Кобальтоносные марганцевые корки подводных гор океана

VII Всероссийское литологическое совещание 28-31 октября 2013
КОБАЛЬТОНОСНЫЕ МАРГАНЦЕВЫЕ КОРКИ ПОДВОДНЫХ ГОР ОКЕАНА.
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
М.Е. Мельников
Южное научно-производственное объединение по морским геологоразведочным работам,
Геленджик, [email protected]
Кобальтоносные марганцевые корки подводных поднятий — новый тип твердых полезных
ископаемых Мирового океана. Они представляют собой сплошные покровы гидроксидов
железа и марганца, залегающие на выходах коренных пород на поверхностях подводных гор.
В наиболее перспективных районах мощности этих покровов достигают 10–15 см. Содержания
основных компонентов: Mn — 21–23 %, Fe — 16–18 %, Co — 0,5–0,6 %, Ni — 0,4–0,5 %, Cu —
0,1–0,2 %. В целом корки содержат более 70 элементов периодической системы Менделеева, из
которых в качестве попутных полезных компонентов рассматривают Mo, TR, Pt, Te, Tl.
Исследования корок начались со второй половины ХХ века, однако в основном это были
редкие экспедиции зарубежных исследователей и Академии наук СССР, носившие комплексный
характер. Систематические геологоразведочные работы на этот тип полезных ископаемых начаты
геологической службой СССР с конца 80-ых годов и выполнялись ПГО «Дальморгеология».
С 2000 года работы под эгидой Министерства природных ресурсов России продолжены ГНЦ
«Южморгеология». В целом проведено более 30 рейсов научно-исследовательских судов, таких
как «Морской геолог», «Геолог Петр Антропов», «Профессор Федынский», «Север» и других.
ГНЦ «Южморгеология» выполнило 8 рейсов НИС «Геленджик».
За этот период были проведены региональные работы в рудных районах поднятий
Маркус-Уэйк, Уэйк-Неккер, Маршалловых островов, Магеллановых гор, Императорского
хребта. Для поисковых работ были рекомендованы несколько гайотов Магеллановых гор
264
Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории
и поднятия Маркус-Уэйк. Впоследствии все работы были сосредоточены на Магеллановых
горах.
Обобщение обширных данных, полученных при проведении исследований, позволило
описать геологическое строение месторождений кобальтоносных марганцевых корок с
позиций учения о геологии месторождений полезных ископаемых. Первые представления
о приуроченности месторождений корок высказал Дж. Хейн с соавторами (Hein et al.,
1988), которые кратко можно сформулировать так: «Наиболее перспективными на предмет
обнаружения богатых рудных полей кобальтоносных марганцевых корок являются подводные
горы мелового возраста, вершины которых расположены не глубже, чем в интервале 1400–
1600 м». Это объясняет, почему основные геологоразведочные работы были сосредоточены в
северо-западной приэкваториальной части Тихого океана — это наиболее древний фрагмент
океанского дна, возраст плит которого средне-позднеюрский, а подводные горные системы в
основном сформировались на рубеже юры и мела или в начале раннего мела.
Оруденение района Магеллановых гор обладает пятнистым характером. Пятнистость
обусловлена развитием на гайотах корок с различными параметрами оруденения, а также
вариациями весовых концентраций конкреций в межгорных впадинах. Железомарганцевые
корки развиты на обнаженных поверхностях коренных пород, в то время как конкреции
приурочены к зонам развития нелитифицированных осадков. Руды локализованы в пределах
подводных гор на глубинах от 900 до 3500 м, на поверхностях с уклонами от 0°–5º до 12°–20º.
На более крутых склонах процесс образования корок развит слабо. Субстратом корок могут
быть породы различного состава, обнаженные на поверхности дна.
Мощности корок изменяются в широких пределах: от первых миллиметров до первых
десятков сантиметров. На сегодняшний день к промышленно значимым относят корки
мощностью >4 см. Средняя мощность в наиболее богатых рудных залежах составляет 10–
12 см. Кобальтоносные марганцевые корки имеют слоистое строение. Полный разрез корок
Магеллановых гор состоит из четырех слоев, мощность каждого из которых составляет 2–4 см.
Биостратиграфические исследования позволили определить их возраст (Мельников, Пуляева,
1994; Мельников, Плетнев, 2013). В целом картина такова: в основании разреза залегает слой
I-1 позднепалеоценового-раннеэоценового возраста, выше следуют слои I-2 (средний – поздний
эоцен), II (миоцен), III (плиоцен – квартер).
Минеральный состав корок довольно однообразен: главными рудообразующими
минералами являются железистый вернадит и марганцевый ферроксигит. Однако, достаточно
устойчивы примеси гидроксидов марганца (слоистые — асболан, бузериты, смешанослойные
асболан-бузериты и другие; туннельные — тодорокиты, пиролюзит, раньсеит) и железа
(гидрогетит, лепидокрокит, ферригидрит, акаганеит). Среди нерудных примесей отмечен
широкий спектр эдафогенных и аутигенных минералов. Для примесей с наибольшими
содержаниями отмечается закономерное распределение по разрезу: карбонаты и фосфаты
преобладают в его нижней половине (слои I-1 и I-2), в центральной (слой II) — глинистые
минералы, в кровле (слой III) — кварц (Мельников, 2005).
Отмечены и особенности изменения химического состава по разрезу. Нижние слои
характеризуются пониженными содержаниями полезных компонентов (Mn — 17–20 %, Co —
0,3–0,4 %, Ni — 0,4 %), а также Fe (10–12 %), при относительно высоких концентрациях P2O5
(5–10 %). Для двух верхних слоев ситуация противоположная. Концентрации марганца могут
достигать 23–25 %, кобальта — 0,6–0,8 %, P2O5 — 1–1,5 %.
Рудные поля приурочены к крупным горным сооружениям с плоской вершиной —
гайотам. В их пределах распределение железомарганцевых образований характеризуется
концентрической зональностью. Центром зональности является вершинное плато гайота,
обычно покрытое нелитифицированными карбонатными осадками и являющееся безрудной
зоной. По периферии вершинного плато пологие поверхности практически всегда свободны от
осадков, и на обнаженных коренных породах развиты наиболее мощные железомарганцевые
корки. Обычно это сплошные ненарушенные покровы, частично присыпанные карбонатными
осадками. Зона ненарушенных покровов продолжается и на самой бровке и частично на верхних
участках склонов. Именно с этими корками и связывают основные перспективы промышленно
265
VII Всероссийское литологическое совещание 28-31 октября 2013
значимого оруденения. Ниже по склону происходит чередование узких лентовидных зон,
отличающихся характером локализации руд, что выражено в различной степени нарушенности
корковых покровов, их присыпанности неконсолидированными осадками, различием
расчлененности мезорельефа поверхности корковых покровов, наличием или отсутствием
ассоциирующих конкреций.
Концентрической зональности в целом подчинено и распределение мощности корок. В
верхних частях склона, в его выпуклой части, мощность корок выше, в вогнутых частях склона
она снижается. Однако эта картина обычно осложнена чертами более высоких порядков, также
в основном контролируемых рельефом дна. В частности, большие мощности отмечаются на
отрогах, крупных сателлитных постройках и других выступах рельефа.
В пределах рудного поля может выделяться несколько рудных залежей. На крупных
гайотах они разграничиваются очевидными разрывами оруденения, связанными либо с зонами
повышенной аккумуляции донных осадков, либо, напротив, с зонами эрозии, разрушающими
корковые покровы. Рудные залежи обычно приурочены к определенным формам и элементам
рельефа: отрогам, седловинам, участкам склона или вершинного плато. Здесь выделяется
до 3–5 рудных залежей, площади которых варьируют от первых десятков до первых сотен
квадратных километров. На гайотах меньших размеров, на которых нет разрывов оруденения,
в рудном поле выделяется единая залежь, кольцом охватывающая периферические участки
вершинного плато и верхних склонов. В этом случае размеры залежи определяются размерами
гайота и могут изменяться от 200 до 700 км2. Ориентировочно ресурсы корок в таких залежах
составляют порядка 10 млн т на 100 км2, и, в зависимости от размеров гайотов, общие ресурсы
рудных полей составляют от 20 до 200 млн т рудной массы.
Напомним, что эти представления получены по результатам поисковых работ, которые
на сегодняшний день практически завершены. Возникает вопрос: что дальше? В обычной
практике на наиболее перспективных участках должны быть проведены оценочные (поисковоразведочные) работы с перспективой дальнейшего выделения месторождений. Однако все работы
в пределах международного района океанского дна контролируются Международным органом
по морскому дну — МОМД (International Seabed Authority — ISBA), являющемуся структурой
ООН. Его деятельность опирается на положения Конвенции ООН по морскому праву, принятой
в 1982 г. (Конвенция…, 1982), а также документы, принимаемые под эгидой МОМД. В первую
очередь речь идет о правилах поисков и разведки в Международном районе, регулирующих
геологоразведочную деятельность по конкретным типам твердых полезных ископаемых.
Правила не только касаются порядка проведения работ, но и устанавливают процедуру
выделения участка морского дна для выполнения разведочных работ на эксклюзивной основе.
Первым такой документ был принят в 2000 г. для железомарганцевых конкреций, и
уже в 2001 г. ГНЦ «Южморгеология» от имени Российской Федерации подписал контракт с
МОМД на разведку конкреций, получив участок площадью 75 000 км2 в рудной зоне КларионКлиппертон Тихого океана. Первоначальных заявителей было всего четыре: помимо России, в
зоне Кларион-Клиппертон участки получили Франция и Япония, а в Центральной котловине
Индийского океана — Индия. Однако со временем процесс набрал обороты, и в настоящий
момент подобными контрактами обладают или подали соответствующие заявки 14 организаций
различных стран, включая такие как Науру, Тонга и Кирибати.
Следующими в 2010 г. были приняты правила поиска и разведки полиметаллических
сульфидов, развитых преимущественно в пределах срединно-океанических хребтов. Россия
также была в числе первоначальных заявителей, однако на этот раз контракт от имени РФ
был подписан Министерством природных ресурсов и экологии. В соответствии с контрактом,
заявителю предоставляется право выполнять разведочные работы на участке, сформированном
из блоков размерами 10х10 км, общей площадью 10 000 км2 в осевой зоне СрединноАтлантического хребта ориентировочно между 12° и 21° с.ш. Помимо Российской Федерации
заявки на сульфиды подали Китай, Франция и Корея.
Наконец, в 2012 г. дошло дело и до кобальтоносных железомарганцевых корок — на
18 сессии МОМД были приняты правила их поиска и разведки (Правила…, 2012). Первыми
заявки на утверждение плана работ по разведке кобальтоносных железомарганцевых корок для
266
Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории
получения контракта — так правильно называется этот документ — подали Китай и Япония.
Китайская заявка содержит 150 блоков (прямоугольников морского дна площадью не более
20 км2) общей площадью 3000 км2, нарезанных в пределах Магеллановых гор (гайоты Ита-МайТай, Паллада и Геленджик). Японская заявка таким же образом расположена на группе гайотов
поднятия Маркус-Уэйк. Эти заявки были рассмотрены на ЮТК МОМД в феврале этого года и
рекомендованы к утверждению.
Российская заявка подана немного позже и рассматривалась перед 19 сессией МОМД
в июле этого года. Поскольку общие принципы определены «Правилами…», в нашей Заявке
также 150 блоков общей площадью 3000 км2. Однако, так как Россия выбрала способ подачи
с резервированным районом, подготовлены две таких площади, обе в пределах гайотов
Магеллановых гор: одна в западной части цепи, другая — в восточной. Одна из этих площадей
отдается заявителю, вторая поступает Органу с последующей передачей (в будущем)
развивающимся государствам. Выбор площадей — за Органом. Это и стало причиной того, что
нам не удалось завершить заявочную кампанию на 19 сессии — ЮТК не успел определиться с
участками. Конечно, такая задержка неприятна, но это лишь отсрочивает заключение контракта
до следующего года.
Каково же будущее работ на корки после заключения Контракта? В соответствии
с «Правилами…», у контрактора есть 15 лет для проведения оценочных и разведочных
работ в пределах заявленного участка. В течение этого периода необходимо провести
геологоразведочные работы, позволяющие обосновать выбор эксплуатационного участка
размером 1000 км2, поэтапно отказавшись от ⅔ контрактной площади. Параллельно необходимо
развивать технологии добычи и переработки и в завершающую фазу контракта провести
опытную добычу корок.
Вопросы развития технологии лежат вне темы данного доклада, что же касается
геологоразведочных работ, то общая методология, по крайней мере, на первых этапах,
вполне ясна. Прежде всего, необходимо решить вопрос с топографическими, в данном
случае батиметрическими, основами. В отличие от сухопутных работ, их получение
является непосредственной задачей производителя работ. В процессе выполнения поисковых
исследований с применением бортового многолучевого эхолота получены кондиционные
основы масштаба 1:200 000, что, конечно, недостаточно для выполнения оценочных и, тем
более, разведочных работ. При помощи бортового многолучевика, используя более сложную
методологию, можно получить основы масштаба 1:50 000, однако для получения более крупных
топографических основ (1:25 000, 1:10 000 и более) планируется использовать придонную
технику в составе глубоководных комплексов.
Из дистанционных методов планируется использовать геоакустическое и
фототелевизионное профилирование. В геоакустический комплекс входит локатор бокового
обзора и акустический профилограф. Сонарное изображение позволяет ограничить зоны
развития рыхлых осадков и таким образом сузить круг определения параметров корок на
коренных породах. Акустические профили, с одной стороны, дают возможность определить
мощность осадков, в том числе в пределах локальных ареалов их развития, с другой — дают
дополнительные данные о геометрии рельефа дна и особенно его локальных форм.
Фототелевизионное профилирование позволяет проследить протяженность выходов
корок, оценить условия их локализации — степень присыпанности осадками, степень
дезинтеграции корковых покровов, расчлененность мезорельефа поверхности корок и другое.
Также этот вид работ позволяет выделить участки для проведения геологического опробования.
Фототелевизионные и геоакустические исследования будут выполняться с последовательным
сгущением сети наблюдений. На первых этапах планируется использовать буксируемые
аппараты, в дальнейшем предполагается переход на телеуправляемые (ТПА) и автономные
необитаемые (АНПА).
Опробование на поисковой стадии выполнялось в основном с помощью драгирования,
и лишь на 10–15 % станций пробурены неглубокие скважины погружными установками.
В дальнейшем, в процессе оценочных работ, бурение должно стать основным методом
опробования. Проблема, однако, в том, что оно затруднено при высоких уклонах дна и высокой
267
VII Всероссийское литологическое совещание 28-31 октября 2013
расчлененности его поверхности. Поэтому в определенных случаях придется пользоваться и
драгами, пытаться применять ТВ-грейфер. При переходе же к разведочным работам, в помощь
бурению, опробование должно осуществляться тяжелыми ТПА, оснащенными различными
манипуляторами, позволяющими производить целенаправленный отбор проб. В целом с
увеличением стадий геологоразведочных работ, сети опробования будут последовательно
сгущаться.
Таким образом, современная ситуация, дальнейшие планы, цели и задачи проведения
геологоразведочных работ на кобальтоносные марганцевые корки — ясны. Осталось только эти
планы реализовать.
Литература
Конвенция Организации объединенных наций по морскому праву. Нью-Йорк, 1982. 241 с.
Мельников М.Е. Месторождения кобальтоносных марганцевых корок. Геленджик: ГНЦ ФГУГП
«Южморгеология», 2005. 230 с.
Мельников М.Е., Плетнев С.П. Возраст и условия формирования кобальтоносных марганцевых
корок на гайотах Магеллановых гор // Литол. и полезн. ископаемые. 2013. № 1. С. 3–16.
Мельников М.Е., Пуляева И.А. Железомарганцевые корки поднятия Маркус-Уэйк и Магеллановых
гор Тихого океана: строение, состав, возраст // Тихоокеан. геология. 1994. № 4. C. 13–27.
Правила поиска и разведки кобальтоносных железомарганцевых корок в Районе // Документ
ISBA/18/А/11. Международный орган по морскому дну. Кингстон. 16–27 июля 2012. 52 с.
Hein J.R., Schwab W.G., Davis A.S. Cobalt- and platinum-rich ferromanganese crusts and
associated substrate rocks from the Marshall islands // Mar. Geol. 1988. V. 78. P. 255–283.
268