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

5. Геологическое строение рудных полей кобальтомарганцевых корок (на примере гайотов Федорова и Альба)

Гайот Федорова расположен на восточном участке цепи Магеллановых гор. В плане гайот представляет сложное горное сооружение дугообразной формы, образованное двумя сросшимися вулканическими постройками - западной и восточной. Сооружение оконтуривается изобатой 5500 м, размеры основания западной и восточной построек в контурах изобаты 110х66 км и 83х65 км соответственно. Обе постройки осложняют отроги различного простирания и протяженности. На юго-западе находится крупная сателлитная постройка. Очертания субгоризонтальных вершинных поверхностей обеих построек повторяют форму оснований и имеют размеры 79х28 (западное плато) и 42х18 км (восточное). Строение вершинных плато различно: поверхность западной постройки, расположенная в интервале глубин 1500-1750 м, полого погружается от центра к периферии. Уклоны изменяются от 0.5 до 4^o. На восточной постройке наиболее приподнятая восточная часть расположена на уровне 1300 м и ограничена со всех сторон крутыми склонами за исключением юго-западного, который, постепенно погружаясь, переходит в седловину. Уклон поверхности в юго-западном направлении около 1^o. Бровка восточного плато фиксируется выпуклым перегибом склона. Обе вершинные поверхности осложнены куполовидными и конусовидными холмами и редкими уступами. Субгоризонтальная поверхность седловины, разделяющей вершинные поверхности, расположена в интервале глубин 2000-2050 м. Она обладает неправильно-прямоугольными очертаниями и поперечными размерами 2.4х1.7 км. Склоны от обоих вершинных плато к базису седловины погружаются ступенчато. Склоны горного сооружения сложены поверхностями крутизной от 4 до 25^o и более. Наиболее крутые обрывистые поверхности, с уклонами более 20^o, опоясывают вершинные плато, иногда опускаясь до глубин 2500 и даже 3500 м. Крутизна поверхностей подножья составляет 4-10^o. Склоны, как и вершинные поверхности, осложнены многочисленными мезоформами - вулканическими конусами и куполами, грядами, террасами, ступенями и уступами. Отражен генезис поверхностей: транзит осадков с элементами аккумуляции на большей части вершинных плато; периферические участки вершинных плато отнесены к зонам эрозии с элементами транзита осадков; поверхности склонов - денудационного происхождения с выраженными акваколлювиальными конусами выноса грубообломочного материала; конусовидные и куполовидные постройки - вулканического генезиса; поверхности предгорных впадин и зон перехода к ним отнесены к аккумулятивным поверхностям.

Гайот Альба относится к западному участку цепи. В плане гайот представляет собой горное сооружение, состоящее из основного тела и ряда сателлитов. Обладает четырехугольной формой с отрогами на каждом углу. Оконтуривается изобатой 5100 м и имеет размеры основания 126х90 км. С различных сторон окружен впадинами глубиной до 5600 м. Очертания вершины в целом повторяют очертания основания. Бровка повсеместно выражена хорошо и расположена в интервале глубин 1400-1500 м. Отроги, примыкающие по углам, выражены уже на уровне вершинной поверхности. Размеры вершинной поверхности по бровке составляют 46х35 км. Она представляет собой плато со слабым (0.5-2^o) уклоном поверхностей от центра к периферии. В северной половине вершины локализован ряд молодых конусовидных построек. В южной части южного отрога расположен гайот-сателлит. Склоны гайота характеризуются широко проявленной террасированностью и обладают ступенчатым профилем, обусловленным чередованием субгоризонтальных ступеней и крутых уступов. В интервале 1500-3000 м преобладают поверхности крутизной более 20^o. Глубже склоны в общем случае становятся более пологими (8-15^o), лишь на локальных участках сохраняя крутизну до 20, иногда 30^o и более. Как и на гайоте Федорова, склоны покрыты многочисленными осложняющими мезоформами рельефа. Генезис поверхностей аналогичен описанным на гайоте Федорова.

Вулканические купола и конусы имеют различный возраст: куполообразные структуры, вероятно, приобрели свои сглаженные очертания в результате подводного выветривания и являются более древними по отношению к конусовидным постройкам. Так, на вершинном плато гайота Альба детально изучены пять конических построек миоценового возраста; купол эоценового возраста опробован в седловинной зоне гайота Федорова [Мельников и др., 2000].

Геологическое строение гайотов Федорова и Альба в определенной степени схоже: разрез слагают вулканогенные, вулканогенно-осадочные и осадочные образования мезозоя - кайнозоя. В основании лежат базальтоиды верхней юры - раннего мела, представленные породами анкарамитово - трахибазальтовой ассоциации.

Выделено шесть разновозрастных комплексов биогенных и обломочных пород и осадков - раннемеловой, апт-туронский, сантон-маастрихтский, позднепалеоценовый-эоценовый, миоценовый и плиоцен-четвертичный. Обломочные породы представлены брекчиями, гравелитами, песчаниками, глинами. Среди биогенных выделяются известняки рифовой фации и планктоногенные известняки. Венчают разрез плиоцен четвертичные кокколитово - фораминиферовые осадки.

Среди магматических образований по петрографическому составу и их геолого-геохимическим характеристикам выделены три комплекса пород.
Первый (пьедестал гайотов) представлен серией дифференцированных толеитов островного типа с преобладанием лав.
Второй (верхняя усеченная часть) состоит из субщелочных и щелочных базальтов.
Третий (шлаколавовые конусы на плато гайотов) представлен серией щелочных базальтоидов (базанитов) и вулканокластических пород.

Возраст двух первых комплексов на современном этапе отнесен к раннему мелу. Абсолютный возраст базанитов K-Ar методом был датирован нижним-средним миоценом.

В строении аномального магнитного поля обоих гайотов основную роль играют линейные субширотные отрицательные аномалии. Интенсивность аномалий изменяется от минус 700 до минус 1100 нТл с амплитудой от 400 до 900 нТл на гайоте Федорова и от минус 850 до минус 1350 нТл с амплитудой от 400 до 800 нТл на гайоте Альба.

Характер аномального магнитного поля обоих гайотов, в сопоставлении с детальными данными о строении рельефа дна и геологическим строением, позволяет предположить, что тектоническая составляющая играла основную рельефообразующую роль при их формировании. Вероятно, первоначально основные тела обоих гайотов являлись целостными и были подняты по глубинным разломам. Гайот Федорова разломом северо-западного простирания разделился на две постройки, которые в дальнейшем развивались в значительной мере самостоятельно. На гайоте Альба воздымание происходило по широтным разломам глубокого заложения. В меридиональном же направлении произошло обрушение. После этого главным рельефообразующим процессом становится вулканический.

Распределение рудных образований. Как для всех подводных гор, для изученных гайотов характерна система концентрической зональности, в которой центральную часть поля занимает безрудная зона, приуроченная к вершинным плато, покрытым неконсолидированными осадками. По периферии вершинного плато покровы корок существенно присыпаны осадками, нередко ассоциируют с конкрециями. Ширина такой полосы рудных образований - от первых сотен метров до первых километров. Ниже бровки наиболее крутые склоны окаймляются непрерывной полосой развития ненарушенных покровов корок, практически свободных от осадков. Ширина полосы изменяется от 1 до 3 км, а ее нижняя граница прослеживается до глубин 2200-2400 м, опускаясь на отрогах до 3000 м. Ниже этой зоны происходит чередование полос с различным характером оруденения. Полосы не охватывают всего периметра гайота из-за горизонтальной расчлененности склонов. Многолучевое эхолотирование показало, что в структуре оруденения гайотов, кроме концентрических черт, присутствуют и радиальные, обусловленные склоновыми процессами. Фактически это зоны склоновой аккумуляции, приуроченные к различным ложбинам, промоинам, а иногда и к поверхностям гребней.

Выделено две фации оруденения. К первой отнесены корки на пологонаклонных поверхностях (на периферических частях вершин и ступенях, в седловинах). Здесь преимущественно развиты сплошные <бронирующие> покровы корок, чередующиеся с участками ранней стадии дезинтеграции покровов, разбитых редкими трещинами, при отсутствии или несущественном смещении плит. Отмечается различная степень присыпанности корок карбонатными осадками (от менее 10 до 40, иногда 60 %). Вторая охватывает склоны гайота ниже бровки и прослеживается до глубин 3500 м, иногда более. Сплошные покровы отмечаются реже. Обычно корки в определенной степени дезинтегрированы, а в нижней части зоны представлены осыпями, в которых их обломки перемешаны с обломками пород, единичными конкрециями и ККО. Степень присыпанности дна рыхлыми осадками зависит от крутизны склонов. На участках с крутизной более 12^o она не превышает 10 %. С выполаживанием склонов степень присыпанности увеличивается; к обширным субгоризонтальным ступеням приурочены локальные безрудные участки.

В результате построения частотных распределений мощностей корок по интервалам глубин отмечено, что на гайоте Федорова более трех четвертей значений мощности выше 7 см наблюдаются на глубинах менее 2 км, а корок мощностью менее 1 см здесь вообще не отмечено. Напротив, на глубинах больше 2.5 км доля корок мощностью менее 4 см составляет 48 %. На гайоте Альба к глубинам мельче 1440 м относятся корки, покрывающие миоценовые вулканические конуса и окружающие их площади, мощности не превышают 4.5 см. В интервале 1440 - 2500 м доля корок с мощностями менее 4 см не превышает трети, а более 7 см составляет более четверти. В интервале 2500 - 3000 м сокращается доля корок мощностью свыше 7 см, но средняя мощность - 4.3 см. Глубже 3000 м менее 45 % корок характеризуется мощностью более 4 см, средняя мощность - 3.2 см.

По результатам бурения отмечено, что средняя мощность корок на пологих поверхностях существенно превышает аналогичный показатель на склонах (для гайота Федорова, в среднем, 12 против 7 см; для Альба - 8.2 против 6 см), а изменчивость мощности зависит, главным образом, от изменчивости состава разреза: резкое сокращение мощности наблюдается при выпадении из разреза какого-либо из слоев [Melnikov e. a., 2002].

Строение рудных залежей. На обоих гайотах выделено по 7 рудных залежей, расположенных на склонах и периферии вершинных поверхностей. Залежи обладают различной формой (чаще всего лентовидной, серповидной, встречаются изометричной, V-образной, Х-образной), расположены в продуктивном интервале глубин от 1450 м (на вершинном плато) до 3000 м, занимают площади от 10 до 400 км² и более. На гайоте Федорова наиболее перспективными признаны залежи, находящиеся в седловине и на северо-западном отроге; в их пределах выполнены детализационные работы (рис. 1). В пределах гайота Альба две наиболее крупные и перспективные залежи расположены на южном и юго-западном отрогах с прилегающими к ним участками склонов (рис. 2).