Настоящая работа посвящена исследованию геолого-геоморфологических условий локализации абиссальных скоплений ЖМК провинции Кларион-Клиппертон, расположенной в Северо-Восточной котловине Тихого океана, с целью выяснения структуры локализованных в ее пределах конкреционных месторождений.
Актуальность проблемы. В соответствии с Морской доктриной Российской Федерации на период до 2020 года одним из важных направлений национальной морской политики является закрепление в рамках полномочий Международного органа по морскому дну прав Российской Федерации на разведку и разработку ресурсов морского дна за пределами юрисдикции прибрежных государств. По состоянию на текущий момент наиболее перспективным для практического освоения видом минерального сырья глубоководных районов дна Мирового океана являются гигантские донно-поверхностные скопления железомарганцевых конкреций (ЖМК), представляющие собой высококачественную руду на никель, медь, кобальт и, остродефицитный для России, марганец. В этой связи, а также с учетом того обстоятельства, что международным органом по морскому дну ООН за Российской Федерацией уже закреплены права на ресурсы ЖМК одного из участков дна зоны Кларион-Клиппертон Тихого океана, разработка надежной геологической основы поисков и разведки промьппленно значимых скоплений ЖМК в пределах зоны представляет собой весьма актуальную проблему.
Решению данной проблемы, ориентированному на расшифровку геологических условий локализации и особенностей пространственного размещения промышленно-значимых скоплений конкреционных руд, посвящена настоящая диссертационная работа.
Цель и задачи работы. Главная цель работы состоит в исследовании геолого-геоморфологических условий локализации глубоководных скоплений ЖМК, региональных и локальных особенностей изменчивости их качественных и количественных характеристик, обосновании модели структуры типового месторождения ЖМК. Поставленная цель определяет следующие задачи:
1. Создать с применением ГИС-технологии геологическую основу исследований, представляющую собой компьютерные графическую и информационную базы данных по глубоководным месторождениям ЖМК Тихого океана;
2. На основе анализа и обобщения результатов комплексных геолого-геофизических исследований провинции Кларион-Клиппертон исследовать региональные и локальные особенности морфотектонической структуры дна, строения осадочной толщи и истории развития районов локализации конкреционных месторождений;
3. Оценить характер и обосновать типизацию факторов, контролирующих формы, размеры и взаимоотношения индивидуальных рудных залежей ЖМК;
4. Осуществить комплексный анализ внутреннего строения конкреционного месторождения, локализованного на площади провинции Кларион-Клиппертон;
5. Оценить возраст формирования глубоководных месторождений ЖМК рудной провинции Кларион-Клиппертон.
Защищаемые положения.
1. Геолого-геоморфологическая структура дна конкрециеносной провинции Кларион-Клиппертон определяется сочетанием разнотипных на региональном и однотипных на локальном уровнях структурных элементов. В региональном масштабе в направлении с востока на запад отчетливо проявлено закономерное усложнение строения осадочного чехла провинции, а также удревнение и понижение гипсометрического уровня его фундамента. В локальном плане структура каждого из фрагментов провинции однотипна и представляет собой чередование линейных положительных и депрессионных структур, простирающихся параллельно друг другу в субмеридиональном направлении.
2. Изменчивость параметров конкрециеносности провинции Кларион-Клиппертон подчинена региональной субширотной зональности, транзитной по отношению к ее геолого-геоморфологической структуре, и проявляется в приуроченности зоны максимальных значений весовой концентрации ЖМК к центральной части провинции и повышении марганцовистости конкреций в южном направлении.
3. Размеры и морфология индивидуальных конкреционных скоплений (рудных залежей), а также положение их границ определяются локальными геоморфологическими условиями в сочетании с определенными типами донно-поверхностных осадочных отложений: рудные залежи приурочены к выположенным участкам рельефа, в пределах которых развиты плиоцен-четвертичные кремнисто-глинистые и глинисто-кремнистые отложения и отсутствуют проявления донной эрозии руслового и площадного характера. Тип локального элемента геолого-геоморфологической структуры дна и мощность осадочного чехла для формирования конкреционного скопления не имеют принципиального значения.
4. История геологического развития районов локализации конкреционных месторождений носит сложный многостадийный характер. Соответствующий современному режим седиментации установился на площади провинции Кларион-Клиппертон не раньше среднего миоцена, формирование железомарганцевых конкреций происходило одновременно с накоплением наиболее молодой части осадочного разреза (кремнисто-глинистые отложения плиоцен-голоценового возраста).
Научная новизна. Впервые на базе новейших данных и с применением современных компьютерных технологий расшифрована локальная структура глубоководных месторождений ЖМК. Детально изучено строение месторождения железомарганцевых конкреций провинции Кларион-Клиппертон и слагающих его индивидуальных рудных залежей, выяснены условия локализации промышленно значимых скоплений ЖМК.
Установлена чрезвычайно важная для создания условий локализации рудных скоплений на площади провинции Кларион-Клиппертон роль среднемиоценового перерыва, повлекшего за собой смену режима осадконакопления в регионе. Сформулированы представления о единстве начального этапа формирования ЖМК провинции Кларион-Клиппертон независимо от их конкретного пространственного положения и связи этого события с завершением среднемиоценовой перестройки дна Тихого океана.
Решены важные прикладные задачи, связанные с созданием (в ГИС-технологии) уникальной цифровой графической базы данных по глубоководным конкреционным месторождениям, включающей графические и информационные материалы о пространственном расположении, геоморфологической и литологической приуроченности рудных залежей ЖМК, их форме, размерах, степени геологического опробования и ресурсах руды, локализованной в пределах залежей. С использованием компьютерных технологий, произведена количественная оценка ресурсного потенциала глубоководных месторождений ЖМК Международного района дна Мирового океана.
Практическая значимость работы. С использованием созданной цифровой графической базы данных по глубоководным месторождениям железомарганцевых конкреций, выполнена оцененка прогнозных ресурсов руды и содержащихся в ней металлов месторождения ЖМК, локализованного в пределах провинции Кларион-Клиппертон.
На основе результатов исследования локальной структуры месторождения ЖМК разработана методика разведки и подготовлены соответствующие методические документы.
Результаты исследований автора по оценке характера конкрециеносности провинции Кларион-Клиппертон неоднократно внедрялись в практику производственных работ ГНЦ «Южморгеология» в виде рекомендаций по направлениям исследований и выбору объектов на океаническом дне с целью поисков и разведки месторождений ЖМК.
Фактический материал. Основой работы послужили результаты выполненного автором комплексного анализа материалов экспедиционных работ, проведенных НПО «Южморгеология» в Тихом океане на площади провинции Кларион-Клиппертон с 1981 по 2003 г. г. В состав проанализированной информации входят данные геологического опробования и материалы дистанционных исследований (непрерывного донного фотопрофилирования, придонной гидроакустической съемки и многолучевого эхолотирования). В общей сложности проанализирована первичная информация по 14 825 станциям донного опробования, 350 фотопрофилям общей протяженностью более 15 ООО км, что составляет более 500 ООО фотокадров, а также материалы придонной гидроакустической съемки общей протяженностью около 16 ООО км и многолучевого эхолотирования на площади более 75 тыс. км2. Кроме этого привлечена опубликованная информация о характере конкрециеносности рассматриваемых регионов.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на 6, 8, 9 Всесоюзной (Геленджик, 1984, 1988, 1990) и 10, 11, 12, 13, 14, 15 (Геленджик, 1992, 1994, Москва, 1997, 1999, 2001, 2003) Международной школах морской геологии, 1 научно-технической конференции «Комплексные геолого-геофизические исследования Мирового океана» (Геленджик, 1986), 3 Тихоокеанской школе по морской геологии, геофизике, геохимии (Владивосток, 1987), 3 съезде советских океанологов (Ленинград, 1987), Международном Тихоокеанском конгрессе морских наук и технологий PACON (Москва, 1999), Всероссийском съезде геологов (Санкт-Петербург, 2000), 7 Международной конференции по тектонике плит им. Л. П. Зоненшайна (Москва, 2001), 2 Международной конференции и выставке по разработке новых технических средств и технологий для работ на шельфе и в Мировом океане (Геленджик, 2001), Международной конференции Minerals of the Осеап (Санкт-Петербург, 2002, 2004), Совещании МОД ООН Workshop on the Establishment of, а Geological Model of the Polymetallic Nodule Resources in the Clarion-Clipperton Zone (Фиджи, 2003).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 работ, в том числе 3 монографии (в соавторстве), 5 статей и тезисы 25 докладов. Автор является соисполнителем 14 отчетов по НИР и ГРР по теме диссертации, в 2 из них — ответственным исполнителем.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения и содержит 204 страницы текста, 109 рисунков, 13 таблиц. Список использованной литературы включает 121 наименование.
Результаты исследования региональных и локальных особенностей характера конкрециеносности провинции Кларион-Клиппертон позволяют приблизиться к проблеме генезиса океанических железомарганцевых образований и на основании геологических данных оценить их возраст и скорость формирования.
Известны многочисленные определения скоростей роста железомарганцевых конкреций на базе биостратиграфического, палеомагнитного, палеотемпературного, геохронологического методов, датирования эффузивных ядер по степени палагонитизации, потоков изотопов инертных газов и др. В результате сформировались два диаметрально противоположных представления о скорстях протекания этого процесса. В рамках первого представления, скорости роста абиссальных конкреций характеризуются чрезвычайно низкими значениями, соответствующими преимущественно первым миллиметрам в миллион лет (Андреев, Куликов, 1987; Батурин, Савенко, 1989; Власова, 1991; Куликов, 1986,1988; Скорнякова и др, 1991; Heye, 1978,1979; Lyie е.а., 1982 и др.). Второй взгляд на эту проблему предполагает гораздо более быстрый рост конкреционных образований (Волохин, 1990; Кронен, 1982; Пунин и др., 1995; Finney е.а., 1984; Reyss е.а., 1982; Usui е.а.-1987).
Для определения возраста формирования железомарганцевых конкреций в разное время были предприняты попытки датирования отдельных слоев разреза ЖМК на основе биостратиграфических и изотопных определений. Так, Xu Dongyu приводит результаты определения возраста трех основных слоев, слагающих разрез ЖМК провинции Кларион-Клиппертон, полученные на основе микропалеонтологических анализов по трем типам микрофоссилий — радиоляриям, диатомеям и известковым нанофоссилиям (Xu Dongyu, 1997). Согласно этой работе, китайские исследователи Han Changui е.а. относят наиболее древний период роста конкреций (слой I) к интервалу от позднего эоцена до середины раннего миоцена. Второй слой датирован возрастным интервалом от начала среднего до конца позднего миоцена. Формирование Ш слоя отнесено к плиоцен — плейстоценовому периоду. Представленные в этой же работе (Xu Dongyu, 1997) результаты определения абсолютного возраста формирования двух конкреций из провинции Кларион-Клиппертон на основе K-Ar метода позволили датировать их первый (наиболее древний) слой возрастным интервалом от 26,9 до 32,7 млн. лет, что соответствует среднему и позднему олигоцену. Датирование образцов конкреций по 10Ве определяет возраст второго слоя в 6 млн. лет (поздний миоцен), а третьего — от 4 до 6 млн. лет (ранний плиоцен).
Изучение возраста ЖМК провинции Кларион-Клиппертон М. С. Барашем и.
С.Б.Кругликовой, проведенное на основе комплекса радиолярий, содержащихся в конкрециях, также показало, что процесс конкрециеобразования не был приурочен к одному интервалу (Бараш, Кругликова, 1994). На основании своих результатов, авторы исследований тоже выделяют три основных периода конкрециеобразования: поздний эоцен — ранний олигоцен, поздний олигоцен — ранний миоцен и плиоцен — четвертичное время.
Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о достаточно древнем возрасте этапа начала формирования абиссальных конкреций, относящемся к интервалу поздний эоцен — ранний миоцен.
В то же время известны оценки возраста железомарганцевых конкреций, свидетельствующие об их более молодом возрасте. К числу таких работ относятся, например, работы французских исследователей М. Жанин и А. Персон (Janin, Person, 1986), проводивших биостратиграфические исследования конкреций и осадков провинции Кларион-Клиппертон. На основе изучения распределения кремнистых микроископаемых (радиолярий и диатомей), этими авторами сделан вывод о том, что изученные ими конкреции (по крайней мере, их внешняя, наиболее мощная часть) сформировались во время отложения фаций цеолитовых глин (поздний миоцен — плиоцен) и этмодискусовых илов позднеплиоценового или плейстоценового возраста.
Недавно опубликованные результаты биостратиграфических исследований, выполненных В. В. Шиловым на основе послойного изучения видового состава комплексов радиолярий (Мельников и др., 2003), также датируют внешние, наиболее мощные оболочки конкреций (зоны I-IV) плиоцен-четвертичным временем, а их ядра, представленные обломками древних конкреций, — миоценом (с предположительной датировкой олигоценом наиболее древних внутренних ядерных зон).
Необходимо заметить, что в условиях достаточно высокой степени изменчивости качественных и количественных параметров конкрециеносности даже в пределах элементарного рудного скопления (в зависимости от положения в геоморфологической структуре дна, характера осадочного разреза и особенностей литои гидродинамической обстановки) первостепенную важность при интерпретации результатов биостратиграфических исследований приобретает вопрос о наличии точной информации о геоморфологической (и, как следствие, стратиграфической) привязке точки отбора пробы.
Дело в том, что, как было показано в предыдущих разделах, в пределах одной и той же залежи в разных ее частях развиты конкреции разных фациальных разновидностей: в общем случае конкреции фациальной разновидности «С» приурочены к выположенным участкам субгоризонатальных ступеней рельефа с полным разрезом осадочного чехла и зачастую при этом с высокой (до 50−60 м) мощностью плиоцен-четвертичных отложений, а конкреции разновидности «А» — к окраинным участкам этих ступеней, связанным с зонами сокращения общей мощности осадочного разреза и главное — слоя плиоцен-четвертичных осадков, залегая обычно в непосредственной близости к выходам более древних слоев карбонатного состава. В этой связи необходимо учитывать, что если станция отбора пробы пришлась на район бровки перегиба склона, где плиоцен-четвертичные осадки маломощны, а процессы эрозии проявлены особенно интенсивно, то в условиях эрозионного размыва древних осадков, имеются все предпосылки для включения в состав растущих конкреций микрофоссилий, развитых на предыдущих стадиях осадконакопления, причем в значительных количествах.
В этом свете результаты биостратиграфических исследований уже упомянутых выше М.-СЬ. 1ашп, А. Регеоп (1986), проведенных с учетом местоположения в рельефе дна точек отбора проб, представляются наиболее достоверными. На основании сравнительного микропалеонтологического анализа конкреций и вмещающих осадков, авторы делают вывод о том, что «рост конкреций из обеих геоморфологических обстановок (из днищевой части впадины и с вершинной поверхности платообразной возвышенности) происходил позже отложения последних кокколитовых илов, датированных ранним миоценом, т.к. никаких следов известковых нанофоссилий в рудных образованиях не прослеживается, даже для образца, близкого к карбонатному обнажению бровки склона». Конкреция плато и внутренняя часть конкреций долины, по выводу авторов, являются современниками фации цеолитовых глин и имеют возраст формирования в интервале между концом раннего миоцена и плио-плейстоценом. Развитие внешней части конкреций долины, обусловливающей их крупный размер, связано с отложением этмодискусовых илов, характерных для периода конца плиоцена — плейстоцена. Более того, учитывая широкое развитие во внешней оболочке фазы «сетчатых окислов», авторы высказывают предположение о прямом влиянии необычной микросреды гигантских диатомей ЕМтосНясш на способ и скорость роста марганцевых слоев.
В последнее время появились сообщения о новом способе определения скоростей роста и возраста ЖМК, основанном на анализе потоков изотопов инертных газов, транспортируемых космической пылью (Ануфриев, Болтенков, 1996,1997). На основе анализа изотопных составов гелия и неона в образцах железомарганцевых конкреций из провинции Кларион-Клиппертон авторами получены выводы о том, что скорости роста исследованных конкреций лежат в диапазоне от 1 до 5 мм/тыс. лет, т. е. на три порядка превышают традиционные представления о скоростях формирования ЖМК. Исследованиями доказана несостоятельность представлений о постоянстве скорости роста конкреций, лежащих в основе определения возраста конкреций посредством применения традиционных вариантов радиоактивных изотопов. Авторами предложена новая концепция определения скоростей и возраста ЖМК и глубоководных океанических илов, основанная на использовании потоков радиоизотопов, которые в этом случае дают те же величины скоростей роста, т. е. ~ 1 мм/тыс. лет. Таким образом, проведенные исследования позволяют оценить возраст конкреций интервалом от 5 до 20 млн. лет.
В настоящей работе предпринята попытка оценить возраст железомарганцевых конкреций провинции Кларион-Клиппертон на основании анализа геологических данных. Результаты исследования характера конкрециеносности провинции на региональном и локальном уровне, представленные выше, были рассмотрены в трех аспектах:
• оценка возраста железомарганцевых конкреций на основе особенностей строения и возраста осадочных образований, служащих субстратом для ЖМК;
• оценка возраста железомарганцевых конкреций на основе особенностей внутреннего строения конкреционных образований;
• оценка возраста железомарганцевых конкреций на основе реконструкций палеоокеанологических условий формирования скоплений ЖМК.
Оценка возраста железомарганцевых конкреций на основе особенностей строения и возраста осадочных образований, служащих субстратом для ЖМК.
Постановка работ по первому направлению основывается на представлениях о том, что конкреционные образования не могут быть древнее вмещающего их субстрата. Результаты, представленные в предыдущих разделах, показывают, что для восстановления истории развития данного региона и оценки возраста локализованных в его пределах скоплений ЖМК особенно важное значение имеют такие особенности геологического строения и характера конкрециеносности провинции, как:
— существование в структуре осадочной толщи региональной поверхности несогласия, имеющей эрозионную природу и маркирующей среднемиоценовый перерыв в осадконакоплении;
— отсутствие связи характера конкрециеносности с типом и мощностью доэрозионных образованийотсутствие связи характера конкрециеносности с мощностью пост-эрозионных осадков.
Формирование эрозионной поверхности связывается с периодом структурной перестройки дна, которая обусловила омоложение структурных элементов фундамента, заложившихся на более ранних этапах развития. Рассматриваемый этап представляет собой один из проявляющихся в региональных и трансрегиональных масштабах периодов вулкано-тектонической активизации внутриплитных районов океанского дна. Указания на связь среднемиоценового перерыва с одной из фаз вулкано-тектонической активизации и с рубежом перестройки Тихоокеанской плиты имеются в работе И. А. Басова (Басов, 1989).
Наиболее ярко эти геологические события отразились в структуре осадочной толщи восточной части провинции. Их последовательность представляется следующим образом. В восточной части провинции вплоть до верхнего олигоцена-нижнего миоцена накапливались нанопланктонные карбонатные илы на палеоглубинах, отвечающих интервалу между лизоклином и ЮЖ. В среднем миоцене проявилась структурная перестройка, связанная с режимом растяжения земной коры и проявившаяся в возникновении субмеридиональных зон мелкоамплитудных сбросов, затрагивающих осадки, за которой последовал этап интенсивной придонной эрозии, обрушения склонов, формирования эрозионных русел. В развитии эрозионных процессов сыграло роль резкое усиление гидродинамической активности, связанное с глобальными климатическими изменениями, в частности, с формированием ледникового покрова Антарктиды (Блюм, Соколова, 1987; Ujiie, 1984). Влияние этих изменений на условия седиментации выразилось в повышении скоростей придонных течений (до 10−15 см/с) при одновременном снижении температуры придонных вод и повышении уровня КГК. В результате в среднемиоценовое время произошла смена режима осадконакопления. Постэрозионные отложения представлены иным, чем доэрозионные, типом (кремнисто-глинистые радиоляриевые илы и цеолитизированные глины), их наиболее древний возраст относится к позднему миоцену-плиоцену. В западной части провинции осадконакопление к этому времени шло уже на глубинах, превышающих КГК, и литофациальный тип отложений остался прежним, а отмечающееся в разрезе несогласие имеет стратиграфический и структурный характер. Т. о., соответствующий современному режим седиментации установился на площади провинции не раньше среднего миоцена.
Выявленные закономерности в распространении ЖМК на локальном уровне, проявляющиеся в приуроченности этих образований к участкам развития только постэрозионных осадков, позволяют сделать вывод о том, что они сформировались после эрозионного перерыва и имеют возраст не древнее позднего миоцена — голоцена. Связь же участков рудопроявления ЖМК с осадками наиболее молодой, плиоцен-голоценовой части осадочного разреза — отложениями верхнего подкомплекса сейсмокомплекса А, свидетельствует о том, что формирование конкреций происходило одновременно с накоплением осадков этого возраста и относится к плиоцен-голоценовому периоду.
Оценка возраста железомарганцевых конкреций на основе особенностей внутреннего строения конкреционных образований.
Второе направление исследований связано с изучением вопроса о наличии связи между характером конкрециеносности в пределах рудной провинции Кларион-Клиппертон и возрастом ее коренного ложа. Выше было показано, что для провинции характерно направленное изменение возраста ее коренного ложа, увеличивающегося от 10 млн. лет у восточной границы провинции до 100 млн. лет — у западной (van Andel, Heath, 1973; Magnetic lineations., 1989). Исходя из факта удревнения коренного ложа провинции в западном направлении, логично было бы предположить, что существует сходная по характеру, хотя и отличающаяся по значениям тенденция в изменении возраста распространенных здесь ЖМК. Соответственно, в этом случае следовало бы ожидать увеличения весовой концентрации ЖМК, отражающей масштабы и продолжительность рудонакопления, а также размеров отдельных конкреционных образований и усложнения их структуры в направлении с востока на запад.
Как указывалось выше, пространственная изменчивость количественных и качественных характеристик скоплений ЖМК в пределах провинции действительно имеет место, при этом наибольшей изменчивости подвержены такие параметры ЖМК, как их размеры и весовая концентрация. Однако региональные планы изменчивости каждого из этих параметров хотя и носят сходный между собой характер, но коренным образом отличаются от плана изменчивости возраста коренного ложа, а именно: пространственное распределение размеров и весовой концентрации ЖМК отвечает широтной зональности, в то время как план изменчивости возраста коренного ложа характеризуется западным градиентом.
Результаты анализа характера изменчивости внутренней структуры конкреционных образований в пределах провинции также не подтвердили вышеупомянутую гипотезу. Детальные микростратиграфические и микроструктурные исследования ЖМК провинции Кларион-Клиппертон (Sorem, Fewkes, 1979; Лунин и др., 1995; Юбко, 2000 фАвдонин, Сергеева, 2003 и др.) свидетельствуют о высокой степени сложности строения конкреционных образований и многостадийности их роста, с проявлением в их внутренней структуре элементов, соответствующих периодам рудонакопления, деструкции и эрозии. В строении ЖМК выделяется до 11 зон и четырех структурных несогласий (рис. 5.1). Иными словами, реконструируется четыре периода активных деструктивных процессов, протекавших с растворением и нарушением сплошности ЖМК, их раскалыванием.
Однако в результате изучения пространственного распределения микроструктурных характеристик ЖМК по площади провинции (проанализированы данные различных источников) какой-либо упорядоченности в их изменчивости не обнаружено (рис. 5.2). Степень сложности строения конкреций (количество выделенных зон и деструктивных поверхностей) в западном направлении не увеличивается, то есть, признаки удревнения.
Рис. 5.1 Пример внутреннего строения конкреций (результаты микростратиграфического анализа, выполненного в ЮРГТУ, по Юбко, 2000 ф) а — ЖМК в срезеб — прорисовка среза, номерами промаркированы зоны и подзоны, стрелками показана ориентировка ЖМК в ил на момент формирования данных зон и подзонв — параллельное стратиграфическое несогласиег — структурное стратиграфическое несогласие с базальным слоем (выделен пунктиром) на границе обломка древней ЖМК ою.
LO.
Рис, 5.2 Характер пространственного распределения элементов внутренней структуры ЖМК в пределах провинции Кларион-Клиппертон, по данным ГНЦ «Южморгеология» (звездочки), Sorem, Fewkes, 1979 (пункты).
Цифрами показано количество структурных зон в разрезе ЖМК возраста ЖМК в западном по отношению к ВТП направлении отсутствуют.
Иными словами, в пределах провинции не выявлено пространственной изменчивости параметров конкрециеносности, соответствующей по своему характеру изменчивости возраста ее коренного ложа.
Оценка возраста железомарганцевых конкреций на основе реконструкций палеоокеанологических условий формирования скоплений ЖМК.
В рамках третьего направления была сделана попытка реконструкции палеоокеанологических условий формирования скоплений ЖМК. Дело в том, что решение вопросов, связанных с проблемой генезиса железомарганцевых конкреций, традиционно основывается на анализе современных условий их локализации. В то же время в рамках существующих концепций преобладают представления о том, что процесс формирования данных рудных образований имеет черезвычайно низкоскоростной и весьма продолжительный (десятки миллионов лет) характер. Очевидно, что в таком подходе заключается явное противоречие. С позиций современных геодинамических представлений, подход к решению генетических проблем рудообразования требует учета изменений как географического положения районов проявления этого процесса, так и условий его реализации.
Реконструкция палеоокеанологические условия формирования крупномасштабных рудных полей ЖМК, локализованных в современной структуре дна Тихого океана в пределах площади Тихоокеанской плиты, была выполнена с применением компьютерной программы палеореконструкций Тихоокеанской плиты, составленной В. М. Юбко (Юбко, 2000 ф) и реализующей методику ее вращений, по способу, описанному в работе Л. П. Зоненшайна и М. И. Кузьмина (Зоненшайн, Кузьмин, 1993). Программа предусматривает также расчет палеоглубин дна по методике, разработанной этими же авторами (Савостин и др., 1980).
Результаты выполненных реконструкций позволили определить положение границ рудных полей ЖМК Тихоокеанской плиты на периоды 5, 10, 15 и 20 млн. лет назад. Параллельно проанализированы соответствующие схемы климатической зональности Тихого океана (Блюм, Соколова, 1987), а также палеопозиция структурных элементов дна Тихоокеанской плиты, отражающих положение осевой части рифтовой зоны ВТП, основных разломов и батиметрических уровней отдельных ее частей.
Результаты реконструкций приведены на рисунках 5.3 — 5.12. На рис. 5.3 и 5.8 показано современное положение рудных полей ЖМК, на других рисунках — проекция современных контуров границ полей ЖМК на палеоструктуру дна Тихоокеанской плиты на тот или иной период (5, 10, 15 и 20 млн. лет назад) в абсолютной системе координат. В этой ялифорнийское слокаи:
Центрально-Тихоокеанское^,.
Кл, а р и о н — Кп и ппертон: СамоаИЙК /У//////У/% | ихоокеанскоез:
— Маркизское.
Васточно-| Перуанское] гМенарда, а Шз ^ га".
Рис. 5.3 Позиция рудных полей ЖМК в структуре современной климатической зональности Тихого океана Схема климатической зональности дана по Блюм Н. С., Соколовой Е. А., 1987. Климатические зоны: 1 — субполярная и полярная- 2 — умеренная- 3 — субтропическая- 4 — тропическая- 5 — экваториально-тропическая- 6 — экваториальная- 7 — рудные поля ЖМК.
Рис. 5.4 Реконструкция положения рудных полей ЖМК в структуре климатической зональности Тихого океана в конце позднего миоцена (5 млн. лет назад) Условные обозначения на рис. 5.3.
ОО.
Рис. 5.5 Реконструкция положения рудных полей ЖМК в структуре климатической зональности Тихого океана в конце среднего миоцена (10 млн. лет назад) Условные обозначения на рис. 5.3.
Рис. 5.6 Реконструкция положения рудных полей ЖМК в структуре климатической зональности Тихого океана в конце раннего миоцена (15 млн. лет назад) Условные обозначения на рис, 5.3.
Рис. 5.7 Реконструкция положения рудных полей ЖМК в структуре климатической зональности Тихого океана в начале раннего миоцена (20 млн. лет назад) Условные обозначения на рис. 5.3.
Рис. 5.8 Положение границ рудных полей ЖМК в современной структуре дна Тихоокеанской плиты.
Интервалы глубин: 1-от 2600 до 3500 м- 2 — от 3500 до 4500 м: 3-от 4500 до 5500 м- 4 — от 5500 до 6000 м- 5 — глубже 6000 м- 6 — подводные горы- 7 — рудные поля ЖМК.
Рис, 5.9 Проекция современных границ рудных полей ЖМК на палеоструктуру дна Тихоокеанской плиты: (5 млн. лет назад).
00 чО.
Рис. 5.10 Проекция современных границ рудных полей ЖМК на палеоструктуру дна Тихоокеанской плиты: (10 млн. лет назад).
Рис. 5.11 Проекция современных границ рудных полей ЖМК на палеоструктуру дна Тихоокеанской плиты: (15 млн. лет назад).
0 о.
Рис. 5.12 Проекция современных границ рудных полей ЖМК на палеоструктуру дна Тихоокеанской плиты: (20 млн. лет назад) же системе показаны соответствующие схемы климатической зональности Тихого океана (Блюм, Соколова, 1987) и положение в них рудных полей ЖМК.
Анализ положения полей ЖМК в структуре палеоклиматической зональности на периоды позднего, среднего и раннего миоцена показал, что в эти периоды, как и на современном этапе, рудные поля локализовались в пределах субтропической, тропической и экваториально-тропической климатических зон. Иными словами, ограничений со стороны климатического фактора для формирования существующих полей ЖМК на этих этапах не выявлено. Однако анализ положения границ рудных полей ЖМК в современной и палеоструктуре дна Тихоокеанской плиты (рис. 5.8−5.12) показывает, что проекции современных контуров ряда полей на периоды 15 и 20 млн назад в значительной мере характеризуются неблагоприятными (батиметрически выше уровня КГК), или вовсе исключающими возможность формирования ЖМК (осевая зона ВТП) палеоусловиями локализации.
Результаты выполненных палеореконструкций хорошо укладываются в рамки представлений, сформировавшихся по итогам исследований по двум другим направлениям. Как было показано выше, полученные по ним данные указывают, во-первых, на особое значение временного интервала среднемиоценовой перестройки дна Тихого океана как рубежа, с которого начался современный этап формирования ЖМК, и во-вторых — на отсутствие признаков удревнения возраста ЖМК в западном по отношению к ВТП направлении. Таким образом, полученные результаты служат достаточно веским аргументом в пользу представлений о единстве начального этапа формирования ЖМК провинции Кларион-Клиппертон независимо от их конкретного пространственного положения. Возраст этого этапа не может превышать возраста коренного ложа океанского дна у восточной границы рудной провинции, т. е. 10 млн. лет. Инициальный момент формирования крупномасштабных скоплений ЖМК провинции совпадает с завершением среднемиоценовой перестройки дна Тихого океана, т. е. не ранее 15 млн. лет назад, а приобретение конкреционными полями современной конфигурации приходится на период 10−5 млн. лет назад.
Полученные выводы хорошо согласуются с оценками возраста конкреций провинции Кларион-Клиппертон на основе биостратиграфического датирования (Janin, Person, 1986; Алексеева, 1988; Мельников и др., 2003), согласно которым внешние, наиболее мощные оболочки конкреций датируются плиоцен-четвертичным временем.
Защищаемое положение.
4. История геологического развития районов локализации конкреционных месторождений носит сложный многостадийный характер. Соответствующий современному режим седиментации установился на площади провинции Кларион-Клиппертон не раньше среднего миоцена, формирование железомарганцевых конкреций происходило одновременно с накоплением наиболее молодой части осадочного разреза (кремнисто-глинистые отложения плиоцен-голоценового возраста).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
На основе комплексного анализа материалов экспедиционных геолого-геофизических работ, проведенных за более чем 20-летний период на площади тихоокеанской провинции Кларион-Клиппертон, с привлечением опубликованной информации, изучены геолого-геоморфологические условия локализации глубоководных скоплений ЖМК в данном регионе.
Геологической основой для исследований послужила созданная в процессе работ автоматизированная база данных по глубоководным месторождениям железомарганцевых конкреций Тихого океана, разработанная в ГИС-технологии и представляющая собой совокупность цифровых баз данных (информационной и многослойной графической).
В результате выполненных исследований установлены региональные и локальные особенности морфотектонической структуры дна, строения осадочной толщи, изменчивости качественных и количественных характеристик разноранговых скоплений ЖМК, развитых в пределах провинции.
Изучение геологического строения и характера конкрециеносности региона на материалах крупномасштабных детализационных работ позволило расшифровать структуру конкреционных месторождений, локализованных на площади провинции, и выявить факторы, контролирующие формы, размеры и взаимоотношения индивидуальных рудных залежей ЖМК.
С применением разработанной автором оригинальной методики оконтуривания, осуществляемого на базе комплексного анализа данных контактных и дистанционных методов, детально изучено внутреннее строение конкреционного месторождения, локализованного на площади провинции Кларион-Клиппертон, и слагающих его индивидуальных рудных залежей, выявлены участки, перспективные для дальнейших исследований с целью последующей разработки.
Основными научными результатами выполненных исследований являются следующие выводы:
1. Региональные планы изменчивости количественных и качественных характеристик скоплений ЖМК, подчиненные широтной зональности, ортогональны региональному плану геолого-геоморфологической структуры дна и возраста коренного ложа провинции Кларион-Клиппертон, характеризующемуся западным градиентом.
2. В пределах отдельного месторождения, как и на площади провинции в целом, изменчивость весовых концентраций ЖМК и содержаний их рудных компонентов на региональном уровне контролируется характером металлогенической зональности провинции Кларион-Клиппертон, проявляющейся в приуроченности зоны максимальных значений весовой концентрации ЖМК к центральной части провинции и повышении марганцовистости конкреций в южном направлении. Батиметрические и геоморфологические условия различных районов провинции не являются главными факторами, определяющими их характер конкрециеносности.
3. Наиболее важным фактором, определяющим структуру месторождения ЖМК, а также морфологию, размеры и внутреннее строение индивидуальных рудных залежей являются локальные геолого-геоморфологические условия поверхности дна. Рудные залежи приурочены к выположенным участкам рельефа, в пределах которых развиты плиоцен-четвертичные кремнисто-глинистые и глинисто-кремнистые отложения и отсутствуют проявления донной эрозии руслового и площадного характера. Тип локального элемента геолого-геоморфологической структуры дна и мощность осадочного чехла для формирования конкреционного скопления не имеют принципиального значения.
4. Однотипность структуры конкреционных месторождений провинции Кларион-Клиппертон определяется линейно-блоковым характером локальной структуры коренного ложа на всей ее площади. Структура месторождений провинции представляет собой систему линейных рудных залежей с преобладающей субмеридиональной ориентировкой. Размеры рудных тел в поперечном сечении варьируют от первых сотен метров до первых километров, в отдельных случаях достигая 10−15 км и более. Протяженность рудных скоплений составляет десятки километров, нередко превышая 100−130 км.
5. Внутри рудных залежей прослеживается изменчивость распределения абсолютных количеств ЖМК и их качественных характеристик, обусловленная геолого-геоморфологической позицией отдельных элементов структуры залежи. Изменчивость весовых концентраций по направлению вкрест простирания залежи носит более интенсивный характер, по сравнению с изменчивостью вдоль ее простирания.
6. Изучение истории развития районов локализации конкреционных месторождений дает основание считать, что начальный этап формирования ЖМК провинции Кларион-Клиппертон был единым, независимо от их конкретного пространственного положения. Период формирования скоплений ЖМК на всей площади провинции связан с пост-среднемиоценовым этапом развития.
Дальнейшее уточнение представлений о характере распределения конкреционных руд и их основных промышленных типов (в качестве которых выступают фациальные разновидности железомарганцевых конкреций) в пределах индивидуальных залежей возможно только по результатам работ разведочной стадии, проведение которых, в соответствии с Контрактом, заключенным Российской Федерацией с Международным органом по морскому дну, должно начаться с 2007 г. Их главной целью является уточнение сведений о запасах, качестве конкреций, их технологических свойствах и горногеологических условиях эксплуатации месторождения по его отдельным конкрециеносным участкам или залежам и подготовка месторождения к промышленному освоению.
Представления о локальной структуре конкреционных месторождений провинции Кларион-Клиппертон, полученные в результате настоящих исследований, являются надежной геологической основой для проведения дальнейших геолого-разведочных работ разведочной стадии и базой для решения практических и методических вопросов, таких как выделение первоочередных для проведения разведки объектов, разработка методики разведки, уточнение видов, объемов и плотностей сетей наблюдений и т. д.
Результаты оконтуривания на площади месторождения, локализованного в центральной части провинции, обеспечивают возможность достоверной оценки прогнозных ресурсов конкреционных руд и полезных компонентов по месторождению в целом и по отдельным его залежам, а также выделения участков месторождения, наиболее перспективных как по количеству сосредоточенных в их пределах руд, так и по качественному их составу.
Сформулированные в рамках данного исследования представления о региональных и локальных факторах, контролирующих характер конкрециеносности дна провинции Кларион-Клиппертон, позволяют осуществлять прогноз в отношении перспектив на наличие скоплений ЖМК в других районах Мирового океана, находящихся в сходных геологических условиях (Центральная котловина Тихого океана, Центральная и Западно-Австралийская котловины Индийского океана).
