Разработка месторождений полезных ископаемых на морском дне

 

Наше экономическое и военное могущество зиждется на использовании минеральных ресурсов. По сегодняшним оценкам каждому гражданину США за время жизни требуется не менее 0,5 т свинца, 0,5 т цинка, 2 т алюминия и 45 т железа и стали [24]. По некоторым стратегическим минералам наша зависимость от импорта колеблется между 80 и 100%. США ввозят 100% кобальта, необходимого для легирования сталей и используемого в жизненно важных частях реактивных двигателей. Никель — хотя его руды и разрабатываются в США — более чем на 80% также импортируется. Почти 100% используемого в США марганца доставляется из Южной Африки и Южной Америки, а этот металл служит основой множества сплавов с железом, поступающих на заводы страны. Практически весь хром импортируется из Африки и Советского Союза.

Можно ли в наш технический век извлечь со дна океанов или из-под него нечто полезное? Где находится это нечто? Как оно туда попало? Можно ли его оттуда достать? Сколько это сегодня стоит? Ответы на эти вопросы мы дадим под четырьмя отдельными рубриками: 1) бассейны как накопители осадков и нефтегазовый фактор, 2) россыпные залежи в прибрежных осадках, 3) железомарганцевые и фосфоритные корки, 4) полиметаллические сульфиды в рифтовых глинистых отложениях.

Бассейны и нефтегазовые скопления в ЭЗ.Залежи углеводородов приурочены, по-видимому, к окраинным областям, расположенным вдоль границ между океаническими бассейнами и материками. Это справедливо как для современных континентальных окраин, так и для древних окраин, которые ныне могут располагаться во внутренних областях континентов — вдоль берегов древних морей. Эти залежи образовались там, где существовали впадины — бассейны осадконакопления, в которых отлагался органический материал, а также другие осадки, возникавшие в результате эрозии на материках. На рис. 21.12 показано, как в ходе обширной трансгрессии мелководных морей мезозойского и триасового возраста (65—225 млн. лет назад) позади рифов формировались мелководные бассейны. А на рис. 21.13 видно, как могут образоваться впадины иного рода в районах столкновения континентов с океаническими литосферными плитами, а осадки морского дна, органические и неорганические, соскребаются с поверхности океанической коры, образуя вдоль окраины континента расслоенные структуры.

В пределах ЭЗ Соединенных Штатов Америки много таких бассейнов (рис. 19.9).

Никто не может сказать, сколько они содержат нефти и газа. Кое-кто оценивает потенциал морских месторождений как треть всех мировых запасов. Нефтегазовые залежи в прибрежных районах оказались в центре внимания исследователей, добившихся в последние два десятилетия выдающихся результатов в развитии техники бурения и добычи (рис. 19.10).

Запасы песка и гравия и россыпные месторождения.Мировая добыча песка и гравия с морского дна по объему и стоимости превышает добычу других негорючих полезных ископаемых. В 1980 г. было добыто примерно 1 млрд, т этих материалов на сумму около 3 млрд. долл. (Сводка № 929 Геологической службы США.) Большая часть потребностей США удовлетворяется в настоящее время за счет наземных разработок, но в приморских городах уже считают, что разработка шельфовых отложений позволяет получать песок и гравий с меньшими затратами, чем на суше. Строительство насыпных платформ для бурения скважин в водах Аляски требует большого количества гравия. К счастью, имеются огромные запасы песчано-гравийных отложений, и многие из них находятся вблизи мест крупного промышленного строительства. На рис. 19.11 показано размещение твердых минеральных ресурсов вокруг континентальной части США и у берегов Аляски.

Россыпные месторождения в зоне пляжей известны уже несколько столетий. В описаниях западного побережья Северной Америки, составленных в середине XVI в., упоминаются «черные пески». Первая в США промышленная разработка пляжных россыпей проводилась в Номе (Аляска) — на золото. Пляжи Юго-Восточной Азии столетиями разрабатывались с целью добычи олова. Совсем недавно в США снова пробудился интерес к морским россыпным залежам, содержащим рутил и ильменит — минералы, служащие главным источником получения титана. Соединения, содержащие тяжелые металлы, и кристаллы этих минералов накапливались в течение геологического времени в устьях рек. Благодаря своей высокой плотности эти кристаллы выпадают из взвеси, как только речной поток выходит в море и теряет энергию турбулентного движения. За геологическое время пляжные пески были много раз отложены и переотложены, так что легкие пески оказались размыты, а тяжелые минералы сосредоточились в россыпных залежах. На рис. 19.11 показано также размещение важнейших россыпных месторождений вдоль береговой линии США. На тихоокеанском шельфе в песках содержится, согласно оценкам, в среднем почти 1% тяжелых минералов (по объему). Аляскинские россыпи, возможно, особенно богаты как тяжелыми минералами, так и золотом и платиной, поэтому они стали первыми в США разрабатываемыми морскими россыпями. Потребность в титане в стране очень велика, и в настоящее время США удовлетворяют ее более чем на 40% за счет импорта. Внутренняя добыча до последнего времени ограничивалась разработкой реликтовых пляжных отложений Флориды и Джорджии.

Железомарганцевые конкреции и кобальтовые корки, фосфориты и скопления рассолов.Десятилетие 1975—1985 гг. стало «эпохой просвещения» в отношении топографии, строения и геологической истории морского дна. Однако первые свидетельства оруденения морского дна появились в ходе рейсов «Челленджера» в 1873—1876 гг. Это были железомарганцевые конкреции, найденные среди материала, поднятого при глубоководном драгировании. В последнее время были обнаружены фосфоритные и другие корки, а также скопления рассолов.

Железомарганцевые конкреции. На морском дне широко распространены высоко минерализованные стяжения размером от мелких шариков до булыжников. Они состоят главным образом из окислов железа и марганца (табл. 5.2). О том, как образуются залежи конкреций и сколько времени занимает их образование, известно мало. Их находят на поверхности глубоководных илов (рис. 19.12), и из этого, казалось бы, можно заключить, что процесс их формирования протекает быстрее, чем образуется илистый слой, но на самом деле это не так (табл. 5.1).

Самые богатые скопления найдены в восточной экваториальной области Тихого океана между 5 и 15° с.ш. (рис. 19.13).

Серьезное изучение вопроса о том, как разрабатывать такие залежи на океаническом дне при глубине 4 км, началось в конце 1950-х годов — сразу же по выяснении размеров этих залежей и после того, как стали яснее потребности США в стратегических минеральных ресурсах. Исследования продолжаются и поныне. Предложены различные технические средства — от управляемых на расстоянии тракторов, которые должны «сгребать» конкреции в специальные контейнеры, до гигантских «пылесосов», перетаскиваемых по дну океана. Но действительность такова, что глубоководная добыча представляется пока делом отдаленного будущего и ее перспективы в настоящее время все еще не ясны. Основная причина этого связана с обнаружением в последнее время железомарганцевых «корок» на меньших глубинах и, возможно, более богатых полиметаллических сульфидных залежей в рифтовых зонах.

Железомарганцевые кобальтовые корки. Железомарганцевые «инкрустации» открыты только в последнее десятилетие. Эти корки образуются на базальтовом субстрате и приурочены, таким образом, к подводным вулканам. Средняя толщина корок — около 2 см; встречаются они на глубинах от 1000 и примерно до 2500 м. Содержание различных металлов приблизительно соответствует составу глубоководных конкреций (табл. 5.2), если не считать гораздо более высокого содержания кобальта, вследствие чего эти инкрустации и названы кобальтовыми. Содержание кобальта колеблется примерно от 0,4% в более глубоководных корках до 1,2% на подводных горах с глубинами меньше 2500 м; кобальт концентрируется в верхних 0,5 см корки независимо от ее толщины.

Важное значение железомарганцевых кобальтовых корок было установлено только примерно в 1981 г., когда было собрано достаточно данных о содержании кобальта и о размещении этих корок. На рис. 19.13 видно, что обширные области развития кобальтовых корок имеются в пределах ЭЗ Гавайских островов и у других тихоокеанских островов, находящихся под юрисдикцией США. Самые перспективные для обнаружения этих корок области располагаются там, где возраст морского дна не меньше 20 млн. лет, а лучше всего — где он больше 80 млн. лет. Кроме того, наилучшие рудопроявления находятся в тех районах, где для отложения других осадков условия неблагоприятны, — отсюда важное значение сильных течений, препятствующих накоплению биогенных илов на вершинах и склонах подводных гор. Поэтому мы и видим корки на базальтовых глыбах (рис. 19.14, а).

Кобальтовые корки часто встречаются вместе с залежами фосфоритов; в этом случае минеральные образования обоих типов выглядят как своего рода «мостовая», покрывающая морское дно. Фотография, приведенная на рис. 19.14, б, сделана во время измерений над подводным плато Блейк у побережья Флориды. На ней видно, что корка, похожая на асфальтовое покрытие, включает в себя отдельные конкреции; глубина моря — около 800 м, т. е. дно в этом случае находится совсем не глубоко.

Большая рыночная стоимость кобальта делает такие залежи значительно ценнее скоплений глубоководных конкреций. По ценам 1983 г. одна подводная гора может дать руды на 1 млрд, долл., а в пределах тихоокеанской ЭЗ Соединенных Штатов имеется более 100 подводных гор (сводка № 929 Геологической службы США). Эти факторы в сочетании с меньшей глубиной залегания кобальтовых корок по сравнению с глубоководными конкрециями, вероятно, предопределят, что сначала США будут добывать кобальтовые корки.

Фосфоритные пески, корки и конкреции. Залежи фосфоритов имеются во многих местах, входящих в ЭЗ США, но самые обширные и экономически перспективные залежи рас полагаются на плато Блейк у берегов Флориды и близ побережья Калифорнии (рис. 19.11). Фосфоритами называют осадочные породы, состоящие в основном из фосфатных минералов, таких как апатит и фторапатит.

Фосфаты, как оказалось, откладываются везде, где происходит сильный апвеллинг, например в прибрежных водах. Многие наиболее богатые залежи встречены на глубинах от 30 до 300 м или приурочены к перегибу шельфа. Ассоциация с зонами апвеллинга следует непосредственно из факта высокой первичной продуктивности богатых питательными веществами глубинных вод, поднимающихся к поверхности; морские растения фиксируют растворенные фосфаты, которые входят в состав органических соединений, а те в свою очередь накапливаются до высоких концентраций в органогенных осадках. Низкий уровень содержания кислорода в слоях разлагающегося органического вещества — необходимое условие для образования фосфорита. Этот процесс, по- видимому, требует также, чтобы осадки других типов, такие как биогенные или обломочные материалы, поступающие в процессе эрозии суши, откладывались медленно. На плато Блейк, напротив шт. Флорида и Каролина, фосфаты накапливаются благодаря мощным течениям системы Гольфстрима, препятствующим формированию других осадочных отложений. У Калифорнийского побережья фосфаты залегают на вершинах подводного хребта, на склонах подводных гор и других подобных участках, непригодных для накопления посторонних осадков. В одних местах фосфатные отложения выглядят как несцементированные песчаные зерна, в других — как прочные корки.

Спрос на фосфаты для производства удобрений во всем мире продолжает расти. В настоящее время США экспортируют фосфаты, добытые открытым способом во Флориде; разрабатываемые там залежи представляют собой приподнятые древние мелководные отложения. Но ограничения, накладываемые на землепользование, ужесточаются, соответственно растет и стоимость продукции, поэтому промышленная эксплуатация обширных морских залежей на шельфах скоро станет реальностью.

Полиметаллические сульфидные залежи.Совсем недавно появились сообщения о существовании полиметаллических сульфидных залежей, связанных с гидротермальной деятельностью в срединно-океанических рифтовых зонах. (Процесс рифтообразования на срединно-океанических хребтах описывается в гл. 21.) Подводный «горячий источник», точнее, гидротермальное жерло, был открыт на Галапагосском рифте в 1979 г., когда ученые впервые спустились в рифтовую зону на глубинном погружаемом аппарате «Алвин». Затем последовали новые открытия (рис. 19.11): на Восточно-Тихоокеанском поднятии в районе 21° с.ш., в системе хребта Хуан-де-Фука у 48° с.ш. и хребта Горда примерно около 42° с.ш. Последняя площадь входит в ЭЗ Соединенных Штатов и потому имеет для них особо важное значение.

Геологи ясно понимают, какой процесс приводит к формированию этих сульфидных залежей, так как они уже изучили сходные древние рудопроявления, разрабатываемые ныне на суше. Примером могут служить меднорудные месторождения Кипра. Как правило, рудные минералы содержат железо, марганец, цинк, свинец и серебро. На рис. 19.15 схематически изображен процесс образования таких залежей на Восточно-Тихоокеанском поднятии [27].

Холодная морская вода просачивается в трещиноватую, недавно затвердевшую океаническую кору, там нагревается и затем, когда ее плотность под действием нагрева понижается, выталкивается благодаря конвекции наверх. Соприкасаясь с только что сформировавшейся и еще горячей породой, нагретая морская вода выщелачивает ионы металлов из породы и отдает этой породе некоторые свои ионы. Когда обогащенный металлами горячий раствор выбрасывается через жерло в холодную морскую воду, покрывающую рифтовую зону, почти сразу же происходит выпадение осадка; площадь вокруг жерла становится местом накопления сульфидов разных металлов.

Будет ли экономически выгодно разрабатывать такие залежи, зависит от многих факторов. Если скорость разрастания морского дна мала, то оруденение в этих зонах будет невелико, так как гидротермальная деятельность слаба. Обе исследованные к настоящему времени зоны — на Восточно-Тихоокеанском поднятии и Галапагосском рифте — находятся в условиях умеренного разрастания, около 5 см/год, и представляются перспективными для разработки. Кроме того, магматические камеры, питающие различные рифтовые зоны, имеют разный состав, так что возникающие руды также могут быть различными: в одних залежах велико содержание серебра, другие богаты цинком и т. д. Например, в некоторых образцах, отобранных на хребте Хуан-де- Фука, установлены следующие содержания: цинк — от 29,7 до 59,2%, цена руды от 237 до 473 долл, за тонну; серебро — от 124 до 290 млн т, цена руды от 30 до 72 долл, за тонну [18]. Это поистине богатая руда. Но залежи развиты на небольшой площади, непосредственно окружающей гидротермальные жерла. Несмотря на то что одна такая жерловая залежь может достигать толщины в несколько метров, разработка не будет рентабельной, если в данном районе не сосредоточено много таких залежей. Один из способов добычи — использование стандартного грейферного ковша (рис. 19.16), но при условии, если горнодобычное судно имеет на своем борту навигационное и ходовое оборудование.

Грейфер, снабженный визуальным монитором и автономным двигателем, может смыкать свои «челюсти» весьма направленно. Фотоснимок участка гидротермального жерла (рис. 19.17) показывает, что точное прицельное расположение грейферного ковша совершенно необходимо, чтобы захватывать рудные минералы, а не пустую породу.

После выпадения в осадок из горячего рассола полиметаллические сульфиды не сразу консолидируются. Вначале они представляют собой «грязный ил» в окрестности жерл активных источников и накапливаются в понижениях дна. Грейфер не может поднять эти отложения, но вместо него можно использовать какой-либо погружаемый насос. Такие насосы предложены для «добычи» горячих рассолов, обнаруженных в придонной части Красного моря.






Дата добавления: 2020-03-22; просмотров: 40;


Поделитесь с друзьями:

Вы узнали что-то новое, можете расказать об этом друзьям через соц. сети.

Поиск по сайту:

Введите нужный запрос и Знаток покажет, что у него есть.
Znatock.org - Знаток.Орг - 2017-2020 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.008 сек.