МЕТАЛЛОГЕНИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА
Авторы: В.В.Авдонин, В.В.Кругляков
geo.web/db/msg.html?mid=1177306&uri=text/part1.html - «Всё о геологии», геологический факультет МГУ
Глава I. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ И МЕТАЛЛОГЕНИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ
Систематическое изучение геоморфологии и геологии Мирового океана начато еще в позапрошлом веке, когда, в частности, в океанических котловинах впервые были обнаружены железомарганцевые конкреции.
До середины прошлого столетия относительно детальные сведения о глубине моря и составе дна (ил, песок, скальный грунт) имелись только для подходов к портам и для узкостей (проливов, фарватеров в рифах и т.п.) и носили исключительно прикладной навигационный характер.
В океане до середины прошлого столетия основным инструментом для определения места судна оставался секстант, позволявший определять место судна на основании видимого взаимного расположения небесных светил с погрешностью в несколько миль (в десяток километров). Позднее на смену секстанту пришли радиогеодезические системы, а в последние десятилетия прошлого века были созданы спутниковые навигационные системы, которые к настоящему времени свели погрешность определения места судна в любой точке океана к первым десяткам метров и даже к первым метрам.
Глубина океана определяется эхолотами. До последней четверти XX века использовались однолучевые эхолоты, позволявшие изучать профиль дна вдоль галса судна. Получаемые не только специализированными исследовательскими, но и транспортными судами эхограммы использовались для создания обобщенных сетей наблюдений. На их основании составлялись мелкомасштабные батиметрические карты, которые в свою очередь служили основой для глобальных и региональных геоморфологических построений. Именно эти построения позволили открыть глобальную систему срединно-океанических хребтов, трансформных разломов и других элементов тектоники океанского дна и послужили основой для развития <новой глобальной тектоники>.
Известные на сегодня твердые полезные ископаемые в Мировом океане залегают непосредственно на дне (железомарганцевые конкреции, рудные корки, массивные сульфиды, рудные осадки) или под первыми десятками сантиметров осадков (рудные корки, сульфиды). Этот факт делает геоморфологические построения ведущими в комплексе геологических исследований.
Первые систематические сведения о размещении полезных ископаемых позволили установить, что железомарганцевые конкреции в общем случае локализованы в абиссальных океанических котловинах; рудные корки развиты на склонах подводных гор, в основном в интервале глубин от 0,8 до 4 км; сульфидное оруденение как в форме массивных сульфидов, так и в виде рудных осадков и рассолов приурочено к рифтам срединно-океанических хребтов, также к активным структурам задуговых бассейнов. Океанические котловины, подводные горы и хребты несрединно-океанического типа, срединно-океанические хребты отчетливо выражены даже на обзорных мелкомасштабных картах. Окраинные моря и задуговые бассейны, отделенные от открытого океана островными дугами, также наглядно проявлены на обзорных картах. Все это при наличии определенных поисковых концепций позволяет выбирать участки для постановки мелко- и среднемасштабных геологических исследований.
В последние полтора-два десятилетия на вооружении океанологов, морских геологов и других специалистов в области изучения Мирового океана появились многолучевые эхолоты. Эти комплексы позволяют получать информацию о глубине моря и амплитуде обратно рассеянного сигнала в полосе некоторой ширины. Ширина полосы при прочих равных условиях (модель эхолота и режим работы) пропорциональна глубине океана и превосходит ее в 2-3 раза. Такие устройства обеспечивают получение среднемасштабных карт (1:500000-1:200000) для участков океанского дна с глубиной порядка 5 км и более и средне-крупномасштабных карт для более мелких акваторий. Кроме сведений о глубине моря эти эхолоты обеспечивают составление карт амплитуд обратно рассеянного сигнала. Амплитуды определяются акустической жесткостью и шероховатостью поверхности дна.
При изучении закономерностей размещения и условий образования руд, связанных с глубинными процессами в зонах спрединга и субдукции, большое значение приобретают исследования магнитного и гравитационного полей. Они дают основания для построения моделей разреза земной коры и определения ее латеральных неоднородностей, что важно при определении размеров и глубины залегания магматических камер. Для надежной интерпретации данных этих методов необходимо возможно более точное знание рельефа поверхности дна.
Результаты промера и исследований потенциальных полей позволяют локализовать наиболее перспективные площади для постановки средне- и крупномасштабных исследований, которые проводятся дистанционными методами. Среди них наиболее популярны во всем мире акустические исследования придонными комплексами, позволяющими выполнять локацию бокового обзора и получать временной акустический разрез верхней толщи осадков (порядка 100 м) с разрешением в первые метры и даже доли метра. Другая группа дистанционных методов - фототелевизионное профилирование. При этом в вещательном или малокадровом режиме передается на борт судна телевизионное изображение дна. Параллельно ведется фотографирование дна цифровыми фотокамерами с существенно более высоким, чем у телевизионного канала разрешением. В комплексе акустические и оптические методы позволяют трассировать и геологически интерпретировать линейные акустические образы дна, оконтуривать однотипные по оптическим и акустическим характеристикам участки. Наряду с дистанционными методами для получения информации о химическом, минеральном составе донных объектов, при поисковых и разведочных работах широко используется опробование.
Опробование в зависимости от задач (прежде всего, от типа полезного ископаемого) выполняется различными пробоотборниками. Наиболее распространенными инструментами являются дночерпатели и грунтовые трубки. Они используются при всех исследованиях Мирового океана и позволяют отбирать представительные пробы текучих, пластичных, полутвердых осадочных образований и твердых некрупных объектов на их поверхности, прежде всего, конкреций. Для тех же целей нередко используются коробчатые пробоотборники. При опробовании твердых и скальных пород используются драги и глубоководные погружные буровые установки при исследованиях рудных корок и массивных сульфидов. Для опробования массивных сульфидов и трубок курильщиков применяются специальные грейферы. Большинство инструментов обычно оснащено глубоководными фотоустановками, позволяющими получать фотографию ненарушенной поверхности дна за несколько мгновений до посадки на него пробоотборника. Грейферы, применяемые при опробовании сульфидов, оснащаются телевизионным передатчиком, позволяющим точно выводить аппарат на цель.
В глобальном плане общая характеристика разрезов осадочных образований всего Мирового океана получена по результатам глубоководного бурения по проектам DSDP (<Гломар Челленджер>) и ODP (<Джойдес Резольюшен>). Пробурено более 600 скважин практически во всех геоморфологических и геотектонических зонах океана от внутренних морей до океанических котловин и подводных горных стран. Большинство скважин в открытом океане пробурено с целью наиболее полной характеристики всего разреза осадочной толщи до поверхности базальтов. Некоторые скважины, решая такую задачу, не вышли из осадочного чехла ввиду того, что его мощность превышала 500 м.
Скважины пробурены по логическим сетям в зависимости от конкретных задач. Как следствие, расстояния между ними резко различны. Например, вдоль рудной провинции Кларион-Клиппертон расстояние между скважинами порядка 1000 км. Поперек провинции - порядка 400 км со сгущениями в зонах трансформных разломов. Так, расстояние между скважинами 40 и 41 в районе разлома Кларион всего 17,2 км. Соизмеримая плотность сети и в других регионах.
Из всех скважин отобран керн, выполнены литолого-минералогические исследования, определены комплексы микрофаунистических остатков, по которым определен возраст пород, измерены физические характеристики пород и осадков. В скважинах, достигших базальтового фундамента, определен его возраст и петрографический состав.
В последние годы широко используются глубоководные обитаемые аппараты (ГОА), новое поколение которых, созданное в 80-е годы, имеет рабочую глубину погружения порядка 600 м. В их числе российские ГОА Мир-1 и Мир-2. Создание этих аппаратов дает возможность проводить подводные исследования на 98% площади Мирового океана. Именно ГОА позволили сделать наиболее выдающиеся открытия, в частности, открытие и изучение придонных рудообразующих гидротермальных систем. Наряду с ГОА успешно используются глубоководные буксируемые аппараты, оборудованные локатором бокового обзора, акустическими профилографами, фото- и видеосистемами.
Результаты глобальных обзорных исследований, дополненные региональными данными по отдельным крупным геоморфологическим, геотектоническим и металлогеническим зонам нашли свое отражение в ряде специальных карт от физических до металлогенических. Существуют обзорные карты толщины земной коры, осадочного чехла, типов донных осадков и целый ряд других. Такие карты, в частности, собраны в Атласах океанов, изданных Морским Генеральным штабом СССР в разные годы, в Атласе Индийского океана, составленного по результатам работ Международной Индоокеанской экспедиции (МИОЭ).
Геология континентов систематически изучается в течение нескольких столетий. На рубеже веков в 2000 году в Санкт-Петербурге торжественно отмечено 300-летие горно-геологической службы России. За год до этого в 1999 году в Геленджике отмечено 50-летие морской геофизики (комплекса дистанционных методов изучения геологического строения дна акваторий). Естественно, что геологическая изученность дна океана существенно менее детальна, чем изученность суши. Себестоимость морских геологических исследований значительно выше, чем сухопутных. Для возможно более быстрого накопления геологической информации по океану проводятся региональные комплексные исследования по трансокеанским геотраверзам. Геотраверзы - это полосы шириной порядка 1000 км, пересекающие океаны в широтном направлении от одной континентальной окраины до другой. К настоящему времени отработаны Анголо-Бразильский траверз в Атлантике, Австралийско-Маскаренский в Индийском океане и Тихоокеанский. На геотраверзах исследованы магнитное и гравитационное поля, выполнено сейсмическое профилирование, проведено донное опробование. Другой вид исследований носит изначально прикладной характер. Это поисково-разведочные работы на различные виды полезных ископаемых, изыскания под гидротехнические сооружения и коммуникации. Технология исследований определяется конкретными задачами .
Особая роль в геологической изученности океана принадлежит полезным ископаемым. Первые находки рудных образцов относятся к 70-м годам XIX в., когда в Карском, Баренцевом морях, затем вблизи Канарских островов были подняты железомарганцевые конкреции. Однако только с 60-х годов прошлого века развернулись планомерные исследования конкреционных полей, когда определился промышленный интерес к этим образованиям. Этот интерес с одной стороны, стимулировал активизацию работ по обнаружению и изучению рудных объектов в океане, а с другой, выявил необходимость формирования международных правовых основ использования полезных ископаемых океана. Эти работы, начатые в 1958 г. под эгидой ООН, завершились принятием Конвенции по морскому праву в декабре 1982 г. К этому времени определились наиболее перспективные поля распространения ЖМК и в 1987 г. наиболее изученная часть провинции Кларион-Клиппертон Международным Органом по морскому дну и Международным трибуналом по морскому праву при ООН была разделена на участки между странами - <первоначальными вкладчиками>. Россия получила этот статус и лицензионный участок в лице <Южморгеологии>. Позднее, в 1992 г. подобный статус и соответствующий участок получила совместная организация ИНТЕРОКЕАНМЕТАЛЛ, куда Россия входит вместе с Болгарией, Кубой, Польшей, Словакией, Чехией.
С начала 80-х годов прошлого века началось систематическое изучение рудоносности гайотов северо-западной части Тихого океана, а к 1994 г. определился объект Со-носных корок в пределах Магеллановых гор.
В 60-е годы были открыты проявления металлоносных осадков в Красном море. В 1978 г. были обнаружены сульфидные постройки в районе 21њс.ш. Восточно-Тихоокеанского поднятия, а в следующем году впервые визуально наблюдались <черные курильщики>. К середине 90-х годов наметился перспективный участок на глубоководные сульфидные руды в САХ - рудное поле <Логачев> (Андреев, 1999).
С открытием на океанском дне объектов, представляющих потенциальный промышленный интерес, стали актуальными собственно металлогенические исследования.
Выполненные к настоящему времени исследования позволили получить достаточно обширный материал, характеризующий геологическое строение дна океана. Разумеется, степень детальности геологических данных несопоставима с изученностью суши. Тем не менее, основные черты геологии океана - строение и состав осадочного чехла, базальтового фундамента, мощность и строение земной коры, типы основных структур, их возраст и взаимоотношения, вулканические, гидротермальные, седиментогенные процессы, происходящие на морском дне и другие особенности известны с высокой степенью достоверности. Это, с одной стороны, позволяет интерпретировать геологическую историю океана, взаимосвязь ведущих тектонических, магматических, седиментационных, рудообразующих процессов, а с другой - дает основу для оценки возможной рудоносности различных элементов океанского дна, постановки поисковых работ.
Сейчас в изучении геологии и металлогении Мирового океана наступил новый этап - переход от получения разнообразных данных к их систематизации. Накопленный материал вполне достаточен для обоснованных обобщений.
Из огромного количества работ, посвященных геологии океана, необходимо отметить следующие. Фундаментальные работы по глобальным проблемам тектоники земной коры, происхождению и эволюции океана выполнены В.Е. Хаиным, О.Г. Сорохтиным, Е.Е. Милановским и другими исследователями. Эволюция магматических процессов, формационный анализ океанских магматических образований, закономерности их размещения в структурах океана проанализированы в работах А.А. Маракушева, И.Н. Говорова, Ю.В. Миронова, Т.И. Фроловой и ряда других авторов. Процессам седиментации и образованию в связи с ними ряда полезных ископаемых посвящены обобщающие работы А.П. Лисицына, Г.Н. Батурина и других. Систематизация сведений о гидротермальных рудообразующих системах произведена Ю.А. Богдановым, Г.Ю. Бутузовой, А.П. Лисицыным. Первые крупные обобщения по металлогении океана после работ В.И. Смирнова выполнены коллективом ВНИИОкеангеологии под руководством И.С. Грамберга и С.И. Андреева; ими составлена металлогеническая карта Мирового океана и серия сопутствующих карт. Все это является основой для последующих работ и, в частности, для выявления практически значимых месторождений полезных ископаемых в океане.
С наибольшей полнотой в настоящее время изучены рудные образования на поверхности дна. Это обусловлено и возможностями используемых технических средств, и соображениями о доступности выявленных полезных ископаемых для последующего их извлечения. Поэтому при изложении основ металлогенического анализа Мирового океана основное внимание мы уделяли этим образованиям.
Металлогенические объекты, локализованные в недрах фундамента дна, не изучены. Их можно предполагать, прогнозировать, но практической значимости в обозримом будущем они не имеют.
Глава II. ГЕОЛОГИЯ И ТЕКТОНИКА МИРОВОГО ОКЕАНА
1. Происхождение и возраст океана
В настоящее время единого мнения о природе Мирового океана и времени его формирования не существует. Многие исследователи отстаивают точку зрения о древнем возрасте океанов, другие считают их сравнительно молодыми образованиями. Общепризнанно, что океан возник из недр Земли вследствие дегазации ее глубин. Количественные оценки эндогенного поступление воды в различные эпохи развития Земли также неоднозначны. Имеется ряд данных, согласно которым основная часть мантии была дегазирована на раннем этапе истории Земли в интервале 4,6-2,5 млрд лет назад, то есть почти вся океанская вода образовалась в течение архея. В дальнейшем земная кора и океаны лишь медленно и циклично перерабатывались (Шопф, 1982).
Концепцию древнего возраста океанов развивает В.Е. Хаин (1994, 2001). Ссылаясь на палеомагнитные данные и постулируя сходство (если не полное тождество) офиолитов континента с корой современных океанов, он утверждает существование океанов в палеозое и докембрии. По его мнению, уже архейские глубоководные бассейны обладали корой, сходной с современной океанской, но более мощной и несколько отличной по составу. Предполагается, что уже в раннем протерозое работал механизм тектоники литосферных плит, столь характерный для позднего докембрия и фанерозоя. В.Е. Хаин (2001) считает вероятным, что Тихий океан зародился в позднем протерозое или самом начале кембрия, а затем с теми или иными изменениями продолжал существовать в палеозое и раннем мезозое. При этом отмечается, что документальная история Тихого океана поддается восстановлению с ранней юры (190 млн лет) и более уверенно со средней юры (160 млн лет). Начало развития современного Атлантического океана относится к началу юрского периода (около 200 млн лет назад), а Индийского к концу средней юры (160 млн лет назад).
По расчетам О.Г. Сорохтина и С.А. Ушакова, глубины океанов в позднем архее составляли 350-700 м, в начале раннего протерозоя - 870 м, а в среднем протерозое (1,2 млрд лет назад) - уже 2900 м. Палеозойские морские бассейны рассматриваются как аналоги современных океанов не только в физико-географическом, но и в геолого-геофизическом смысле.
Итак, первичный океан, по данным цитированных исследователей, возник в конце стадии аккреции. В конце архея - начале протерозоя произошло слияние всех континентальных массивов в единый суперконтинент - Пангею-О, а в противоположном полушарии возник единый океан - Панталасса. К концу протерозоя объем воды в Мировом океане и его уровень приблизились к современным. Соленость и химический состав океанской воды также достигли почти современных значений (Хаин, 1994; Сорохтин, Ушаков, 2002).
С иных позиций выступал В.В. Белоусов (1989), считавший, что все океаны, в том числе и Тихий, являются молодыми, мезозойскими. Анализируя распределение осадков и последовательность их накопления он показал, что до начала, а в некоторых случаях и до конца мезозоя, на месте современных океанов находились мелкие эпиконтинентальные моря с глубинами в несколько сот метров. Углубление дна океана последовательно происходило с юры до настоящего времени. Океанические котловины образовались в процессе океанизации - происходило оседание земной коры, некомпенсированное осадками и ведущее к образованию глубоководных бассейнов с тонкой <базальтовой> корой. При этом срединно-океанические хребты, и в особенности, осложняющие их рифтовые долины - еще более молодые - они не древнее конца палеогена, а вероятнее всего неогеновые и четвертичные.
Подобные представления в настоящее время все более активно развиваются противниками концепции неомобилизма. Опираясь на многочисленные факты, противоречащие положениям плейттектоники, они отрицают явления спрединга, субдукции, обосновывают невозможность конвекции в мантии Земли, которую сторонники плитовой тектоники считают основной движущей силой зарождения спрединга, перемещения плит и возврата океанической коры в мантию в зонах субдукции. В.В. Орленок, И.А. Резанов, Е.М. Рудич и другие исследователи считают, что все океаны сформировались в процессе погружения и океанизации земной коры континентального типа. Подтверждение этому они видят в том, что глубоководным бурением установлен мелководный характер докайнозойских отложений на
29-04-2015, 01:01