Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 505, № 2, стр. 159-164

Железомарганцевые образования (ЖМО) на дне океана привлекают внимание геологов в связи со значительным содержанием никеля, меди, кобальта и ряда других ценных металлов [1]. Изучение ЖМО способствует углублению знаний о рудогенезе как таковом и о более масштабных процессах, в рамках которых он реализуется, – гидротермальном, седиментационном и/или постседиментационном.

Среди морей, омывающих берега России, широким развитием железомарганцевой минерализации характеризуется Японское море. ЖМО здесь представлены, за редким исключением, низкотемпературными гидротермальными, гидротермально-осадочными (гидротермально-гидрогенными) марганцевыми корками [2–7]. Они драгированы с привершинных частей вулканических построек, расположенных в глубоководных котловинах (глубина драгирования — 1000–2800 м). Главными рудными минералами ЖМО являются бёрнессит и тодорокит, иногда встречаются пиролюзит и безжелезистый вернадит [2–6].

Материалом для нашего исследования послужили двенадцать образцов ЖМО с одной из безымянных вулканических построек на крупной подводной возвышенности Криштофовича (плато Уллын) в юго-западной части Японского моря (рис. 1). Возвышенность характеризуется корой континентального типа и сложена породами различного возраста и генезиса [8, 9]. Вулканические постройки в ее пределах сложены вулканическими породами окраинно-континентального типа (изначально описаны как породы трахиандезитового комплекса) [8]. Эти породы представлены главным образом андезитами, дацитами и более кремненасыщенными разностями, а также туфами разного состава. Образцы ЖМО драгированы в 30-м рейсе нис “Первенец” (1978 г.) на станции 1635 с глубины 1300–1350 м и в настоящее время являются частью коллекции отдела геологии и геофизики ТОИ ДВО РАН. Анализы выполнены в лабораториях Центра коллективного пользования ДВГИ ДВО РАН.

Рис. 1.

Карта дна Японского моря с указанием наиболее крупных морфологических элементов его внутренней части, в том числе возвышенности Криштофовича с безымянной вулканической постройкой, на которой драгирован фактический материал (красный квадрат с белым кружком).

Визуально ЖМО разделены нами на две примерно равные по количеству образцов группы – стяжения (1) и корки (2). Ориентиром для определения верхней части образцов обычно выступала более бугристая поверхность, связанная с относительно свободным ростом марганцевых минералов (почковидные выделения оксигидроксидов марганца), и/или присыпка донных осадков. В ряде случаев отмечены плоскости отрыва, указывающие на принадлежность к основной, более крупной рудной корке (залежи?).

(1) Средний размер стяжений – 30 × 30 × 25 мм. Форма преимущественно овальная. Верхние части образованы тодорокитом, иногда с примесью вернадита, нижние части охристые, гётитовые (рис. 2, обр. 1635/7-9 – общий вид). В зонах контакта, на срезе, хорошо прослеживается характер перехода железистой фазы в марганцевую – четко очерченные и “расплывающиеся” пятна гётита в однородной массе тодорокита (рис. 2, обр. 1635/7-9 – укрупненный вид под бинокуляром). Есть стяжения, где центральная часть тодорокитовая, а периферическая – гётитовая, и наоборот (рис. 2, обр. 1635/7-2, обр. 1635/7-8).

Рис. 2.

Внешнее и внутреннее строение железомарганцевых образований безымянной вулканической постройки на возвышенности Криштофовича, Японское море. 1а – гётит, плотная разновидность; 1б – гётит, землистая разновидность; 2 – тодорокит; 3 – пятна гётита в зоне контакта с тодорокитом. Граница между участками с разным строением и минеральным составом не всегда четкая либо имеет сложные очертания, поэтому нанесена условно.

(2) Средний размер корок – 40 × 30 × 15 мм. Они бывают двух типов. Преобладают слоистые, сложенные гётитом и тодорокитом, иногда с примесью вернадита (марганцевые минералы присутствуют в резко подчиненном количестве). Из их числа выделяется одна чистая гётитовая корка. В ее сколе среди землистой гётитовой массы видны прослои темного, почти черного цвета с матовым до алмазного блеском, которые представлены плотным массивным гётитом (рис. 2, обр. 1635/7-3). Второй тип корок – условно мономинеральные тодорокитовые образования темно-серого, темно-коричневого, черного цвета (рис. 2, обр. 1635/7-6).

Минералогические особенности изученных образцов находят отражение в их химическом составе. Преимущественно гётитовая масса отличается высоким содержанием железа при пониженном содержании почти всех макро- и микроэлементов. Главное исключение составляют фосфор, мышьяк. Преимущественно тодорокитовая масса обогащена марганцем, калием, натрием, магнием, из микроэлементов – в первую очередь барием, стронцием, кобальтом, никелем, ванадием, молибденом, свинцом, медью и редкоземельными элементами (РЗЭ). И в марганцевых, и в железистых фазах отмечается положительная аномалия церия и отрицательная – европия. На рис. 3 и в табл. 1 дана информация о двух образцах, наиболее контрастных по своему минеральному и химическому составу.

Рис. 3.

Рентгенограммы рудного вещества в составе железомарганцевых образований безымянной вулканической постройки на возвышенности Криштофовича, Японское море. Анализ выполнен методом порошковой рентгеновской дифракции на приборе MiniFlex (Rigaku, Япония).

То, что главным марганцевым минералом ЖМО оказался тодорокит, – вполне ожидаемый результат [2–6]. Иначе дело обстоит с гётитом. В качестве основного, рудообразующего минерала он диагностирован в Японском море впервые. Тем не менее и тодорокит, и гётит являются типичными минералами гидротермальных ЖМО океана [10].

Характер локализации (прижерловая, склоновая фации), строение и вещественный состав ЖМО безымянной вулканической постройки на возвышенности Криштофовича дают основание предполагать следующий сценарий рудообразования. На стадии затухания вулканической деятельности и развития гидротермальной системы к поверхности дна по трещинам и разломам, сосредоточенным в прижерловой части вулканической постройки, стали поступать растворы, обогащенные относительно морской воды целым рядом элементов, в том числе железом, марганцем. Обогащение происходило, очевидно, за счет выщелачивания вмещающих пород [11]. При выходе гидротермального раствора на поверхность дна железо в виде оксигидроксидов, за счет своей более высокой реакционной способности, осаждалось прежде марганца. Таким образом вблизи источника формировались гётитовые корки. Привершинная (прижерловая) часть постройки почти лишена рыхлого вулканокластического, осадочного материала, поэтому на жесткой ровной поверхности вулканических пород формировались именно корки. Оксигидроксиды марганца в составе плюма могли мигрировать на некоторое расстояние от источника. Их выпадение из гидротермального раствора происходило как в верхней, так и в средней части склонов постройки. В первом случае формировались стяжения с нижней гётитовой и верхней тодорокитовой частью (чем ближе к источнику, тем бóльшую мощность и чистый состав они имели), во втором – корки, представляющие собой пропитанный оксигидроксидами марганца обломочный материал (соотношение рудной и терригенной компонент сильно варьирует). Пропитка могла происходить и “снизу” (диффузное просачивание гидротермального раствора сквозь коренные породы с выходом в рыхлые отложения). На справедливость предположения указывают находки в порах базальтов, слагающих вулканические постройки Японского моря, оксигидроксидов марганца, химический состав которых соответствует марганцевым минералам ЖМО [12]. После затухания гидротермальных процессов в развитии ЖМО, по всей вероятности, наступил гидрогенный этап, связанный с достаточно медленными процессами сорбции и окисления. Это подтверждается достаточно высоким содержанием в изученных образцах тория и РЗЭ, а также положительной аномалией церия и отрицательной – европия (табл. 1). Известно, что в случае осаждения и накопления гидрогенных оксигидроксидов железа и марганца состав океанских ЖМО обогащается кобальтом, никелем, медью и РЗЭ, появляющаяся в составе РЗЭ значительная положительная аномалия церия отражает преимущественное накопление церия (IV) относительно трехвалентных РЗЭ на гидрогенных оксигидроксидах в поверхностных водах океана [13, 14]. Аккумуляция тория происходит на взвеси во всей толще океанских вод [15]. Вывод о гидротермально-осадочной природе ЖМО безымянной вулканической постройки на возвышенности Криштофовича подтверждается результатами генетических построений (рис. 4).

Рис. 4.

Положение железомарганцевых образований Японского моря 1–6 относительно полей разных генетических типов железомарганцевых образований океана на диаграммах Э. Бонатти [16] (а), П. Жоссо [17] (б) и М. Бау [18] (в, г). 1 – безымянная вулканическая постройка на возвышенности Криштофовича; 2 – хребет Берсенева, 3 – поднятие Северный Ямато, 4 – возвышенность Беляевского [4]; 5 – возвышенность Беляевского, 6 – возвышенность Медведева [5].

Обнаружение железистых (гётит) корок позволяет дополнить список тех гидротермально-осадочных образований, которые получили развитие на вулканических постройках Японского моря. Кроме марганцевых (тодорокит, бёрнессит) корок, это гидротермальные зеленые глины (непрерывный ряд минералов от нонтронита до глауконита и селадонита), бариты, фосфориты (франколит) [2–7, 19].