Корисні копалини дна морів та океанів як перспективне джерело мінеральної сировини

Міністерство освіти і науки України

Львівський національний університет ім.Івана Франка

Геологічний факультет

 

 

Кафедра геології корисних копалин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсова робота на тему:

«корисні копалини дна морів і океанів, як потенційне джерело мінеральної сировини»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконав: студент 4 курсу        

Науковий керівник:        

 

 

 

 

 

 

Львів 2013 
Зміст

 

Вступ

Зростаюча потреба в  різних видах мінеральної сировини і виснаження запасів корисних копалини на суші висувають проблему вивчення і освоєння мінеральних ресурсів дна Світового океану в розряд першочергових. У останні десятиліття на всій величезній акваторії океану проводяться цілеспрямовані пошукові роботи різних видів мінеральної сировини. Регулювання діяльності в Міжнародному районі морського дна Світового океану здійснюється Міжнародним органом по морському дну ООН, штаб-квартира якого знаходиться на Ямайці.

Ще з прадавніх часів  і до наших днів океан привертає  увагу людини як джерело різноманітних  ресурсів, у тому числі й мінеральних. Площа Світового океану складає 361 млн км2, або 70,8 поверхні землі. Не дивно, що океан вважається величезним погребом з незліченими багатствами, і це небезпідставно. Промисловий видобуток мінеральної сировини з морських родовищ здійснюється впродовж декількох століть. Так, в Шотландії в 1620 р. почався видобуток вугілля з шахт, закладених на островах і пройдених під дном моря. У Англії, на Корнуелі ще в XVIII ст. розроблялися олов'яні родовища підводними шахтами. Нині видобуток вугілля, заліза, мідно-нікелевих руд та інших здійснюється із понад 100 родовищ, розташованих під дном моря. Це нікелеві родовища в Гудзонській затоці (Канада), ртутні в Егейському морі(Туреччина), баритові на о. Кастл(США), залізні руди в Японії, Австралії, Фінляндії, Канаді. Глибина таких шахт коливається від 30 до 2400 м під дном моря, віддаль від берега перевищує 10 км при глибині води до 120 м.

Із соляних куполів, розташованих в морі на відстані 10-11 км від берега, методом підземної  виплавки добувається сірка (шт. Луїзіана, США). У подібних родовищах зосереджено біля 30% світових запасів сірки.

Разом з родовищами, аналогічними відомим на суші, розробляються і утворені в морському середовищі. До них в першу чергу відносяться розсипні родовища ільменіту, рутилу, циркону, монациту, каситериту, золота, платини, алмазів. У морі добувається велика кількість піску, гравію та інших будівельних матеріалів.

Окрім цього, відомі різноманітні родовища металевих корисних копалин : залізомарганцеві конкреції, кобальтоносні кірки, металоносні оcади, масивні сульфіди та інші. Характерною особливістю морських родовищ є те, що у більшості випадків вони ще знаходяться у стадії формування.

Корисні копалини, які видобуваються і можуть видобуватися з океану, діляться на три групи, що відповідають трьом поверхам або рівням концентрації : 1) морська вода, 2) власне морське дно з рихлими утвореннями, 3) надра океанського дна. Тільки остання група за своїми особливостями відповідає родовищам континентів.

Споживання мінеральної  сировини, за оцінками експертів, подвоюється  кожні 15 років. Нині щорічний видобуток  перевищує 25 млрд. т в рік, з них більше 3 млрд. т поступає з морських родовищ. Основну масу сировини, що добувається, складають піски, гравій і інші будівельні матеріали (близько 60%), вуглеводні (близько 30%), видобуток металевих корисних копалин (метали, концентрати, руда) покищо не перевищує 1 млрд т, але постійно зростає.

Головними корисними  копалинами дна морів та океанів  є такі: залізомарганцеві конкреції, кобальтоносні залізомарганцеві кірки, металоносні осади, масивні сульфідні  руди, корисні копалини прибережних розсипів. Які детальніше описані в наступних розділах.

 

1. Залізомарганцеві конкреції (ЗМК)

1. Поширення

 

 Основна маса залізомарганцевих  конкрецій зосереджена на дні  абісальних западин Тихого, Індійського і Атлантичного океанів, а також в Антарктичному секторі. У значно менших кількостях вони поширені на дні окраїнних морів Північного Льодовитого океану. При класифікації скупчень залізомарганцевих конкрецій використовуються поняття і терміни, вживані зазвичай при характеристиці областей поширення рудних родовищ, що, безумовно, підкреслює промислове значення цих об'єктів. Встановлено, що 90% виявленої конкреційної маси розміщується в інтервалі від 35° пн. ш. до 42° пд. ш., формуючи єдиний планетарний пояс, який простягається уздовж екватора через три океани : Тихий, Індійський і Атлантичний.

Проте основною таксономічною  одиницею конкреційності Світового  океану є рудні провінції, приурочені до великих морфоструктур дна, - ділянкам глибоководних западин(мал. 1). Рудні провінції підрозділяються на рудні поля, а ті, у свою чергу, на рудні поклади і рудні тіла.

 

Малюнок 1. Рудні провінції залізомарганцевих конкрецій у Світовому океану (за О. Корсаковим та ін., 1990)

 

Для кількісної характеристики скупчень залізомарганцевих конкрецій  використовуються поняття площадкової щільності(відсоток площі дна, зайнятий конкреціями) і вагової щільності(маса конкрецій на одиниці площі, кг/м2).

Рудна провінція характеризується єдиністю геоморфологічної структури, витриманістю геохімічної спеціалізації  при великому діапазоні щільності залягання конкрецій.

 

2. Морфогенетичні типи конкрецій

 

 ЗМК є округлими, еліпсоїдними, іноді кулясті відособлення діаметром від доль міліметра до десятків сантиметрів. Вони бувають поодинокими(одноядерними) або зросткові. По класифікації Л. Анікєєвої та ін.(1985), основними морфологічними типами конкрецій є: сфероїдальний, еліпсоїдний, дискоїдальний, веретеноподібний, таблитчатый, біоморфний, неправильний, зростковий та ін.

Поверхні конкрецій  гранульовані, гроноподібні, асиметричного  типу: верхні поверхні, що виступають над осадом, зазвичай гладкі, нижні, занурені в осад - зернисті, шорсткі. Вони розрізняються і за умовами залягання, по мінеральному і хімічному складу, геохімічній спеціалізації відносно малих рідкісних і розсіяних елементів.

Спроби пов'язати між собою морфологічні особливості конкрецій з їх складом і генетичними рисами привели до виділення трьох основних генотипів глибоководних ЗМК (Гросс, Корсаків, Кругляков та ін.):

Генотип А представлений дрібними, до 5 см в поперечнику утвореннями, полігональної, зросткової, дисковидної форми та ін. Поверхня конкрецій близька до гладкої. Текстура тонкошарувата, структура прошарків короткостовпчаста або оолітоїдна. Їм властиві цеолітові або глинисто-цеолітові ядра. Характерна висока позитивна кореляція між марганцем, нікелем і міддю, з одного боку, і залізом і кобальтом з іншго. Кореляція між групами марганцю і заліза негативна. Марганцевий модуль(відношення концентрації марганцю до концентрації заліза) мінімальний в порівнянні з іншими генотипами. У конкреціях генотипу А макисимальна концентрація рідкоземельних елементів.

Генотип В представлений проміжними різницями між генотипами А і С. Переважаючий розмір конкрецій - від 3 до 5 см Форми полігональні, еліпсоїдні, ниркоподібні, поверхня від дрібнозернистої до горбистої. Іноді відзначаються глинисті ядра, частіше ядром служать конкреції генотипу А або їх уламки. Характерною текстурою є стовпчаста, перехідна до дендритної, або складна, обумовлена зміною типів розвитку А і В. Марганцевий модуль вищий, ніж в генотипі А.

Генотип С. Розмір конкрецій від перших сантиметрів до 15-17 см, переважають конкреції розміром 6-10 см Форма дискоїдальна, полігональна, ниркоподібна, грибоподібна. Поверхня горбиста, знизу ускладнена рихлою мікроскульптурою. Текстура грубошарувата, структура дендритна. Конкреції без'ядерні або регенеровані по уламках більш ранньої генерації. У рудних шарах нерідко містяться значні кількості глинистого силікатного матеріалу. Сила кореляційних зв'язків між основними елементами мінімальна, марганцевий модуль найвищий. До цього генотипу тяжіють кольорові і благородні метали, зокрема в ньом спостерігаються найбільш високі концентрації елементів групи платини.

Конкреції генотипу А  поширені на глибинах 4360-5190 м, найчастіше зустрічаються на вирівняних, переважно вершинних поверхнях. Конкреції генотипу С відзначаються на глибинах 4600-5160 м і тяжіють до пологих схилів, іноді зі слідами активного переміщення осаду. Встановлено, що ці конкреції часто більшою чи меншою мірою бувають присипані осадом, іноді до повного поховання.

 

1.3. Текстури і структури конкрецій

 

 Практично всюди  конкреції характеризуються різними  варіаціями концентрично-смугастої  будови. Їм властиві паралельно-шаруваті, ритмічно-шаруваті, скорлуповато-шаруваті  текстури та ін. Подібна будова обумовлена послідовним наростанням прошарків, різних по складу, вигляду, потужності, домішкам стороннього матеріалу.

Часто між більш менш широкими смужками таких прошарків  спостерігаються перерви, що фіксуються ознаками руйнування або розчинення раніше утворених шарів, присутністю щедрих залишків мікрофауни, уламкових часток. Подібні явища, разом із згаданими вище фактами розтріскування, руйнування конкрецій, регенерації і обростання уламків новими шарами, виразно фіксують етапи формування конкрецій і наочно відбивають складний, переривчастий процес їх зростання.

Малюнок 2. Генотипи глибоководних конкрецій

1- Генотип А, 2- Генотип  В, 3- Генотип С

 

 

 

1.4. Мінеральний склад конкрецій

 

 Рудна оболонка  ЗМК складена переважно гідрооксидами марганцю і заліза з домішкою глинистого, уламкового і органогенного матеріалу. Вміст нерудних компонентів може варіювати від 1 до 50%.

Основними мінералами конкрецій  є гідрооксиди заліза і марганцю, тонкодисперсні, аморфні або слабо  окристалізовані. Вивчення мінерального складу конкрецій робиться за допомогою рентгенівських, дифрактометричних методів у поєднанні з електронною мікроскопією, що просвічує, і мікродифрактографією.

У кристалічній фазі переважають  мінерали марганцю. Низька міра впорядкованості і тонкодисперсність марганцевих мінералів ускладнюють їх діагностику, проте, серед них встановлені тодорокіт, бузерит, асболан, асболан-бузерит, вернадит. При нагріванні або тривалому зберіганні бузерит переходить у бернессит. Окрім перерахованих мінералів в ЗМК зустрічаються піролюзит, псиломелан та інші модифікації гідрооксидів марганцю.

Залізисті мінерали конкрецій вивчені  гірше, що обумовлено низькою мірою  окристалізованності, внаслідок чого залізо знаходиться головним чином  у вигляді аморфного гідратованого оксиду. Разом з цим в конкреціях встановлюється гетит, фероксигіт, феригідрит. За даними Ф. Чухрова та ін.(1981), в деяких конкреціях відзначалася присутність лепідокрокіту, гематиту і акагеніту, при цьому відзначається, що ці три мінерали зустрічаються в основному не в конкреціях, а в осадах із зон розломів, частіше у складі мікроконкрецій.

Присутність нерудних мінералів обумовлена наявністю ядер(коли вони представлені уламками твердих порід або ущільненими  осадами), а також включень уламкового матеріалу теригенного або вулканогенного походження і біогенних залишків.

Серед нерудних мінералів конкрецій  найчастіше зустрічаються монтморилоніт, хлорит, кварц, аморфний кремнезем, польові  шпати. Відзначаються також дрібні уламки порід і скелетів мікроорганізмів.

Мідь, нікель і кобальт зазвичай не утворюють самостійних мінеральних  форм і є присутніми у вигляді  ізоморфних домішок або адсорбованої речовини. При цьому встановлено, що нікель і мідь концентруються в  основному в кристалічній фазі, тоді як кобальт великою мірою тяжіє до аморфної.

Окрім перерахованих мінеральних  форм в конкреціях встановлені рідкісні включення сульфідів міді і заліза - піриту, халькопіриту, ковеліну, борніту. Але найбільший інтерес представляють  загадкові включення найдрібніших часток самородних металів і їх з'єднань : заліза, міді, цинку, алюмінію, золота, платини; зустрічаються також так звані "космічні кульки" теніту (нікелистого заліза). Самородні виділення характеризуються різноманітною формою - від пластинчастої до дротянистої, розмірами від доль міліметрів до мікронів.

 

1.5. Перспективи промислового використання

 

 ЗМК належать найбільш важливих  корисних копалини. По кількості  тих, що містяться в них промислово  цінних компонентів вони не  поступаються великим і унікальним родовищам суші. Таким чином, ЗМК слід розглядати як важливий перспективний геолого-промисловий тип - потенційне джерело марганцю, кобальту, нікелю, міді.

Крім того, конкреції є високоефективним природним сорбентом і можуть успішно використовуватися для очищення стічних вод металургійних виробництв, АЕС з подальшим видобуванням з них цінних компонентів. Основні аспекти промислового освоєння родовищ ЗМК розглянуті на прикладі найдетальніше вивченої провінції Кларіон-Кліппертон, яка є своєрідним міжнародним полігоном, де відпрацьовуються методики вивчення, розвідки, оцінки і освоєння родовищ.

Рудна провінція Кларіон-Кліппертон знаходиться в північній приекваторіальній  частині глибоководної Північно-Східної  западини Тихого океану і є фрагментом океанічної плити, обмеженим субширотними трансформними розломами, по найменуванню яких названа провінція. Протяжність зони близько 3200 км, ширина 1000 км. Земна кора має типову тричленну будову, потужність її 10,6- 10,8 км. Співвідношення потужностей першого, другого і третього шарів 1: 15: 50. Вік корінних порід ложа(маються на увазі базальти другого шару і осадові утворення) омолоджується із заходу на схід від позднемелового(74-77 млн. років) до раннемиоценового(20-21 млн. років). На крайньому сході провінції осадові утворення відносяться до верхнього міоцену і, можливо, до низів пліоцену. Структура району обумовлена поєднанням великих субширотних розломів і субмеридіональних вулканотектонічних блоків. Розташування блоків визначає "клавішний" тип структури із загальним нахилом зі сходу на захід, обумовлений переміщеннями по оперяючих тріщинах, утворених за рахунок зрушень по трансформным розломах Кларіон-Кліппертон. Підведені і опущені ділянки, що чергуються, мають подовжену форму розміром 100-400 км в поперечнику; відносні перевищення 100-300 м. В цілому переважають пологохвилясті форми рельєфу з поодинокими і груповими вулканічними спорудами. Іноді, як наслідок прояву гідродинамічної активності, спостерігаються ерозійні врізи або ерозійні останці. Середня потужність осадових відкладень 80-350 м. Найбільш древніми на заході провінції є ті, що залягають на базальтах крем'янисто-глинисті сланці формації Лайн (К2-Р3).