ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2008, том 50, № 6, с. 526-534
УДК 552.124.4
МИНЕРАЛЬНЫМ СОСТАВ МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИХ ТИПОВ ЖЕЛЕЗО-МАРГАНЦЕВЫХ РУДНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ МИРОВОГО ОКЕАНА
© 2008 г. О. Ю. Богданова*, А. И. Горшков**, Г. В. Новиков*, Ю. А. Богданов*
*Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997, Москва, Нахимовский проспект, 36 **Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017, Москва, Ж-17, Старомонетный пер., 35 Поступила в редакцию 15.05.2008 г.
В статье приводятся обобщающие данные по минералогии и текстурно-структурным особенностям изученных типов железо-марганцевых образований из различных районов Мирового океана: конкреций, микроконкреций, кобальтоносных корок, корковых конкреционных образований, низкотемпературных гидротермальных марганцевых корок и железистых охр. Показана связь между их минеральным составом и текстурно-структурными особенностями. Детальный анализ минерального состава исследованных железо-марганцевых образований различного генезиса позволил установить их минеральные типы, основанные на характерных ассоциациях рудных минералов марганца и железа.
ВВЕДЕНИЕ
Исследования минералогии железо-марганцевых образований (ЖМО) является одним из фундаментальных направлений в познании природы океанского железо-марганцевого рудного процесса. Первые данные в этой области были опубликованы В. Бузером и А. Грюттером пятьдесят лет назад (Buser, Grutter, 1956; Grutter, Buser, 1957). К настоящему времени данной проблеме посвящено большое количество публикаций. В процессе детализации исследований описываемых образований неоднократно изменялось представление не только об их минеральном составе, но и терминология, прежде всего, относительно марганцевых минералов.
В настоящее время во всех акваториях Мирового океана найдены и изучены пять типов ЖМО: конкреции, микроконкреции, кобальтоносные железо-марганцевые корки, корковые конкреционные образования, низкотемпературные гидротермальные образования, сложенные либо марганцевыми корками, либо железистыми охрами. По морфологии, характеру поверхности, внутреннему строению, минеральному и химическому составу конкреции подразделяются на диагенетиче-ские и седиментационные, кроме того, встречаются и их переходные разности (Скорнякова, 1984).
В железо-марганцевых образованиях различного генезиса обнаружено свыше 80 минералов. Присутствие в ЖМО той или иной группы мине-
Адрес для переписки: O.û. Богданова. E-mail: novi-bog@ocean.ra
ралов обусловлено определенными фациальны-ми условиями, при которых происходит отложение и последующее развитие описываемых образований. Формирование отдельных минеральных фаз зависит от целого ряда факторов: физико-химических параметров океанской среды, в первую очередь, от рН и окислительно-восстановительного потенциала, скоростей осадконакопления и осаждения гидроксидов железа на поверхность субстрата, окисления катионов Мп2+ до Мп4+ с последующим образованием гидратированного диоксида марганца с различным типом кристаллической структуры. По мере увеличения содержания железа в океанах - Тихий —► Индийский —» Атлантический - в составе ЖМО наблюдается тенденция появления отдельных железистых минералов.
Наибольший практический интерес к океанским железо-марганцевым образованиям связан прежде всего с минералами марганца и железа, которые концентрируют промышленно ценные металлы - медь, никель, кобальт, цинк, свинец, молибден, платину и ЭПГ, РЗЭ. Основные минералы марганца представлены тонкодисперсным гидратированным диоксидом марганца со слоистой и каркасной структурами. К первым относятся: вернадит, бузерит-1, бузерит-11, неупорядоченный смешанослойный асболан-бузерит, асбо-лан, бернессит. Вторая группа сложена тодорокитом, пиролюзитом, романешитом.
Кристаллохимическая основа всех перечисленных выше Мп-минералов - октаэдрические слои Мп06, а особенности их межслоевого и кар-
Таблица 1. Местоположение изученных железо-марганцевых образований Мирового океана
Тип ЖМО Океаны
Тихий Индийский Атлантический
Конкреции, микроконкреции Седиментационные корки, корковые конкреционные образования Низкотемпературные гидротермальные марганцевые корки и железистые охристые образования Рудная провинция Кларион-Клиппертон, Севоро-Восточная, Центральная, Южная, Перуанская, Гватемальская котловины, подводные горы Мид Пацифик, Маркус-Неккер, гайот Ита-Майтаи Подводные горы Мид Пацифик, Маркус-Неккер, Уэйк-Неккер, Магеллановы горы, гайоты Ита-Майтаи, ИО АН, Лималок, Ло-Ен, МИТ, Воджебато, хребет Хуан-де-Фука, гора Франклин Восточно-Тихоокеанское поднятие, хребет Хуан-де-Фука, гора Франклин, бассейн Лау, вулкан Пийпа Центральная, Кокосовая, Западно-Австралийская котловины, поле Диамантина, Восточно-Индийский хребет Рифт Таджура, хребет Брокен Восточно-Индийский хребет, рифт Таджура, хребет Брокен Канарская, Капская, Бразильская котловины Срединно-Атлантический хребет (поле Таг), хребет Брокен-Спур, Снейк-Пит, Лост-Сити, Лакки-Страйк, гора Атлантис Срединно-Атлантический хребет (поле Таг), хребет Брокен-Спур, Снейк-Пит, Лост-Сити, Лакки-Страйк, поле Логачев
касного строения и обусловливают различие между ними. Кроме того, Mn-минералы, как правило, плохо окристаллизованы, что свидетельствует о низкой степени упорядоченности структуры.
Основные минералы железа присутствуют в виде различных полиморфных модификаций гид-роксида железа: прежде всего гетита (a-FeOOH) и марганецсодержащего фероксигита (5'-FeOOH), значительно реже акаганеита (ß-FeOOH) и лепидо-крокита (y-FeOOH), а также в виде оксидов - гематита (Fe2O3) и ферригидрита (2.5Fe2O3 ■ 4.5H20).
Кроме того, в описываемых железо-марганцевых образованиях присутствуют различные акцессорные минералы.
Особое внимание привлекает проблема кристаллической и аморфной фаз рудного вещества ЖМО, названных так Р. Соремом и Р. Фьюксом (Sorem, Fewkes, 1979). Рудное вещество ЖМО представлено чередующимися микрослоями с характерными текстурно-структурными особенностями, сложенными определенными для каждого морфогенетического типа образований набором минералов. Ультратонкие эпитаксические срастания марганцевых минералов как между собой, так и с гидроксидами и оксидами железа, слабая их окристаллизованность, которую часто отождествляют с аморфностью, низкая структурная упорядоченность минералов, накладывают существенные ограничения для идентификации многих из них традиционным рентгенофазовым анализом. С другой стороны, результаты изучения минерального состава ЖМО комплексом современных физических методов: просвечиваю-
щей аналитической электронной микроскопии (ПАЭМ), фотоэлектронной спектроскопии, EXAFS (Manceau et al, 1992х, 1996, 2002; Silvester et al., 1997; Spadini et al., 1994, 2003; Takahashi et al., 2007)- и XANES (Manceau et al., 19922; Takahashi et al., 2000, 2002, 2007)-спектроскопии позволяют с высокой степенью достоверности говорить, что перечисленные выше марганцевые и железистые минералы находятся в составе железо-марганцевых образований разного генезиса в кристаллической форме, но с разной степенью совершенства их структуры. Доля рудных минералов в кристаллической форме в диагенетических конкрециях, микроконкрециях, низкотемпературных гидротермальных марганцевых и железистых образованиях составляет порядка 90%, в рентгеноаморфном состоянии - около 10%, причем минералы в данном состоянии находятся, как правило, вблизи поверхности железо-марганцевых отложений. В седимен-тационных образованиях доля рудных минералов в рентгеноаморфном состоянии составляет не более 15%, при этом их основные минералы - Fe-вернадит, Mn-фероксигит - являются слабо окри-сталлизованными с низкой, как правило, степенью упорядоченности их структуры. Следовательно, проблема кристалличности и аморфности марганцевых и железистых минералов по существу сводится к проблеме их диагностики.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследованные нами образцы железо-марганцевых образований охватывают наиболее изученные районы Мирового океана и являются типичными для этих районов (табл. 1, фигура). Ко-
От
К> 00
ч М О Й О
ч ^
»
И
Е
><
м
з
о
О *
»
м и
н о £
От О
80° \-
60е
40е
20е
о°Ь
20° \-
40° \-
60° \-
80е
180° 160° 140° 120° 100° 80° 60° 40° 20°
20° 40° 60° 80° 100° 120° 140° 160° 180°
сл
о
>
к
О
и
>
и
Расположение изученных железо-марганцевых образований в Мировом океане.
1 - конкреции; 2 - корки; 3 - низкотемпературные гидротермальные марганцевые и железистые образования.
о о
личество исследованного материала составляет более 3000 образцов, в том числе железо-марганцевых конкреций около 2100, седиментационных корок - около 250, низкотемпературных гидротермальных образований - 150. Большинство исследованных железо-марганцевых образований подняты из Тихого океана, меньшее их количество из Индийского и Атлантического океанов.
Изучение минерального состава океанских железо-марганцевых образований проводилось с их предварительном пробоотбором. На данной стадии изучения железо-марганцевых образований отбирались слои с относительно однородными текстурно-структурными характеристиками и составом. Для этих целей использовался биноку-ляр, рудный и просвечивающий микроскопы. На второй стадии для изучения характерных минералов и минеральных ассоциаций железо-марганцевых образований различного генезиса был использован следующий комплекс современных физических методов анализа: просвечивающая и растровая электронная микроскопия, порошковая рентгеновская дифрактометрия, ИК-спектро-скопия.
МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ И СТРУКТУРЫ ЖЕЛЕЗО-МАРГАНЦЕВЫХ ОБРАЗОВАНИЙ
Диагенетические конкреции (марганцевый модуль Мп/Ре > 2.5...10) располагаются главным образом на пелагических радиоляриевых илах в приэкваториальных зонах Мирового океана -районах высокой биологической продуктивности поверхностных вод с относительно высоким содержанием органического вещества в поверхностном слое вмещающих их осадков. Диагенетические конкреции формируются, по существующим представлениям (Батурин, 2002; Волков, 1980; Скорнякова, 1984, 1986), за счет диффузионного потока реакционноспособных ионов металлов вмещающих конкре
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.