Условия локализации глубоководных марганцевооксидных руд коркового типа на примере рудоносных гайотов магеллановых гор тихого океана

1. Состояние проблемы

Распространение, строение и состав корок в Международном районе океанского дна наиболее детально изучены в пределах Магеллановых гор, поднятий Маркус-Уэйк и Уэйк-Неккер [Железомарганцевые , 1990; Гайоты , 1995; Мельников 1994, 1995, 2005; Кобальтбогатые , 2002; Богданов и др., 1998; Кобальтоносные , 1988; Hein, 2000].

Распространение. Корки широко распространены на поверхности дна Мирового океана, будучи приуроченными к подводным хребтам и горам, располагаясь на различных морфоструктурных элементах. Глубина их распространения изменяется от 600 до 6000 м (наиболее продуктивный интервал - от 1500 до 3000 м). Субстратом служат различные породы, слагающие конкретное горное сооружение. Общие площади оруденения составляют сотни тысяч квадратных километров. Мощности корок на различных подводных горах изменяются от первых миллиметров до первых десятков сантиметров.

Морфология и строение. Структуры поверхности корок могут быть гладкими, бугорчатыми и волнистыми. Различают еще и характер поверхности - гладкий, шагреневый и шероховатый. Корки имеют слоистое строение. В пределах Магеллановых гор в разрезе корок выделены четыре слоя, в единичных образцах большой мощности наблюдаются реликтовые слои. Нередко разрез бывает сокращенным, с выпадением одного или нескольких нижних слоев. Среди текстур рудного вещества корок наблюдаются тонкослоистые, массивные, пятнистые, столбчатые; структуры подразделяются на тонкослоистые фестончатые, микроламинационные, столбчатые и другие.

Минеральный состав. В составе железомарганцевых океанических корок преобладают слабоокристаллизованные гидроксиды марганца и железа. Минеральные формы марганца обычно представлены вернадитом, железа - ферроксигитом. В качестве второстепенных марганцевых минералов присутствуют асболан-бузерит, тодорокит и бернессит; минералы железа - гетит, ферригидрит и гематит. Нерудные минералы представлены апатитом, кварцем, глинистыми минералами, цеолитами и полевыми шпатами.

Химический состав. В составе корок установлено 70 элементов. Основными полезными компонентами являются кобальт, марганец и никель. Содержания марганца составляют от 14 до 35 %, железа - от 4 до 28 %, кобальта - обычно 0.5-0.6 % (до 0.8-1.0 %), никеля - 0.4-0.6 %, меди - 0.1-0.2 %. Попутные полезные компоненты - молибден, редкие земли, платина и ванадий. К вредным примесям относятся фосфор, мышьяк, сурьма и свинец.

Происхождение корок. Формирование корок является следствием осаждения гидроксидов марганца и железа на поверхность коренных пород. Дискуссионными являются вопросы источников рудного вещества и механизмов осаждения. Среди источников металлов рассматриваются гидрогенный (хемогенное или биохемогенное осаждение металлов из морской воды), седиментационный (континентальный сток), биогенный (биологическая экстракция океанским биосом), гальмиролитический (подводное разложение вулканических пород), гидротермальный (поступление с вулканическими эксгаляциями и эманациями) и комбинированное образование из различных источников. В настоящее время основными источниками рудного вещества считаются гидрогенный, гидротермальный и гальмиролитический.

Изучение Магеллановых гор и близлежащих территорий началось в начале XX века. Проведено глубоководное бурение б/с <Гломар Челленджер> и <Джоидес Резольюшн>.

До 1991 года (региональная стадия) выполнено 12 рейсов НИС, в которых проведены комплексные геолого-геофизические работы, геологическое опробование, на отдельных гайотах пройдены фототелевизионные профили, гидрологические, гидрохимические исследования.

С 1991 года в течение 10 рейсов НИС проведены поисковые работы с выполнением сейсмоакустических, гидромагнитных и гидроакустических работ, геологического опробования, фототелевизионного профилирования, эхолотирования, гидрологических исследований, бурения неглубоких скважин.

С 2000 г. на гайотах Магеллановых гор выполнено пять рейсов НИС <Геленджик>, где проводилась съемка многолучевым эхолотом, фототелевизионное профилирование, геологическое опробование скальными драгами и буровыми скважинами.

Одним из первых отдельные аспекты горно-геологических условий локализации месторождений изучал Дж. Хейн с соавторами [Hein е.а. , 1988]. Проблемы рассматривались в основном в производственных геологических отчетах.

Лишь недавно была осуществлена систематизация данных и определены четыре основные направления исследований: изучение рельефа дна, условий залегания руд, свойств рудных образований и субстрата, а также гидродинамического режима вод [Мельников и др., 2004].

Рельеф дна. Первоначально исследования проводились однолучевыми эхолотами, что не давало детальных представлений о морфологии подводной горы. Использование многолучевых эхолотов (с конца 80-х годов) позволило получить более адекватные представления. Было установлено, что подводные горы не обладают округлыми очертаниями; их контуры угловаты, что указывает на ведущую роль тектонического фактора в рельефообразовании. Применение многолучевого эхолотирования позволило откорректировать имевшиеся представления о геоморфологическом строении гайотов, крутизне склонов и развитых мезоформах.

Условия залегания корок определяются мезорельефом их поверхности, степенью присыпанности рыхлыми осадками, степенью дезинтеграции покровов корок, а также наличием ассоциирующих конкреционных образований. Исследования осуществляются донным фототелевизионным профилированием при дешифрировании донных фотоматериалов. На данном этапе основной задачей является обобщение всего имеющегося материала и применение на практике выработанных подходов.

Исследования свойств рудных образований и субстрата производятся путем отбора проб и их лабораторного изучения. Установлено, что свойства корок в целом определяются совокупностью свойств каждого из слагающих их слоев. Породы субстрата корок разделены по степени прочности и деформируемости на две группы: с высокими и низкими значениями параметров. По составу все субстраты также разделены на два типа: породы с нейтральными свойствами и являющиеся вредными примесями. Перечисленные свойства должны быть положены в основу районирования рудных залежей.

Гидродинамический режим оказывает влияние как на процессы формирования корок, так и на разведочную и добычную технику. Динамические расчеты скоростей в придонном слое воды в целом подтверждают общее направление движения глубинных вод на северо-запад, а их скорости на глубинах от 1500 до 3500 м достигают 25 см/с. Водная толща над исследуемыми гайотами четко стратифицирована и представлена пятью типами вод. Направления и скорости течений подчиняются общей системе циркуляции вод в регионе.