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

4. Строение и состав кобальтоносных марганцевых корок

Корками называют сплошные покровы гидроксидов железа и марганца, облекающие выходы коренных пород, а также корковые плиты, представляющие собой дезинтегрированные фрагменты корочных покровов, поверхности которых покрыты более поздними слоями рудного вещества. Предложено выделять три уровня организации рельефа корок: макрорельеф, мезорельеф и микрорельеф [Мельников, 2002]. Контакты корок с субстратом обычно четкие, резкие на прочных массивных породах или постепенные со значительной степенью оруденения приконтактовой зоны субстрата, если последний представлен относительно мягкими измененными породами (известняки, туфы, туффиты).

Одной из основных характеристик корок является их мощность (толщина). На гайоте Федорова максимально выявленная мощность составила 24 см при основном промышленно значимом интервале значений 4-15 см, для гайота Альба эти показатели - 12 и 4-10 см. Мощности корок на субгоризонтальных поверхностях выше, чем на крутопадающих, что подтверждено наблюдениями с подводных аппаратов. Выявлено, что субстрата, наиболее благоприятного для роста корок, не существует - наибольшие мощности они образуют на тех породах, которые обнажены в максимально благоприятных условиях. Наименьшие средние значения мощностей на обоих гайотах отмечены на глинах, имеющих наименьшую степень литификации. Мощности корок максимальны в интервале глубин от 800 до 1500 м, что часто связывается с вертикальной зональностью океанских вод.

Многие исследователи говорят о контроле коркообразования абсолютной глубиной океана в связи с наличием в водной толще на различных глубинах физико-химических барьеров - слоя кислородного минимума, лизоклина, уровня карбонатной компенсации и других. По мнению других исследователей, можно отметить лишь общий тренд уменьшения мощности корок с глубиной, что связывается со стабильностью верхних частей склонов при нарастающей нестабильности нижних.

Разрез корок состоит из различного числа слоев. Сводный разрез корок определенного района построен постоянным их числом: Магеллановых гор, поднятия Маршалловых островов - четырьмя слоями, поднятия Маркус-Уэйк, Уэйк-Неккер - тремя слоями. Проведена детальная стратификация разреза корок Магеллановых гор и поднятия Маркус-Уэйк [Мельников, Пуляева, 1994].

В основании разреза находится слой, известный как <антрацитовый>. Его вещество на сколе иссиня-черного цвета, с алмазным блеском, раковистым изломом, иногда чешуйчатой отдельностью. Текстура тонкослоистая, структура - тонкопараллельнослоистая. Характерно наличие межслоевых и секущих фосфатных прожилков. Вещество слоя в значительной степени преобразовано, материал прочный, плотный. Слою присвоен индекс I-1. Выше залегает слой пятнистого облика. По степени преобразования материала, насыщенности фосфатным веществом, физическим свойствам он сходен с <антрацитовым>. Пятнистость обусловлена сочетанием черных столбцов и глобуль рудного вещества и твердого, плотного фосфатного материала, заполняющего интерстиции между рудными выделениями. Преобладают гигантостолбчатые структуры. Слой обозначен I-2. Еще выше залегает пестроокрашенный слой II радиально-столбчатого строения. Нерудный компонент - глинистый или карбонатно-глинистый. Структура гигантостолбчатая. Контакт с нижележащим слоем четкий, иногда с угловым несогласием. Завершает разрез слой III, наиболее изменчивый по мощности и строению, однако, достаточно стабильный по вещественному составу. Обычно этот слой массивного облика и черного с буроватым оттенком цвета. Иногда текстура столбчатая, пористая или пятнистая. Нерудные включения чаще всего отсутствуют. Преобладают столбчатые структуры, встречаются короткостолбчатые, микроламинационные. Контакт со II слоем резкий или постепенный. В отдельных образцах отмечены фрагменты реликтового слоя (R), подстилающего зону I-1. Обычно такой слой обладает мозаично-блоковой текстурой. Блоки повернуты и смещены относительно друг друга. Структуры в них столбчатые, тонкослоистые, фестончатые. Слой обильно насыщен нерудным компонентом преимущественно фосфатного состава.

Возраст. На основе анализа видового состава кокколитофорид, произведена датировка основных элементов и охарактеризована возрастная стратификация полного разреза корок [Мельников, Пуляева, 1994]. В реликтовом слое выделено два возрастных интервала: более древний - R_a сформирован в кампан-маастрихте, более молодой, R_b, , был отнесен к позднему палеоцену - раннему эоцену (?). Возраст слоя I-1 - поздний палеоцен - ранний эоцен. Слой I-2 средний - поздний эоцен. Слой II сформирован в течение миоцена, а слой III - плиоцен - четвертичного времени. Очевидно наличие в разрезе существенных стратиграфических перерывов продолжительностью несколько миллионов лет.

В минеральном составе корок резко преобладают слабоокристаллизованные гидроксиды марганца и железа, находящиеся в тесном срастании, поэтому их изучение возможно только при помощи инструментальных методов. Основными рудными минералами корок являются Mn-ферроксигит и Fe-вернадит. Из 10 A гидроксидов марганца слоистой структуры наиболее широко развит неустойчивый бузерит. 5 A-минерал, 10 A минерал туннельной структуры тодорокит и 7 A минерал - бернессит встречаются в корках нечасто. Среди гидроксидов железа также диагностируются гетит и ферригидрит.

Основными нерудными минералами являются кварц, полевые шпаты, апатит, цеолиты, глинистые минералы. Установлено большое количество минералов аутигенного и эдафогенного происхождения.

Состав слоев характеризуется такими минеральными ассоциациями:
Слои I-1 и I-2: Fe-вернадит - Mn-ферроксигит - апатит.
Слой II: Fe-вернадит - Mn-ферроксигит - комплекс эдафогенных и аутигенных примесей.
Слой III: Fe-вернадит - Mn-ферроксигит - кварц.

Реликтовый слой состоит из асболана, <5A-минерала> и тонкодисперсного гетита. Вернадит, ферроксигит и ферригидрит находятся в подчиненном количестве. В примесных количествах присутствует тодорокит. Фосфаты и карбонаты слагают нерудную часть.

При изучении химического состава анализировался состав в целом, содержания различных элементов в зависимости от подстилающих субстратов, а также послойный состав.

Химический состав корок приведен в таблице 1.

В корках гайота Федорова выявлены более низкая железистость и повышенные концентрации марганца и оксида фосфора (V). Содержания кобальта, никеля и меди на обоих гайотах примерно равные. В аналитическом центре ВИМС выполнен многоэлементный анализ и анализ содержаний петрогенных компонентов. Содержания петрогенных компонентов от гайота к гайоту принципиально не меняются.

Среди химических элементов выделены группы по степени концентрации:
1) не выше 1 г/т: цезий, тантал, благородные металлы;
2) до 10 г/т: литий, рубидий, бериллий, селен, кадмий, гафний;
3) до 100 г/т: вольфрам, скандий, хром, олово, ниобий, сурьма, галлий, теллур, висмут, уран, торий;
4) до 1000 г/т: цинк, молибден, цирконий, мышьяк, ванадий, таллий;
5) свыше 1 кг/т: свинец, стронций, барий, иногда церий.

Установлено, что два верхних и два нижних слоя сходны по составу между собой, а указанные пары слоев существенно различаются. Для нижней пары характерны пониженные концентрации рудообразующих металлов, пониженная железистость и высокие концентрации фосфатов. Слой I-1 обладает более высокими содержаниями марганца и кобальта, слой I-2 - никеля, меди и фосфора. Реликтовый слой характеризуется максимальными концентрациями фосфатов и минимальными концентрациями полезных компонентов. Верхняя пара слоев, напротив, проявляет наиболее высокие концентрации полезных компонентов и наименьшие - фосфатов. Для слоя II характерны повышенные концентрации меди, титана и фосфора. Для слоя III - марганца, кобальта, никеля, наиболее высокая железистость и максимальные концентрации всех рудных компонентов.