К минералогии железомарганцевых образований Индийского океана

Донные осадки

И.А. Сучков

Одесский национальный университет им. И.И. Мечникова

К МИНЕРАЛОГИИ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ ОБРАЗОВАНИЙ ИНДИЙСКОГО ОКЕАНА

Цель. Дополнительное изучение и уточнение данных по минералогии железомар-ганцевых конкреций.

Методика. Порошковая рентгеновская дифрактометрия. Результаты. Получены данные по минеральному составу и структуре океанических железомарганцевых образований.

Научная новизна. Установлено, что основным минералом железомарганцевых корок Индийского океана является вернадит, что отражает их гидрогенную природу.

Практическая значимость. Показано, что минеральный состав океанических железомарганцевых образований отражает их генезис и может служить критерием оценки качества этого нового вида минерального сырья.

Ключевые слова: марганцевая минеральная фаза, генезис, океаническая седиментация.

В настоящее время при изучении минеральных ресурсов Мирового океана особый интерес представляют железомарганцевые образования — комплексная руда на медь, никель, кобальт, марганец и ряд других элементов. Сотрудники Одесского университета, начиная с 1980-х годов, активно изучают железомарганцевые образования. Отобранные авторами во время экспедиций в Индийский океан образцы послужили материалом для детального изучения их минерального состава. Достоверные данные о минералогии железомарганцевых образований необходимы в связи с их использованием как нового вида полезных ископаемых, а также в связи с решением вопросов их генезиса.

Опубликованы данные по распространению, морфологии, химическому и минеральному составу железомарганцевых конкреций [1—4, 7, 8, 11, 13—16 др.]. В то же время данные по минералогии же-лезомарганцевых образований Индийского океана не полные, и во многом противоречивы (табл. 1). Приводимые в данном сообщении результаты исследования призваны восполнить этот пробел.

© И.А. СУЧКОВ, 2017

Таблица 1. Марганцевые минералы железомарганцевых образований Индийского океана

Район Тип образований Минеральный состав Источник

Центральная котловина К К I II III вернадит, псиломелан тодорокит тодорокит, вернадит Безруков, 1972; Cronan,Moorby, 1981

К I III тодорокит. вернадит. Rao, 1987

К III вернадит,ферроксигит Чухров и др.,1989

К I II III бузерит-^бузерит-П, асболан-бузерит,бернессит вернадит,асболан-бузерит вернадит, Мп- ферроксигит Скорнякова, Успенская, 1990

Кокосовая и Западноавстралийская котловины К тодорокит, вернадит Cronan,Moorby, 1981

Котловина Крозе К тодорокит, вернадит бернессит Leclore, Persei, 1978

К вернадит, тодорокит Gronan,Moorby, 1981

Мадагаскарская котловина К вернадит Cronan,Moorby, 1981

Сомалийская котловина К, Кр рентгенаморфные окислы Бе и Ми. Шнюков и др., 1979

К вернадит, тодорокит Cronan.Moorby, 1981

Южноавстралийская котловина К вернадит, тодорокит Frakes, 1982

Поле Диамантина К вернадит, тодорокит, ферригидрит, ферроксигит Ostvaid, 1984

Срединноокеани-ческий хребет Кр вернадит Glasby, 1972

Кр рентгенаморфные окислы Бе и Ми Шнюков и др., 1979

Кр вернадит Cronan,Moorby, 1981

К — конкреции; Кр — корки; I, II, III — типы конкреций: I — Ми/Бе > 2,5; II — Ми/Бе = 1,5-2,5; III - Ми/Бе < 1,5

Железомарганцевые образования имеют сложный минеральный состав. Их основу слагают гидроксиды марганца и железа. В качестве примесей присутствуют кварц, глинистые минералы и другие породообразующие минералы. Марганцевая минеральная фаза определяет состав железомарганцевых стяжений и отражает их генезис. Сложность диагностики минералов марганца состоит в том, что они плохо окристаллизованы, тонкодисперсны и дают тончайшие взаимные прорастания, что требует специальных методов их изучения. Во многих случаях минералы конкреций определялись как псиломелан, вернадит, тодорокит, рентге-наморфные окислы Ми и Бе, что объясняется трудностью и неоднозначностью их определения. Большой вклад в понимание минералогии и кристаллохимии минералов марганца железомарганцевых образований внесли сотрудники ГИН

АН России, изучая конкреции Тихого океана методом электронной микроскопии с микродифракцией электронов [12].

Переход к массовому определению минерального состава и уточнению крис-таллохимических особенностей гидроксидов марганца стал возможен благодаря разработке исследователями из Санкт-Петербургского государственного университета методики рентгендифракционного изучения этих образований [9].

Было показано, что основными минералами Мп и Бе в конкрециях являются вернадит, 10-ангстремовая фаза, реже бернессит, ферроксигит. 10-ангстремовая фаза ранее отождествлялась только лишь с тодорокитом, имеющим туннельный тип кристаллической структуры. Современные методы исследования минерального состава показали, что эта фаза может быть представлена целой группой минералов со слоистым типом кристаллической структуры. Основные характеристики этих минералов марганца океанических железомарганцевых образований приведены в таблице 2.

Таблица 2. Марганцевые минералы океанических железомарганцевых образований

Минерал Состав Сингония и параметры элементарной ячейки

вернадит МпО2 пН2О (^О, ЯО, ^О,) Я - Са, Со, Бе, Мп гексагональная а=2.86, с=4.70 А

7-анг-стре-мовая фаза бернессит Г^Мп^ОНЖО^О), Я — Мп, № и др.; х - количество вакантных октаэдров гексагональная а=2.83, с=7.08-7.31 А

10-ангст-ремовая фаза тодорокит (Мп4+, Мп3+)8О123Н2 ромбическая а=9.75, в=2.84, с=9.6 А

бузерит I, бузерит II Мп4+1 {(Мп2+, Са, К) (Ондол-х) х х - количество вакантных октаэдров. гексагональная а=2.84. с= 9.7 А

асболан [Мп^хОНП^ДОН^хГп^О Я2+ - N1, Со, Са; у, х < 1 гексагональная а=2.823, с=9.6 А

неупорядоченный смешанослойный асболан-бузерит катионы Мп, Са (мало), Си и Со не обнаружены гексагональная с = 9.8 А

неупорядоченный смешанослойный бузерит I — "дефектный литиофорит" неупорядоченное чередование бузеритоподобных (Мп1-хО2) и литиофоритоподобных (Я(ОН) пакетов. Я - Mg. А1, N1 гексагональная с = 10 А

Методом порошковой рентгеновской дифрактометрии нами изучен минеральный состав железомарганцевых образований Центральной и Западноавстра-лийской котловин, а также Восточноиндийского и Срединноокеанического хребтов Индийского океана. Основные характеристики изученных рудных образований приведены в таблице 3.

Минеральный состав железомарганцевых образований разнообразен и различается как по типам руд, так и по регионам. Отмечается географическая измен-

Таблица 3. Основные характеристики железомарганцевых образований Индийского океан

Характеристика конкреций

Район Тип Морфология Структура поверхности Текстура Внутренняя структура Минеральный состав Mn Fe ZCu,Ni, Co,%

Срединно-океаничес кий хребет III сфероидальные, уплощенные гладкая концентрически-слоистая. радиально-лучистая колло-морфная, дендрито-вая вернадит, гетит 0,31,4 до 0,4

Восточно-Индийский хребет II сфероидальные мелко-глобулярная концентрически-слоистая клобуляр-ная колло-морфная бузерит I, асболан-бузерит 1,53 до 2,4

III сростковые гладкая тонкокон-центрически-слоистая колло-морфная вернадит <1,5 0,4-13

Западно-Австралийская котловина II сфероидальные, эллипсоидальные мелко-глобулярная концентрически-слоистая глобулярная колло-морфная бузерит I. асболан-бузерит >1,5 до 2,3

III угловато-округлые, сростковые гладкая концентри-чески-сло-истая, ради-ально-лучи-стая колломор-фная, ден-дритовая вернадит <1,5 0,4-1,2

Центральная котловина I Сфероидальные эллипсоидальные крупно-глобулярная грубокон-центрически-слоистая глобулярная асболан-бузерит, бузерит I 4 до 2,6

II дискоида- льные, сростковые мелко-глобулярная концентри-чески-сло-истая глобуляр-ная,колло-морфная асболан-бузерит, бузерит № 1,54 1,3-1,9

III угловато-округлые, лепешко-видные гладкая тонко-концентрически-слоистая колломор-фная вернадит <1,5 0,7-1,3

чивость вещественного состава железомарганцевых конкреций для различных районов Индийского океана, что отражает особенности океанического седимен-тогенеза. В восточной части океана, наиболее перспективной для промышленного освоения (Центральная, Западно-Австралийская котловины), преобладающими фазами являются 10-ангстремовые минералы со слоистым типом структуры (бузериты, смешанослойный асболан-бузерит). Структура этих минералов достаточно мобильна, что может способствовать вхождению в их кристаллическую структуру таких элементов, как медь и никель, что подтверждается экспериментальным изучением их сорбционных свойств [5]. В западной части океана конкреции сложены вернадитом и имеют низкие концентрации рудных элементов.

Таблица 3. Окончание

Характеристика микроконкреций

Район Морфология Вмещаюцие осадки Минеральный состав Mn/ Fe ZCu, Ni,Co,%

Срединно-океанический хребет гроздевидные, цилиндрические известковистые, известково-глинистые илы вернадит 0,5-1,5 -

Западно-Австралийская котловина гроздевидные глинистые, кремнистые , слабоизвестко-вистые бернессит, бузерит I 4 -14 до 3,2

Центральная котловина гроздевидные, округлые, цилиндрические глинистые, кремнистые, слабо-известковистые бернессит, асболан-бузерит, бузерит I, бузерит II, вернадит 5-30 1,4-3,5

Район Характеристика корок

Субстрат Текстура Мощность, мм Mn/Fe 2 Cu, Ni, Co,% Минералы

Срединно-океанический хребет сильно измененные базальты тонкослоистая, массивная 0-5 0,41,0 до 0,3 вернадит гетит

Восточно-Индийский хребет свод сильно измененные базальты тонкослоистая, массивная 0-4 1,0 до 0,9 вернадит

западный склон рудное вещество I группы горизонта- до 7 1,52,0 до 1,0 асболан-бузерит, бузерит I

рудное вещество II группы льно-слоистая брекчиевидная 301821 до 0,01 бернессит, пиролюзит, тодорокит

Центральная котловина (южная часть) базальты тонкослоистая 0-4 1,22,0 0,6-1,2 вернадит

Центральная котловина (разлом Индрани) литифициро-ванные осадки тонкослоистая 0-3 1,0-2,0 0,7-1,1 вернадит

Для железомарганцевых конкреций отмечается концентрически-зональное распределение минералов в пределах отдельных стяжений, а также вертикальная ас-симетрия в изменении минерального состава. Внешние зоны конкрецш слагают наиболее гидратированые, с менее совершенной кристаллической структурой, разности марганцевых минералов. Внутренние зоны и ядро конкреций слагают более устойчивые минеральные фазы. Подобное распределение минералов в пределах отдельных стяжений обьясняется твердофазовыми трансформационными переходами марганцевых фаз.

Минеральный состав микроконкреций также отличается по регионам. В западной части океана их состав аналогичен составу конкреций этого района. В микроконкрециях восточной части океана наряду с минералами, характерными для кон-

креций, присутствует бернессит, причем вниз по колонке осадков его количество увеличивается, что может быть связано с диагенетическими преобразованиями.

Основным минералом железомарганцевых корок является вернадит, что отражает их гидрогенную природу. Особый минеральный состав имеют коркопо-добные образования западного склона Восточноиндийского хребта. Их слагает рудное вещество двух групп, резко отличающихся по минеральному и химическому составу. Вещество первой группы по составу близко железомарганцевым конкрециям этого региона. Вещество второй группы слагает бернессит, а также впервые обнаруженный в рудных океанических образованиях минерал марганца с туннельным типом кристаллической структуры — пиролюзит. Сопоставление вещественного состава коркоподобных образований с другими рудами показало, что они имеют смешанную гидротермально-осадочную природу. Этот факт существенно расширяет представления о гидротермальной деятельности на дне океана вне зон спрединга.

Таким образом, минеральный состав океанических железомарганцевых образований отражает их генезис и может служить критерием оценки качества этого нового вида минерального сырья. Вернадитом сложены конкреции и корки, имеющие гидрогенно-седиментационную природу. Наиболее перспективные для промышленного освоения по содержанию цветных металлов конкреции сложены различными 10-ангстремовыми марганцевыми минералами со слоистым типом кристаллической структуры и имеют седиментационно-диагенетическую природу. Гидротермальные марганцевые руды сложены бернесситом либо марганцевыми минералами с туннельным типом структуры. Этот тип марганцевых руд самостоятельного промышленного значения не имеет, но важен как поисковый признак на обнаружение гидротермальных полиметаллических сульфидных руд в океане. Выявленные закономерности близки к описанным ранее для других океанов [10], что позволяет говорить об общности марганцевого рудогенеза в Мировом океане.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Атлас морфологических типов железомарганцевых конкреций Мирового океана. Ред. Б.Х. Егиазаров, В. Зыка. Брно: 1990. 211 с.

2. Батурин Г.Н. Геохимия железомарганцевых конкреций океана. М.: Наука. 1986. 328с.

3. Кронен Д. Подводные минеральные месторождения. М.: Мир. 1982. 393 с.

4. Левитан М.А., Гордеев В.В., Морфология и химический состав железомарганцевых конкреций центральной части Индийского океана. Литол. и полез. иск. 1981. №5. С. 25—37.

5. Новиков Г.В., Челищев Н.Ф., Сметанникова О.Г., Сучков И.А., Франк-Каменецкий В.А. О вхождении цветных металлов в марганцевые минералы океанических конкреций и корок. ЗВМО. 1990. СХХ11. №3. С. 49-62.

6. Скорнякова Н.С., Безруков П.Л., Базилевская Е.В., Гордеев В.В Железомарганцевые конкреции восточной части Индийского океана (зональная и локальная изменчивость). Литология и полез. ископ. 1979. № 3. 3018 с.

7. Скорнякова Н.С., Свальнов В.Н., Мурдмаа И.О. и др. Железомарганцевые конкреции Центральной котловины Индийского океана. М.: Наука. 1989. 223 с.

8. Скорнякова Н.С., Успенская Т.Ю., Горшков А.И., Сивцов А.В. Железомарганцевые конкреции Центральной котловины Индийского океана. Изв. АН СССР. Сер геологическая. 1990. №6. С. 117-10.

9. Сметанникова О.Г., Франк-Каменецкий В.А. Возможности рентгендифракционных методов при диагностике гидроксидов марганца. Методы дифракционных исследований кристаллических материалов. Новосибирск: Сиб. отд. Наука. 1989. С. 100-107.

10. Сметанникова О.Г., Андреев С.И., Аникеева Л.И., Франк-Каменецкий В.А., Сучков И.А. Минеральный состав и структура океанических железомарганцевых образований в связи с их генезисом. ЗВМО. 1991. СХХ. № 3. С. 31-42

11. Резник В.П., Зайд П.В., Ищенко Л.В. Микрорельеф поверхности ЖМК как функция условия их образования. Геол. океанов и морей. Тезисы докладов 8 Всесоюзной школы по морской геологии. М. 1988. 3. С.182-183.

12. Чухров Ф.В., Горшков А.И., Дриц В.А Гипергенные окислы марганца. М.: Наука. 1989. 208 с.

13. Школьник Э. Л., Жегалло Е. А., Батурин Г. Н. и др. Исследование марганцевой и железо-марганцевой минерализации в разых природных обстановках методами сканирующей электронной микроскопии. М.: Эслан, 2012. 472 с.

14. Шнюков Е.Ф., Орловский Г.Н., Железомарганцевые конкреции Индийского океана. Геологический журнал. 1980. 40. №2. С.46-64.

15. Шнюков Е.Ф., Орловский Г.Н., Клещенко С.А., Резник В.П., Зиборов А.П., Щипцов А.А. Железомарганцевые конкреции Индийского океана. Киев. 2001. 329 с.

16. Banakar V. K., Nair R. R., Parthiban G., Pattan J. N. Oceanic ferromanganese deposits: future resources and past-ocean recorders. The Indian Mineralogist. 2000. 34(2). P. 41-56.

Статья поступила 07.02.2017

1.А. Сучков

ЩОДО МШЕРАЛОГП ЗАЛ1ЗОМАНГАНОВИХ УТВОРЕНЬ ШДШСЬКОГО ОКЕАНУ

Мета. Додаткове вивчення i уточнення даних по мшералоги залiзоманганових конкрецш. Методика. Порошкова рентгешвська дифрактометрiя.

Результати. Отримано дат по мшеральному складу i структур океашчних залiзо утворень. Наукова новизна. Встановлено, що основним мшералом железомарганцевих корок Iндiйського океану е вернадгг, що вiдображаe !х гiдрогенного природу.

Практична значимкть. Показано, що мшеральний склад океанiчних залiзоутворень вiдображае !х генезис i може служити критерiем оцiнки якостi цього нового виду мшерально! сировини. Ключовi слова: манганова MirnpaAbHa фаза, генезис, океатчна седиментащя.

I.A. Suchcov

ON MINERALOGY OF FERROMANGANESIAN BUILDS-UP IN THE INDIAN OCEAN Purpose. Additional study and refinement of data on the mineralogy of ferromanganese nodules. Methods. Powder X-ray diffractometry.

Findings. Data on the mineral composition and structure of oceanic ferromanganese formations. Originality. It has been established that the main mineral of iron-manganese crusts of the Indian Ocean is vernadite, which reflects their hydrogenogenic nature.

Practical implications. It is shown that the mineral composition of oceanic ferromanganese formations reflects their genesis and can serve as a criterion for assessing the quality of this new type of mineral raw materials.

Key words: manganese mineral phase, genesis, ocean sediment genesis.