Строение, состав и генетические особенности железомарганцевых конкреций провинции Кларион-Клиппертон (Тихий океан) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.11, кандидат геолого-минералогических наук Люй Шихуэй

• Люй Шихуэй
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Люй Шихуэй

ВВЕДЕНИЕ.:.:.

Глава 1. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ.

Глава 2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ НА

ОКЕАНСКОМ ДНЕ.

Глава 3. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ПРОВИНЦИИ КЛАРИОН

КЛИППЕРТОН.

Глава 4. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ КИТАЙСКОГО РАЗВЕДОЧНОГО РАЙОНА.

I. ВОСТОЧНЫЙ УЧАСТОК.

II. ЗАПАДНЫЙ УЧАСТОК.

Глава 5. ОСОБЕННОСТИ РАЗМЕЩЕНИЯ И ЛОКАЛИЗАЦИИ РУДНЫХ

ЗАЛЕЖЕЙ. ОСОБЕННОСТИ РАЗМЕЩЕНИЯ И ЛОКАЛИЗАЦИИ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ В ПРЕДЕЛАХ РОССИЙСКОГО РАЙОНА.

II. РАЗМЕЩЕНИЕ И ЛОКАЛИЗАЦИЯ РУД НА ПЛОЩАДИ КИТАЙСКОГО РАЙОНА.

Глава 6. СТРОЕНИЕ И СОСТАВ КОНКРЕЦИЙ.

I. МОРФОЛОГИЯ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ.

II. ТЕКСТУРНО-СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЖМК.

III. МИНЕРАЛЬНЫЙ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ.

IV. АКЦЕССОРНЫЕ МИНЕРАЛЫ В ОКСИДНЫХ РУДАХ.100

V. БИОМОРФНЫЕ ОСТАТКИ В ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЯХ.

VI. О МЕХАНИЗМАХ КОНЦЕНТРАЦИИ РУДНОГО ВЕЩЕСТВА.

Глава 7. ВОПРОСЫ ГЕНЕЗИСА ЖМК.

I. ОБ ИСТОЧНИКАХ РУДНОГО ВЕЩЕСТВА.

II. РЗЭ В ОКСИДНЫХ РУДАХ И БАЗАЛЬТОВЫХ КОМПЛЕКСАХ.

III. ДИАГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КОНКРЕЦИЙ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Строение, состав и генетические особенности железомарганцевых конкреций провинции Кларион-Клиппертон (Тихий океан)»

Актуальность темы. Образование железомарганцевых конкреций — глобальное природное явление, происходящее на границе гидросферы и литосферы на дне океанов. Формация железомарганцевых конкреций абиссальных котловин (ЖМК) широко развита на океанском дне, отдельные поля скопления конкреций весьма перспективны для промышленного освоения. С начала 1960-х годов конкрециями заинтересовались многие промышленные фирмы и развернули планомерные геологоразведочные работы. Уже в 1974 г. в ООН подается заявка от имени США на открытие первого месторождения ЖМК в районе Северо-Восточной котловины Тихого океана между разломами Кларион и Клиппертон. Работы быстро приняли международный характер, исследования проводили СССР, ФРГ, Англия, Франция, Япония, Австралия, Новая Зеландия и Китай. Ученые многих стран изучают руды ЖМК: получены многочисленные результаты и материалы по конкрециям. Тем не менее, проблемы генезиса конкреций весьма далеки от решения. Для расшифровки всей совокупности процессов образования конкреций необходимо тщательное изучение строения и состава конкреций на макро-, микро- и ультрамикроскопическом уровнях. Комплексное изучение ЖМК — одно из важнейших условий, определяющих возможность промышленного освоения залежей этого ценного полиметаллыюго сырья.

Цель работы. Целью исследований являлось изучение строения, состава и генетических особенностей железомарганцевых конкреций провинции Кларион-Клиппертон в основном на примере Китайского разведочного района с привлечением материалов по другим участкам провинции.

Научная новизна. Автором впервые проведено комплексное изучение образцов ЖМК Китайского разведочного района и сопоставление их с образцами других участков провинщга Кларион-Клиппертон. Впервые проведено изучение конкреций на субмикроскопическом уровне; статистическая обработка полученных данных позволила обосновать вывод о том, что при формировании оксидных руд различного типа действует единый механизм осаждения вещества. Впервые в конкрециях Китайского района выявлены акцессорные минералы и предложена их типизация. Разносторонняя характеристика конкреций позволила детализировать фациальную обстановку их формирования.

Практическая ценность. Выявленные генетические особенности конкреций дают дополнительный материал для корректировки разведочных работ, выбора перспективных участков. Полученные материалы, характеризующие состав и строение

ЖМК, необходимы для детальной промышленной оценки залежей.

Фактический материал, методы исследования. Основным объектом исследований послужила коллекция железомарганцевых конкреций из китайского района провинции Кларион-Клиппертон. Конкреции отобраны в рейсе DY105-13 НИС «Океан № 4» в 2002г. Кроме того, использованы конкреции из коллекции кафедры геологии и геохимии полезных ископаемых геологического факультета МГУ; эти образцы собраны в различные годы в провинции, в основном в пределах Российского разведочного района.

Текстурно-структурные особенности конкреций изучались в аншлифах и полированных срезах образцов.

Систематическое определение состава субмикроскопических слойков ЖМК проводилось на растровом электронпом микроскопе «Tescan-Vega/xmu» в лаборатории ИЭМ РАН. Кроме того, микротекстурные исследования и диагностика минералов проводились на растровом электронном микроскопе «Jeol JSM-6480LV» в лаборатории локальных методов исследования вещества геологического факультета МГУ. Получено более 100 микрофотографий для изучения структурно-текстурных особенностей строения конкреций, выполнено около 500 анализов состава субмикроскопических слойков и акцессорных минералов. Проведена статистическая обработка полученных данных.

Изучение биоморфных остатков в конкрециях проводилось на сканирующем электронном микроскопе CamScan-4 в ПИН РАН.

Для изучения распределения элементов-примесей в макрослоях ЖМК был применен лазерный микроспектральный анализ на микроанализаторе LMA-10 (кафедра полезных ископаемых МГУ).

Для 20-ти наиболее представительных образцов изучаемой коллекции выполнено ' определение содержаний микроэлементов в том числе РЗЭ методом ICP-MS и ICP-AES.

Основные защищаемые положения.

1. Железомарганцевые конкреции представляют собой концентрически-слоистые образования, сложенные слабо окристаллизованными фазами оксидов и гидрооксидов железа и марганца. В строении конкреций выделяются концентрические слои трех иерархических уровней: макрослои, микрослои и элементарные, условно неделимые субмикроскопические слойки.

В конкрециях выявлены многочисленные биоморфные остатки (радиолярии, диатомеи, спикулы кремневых губок, остатки разнообразных бактерий, в том числе марганецокисляющих). Биоморфные остатки, с одной стороны, могут служить основой стратификации конкреций, с другой — позволяют предположить активное участие организмов в осаждении рудного вещества конкреций. 4

2. В конкрециях обнаружены и диагностированы многочисленные акцессорные минералы, среди которых выделены группы: а) породообразующих минералов базальтовой ассоциации; б) самородных металлов, сплавов, интерметаллических соединений; в) сульфидов, сульфатов и др. минералов гидротермального генезиса; г) рудных и породообразующих минералов гранитоидной ассоциации. Наличие акцессорных минералов свидетельствует о сложной фациальной обстановке, в которой происходило формирование ЖМК, и является косвенным свидетельством участия вулканических и поствулканических процессов в поставке рудного вещества.

3. Детальное изучение элементарных текстурных обособлений субмикроскопических слойков (на микроанализаторах) позволило выявить важные закономерности: проявление ритмичности в строении и чередовании слойков, однотипный характер разделения «железистых» и «марганцовистых» фаз в ЖМК различного типа. Обоснован вывод о том, что все типы оксидных руд (все разновидности конкреций и корок) сложены субмикроскопическими слойками, разделяющимися по составу на две группы. Одна всегда обогащена железом, кремнеземом, кобальтом, фосфором, кальцием; другая — марганцем, никелем, медью, цинком, щелочами и т.д. Это означает, что все типы руд формируются по единому механизму осаждения рудного вещества.

4. Выявлена устойчивая концентрическая зональность в распределении микроэлементов в ЖМК (Со, Ni, Си, Zn), а также некоторых других компонентов, выраженная в закономерном повышении концентраций от центра к периферии конкреций. Возникновение зональности обусловлено действием процессов диагенетического преобразования вещества конкреций.

Публикации и апробация работы. Основные результаты выполненных исследований докладывались на межвузовской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодые - наукам о земле» (2008, Москва), на международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (2008, Москва), на Ломоносовских чтениях (2008, Москва, МГУ). По теме диссертации опубликованы 2 статьи и тезисы 3 докладов.

Структура и объем работы. Диссертация, состоит из введения, 7 глав и заключения, содержит 191 страниц текста, 28 таблиц, 97 рисунков, сопровождается списком литературы из 57 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения», Люй Шихуэй

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных работ уточнены и детализированы ранее известные генетические особенности ЖМК, а также получены новые свидетельства связи процессов формирования конкреций с вулканизмом.

1. Получены данные, характеризующие текстурно-структурные особенности и состав наиболее важного в промышленном отношении типа конкреций Китайского разведочного района. В строении конкреций выделены слои трех уровней, каждый из которых заключает определенный блок генетической информации: субмикроскопический уровень дает основание для оценки способов и механизмов осаждения рудного вещества; микроскопический уровень отражает изменчивость фациальных условий; макроуровень позволяет осветить проблемы стратификации и этапов вулканизма.

2. На основе детального изучения субмикроскопических слойков установлены особенности ритмичности и выявлены общие для океанических оксидных руд элементы контрастного разделения элементарных фаз. Полученные данные склоняют автора к представлениям об автоколебательном механизме осаждения рудного вещества.

3. Изучены многочисленные биоморфные остатки, косвенно свидетельствующие об участии организмов в осаждении рудного вещества.

4. Обнаружены, диагностированы и типизированы акцессорные минералы, наличие и типы которых свидетельствуют о сложной фациальной обстановке формирования конкреций и, в частности, об интенсивном проявлении вулканических и поствулканических гидротермальных процессов.

5. Выявлена концентрическая зональность в распределении рудных микроэлементов, отражающая, вероятно, действие процессов диагенетического преобразования конкреций.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Люй Шихуэй, 2008 год

1. Авдонин В.В. Экзогенная металлогения Мирового океана: роль базальтоидного вулканизма// Изв. Вузов, Геология и разведка. 2004. №1. С. 28-—33.

2. Авдонин В.В., Кругляков В.В., Пономарева И.Н., Титова Е.В. Полезные ископаемые Мирового океана. Учебник. М.: Изд-во МГУ, 2000.160 с.

3. Авдонин В.В., Сергеева.Н Е; Об особенностях формирования железомарганцевых конкреций и корок //Вестн. МГУ. Сер. 4. Геология. 2003. № 5. С. 31-39.

4. Авдонин В В., Кругляков ВВ. Металлогения Мирового океана: учебное пособие. М.: Изд-во МГУ, 2005.189 с.

5. Авдонин В.В., Сергеева Н.Е. Редкоземельные элементы в оксидных рудах океана. Изв. вузов, Геология и разведка. 2006. № 6. С. 24-28.

6. Авдонин В.В., Сергеева Н.Е., Ван К.В. Генетические особенности состава и строения железомарганцевых конкреций. Изв. вузов, Геология и разведка. 2007. № 6. С.49-55.

7. Авдонин В.В., Сергеева Н.Е., Люй Шихуэй. К оценке фациальной обстановки формирования ЖМК провинции Кларион-Клиппертон, Тез. докл. Ломоносовские чтения. 2008:

8. Авдонин В.В., Сергеева Н.Е., Люй Шихуэй. Особенности состава и строения ЖМК Китайского разведочного района (Провинция Кларион-Клиппертон, Тихий океан) // Изв. вузов. Геология и разведка. (В печати).

9. Андреев С.И; Металлогения железомарганцевых образований Тихого океана/ СПб.: Недра, 1994.191 с.

10. Андрущенко П.Ф. Минеральный состав и текстуры железо- марганцевых конкрекций //Железомарганцевые конкреции Тихого океана. М.: Наука, 1976. С. 123—162.

11. Базилевская Е.С. Исследование железомарганцевых руд океана / Тр. Геол. ин-та РАН, вьш. 518: М.: Наука, 2007.189 с.

12. Батурин Г.Н., Дубинчук В.Т. Биоморфные ультра-микроскопические структуры в пелагических железомарганцевых конкрекций // Океанология. 1983. Т 23, вып. 6. С. 997—1000.

13. Батурин Г.Н., Дубинчук В.Т. О влиянии биогенного фактора на формирование глубоководных железомарганцевых конкрекций // Геол. Журн. 1986. Т. 46. № 1. С. 109—116.

14. Батурин Г.Н., Дубинчук В.Т. Микроструктуры железомарганцевых конкрекций океана /Атлас микрофотографий. М.: Наука, 1989. С.95—96.

15. Бойко Т.Ф., Дворецкая О.А., Ляпунов С.М. Редкоземельные элементы в железомарганцевых образованиях северной части Тихого океана. Литология и полезн. ископ. 1988. №4. С.91—104.

16. Давыдов М.П., Голева Р.В., Перова Е.Н., Александров П.А., Губенков В.В. Гидротермальные железомарганцевые отложения цокольной части горы Ферсмана (Срединно-Атлантический хребет, 12°50' с.ш,)// Докл. РАН. 2003. Т.390. №1. С. 70—74.

17. Железомарганцевые конкреции Тихого океана. Тр. ИО АН СССР. Т. 109. М.: Наука, 1976.302 с.

18. Инженерная геология-рудной провинции Кларион-Клиппертон в Тихом океане /Я.В. Неизвестное, А.В. Кондратенко, С.А. Козлов и др. Тр. ВНИИ Океан геологии М-ва природа, ресурсов РФ и РАН; Т.197. СПб.: Наука, 2004. - 281 с.

19. Корсаков О.Д., Пьянков В.Я., Казанцев Р.А. Структурно-геоморфологические особенности строения зоны Кларион-Клиппертон // Геологическое строение Северо-Восточной котловины Тихого океана. Геленджик, 1988. С. 8-16.

20. Корсаков О.Д., Кулындышев В.А., Филиппенко И.И. Сравнительная характеристика полей распространения железомарганцевых конкреций Мирового океана. Сов. геол., 1990, №12, с.64-72.

21. Кругляков В.В., Мельников М.Е., Пономарева И.Н. Биологические факторы при формировании оксидных океанических руд. Изв. ВУЗов, Геология и разведка, 2000, № 5. С.52 — 58.

22. Кругляков В.В., Пономарева И.Н. Проблемы освоения железомарганцевых конкреций. Вестник Московского университета. Сер. 4. Геология. 2001, №1. С.65-69.

23. Лазуренко В.И., Кирюхин В.Г. Оценка возможности образования железомарганцевых конкрекций с помощью железобактерий // Океанология. 1982. № 2. С. 73—79.

24. Люй Шихуэй. Биоморфные остатки в железомарганцевых конкрециях океанского дна под сканирующим микроскопом // Изв. вузов, Геология и разведка. 2007. №5. С. 84-85.

25. Люй Шихуэй. Особенности распределения элементов-примесей в макрослоях ЖМК западной части провинции Кларион-Клиппертон . Материалы докл. ХУМеждун. конф.студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов». http://vvww.lomonosov-msu.ru /2008/

26. Люй Шихуэй. Текстурно-структурные особенности ЖМК Китайского района провинции Кларион-Клиппертон //Тез. докл. Межвузовская научная конференция "Молодые-наукам о Земле". Мат. конф. М.: РГГРУ. 2008. С.37.

27. Лыгина Т.И. Структура конкреционных месторождений провинции Кларион-Клиппертон. Дисс. На соискание уч. ст. кандидата геол.-мин.н. 2005.

28. Лыгина Т.И. Железомарганцевые конкреции абиссальных котловин. В кн.: Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых. М.: Академический Проект. 2007. С 451-495.

29. Лысюк Г.Н. Минералогия океанических железомарганцевых конкреций. Л.: Наука, 1991.120 с.

30. Лысюк Г.Н. Микро- и наноразмерные бактериальные структуры марганцевых агрегатов. В кн.: Наноминералогия. Ультра- и микродисперсное состояние минерального вещества. СПб.: Наука, 2005. С. 480-503.

31. Международно-правовые и экономические проблемы поиска, разведки и освоения минеральных ресурсов глубоководных районов Мирового океана. /Казмин Ю.Б., Волков А.Н., Глумов И.Ф., Корсаков О.Д., Кулындышев В.А. -Геленджик, 1989.143 с.

32. Мельников М.Е. Минеральный состав железомарганцевых образований зоны Кларион-Клиппертон и его связь с подсти лающими осадками // ЗВМО. 1992. Ч. 121. № 1.С. 48-53.

33. Мельников М.Е., Пуляева И. А. Железомарганцевые корки поднятия Маркус-Уэйк и Магеллановых гор Тихого океана: строение, состав, возраст // Тихоокеанская геология. 1994. №4. С. 13-27.

34. Металлогеническая зональность Мирового океана /Андреев С.И., Старицына Г.Н., Аникеева JI.И. и др. СПб.: ВНИИОкеангеология, 1997.172 с.

35. Пунин Ю.О., Сметанникова О.Г., Демидова Г.Е., Смольская JI.C. О динамике формирования океанических железомарганцевых конкреций. Литология и полезные ископаемые. 1995. №1. С.40-50.

36. Скорнякова Н.С., Безруков П.Л., Мурдмаа И.О. Основные закономерности распространения и состава полей океанских железомарганцевых конкреций. -Литол. и полезн. ископаемые, 1981, №5, с. 51-63.

37. Сметанникова О.Г., Франк-Каменецкий В.А., Аникеева Л.И. и др. Минеральный состав и структура океанических железомарганцевых образований в связи с их генезисом // ЗВМО, 1991. Ч. 120, № 3, С. 31-42.

38. Сорокин Ю.И. О микрофлоре железомарганцевых конкрекций со дна океана. // Микробиология. 1971. Т. 40. Вып. 3. С. 563—566.

39. Условия образования и закономерности размещения железомарганцевых конкреций Мирового океана/ Корсаков О.Д., Юбко В.М., Пьянков В .Я. и др. Л. Недра, 1987,259 с.

40. Черкашев Г.А., Ваганов П.А. Особенности состава редкоземельных элементов в металлоносных осадках вблизи гидротермальных зон// Литогенез и рудообразование в океане. Л., 1989. С. 82—91.

41. Чухров Ф.В., Горшков А.И., Дриц В.А. Гипергенные окислы марганца. М.: Наука, 1989.208 с.

42. Юбко В.М., Стоянов В.В., Горелик И.М. Геологическое строение и рудоносность зоны Кларион-Клиппертон Тихого океана. Сов.геол., 1990, №12, с.72-80

43. Юбко В.М., Лыгина Т.И. Возраст железомарганцевых конкреций рудной провинции Кларион-Клиппертон Тихого океана (по геологическим данным). Сб. Геология твердых полезных ископаемых Мирового океана. Геленджик: НИПИ Океангеофизика. 2003. С. 21-46.

44. Burnett B.R., Nielson К.Н. Organic films and microorganisms associated with manganese nodules // Deep-sea Res. 1981. Vol. 28A. N 6. P. 637—645.

45. Burnett B.R., Nielson K.H. Energy dispersive X-ray analysis of the surface of deep-sea ferromanganese nodule // Mar. Geo. 1983. Vol. 53. N 4. P. 313—329.

46. Burns R.G., Burns V.M. Post-depositional metal enrichment processes inside manganese nodules from the North Equatorial Pacific // Earth and Planet. Sci. Lett. 1978. Vol. 39, N 3.P. 341-348.

47. Bybao Caiwang, Zeng Ruijian, Liang Dehua, Liu Fanglan, Zhu Benduo Relationship between seafloor topography-geomoiphology, current and polymetallic nodules distribution. China university of geosciences press. 1997. 77 p.

48. Callender E., Bowser C.J. Manganese and copper geochemistry of interstitial fluids from manganese nodulrich pelagic sediments of the North Eastern Equatorial Pacific Ocean// Amer. J. Sci. 1980. Vol. 10. P. 1063-1096.

49. Chen Jian-lin, Han Xi-qiu, Shen Hua-di On the origin of Polymetallic nodules in deep seas // Oceanologia et limnologia sinica. 1999. Vol. 30. № 3. P.321—326.

50. Ehrlich H.L., Ghiorse W.C., Johnson G.L. Distribution of microbes in manganese nodules from the Atlantic and Pacific ocean.—Dev. Ind. Microbiol. 1972. V. 13. P. 57—65.

51. Murray J., Renard A.F. Deep-sea deposits: Rep. on the sci. results Explor. Voyage Challenger. L.: Eyre and Spottiswoode, 1891. 525P.

52. Nohara H. The geochemistry of manganese nodules from Central Pacific basin // Bull. Geol. Soc. Japan. 1978. Vol. 84, N 6.

53. Schuett С., Ottow J.C.G. Mesophilic and Psychrophilic manganese precipitating bacteria in manganese nodules of the Pacific ocean. -Z. Allg. Microbiol. 1977.B.17. H.8. S.611—616.

54. Sorem R.K., Fewkes R.H. Manganese Nodules: Research Data and Methods of Investigation, Washington, W. IFI, 1979. 722 p.

55. Xu Dongyu, Jin Qinghuan, Liang Dehua. A study of polymetallic nodules in the Central Pacific ocean. Geology 1994. 418 p.

56. Zhu Kechao, Li Zhenshao, He Gaowen The mineral resources of polimetallic nodules in the eastern Pacific ocean. Geology. Bei jing. 2001.206 p.