Рудная минерализация и геохимические особенности гидротермальных полей Снейк Пит, Брокен Спур и Менез Гвен (САХ)

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. По мере истощения минеральных ресурсов на суше, особо актуальной стала тема, посвященная разведке и добыче подводных полезных ископаемых. В первую очередь это касается дна Мирового океана, который может являться ценным источником разных металлов, таких как марганец, кобальт, никель, медь и другие. С развитием технологических возможностей промышленная добыча подводных минеральных ресурсов может оказаться реализуемой и весьма перспективной. На сегодняшний день ведутся многочисленные работы, посвященные геолого-геохимическому исследованию гидротермальных рудопроявлений по всему Мировому океану многими морскими державами.

Цель и задачи работы. Исследования гидротермальных сульфидных рудопроявлений состоят в том, чтобы установить минералого-геохимические особенности изученных нами гидротермальных полей, что поможет в оценке целесообразности их будущей эксплуатации, а также определить минеральные формы промышленно значимых компонентов.

Для достижения поставленных нами целей необходимо решить следующие задачи: (1) провести комплексное минералогическое изучение рудосоставляющей части образцов из гидротермальных полей Снейк Пит, Брокен Спур и Менез Гвен; (2) получить аналитические данные по составу и содержанию примесных элементов в сульфидных рудах; (3) решить вопрос о возможных формах нахождения элементов-примесей в сульфидах.

Научная новизна данной работы определяется следующими пунктами:
(1) установлены и описаны минералого-геохимические особенности впервые обнаруженных на гидротермальном поле Менез Гвен сульфидных руд и сульфидсодержащих отложений;
(2) построение рентгеновских карт распределения примесных элементов в минералах и последующее их наложение друг на друга позволило в ряде случаев установить совпадение максимумов концентраций элементов-примесей и тем самым выделить ассоциации химических элементов;
(3) выдвинуто предложение о существовании микро и наноразмерных минеральных фаз в сульфидных рудах;
(4) предложен алгоритм, который позволяет оценить минимальное количество анализов, необходимое для расчета достоверных концентраций примесных элементов в минералах.

Главные защищаемые положения настоящей диссертационной работы могут быть сформулированы в следующем виде:
(1) Установление метастабильных фаз указывает на высокую скорость охлаждения продуктов гидротермальной деятельности. Присутствие в сульфидных рудах минеральных фаз, формирование которых связано с твердофазовыми превращениями, указывает на относительно длительную историю охлаждения. Даже в пределах одной постройки скорости охлаждения сульфидов существенно различаются, что свидетельствует о крайне неравновесных условиях в среде минералообразования. Процесс формирования сульфидоносных толщ изученных нами гидротермальных полей является многостадийным. Современный облик руд указывает на протекание разнообразных твердофазных реакций.
(2) Геохимическая специфика вмещающих пород оказывает большое влияние на минеральный состав гидротермальных построек. Это легко прослеживается по поведению Ba, Co, Ni и Fe: в сложном и полистадийном процессе формирования гидротермальных построек приняло участие, как минимум, два источника вещества (собственно гидротермальные растворы и вмещающие породы).
(3) В большинстве случаев установленные методом ЭЗМА ассоциации элементов-примесей свидетельствуют о присутствии в минерале-хозяине микро- и наноразмерных механических включений самостоятельных минеральных фаз и их ассоциаций. Анализ большого массива ЛА-ИСП-МС данных по содержанию примесных элементов в сульфидах гидротермальных полей подтвердил правомерность установленных нами методом ЭЗМА ассоциаций химических элементов. Методом атомно-силовой микроскопии идентифицированы локальные неоднородности, некоторые из которых мы связываем с наноразмерными объектами, ответственными за наблюдаемые ассоциации элементов-примесей.

Практическая значимость настоящей работы состоит в том, что дана оценка рудоносности изученных гидротермальных полей для их возможного будущего освоения, определены минеральные формы нахождения полезных компонентов, что необходимо учитывать при выборе технологии переработки руд.

Фактическим материалом послужили коллекции Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, собранные во время проведения экспедиций на Срединно-Атлантическом хребте с 1994 по 2005 гг. Главными методами исследования в данной работе послужили: традиционная оптическая микроскопия, ИК-спектроскопия, электронная сканирующая микроскопия, электронно-зондовый микроанализ и атомно-силовая микроскопия. Кроме того, были использованы данные, полученные ранее по масс-спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой и лазерной абляцией вещества.

Структура и объем работы. Настоящая диссертация состоит из 5 глав, общим объемом 155 страниц, насчитывает 105 иллюстраций и 19 таблиц, список литературы состоит из 90 наименований публикации российских и зарубежных авторов.

Апробация работы и публикации. Результаты исследования опубликованы в 4 статьях и 8 тезисах, в том числе и в материалах, представленных на следующих научных конференциях и симпозиумах: Уральская Минералогическая школа - 2008 (Екатеринбург, 2008); Российская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященная <Году Планеты Земля> (Москва, 2009); XVI Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых <Ломоносов> (Москва, 2009); VI Рабочее совещание Российского отделения международного проекта InterRidge (Санкт-Петербург, 2009); The China-Russia symposium on marine science (Китай, 2009); First World Young Earth Sicentists (YES) Congress 2009 (Китай, 2009); XVIII Международная школа морской геологии (Москва, 2009).

Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность своим научным руководителям профессорам А.А. Ульянову и А.Ю. Леин за тщательное руководство и ценную помощь на всех этапах выполнения данной диссертации. Автор выражает глубокую благодарность профессорам А.С. Марфунину и Д.Г. Кощугу за всестороннюю поддержку и полезные консультации, И.А. Брызгалову, Е.В. Гусевой, М.Ф. Вигасиной, А.Р. Рахимовой за профессиональную помощь при выполнении аналитических работ, Н. Н. Кривицкой за помощь в редактировании работы. Автор выражает также благодарность Н.В. Ульяновой и коллегам из ИО РАН за неоценимую помощь и исчерпывающую поддержку при выполнении данной работы и В.В. Масленникову за предоставление ценных аналитических данных по ЛА-ИСП-МС.