авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Формирование химического состава гидротермальных растворов гидрогеологических массивов ультраосновных пород срединно-атлантического хребта (на примере полей ло

-- [ Страница 2 ] --

Результаты регрессионного анализа свидетельствуют о том, что Ag, Au, Cd, Ni поступают с гидротермальным раствором, в то время как источником Pd, Pt, Th, U служит морская вода.

Формирующиеся на поверхности дна гидротермальные отложения сохраняют информацию о составе первичного гидротермального раствора. Средний химический состав исследованных массивных сульфидных отложений полей Логачев и Рейнбоу существенно отличается от среднего химического состава сульфидных руд гидротермальных полей САХ, приуроченных к базальтам.

Руды, локализованные в поле ультраосновных пород, имеют выраженную медную специализацию. Для них характерна тесная связь элементов типа Cu-Au-Ag-Zn и накопление Ni и Co; здесь фиксируется золото - серебряная (существенно золотая) минерализация, где основной примесью в самородном золоте является медь (Лазарева и др., 2003). Содержания Сu и Zn в сульфидах на базальтах САХ, полях Логачев-1,2 и Рейнбоу показаны на Рис. 6.

 Содержания Сu и Zn в рудах гидротемальных полей САХ. Руды полей Логачев-2 и-3

Рис. 6. Содержания Сu и Zn в рудах гидротемальных полей САХ.

Руды полей Логачев-2 и Рейнбоу обогащены по сравнению с рудами других полей САХ цинком в 4-5 раз и кадмием – в 4 раза. В рудах поля Рейнбоу, содержится в 20 раз больше Со, чем в рудах других полей САХ, и в 8-10 раз больше, чем в рудах полей Логачев. В рудах Рейнбоу наблюдается самое высокое из всех известных отношений Со/Ni=46. Руды поля Рейнбоу обогащены серебром, а руды

поля Логачев-2 – золотом соответственно в 5 и 8 раз по сравнению с другими рудными полями САХ. В рудах поля Логачев-1 концентрации серебра и особенно золота выше, чем в других районах САХ. Таким образом, по обогащенности полезными компонентами сульфидные руды полей Рейнбоу и Логачев не имеют аналогов среди рудопроявлений САХ.

2. Формирование состава гидротермальных растворов полей Логачев и Рейнбоу связано с процессами серпентинизации гипербазитов и многократной фазовой дифференциацией в глубинных гидротермальных системах.

Проведенный анализ геологических данных показал, что в пределах САХ, в отличие от других СОХ широко распространены глубинные породы базит-гипербазитового состава. Эти породы обычно дислоцированы и метаморфизованы. В процессе метаморфизации ультрабазитов происходит образование серпентинита. Велинским и др. (2004) была исследована физико-химическая модель серпентинизации ультраосновных пород под воздействием морской воды при переменных РТ- параметрах. Полученные результаты моделирования согласуются с экспериментальными данными и петрографическими исследованиями серпентинитов в океанических структурах.

Влияние процессов серпентинизации ультрабазитов на формирование состава флюидов прослеживается по реакции (Сharlou et al., 2002; Леин и др., 2003):

с последующим образованием CH4 при взаимодействии генерируемого водорода и растворенного в морской воде диоксида углерода:

CO2+4H2=CH4+2H2O.

Колебания в содержании минералов и изменения окислительно-восстановительных свойств растворов контролируют поведение в системе газов, представленных H2, CO2 и CH4 при температуре до 100оС включительно, а при более высоких температурах к ним добавляются H2S, HCl, HF, SO2 (Велинский и др., 2004).

Гидротермальные рудопроявления, вмещающими породами для которых являются серпентиниты и серпентинизированные ультрабазиты, характеризуются целым рядом параметров, не свойственных полям других отрезков Мировой рифтовой системы. Аномальность химического состава гидротермальных отложений полей Логачев и Рейнбоу - резко повышенное содержание в них кобальта, присутствие высококобальтового пентландита, высокие концентрации в расчетном конечном гидротермальном растворе железа, ряда других элементов, сравнительно низкая, концентрация H2S (Табл. 1-3) подтверждают представления о существовании здесь глубинной циркуляционной гидротермальной системы, в которой гидротермальные рудоносные растворы формируются при взаимодействии океанской воды с гипербазитами, серпентинизированными в разной степени (Богданов, 1997).

Химический состав гидротермальных растворов гидрогеологических массивов ультраосновных пород также обладает специфическими чертами. Во флюиде поля Рейнбоу концентрация H2S ниже, чем в КГР таких полей как ТАГ, Брокен-Спур. Сравнительно низкую концентрацию H2S можно связать с меньшим содержанием серы в ультрабазитах по сравнению с базальтами. В гидротермальных флюидах полей Логачев и Рейнбоу концентрации СН4 на 1-2 порядка превышают все известные ранее концентрации СН4. Происхождение метана во флюидах Логачев и Рейнбоу, в отличие от всех ранее известных полей, связано с серпентинизацией ультрабазитов (Леин и др., 2000).

По данным химического состава конечных гидротермальных растворов гидротермальных полей северной части САХ (Табл. 1) построена корреляционная матрица (Табл. 4). Наблюдается высокая положительная корреляция у всех газов, что свидетельствует о едином источнике их поступления. Положительная корреляция рудных компонентов с хлорид-ионом говорит о переносе компонентов в гидротермах в форме хлоридных комплексов.

Обращает на себя внимание обратная корреляция содержаний сероводорода с метаном и водородом в гидротермах САХ. Этот факт может послужить предпосылкой обоснования нового поискового признака гидротерм ультрамафитовых пород САХ. То же можно сказать и о высокой корреляции железа и диоксида углерода с метаном и водородом.

Исследования флюидных включений в минералах руд также позволили установить, что на поле Логачев развита активная гидротермальная циркуляционная система (Симонов и др., 1996; Бортников и др., 2004). Концентрации солей в растворах, судя по результатам изучения флюидных включений, резко превышают соленость океанской воды, приближаясь к рассолам. Соленость в данном районе определяется двумя причинами: соотношением количеств поступающих в зону серпентинизации океанских вод и расходуемых при серпентинизации, и фазовой сепарацией.

В районе гидротермального поля Рейнбоу отсутствует современная вулканическая деятельность. При микротермометрических исследованиях флюидных включений из постройки гидротермального поля Рейнбоу установлено, что соленость флюидов в ряде случаев является в два раза выше солености морской воды. Океанская вода проникает по системе открытых трещин в породы низов океанской коры - верхов мантии и участвует в процессе серпентинизации ультрабазитов, трансформируясь при этом в высокотемпературный гидротермальный флюид подобно тому, как это предполагается для поля Логачев.

Из-за фазовой сепарации гидротермальные растворы характеризуются непостоянными, быстро изменяющимися температурой и соленостью, а также наличием в зонах разгрузки источников с растворами разной минерализации.

3. В составе провинции океанских гидротерм выделен новый тип гидротермальных растворов массивов ультраосновных пород САХ, отличающихся специфическими условиями формирования. В зонах разгрузки глубинных гидротермальных систем формируются слоистые плюмы и характерные экосистемы, которые могут служить поисковыми признаками районов современного гидротермального рудообразования.

По данным проведенных ранее исследований было выделено несколько провинций океанских гидротерм с преимущественным распространением растворов со сходными усло­виями формирования и характером металлоносности (Краснов, Судариков, 1990): 1-провинция срединно-океанических хребтов, 2-провинция океанических окраин, 3-провинция межконтинентального рифта Красного моря, 4-провинция внутриплитных вулканов («го­рячих» точек).

В результате данного диссертационного исследования предлагается новый тип областей первой провинции океанских гидротерм - гидротермы массивов ультраосновных пород САХ, приуроченные к блокам ультраосновных и основных пород, слагающих гидрогеологические бассейны, в основном, трещинных вод. Формируют особый тип «глубинных» гидротермальных систем. Растворы отличаются повышенными концентрациями Cu, Zn, Cd, Fe, Mn, Li, Au, Ag, метана и водорода, формируют руды с высоким содержанием полезных компонентов. К этому типу относятся гидротермальные поля Логачев и Рейнбоу.

Характерной чертой этих систем явля­ется длительная и непрерывная гидротер­мальная деятельность (Lalou et al., 1995, 1996), сопряженная с процессами метаморфизма мантийных гипербазитов, сложенных блоками ультраосновных пород, формирующим террасы (уступы) внутрен­них склонов рифтовой долины (Богданов и др., 2002; Леин и др., 2003). Водовмещающими породами являют­ся в различной степени серпентинизированные ультраосновные породы. Наряду с трещинно-жильными водами на поверхности усту­пов иногда формируются горизонты пластово-поровых вод спорадического распространения в осадках и щебнисто-глыбовых коллювиальных отложениях скло­нов рифтовой долины.

Отличительной чертой гидротермальных растворов являются условия их формирования. Глубина проникновения океанской во­ды по разломам, окаймляющим дно рифто­вой долины, определяется глубиной источ­ника формирования гидротермальной сис­темы - осевой магматической камеры. На САХ такую камеру удалось зафиксировать лишь однажды на глубине более 4000 м, в отличие от других СОХ, где камера располагается на глубине 1-2 км от поверхности океанического дна. В то же время за пределами влияния осевой маг­матической камеры возможно проникнове­ние океанских вод на значительно большую глубину по тектоническим нарушениям. При этом океанская вода может достигать верхней ман­тии и обеспечивать серпентинизацию ультрабазитов. Остаточная вода трансформиру­ется в высокотемпературный флюид. Про­цесс серпентинизации возможен при температуре 400-500°С и давлении 1кбар. Такие усло­вия (Constable et al., 1997) могут возникнуть при глубине залегания кровли магматической камеры 4,5-6 км от поверхности дна. При этом температура в камере 1200 °С, а глубина океана 3-4 тыс.м, что вполне возможно для САХ.

Структура придонной воды, по данным CTD-зондирования (экспедиция SERPENTINE) водной толщи над полями Логачев и Рейнбоу, отличается сложным строением – наличием многослойного плюма, распространяющегося от дна до нескольких сотен метров над ним. Каждый слой плюма представляет собой горизонт с пониженной прозрачностью, аномалиями температуры и солености (Рис.7). К формированию многослойного гидротермального плюма приводит наличие гидротермальных растворов с непостоянными, быстро изменяющимися температурой и соленостью, а также наличием в зонах разгрузки источников с растворами разной минерализации, что обуславливает сильноизменчивую плотность и плавучесть гидротермальных флюидов, поступающих в океан. Кроме того, установлено разнонаправленное движение отдельных слоев плюма. В результате анализа материалов визуальных наблюдений с борта РОВ «Виктор» в структуре придонных вод можно выделить два слоя с различными направлениями течений, тяготеющие к разным группам источников. Северо-восточное направление (зафиксированы плюмы на расстоянии 50 м от дна), формируется под влиянием основного поля, и северо-западная (зафиксированы плюмы на расстоянии 20 м от дна), в формировании которого принимают участие источники зон «Ирина-2», «Квест», Анна Луиза (Рис. 8).

Приведенные данные свидетельствуют о сложном характере придонных течений, способствующих формированию полей металлоносных осадков вокруг активных гидротермальных источников. Наличие многослойного плюма, не свойственного другим известным гидротермам, можно рассматривать как поисковый критерий гидротермальных полей, связанных с серпентинитами.

Геохимические ландшафты глубоководных гидротермалей океана являются сложными системами, в пределах которых выделяются биогеоценозы гидротермальных полей с характерной макрофауной, формирующиеся под непосредственным воздействием высокотемпературных гидротермальных флюидов и поля металлоносных осадков, в формировании которых принимают активное участие микроорганизмы гидротермальных ореолов рассеяния, и микробиоценозы, формирующиеся в осадках под воздействием низкотемпературной гидротермальной деятельности. В очагах разгрузки гидротермальных флюидов обнаружены значительные количества хемосинтезирующих бактерий и необычайно высокие для океана скорости хемосинтеза (Судариков, 1995). На постройках гидротермальных полей Логачев и Рейнбоу зафиксировано (экспедиция SERPENTINE) большое количество отдельных представителей фауны (мидий и гастропод), что может послужить поисковым признаком гидротермальных систем.

В работе проведен анализ эколого-геохимической обстановки полей Логачев и Рейнбоу и разработаны рекомендации по проведению экогеохимических исследований в процессе освоения гидротермальных минеральных ресурсов, состоящие из трех этапов: 1- проведение картирования гидротермальных сообществ и уточнение видового состава фауны, оценка естественной динамики, а также временных и пространственных изменений в гидротермальных сообществах, выявление закономерностей распределения гидротермальной фауны в микро-масштабе в зависимости от особенностей окружающей среды, оценка состояния фоновых сообществ и их динамики в районе реликтовых полей; 2 - составление детальной карты распределения гидротермальных сообществ, уточнение их пространственной протяженности, естественной динамики, а также уточнение распределения реликтовых полей; 3 – оценка воздействия на окружающую среду промышленного освоения гидротермальных сульфидов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационное исследование представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой дано решение актуальной научной задачи – изучение процессов формирования состава гидротермальных руд, растворов, ореолов рассеяния (плюмов) и экосистем гидрогеологических массивов Срединно-Атлантического хребта (САХ), сложенных ультраосновными породами, для использования этих данных в процессе освоения минеральных ресурсов океана. Проведенные исследования позволяют сделать следующие основные научные выводы и рекомендации:

  1. Особенностью геологического и гидрогеологического строения САХ является широкое распространение плутонических массивов ультраосновных и основных пород, формирующих гипербазитовые субокеанические массивы трещинных вод, не встречающиеся на других срединно-океанических хребтах.
  2. В гидротермальных растворах поля Логачев впервые были обнаружены существенные концентрации металлов и других микрокомпонентов. Особенностью гидротермальных растворов полей Логачев и Рейнбоу являются высокие концентрации Cu, Zn, Cd, Fe, Mn, Li, Au, Ag, метана и водорода, отражающие влияние процессов серпентинизации на формирование состава флюидов.
  3. Средний химический состав исследованных массивных сульфидных отложений полей Логачев и Рейнбоу существенно отличается от среднего химического состава сульфидных руд других гидротермальных полей САХ. По обогащенности полезными компонентами (Zn, Cd, Co, Au) сульфидные руды полей Рейнбоу и Логачев не имеют аналогов среди рудопроявлений САХ.
  4. Проблема возможного освоения минеральных ресурсов гидротермальных полей океана (в очагах разгрузки гидротермальных флюидов обнаружены значительные количества хемосинтезирующих бактерий и необычайно высокие для океана скорости хемосинтеза) неотделима от проблемы рациональной геохимической организации субмаринного ландшафта. Исходя из этих требований в диссертации обобщены данные по гидротермальным экосистемам САХ и предложены направления их изучения на ближайшие годы.
  5. Наличие многослойного гидротермального плюма, распространяющегося от дна до нескольких сотен метров над ним, большое количество отдельных представителей фауны (мидий и гастропод) на постройках гидротермальных полей, можно рассматривать как поисковые критерии гидротермальных полей, связанных с серпентинитами.
  6. Обратная корреляция содержаний сероводорода с метаном и водородом, высокая корреляция железа и диоксида углерода с метаном и водородом в гидротермальных растворах и плюмах может послужить предпосылкой обоснования нового поискового признака гидротерм ультрамафитовых пород САХ.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ

СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:

1. Кривицкая М.В. Гидрогеологическая типизация северной части Срединно-Атлантического хребта. Записки Горного института. Т.189. – СПб.: СПГГИ (ТУ), 2011 г. - С. 42-45.

2. Судариков С.М., Кривицкая М.В. Формирование состава гидротермальных растворов в гидрогеологических массивах ультраосновных пород Срединно-Атлантического хребта. Записки Горного института. Т.189. – СПб.: СПГГИ (ТУ), 2011 г. - С. 68-71.

3. Судариков С.М., Каминский Д.В., Кривицкая М.В. Геохимия субмаринных рудообразующих гидротерм северной Атлантики по данным дистанционных наблюдений и опробования с подводных обитаемых аппаратов. Записки Горного института. Т.176. – СПб.: СПГГИ (ТУ), 2008 г. – С. 26-30.

4. Судариков С.М., Кривицкая М.В., Филатова С.С. Геохимия флюидов и плюмов гидротермальных полей САХ (11-150 с.ш.). Материалы 18 Международной школы по морской геологии – Геология морей и океанов. Т 2. – Москва: институт Океангеология РАН, 2009 г. – С. 196-197.

5. Sudarikov S.M., Krivitskaya M.V. Composition of ore-forming thermal solutions on the Mid-Atlantic Ridge. Minerals of the Ocean-3 – Future developments – St. Petersburg: VNIIOkeangeologia, 2006. – Р. 152.

6. Судариков С.М., Кривицкая М.В. Новый тип магматогенных гидротерм массивов ультраосновных пород САХ в составе мировой провинции СОХ. Материалы 20 Международной школы по морской геологии – Геология морей и океанов – Москва: институт Океангеология РАН, 2011 г. – С. 185.

7. Судариков С.М., Кривицкая М.В., Михальчук Н.Н. Эколого-геохимические исследования в Международном районе САХ в связи с началом освоения глубоководных полиметаллических сульфидов (ГПС). Материалы 20 Международной школы по морской геологии – Геология морей и океанов – Москва: институт Океангеология РАН, 2011 г. – С. 186.

Рис. 1. Гидрогеологические структуры гидротермальных полей

Срединно-Атлантического хребта (Судариков, 2008 с добавлениями).

1 - гребневая зона с осевым рифтом, трансформным разломом и вдольосевыми поднятиями; 2 - границы внешнего склона хребта; 3 - поверхностная плотность теплового потока (а - 150-200 мВт/м2; б - 200 мВт/м2 и выше); 4 - ореолы (180 мВт/м2 и выше); 5 - гидрогео­логические массивы, в скобках металлогеническая специализация гидротермальных сульфидных руд (а - осевые; б - склоновые; в - привершинные); 6 - гидрохимические и гидрофизические аномалии в водной толще; 7 - газовые аномалии.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.