Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы металлогенического (минерагенического) районирования океанского дна и оценка минерально- сырьевого потенциала основных стран в Мировом океане 15
1.1. Металлогеническое (минерагеническое) районирование океанского дна. Состояние проблемы 15
1.2. Сравнительная характеристика минерально-сырьевого потенциала зон особых интересов России и других основных стран в Мировом океане 25
Глава 2. Исследования на Анголо-Бразильском и Маскаренско- Австралийском геотраверзах - базовый эксперимент для определения методических основ геолого-геофизического районирования океанского дна с целью минерагенического анализа 38
2.1. Характеристика исходных данных 38
2.2. Автоматизированная система трансформаций для районирования потенциальных геофизических полей и рельефа дна акваторий 41
2.3. Геолого-геофизический атлас Анголо-Бразильского и Маскаренско-Австралийского трансокеанских геотраверзов 47
Глава 3. Районирование площадей геотраверзов по критериям локали зации скоплений железомарганцевых образований и фосфоритов 53
3.1. Основные факторы, определяющие локализацию железомарганцевых образований и фосфоритов 53
3.2. Рельеф дна геотраверзов и его морфометрические характеристики 55
3.3. Осадочный слой 79
3.4. Геоморфологическое районирование 85
3.5. Распределение железомарганцевых образований и фосфоритов...95
Глава 4. Прогноз локализации колчеданного оруденения в пределах геотраверзов на основе анализа тектонического строения океанской литосферы по геолого-геофизическим данным 108
4.1. Основные факторы, определяющие локализацию колчеданного оруденения на океанском дне 108
4.2. Аномальное магнитное поле, его районирование и структура магнитоактивного слоя 115
4.3. Аномальное гравитационное поле, его районирование и плотностная структура земной коры 135
4.4. Корреляционные связи между плотностной и магнитной структурами земной коры 163
4.5. Тектоническое районирование и некоторые геодинамические аспекты эволюции литосферы 167
4.6. Магматизм 189
4.7. Распределение колчеданного оруденения 197
Глава 5. Высокоточные магнитометрические и каппаметрические исследования как способ выявления фосфоритов континентальных окраин и шельфового россыпеобразования 207
5.1. Комплекс морской магнитометрической аппаратуры 208
5.2. Методические вопросы повышения точности и информативности морских магнитометрических исследований в Мировом океане 215
5.3. Районирование осадочных отложений по данным высокоточных магнитометрических и каппаметрических съёмок 228
Глава 6. Основные принципы геолого-геофизического районирования океанского дна для целей минерагенического анализа и металлогеническии потенциал литосферы в пределах геотраверзов 242
6.1. Методические основы геолого-геофизического районирования океанского дна для целей минерагенического анализа 242
6.2. Минерагеническое районирование геотраверзов 245
Заключение 257
Литература 262
- Сравнительная характеристика минерально-сырьевого потенциала зон особых интересов России и других основных стран в Мировом океане
- Автоматизированная система трансформаций для районирования потенциальных геофизических полей и рельефа дна акваторий
- Рельеф дна геотраверзов и его морфометрические характеристики
- Аномальное магнитное поле, его районирование и структура магнитоактивного слоя
Введение к работе
Актуальность проблемы. Мировой океан является хранилищем колоссальных ресурсов углеводородного сырья и твердых полезных ископаемых (ТПИ). Главными и наиболее распространенными ТПИ из тех, что выявлены к настоящему времени на дне Мирового океана, считаются железомарганцевые конкреции (ЖМК), кобальтомарганцевые корки (КМК), глубоководные полиметаллические сульфиды (ГПС), соответствующие колчеданным рудам, фосфориты, россыпи металлов и алмазов.
В конкрециях, корках, колчеданных рудах и фосфоритах содержится значительное количество никеля, кобальта, марганца, меди, цинка, серебра, золота, свинца и фосфора. В них также присутствует платина, кадмий, редкоземельные элементы и другие полезные компоненты. Общая природная стоимость ресурсов только ЖМК и КМК по оценке СИ. Андреева составляет порядка 40 трлн долларов США, что почти в два раза превышает природную ценность этих компонентов в месторождениях, расположенных на всех континентах.
Это заставило обратить внимание на минерально-сырьевые ресурсы дна Мирового океана научные, промышленные и политические круги ведущих стран Мира и рассматривать их как последний в пределах Земного шара потенциальный ресурсный источник, способный обеспечить перспективное развитие государств и сулящий в будущем значительные геополитические и экономические выгоды.
Вместе с тем, геологическая изученность дна Мирового океана несопоставимо ниже континентов. Прямыми наблюдениями (геологический про-боотбор, подводное фотографирование и телевизионная съёмка) охвачена лишь очень незначительная часть океанского дна, что демонстрирует «Метал-логеническая карта Мирового океана» под редакцией СИ. Андреева и И.С Грамберга (2000).
В связи с этим актуальной становится проблема выявления обстановок,
перспективных на поиски субмаринных ТПИ, которые можно фиксировать с помощью дистанционных методов - батиметрических и геофизических съёмок в малоизученных прямыми наблюдениями регионах Мирового океана.
Проблема минерагении океанского дна сложна и многопланова. Многие её стороны - геохимические, петрологические, седиментологические, определяющие закономерности размещения ТПИ, подробно рассмотрены в ряде основополагающих работ ИО РАН (А.П. Лисицин, Г.Н. Батурин, Е.Г. Гурвич и др.), ВНИИОкеангеологии (И.С. Грамберг, СИ. Андреев и др.), МГУ (В.В. Авдонин и др.), НИПИОкеангеофизики (В.М. Юбко, М.Е. Мельников и др.). Диссертация ставит своей задачей найти взаимосвязи этих факторов контроля оруденения со свойствами геологической среды дна океана, выявляемых дистанционными методами, что является актуальной и практически значимой задачей.
Цель и задачи исследований.
Главной целью исследований является разработка геолого-геофизических основ минерагенического районирования океанского дна на базе материалов систематических геолого-геофизических съёмок на Анголо-Бразильском и Маскаренско-Австралийском широкополосных трансокеанских геотраверзах и высокоточных морских магнитометрических съёмок на шельфе. Эта цель достигается созданием методики комплексного регионального районирования потенциальных геофизических полей, рельефа дна, результатов сейсмических, геохимических и петрологических исследований, обеспечивающей выявление геолого-тектонических обстановок и площадей морского дна, перспективных на поиски железомарганцевых конкреций, кобальтомар-ганцевых корок, колчеданного оруденения и фосфоритов в глубоководных частях Мирового океана, а также россыпей и фосфоритов на континентальных окраинах.
В рамках сформулированной цели решались следующие основные задачи:
- сбор, обработка и представление в виде цифровых карт результатов батиметрических, магнитометрических и гравиметрических съёмок, сейсмиче-
6 ских и петрологических исследований на Анголо-Бразильском и Маскаренско-Австралийском широкополосных трансокеанских геотраверзах;
разработка и практическая реализация компьютерной технологи трансформаций для районирования потенциальных геофизических полей и рельефа дна акваторий;
создание аппаратурно-методического комплекса, обеспечивающего повышение точности и информативности морских магнитометрических съёмок, применимого для геологического картирования маломагнитных осадочных отложений на шельфе;
выполнение геоморфологического и тектонического районирования океанского дна в пределах геотраверзов на основе анализа морфометрических характеристик рельефа дна и моделей плотностной и магнитной неоднородно-стей литосферы;
выявление связи между геоморфологическими, геофизическими, геологическими и тектоническими особенностями площадей Мирового океана и их минерагенией;
- выполнение минерагенического районирования океанского дна на
примере геотраверзов.
Фактический материал, методы исследований и личный вклад автора.
Регулярные геолого-геофизические исследования в Мировом океане проводились на Анголо-Бразильском, Канаро-Багамском и Маскаренско-Австралийском геотраверзах. Они выполнялись объединениями "Севморгео-логия" и "Южморгеология" при активном участии ИФЗ РАН, ЦНИИГАиК и других организаций. Комплекс исследований на каждом из геотраверзов включал регулярную геофизическую съемку (эхолотирование, магнитометрия, гравиметрия), сейсмические исследования (НСП, МОВ, КМПВ и ГСЗ) по отдельным профилям и геологический пробоотбор. Результаты исследований на Канаро-Багамском геотраверзе подробно рассмотрены СП. Мащенковым (1994) и А.В. Зайончеком (1998). Итоги исследований на Анголо-Бразильском геотраверзе анализировались в работах Ю.Е. Погребицкого, Г.Д. Нарышкина,
В.Ю. Глебовского, В.Д. Каминского, В.А. Осипова и др. (1989-1990), СМ. Зверева и др. (1996), И.М. Мирчинка, В.А. Панаева, Ю.Е. Погребицкого (1993) и ряда других исследователей. Съёмки на Маскаренско-Австралийском геотраверзе рассматривались В.И. Карой, Н.М. Сивухой, А.И. Пилипенко, В.А. Панаевым и другими. Исследования на Анголо-Бразильском и Маскаренско-Австралийском геотраверзах обобщены в представляемой работе.
Южная приэкваториальная зона Атлантического и Индийского океанов, представленная Анголо-Бразильским и Маскаренско-Австралийским геотраверзами, в настоящее время является одной из наиболее изученных в региональном отношении и, в этом смысле, эталонных частей Мирового океана. Результаты проведённых здесь исследований создают надёжную основу для уточнения представлений о строении и эволюции океанской литосферы и для геолого-геофизического районирования океанского дна для минерагеническо-го анализа.
Методика выполненных исследований предусматривала широкое использование компьютерных технологий обработки, картографирования и интерпретации геофизических данных с использованием как стандартных, так и специально разработанных в процессе исследований пакетов программ. При плотностном и магнитном моделировании применялись разнообразные способы решения прямых и обратных задач гравиметрии и магнитометрии, методика геохронологической интерпретации аномального магнитного поля и т.д. Основные методические приёмы реализованы в виде автоматизированной компьютерной системы трансформаций для районирования потенциальных геофизических полей и рельефа дна акваторий.
Аппаратурно-методические исследования состояли в выполнении опытно-конструкторских работ по созданию высокоточной морской магнито-градиентометрической и каппаметрической аппаратуры, её натурных испытаний, выполнении опытных и производственных съёмок, а также разработке методики выполнения, обработки и интерпретации данных высокоточных морских магнито-градиентометрических и каппаметрических съёмок.
Исследования, рассматриваемые в диссертационной работе, выполня-
лись автором лично, при его непосредственном участии и под его руководством, так:
автором и под его руководством выполнены сбор и обобщение данных геолого-геофизических исследований на Анголо-Бразильском и Маска-ренско-Австралийском геотраверзах, выполнено цифровое картографирование рельефа дна, гравитационного и магнитного полей геотраверзов и их трансформант, проведено районирование топографии и потенциальных геофизических полей на основе специально разработанной компьютерной технологии трансформаций для районирования потенциальных геофизических полей и рельефа дна акваторий, осуществлено геоморфологическое, тектоническое и минерагеническое районирование океанского дна в пределах геотраверзов и созданы электронная и полиграфическая версии Геолого-геофизического атласа Анголо-Бразильского и Маскаренско-Австралийского геотраверзов;
под руководством автора и при его непосредственном участии выполнены научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию высокоточной морской магнито-градиентометрической и каппаметриче-ской аппаратуры, разработана методика высокоточных морских магнитометрических и градиентометрических съёмок.
Защищаемые положения.
1. Мелкомасштабное геолого-геофизическое районирование дна Миро
вого океана для выделения минерагенических обстановок в условиях ограни
ченной доступности прямых наблюдений, обеспечивается комплексным ана
лизом данных дистанционных методов - эхолотирования, магнитометриче
ских, гравиметрических, сейсмических и сейсмоакустических съёмок.
В этой связи Анголо-Бразильский и Маскаренско-Австралийский широкополосные трансокеанские геотраверзы являются наиболее полными и представительными сечениями разнородных областей дна Мирового океана и проведённые на них исследования представляют собой надёжную основу для решения поставленных задач.
2. Методология геолого-геофизического районирования дна Мирового
океана для минерагенического анализа состоит в комплексном районировании:
рельефа дна, аномальных геофизических полей по разнотипным статистическим и геологическим картировочным параметрам с целью оценки перспектив площадей океанского дна на локализацию твёрдых полезных ископаемых по батиметрическим, геоморфологическим, седиментационным и тектоническим критериям.
3. Разработанная модульная компьютерная технология трансформаций
аномальных геофизических полей и рельефа дна акваторий с качественной и
количественной интерпретацией геофизических полей обеспечивает практиче
скую реализацию минерагенического районирования:
выделение перспективных площадей развития руд экзогенной минера-гений (железомарганцевых конкреций, кобальтомарганцевых корок и внутри-океанических фосфоритов) по батиметрическим, геоморфологическим и седиментационным критериям;
выделение по тектоническим и геоморфологическим критериям площадей, перспективных на колчеданные руды, приуроченные к рифтовым долинам и осевым зонам срединно-океанических хребтов, областям внутриплит-ной тектономагматической активизации.
4. Эффективным способом литологического картирования маломагнит
ных осадочных пород, к числу которых относятся фосфориты континенталь
ных окраин, являются высокоточные магнитометрические и градиентометри-
ческие съёмки. Каппаметрические съёмки являются эффективным способом
выявления шельфовых россыпей титаномагнетита, магнетита, ильменита, цир
кона, рутила и других минералов, обладающих повышенной магнитной вос
приимчивостью.
Разработанный комплекс высокоточной морской магнито-градиентометрической и каппаметрической аппаратуры и методика его применения решают эти задачи и могут применяться для крупномасштабного минерагенического районирования шельфа и континентальных склонов.
5. Проведенное прогнозно-металлогеническое районирование океан
ского дна на опорных сечениях Анголо-Бразильского и Маскаренско-
Австралийского геотраверзов выявило широкое развитие в их пределах обета-
новок, перспективных на обнаружение кобальтомарганцевых корок, железо-марганцевых конкреций, фосфоритов, россыпей и залежей колчеданных руд, что указывает на высокие минерагенические перспективы Атлантического и Индийского океанов в целом.
Научная новизна полученных результатов.
В процессе работы над диссертацией получены следующие новые результаты:
- на основе комплексной интерпретации регулярных геолого-
геофизических исследований в пределах репрезентативных районов Мирового
океана - широкополосных трансокеанских геотраверзов сформулированы ме
тодические основы регионального геолого-геофизического районирования
океанского дна для минерагенического анализа и выполнено геоморфологиче
ское, тектоническое и минерагеническое районирование океанского дна Анго
ло-Бразильского и Маскаренско-Австралийского геотраверзов;
разработана автоматизированная система районирования потенциальных геофизических полей и рельефа дна;
разработана аппаратура и методика высокоточных морских магнито-градиентометрических съёмок;
разработана обобщённая неформальная модель изостатической компенсации океанической литосферы, согласно которой при расчёте изостатиче-ских аномалий силы тяжести использованы компенсационные модели различные для крупно- и мелкомасштабных структур океанского дна;
уточнено тектоническое строение южной приэкваториальной зоны Атлантического и Индийского океанов, в частности: установлена чётко выраженная асимметрия Срединно-Атлантического хребта, наблюдающаяся в структуре как приповерхностных, так и глубинных слоев литосферы и являющаяся фундаментальной чертой строения этого хребта; в структуре океанической литосферы выявлена сеть многочисленных закономерно ориентированных относительно оси вращения Земли нарушений, которая соответствует выделенной на континентах регматической сети и обуславливает фрактальность океанической литосферы; выявлены обширные области внутриплитной текто-
11 номагматической активизации, которые являются перспективными на обнаружение нового типа обстановок гидротермального рудогенеза;
- на новом фактическом материале по широкополосным трансокеан
ским геотраверзам построена модель металлогенического (минерагенического)
районирования изучаемых площадей океанского дна, указывающая на их вы
сокую перспективность в отношении всех основных твёрдых полезных иско
паемых Мирового океана.
Практическая значимость работы определяется следующим:
методика регионального геолого-геофизического районирования океанского дна для минерагенического анализа, выработанная на основе комплексной интерпретации геолого-геофизических данных по Анголо-Бразильскому и Маскаренско-Австралийскому трансокенским геотраверзам, применима для регионального металлогенического районирования других областей Мирового океана, что способствует выявлению минеральных ресурсов дна океана в соответствии с Морской доктриной Российской Федерации, Федеральной целевой программой «Мировой океан», её составной частью - Подпрограммой «Минеральные ресурсы Мирового океана, Арктики и Антарктики», и в перспективе должно привести к расширению минерально-сырьевой базы страны;
предлагаемая методика геолого-геофизического районирования, применённая для прогнозно-минерагенического районирования океанского дна на площадях Анголо-Бразильского и Маскаренско-Австралийского геотраверзов позволила выявить широкое развитие в их пределах обстановок, перспективных на образование кобальтомарганцевых корок, железомарганцевых конкреций, фосфоритов, россыпей и колчеданного оруденения срединно-океанического, красноморского, гавайского и гипотетического внутриплитно-го типов, что свидетельствует о высоких металлогенических перспективах Атлантического и Индийского океанов в целом и способствует целенаправленным поискам и разведке твёрдых полезных ископаемых в их пределах;
разработанная компьютерная технология обработки и интерпретации геолого-геофизических данных технологически совместима с разнообразными
видами геофизических работ на акваториях Мирового океана, что обеспечивает её адаптируемость к новым съёмочным объектам;
созданный комплекс высокоточной морской магнитометрической аппаратуры широко использовался для выполнения магнитных съёмок в Мировом океане (в частности, на геотраверзах) и послужил основой для усовершенствованной магнитометрической аппаратуры, используемой в настоящее время;
на основе обобщённой обработки и комплексной интерпретации данных морских геолого-геофизических исследований созданы электронная и полиграфическая версии Геолого-геофизического атласа Анголо-Бразильского и Маскаренско-Австралииского трансокеанских геотраверзов, который содержит концентрированную информацию о строении, динамике и эволюции главных геотектонических единиц литосферы Мирового океана, предназначается для информационного наполнения ведомственных геоинформационных систем и планирования работ по геолого-геофизическому изучению дна Мирового океана. Он может быть использован геологами, геофизиками, научными работниками для решения комплексных задач глобальной тектоники и распределения полезных ископаемых в Мировом океане, а также преподавателями, аспирантами и студентами ВУЗов для образовательных целей.
Апробация работы.
Основные результаты и отдельные положения диссертации докладывались автором на различных отечественных и международных научных съездах, конференциях и симпозиумах: 27-й и 31-й сессиях Международного Геологического Конгресса (Москва, 1984; Рио-де-Жанейро, 2000), Всероссийском съезде геологов (Петербург, 2000), 4-м Всесоюзном съезде по геомагнетизму (Суздаль, 1991), Всесоюзной конференции по морской геофизике (Баку, 1987), Всесоюзной конференции по итогам геолого-геофизических исследований в Мировом океане (Звенигород, 1985), Международной конференции «Геофизика и современный Мир» (Москва, 1993), 5-й и 6-й Международных конференциях «Тектоника литосферных плит» памяти Л.П. Зонненшайна (Аксаково, 1995; Москва, 1998), IV и VI Межведомственных конференциях по новейшим
достижениям в морской геологии (С-Петербург, 1992, 1994), 7 - 13-й Международных школах морской геологии (Геленджик, Москва, 1986, 1988, 1990, 1992, 1995, 1997, 1999), 8-й Научной Ассамблее IAGA (Упсала, 1997), Всероссийском семинаре «Электромагнитные исследования морей и океанов» (Москва, 1992), Юбилейной конференции «50 лет российской морской геофизике» (Геленджик, 1999), Научно-практических конференциях ЦНИГРИ (Москва, 1992, 1994, 1996, 1998), Всероссийском совещании «Методология и методы металлогенического анализа и прогноза рудных объектов - состояние и перспективы применения для воспроизводства фонда недропользования» (Москва, 1999) и др.
Публикации.
Основные положения диссертации опубликованы в 47 работах, в том числе в 7 коллективных монографиях.
Структура и объём диссертации.
Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения. Её объём составляет 280 страниц, в том числе 72 рисунка и 4 таблицы.
Благодарности.
За каждодневное участие и помощь в ходе исследований диссертант благодарит своих соавторов по созданию Геолого-геофизического атласа Анголо-Бразильского и Маскаренско-Австралийского трансокеанских геотравер-зов Ю.Г. Зорину и М.К. Кабана, а также научный коллектив ЦНИГРИ, специализирующийся на изучении геологии и минеральных ресурсов Мирового океана, - О.И. Комарову, Г.В. Дементьева, Ю.В. Миронова, Е.Н. Былинского, Е.А. Ельянову. Автор благодарен также докторам геол.-мин. наук Г.В. Ручки-ну, А.Н. Барышеву, А.Д. Петровскому за продуктивное обсуждение и ценные замечания по ходу работы над диссертацией.
Автор выражает благодарность доктору тех. наук И.Ф. Глумову (МНР РФ), под общим руководством которого выполнялись натурные геолого-геофизические исследования на трансокеанских геотраверзах; докторам геол.-мин. наук А.И. Кривцову и И.Ф. Мигачёву (ЦНИГРИ), которые организовали постановку работ по теме диссертации и обеспечили их выполнение, проявляя
постоянное внимание, поддержку и конструктивную критику.
Автор считает приятным долгом выразить благодарность членам коллектива, с которым он в составе НИПИОкеангеофизики занимался аппаратур-но-методическими вопросами повышения точности и информативности морских магнитометрических исследований - В.А. Лыгину, А.П. Скрипке, В.А. Врагову, а также сотрудникам НИПИОкеангеофизики и других подразделений объединения «Южморгеология», с которыми ему приходилось решать организационные и научные вопросы, связанные с тематикой диссертационной работы - Н.Г. Скрябиной, Ю.А. Бякову, О.Д. Корсакову, Г.Н. Грашкину, Н.М. Сивухе, В.Д. Попову, В.П. Поповой, А.П. Богомягкову, Г.П. Тарасовой, А.И. Пилипенко и многим другим.
Исключительно важным являлось многолетнее сотрудничество автора с коллегами геологами и геофизиками: Е.Г. Мирлиным (Геологический музей им. В.И. Вернадского); А.Г. Гайнановым, В.Р. Мелиховым, А.А. Булычёвым, М.Б. Лейбовым, С.А. Ушаковым (МГУ); А.А. Черновым (ВНИИГеофизика); И.И. Беляевым, A.M. Филиным (ИО РАН); СП. Мащенковым, В.Д. Каминским, В.Ю. Глебовским, Ю.Е. Погребицким (ВНИИОкеангеология); В.М. Гординым (ИФЗ РАН); Е.Н. Розе (ИЗМИРАН).
Автор благодарит всех сотрудников ЦНИГРИ, оказывавших научную, организационную и техническую помощь в процессе работ по диссертационной тематике и выражает глубокую благодарность всем многочисленным участникам экспедиционных работ на трансокеанских геотраверзах. За помощь в подготовке рукописи диссертации и демонстрационной графики автор благодарен Н.Ф. Максимовой и Т.А. Пивоваровой.
Сравнительная характеристика минерально-сырьевого потенциала зон особых интересов России и других основных стран в Мировом океане
С целью оценки перспектив освоения минерально-сырьевого потенциала ТПИ Мирового океана представляется необходимым, хотя бы в самых общих чертах, проанализировать данные по ресурсам основных океанских ТПИ, на которые могут претендовать в Мировом океане Российская Федерация и некоторые другие страны: США, Франция, Япония, КНР и Индия (Глумов, Задорнов, Углов и др., 1997). Выбор стран диктуется перечнем «первоначальных вкладчиков», т.е. стран, внесших в Международный орган по морскому дну (МОД ООН) определенную плату за пользование минеральными ресурсами Мирового океана и которым МОД ООН выделил участки для изучения и добычи ЖМК в Международном районе морского дна (МРМД) в пределах зоны Кларион-Клиппертон (Тихий океан) и Центральной котловине (Индийский океан). США не относятся к первоначальным вкладчикам, однако, они участвуют в трех консорциумах, которые являются заявителями на ряд участков в зоне Кларион-Клиппертон. Указанные страны условно могут быть названы основными ввиду проявленного ими первыми среди других государств практического интереса к освоению ресурсов ТПИ Мирового океана (Углов, Былин-ский, 1999), несмотря на то, что позднее в 90-х годах прошлого века статус первоначального вкладчика получили Республика Корея и Германия.
Надо отметить, что установленное Конвенцией ООН по морскому праву разделение Мирового океана на исключительные экономические зоны прибрежных государств и МРМД привело к весьма неравномерному распределению площадей дна океанов, на которые распространяется национальная юрисдикция государств. При этом значительные преимущества (за счет площадей своих экономических зон) получили островные государства и государства-владельцы прибрежных и островных территорий. Соответственно, весьма неравномерно и распределение минерально-сырьевых ресурсов океанского дна в зонах особых интересов основных стран, под которыми понимаются их 200-мильные экономические зоны и площади в пределах МРМД, изучаемые с целью последующего оформления своих прав на разведку и промышленное освоение выявленных минеральных ресурсов.
Размеры площадей экономических зон государств приближенно можно рассматривать как размеры площадей зон особых интересов основных стран в Мировом океане, поскольку участки, которые выделены или могут быть выделены МОД ООН в МРМД настолько незначительны по площади (в настоящее время 75 тыс кв. км на одного заявителя), что практически не дают прироста площадей (но не минерально-сырьевых ресурсов!) зон особых интересов (рис.1). Очевидно, что размеры экономических зон основных стран и, в первую очередь, их минерально-сырьевой потенциал (наряду с другими геополитическими факторами) будут в ближайшем будущем определять минерально-сырьевую политику этих государств в Мировом океане.
Среди группы основных стран по площади своих экономических зон выделяются США и Франция (за счет значительного количества островных территорий), на долю которых приходится около 70% общей площади экономических зон основных стран в Мировом океане (исключая Северный Ледовитый океан, где глубоководные ТПИ пока не обнаружены) и где границы экономических зон пока не определены. Примерно по 10% этой площади занимают экономические зоны Японии и России, а по 5% площади приходится на Индию и КНР Соответственно, существенно различаются эти страны (при учете изученных основными странами участков в МРМД) по ресурсам полезных
В целом, основные страны, в соответствии с природной стоимостью полезных компонентов, содержащихся в расположенных в зонах их особых интересов конкрециях, корках, колчеданных рудах и фосфоритах, делятся на три группы.
В первую группу стран, ресурсы которых имеют наибольшую валовую стоимость, входят США (50% от общей стоимости ресурсов основных стран, составляющей порядка 7.8 трлн долларов США) и Франция (около 21%).
Ко второй группе относятся Россия и Япония, природная ценность ресурсов которых составляет соответственно порядка 12% и 10% от общей стоимости ресурсов глубоководных ТПИ основных стран. Следует отметить, что общая природная ценность ТПИ зоны особых интересов России (порядка 1 трлн дол.) составляет заметную величину в сравнении с валовой стоимостью запасов всех полезных ископаемых в российских недрах на суше, составляющей 28.6 трлн долларов (Орлов, 1995).
Третью группу стран составляют КНР и Индия, доля ресурсов каждой из которых в общей природной ценности ТПИ зон особых интересов основных стран в Мировом океане составляет около 3%.
Из указанных выше главных видов ТПИ в зонах особых интересов основных стран наибольшей ценностью (порядка 5 трлн долларов) обладают КМК, доля которых в общей валовой стоимости полезных ископаемых зон особых интересов составляет порядка 64%. Далее следуют ЖМК — порядка і .6 трлн долларов (20%), ГКР - более 800 млрд долларов (около 11%) и фосфориты - порядка 400 млрд долларов (около 5%) (рис.3).
Среди ценных компонентов глубоководных ТПИ наибольшей валовой стоимостью обладает такое ценнейшее стратегическое сырье как кобальт -около 4.4 трлн долларов или более 56% от общей природной стоимости ТПИ в зонах особых интересов основных стран. Второе место занимает марганец — 1.6 трлн долларов (около 21%). На долю каждого из других металлов и Р2С 5 приходятся первые проценты от общей стоимости этих ТПИ (рис. 4).
Автоматизированная система трансформаций для районирования потенциальных геофизических полей и рельефа дна акваторий
В результате комплексной интерпретации данных с помощью автоматизированной системы трансформаций создан Геолого-геофизический атлас Анголо-Бразильского и Маскаренско-Австралийского трансокеанских геотраверзов, на картах и разрезах которого отражены: рельеф дна и его геоморфологические особенности; мощность осадочного чехла; аномальное магнитное поле и его трансформанты, отражающие структуру магнитоактивного слоя; аномальное гравитационное поле в различных редукциях и его трансформанты, отражающие плотностную структуру земной коры; тектоника океанской литосферы, магматизм и металлогеническое районирование. Электронная версия Атласа является открытой и может дополняться и совершенствоваться.
При составлении Геолого-геофизического атласа геотраверзов были выполнены следующие трансформации исходных данных: Рельеф дна: - произведена низкочастотная фильтрация данных, в результате чего получены карты осредненного (генерального) рельефа, отражающие морфост-руктуры первого порядка, и остаточного рельефа, отражающие морфострукту-ры второго порядка; - выполнено вычисление полного горизонтального градиента рельефа дна и его осреднённых значений, характеризующих крутизну склонов рельефа и определённым образом отражающие "относительную интенсивность" тектонических процессов, вызвавших возникновение отдельных форм рельефа; - карты полного горизонтального градиента рельефа подвергнуты процедуре определения планового положения максимума функции на площади. В результате получены карты распределения максимальных значений градиентов рельефа, т.е. распределения его склонов и уступов, в наиболее полной форме отражающие распределение морфоструктур третьего порядка. Аномальное магнитное поле: - карты аномального магнитного поля пересчитаны в значения псевдогравитационных аномалий с учетом величин наклонения и склонения нормального магнитного поля для эпохи 1985 года; - для этих карт рассчитан полный горизонтальный градиент псевдогравитационных аномалий, характеризующий относительный контраст намагниченности соседних блоков земной коры. Максимальные значения градиентов при этом соответствуют положению границ источников магнитных аномалий; - карты полного горизонтального градиента псевдогравитационных аномалий подвергнуты процедуре определения планового положения макси мальных значений функции на площади. В результате получены карты плано вого положения границ источников магнитных аномалий или границ блоков пород различной намагниченности. Аномальное гравитационное поле: - для карт аномального гравитационного поля в изостатической редук ции выполнено вычисление полного горизонтального градиента гравитационного поля, которые характеризуют контраст плотностной неоднородности верхней части земной коры; - карты полного горизонтального градиента гравитационных аномалий в изостатической редукции подвергнуты процедуре определения планового положения максимальных значений функции на площади. В результате получены карты планового положения границ изостатически нескомпенсирован-ных блоков литосферы. Плотностное и магнитное моделирование океанской литосферы в пределах геотраверзов произведено по центральным профилям, пересекающим крупнейшие морфоструктуры Атлантического и Индийского океанов. Моделирование выполнено методом аппроксимационного подбора путем решения прямой задачи магнитометрии и гравиметрии от наиболее близких к реальности моделей литосферы. Эти модели выбирались с учетом сейсмических данных НСП, МОВ, КМПВ и ГСЗ, полученных в пределах геотраверзов. В основу магнитного и плотностного моделирования положен алгоритм В.Н. Страхова (1979) решения прямой задачи магнитометрии для двухмерных тел, ограниченных в сечении многоугольником с постоянной намагниченностью или плотностью, т.е. блоковая модель. При этом геометрия кровли и подошвы плотностных и магнитоактивных слоев определена по сейсмическим данным, а боковые грани многоугольников аппроксимированы границами намагниченных или плотностных блоков, полученных при трансформациях аномальных магнитного и гравитационного полей. Это позволяет резко ограничить неоднозначность решения обратной задачи потенциальных полей, поскольку в процессе моделирования подбирается лишь намагниченность и плотность блоков, а геометрия блоков определяется из независимых источников Для создания электронной версии Геолого-геофизического атласа были выполнены процедуры, которые схематично указаны на рис. 8. После выполнения процедур сбора первичных данных, оцифровки имеющихся карт и интерполяции данных на равномерную сеть были получены цифровые матрицы значений глубин дна, мощности осадочного слоя, анома лий магнитного поля, аномалий силы тяжести в свободном воздухе (файлы типа .grd). Эти матрицы являются цифровыми картами-основами, которые подвергались дальнейшим процедурам трансформаций: частотной фильтрации, вычисления полных горизонтальных градиентов и т.д. для районирования потенциальных геофизических полей и рельефа дна акваторий по схеме, описанной выше. В результате получены цифровые карты (матрицы) трансформант рельефа дна, аномалий магнитного и гравитационного полей (файлы типа .grd), а также таблицы данных по отдельным профилям и планового положения максимальных значений различных функций (файлы типа .dat), которые вместе с картами-основами являются базовыми для создания итоговых цифровых цветных карт и разрезов (файлы типа .srf , .cdr, .grf и др.), предназначенных для вывода на печать.
Рельеф дна геотраверзов и его морфометрические характеристики
Полоса Анголо-Бразильского геотраверза (АБГТ) протягивается в южной приэкваториальной Атлантике от континентального склона Южной Америки до континентального склона Африки, пересекая Срединно-Атлантический хребет (САХ) и примыкающие к нему глубоководные котловины (рис. 9). Топография геотраверза сложна, диапазон глубин превышает 6 км, рельеф дифференцирован и насыщен мелкими формами, наблюдаются также многочисленные крупные подводные горы, такие как Пернамбуку, Стоке, Грелль и др. в западной части геотраверза; Кардано, Кутузова, Бонапарта и др. - в его восточной части. Некоторые из гор возвышаются над поверхностью океана, образуя острова Вознесения и Св. Елены.
Маскаренско-Австралийский геотраверз (МАГТ) располагается в северной части Индийского океана к югу от экватора, являясь как бы продолжением АБГТ по другую сторону Африканского континента, однако морфология рельефа дна (при диапазонах глубин порядка 7 км) здесь отличается еще большей сложностью. Протягиваясь от Маскаренского подводного хребта до северо-западной континентальной окраины Австралии, этот геотраверз охватывает целый ряд крупных подводных хребтов различного генезиса, а также глубоководных котловин и массивов подводных гор, различающихся по возрасту, истории развития и геологической природе (рис. 10).
В целом, рельеф дна геотраверзов образует многочисленные структуры различного порядка, отчетливо выделяющиеся при его трансформациях. Всего при данной детальности и масштабе батиметрической съемки можно выделить морфоструктуры трех порядков. Морфоструктуры первых двух порядков отчётливо выделяются на картах рельефа, подвергнутого частотной фильтрации (рис. 11, 12) с использованием вычислительного блока 7 (см. рис. 7) автоматизированной системы районирования, а также на картах поверхности рельефа (рис. 9ви 10в).
К морфоструктурам первого порядка, наиболее отчётливо выделяющимся на картах генерального (сглаженного с радиусом фильтрации 300 км) рельефа, в пределах АБГТ (рис. 11 а) относятся наиболее крупные топографические формы: континентальный склон Южной Америки, Бразильская глубоководная котловина, Срединно-Атлантический хребет, Ангольская котловина и континентальный склон Африки. Условно по преобладающим глубинам САХ можно подразделить на гребневую зону (глубина до 3 км) и фланговые части (до 5 км). Глубины дна в котловинах в среднем превышают 5000 м, достигая 6000 м и более в Бразильской котловине.
Фланги хребта различаются по своей ширине и сложности топографии, а также общему уровню наблюдаемого рельефа, что хорошо видно на профилях, пересекающих геотраверз по 12 и 13 ю.ш. (рис. 13).1-наблюдённый рельеф по 13 ю.ш.; 2- наблюдённый рельеф по 12 ю.ш.; 3-генеральный рельеф по 12 ю.ш.; 4- генеральный рельеф по 13 ю.ш. Характерно, что на западном фланге рельеф в среднем на 500 м ниже теоретического уровня, выраженного корневой зависимостью глубин дна от возраста ложа океана, а на восточном, напротив, выше примерно на 1000 м. (Комарова, Мирлин, Углов, 1993). На восточном фланге хребта, кроме того, наблюдается крупное субширотное региональное поднятие, вытянутое в направлении подводной горы Кардано, которое можно назвать "выступом Кардано" Срединно-Атлантического хребта. Асимметрия присутствует и в строении приконтинентальных бортов глубоководных котловин. Так, западный борт Бразильской котловины осложнен крупными цоколями систем подводных гор Пернамбуку, Грелль и Стоке, в то время как восточный борт Ангольской кот ловины полого и без осложнений поднимается к континентальному склону Африки (рис. На).
МАГТ, начинаясь в восточной части Маскаренской котловины, в направлении с запада на восток пересекает такие структуры первого порядка (рис. 12а) как Маскаренский хребет, рифтовый Аравийско-Индийский хребет, южную часть Чагос-Лаккадивского хребта, Центральную котловину (включая поднятие хребта Ланка), Восточно-Индийский хребет с примыкающим плато Осборн, южную часть Кокосовой котловины, ограниченную хребтом Кокос и перпендикулярным к нему поднятием Килинг, Западно-Австралийскую котловину (включая массивы подводных гор Венинг-Мейнес, Щербакова, Ру, а также абиссальную равнину Гаскойн), северные отроги австралийского краевого плато Эксмут, Северо-Австралийскую котловину (включая абиссальную равнину Арго) и выходит на континентальную окраину западной Австралии. Глубины в пределах геотраверза меняются от 200 м на вершинах Маскаренского хребта до примерно 7500 м в Западно-Австралийской котловине.
Маскаренская глубоководная котловина выражена в пределах геотраверза плоской абиссальной равниной с глубинами более 3500 м. Далее к востоку находится центральная часть Маскаренского хребта, мелководные участки которого с глубинами до 200 м представлены банками Сая-де-Малья на севере и Назарет на юге.
Восточнее Маскаренского хребта плоские равнины Мендинглей и Назарет переходят во фланги Аравийско-Индийского хребта, средняя глубина гребневой зоны которого составляет 3000-3200 м.
Северо-восточнее Аравийско-Индийского хребта прослеживается южная периклиналь Чагос-Лаккадивского хребта со средними глубинами порядка 2500 м.
Обширная акватория геотраверза занята Центральной котловиной, простирающейся вплоть до Восточно-Индийского хребта. К западной части котловины приурочена плоская абиссальная равнина с глубинами 5000-6000 м, широко развиты также волнистые абиссальные равнины, в южной и центральной частях преобладают холмисто-грядовые абиссальные равнины с колеба
Аномальное магнитное поле, его районирование и структура магнитоактивного слоя
Аномальное магнитное поле Анголо-Бразильского геотраверза в Геолого-геофизическом атласе представлено картой изолиний с сечением 50 нТл, а Маскаренско-Австралийского геотраверза - картой изолиний с сечением 100 нТл, что диктуется точностью измерений и густотой съемочной сети. Такое же сечение изолиний показано на картах аномального магнитного поля, приведённых на рис. 26 и 27. Для более наглядного представления о морфологии поля, помимо карт аномалий в изолиниях на этих рисунках приведены также карты теневого рельефа магнитных аномалий и отображение их поверхностей.
Магнитное поле Анголо-Бразильского геотраверза (рис. 26) имеет полосчатое строение, характер которого меняется вдоль геотраверза. Наиболее отчетливо полосчатость поля проявлена в гребневой зоне САХ и на западномфланге хребта, причём периоды полосовых аномалий закономерно увеличиваются в направлениях от оси хребта к его флангам. На восточном фланге хребта полосчатость аномалий нарушена многочисленными изометричными и сложно построенными аномалиями, связанными с крупными подводными горами. Полосчатость поля нарушается также в зонах трансформных разломов, по которым отмечаются сдвиги общей структуры поля.
Полосчатый характер поля сохраняется в Бразильской котловине, но здесь резко возрастает длина волны и ориентировка полосовых аномалий принимает практически меридиональное направление. Полосчатое поле ограничивается на западе крупной отрицательной аномалией, расположенной в пределах 29 -32 з.ш., и испытывающей значительный сдвиг по разлому Боде-Верде. Подобной крупной отрицательной аномалией в пределах 0 - 4 в.д. ограничивается полосчатое поле САХ на восточном фланге хребта. Судя по всему, и учитывая идентификацию аномалий, приведённую в Международном Геолого-геофизическом атласе Атлантического океана (1989-1990) и другим данным (Комарова, Мирлин, Углов, 1993), этим аномалиям (и сопряжённым с ними положительным) может быть присвоен номер 33-33г (Харленд и др. 1985). В соответствии с этим можно предположить, что образование САХ в пределах современной оси спрединга началось примерно на границе сантона и кампана. При этом уже изначально в образовании противоположных флангов хребта существовала определённая асимметрия, судя по тому, что восточная аномалия не испытывает сдвигов ни по одной из зон трансформных разломов. Собственно в Ангольской котловине структура поля также имеет преимущественно полосчатый характер, однако резко изменённого — северо-западного направления. Это полосовое поле прослеживается до границы с полем континентального типа и, по-видимому, представлено аномалиями раннемелового и более древнего возраста. Наиболее примечательной в этой системе является крупнейшая полосовая аномалия северо-западного простирания идентификация которой затруднена. Можно лишь предположить, что она представляет собой аномалию МО в системе мезозойских аномалий.
Морфология аномального магнитного поля Маскаренско 120Австралийского геотраверза (рис. 27) отличается гораздо большей сложностью в соответствии с тем, что геотраверз пересекает разнообразные в тектоническом отношении крупные морфоструктуры Индийского океана. Ввиду того, что геотраверз покрыт магнитометрической съемкой не полностью, соответствие строения аномального магнитного поля этим структурам можно установить лишь частично и в самых общих чертах.
Маскаренскому хребту соответствуют интенсивные (до 400 нТл) знакопеременные аномалии преимущественно субмеридионального простирания. В области Аравийско-Индийского и Чагос-Лаккадивского хребтов поле принимает сложный мозаичный характер, причём, на Аравийско-Индийском хребте наблюдается общее северо-восточное простирание аномалий и в целом магнитное поле не имеет характерной полосчатой структуры параллельной оси спрединга. Это может быть связано как с тесным расположением зон трансформных разломов, так и недостаточно густой сетью съемочных профилей.
Аномальное магнитное поле Центральной котловины в целом характеризуется полосчатой структурой. На северо-западе и на юге котловины полосовые аномалии имеют широтное простирание, которое отчётливо подчёркивается результатами выполненной в южной части этого региона дифференциальной съёмки (Углов и др., 1989). В северо-восточной части Центральной котловины направление полосовых аномалий изменяется на северо-западное. Широтное простирание аномалий отмечается в южной части Кокосовой котловины, а в пределах Восточно-Индийского хребта присутствуют субмеридиональные аномалии. Возраст коры этих регионов по результатам идентификации магнитных аномалий предполагается позднемеловым (Schlich, 1982; Шрейдер, 1989 и др.).
Наиболее сложно построено магнитное поле Западно-Австралийской котловины. В западной части оно имеет сложный мозаичный характер и соответствует так называемой зоне "спокойного магнитного поля" Индийского океана, а на востоке приобретает четкую полосчатую структуру с простиранием аномалий в север-северо-восточном направлении. Это полосчатое поле спредингового характера соответствует абиссальной равнине Гаскойн.
Четкой полосовой меридиональной положительной аномалией интенсивностью более 100 нТл полосчатое поле равнины Гаскойн отделяется от магнитного поля абиссальной равнины Арго (Северо-Австралийская котловина) и поля плато Эксмут. Аномальное поле равнины Арго имеет полосчатую структуру с преимущественно субширотным простиранием аномалий. К северному склону плато Эксмут приурочена серия крупных положительных аномалий достигающих 800 нТл и образующая краевую аномалию типа СОВ (continental-ocean boundary). Поле плато Эксмут в основном характеризуется практически гладким полем интенсивностью от -100 до -200 нТл.
Из анализа карты полного горизонтального градиента (см. ниже рис. 60) следует очевидный вывод о наличии в данном регионе двух ярко выраженных структурных планов - широтного и меридионального. Меридиональные структуры протягиваются вдоль восточной окраины равнины Гаскойн параллельно склону поднятия Джой и входят в систему полосчатого магнитного моля Западно-Австралийской котловины. Структуры широтного направления наблюдаются в пределах абиссальной равнины Арго, причём они проявляются гораздо более отчётливо, чем в аномальном магнитном поле и не оставляют сомнений в регулярном линейном характере источников аномалий. Многочисленные нарушения сплошности и сдвиги этих структур, очевидно, трассируют трансформные разломы и тектонические нарушения другого генезиса.
Исходя из продолжения спрединговых полосовых аномалий в пределы поднятия Джой и впадины Киви, можно предположить вторичный, наложенный характер этих особенностей рельефа дна на структуры океанической коры и наличие в этом районе коры переходного типа. В то же время, северозападное замыкание плато Эксмут, включающее плато Динго и Вомбат, характеризуется типично «континентальным» строением магнитного поля и, соответственно, континентальной корой. Западный и северный склоны плато Динго разбиты многочисленными разрывными нарушениями, по которым происходит ступенчатое погружение поднятия в сторону абиссальной равнины. Эти данные, в целом, позволяют уточнить тектоническое строение региона, выделив области распространения коры океанического, континентального и пере
