На протяжении более 30 лет ФГБУ «ВНИИОкеангеология», являясь головной организацией по проблеме твердых полезных ископаемых (ТПИ) Мирового океана, вместе с АО «ПМГРЭ» занимается изучением глубоководных полиметаллических сульфидов (ГПС), промышленное освоение которых планируется в будущем. С 1985 г. в пределах Российского разведочного района (РРР–ГПС) в Срединно-Атлантическом хребте (САХ) ведутся геологоразведочные работы (ГРР), первоначально носившие рекогносцировочный и региональный характер, а с 2012 г. проводятся в соответствии с 15-летним международным контрактом с Международным органом по морскому дну (МОМД ООН). В настоящий момент завершается стадия общих поисков на первом, 6-летнем этапе контрактных работ. На втором этапе в течение 5 лет планируются оценочные работы, на третьем этапе в течение 4 лет - разведка и опытная добыча. Контракт должен быть завершен в 2027 г. К этому времени контрактор должен быть готов к промышленному освоению разведанного объекта ГПС.

В 2014–2017 гг. материалы, собранные в ходе доконтрактных и контрактных работ, были положены в основу, по-видимому, одной из первых в мировой практике среднемасштабных карт (1:5 000 000) дна Мирового океана - Геолого-тектонической карты РРР–ГПС (САХ) (рис. 1), условные обозначения которой включают разделы: 1. Морфоструктурные и тектонические элементы; 2. Геологическое строение; 3. Геодинамика; 4. Минерагения и прочие условные обозначения, - которые в основном касаются рельефа дна.

Главенствующая морфоструктура этой карты - Срединно-Атлантический хребет, в какой-то степени являющийся эталонным примером срединно-океанического поднятия Мирового океана, сформировавшегося в режиме малых скоростей спрединга (1,5–3,0 см/год). В общерегиональном плане эта мегаструктура выглядит четко элементно-дифференцированным образованием, отдельные составные части которой при детализации могут снижать свою индивидуальную выразительность. Перечень морфоструктур стандартный: осевая рифтовая долина, в пределах которой выделяются днище и борта, осложненные структурами 3-го порядка (впадинами, поднятиями, вулканическими постройками разного ранга крупности; на бортах террасовидными площадками).

Зонами концентрации максимальных деформационных нагрузок, по-видимому, являются два линейных морфоструктурных элемента: подножие нижнего вогнутого перегиба борта, отвечающее в основном сжатию, и его верхняя бровка - выпуклый перегиб, связанный, скорее всего, с растяжением. Эти два морфоструктурных элемента, вместе с заключенным между ними склоном борта, определяют общий абрис деформационного поля осевой зоны и линейную конфигурацию хребта.

Фланги к западу и востоку от осевой зоны, представляющие, по нашему мнению, нагорья со слабонаклонными в сторону абиссали поверхностями, осложнены цепочками разобщенных рифтовых гор, которые выстраиваются в две согласные с общей ориентировкой хребта кулисы - прифланговую (внешнюю) и прибортовую (внутреннюю). Отдельные горы последней нередко нависают над верхней бровкой борта долины, что, как будет показано ниже, имеет поисковый интерес.

Можно предположить, что если бы САХ развивался на тектонически однородном основании как единое целое, то он мог бы приобрести форму идеальной линейной мегаструктуры. В действительности хребет имеет сегментарное строение, возникшее под воздействием смещающих его осевую зону разломов. Среди них главенствует трансформный разлом Зеленого Мыса (15°22' с.ш.), отнесенный к числу демаркационных - крупнейших структурообразующих разломов океана [Пущаровский, 2005]. Этот разлом, по-видимому, наследует структурный план более ранней доокеанической эпохи и свидетельствует о гетерогенном строении основания, на котором в юрский период был заложен Атлантический океан. К такому выводу подводит продолжение разлома Зеленого Мыса на востоке - на сопредельный Африканский континент, где он разграничивает разновозрастные блоки позднепротерозойского Леоно-Либерийского кристаллического массива [Хаин, 1971]. На западе, в пределах Антильской островодужной системы, разлом Зеленого Мыса контролирует положение пограничных офиолитовых комплексов юрско-мелового возраста. Трансформ Зеленого Мыса разбивает площадь Российского разведочного района на два мегасегмента - Северный и Южный, отличающихся характером проявления гидротермального рудогенеза.

Геологический раздел условных обозначений карты представлен океаническими базальтами двух возрастов: голоценовым (IV) и верхнеплейстоценовым (III); базит-ультрабазитовыми комплексами широкого возрастного диапазона (от раннего мела до протерозоя), слагающими тектонические блоки; молодыми покровными осадочными отложениями (QIII-IV). Этот раздел, к сожалению, из-за отсутствия однозначных данных о возрасте океанических базальтов, базит-ультрабазитовых комплексов и осадков содержит элемент условности.

Типизация рудных объектов ГПС по положению в морфоструктуре САХ отражена в табл. 1. Объекты ГПС, расположенные на борту рифтовой долины (Б): Б-1 - у подножия; Б-2 - на склоне; Б-3 - у верхней бровки борта. Объекты ГПС, приуроченные к поперечным структурам рифтовой долины (П): П-1 - на стыке с бортом; П-2 - на склоне поперечного поднятия; П-3 - на замыкании поперечного поднятия. Объекты на вулканах центрального типа: В-1 - на уплощенной вершине; В-2 - у подножия вулкана; Ф - на фланге САХ.

Геодинамический раздел карты представлен данными о тепловом потоке и землетрясениях (см. рис. 1), зафиксированных мировой сетью сейсмостанций, совокупность проявления которых представляет интерес с позиций рассуждений о генезисе и потенциальных поисковых критериях мест проявления процессов гидротермального рудогенеза.

Минерагенический раздел отражает местоположение рудных объектов РРР–ГПС в структуре осевой рифтовой долины, а также их основные вещественно-ресурсные характеристики, дополненные данными о геохимической специализации гидротермальных Fe-Mn-корок и металлоносных осадков.

К настоящему моменту в пределах РРР–ГПС (САХ) выявлено 20 рудных объектов ГПС в ранге рудных узлов, рудных полей и рудопроявлений (см. рис. 1). Содержание Геолого-тектонической карты РРР–ГПС (САХ) позволяет проанализировать особенности морфоструктурного и геолого-тектонического положения рудных скоплений ГПС. В табл. 1 представлены вещественно-ресурсные показатели, которые, наряду с определением морфоструктурной позиции, несут информацию о составе и геохимии основных и попутных компонентов, а также ресурсном потенциале скоплений ГПС в рудных объектах РРР–ГПС.

По минеральному и химическому составу океанические гидротермальные сульфидные руды аналогичны наземным колчеданным образованиям, но по характеру вмещающей их рамы и геологическому положению имеют существенные отличия. Для срединно-океанических хребтов (СОХ) характерны толщи однородных толеитовых базальтов с весьма тонкими нюансами различий в вещественном составе, выражающимися в слабоулавливаемых соотношениях лейкократовых и темноцветных компонентов. Вмещающие вулканогенные образования континентальных колчеданных руд, как известно, имеют пестрый состав и представлены контрастными (базальт-риолитовыми) либо непрерывными (базальт-андезито-базальт-дацит-риолитовыми) сериями [Бородаевская и др., 1987]. На суше в ассоциации с рудоносными вулканогенными толщами обычно встречаются кремнистые отложения, неизвестные в пределах СОХ.

По химическому составу среди рудных объектов РРР–ГПС преобладают Cu-содержащие скопления. Среднее содержание Cu в рудах РРР–ГПС - 8,6%, в добываемых колчеданных рудах Урала - 1,3%, Октябрьского месторождения Красноярского края - 1,62% [Государственный доклад…, 2016]. Несколько рудных полей характеризуются очень высокими концентрациями меди: Логачев-1 - 26,2%; Логачев-2 - 22,6%; Семенов-2 - 27,5%; Пюи-де-Фоль - 11,8%. Обогащение сульфидных руд цинком (до 2,0–4,0%) отмечается только в четырех рудных полях РРР–ГПС. В рудах полей Ашадзе-1 и Логачев-2 самые высокие содержания Zn - до 15%, в остальных 15 объектах - меньше или около 1,0% этого металла (см. табл. 1).

С целью определения специализации океанических руд была разработана рудно-геохимическая классификация [Андреев и др., 2013] с учетом принятых в России минимальных практически значимых содержаний двух основных цветных металлов, встречающихся в ГПС: Cu - 1,0%, для Zn - 2,0% (Орлов, 1999). Выделены серно-колчеданные (Cu ≤1,0%, Zn ≤2,0%), медно-колчеданные (Cu ≥1,0%, Zn ≤2,0%), медно-цинковые (Cu ≥1,0%, Zn ≥2,0%), цинково-медные и цинково-колчеданные (Zn ≥2,0%, Cu ≤1,0%) руды. К рудам вторичного происхождения отнесены атакамитовые руды, сложенные гидроксилхлоридом меди - CuCl₂ × 3Cu(OH)₂. В рудных объектах РРР–ГПС (САХ) преобладают медно-колчеданные (Cu-Fe) руды.

Сульфидные минералы в составе руд подразделяются на первичные (пирит, марказит, куприт, халькопирит) и вторичные (борнит, халькозин, ковеллин), что позволяет предположить наличие рудной зональности в строении рудных тел, аналогичной установленной в наземных колчеданных месторождениях: зону первичного сульфидообразования (халькопирит, пирит, куприт, марказит), зону вторичного сульфидного обогащения (борнит, халькозин, ковеллин), чрезвычайно слабовыраженную зону выщелачивания и зону окисления, состоящую из двух подзон (атакамитовой и оксидной, обогащенной Fe).

В морфоструктурном плане все объекты РРР–ГПС подразделяются на: бортовые (Юбилейное, Зенит-Виктория, Победа-1, -2, -3, Логачев-1, -2, Ашадзе-1, -2); поперечные (Краснов - отчасти бортовое, Семенов-1, -2, -3, -4, -5, Ириновское), ортогонально или диагонально ориентированные по отношению к осевой зоне; расположенные на вулканических постройках (Пюи-де-Фоль и Сюрприз); фланговые (Петербургское и Холмистое), локализованные за пределами осевой рифтовой зоны.

Взаимосвязь объектов ГПС с морфоструктурами, характеризующимися определенными деформационными нагрузками (подошва и верхняя бровка борта, поперечные и диагональные разломы и поднятия, вулканы), очевидна. Однако локализация групп и отдельных рудных скоплений предопределяется, возможно, и другими, в частности геодинамическими, факторами: тепловым потоком и расположением сейсмических центров (рис. 2).

Низкая плотность наблюдений теплового потока не позволяет использовать эти данные для выделения локальных скоплений ГПС, но по аномальным ореолам повышенного теплового потока (от 200 до 400 мВт/м²) удается наметить перспективные площади, отвечающие подразделениям масштаба рудных районов, узлов и полей.

В пределах РРР–ГПС (САХ) прослеживаются три аномальных ореола теплового потока (см. рис. 2). На севере к контурам аномальной зоны тяготеют: Сюрприз, Зенит-Виктория, Юбилейное, Пюи-де-Фоль и Петербургское. В центре - Холмистое, Победа-1, -2, -3 и Краснов. На юге - Семенов-1, -2, -3, -4, -5; Ириновское и Ашадзе-1, -2. Таким образом, в пределы аномалий теплового потока попадают все выявленные объекты ГПС, за исключением рудного узла Логачев, где измерения не проводились.

Кроме чисто утилитарного вывода о возможности ориентировать поиски ГПС по аномальным зонам повышенного теплового потока, из пространственной взаимосвязи его с рудными проявлениями могут следовать два соображения:

• Если энергетический источник общий, то он, скорее всего, глубинный и, следовательно, гидротермальный рудогенез в СОХ имеет энергетические корни, а возможно, и источники рудного вещества, не вблизи поверхности дна под воздействием рециклинга, а в более глубоких зонах океанической коры или даже в верхах мантии.

Возможно, это предположение может объяснить наличие избыточного количества железа и серы при образовании ГПС и преобладание меди в ГПС Атлантики, а в ГПС Восточно-Тихоокеанского поднятия (ВТП) - цинка, а также поможет понять, почему концентрации химических элементов резко меняются от объекта к объекту, чего не должно быть при монотонном процессе рециклинга.

• Вхождение в ореол теплового потока (например, на севере) рудных объектов ГПС различной морфоструктурной и возрастной принадлежности указывает на независимый характер процессов, порождающих тепловой поток и гидротермальный рудогенез, с одной стороны, и формирующих мегаструктуру хребта, с другой. Возможно, неравномерность распределения продуктов гидротермального рудогенеза вдоль оси срединно-океанического хребта связана с его строением и развитием не напрямую, а опосредованно, через такой глубинный фактор, как тепловой поток. Площадные умеренно-интенсивные аномалии теплового потока (до 100–200 мВт/м²) имеют, по-видимому, кондуктивную природу, а локальные зонально-линейные или изометрические (от 200 мВт/м² и более) - конвективную. Если кондуктивные аномалии определяют контуры перспективных для рудообразования площадей в целом, то конвективные могут представлять непосредственный поисковый признак возможного местонахождения рудных объектов ГПС.

Практически все 20 рудных объектов, выявленные в пределах РРР–ГПС (САХ), оказываются в центрах концентрации сейсмической энергии с магнитудой от 3 до 5 и выше (см. рис. 2), которые, в свою очередь, совмещаются с аномальными ореолами теплового потока. Большинство гипоцентров залегают много глубже 10 км, в основном на глубинах 20–30 км, и могут представлять не только энергетически напряженные зоны, а обособленные активизированные магматические очаги в низах океанической коры и в верхней мантии, с которыми могут быть связаны рудоносные растворы. Совокупность этих соображений подкрепляет идею о возможной глубинной природе источников вещества и энергии при формировании продуктов гидротермального рудогенеза - ГПС.

Шесть сгущений эпицентров на поверхности дна (красный контур на рис. 2) пространственно совмещаются с выявленными рудными объектами ГПС. На севере это рудные поля Пюи-де-Фоль, Юбилейное, Зенит-Виктория, Петербургское и рудопроявление Сюрприз. В центре - рудные поля Холмистое, рудный узел Победа и рудное поле Краснов. В южной части района - рудный узел Логачев, рудный узел Семенов, рудное поле Ириновское, рудный узел Ашадзе. Восемь областей концентрации эпицентров (зеленый контур на рис. 2) остаются неизученными, две из них локализуются в «долине» разлома Зеленого Мыса и, по-видимому, малоперспективны. Пять сгущений эпицентров (19° с.ш., на 17°30' с.ш., два - на 16° с.ш. и у южной границы РРР–ГПС) лежат за пределами заявленных разведочных блоков и вполне могут составить новый заявочный район (см. рис. 2).

С возможностью открытия рудных объектов в пределах РРР–ГПС (САХ) связан район концентрации эпицентров между 15°30' и 16°00' с.ш., непосредственно выше разлома Зеленого Мыса (разведочные блоки 50–56). Этот участок намечен к изучению в 39-м рейсе НИС «Профессор Логачев» в IV квартале 2017 г. и может послужить проверкой «на прочность» гипотезы о связи гидротермальных сульфидных руд с сейсмически активными магматическими камерами, располагающимися на глубине вдоль осевой рифтовой долины САХ. Полученный в этом случае положительный результат позволит увереннее говорить о магматическом генезисе ГПС и глубинном выделении рудоносных растворов в ходе процессов дифференциации в сейсмически активном магматическом очаге.

Комплексный характер энергетики геодинамических процессов, обусловливающий океанический гидротермальный рудогенез, сочетающий в себе струйное влияние теплового потока, сейсмической и магматической деятельности на ограниченных площадях дна, позволяет увидеть признаки, указывающие на специфический режим его формирования, свойственный для плюм-тектонических явлений, в данном случае, вероятно, на стадии финальной фазы развития срединного хребта.

Можно предположить, что корни столбообразных струй, формирующих приповерхностный рудоносный плюм, располагаются в океанической коре или на уровне верхней границы астеносферы, которая, в свою очередь, является следствием супермасштабных глобальных плюм-тектонических процессов, порождающих общепланетарный всплеск базальтового вулканизма. Его зарождение происходит в глубоких горизонтах мантии, вероятно, вплоть до границы с ядром [Красный, 2004]. Но это уже другая проблема современной геотектоники, состоящая в поисках ответа, что породило грандиозный энергетический взрыв на планете, в результате которого на 2/3 ее поверхности случился базальтовый коллапс и возник пост-юрский современный Мировой океан.

Неоднородное геологическое строение РРР–ГПС (САХ) к северу и югу от трансформного разлома Зеленого Мыса, по-видимому являясь следствием геологической предыстории данного региона, определившей сегментарное строение и дальнейший ход формирования этого интервала срединно-океанического хребта, стало причиной различия проявлений гидротермального рудогенеза по комплексу параметров и характеристик в его разных мегасегментах - Северной и Южной группах рудных объектов ГПС (табл. 2).

Северная группа (Северная и Центральная подгруппы) (см. рис. 1) - 10 объектов ГПС, разнотипных по условиям залегания в общем морфоструктурном плане. На восточном борту рифтовой долины расположены рудные поля Зенит-Виктория, Победа-1, -2, -3 и Краснов (возможно, поперечное). На западном борту расположено только одно рудное поле Юбилейное. На вулканических постройках - 2 объекта: Пюи-де-Фоль и Сюрприз. Два объекта - Петербургское (на западе) и Холмистое (на востоке) - локализуются на флангах рифтовой долины. В этой группе преобладают Cu-колчеданные руды с содержанием Cu от 0,7 до 11,8% и низким содержанием Au (0,3–1,7 г/т) при общих прогнозных ресурсах (Р₃ и Р₂) 55,3 млн т сухой рудной массы (см. табл. 2, рис. 3а, б).

Южная группа (см. рис. 1): 10 объектов ГПС подразделяются по условиям залегания на два типа: бортовые - Логачев-1, -2 (восток), Ашадзе-1, -2 (запад) и поперечные (в том числе на контрастных выступах борта в сторону днища) - Семенов-1, -2, -3, -4, -5 и Ириновское. Руды этой группы с очень высоким содержанием Cu (до 27,5%) и повышенным Au (до 39,0 г/т) имеют ресурсный потенциал 46,3 млн т (см. табл. 2, рис. 3а, б).

Из характеристики Северной и Южной групп объектов ГПС (см. табл. 2) следует весьма затруднительный на данном этапе изученности выбор наиболее практически значимых рудных полей для последующей их разведки. Если руководствоваться средними содержаниями Cu (13,6%) и Au (8,9 г/т), которые превышают концентрации этих элементов в ГПС Северной группы в 3,4 и 9,6 раза соответственно, то предпочтение нужно отдать сульфидным рудам Южной группы. Если за основу взять суммарные ресурсы сухой руды и ресурсные показатели основных компонентов (Cu, Zn, Fe, S) и попутного Ag, то вперед выходит Северная группа объектов ГПС, от 1,2 до 3 раз по ресурсам основных металлов и до 2,1 раза по ресурсам Ag превосходящая Южную группу. Отметим, что только ресурсы Au (123,3 т) в ГПС Южной группы в 2,3 раза выше ресурсных показателей этого благородного металла (54,1 т) для рудных объектов Северной группы. По-видимому, для принятия окончательного решения следует ждать результатов поисковых рейсов АО «ПМГРЭ» в южную часть РРР–ГПС (САХ) в 2017–2018 гг.

Выводы. Пространственное соотношение рудных объектов ГПС с аномальными ореолами теплового потока и участками концентрации глубинных сейсмических центров (от 10 до 30 км и более) позволяет с новых позиций осветить вопросы их генезиса. Эти данные свидетельствуют о возможном глубинном положении источников вещества и энергии, обусловливающих процессы гидротермального рудогенеза в пределах РРР–ГПС (САХ). Они возвращают проблему в лоно реальных геологических рассуждений. Такая трактовка позволяет отойти от общепринятой рециклинговой концепции происхождения ГПС и дать толкование целому ряду неясных вопросов:

− откуда берется избыточное количество Fe и S (сульфиды на 80–90% представлены пиритом и марказитом);

− помогает понять исключительную избирательность накопления в сульфидных рудах Мирового океана узкого перечня цветных металлов (Cu - в САХ, Zn - в ВТП), что невозможно объяснить при рециклинге;

− высокая изменчивость по содержаниям и дискретная локализация рудных масс ГПС, часто в контакте с базит-ультрабазитовыми блоками, также не совмещается с равномерным рециклинговым процессом;

− возможно, концепция плюм-тектоники станет ключем к решению этих вопросов, а также поможет понять разброс хронологических данных во времени образования ГПС в противовес постулируемой спрединговой последовательности формирования осевой рифтовой зоны, а также объяснить непредсказуемый характер размещения рудных объектов на самых разных морфоструктурных элементах САХ.

В заключение подчеркнем неординарность отмеченных выше геологических явлений, в комплексе подводящих к понятию «плюм-тектоника», с одной стороны [Красный, 2004], а с другой - затрагивающих еще один ныне полузабытый геологический аспект, отраженный в терминах «нелинейная металлогения» [Щеглов и др., 1985] и «нелинейная геодинамика» [Пущаровский, 2005]. Последние содержат важные концептуальные положения, касающиеся ситуаций, когда поверхностные рудовмещающие структуры устроены и развиваются по одной схеме, а нижележащие рудогенерирующие горизонты - по другой. В данном случае речь идет о закономерностях поверхностного размещения рудных объектов в пределах осевой рифтовой структуры САХ, развивающейся в площадном режиме линейного деформационного поля, а на глубине - в системе глобальной вертикальной дивергенции океанических базальтов срединно-океанических хребтов Мирового океана.

Признание за этими разноуровневыми процессами рудоконтролирующей роли открывает возможности для более разностороннего понимания океанского гидротермального рудообразования с эволюционной позиции классической геологии, основанной на реальных эмпирических данных.

Список литературы

Андреев С.И. и др. Металлогения гидротермальных сульфидных руд Мирового океана // Тр. ВНИИОкеангеология. Т. 224. СПб.: ФГУП «ВНИИОкеангеология», 2013. 213 с.

Бородаевская М.Б., Кривцов А.И., Лихачев А.П. и др. Принципы и методы прогноза скрытых месторождений меди, никеля и кобальта. М.: Недра, 1987. 246 с.

Государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2015 году». Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации. М.: ФГБУ ВИМС, 2016. 341 с.

Красный Л.И. Концепция плюм-тектоники / Планета Земля. Энциклопедический словарь. Тектоника и геодинамика / гл. ред. Л. И. Красный. СПб.: ВСЕГЕИ, 2004. С. 370–373.

Орлов В.П. Минеральное сырье. Справочник. М., 1999. 301 с.

Пущаровский Ю.М. Тектоника Земли. Избранные труды. Этюды. Т. 1 Тектоника и геодинамика. М.: Наука, 2005. 349 с.

Хаин В.Е. Региональная геотектоника. М.: Недра, 1971. 545 с.

Щеглов А.Д., Говоров Н.И. Нелинейная металлогения и глубины Земли. М.: Наука, 1985. 321 с.

Ссылка на статью:

Андреев С.И., Петухов С.И., Казакова В.Е., Бабаева С.Ф., Кузнецов Т.В., Романова Л.Н., Митина Е.С. Основные черты геолого-тектонического строения и гидротермальный рудогенез в пределах РРР–ГПС (САХ) // 70 лет в Арктике, Антарктике и Мировом океане. Сборник научных трудов (под ред. В.Д. Каминского, Г.П. Аветисова, В.Л. Иванова). СПб.: ВНИИОкеангеология, 2018. C. 415-423.