ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 458, № 4, с. 436-441
= ГЕОЛОГИЯ
УДК 553.64
ОСОБЫЙ ТИП ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВОГО ОРУДЕНЕНИЯ НА ДНЕ АРКТИЧЕСКОГО БАССЕЙНА © 2014 г. Г. Н. Батурин, В. Т. Дубинчук, Г. И. Иванов, А. И. Сираев
Представлено академиком А.П. Лисицыным 11.03.2014 г. Поступило 28.03.2014 г.
БО1: 10.7868/80869565214280172
Изучение железомарганцевых конкреций (ЖМК) арктических морей как потенциальных рудных ресурсов начал Я.В. Самойлов [1] и затем продолжили многие другие исследователи. В последние годы произошла активизация исследований в связи с проблемой комплексного освоения Арктики [2—4].
В августе—сентябре 2012 г. в восточном секторе российской части Арктического бассейна (подводное поднятие Менделеева) проводили комплексные геолого-геофизические исследования в рамках проекта "Арктика-2014" с использованием дизельно-электрических ледоколов "Диксон" и "Капитан Драницын" [5]. Работа была организована и выполнена ФГУ "Севморгео".
В рейсе было проведено первое пробное бурение дна. Драгами и дночерпателями собрана представительная коллекция осадков, скальных пород и железомарганцевых образований (ЖМО).
Мы исследовали типичные для этого материала образцы с трех станций: двухслойная Бе-Мп-корка толщиной 3.5—4 см и две тонкие пленки (до 1.5 мм) Бе—Мп-оксидов на скальных породах, поднятых с глубин 2200—2770 м (табл. 1).
Структуру и минеральный состав материала исследовали в ВИМСе под электронным сканирующим и просвечивающим электронным микроскопом по разработанной ранее методике [6]. Элементный состав определяли методом ИСП-МС в ИПТМ РАН.
Согласно результатам электронно-микроскопического исследования, в рассматриваемом материале преобладают микроглобулярные структуры, состоящие из агрегатов преимущественно округлых и овальных микрочастиц, что характерно для значительной части ЖМК океана [6]. Основная часть рудной фазы представлена железистым вернадитом (рис. 1). Среди нерудных компонентов присутствуют фосфат кальция, мелкие органические остатки, зерна кварца.
Что касается основного элементного состава нашего материала (табл. 2), то массивная корка обогащена относительно тонких пленок Бе примерно вдвое и незначительно А1, Р. Пленки, напротив, относительно обогащены На, К, Са, М§ и особенно Мп и Т в одной из пленок (обр. 3). Во всех образцах Бе существенно преобладает над Мп, как это характерно также для ЖМК боль-
Таблица 1. Точки отбора проб
№ станции Координаты Глубина, м Характер материала
с.ш. з.д.
7 79°01.7055' 174°56.9488' 2200 Бе-Мп-пленка на гладкой поверхности коренной породы
9 79°26.9950' 171°59.3500' 2770 Бе-Мп-корка толщиной 3-4 см с черным верхним и темно-серым нижним слоем
12 81°16.0044' 171°55.0920' 2600 Бе-Мп-корка толщиной 1-2 мм
Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии наук, Москва Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им. Н.М. Федоровского, Москва
Научно-производственное предприятие "Севморгео", Санкт-Петербург
Таблица 2. Основной элементный состав корок (%)
Материал
Компонент Обр. 9, верх Обр. 9, низ Обр. 12 Обр. 7 Мировой океан
ЖМК [7] Гидротермальные Ее-Мп-корки [8]
Ре20з 36.1 31.5 18.8 13.0 17.9 16.83
МпО 12.3 11.7 15.8 8.3 24.0 24.48
А12О3 8.2 9.6 7.4 7.1 5.10 4.98
ТЮ2 0.52 0.46 0.70 0.48 1.12 0.90
№20 1.9 1.9 3.2 3.2 2.70 2.36
К2О 0.64 0.78 0.80 1.0 0.90 1.04
СаО 2.4 2.2 5.6 6.0 3.22 5.40
МБО 2.9 2.6 4.5 3.9 2.67 2.63
Р2О5 1.4 1.3 0.88 0.64 0.57 2.41
S 0.38 0.41 0.56 0.54 0.5 -
шинства арктических морей России [2—4]. Однако в пелагических ЖМК [7] и гидротермальных корках [8] картина противоположная (табл. 2).
Кроме того, рассматриваемые ЖМО обогащены относительно гидротермальных корок А1, но обеднены И, К, Р.
Рис. 1. Железистый вернадит с микровключениями (обр. № 1) под просвечивающим электронным микроскопом. Вверху — вернадит с включением микрокристалла пирита (стрелка); на микродифракционной картине отражения вер-надита (сплошная стрелка), отражения пирита (прерывистая стрелка). Внизу — вернадит с включением углеродистой частицы (сплошная стрелка), апатита (прерывистая стрелка); на микродифракционной картине показаны отражения вернадита (в) и апатита (а).
Таблица 3. Содержание микроэлементов (г/т) в Ее-Мп-корках и конкрециях
Корки с поднятия Менделеева Конкреции из океана и морей Гидр отер -
Элемент № 9-В № 9-Н № 12 № 7 Океан [7] Моря Арктики [4] Берингово море [2] мальные корки [8]
НЕ - 0.008 <0.003 <0.003 0.02 0.12 0.045 0.22
Se 14.6 13.5 11.4 8.4 0.6 2.7 10 -
АЕ 0.49 0.32 0.35 0.25 0.9 0.088 0.13 0.8
С8 1.3 1.7 1.4 2.0 1.0 1.73 1.8 4.8
Sn 5.6 4.1 3.1 3.0 2 0.64 1.6 6.9
Ве 7.4 8.1 3.3 3.0 2.5 1.13 1.5 2.4
и 11.9 12.6 12.2 7.9 5 6.9 5.7 5.6
В1 8.0 4.6 14.4 8.8 7 0.2 2.8 10
Ш 11.3 12.9 6.0 5.9 8 2.0 6.0 8.6
са 4.6 5.5 6.9 5.4 10 2.9 2.4 6.9
Ga 6.3 7.1 7.8 7.2 10 25.3 41 11.2
Sc 53.8 60.6 18.6 17.1 10 9.0 5.0 11.5
Та 1.2 0.75 1.1 0.90 10 0.33 0.46 -
Те 36.4 18.1 30.5 21.7 10 0.25 6.0 -
Rb 22.0 28.3 21.5 38.2 17 32 30 24
96.7 73.4 141 94.7 30 4.2 23 11
Сг 25.7 25.3 23.6 26.0 35 37 41 100
Sb 119 48.7 26.4 21.7 40 12.7 33 17
№ 64.3 36.8 38.6 28.6 50 4.1 22 54
ы 32.7 65.1 41.9 38.9 80 45 18 800
W 59.5 84.9 48.5 27.4 100 63 32 100
А5 761 724 421 302 140 500 100 100
Т1 96.8 122 231 110 150 2.6 23 29
Y 279 278 240 161 150 35 60 120
Мо 269 366 280 143 400 167 160 400
V 1252 1074 761 482 500 293 340 400
7г 385 397 187 157 560 59 355 400
Sг 736 745 974 496 830 772 613 800
РЬ 491 345 802 488 900 48 270 500
7п 510 444 365 270 1200 170 370 500
Ва 534 544 448 368 2300 786 2200 1200
Со 2659 1803 8911 4977 2700 153 760 700
Си 680 613 539 337 4500 25 340 800
N1 2677 2166 3880 2228 6600 80 1640 2000
Микроэлементный состав рассматриваемого материала приведен в табл. 3, в которую включены для сопоставления литературные данные о среднем содержании тех же микроэлементов в конкрециях арктических морей России и Бе-
рингова моря, а также пелагических конкреций и гидротермальных корок. Элементы в этой таблице расположены согласно увеличению их среднего содержания в пелагических конкрециях [7].
Таблица 4. Распределение РЗЭ в Бе-Мп-образцах (г/т)
Элемент Обр. № 1-В Обр. № 1-Н Обр. № 2 Обр. № 3 ЖМК морей Гидротермальные корки [12] Сланцы [9]
Берингово [2] Карское [4]
Еа 223 226 210 135 228 44.4 133.7 32
Се 1526 1671 1226 976 776 65.9 239.2 73
Рг 61.3 64.6 55.7 35.6 52 9.2 20 7.9
Ш 257 264 221 141 213 40.6 103.6 33
Ят 66.2 67.5 54.4 35.6 43.5 10.0 21.6 5.7
Еи 15.7 16.2 12.5 8.1 9.8 2.3 5.7 1.24
Оё 76.4 77.5 62.3 40.8 38 10.4 21.8 5.2
ТЬ 12.2 12.2 10.2 6.8 5.6 1.4 9.7 0.85
Dy 68.1 68.1 58.1 38.3 26.4 8.8 17.9 5.2
Но 13.1 13.0 11.3 7.5 4.7 1.6 3.6 1.04
Ег 37.3 36.5 32.5 21.6 13 4.8 12 3.4
Тт 5.3 5.2 4.7 3.2 1.8 0.63 1.8 0.5
УЬ 34.3 33.6 29.6 19.7 12.4 3.6 12.7 3.1
Еи 5.2 5.2 4.3 2.9 2.0 0.48 1.6 0.48
ZTR 2400 2560 1980 1475 1423 205 593 172.4
Се* 2.85 3.0 2.47 3.08 1.55 0.70 0.97 1.00
Еи* 0.96 0.98 0.98 0.93 1.06 0.99 1.15 1.00
Как видим, рудная корка (верхний и нижний слой) и в меньшей степени два других образца существенно обогащены - от двух до нескольких раз - десятью элементами (Яе, Те, Sc, Ве, и, Т^ Sb, У, V, Со) относительно трех сравниваемых объектов, т.е. пелагических конкреций, конкреций арктических морей и гидротермальных корок.
Наиболее бедны названными элементами конкреции арктических морей, которые обогащены только Аз.
ЖМК Берингова моря богаче относительно конкреций из других северных морей Se, Т1, А§, Sn, В1, Ga, Sb, НЬ, Та, У, Ва, Zr, цветными металлами.
Для пелагических конкреций характерно максимальное содержание Сё, Та, Т1, Zr, РЬ, Zn, Си, N1.
Наконец, гидротермальные корки [8] максимально обогащены Сз, Li, Сг, а при исключении пелагических ЖМК - также А§, У, Ш
В результате такого сопоставления можно представить следующий ряд увеличения степени металлоносности ЖМК и корок: 1) ЖМК арктических морей; 2) ЖМК Берингова моря; 3) ЖМК поднятия Менделеева; 4) гидротермальные корки; 5) пелагические ЖМК. К последней категории можно отнести также распространенные на подводных горах гидрогенные железомарганце-
вые корки, близкие по составу к пелагическим конкрециям.
Что касается РЗЭ, то в рассматриваемом материале их содержание относительно однотипно (табл. 4).
Их суммарное содержание в массивной корке больше, чем в пленочных образованиях (соответственно 2400-2560 и 1475-1980 г/т). Се-анома-лия положительна (2.47-3.08), Еи-аномалия слабо отрицательна (0.93-0.98). Поскольку величины этих аномалий рассчитывают как отношения нормализованных по сланцам величин Се и Еи к полусумме нормализованных по сланцам двух других ближайших элементов этой группы, в табл. 4 приведен также состав РЗЭ сланца, используемого для такого расчета [9]. Здесь же показан для сопоставления состав РЗЭ в конкрециях Карского и Берингова морей и в гидротермальных железомарганцевых корках океана. Из этого следует, что наиболее близким аналогом наших образцов являются ЖМК Берингова моря, а наименее сопоставимым - гидротермальные корки океана, для которых характерна почти нейтральная Се- и высокая положительная Еи-аномалия.
При обсуждении генезиса ЖМК с подводного поднятия Менделеева следует учитывать признаки, которыми руководствуются для отнесения
э
м
н о
Д Н О
о Я И
о Я о н Я
К
600
500
400
300
200
100
0 0
А1203 ЯЮ3 Р205
27.20 56.23 3.53
А1
Р Р1
«а I
6
9
яо3 1.08
ЯиО С102 1.24 0.34
РёО 1.87
К20 СаО ТЮ2 МпО Бе203 РЮ 0.97 1.09 0.57 0.77 3.09 2.00
12 V, мВ
3
Рис. 2. Глобулярное включение коренной породы в обр. № 3 под сканирующим электронным микроскопом. Внизу - энергодисперсионный спектр участка, очерченного квадратом, и его состав.
океанских железомарганцевых руд к гидротермальному или гидрогенному типу:
а) наличие тодорокита в минеральном составе,
б) преобладание Мп над Бе,
в) обогащенность щелочными элементами (Е1, Rb, Сз),
г) обогащенность Щ,
д) наличие положительной Еи-аномалии в составе РЗЭ,
е) повышенное содержание Оа.
В данном случае ни одно из этих условий не соблюдается, что свидетельствует о преимущественно гидрогенной природ
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.