Другие минералы в составе осадков континентального шельфа

Глауконит

Это один из интереснейших аутигенных минералов мелководных осадков океана. Он представляет собой гидросиликат калия, железа и алюминия; пользуется широким распространением среди терригенных океанских осадков, однако мало характерен для пелагических отложений. Содержание в глауконите К₂О в пределах 2-9% позволяет использовать этот минерал как источник калия в сельскохозяйственных удобрениях.

Глауконит встречается вдоль Калифорнийского побережья на глубинах 100-300 фатомов, около берегов Южной Африки на глубине 150 фатомов и близ восточного побережья Австралии на глубине около 400 фатомов. Глауконитсодержащие осадки были обнаружены также около побережий Португалии, западной Африки, восточных берегов Северной Америки и западных берегов Южной Америки, берегов Новой Зеландии, Филиппин, Китая, Японии и Шотландии (Murray, Renard, 1891).

В морских илах нередко встречаются отдельные глауконитовые зерна диаметром, как правило, не более 1 мм. Иногда они срастаются в стяжения до нескольких сантиметров в поперечнике, сцементированные фосфатным веществом (Murray, Renard, 1891). В подавляющем большинстве случаев глауконитовые зерна твердые, черные или темно-зеленые и имеют округлую форму. Нередко они образуют псевдоморфозы по раковинам фораминифер.

Глауконит является характерным, а иногда главным, компонентом зеленых илов и песков. Он обнаружен также в голубых илах и в развитых близ берега глобигериновых илах. Однако в прибрежных условиях, где отмечается интенсивная седиментация кластических осадков, этот минерал встречается довольно редко. Таким образом, глауконит широко распространен в таких прибрежных областях моря, куда не впадают крупные реки и где соответственно весьма малы темпы терригенной седиментации. Меррей и Ренард (Murray, Renard, 1891) отмечали в своей работе, что, после того как экспедиция "Челленджер" покинула берега Японии, они нигде, несмотря на сотни образцов, собранных из пелагических областей Тихого океана и с подводных склонов многих островов, не встречали глауконита, пока не достигли побережья Южной Америки. Эти наблюдения еще раз подтверждают факт приуроченности глауконита к окраинным, приближенным к континенту участкам океанского дна. Меррей и Ренард (Murray, Renard, 1891), рассматривая распределение глауконита в зависимости от батиметрических отметок, указывали, что наибольшие количества глауконита приурочены к нижним границам проявления деятельности волн, приливов и течений, то есть к глубинам около 200-300 фатомов.

Нередко в глауконитовых зернах наблюдаются следы фосфата кальция. Часто с глауконитом также ассоциируют кварц, полевые шпаты, слюда, роговая обманка, магнетит, обломки гнейсов, гранитов и диабазов. По-видимому, компоненты, слагающие глауконит, освободились в ходе выветривания этих пород. Глауконит часто бывает связан с фораминиферами либо иными известковыми организмами. Нередко этот минерал выполняет либо обрастает их раковинки, замещая в отдельных случаях карбонат. Крайне редко можно встретить глауконит в коралловых илах либо в песках. В тех редких случаях, когда глауконит присутствует в коралловом иле, совместно с ним встречаются упомянутые выше минералы гранитоидных пород.

В табл. 9 приводится химический состав образцов глауконитсодержащих осадков, поднятых близ юго-восточного побережья Австралии. По содержанию калия глауконитовые осадки значительно уступают калиевым агрорудам, добываемым на континенте. Стоимость добычи 1 т глауконитового осадка составляет примерно не более 2 долл. Для получения концентрата с содержанием K2О около 10% осадки следует обогащать путем отсадки, методами сепарации в тяжелых средах и магнитного разделения. Широкая распространенность глауконита позволяет считать, что промышленная разработка накоплений этого минерала, очевидно, может производиться в большинстве тех приморских стран, где в прибрежных частях моря накопление осадков происходит весьма низкими темпами.

^* (Координаты станции: 34°13' ю. ш., 15°38' в. д., глубина 750 м.)

Крайне мало известно о глубинах залегания слоев глауконитовых осадков. Например, в пробах, взятых близ Калифорнии, содержания глауконита меняются в пределах 0-80%. А на глубинах менее 100 футов содержание глауконита редко превышает 1% от общей массы осадка. Очевидно, что максимальные концентрации этого минерала встречаются на внешнем шельфе и верхних частях континентального склона. Для области Южно-Калифорнийского побережья характерно пятнистое распределение глауконитовых накоплений как в разрезе осадков, так и на площади. Несмотря на отсутствие прямых наблюдений о современном образовании глауконита в этой области, Пратт (Pratt, 1961) считает, что постоянная ассоциация глауконита с участками внешнего шельфа и отмелей, куда приносится весьма ничтожное количество осадков, может свидетельствовать о низких темпах его формирования.

Стоимость получения глауконита с океанского дна при мощности слоя глауконитовых осадков несколько дюймов, а латеральной его выдержанности несколько десятков миль оказывается относительно низкой. Остается лишь рассмотреть экономику промышленного обогащения добытых осадков и доведения полученного продукта до рыночных стандартов.

Конкреции сульфата бария

В 1880 г. со дна Индийского океана близ Коломбо с глубины примерно 1235 м были подняты конкреции, состоящие на 75% из сульфата бария (Jones, 1887). Баритовые конкреции извлекались также с глубины 304 м в районе островов Кап (Индонезия) и с глубины 650 м близ берегов Южной Калифорнии (Sverdrup et al., 1942). Вес конкреций меняется от нескольких граммов до килограмма. Обычно они характеризуются неправильной формой и концентрической полосчатостью (Revelle, Emery, 1951).

Баритовые стяжения, найденные около южной оконечности острова Сан-Клементе, содержат примерно 77% сульфата бария. Цилиндрическая форма многих калифорнийских конкреций этого типа позволяет считать, что при прохождении воды, содержащей растворенный барий, через трубчатые каналы в тонкозернистом донном осадке, осаждение бария происходило в тот момент, когда этот катион вступал во взаимодействие с сульфатным ионом морской воды. Уплощенная форма некоторых конкреций, включающих крупные зерна плагиоклазов, глауконит и раковины фораминифер, свидетельствует о том, что такие конкреции формировались в процессе диспергирования барийсодержащих растворов при их просачивании сквозь проницаемые слои морских донных осадков. Определение фораминифер указывает, что формирование этих конкреций происходило в плиоцене либо даже в современных осадках, которые содержат измененные плиоценовые формы. Относительно происхождения баритовых конкреций Эмери (Emery, 1960) полагает, что барийсодержащие растворы выделялись по плоскостям разломов из магмы, залегающей на неопределенной глубине. Образование баритовых конкреций происходило на контакте разломных швов с сульфатсодержащими поровыми водами покрывающих их осадков.

Несмотря на то что до сих пор еще не предпринималось никаких попыток оценить распространение баритовых накоплений и содержание в них сульфата бария, тем не менее имеющиеся в распоряжении данные не дают оснований ожидать крупных баритовых залежей на океанском дне. Однако, если такие месторождения все же существуют, их промышленная разработка была бы экономически рентабельной.

Органические осадки

В прибрежных областях океана нередко встречаются депрессии, в которых накапливаются осадки, обогащенные органическим веществом. Процессы эрозии отделили эти осадки от прилегающей суши. Восстановительная среда, господствующая в таких впадинах в связи с ограниченной газовой циркуляцией, способствует сохранению органических компонентов донных осадков. Как отмечает Эмери (Emery, 1960), осадки подобного типа можно использовать в качестве удобрений. Например, осадки бассейна Санта-Барбара, в Тихом океане близ побережья Южной Калифорнии, содержат в среднем около 4% органического вещества, помимо незначительных количеств питательных неорганических компонентов. Эмери подсчитал, что лишь в одном бассейне Санта-Барбара заключено по крайней мере 3*10¹² т осадков. Ряд аналогичных бассейнов, в которых происходит аккумуляция органических веществ, известен также в южной части Калифорнийского бордерленда. Подобные впадины встречаются и в других океанах, например фиорды Норвегии и депрессии дна в Черном море.

Нередко в восстановительной атмосфере впадин формируются сульфиды металлов, в особенности пирит. В случае высачивания на их дне минеральных источников, несущих медь, никель, кобальт и другие металлы, в осадках будут выделяться сульфиды этих металлов. Тот факт, что до настоящего времени еще не найдено сколько-нибудь значительных залежей таких сульфидов, можно объяснить лишь слабой изученностью осадков.

Песок и гравий

Песок и гравий занимают ведущее место с точки зрения количеств добываемого сырья. Лишь одни Соединенные Штаты ежегодно извлекают более 0,5 млрд. т этих материалов. Примерно 90% добытого песка и гравия используется в строительной промышленности для производства бетонной арматуры либо в качестве наполнителей; остальные 10% применяются в стекольном производстве как абразивные пески, балласт и т. д. Основная часть добытого сырья продается по цене приблизительно 1 долл. за 1 т. Столь низкая стоимость продукции ограничивает рынок сбыта непосредственно районами залежей, в результате чего практически отпадает необходимость в международных перевозках. Потребность некоторой области в песке и гравии находится в прямой связи с численностью населения этой территории. Разработка таких материалов превращается для многих городов в серьезную проблему, так как сооружение песчаных и гравийных карьеров в прилегающих к городу районах весьма нежелательно по ряду причин.

Поскольку основная масса населения земного шара сосредоточена преимущественно на территориях, примыкающих к морским побережьям, то не исключено, что в будущем основным источником песка и гравия могут стать донные осадки океана. В настоящее время уже ведется широкая добыча этих материалов на многих пляжевых побережьях мира. В ряде мест донные осадки этого состава используются как материал для насыпей. Например, дорожные насыпи в прибрежных частях района Сан-Франциско сложены из материалов, добытых в Сан-Францисском заливе. Заметим, что в бухте Лонг-Бич происходит непрерывная аккумуляция осадков, вызванная перемещением материала со дна залива Сан-Педро. Кроме того, во многих случаях волны выполняют работу по механической сортировке осадков, иными словами, осуществляют естественным путем тот относительно дорогостоящий процесс, который в противном случае следовало бы проводить на берегу.

В будущем морское дно будет служить основным источником песка и гравия для строительной промышленности прибрежных областей. Этому способствуют как сравнительно низкие издержки на транспорт, так и прогрессирующее истощение залежей материалов на континентах близ центров потребления.

Россыпные месторождения затопленных речных долин

Установлено, что некоторые реки, впадающие в море, имеют свое подводное продолжение в виде так называемых затопленных долин, продолжающихся иногда на 300 миль в море. Механизм их образования представляется следующим образом. Уровень океана в недалеком геологическом прошлом, по всей вероятности, был на несколько сот футов ниже современного (Kuenen, 1950; Shepard, 1963). В тот период значительные территории современного морского дна были покрыты речными отложениями, среди которых находились и россыпи многих минералов. По мере того как таял ледниковый покров, уровень моря поднимался, прибрежная суша затоплялась и речные долины почти полностью заполнялись более поздними морскими осадками. Есть все основания полагать, что среди речных отложений, находящихся на современном морском дне, могут быть найдены россыпные месторождения ценных минералов. Такой вывод подтверждается аналогией с современными реками, впадающими в море и содержащими в осадках своего ложа россыпи многих полезных ископаемых, большинство которых ныне разрабатывается на морских побережьях. Так, платиновые россыпи известны в отложениях Салмон-Ривер, на западе Центральной Аляски, впадающей в залив Кускоквим; золотоносные - в реке Энвил-Крик, близ Нома на Аляске; алмазные - в осадках Оранжевой в Южной Африке; оловянные - в некоторых реках Юго-Восточной Азии. Отложения многих рек с такими россыпями, по-видимому, продолжаются на значительные расстояния в море. Подобные залежи разрабатываются сейчас близ побережья Таиланда и Индонезии.

Накопления оловоносных минералов в Таиланде, обнаруженные в аллювиальных толщах на глубине 90-130 футов, прослеживаются в море по меньшей мере на 5 миль от линии берега. Их эксплуатация производится при помощи самоходной грейферной драги. Маркшейдерский контроль осуществляется посредством триангуляционной системы с базисом на суше. Для разработки этих месторождений с 1957 г. используется переоборудованный нефтеналивной танкер водоизмещением 5 тыс. т, снабженный двумя ковшами грейферного типа. Применение в будущем многоковшовой самоходной драги позволит существенно повысить эффективность эксплуатационных работ (Romanowitz, 1962). Добытая руда перерабатывается на месте в концентрат путем отмывки и ручного обогащения; пустая порода выбрасывается в море. Концентрат упаковывают и перегружают на транспортное судно, которое доставляет руду в Малайю для очистки на плавильном заводе.

Государственное горнодобывающее управление Индонезии эксплуатирует 9 многоковшовых драг, работающих в море на глубинах 60-100 футов. Восемь из них обладают емкостью по 14 куб. футов каждая, одна - 9 куб. футов. Драгирование ведется в открытом море близ островов Биллитон, Синкеп, Банка и северного побережья Суматры. Хвосты сбрасываются с кормовой части драги, а перегрузка и добыча руды производятся попеременно. Несмотря на то что у этих драг высота надводного борта составляет всего лишь около 3 футов, они работают в штормовых условиях, закрепив на якорь головной канат драги. В период муссонов объем работ сокращается (Cruickshank, 1962).

Морское дно вокруг острова Биллитон исследовалось методом низкочастотного эхолотирования (рис. 4). Оказалось, что оно сложено эродированными гранитными породами с отчетливо выраженными возвышенностями и долинами. Оловосодержащие минералы концентрируются в осадках подводных долин. Таким образом, четкое оконтуривание подводных долин на планах разработки позволит извлекать подавляющую часть осадков, слагающих залежь. Мощность таких осадков в подводных долинах достигает 65 футов, тогда как около подводных хребтов она меняется в пределах 5-15 футов. Данные эхолотирования периодически проверялись бурением, при этом обычно отмечалась хорошая корреляция между границами распространения осадков, установленными по данным эхолотной разведки и по извлеченным колонкам грунта. Применявшийся в этом районе метод эхолотной разведки позволил получить отражения звуковых волн, проходящих через толщи осадков мощностью 150 футов и покрывающей их воды слоем 60 футов.

Разработка алмазоносных залежей производится по всей реке Оранжевой в Южной Африке. В последние годы начато драгирование мелководных частей Атлантического океана, близ устья реки Оранжевой. Можно с уверенностью допустить, что ложе реки Оранжевой продолжается и далее на некоторое расстояние в океан и что там будут встречены россыпные залежи алмазов. Помимо этого, вынесенные в океан алмазы могут быть рассеяны вдоль Африканского побережья под действием прибойных волн. В таком случае мы можем встретить алмазы, рассеянные вдоль пересечений уровней плейстоценового моря современной береговой линией.

Уже много лет ведется разработка платиновых россыпей на реке Салмон-Ривер, на Аляске. Ныне добыча производится около океанского побережья, причем разрабатываются россыпные залежи, располагающиеся близ или ниже уровня моря (Mertie, 1939, 1940). По всем имеющимся данным можно считать, что долина этой реки продолжается в залив Кускоквим и что в ней следует ожидать россыпные платиновые залежи, качество которых не уступает береговым россыпям. Участок шельфа в районе устья этой реки, характеризующийся мелководностью и пологим погружением, косвенно свидетельствует о том, что затопленная речная долина Салмон-Ривер, по-видимому, продолжается в море на несколько сотен миль.

Методы разведки затопленных речных долин

Разведка россыпных месторождений речных долин, находящихся в открытом море, начинается с изучения геологического строения побережья и экстраполяции этих данных на прибрежные области моря. Прежде всего следует выявить положение осевой линии затопленной речной долины на дне моря. Когда положение оси известно, вдоль нее необходимо пробурить ряд скважин, отобрать образцы керна и определить мощность осадков. Если установление контуров речной долины представляет некоторые трудности, обусловленные либо выравниванием подводных хребтов, либо глубоким захоронением подводных хребтов и долин под толщей осадков, то в этом случае целесообразно применить методы эхолотной разведки, позволяющей выявить расположение подводных долин. Для получения звуковых импульсов применяют газовые взрыватели, искровые детонаторы и различные другие электрические устройства. Звуковые волны проникают в толщу осадков на глубину до 2000 футов. Особыми устройствами производится запись отраженных волн, интерпретация которой позволяет представить рельеф морского дна и его глубинное строение. Рис. 20 иллюстрирует методы поисков долин и других ловушек минеральных компонентов, захороненных в морских осадках. Изучение записанных кривых дает возможность отличать рыхлые осадки от подстилающих пород, а иногда даже и выделять различные типы осадков. Проведение систематического профилирования прибрежных участков моря позволяет получить достаточное количество данных для построения контурных карт зоны контакта коренных пород и перекрывающих их осадков. Поскольку существенным компонентом россыпных залежей является магнетит, то сочетание методов магнитометрии и эхолотной разведки нередко позволяет точно локализовать минеральные накопления в пределах этих долин.

Рис. 20. Эхолограмма, записанная близ побережья Таиланда (Beckmann et al., 1962, взято из 'Engineering and Mining Journal'.

Отчетливо видна речная долина, погребенная под осадками морского дна; в таких долинах обычно накапливаются оловянные россыпи. Сейсмические профили позволяют чрезвычайно просто и недорого обнаружить и охарактеризовать погребенные русла.

Отбор образцов в той области, где предполагается россыпная залежь, может проводиться различными способами: ковшовым черпателем, если мощность осадков не слишком велика (не более 10 футов), колонкой для отбора грунта, если осадки рыхлые, либо при помощи бурения, если осадки консолидированы. Например, в Юго-Восточной Азии при таких работах обычно используются суда с установками для ударного бурения. Однако применение буровых методов ограничено глубиной вод до 50 футов. Следует подчеркнуть необходимость тщательного наблюдения за процессом бурения, чтобы избежать загрязнения образцов боковыми осадками, когда долото находится ниже колонны обсадных труб.

Рис. 21. Судно 'Ла Сиеника', оборудованное установкой для бурения морского дна, принадлежит компании 'Глобал марин эксплорейшн'. Суда такого типа могут быть широко использованы для бурения скважин при разведке морских пляжевых залежей.

Роторное бурение не получило пока широкого применения в разведке прибрежно-морских минеральных залежей. Однако эти методы почти повсеместно используются при бурении разведочных и эксплуатационных нефтяных скважин в прибрежных участках моря. Для этого созданы особые методы бурения с плавучих буровых установок (см. рис. 21), позволяющие проводить работы на любой глубине моря и проходить толщу осадков около 20000 футов.