Документ 438187

На правах рукописи
НАРКЕВСКИЙ Егор Владимирович
ФА К ТО РЫ ФО РМ И Р О В АН И Я
ГИ ДР О Г ЕО ХИ М И ЧЕ СКИ Х О РЕ О ЛО В РА С СЕ ЯН И Я В
ЗО Н А Х Р АЗГ РУЗ КИ Г И ДР О Т ЕРМ АЛ ЬН Ы Х РАС ТВ О РО В В
РАЙ О Н Е 1 3 ° С. Ш. СР Е Д И Н Н О - А ТЛ АН ТИ Ч ЕС КО ГО
ХР ЕБ Т А
Специальность 25.00.07 – Гидрогеология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата геолого-минералогических наук
Санкт-Петербург
2011
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования СанктПетербургский государственный горный университет.
Научный руководитель:
доктор геолого-минералогических наук, с.н.с.,
Сергей Михайлович Судариков
Официальные оппоненты:
доктор геолого-минералогических наук – Лукашин Вячеслав Николаевич
кандидат геолого-минералогических наук - Петров Владимир Викторович
Ведущая организация – Российский государственный гидрометеорологический университет, кафедра геодезии и гидрогеологии.
Защита диссертации состоится «21» декабря 2011 г. в 18 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.224.01 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21 линия, д.2., аудитория 4312.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского
государственного горного университета.
Автореферат разослан «18» ноября 2011 г.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ
диссертационного совета
кандидат геолого-минералогических
наук
И.Г. Кирьякова
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.
Актуальность исследований.
Объектом исследования в процессе работы являлись гидрогеологические структуры гидротермальных систем рудного узла «Ашадзе», расположенного на 13° с.ш. Срединно-Атлантического хребта (САХ). Особое внимание уделено водным ореолам рассеяния (гидротермальным плюмам) растворенных и взвешенных форм элементов, формирующимся в зонах разгрузки рудообразующих гидротермальных растворов. Основные результаты получены при изучении гидротермальных плюмов, приуроченных к
блокам серпентинизированных ультрамафитовых пород рудного узла
«Ашадзе». Рост интереса к проблеме гидротермальной активности на дне
Мирового океана в областях срединно-океанических хребтов, областей
задугового спрединга и внутриплитных вулканов связан с перспективами
освоения субмаринных гидротермальных месторождений. Процесс освоения месторождения сульфидных руд уже начался: Австралийская горнорудная компания (Nautilus Mineral Corporation) получила лицензию на разработку сульфидов и начала широкомасштабные работы в юго-западной
части Тихого океана (в пределах исключительной экономической зоны Папуа-Новой Гвинеи). Имеются планы разработки японскими компаниями
сульфидной залежи Санрайз с ресурсами 5-9 млн. тонн в кальдере подводного вулкана, входящего в Идзу-Бонинскую островную дугу. Таким образом, многие страны стоят на пороге начала разработки залежей сульфидных руд. В соответствии с долговременными программами развития морской геологической отрасли наша страна также планирует начало добычных работ в ближайшие десятилетия. В связи с этим, разработка методов
поиска и обнаружения нового высококачественного потенциального источника минерального сырья, (в особенности, в связи с постепенным истощением континентальных месторождений и ростом стоимости металлов) 
становится всё более актуальной.
В 2010 году Российской Федерацией подготовлена заявка на разработку месторождений в «Международный орган по морскому дну». Заявочный
район расположен в центральной части Атлантического океана в осевой
зоне Срединно-Атлантического хребта в интервале широт 12°48'36"20°54'36" N. В данный район входят рудные поля  рудный узел «Логачев»,
рудное поле «Пюи-де-Фолль», рудный узел «Ашадзе», рудное поле «Краснов», рудный узел «Семенов», рудное поле «Зенит-Виктория». Следует отметить, что все вышеперечисленные поля открыты российскими исследователями (Полярной морской геологоразведочной экспедицией, совместно
с ВНИИОкеангеологией), за исключением рудного поля «Пюи-де-Фолль»,
открытого в 1996 году французскими исследователями.
3
Планируется в ближайшее годы более детальное изучение рудных объектов и их промышленное освоение.
Одним из наиболее эффективных методов обнаружения районов современного субмаринного рудообразования является метод гидрохимического и гидрофизического зондирования, позволяющий обнаружить гидротермальные плюмы в придонных водах Океана. При помощи этого метода
были открыты многие рудные поля.
Актуальность исследования обусловлена необходимостью совершенствования глубоководных методов обнаружения гидротермальных ореолов
рассеяния для поисков зон современного рудообразования на СрединноАтлантическом хребте.
Необходимо прояснить ряд принципиальных моментов связанных с
развитием гидротермальных плюмов, главных индикаторов гидротермальной активности. Эти знания, с точки зрения практической морской геологии, позволят более эффективно использовать получаемую на борту судна
информацию, с большей вероятностью определять положение гидротермального источника.
Цель и задачи исследования.
Целью диссертационной работы является определение условий формирования придонных гидротермальных плюмов, разработка методики глубоководных гидрогеохимических и гидрофизических исследований гидротермальных гидрогеологических структур САХ и обоснование поисковых
показателей для обнаружения активной гидротермальной деятельности на
дне Океана.
В процессе работы решались следующие задачи:
1. Анализ основных закономерностей формирования ореолов
рассеяния (гидротермальных плюмов) в гидрогеологических
структурах САХ.
2. Определение факторов регулирующих процессы формирования гидрогеохимических ореолов рассеяния.
3. Разработка методики интерпретации гидрофизических и гидрохимических данных, полученных в результате исследований
придонных вод гидротермальных структур САХ.
4. Обоснование новых гидрогеологических, гидрофизических и
гидрохимических показателей для поиска гидротермальных источников, и как следствие, гидротермальных рудных полей.
Фактический материал и личный вклад автора.
Диссертационная работа построена на результатах теоретического анализа и научно-практических работ, выполненных за 7-летний период с 2004
по 2011 гг. Фактический материал собран автором в семи рейсах НИС
4
«Профессор Логачёв» на гидротермальных полях Атлантики, автор участвовал в открытии новых рудных полей.
В 2004 году на базе закономерностей полученных в процессе детального изучения гидротермального рудного поля «Ашадзе-1», было найдено
рудное поле «Краснов».
В 2005 году были открыты рудное поле «Ашадзе-2» и рудопроявление
«Ашадзе-3». В 2007 году, было открыто рудное поле «Семёнов». В следующем, 2008 году, было открыто рудное поле «Зенит-Виктория». В 2009
году на широте 11°28′ с.ш. был найден обширный гидротермальный плюм.
В 2010 году, на широте 19°58′ с.ш. было открыто новое рудное поле (предполагаемое название «Петербургское»). В процессе этих работ производилось определение ряда гидрохимических параметров (температура, солёность, мутность, рH, Eh). Кроме этого, в придонной водной толще изучалось содержание тяжёлых металлов (Cu, Zn, Fe, Mn) как во взвешенной, так
и в растворённой формах. В диссертационном исследовании также использованы материалы, собранные автором в фондах ВНИИОкеангеология и
ПМГРЭ.
Основные методы исследования.
Специфика геологических работ в глубоководных районах океана требует применения специальных методов исследований. Для изучения современных процессов особенно важны наблюдения в реальном времени. В
процессе работы над диссертацией анализировались материалы, полученные следующими основными методами:
 Гидрофизическим зондированием и профилированием при помощи
CTD зонда Seabird 911+ (определялись температура, солёность,
мутность, плотность морской воды);
 Гидрохимическим опробованием методом кассетного пробоотбора
с использованием комплекса «Карусель»;
 Анализ гидрохимических проб взвешенных и растворённых форм
элементов проводился атомно-абсорбционным методом на борту
судна и в лаборатории ВНИИОкеангеология;
 Статистическая обработка данных проводилась с использованием
программ EXEL и STATISTICA 6.0
 При построении карт, схем, графиков использовались графические
пакеты (Grapher 6, Surpher 8, CorelDraw 13, SeaSave 7, SBE Data
Processing 3.1).
Научная новизна.
Полученный за последние годы материал позволил по-новому взглянуть на некоторые черты гидрогеологических структур гидротермальных
полей САХ.
5
В процессе работы получены следующие новые результаты:
1. Произведена оценка влияния характера разгрузки и состава гидротермальных растворов на формирование ореолов рассеяния. Установлены высокие содержания в составе гидротермальных плюмов
рудных полей «Ашадзе-1» и «Ашадзе-2» растворённых и взвешенных форм компонентов, унаследованные от гидротермальных
растворов: Mn, Fe, Cu, Zn, CH4, H2.
2. На основании данных гидрооптических исследований выделяется
дискретная структура ореолов рассеяния. Основными факторами
формирования структуры плюма является характер термохалинной
зональности придонных вод и распределению взвешенных и растворённых форм рудных компонентов, характеризующие разгрузку
термальных вод.
3. Определяющим фактором, при формировании аномалий оптической прозрачности в придонных водах, является наличие взвесей,
преимущественно, оксигидроксида железа во всплывающей струе
и оксидных фаз Mn – в плюме нейтральной плавучести. При этом
вблизи источника формируются аномалии взвешенного железа и
растворённого марганца.
4. Установлены гидрофизические и гидрогеохимические поисковые
показатели активных гидротермальных систем. Проведено обоснование и апробация методов определения положения источника и
направления сноса гидротермального материала.
Защищаемые положения.
Теоретическое исследование проблемы и одновременный анализ эмпирических данных позволил сформулировать и обосновать защищаемые положения диссертации. Все они выдвинуты впервые.
• Субмаринная разгрузка гидротермальных растворов приводит к формированию дискретной структуры ореолов рассеяния.
Структура плюма по характеру термохалинной зональности с отрицательными аномалиями потенциальной температуры, солёности и плотности придонных вод отражает характер взаимодействия
гидротермальных растворов с антарктическими водами впадин
рифтовой долины САХ. Отрицательные аномалии температуры,
солёности и плотности приурочены к основному горизонту латерального рассеяния (250-300 м от дна).
• В составе гидротермальных плюмов рудных полей «Ашадзе-1» и «Ашадзе-2» обнаружены высокие содержания растворённых и взвешенных форм рудных компонентов и газов, унаследованные от гидротермальных растворов: Mn, Fe, Cu, Zn, CH4, H2.
6
Соотношение взвешенных и растворённых форм связано с особенностями формирования гидротермальных систем в гидрогеологических массивах, и физико-химической обстановки в зонах разгрузки гидротермальных растворов. Наблюдается высокая корреляция между растворённой формой марганца и взвешенной формой железа.
• Разработана и опробована методика проведения и интерпретации гидрогеохимичеcких исследований для определения планового положения и глубины зон разгрузки, и направления придонных течений. Корреляция между растворённой формой марганца и взвешенной формой железа указывает на близость к гидротермальному источнику. Отрицательные аномалии потенциальной
температуры, солёности и плотности свидетельствуют о глубине
зоны разгрузки, совместный анализ гидрофизических и гидрогеохимических аномалий позволяет оценить основное направление
придонных течений.
Практическое значение работы.
В результате многолетних исследований при проведении гидрофизического и гидрохимического зондирования, с участием автора были разработаны рекомендации по поиску субмаринных гидротермально-активных
источников. Научно-методические разработки, основаные на изучении
гидротермальных плюмов позволили вести поиск более эффективно, избегать излишних затрат времени и средств. В результате в Северной Атлантике
было открыто несколько гидротермальных полей.
Изучение процессов образования плюмов и гидротермального осадконакопления в уникальной природной лаборатории, которой являются гидротермальные системы океана прежде всего важно при поисках глубоководных полиметаллических сульфидов (ГПС), а также для практической геологии, вопервых, в смысле понимания закономерностей формирования и распространения колчеданных месторождений, во-вторых, для познания особенностей океанского рудогенеза.
Более конкретное значение имеют рекомендации по направлениям исследований придонных вод гидротермальных полей. Предложения, касающиеся отдельных сторон гидрогеохимических и экогеохимических исследований в океане, могут быть реализованы в морских экспедициях ПМГРЭ
и ВНИИОкеангеология.
В практике морских геологических исследований могут найти применение методические приемы, предложенные и опробованные в ходе проведённых исследований: поиски очагов гидроминеральной разгрузки, по соотношению взвешенных и растворённых форм металлов в плюмах, исполь7
зование отрицательных аномалий температуры и солености в качестве поискового признака высокотемпературных источников в пределах САХ,
применение гидрофизических и геохимических показателей гидротермальных плюмов для оценки положения и параметров связанных с ними источников.
Апробация результатов исследований.
Результаты работы докладывались и обсуждались на международных
конференциях «Полезные ископаемые Океана» (ВНИИОкеангеология,
СПб) в 2006, 2008 и 2010 годах, XVII и XVIII Международных научных
конференциях (Школах) по морской геологии (ИОРАН, Москва) в, 2007 и
2009 годах. В 2009 году доклад автора был удостоен диплома, как лучший
среди молодых учёных.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе три написанные в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Объём и структура работы.
Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, содержит 154 страницы текста, 43 рисунка, 4 таблицы и включает список литературы из 122
наименований.
В первой главе диссертации приводится анализ гидрогеологических
структур дна Мирового Океана. Во второй главе охарактеризованы современные представления о формировании гидротермальных растворов в подвижных гидрогеологических структурах океана. Третья глава посвящена
геохимическим ореолам рассеяния связанных с гидротермальной деятельностью. В четвертой главе анализируются особенности формирования гидротермальных ореолов рассеяния в придонных водах рудного узла «Ашадзе». В пятой главе рассказывается о применении метода поиска гидротермальных ореолов рассеяния на новых гидротермальных полях САХ, открытых при участии автора («Пюи де Фолль», «Зенит-Виктория», «Петербургское»).
Первое защищаемое положение обосновывается в второй и третьей
главах, второе – в четвёртой, третье – в четвёртой и пятой главах.
Благодарности.
Автор выражает искреннюю признательность заведующему кафедрой
гидрогеологии и инженерной геологии СПГГУ В.В. Антонову, научному
руководителю д. г.-м. н., с.н.с., С.М. Сударикову за помощь при подготовке
диссертационной работы. Неоценимую поддержку автор получил от коллег
из ПМГРЭ, с которыми ему посчастливилось поработать в семи рейсах на
НИС «Профессор Логачёв» в тропической Атлантике. Существенная часть
8
диссертации выполнена на основании материалов полученных по итогам
этих экспедиций. Отдельно хочется поблагодарить В.Н Иванова, В.Е. Бельтенёва, А.Г. Кротова, А.Н. Густайтиса, И.И. Рождественскую, Добрецову
И.Г., В.В. Шилова, Шипова Р.В., А.А. Шагина.
За полезные рекомендации в процессе работы над диссертацией автор
всем им выражает глубокую благодарность.
Защищаемые положения и их обоснования
1. Субмаринная разгрузка гидротермальных растворов приводит к
формированию дискретной структуры ореолов рассеяния. Структура
плюма по характеру термохалинной зональности с отрицательными
аномалиями потенциальной температуры, солёности и плотности придонных вод отражает характер взаимодействия гидротермальных растворов с антарктическими водами впадин рифтовой долины САХ. Отрицательные аномалии температуры, солёности и плотности приурочены к основному горизонту латерального рассеяния (250-300 м от
дна).
По результатам проведённых исследований и анализа литературных
данных в диссертации сопоставлены геохимические особенности флюидов
и плюмов гидротермальных полей САХ.
Изучение рудного узла «Ашадзе» началось в 2003 году, в 22-м рейсе
НИС «Профессор Логачёв», когда было открыто рудное поле «Ашадзе-1»,
являющееся активным с ярко выраженными гидрофизическими аномалиями.
В 24-м и 26-м рейсах НИС «Профессор Логачёв» изучение рудного поля «Ашадзе-1» было продолжено, и были получены новые интересные результаты (Приложение 1).
Рудное поле представлено постройками сульфидных руд, увенчанными
трубными комплексами. Сульфидные руды представлены цинково-медноколчеданными, медными, цинково-колчеданными, цинковыми, медноцинковыми. Средние содержания и диапазоны содержаний главных рудных
и благородных металлов в сульфидных рудах поля составляют (в %): Cu =
10.53 (0.015-39.40), Zn = 16.34 (0.03-50.1), Fe = 27.15 (6.17-47.57), Au = 2.63
г/т (0.06-123), Ag = 89.9 г/т (2-1730), Со = 1740 г/т (40-7050).
В разрезе придонных вод гидротермальные растворы формируют
плюмы нейтральной плавучести, на двух отчётливо выраженных уровнях.
К верхнему уровню (200-300 м от дна) приурочены морские воды с высоким содержанием газов (рис. 1). Отрицательные аномалии температуры и
солёности на этом уровне связаны с вовлечением в восходящее движение
холодных и распреснённых антарктических вод из примыкающих впадин9
рифтовой долины в соответствии с «атлантической» моделью формирования плюма (Корчагин, Судариков 1990).
0
0.04
0.08
27.86
27.862
27.864
Turb
0.12
0.16
0.2
27.866
27.868
27.87
Θ
D
S
3400
3400
3600
3600
3800
3800
4000
4000
4200
4200
1.8
34.85
2
34.86
2.2
34.87
2.4
34.88
34.89
2.6
34.9
34.91
Рис. 1 Графики мутности (Turb), плотности (D), потенциальной температуры(Θ) и солёности (S) в придонном слое на станции 1504-2, рудное поле
«Ашадзе-1» (Наркевский Е.В., /2006 ф/).
На нижнем уровне (80-100 м от дна) за счёт разгрузки гидротерм повышенной плотности формируется слой с повышенной солёностью и содержанием взвешенных частиц.
Отличительной чертой плюма нейтральной плавучести над полем
«Ашадзе-1» является существенная отрицательная аномалия плотности
(рис. 1). Такая ситуация ранее не встречалась на гидротермальных полях
САХ. Причиной этого может быть высокое содержание газов (в особенности H2, CH4) обнаруженное в высокотемпературных (до 353 оС) гидротермальных растворах (Serpentine Cruise Report, 2007).
Важной особенностью строения гидротермальных ореолов является их
дискретность (рис. 2). Дискретность строения плюмов является отражением дискретного (квантового) характера гидротермальной деятельности.
10
Одной из главных причин дискретности плюмов является пространственная дифференциация вещества, диктуемая как составом первичных
растворов, так и преобразованиями в процессе рассеяния, проявляющимися
на границе взвесь – раствор (рис. 2). Примером может стать дифференциация в распределении взвешенных и растворенных форм марганца, а также в
распределении взвешенных форм железа и растворённых форм марганца.
Turb
-3600
0.038
-3700
0.034
0.03
-3800
0.026
-3900
0.022
-4000
0.018
-4100
0.014
0.01
-4200
(м)
0
100
200
300
400
500
600
700
800 (м)
0.006
Рис. 2. Профиль мутности вдоль рудного поля «Ашадзе-1» (Наркевский
Е.В., 2005 г.).
2. В составе гидротермальных плюмов рудных полей «Ашадзе-1» и
«Ашадзе-2» обнаружены высокие содержания растворённых и взвешенных форм рудных компонентов и газов, унаследованные от гидротермальных растворов: Mn, Fe, Cu, Zn, CH4, H2. Соотношение взвешенных и растворённых форм связано с особенностями формирования
гидротермальных систем в гидрогеологических массивах пород и физико-химической обстановки в зонах разгрузки гидротермальных растворов. Наблюдается высокая корреляция между растворённой формой марганца и взвешенной формой железа.
Над рудным полем «Ашадзе-1», определены аномальные концентрации
взвешенных и растворённых форм марганца, железа, меди и цинка.
Как видно из табл. 1 в нижнем придонном слое (~100 м над дном) над
рудным полем «Ашадзе-1» концентрации Mn, Cu, Zn и Fe не превышают
11
фоновых значений. Аномальные значения Mn и Fe прослеживаются в гидротермальном плюме в 200-250 м от дна и хорошо согласуются с аномалиями мутности. Также из таблицы видно, что аномальные концентрации
растворенного марганца зафиксированы в пробах воды с аномальными
концентрациями взвешенного железа. Такая зависимость свидетельствует о
наличии гидротермальной активности. Данные пробы отобраны из гидротермального плюма в той фазе его развития, когда почти всё железо уже
перешло во взвешенную форму, а марганец пока присутствует преимущественно в растворённой. Геохимические аномалии в придонных водах измеренные на профиле 1504 находятся в пределах литогеохимического ореола рассеяния Mn, Fe, Cu, и Zn, выделяющегося по данным изучения осадков.
Таблица 1
Концентрации растворённых и взвешенных форм тяжёлых металлов в придонном слое воды над рудным полем «Ашадзе 1» (Наркевский Е.В. 2006
/ф/).
№ станции Горизонт,м Cu раст
1504-1
1504-2
1504-3
1504-4
1504-5
1505
4002
3973
4058
3868
4092
3911
3855
4143
3951
4113
3880
3982
0.28
0.24
0.18
0.28
0.13
0.30
0.24
0.14
0.20
0.14
0.26
0.23
Cu взв
Mn раст
Mn взв
Fe раст
Fe взв
Zn раст
Zn взв
0.10
0.09
0.07
0.36
0.06
0.13
0.28
0.33
0.08
0.13
0.20
0.17
0.10
0.05
0.13
0.71
0.05
0.33
0.43
0.05
0.31
0.05
0.32
0.13
0.10
0.06
0.08
0.08
0.07
0.07
0.07
0.08
0.08
0.07
0.08
0.09
0.41
0.41
1.19
2.94
0.41
2.71
3.62
0.46
2.06
0.69
3.03
0.69
4.1
2.1
2.7
16.0
1.9
4.2
11.0
2.8
6.7
2.2
7.3
3.7
1.51
1.39
1.76
2.06
1.60
1.33
1.57
1.82
2.18
1.15
1.09
1.33
0.24
0.18
0.15
0.46
0.13
0.15
0.18
0.28
0.16
0.22
0.19
0.18
Корреляционный анализ указывает на существование наиболее тесных
связей между взвешенной формой железа и растворённой формой марганца, растворенными формами Mn и Fe, c одной стороны, Cu и Mn - с другой,
а также взвешенными Сu, Fe и Zn (табл. 2)
В 2005 году было открыто рудное поле «Ашадзе-2», где также изучались гидрогеохимические ореолы рассеяния (Приложение 2).
Руды «Ашадзе-2» характеризуются Cu и Fe специализацией и почти
полным отсутствием цинковой. Сульфидные руды представлены медноколчеданными
(изокубанит-пирротиновыми,
изокубанит-пирротинпиритовыми), медными (изокубанит-халькопирит-борнит-халькозиновыми)
и серноколчеданными (пирит-марказитовыми) разновидностями. Средние
содержания и диапазоны содержаний главных рудных и благородных ме12
таллов в сульфидных рудах поля составляют - Cuср.=10.41% (1.47-28.87),
Feср=29.24% (15.91-33.61), Auср=8,41г/т (15.0-0.53), Agср=5.98г/т (0.00523.60). Руды обогащены кобальтом, но обеднены кадмием, свинцом, сурьмой, ртутью.
Из анализа данных следует, что влияние источника на придонные воды
в наибольшей степени выражено в юго-восточной части территории съёмки, в особенности по концентрациям железа, поскольку Feраств существует
только вблизи источника, а переход во взвесь осуществляется позднее, на
удалении от источника. Наблюдается отсутствие корреляции между содержанием растворённых форм микроэлементов и абсолютными значениями
мутности, что естественно, поскольку повышенная мутность связана с высокими концентрациями взвешенных форм элементов. Поэтому, на горизонте латерального рассеяния, где наблюдался аномальный слой придонной воды, концентрация растворённых микроэлементов оставалась фоновой или ниже фоновой.
Таблица 2
Корреляционная матрица растворённых и взвешенных форм меди, марганца, железа и цинка в придонных водах рудного поля «Ашадзе-1».
Cuраст
Cu взв
Mnраст
Mn взв
Fe раст
Fe взв
Zn раст
Zn взв
Cuраст
1
Cuвзв
0,17
1
Mnраст
0,59
0,58
1
Mnвзв
0,22
0,07
0,01
1
Fe раст
0,55
0,45
0,87
-0,15
1
Fe взв
0,50
0,68
0,96
0,09
0,79
1
Znраст
-0,12
0,22
0,38
0,16
0,10
0,41
1
Znвзв
0,24
0,75
0,56
0,24
0,18
0,66
0,38
1
Распределение растворенных форм меди и цинка в целом сходно. Выраженной тенденцией является то, что все аномальные и высокие содержания растворённых форм микроэлементов измерены в подавляющем большинстве случаев на станциях 1501-4, 1541 и 1499-5. Выделяется профиль
1501, где измерены повышенные значения для меди, железа и цинка. В
пробах, отобранных на этих же станциях, а также ст. 1541 наблюдаются
повышенные концентрации марганца. Все эти станции расположены к северо-западу от ст. 1501-4 где обнаружены самые высокие концентрации
железа. Это позволяет предположить распространение ореола рассеяния на
северо-запад от станции 1501-4, которая находится вблизи гидротермаль13
ного источника. Это вывод был подтвержден по данным полученным
французской экспедицией SERPENTINE (Serpentine Cruise Report, 2007).
В заключение, следует отметить, что максимальные концентрации Mn,
Cu, Zn и Fe на «Ашадзе-2» в отличие от поля «Ашадзе-1» были зафиксированы на расстоянии 50-70 м от дна. Формирование геохимических аномалий связано, видимо, с аномалиями мутности, положительными аномалиями температуры и солёности на нижнем (придонном) горизонте рассеяния,
образованном реверс-плюмом в 60-80 м от дна. Это связано со своеобразным характером гидротермальной разгрузки на поле «Ашадзе-2», приуроченной к кратеру.
Развитие «реверс-плюмов» приурочено к некоторым источникам кратеров, характерной чертой для этих растворов является повышенная относительно окружающей морской воды плотность (Sudarikov and
Roumiantsev, 2000). От обычных плюмов они отличаются характером рассеяния – струя не вертикальная, а наклонная, горизонтальная или нисходящая, за счёт повышения плотности раствора (Bogdanov et al.,1995).
3. Разработана и опробована методика проведения и интерпретации гидрогеохимичеcких исследований для определения планового
положения и глубины зон разгрузки, и направления придонных течений. Корреляция между растворённой формой марганца и взвешенной
формой железа указывает на близость к гидротермальному источнику.
Отрицательные аномалии потенциальной температуры, солёности и
плотности свидетельствуют о глубине зоны разгрузки, совместный
анализ гидрофизических и гидрогеохимических аномалий позволяет
оценить основное направление придонных течений.
В результате многолетнего изучения гидротермальных ореолов рассеяния рудных полей «Ашадзе-1», «Ашадзе-2», разработана методика проведения и интерпретации гидрогеохимических исследований, которая была
опробована на рудных полях «Пюи-де-Фолль», «Зенит-Виктория», «Семёнов-2», и на неовулканическом поднятии 11о26,4´ с.ш. и.
На рудных полях «Пюи де Фолль» и «Зенит-Виктория», расположенных на глубинах менее 3000 м, в отличие от рудного поля «Ашадзе-1», не
наблюдается отрицательных аномалий гидрофизических параметров (потенциальная температура, солёность и плотность).
На мелководном (до 2000 м) рудном поле «Пюи де Фолль» были выявлены лишь высокие аномалии мутности придонной водной толще на двух
станциях. Впервые в районах гидротермальной активности аномалии мутности достигали «ураганных значений» до 1,300 FTU (рис. 3).
Руды поля «Пюи де Фолль» представлены массивными медноколчеданными (Cu-Fe) и цинково-колчеданными (Zn-Fe). Пористо14
масссивные чаще представлены серноколчеданным типом (Fe-S) и его опализированными разновидностями.
Средние содержания в рудах: Cuср = 7,42 %, Znср = 2,51 %. Ресурсы сухой рудной массы рудного поля «Пюи де Фолль» оцениваются в 12 млн
тонн.
Рудное поле «Зенит-Виктория», также как и поле «Пюи де Фолль» мелководное, расположено в интервале глубин 2320-2380 м. Здесь также на
двух станциях были выявлены аномалии мутности, без значительных аномалий гидрофизических параметров (рис. 3).
Руды, встреченные на поле «Зенит-Виктория», преимущественно серно-колчеданного и медно-колчеданного типов. Средние содержания в рудах: Cuср = 2,34 %, Znср = 0,72 %. Ресурсы сухой рудной массы гидротермального поля «Зенит-Виктория» оцениваются в 8 млн тонн.
В отличие от рассмотренных выше мелководных полей, на неовулканическом поднятии 11о26,4´ с.ш., где глубины достигают порядка 3800 м,
распределение гидрофизических параметров гидротермального плюма
сходно с распределением таких параметров плюма «Ашадзе-1».
У вершины неовулканического поднятия осевой зоны рифтовой долины (11о26,4´ с.ш,), в придонном слое воды в диапазоне глубин 3520 - 3590 м
наблюдались характерные для гидротермальных плюмов изменения геохимических и физических параметров: повышение мутности, сопряжённое со
снижением солёности, потенциальной температуры и плотности. В результате зондирования водной толщи на 4-х станциях по субмеридиональному
профилю с интервалом в 500 м получены данные о постепенном подъёме
гидротермально изменённых вод пониженной плотности в направлении
преобладающих придонных течений с юга на север. По данным поинтервального опробования изучалось распределение Fe, Mn, Cu и Zn в придонных водах. Структура формирующихся ореолов рассеяния говорит о перемещении растворённых компонентов в северном направлении в соответствии с особенностями их геохимической миграции. Особенно характерно
распределение Fe и Mn. Показано, что максимальные концентрации растворённого железа наблюдаются на юге участка ~100 м от дна. К северу
область повышенных концентраций занимает более высокое положение.
Одновременно происходит разубоживание ореольных вод в наиболее
вероятном направлении сноса с юга на север. Повышенные концентрации
марганца совпадают с областью гидрофизических аномалий. Проведённые
исследования позволили установить наличие аномалий мутности, температуры, солёности, плотности, сопровождающиеся повышенными концентрациями Fe, Mn, Cu и Zn в придонных водах района 11о26,4´ с.ш. САХ.
Наблюдавшиеся изменения структуры придонных вод носят закономерный
15
характер и свидетельствуют о существовании неизвестной ранее области
гидротермальной разгрузки в рифтовой зоне Срединно-Атлантического
хребта в районе 11о26,25´ с.ш.
27.55
1.)
27.6
0
27.65
0.4
27.7
0.8
27.75
1.2
27.8
27.85
1.6
27.76
2.)
2
0
27.8
0.04
27.84
0. 12
0.08
27.88
0.16
0.2
1600
Θ
D
S
1200
Turb
S
Turb
D
Θ
1800
D
1400
2000
1600
2200
1800
2400
2000
3.5
34.97
4
34.98
4.5
5
34.99
35
5.5
6
2. 8
35.01
35.02
34.96
3.2
34.98
3.6
4
35
4. 4
35.02
4.8
35.04
Рис. 3. Распределение гидрофизических параметров (мутности (Turb),
плотности (D), потенциальной температуры (Θ) и солёности (S) в придонном слое над рудным полем «Пюи де Фолль» (1) и полем «ЗенитВиктория» (2).
Заключение
В результате проведенного исследования удалось осветить ряд вопросов, касающихся геохимического облика, распространения, образования и
функционирования сложной системы океанских гидротермальных растворов и водных ореолов рассеяния – гидротермальных плюмов.
1. Отличительной чертой плюма над «Ашадзе-1» является отрицательная аномалия плотности, в то время как флюиды, разгружающиеся из кратера поля «Ашадзе-2» отличаются большей плотностью и формируют придонные гидрохимические аномалии.
Coгласно проведённым исследованиям пониженная плотность растворов и, как следствие, высокая «плавучесть» плюмов обусловлена, наряду с высокой температурой и низкой минерализацией, повышенным содержанием газов (в особенности H2, CH4) в высокотемпературных (до 353 С) гидротермальных растворах.
16
Ө
S
2.
3.
4.
5.
В гидротермальных плюмах поля «Ашадзе-1» максимальные концентрации Mn, Cu, Zn и Fe зафиксированы на высоте 150-200 м от
дна на горизонте латерального рассеяния, сформированном за счёт
разгрузки высокотемпературных растворов. Установлена корреляция аномальных концентраций растворённого марганца и взвешенного железа. Это согласуется с миграционными особенностями
элементов и свидетельствует о формировании плюмов вблизи высокотемпературных источников.
Максимальные концентрации рудных элементов в придонных водах поля «Ашадзе-2» обнаружены в 30-90 м от дна и коррелируют
с аномалиями мутности, положительными аномалиями температуры и солёности на нижнем горизонте латерального рассеяния,
сформированном за счёт разгрузки из гидротермального кратера.
Более тяжёлые минерализованные растворы кратера, формируют
реверс-плюмы и придонные аномалии растворённых рудных компонентов.
Обобщая результаты диссертационного исследования можно сделать вывод о том, что на гидротермальных рудных полях расположенных на глубинах до 2500 м не наблюдается аномалии в распределении солёности и температуры, регистрируются только аномалии мутности. При этом, на гидротермальных рудных полях расположенных на глубинах свыше 3000 м регистрируются аномалии
в распределении всех гидрофизических параметров (потенциальная
температура, солёность, плотность и мутность), в соответствии с
«атлантической» моделью формирования гидротермальных плюмов. Таким образом, при проведении гидрофизического зондирования мы можем определить примерную глубину источника. Такое
распределение гидрофизических параметров связано с тем, что источники, расположенные на удалении от рифтовой долины, и на
глубинах меньше 2500 м не захватывают холодные и распреснённые воды, вследствие этого не наблюдаются аномалии в распределении солёности, потенциальной температуры и плотности.
Комплексное рассмотрение гидрофизических и гидрогеохимических аномалий позволяет определить направление сноса гидротермального материала. В частности, результаты изысканий, проведённые на неовулканическом поднятии 11о26´ с.ш, САХ указывают
на основное направление сноса гидротермального материала с юга
на север. Эти наблюдения помогают уточнить плановое положение
гидротермальных источников.
17
6.
В практическом плане результаты исследований могут быть использованы для решения следующих задач:
 определение наличия или отсутствия гидротермальной деятельности по чётко установленным критериям соотношения мутности, температуры и солёности на горизонте латерального рассеяния;
 определение приблизительной глубины гидротермального
источника по наличию или отсутствию отрицательных
аномалий температуры и солёности на профиле вертикального зондирования CTD;
 определение степени удалённости от высокотемпературного источника по корреляции содержаний взвешенного железа и растворённого марганца в плюмах;
 определение преобладающего направления придонных течений в районе гидротермальной разгрузки и наиболее
вероятных координат источника по положению гидрогеохимических и гидрофизических аномалий.
ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ
РАБОТЫ:
1. Андреев С.И., Егоров И.В., Наркевский Е.В., Петухов С.И., Судариков С.М., Семкова Т.А. Результаты 26 рейса НИС «Профессор Логачёв»
в район 13 с.ш. Срединно-Атлантического хребта. // Экспедиционные исследования ВНИИОкеангеология в Арктике, Антарктике и Мировом океане
– Санкт-Петербург – 2006 – С. 101-108.
2. S.M. Sudarikov, E.V. Narkevsky V.E. , Bel’tenev Bottom water geochemistry of Atlantic hydrothermal fields // Minerals of the ocean – 3, Future
developments, International conference, abstracts – St. Petersburg, – 2006 – P.
151-152.
3. V. Beltenev, V. Ivanov, I. Rozhdestvenskaya, G. Cherkashov, T. Stepanova, E. Narkevsky, V. Shilov, A. Pertsev, M. Davydov, I. Egorov, I.
Melekestseva, V. Ignatov A new hydrothermal field at 13º30’ N on the MidAtlantic Ridge // InterRidge News – Vol. 16 – Woods Hole Oceanographic Institution – 2007 – P. 9-11.
4. Судариков С.М., Наркевский Е.В., Каминский Д.В. О структуре
гидротермальных плюмов в придонных водах района 12°58΄ с.ш. САХ //
Материалы 27 Международной научной конференции (школы) по морской
геологии. – Москва. ГЕОС – Том 2 – 2007 – С. 80-84.
18
5. Narkevsky E.V., Gustaytis A.N. The hydrophysical characteristic of the
seawater in the region of Pui de Folles (20°30´ n, MAR) // Minerals of the ocean
– 4. International conference, abstracts – St. Petersburg – 2008.
6. Наркевский Е.В., Густайтис А.Н. Новые данные о структуре придонных вод в районе рудного поля «Пюи де Фолль» // Вестник СанктПетербургского университета. Серия 7: Геология, география – 2008.– С.
132-134.
7. Beltenev, V. Ivanov I. Rozhdestvenskaya, G. Cherkashov, T.
Stepanova, V. Shilov, M. Davydov, A. Laiba, V. Kaylio, A. Pertsev, I. Dobretzova, A. Gustaytis, Ye. Popova, E. Narkevsky, Ye. Amplieva, C. Evrard
New data about hydrothermal fields on the Mid-Atlantic Ridge between 11° 14° N: 32nd Cruise of R/V Professor Logatchev /V. // InterRidge News – Vol.
18 – Woods Hole Oceanographic Institution – 2009 – P. 13-18.
8. Судариков С.М., Наркевский Е.В., Каминский Д.В. Гидрофизические и гидрохимические особенности гидротермальных плюмов в придонных водах района 12º58'с.ш. САХ // VI Рабочее совещание Российского
отделения Международного проекта InterRidge, 6-7 июня 2009. – СПб.
ВНИИОкеангеология – 2009 – С. 55-57.
9. Наркевский Е.В., Густайтис А.Н. Поиск районов гидротермального
рудообразования с помощью гидрофизического метода // Металлогения
древних и современных океанов-2009. Модели рудообразования и оценка
месторождений – Миасс: Имин Уро РАН – 2009 – С. 21-25.
10. Наркевский Е.В., Густайтис А.Н., Каминский Д.В., Ермакова Л.А.
Признаки современной гидротермальной активности на отрезке САХ
11º00'-11º30' с.ш. // Материалы 28 Международной научной конференции
(школы) по морской геологии. – Москва. ГЕОС. – Том 2. – 2009 – С. 153155.
11. Narkevsky E.V., Gustaytis A.N., Ermakova L.A. The results of hydrophisical explorations in the Atlantic ocean during 32th cruise on the RV “Professor Logachev” // Minerals of the ocean-5 and deep-sea minerals and mining-2
Joint international Conference, abstracts – St.Petersburg, VNIIOkeangeologia –
2010 – P. 77-79.
12. С. М. Судариков, Наркевский Е.В., А. Н. Густайтис, Л. А. Ермакова. Геохимические признаки гидротермальной разгрузки в рифтовой зоне
Срединно-Атлантического хребта (11° 30’ с.ш.) // Доклады Академии Наук
– том 436, № 4 – 2011– С. 533–536.
13. Судариков С.М., Наркевский Е.В., Густайтис, А.Н., Ермакова Л.А.
Обнаружение гидротермального плюма в рифтовой зоне. // Океанология –
том 51, № 6 – 2011 – С. 1–4.
19