Минеральные отложения дна глубоководных районов океанов

15.07.2020

Широко распространенной точкой зрения на происхождение базальтов срединно-океанических хребтов, слагающих большую часть покрытого осадками океанского дна, является то, что они образовались в результате частичного плавления мантийного вещества на глубинах от 30 до 100 км ниже уровня дна и при температурах 1250—1300 °C. Рингвуд подсчитал, что если расплавится от 20 до 40 % мантийного вещества, то произойдет отделение жидкой фазы. Однако здесь, по-видимому, имеет место некоторая переоценка. Заманский и Myp считают, что этот первичный расплав содержит фактически всю серу в расплавленной части мантийного вещества, и делают вывод, что по мере увеличения количества силикатного расплава в нем постоянно будет растворяться сульфидный расплав. Исходя из этого и принимая концентрацию серы в мантийном веществе равной 0,03 %, а количество ювенильной серы в базальте — 0,08%, Заманскнй и Myp считают, что базальтовая жидкая фаза, выплавляемая из мантийного вещества, может содержать до 37,5 % расплавленной сульфидной фазы от общего количества мантийной серы в зоне расплава. На основе парагенетических связей в базальтах, изученных в 34-м рейсе DSDP, Мэтиз и Йитс полагают, что жидкая сульфидная фаза существовала в базальтовой магме до излияния. К сходным выводам пришли Заманскнй и Myp, считая это обычным явлением, связанным с изменением базальтов океанической коры. Они считают, что основная часть этой серы находится в твердом растворе базальтового стекла и лишь до 1,5% S содержится в не поддающихся смешению глобулах.

Магматические сульфидные глобулы. Сульфидные глобулы диаметром от 5 до 500 мкм в базальтах океанского дна изучались рядом исследователей. Они содержат значительные количества Ni и Cu в виде твердого раствора моносульфида и промежуточного твердого раствора вместе с пентландитом. Эти авторы считают, что глобулы, по-видимому, устойчивы в базальтовом расплаве, начиная с момента частичного плавления мантийного вещества, или могут выпадать из раствора, когда расплав насыщается серой в приповерхностной магматической камере. В образцах, изученных Заманским и Муром, при образовании глобул из магмы выводилось, по-видимому, около одной трети Cu и соразмерные количества S, Ni и Fe. Однако в этих образцах на 6,1 см2 поверхности обнаруживалась только одна глобула; размеры глобул находились в пределах от 30 до 270 мкм, в среднем они составляли всего 0,0036% от проанализированного материала.

Детальное исследование сульфидных глобул было проведено Мак-Лином в кернах бурения на Срединно-Атлантическом хребте, полученных в 37-м рейсе DSDP. Глобулы, сложенные пирротином, халькопиритом и пентландитом, были обнаружены в базальтовом стекле, мелкозернистом базальте, габбро и перидотите. Глобулы в базальтовом стекле были в диаметре меньше 8 мкм, однако в габбро и перидотите они достигали 150 мкм, и в них сульфидные минералы часто были полностью отделены один от другого. В этих кернах содержания Ni и Cu сходны с величинами, установленными в сульфидных глобулах базальтов другими исследователями. Их сортность и соотношения в них Ni и Cu также близки к соответствующим параметрам магматических сульфидных руд из Садбери в Канаде и Норильска в России, обнаруженных в ассоциации с габброидами и норитами. Сульфиды, установленные в кернах, полученных в 37-м рейсе DSDP, сами по себе, конечно, не представляют рудного месторождения, поскольку их количество весьма невелико. Однако их состав все же свидетельствует о присутствии Ni и Cu как раз в характерных для образования медных руд соотношениях, при которых должен был бы существовать механизм концентрирования и разделения сульфидных минералов.

Рассеянные и жильные сульфиды. Кроме сульфидных глобул, описанные выше базальты 37-го рейса DSDP и многие другие образцы глубоководных базальтов содержат рассеянные и жильные сульфиды или только жильные сульфиды, главным образом пирит. В образцах 37-го рейса среди сульфидных минералов пирит составляет около 99%. Он встречается в виде заполнителя пор в породе, на стенках трещин, а также в виде минеральных покровов, составляя 0,49% от проанализированных образцов базальтов. Пирит наряду со смектитом, кальцитом и другими вторичными минералами имеет незначительную пространственную распространенность и представляет собой постмагматический минерал, образованный в процессе гидротермального изменения базальтов.

В литературе сообщалось также о наличии сульфидной минерализации в других породах со срединно-океанических хребтов. Дмитриев и др. сообщили о присутствии сульфидов в породах хребта Карлсберг. Бонатти и др. описали Fe-Cu-минерализацию в метабазальтах из экваториальной части Срединно-Атлантического хребта, которая убедительно свидетельствует о перераспределении металлов в пределах океанической коры. Минерализация встречается в метабазальтах из района с координатами 0°56,6' ю.ш., 24°30,8' з.д. вблизи пересечения зоны отрога Романш с западным осевым сегментом Срединно-Атлантического хребта и в метабазальтах из района с координатами 10°51' с. ш., 41°48' з, д. на северной стенке зоны разлома Вима. Сульфидная минерализация в образцах из отрога Романш представлена жилами толщиной обычно не более 1 мм, сложенными халькопиритом, а также рассеянными в микрокристаллической базальтовой породе обособленными агрегатами пирротина и пирита. Основной сульфидной фазой в образцах из зоны разлома Вима является халькопирит, обычно окруженный тонкой пленкой гидроокисей железа. Согласно Бонатти и др., эти два примера Fe-Cu-минерализации напоминают штокверковую и рассеянную минерализации, обнаруживаемые на суше. Они, вероятно, образуются за счет осаждения из гидротермальных растворов, которые циркулируют по трещинам в океанической коре, выщелачивая при этом серу и металлы и получая дополнительную серу в результате восстановления сульфата морской воды.

Отложения массивных сульфидов (на примере Кипра). К настоящему времени на океанском дне не обнаружены отложения массивных сульфидов, однако имеются свидетельства, что они там есть. Несколько наиболее веских тому доказательств вытекают из изучения сульфидных отложений, связанных с офиолитовыми комплексами на суше. Среди этих отложений, по-видимому, особенно хорошо описанными являются отложения на Кипре.

Офиолитовые комплексы представляют собой непрерывные вертикальные ряды основных и ультраосновных пород, покрытых морскими осадками, и обычно рассматриваются как фрагменты древнего океанского дна, выведенные ныне на сушу. Однако окончательно не установлено, характерны или не характерны офиолиты для современного океанского дна. Они были обнаружены во многих районах мира, среди которых можно отметить Италию, Ньюфаундленд и Кипр. Бонатти и др., например, описали офиолиты в северных Апеннинах Италии, в которых металлоносные осадки были встречены в формации кремнистых пород, залегающих непосредственно на базальтах, аналогично тому, как залегают металлоносные осадки в современных центрах спрединга. В базальтах обнаружены рудные отложения железа и меди. Основными присутствующими в них минералами являются пирит и халькопирит.

Как уже упоминалось, один из, вероятно, наиболее хорошо исследованных офиолитовых комплексов и связанная с ним минерализация расположены на Кипре в массиве Троодос. Металлоносные осадки, состоящие из обогащенных железом и обедненных марганцем охр, тесно связаны с сульфидными рудами в пределах комплекса базальтовых лав. Поверх лав располагаются обогащенные марганцем умбры. Сходство этих отложений с современными металлоносными осадками срединно-океанических хребтов является одним из доводов в пользу предположения, что ниже металлоносных осадков в пределах современной океанической коры формируются массивные сульфидные отложения, подобные кипрским.

Верхнемеловой офиолитовый комплекс массива Троодос на Кипре фактически содержит не одно, а 20 обогащенных медью пиритовых гидротермальных рудных тел. Отложения состоят из полувнедренных в подушечные лавы линзообразных тел массивной сульфидной руды (пирит и халькопирит с проявлениями сфалерита, марказита и галенита). Под ними расположен штокверк, который на глубине переходит в расслоенный дайковый комплекс, сам по себе указывающий, что он образовался на спрединговом хребте. Изучение жидких включений, стабильных изотопов и другие геохимические исследования позволяют предполагать, что рудные отложения формировались в пределах зон разгрузки циркулировавших в коре гидротермальных растворов, в которых флюидом была морская вода (рис. 63), получавшая металлы в процессе изменения пород, через которые она циркулировала, а серу — из этого источника, а также в результате сульфат-редукции. Эти исследования еще раз подтверждают, что кипрские рудные тела являются древними аналогами отложений, которые, по-видимому, формируются под современными центрами спрединга.

Если мы принимаем, что описанные выше рудные отложения Кипра являются аналогами предполагаемых современных массивных сульфидных отложений океанической коры, то некоторые черты отложений Кипра могут пролить свет на возможную природу и местонахождение отложений океанической коры. Согласно Парментье и Спунеру, а также Спунеру, важными являются следующие черты.

а. Штокверки под массивным рудным телом имеют в разрезе почти эллиптическую или округлую форму. Это предполагает, что разгрузка происходит в виде геометрически симметричных относительно оси струй горячих флюидов.

б. Верхняя часть разреза, включающая подушечные лавы и дайковый комплекс, имеет следы изменения пород на глубину 2—3 км. Эта величина совпадает с предполагаемой глубиной циркуляции морской воды под современными центрами спрединга срединно-океанических хребтов и вполне совместима с прохождением морской воды стадии гидротермального раствора, из которого формировались рудные тела.

в. Сульфидные рудные тела довольно равномерно распространены вдоль северного обнажения подушечных лав массива Троодос на расстоянии примерно 2,6±1,4 км; это позволяет предположить, что выходы гидротермальных струй находились друг от друга на расстоянии, сходном с мощностью проницаемого поля, что, по-видимому, совместимо с конвективной моделью их происхождения.

г. Радиусы минерализованных штокверков составляют около одной десятой средней половины расстояния между рудными отложениями, а их глубина достигает почти 200 м. Массы рудных тел в общем сравнимы между собой — около 3,5—4 млн. т каждая, Это наводит на мысль о том, что в любом центре разгрузки объемы поднимавшихся вверх гидротермальных растворов были сходными.

д. Температуры гомогенизации жидких включений в трех минерализованных штокверках Кипра дают основания полагать, что поднимавшиеся вверх гидротермальные струи имели температуру 300—350°С. Это хорошо согласуется с температурой (около 300°С), предполагаемой для гидротермальных растворов осевой части Галапагосского хребта до их разгрузки, и с более чем трехсотградусным температурным максимумом, измеренным в гидротермальных струях, разгружающихся на Восточно-Тихоокеанском поднятии (21° с. ш.).

Каин рассмотрел возможность нахождения сульфидных руд в океанической коре как на основе примеров массива Tpoодос, так и комплекса пород, обнаруженных на современных срединно-океанических хребтах. Он отметил, что образование сульфидных отложений на океанском дне или вблизи него, по-видимому, будеть иметь место в пределах осевой области срединно-океанического хребта, поскольку только в этом случае температуры будут достаточно высокими. Однако сульфиды, осажденные на морском дне в районе оси спрединга, вскоре были бы перекрыты более поздними лавовыми потоками. Канн вычислил, что на поверхности океанского дна на каждые 100 км длины оси хребта, по-видимому, может сформироваться одно рудное тело, т. е. около 500 тел вдоль всей системы срединных хребтов Мирового океана одновременно. Остальные отложения, по-видимому, захоронялись на все возрастающие глубины последующими лавовыми потоками по мере их перемещения от оси спрединга под влиянием спрединга океанского дна.

На основе наблюдений и общих представлений, подобных рассмотренным в предыдущих параграфах и, что самое важное, предполагающих сравнимость массивных сульфидов, связанных с офиолитами, и массивных сульфидов, вероятно формирующихся в современных центрах спрединга, мы, по-видимому, вправе ожидать обнаружения сульфидных отложений вдоль системы срединно-океанических хребтов Мирового океана через каждые несколько километров. Однако возможно, что лишь через 100 км или около того одно из них выходит на поверхность.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна