-Мп корки толщиной до 5 см [7]. В интервале 1400-1500 корки имеют преимущественно радиально-лучи-стое строение, ниже по склону преобладают кор-коконкреции, образованные сросшимися округлыми конкрециями размером от 1 мм до первых см. Конкреции также имеют радиально-лучистое строение. Содержание Мп в них варьирует от 22.96 до 17.66%, Бе - о
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.