Гидротермальные образования возвышенности первенца (Японское море)
- Авторы: Астахова Н.В.1, Лопатников Е.А.1, Можеровский В.А.1, Ярощук Е.И.1
-
Учреждения:
- Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН
- Выпуск: № 4 (2019)
- Страницы: 29-39
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/0203-0306/article/view/15263
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0203-03062019429-39
- ID: 15263
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Приводятся данные о строении, химическом составе и содержании микроэлементов в железомарганцевых и кремнистых корках возвышенности Первенца (Японское море). Образование корок произошло в результате цементации мелких обломков зеленых глин (селадонита) гидроокислами марганца (тодорокитом и бернесситом) или кремнеземом. Первичным было формирование селадонита, отложившегося при излиянии рудоносных гидротермальных растворов в кальдере вулкана или на его склонах. Особенности строения корок указывает на то, что образование их происходило при диффузном просачивании газо-гидротермальных растворов по трещинам или ослабленным зонам в вулканических породах и последующей цементацией марганцевыми или кремнистыми окислами уже сформировавшихся отложений селадонита. Марганцевая и кремнистая минерализации разделены во времени и, часто, в пространстве и имеют более локальное распространение.
Ключевые слова
Полный текст
ВВЕДЕНИЕ
Возвышенность Первенца расположена в Центральной (Японской) котловине Японского моря, рядом с материковым склоном Южного Приморья (рис. 1) и является фрагментом Азиатского континента [Берсенев и др., 1987]. Она представляет собой несколько сближенных вулканических построек, сложенных базальтами плиоцен-четвертичного возраста. Глубины над центральной частью возвышенности 1300–1500 м, подножие находится на глубине 2500–2700 м [Пущин и др., 1977]. Геологическое изучение возвышенности началось в 70-х годах прошлого века сотрудниками ТОИ ДВО РАН на НИС “Первенец”. Тогда же при драгировании впервые в Японском море с глубины 1400–1700 м и 2000–2200 м были подняты железомарганцевые и кремнистые образования [Липкина, 1979; Пущин и др., 1977]. К сожалению, каменный материал, поднятый 40 лет назад, не сохранился.
Рис. 1. Местоположение (а) и рельеф (б) возвышенности Первенца в Центральной котловине Японского моря (по материалам 58-го рейса НИС “Академик М.А. Лаврентьев”).
В 2011 г. в 58-м рейсе НИС “Академик М.А. Лаврентьев”, организованном ТОИ ДВО РАН, были проведены геологические работы на юго-восточной части возвышенности. Батиметрические исследования показали, что этот участок представляет собой довольно протяженную структуру (около 33 км) линейной формы, вытянутую практически в меридиональном направлении (см. рис. 1). Наименьшая глубина, выявленная на участке – 1344 м, относительная высота ~2000 м. Привершинная часть характеризуется крутыми западным и восточным склонами. Драгирование проводилось на двух станциях (LV58-2 и LV58-3) на более крутом восточном склоне в интервале 1800–1500 м. Состав поднятого здесь каменного материала свидетельствует о том, что эта структура является частью кальдеры древнего вулкана. При этом восточный склон отрога представляет собой внутренний (западный) борт этой кальдеры [Съедин и др., 2014]. Среди поднятого материала совместно с базальтами и слаболитифицированными осадочными породами неогенового возраста находились обломки железомарганцевых и кремнистых корок, мощностью 3–5 см, которые и послужили объектом исследования. Цель данной работы – выяснить взаимоотношения между марганцевой и кремнистой минерализациями и на основании этого определить условия их формирования.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Для определения содержания макро (Fe, Mn, Si, Al, Са, Mg, Ti) и микроэлементов в образцах использовался атомно-эмиссионный (с индуктивно связанной плазмой) метод анализа на спектрометре Agilent 7500 c (Agilent Technologies, США) в центре коллективного пользования ДВГИ ДВО РАН. Все определения элементов выполнялись на навеску, высушенную при 105оС. Для более детального изучения были изготовлены аншлифы кремнистой и двухслойной железомарганцевой корок со станции LV58-3, которые изучались в этом же центре при помощи микрозондового анализатора JXА-8100 (JEOL Ltd., Япония) с тремя волновыми спектрометрами, доукомплектованного энергодисперсионным спектрометром INCAx – sight (Oxford Instruments Analytical Ltd., Англия). Анализ осуществлялся при ускоряющем напряжении 20 кВ, угол отбора излучения составлял 45°. В ходе анализа использовалась библиотека эталонов пользователя. Количественный и полуколичественный анализ производился по процедуре PhyRoZ, являющейся стандартной программой энергодисперсионного анализатора Link ISIS. Для исследования образец напылялся тонким слоем углерода. Объем области, в которой производилось определение химического состава, принимался, в среднем, за грушевидный объем с максимальным размером 3–4 микрона. Рентгеновский спектр этой области анализировался ЭДС и отображался на экране компьютера, который с помощью программного обеспечения производил анализ данного спектра и указывал положения линий тех элементов, которые были программно обнаружены.
Рентгенофазовый анализ выполнялся на дифрактометре “Дрон-3.0” (Cu Kα излучение, плоский графитовый монохроматор, ток на аноде 30 mA и напряжение 40 kV). Съемка производилась в угловом диапазоне 2–35 градусов по 2Θ, при скорости регистрации один градус в минуту. Образцы глин исследовались в воздушно-сухом ориентированном и насыщенном этиленгликолем состояниях. Дополнительная обработка не производилась. Наличие хлорита/каолинита определялось по положению рефлексов 3.51/3.57 Å относительно отметки 25 градусов по 2Θ. Кристаллохимические формулы минералов рассчитывались на основании химического анализа, по зарядам (на 22 аниона), кислородным методом [Булах, 1967].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ ДАННЫХ
Железомарганцевые корки представляют собой рыхлые образования, легко разламывающиеся руками. Они подразделяются на одно- и двухслойные. Под бинокуляром видно, что однослойные корки содержат большое количество включений обломков глинистых минералов зеленовато-бурого цвета (рис. 2а, 2б). В нижней части корки величина и количество этих обломков увеличивается. У двухслойных нижний слой аналогичен вышеописанному, а верхний имеет почковидную структуру (см. рис. 2в, 2г). Граница между слоями отчетливая.
Рис. 2. Железомарганцевые и кремнистые корки возвышенности Первенца.
а, б – образец LV58-2: цементация железомарганцевыми гидроокислами мелких бесформенных комочков Fe-смектитов в центральной (увел. 5) (а) и краевой частях образца (увел. 5) (б); в, г – образец LV58-3-2: в – граница между верхней, почковидной, и нижней частями корки (увел. 2.5), г – цементация железомарганцевыми гидроокислами Fe-смектитов в нижней части корки (увел. 5); д, е – образец LV58-3- 1: д – внешний вид кремнистой корки (увел. 3), е – цементация аморфным кремнеземом бесформенных комочков Fe-смектитов (увел. 5).
Кремнистые корки пористые, с кавернозной поверхностью, часто покрытой тонкой пленкой железомарганцевых гидроокислов. Они образовались в результате цементации кремнеземом комочков зеленого глинистого вещества (см. рис. 2д, 2е). Стенки пустот выстланы щетками мельчайших кристаллов кварца. Встречаются образцы, поры в которых заполнены железомарганцевыми гидроокислами.
Химический состав валовых проб корок приведен в табл. 1. В железомарганцевых корках содержания Mn варьируют от 43.56 до 18.96%, Fe – от 2.56 до 13.85%, Si – от 3.77 до 15.19%, Al – от 0.56 до 0.83%, Ti – 0.02–0.04%. Максимальные концентрации марганца и минимальные железа и кремния наблюдаются в верхней почковидной части корки. Следовательно, меняются и модули: Mn/Fe от 17.0 до 1.6, (Mn+Fe)/Ti от 2306 до 883 и Al/(Al+Fe+Mn) от 0.01 до 0.02. В кремнистой корке содержание Mn составляет 0.32%, Fe – 8.88%, Si – 35.22%, Al – 0.30%, Ti – 0.01%. Модули: Mn/Fe – 0.04, (Mn+Fe)/Ti – 920 и Al/(Al+Fe+Mn) – 0.03. Анализ, проведенный Ю.Г. Волохиным, показал, что для гидрогенных железомарганцевых образований значения титанового модуля находятся в пределах от 25 до 60, а в гидротермальных – выше 100 [Гайоты ..., 1995]. Значения алюминевого модуля (менее 0.4) указывает на содержание в осадке эксгалятивной компоненты [Bostrom, 1973].
Таблица 1. Химический состав железо-марганцевых и кремнистых корок возвышенности Первенца (Mn–п.п.п. – в %, Cо–Y – в г/т)
Элемент | LV58-2 | LV58-3-2 верх | LV58-3-2 низ | LV58-3-1 | 933 | 933 гл. |
MnO | 27.74 | 56.25 | 24.48 | 0.41 | 0.06 | 0.03 |
Fe2O3 | 19.8 | 3.66 | 16.84 | 12.7 | 6.03 | 24.5 |
FeO | – | – | – | – | 3.4 | 1.63 |
SiO2 | 27.31 | 8.07 | 32.51 | 75.39 | 79.12 | 48.6 |
TiO2 | 0.07 | 0.03 | 0.03 | 0.02 | 0.12 | – |
Al2O3 | 1.57 | 1.23 | 1.06 | 0.57 | 0.72 | 0.93 |
MgO | 3.32 | 2.97 | 4.77 | 2.22 | 0.86 | 5.27 |
CaO | 0.66 | 1.46 | 0.98 | 0.14 | 1.8 | 1.01 |
Na2O | 1.97 | 2.72 | 2.17 | 0.49 | 0.44 | 0.49 |
K2O | 2.49 | 1.63 | 2.94 | 3.25 | 2.12 | 5.48 |
P2O5 | 0.09 | 0.07 | 0.07 | 0.05 | – | – |
п.п.п. | 11.62 | 15.2 | 11.26 | 3.82 | 2.86 | н.а. |
Сумма | 96.64 | 93.29 | 97.11 | 99.06 | 97.53 | 87.94 |
Co | 329.04 | 171.88 | 237.93 | 10.53 | н.а. | н.а. |
Ni | 648.8 | 1921.49 | 2432.45 | 69.64 | н.а. | н.а. |
Cu | 593.76 | 498.07 | 652.44 | 7.29 | н.а. | н.а. |
Zn | 192.37 | 484.76 | 610.25 | 40.89 | н.а. | н.а. |
Pb | 30.69 | 22.53 | 21.54 | 10.79 | н.а. | н.а. |
Mo | 248.36 | 538.48 | 330.72 | 11.19 | н.а. | н.а. |
As | 63.92 | 59.21 | 40.62 | 6.39 | н.а. | н.а. |
W | 154.53 | 204.12 | 64.93 | 1.52 | н.а. | н.а. |
Cr | 17.9 | 15.86 | 21.83 | 29.99 | н.а. | н.а. |
V | 471.33 | 332 | 237.5 | 50.33 | н.а. | н.а. |
Zr | 67.01 | 17.7 | 36.95 | 28.32 | н.а. | н.а. |
Ba | 6501.67 | 9695 | 6708.33 | 65.17 | н.а. | н.а. |
Sr | 687.17 | 1293 | 821.67 | 22.17 | н.а. | н.а. |
Li | 28.75 | 496.4 | 185.08 | 12.54 | н.а. | н.а. |
Rb | 66.91 | 27.21 | 91.19 | 106.5 | н.а. | н.а. |
Cs | 1.58 | 0.93 | 1.91 | 2.84 | н.а. | н.а. |
Y | 14.7 | 32.17 | 24.13 | 1.92 | н.а. | н.а. |
∑ РЗЭ | 123.16 | 130.06 | 137.75 | 22.83 | н.а. | н.а. |
Mn/Fe | 1.55 | 17.03 | 1.61 | 0.04 | 0.007 | 0.001 |
(Mn+Fe)/Ti | 883 | 2306 | 1537 | 920 | 96 | – |
Al/(Al+ Mn+Fe) | 0.02 | 0.01 | 0.02 | 0.03 | 0.05 | 0.03 |
Ni+Co+Cu | 1571.6 | 2591.44 | 3322.82 | 87.46 | н.а. | н.а. |
Примечание. Образцы LV58-2 и LV58-3-2 – железомарганцевые корки; LV58-3-1 и 933 – кремнистые корки; 933 гл. – зеленое глинистое вещество из кремнистой корки. Данные о химическом составе образца со станции 933 взяты из работы М.И. Липкиной [1979]; прочерк – не обнаружено, н.а. – не анализировалось.
Содержание микроэлементов в образцах незначительно. Сумма Ni, Co, Cu в железомарганцевых корках варьирует от 0.16 до 0.33%, в кремнистой – 0.01%. Причем основной вклад вносит Ni, концентрация которого 0.06–0.24% и 0.007% соответственно. Традиционно для Японского моря, железомарганцевые корки обогащены Ba и Sr [Астахова, Введенская, 2003; Астахова, 2013], в некоторых случаях – Li. Содержание почти всех микроэлементов в кремнистых корках значительно ниже, чем в марганцевых (см. табл. 1).
В результате микрозондового исследования были получены данные по микростроению корок и выявлены особенности выделения и распределения рудного вещества в образцах со станции LV58-3.
В железомарганцевой корке верхний почковидный слой имеет оолитовую текстуру. Каждый оолит имеет ядро, оконтуренное крустификационной кристаллической каемкой обрастания. Сам оолит и каемка сложены гидроокислами марганца с примесью до 5% K, Na, Ca и Mg. Различие состоит в том, что в ядре присутствует до 1% свинца, а в каемке – 3% фтора. В оолитах и в оторочке встречаются единичные включения зерен цинкистой меди переменного состава, фосфида никеля, серебра и РЗЭ (рис. 3а, 3б). Включения зерен цинкистой меди и серебра обнаружены во всех изученных железо-марганцевых корках, образовавшихся на склонах подводных возвышенностях Японского моря. Фосфид никеля встречается значительно реже как в корках, так и в вулканических породах, слагающих эти возвышенности [Астахова, 2013; Астахова и др., 2014]. Самородные металлы, фосфиды и интерметаллические соединения, скорее всего, привнесены высокотемпературным флюидом, отделившимся от базальтового расплава. Не исключено, что часть металлов поступила с газовым потоком в твердой фазе.
Рис. 3. Микротекстуры марганцевой (образец LV58-3-2) и кремнистой (образец LV58-3-1) корок.
а–г – марганцевая корка: а, б – верхний почковидный слой (а – марганцевые оолиты (1) с крустификационным марганцевым цементом (2) с включениями зерен цинкистой меди (5), б – участки скорлуповато-слоистого строения, в цементе включение фосфида никеля (4)), в, г – нижний слой (в – цементация обломков селадонита (1, 2) железо-марганцево-кремнистыми (3) и марганцевыми (5, 6) отложениями, г – пятнистые выделения железо-кремнисто-марганцевого состава (2) в селадоните (1)); д, е – кремнистая корка (д – кусочки селадонита (1) в кремнистом цементе (в селадоните – выделения гидроокислов Fe (2) и пирита (3), в цементе – барита (4) и самородного железа (5)), е – заполнение пор в кремнистом цементе (3) гидроокислами марганца
Нижний слой имеет неоднородный химический состав. Участки с разным химическим составом выделяются в форме полос с изменяющейся мощностью или в виде пятен различной формы. Границы между ними довольно четкие. Обнаружены участки преимущественно марганцевого, марганцево-железо-кремнистого и железо-кремнистого составов (см. рис. 3в, 3г). Во всех матрицах также присутствует примесь K, Na, Ca и Mg, сумма которых не превышает 7%. Первичными были отложения железо-кремнистого состава, иногда с примесью Со до 0.22%. Позже они были раздроблены и сцементированы гидроокислами марганца. Прослеживается следующая этапность рудоотложения: Fe-Si → Mn-Fe-Si → Mn. Не исключено, что формирование участков марганцево-железо-кремнистого состава связано с пропиткой марганцем железо-кремнистых отложений. На это указывает частое выделение их на границе марганцевых прожилков (см. рис. 3г). В таком случае этапность рудоотложения будет следующая: Fe-Si → Mn.
В кремнистой корке также первичным были отложения железо-кремнистого состава с примесью до 8% K и Na, содержащих включения оксидов или сульфидов железа. По составу они аналогичны железо-кремнистой матрице в железомарганцевой корке. Позже все это было сцементировано SiО2 (см. рис. 3д, 3е). Тип цемента – крустификационный. В некоторых случаях поры в корке частично или полностью заполнены гидроокислами железа и марганца или марганца с примесью бария до 5%. Следовательно, изменение химического состава рудообразующего раствора происходило следующим образом: Fe-Si → Si→ Mn-Fe, Mn-Ва.
Согласно данным рентгенофазового анализа (рис. 4), железомарганцевая корка образована тодорокитом с примесью бернессита. В нижней части корки присутствуют смешанослойные образования типа смектит-гидрослюда и кварц. Это связано с включениями зеленого глинистого вещества. Основными минералами, образующими кремнистую корку, являются гидрослюда и кварц.
Рис. 4. Рентгенограммы глинистых и марганцевых минералов кремнистой (образец LV58-3-1) и марганцевой (образец LV58-3-2) корок.
I – кремнистая корка; II – глинистые включения в нижней части марганцевой корки; III – верхний почковидный слой и IV – марганцевый цемент нижней части марганцевой корки.
а) – воздушно-сухой; б) – насыщен этиленгликолем; гс – гидрослюда; с – смектит; к – кварц; п – плагиоклаз; см-гс – смешанослойный гидрослюда-смектит; х – хлорит; т – тодорокит; б – бернессит.
Существенных различий по химическому составу между глинистыми минералами по данным микрозондового анализа не обнаружено (табл. 2, 3). Кристаллохимические формулы минералов приведены в табл. 4. Все формулы близки к идеальной для селадонита, но в некоторых случаях наблюдается некая несбалансированность по содержанию калия, магния и железа. Вероятно, это связано с разной степенью раскристаллизации первичного железосодержащего силикагеля.
Таблица 2. Результаты микрозондового анализа (вес. %) аншлифов марганцевых корок возвышенности Первенца
№ точек | Mn | Fe | Si | O | K | Mg | Na | Ca | Al | Cl | F | P | S | Pb | Co | Cu | Zn | Ni | Сумма |
Рис. 3а | |||||||||||||||||||
1 | 49.54 | - | 0.15 | 28.71 | 4.05 | 1.41 | 1.72 | 0.97 | - | 0.47 | - | 0.89 | 0.17 | 1.01 | - | - | - | - | 89.10 |
2 | 52.61 | - | - | 30.79 | 5.14 | 0.43 | 3.03 | 1.04 | - | 0.15 | 3.08 | 0.18 | - | - | - | - | - | - | 96.46 |
3 | 53.18 | 0.63 | - | 34.38 | 4.94 | 1.65 | 2.44 | 1.41 | - | 0.39 | 3.38 | 0.43 | 0.19 | - | - | - | - | - | 103.02 |
4 | 2.58 | 68.62 | - | 29.04 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 100.24 |
5 | 17.12 | - | - | 9.29 | 1.06 | - | - | 0.41 | - | - | - | - | - | - | - | 36.85 | 29.66 | - | 94.41 |
Рис. 3б | |||||||||||||||||||
1 | 48.30 | - | - | 31.29 | 1.71 | 1.23 | 3.85 | 1.43 | - | 0.43 | - | 0.31 | 0.18 | - | - | - | - | - | 88.72 |
2 | 50.63 | - | - | 33.93 | 3.82 | 1.01 | 3.16 | 1.33 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 93.87 |
3 | 50.33 | 0.46 | - | 31.27 | 3.19 | 0.57 | 2.90 | 1.27 | - | 0.18 | - | 0.20 | - | - | - | - | - | - | 90.37 |
4 | 7.71 | - | - | 1.81 | 0.32 | - | - | - | - | - | - | 7.44 | - | - | - | - | - | 85.51 | 102.78 |
Рис. 3в | |||||||||||||||||||
1 | - | 16.21 | 23.53 | 40.62 | 4.80 | 3.18 | 0.65 | - | - | 0.32 | - | 0.34 | - | - | - | - | - | - | 90.22 |
2 | 0.19 | 16.07 | 23.20 | 38.37 | 5.25 | 3.02 | - | - | 0.57 | 0.14 | - | - | - | - | 0.22 | - | - | - | 87.00 |
3 | 8.14 | 16.49 | 21.38 | 38.06 | 4.55 | 3.03 | 1.13 | 0.37 | 0.53 | 0.30 | - | 0.27 | - | - |
| - | - | - | 94.30 |
4 | 20.59 | 12.57 | 14.56 | 33.60 | 3.46 | 2.39 | 1.21 | 0.55 | 0.58 | 0.38 | - | - | - | - |
| - | - | - | 89.51 |
5 | 50.33 | 0.46 | - | 31.27 | 3.19 | 0.57 | 2.90 | 1.27 | 0.22 | 0.18 | - | 0.20 | - | - |
| - | - | - | 90.37 |
6 | 50.09 | - | - | 32.87 | 4.43 | 1.46 | 2.40 | 1.46 | - | 0.16 | - | 0.28 | - | - |
| - | - | - | 93.14 |
Рис. 3г | |||||||||||||||||||
1 | - | 14.69 | 21.85 | 41.88 | 4.51 | 2.76 | 0.44 | - | - | 0.18 | - | 0.34 | - | - |
| - | - | - | 86.65 |
2 | 25.55 | 9.96 | 11.37 | 35.85 | 2.73 | 2.38 | 1.88 | 0.80 | - | - | - | 0.31 | - | - |
| - | - | - | 90.82 |
3 | 49.11 | 0.49 | - | 31.42 | 4.59 | 1.22 | 2.34 | 1.28 | - | 0.16 | - | 0.38 | - | - |
| - | - | - | 91.00 |
Таблица 3. Результаты микрозондового анализа (вес. %) аншлифов кремнистой корки возвышенности Первенца
№ точек | Si | Fe | Mn | O | K | Mg | Na | Al | Ca | Cl | P | S | Cr | Ba | Ti | V | Cu | Сумма |
Рис. 3д | ||||||||||||||||||
1 | 23.89 | 20.69 |
| 37.04 | 6.36 | 3.06 |
|
|
| 0.25 |
|
|
|
|
|
|
| 91.29 |
2 | 16.54 | 34.49 |
| 36.53 | 3.56 | 2.56 |
|
|
| 0.21 | 0.38 |
|
|
|
|
|
| 94.26 |
3 | 1.66 | 44.25 |
| 10.93 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 103.26 |
4 | 6.79 | 2.25 |
| 30.59 | 0.85 | 0.79 | 0.32 |
|
|
|
| 46.42 |
| 46.96 |
|
|
| 99.94 |
5 | 0.50 | 97.69 | 0.59 |
|
|
|
|
|
|
|
| 11.39 |
|
|
|
| 0.45 | 99.22 |
Рис. 3е | ||||||||||||||||||
1 | 18.91 | 14.35 |
| 28.07 | 5.46 | 2.61 |
|
|
| 0.27 |
|
|
|
|
|
|
| 69.67 |
2 | 14.82 | 31.93 |
| 32.29 | 3.66 | 2.42 |
| 0.20 | 0.73 | 0.32 | 0.45 |
|
|
|
| 0.23 |
| 87.06 |
3 | 45.64 | 0.83 |
| 53.86 | 0.19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 100.52 |
4 | 1.12 | 2.29 | 49.55 | 33.03 | 1.30 | 1.59 | 1.29 |
| 0.66 |
|
|
|
| 1.82 |
|
|
| 92,66 |
5 | 8.77 | 10.95 | 33.67 | 36.23 | 2.36 | 1.66 | 0.55 |
| 0.49 | 0.18 |
|
|
|
| 0.14 |
|
| 95.00 |
6 | 9.94 | 7.18 |
| 22.72 | 2.53 | 1.13 |
|
|
| 0.64 |
|
| 16.10 |
|
|
|
| 60.25 |
Таблица 4. Кристаллохимические формулы селадонита
| Рисунок | Кристаллохимическая формула |
1 | 3в, с.1 | K0.57Ca0.07P0.05(Si3.89 Al0.1 3+Fe0.01)(3+Fe1.342+Mg0.73) O10 (OH)2 |
2 | 3г, с.1 | K0.59Ca0.05P0.06(Si3.98 3+Fe0.02)(3+Fe1.332+Mg0.58) O10 (OH)2 |
3 | 3е, с.2 | K0.56Ca0.06P0.12(Si3.37 Fe0.63)(2+Fe2.52+Mg0.73) O10 (OH)2 |
4 | 3д, с.1 | K0.78 (Si4.0)(2+Fe1.792+Mg0.61Si0.11) O10 (OH)2 |
5 | 3д, с.2 | K0.51P0.07(Si3.32 Fe0.68)(2+Fe2.782+Mg0.59) O10 (OH)2 |
Примечание. 1, 2 – нижняя часть железомарганцевой корки; 3–5 – кремнистая корка. Химический состав селадонита по данным микрозондового анализа приведен в таблицах 2 и 3.
Тодорокит и бернессит являются главными типоморфными марганцевыми минералами гидротермальных корок [Аникеева и др., 2008]. Селадонит, минерал из группы гидрослюд, также имеет гидротермальный генезис [Бетехтин, 1950]. Все кремнистые корки, поднятые при драгировании возвышенности Первенца, имеют одинаковое строение и близкий химический состав (см. табл. 1). Температура кристаллизации этих корок (станция 933), определенная изотопно-кислородным методом, находится в пределах 42–58°С [Липкина и др., 1987].
Следовательно, образование корок обеих типов связано с газо-гидротермальной поствулканической деятельностью. Высокотемпературные гидротермы в областях современного вулканизма являются водным раствором кремнезема, в котором происходит непрерывное воспроизводство силикагелей. Эти гидротермальные растворы, обладая высокой адсорбционной емкостью, после соединения с катионами металлов не коагулируют, а образуют гель по мере понижения температуры гидротерм при смешении растворов с холодными водами [Рычагов и др., 2005]. В результате раскристаллизации этого железистого силикагеля произошло образование зеленого глинистого минерала – селадонита.
Ряд Fe-силикатов от нонтронита до селадонита характерен для гидротермально-осадочных образований активных зон Мирового океана. Согласно Г.Ю. Бутузовой [Бутузова, 1998], они формируются при раскристаллизации кремнисто-железистого геля в толще осадков. Z. Sun с соавторами [Sun et al., 2012] описывают два возможных механизма формирования нонтронитовых глин: осаждение из гидротермальных растворов при их смешении с морской водой и в результате замещения (кристаллизации) Fe-Si оксидов (гелей) непосредственно в осадках под воздействием диффузного просачивания гидротермальных растворов.
Таким образом, на возвышенности Первенца первичным было отложение селадонита, содержащего включения зерен пирита и гидроокислов железа. Судя по материалам драгирования, зеленые глины имеют широкое распространение на возвышенности Первенца. Они встречаются не только в кремнистых и железомарганцевых корках, но и в осадках, представляющих собой смесь терригенных зерен песчаной и гравийной размерности, пирокластических вулканических стекол и бесформенных кусочков зеленых глин [Липкина, 1979]. Кремнистая и марганцевая минерализация распространена более локально и является наложенной на железо-кремнистую. В обоих случаях видно, как мелкие кусочки глинистого вещества цементируются железомарганцевыми гидроокислами или кремнеземом (см. рис. 2, рис. 4). Это указывает на диффузное поступление гидротермальных растворов в осадок и растекание их в осадочной толще. Причем выходы гидротерм различного состава разделены во времени и, часто, в пространстве. Глобулярная корка гидроокислов марганца, вероятнее всего, сформировалась из высокоминерализованных газо-гидротермальных растворов, поступающих на поверхность дна. На это указывают многочисленные центры кристаллизации, представленные шаровидными скоплениями колломорфной структуры, включение зерен интерметаллических соединений в марганцевую матрицу и обогащение отдельных участков фтором (см. рис. 3а, 3б). Часть растворенного марганца может переноситься в водной толще на большие расстояния и, постепенно окисляясь, образует твердые гидроксиды марганца. По-видимому, с выпадением этих гидроксидов связано образование тонкой рудной корочки и выполнение мелких пор в кремнистых корках. Вероятно, это завершающая стадия рудообразования на возвышенности Первенца.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенные исследования показали, что железомарганцевые и кремнистые корки на возвышенности Первенца образовались в результате поствулканической газо-гидротермальной деятельности. Значения геохимических модулей, титанового и алюминиевого, указывает на значительное содержание в рудных отложениях эксгалятивной компоненты. Минеральная ассоциация с тодорокитом, бернесситом и селадонитом также характерна для гидротермальных корок.
Формирование гидротермальных отложений на возвышенности Первенца проходило в несколько этапов. Вначале в результате поступления гидротермальных растворов, обогащенных железом и кремнием, на обширной площади сформировался слой зеленого глинистого минерала – селадонита, содержащего включения сульфидов и оксидов железа. Учитывая, что содержание железа в них более 10%, эти отложения можно отнести к металлоносным. Марганцевая и кремнистая минерализации более поздние, чем железо-кремнистая. На это указывает цементация бесформенных кусочков селадонита аморфным кремнеземом или марганцевыми гидроокислами. В кремнистых корках стенки пор часто выстланы щетками мелких прозрачных кристаллов кварца. Поверхность железомарганцевых корок часто покрыта почковидным слоем марганца. Этот почковидный слой, также как и цемент, образован тодорокитом и бернесситом. Это указывает на то, что часть гидротермальных растворов, просачиваясь через осадки и цементируя его, поступают на поверхность морского дна, где отлагаются в виде почковидных корок тодорокита.
В настоящее время на возвышенности Первенца выявлены лишь низкотемпературные гидротермальные образования. Учитывая, что марганцевые корки обогащены никелем до 0.24%, а отдельные участки железистых силикатов Со до 0.22%, а также наличие в них включений сульфидов, можно надеяться на обнаружение на более низких горизонтах сульфидных отложений, аналогичных выявленным с помощью подводных аппаратов в кальдерах вулканов в западной части Тихого океана.
БЛАГОДАРНОСТИ
Авторы выражают благодарность сотрудникам лаборатории рентгеновских методов ДВГИ ДВО РАН А.А. Карабцову и Г.Б. Молчановой за помощь в проведении аналитических исследований.
ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ
Работа выполнена по госбюджетной теме “Палеоокеанология окраинных морей Востока России и примыкающих районов Тихого океана, особенности и этапность кайнозойского осадконакопления, магматизма и рудогенеза” (№ АААА-А17-117030110033-0).
Об авторах
Н. В. Астахова
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: n_astakhova@poi.dvo.ru
Россия, 690041 Владивосток, ул. Балтийская, 43
Е. А. Лопатников
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН
Email: n_astakhova@poi.dvo.ru
Россия, 690041 Владивосток, ул. Балтийская, 43
В. А. Можеровский
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН
Email: n_astakhova@poi.dvo.ru
Россия, 690041 Владивосток, ул. Балтийская, 43
Е. И. Ярощук
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН
Email: n_astakhova@poi.dvo.ru
Россия, 690041 Владивосток, ул. Балтийская, 43
Список литературы
- Аникеева Л.И., Казакова В.Е., Гавриленко Г.М., Рашидов В.А. Железомарганцевые корковые образования западно-тихоокеанской переходной зоны // Вестник КРАУНЦ. Серия Науки о Земле. 2008. Вып. 11. № 1. С. 10–31. http://www.kscnet.ru/kraesc/2008/2008_11/2008_11.html
- Астахова Н.В. Формы нахождения и особенности распределения благородных и цветных металлов в железомарганцевых корках Японского моря // Океанология. 2013. Т. 53. № 6. С. 769–785.
- Астахова Н.В., Введенская И.А. Химический состав и генезис железомарганцевых образований подводных вулканов и возвышенностей Японского моря // Вулканология и сейсмология. 2003. № 6. С. 36–43.
- Астахова Н.В., Колесник О.Н., Съедин В.Т. Рудная минерализация в вулканических породах подводных возвышенностей Японского моря // Геохимия. 2014. № 2. С. 158–177.
- Берсенев И.И., Леликов Е.П., Безверхний В.Л. и др. Геология дна Японского моря. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1987. 140 с.
- Бетехтин А.Г. Минералогия. М.: Госгеолиздат, 1950. 956 с.
- Булах А.Г. Руководство и таблицы для расчета формул минералов. М.: Недра, 1967. 143 с.
- Бутузова Г.Ю. Гидротермально-осадочное рудообразование в рифтовой зоне Красного моря. М.: ГЕОС, 1998. 312 с.
- Гайоты Западной Пацифики и их рудоносность / Ред. И.Н. Говоров, Г.Н. Батурин. М.: Наука, 1995. 368 с.
- Липкина М.И. Глауконит подводных вулканов Японского моря // Новые данные по геологии дальневосточных морей. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1979. С. 98–108.
- Липкина М.И., Дриц В.А., Ципурский С.И. и др. Высокожелезистые диактаэдрические слоистые силикаты из гидротермальных пород и осадков вулканических построек Японского моря // Известия АН СССР. Серия геологическая. 1987. № 10. С. 92–111.
- Пущин И.К., Аннин В.К., Берсенев Ю.И. и др. Новые данные о геологическом строении дна северо-западной части Японского моря (по материалам 21-го рейса НИС “Первенец”) // Геологические исследования в окраинных морях северо-западной части Тихого океана. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1977. С. 3–13.
- Рычагов С.Н., Главатских С.Ф., Сандимирова Е.И., Белоусов В.И. Рудные минералы в структуре гидротермально-магматических систем: состав, распределение, условия формирования // Геотермальные и минеральные ресурсы областей современного вулканизма // Материалы международного полевого Курило-Камчатского семинара, 16 июля–6 августа 2005 г. Петропавловск-Камчатский, 2005. С. 363–379.
- http://kcs.dvo.ru/ivs/publication/kuril_kam2005/index.html
- Съедин В.Т., Лобанов В.Б., Коптев А.А. и др. Результаты геологических исследований в 58-ом рейсе НИС “Академик М.А. Лаврентьев” (Центральная котловина, Японское море) // Тихоокеанская геология. 2014. Т. 33. № 3. С. 99–104.
- Bostrom K. The origin and fate of ferromanganoan active ridge sediments // Stockholm Contrib. Geol. 1973. V. 27. № 2. P. 148–243.
- Sun Z., Zhou H., Glasby G.P. et al. Formation of Fe-Mn-Si oxide and nontronite in hydrothermal fields on the Valu Fa Ridge, Lau Basin // J. of Asian Earth Sciences. 2012. V. 43. P. 64–76.