22 - 08 - 2017

Гайот Грамберга (13°55' N; 157°25' E)

gramberg 1

Грамберг Игорь Сергеевич (1922-2002 гг.) - геолог, доктор геолого-минералогических наук (1971 г.), академик АН СССР (1987 г.), академик РАН (1991 г.). В 1972 г. назначен директором НИИГА (ВНИИОкеангеология) и одновременно генеральным директором первого в стране научно-производственного объединения «Севморгео», где были развернуты широкомасштабные исследования дна Мирового океана и поиск новых источников минеральных ресурсов, которые привели к открытию уникальных месторождений нефти и газа в акваториях северных морей России. Основными научными интересами академика были нефтяная геология арктического шельфа и минерагения Мирового океана.

В разные годы Игорь Сергеевич активно вел научно-общественную деятельность: он был членом Комиссии по Государственным премиям, членом Бюро отделения наук о Земле РАН и Председателем Океанологической секции РАН, членом Президиума Северо-Западного научного центра РАН, председателем Научного Совета РАН по проблемам геологии и разработки месторождений нефти и газа, президентом Научно-технического геологического общества, вице-президентом Международного арктического научного комитета (IASC), членом комиссий ООН по Мировому океану.

В июне 2004 г. в Санкт-Петербурге на XVII заседании комиссии JOC-JHO/GEBCO SCUFN-XVII (of UNESCO) имя Грамберга было присвоено гайоту, расположенному в районе Магеллановых гор (13°55'; 157°25').

Аккредитован гайот в мае 2004 года.

До официального присвоения имени И.С. Грамберга в 2004 г. гайот упоминался в статьях под номером МЖ-36 и названием Роскомнедра (Мельников и др., 2009; Хешберг и др., 2002).

Исследования гайота выполнялись судами морской геологической службы России в конце XX-начале XXI века. В 1991 г. в рейсе НИС «Севморгеология» выполнены комплексные геофизические исследования, а в 1995 г. с борта судна «Севморгеология», переименованного в НИС «Дальморгеология», выполнены комплексные геолого-геофизические работы. Основной объем геологических исследований был проведен в 6-ом рейсе НИС «Дальморгеология» (Мельников и др., 2009; Пуляева, 1999; Хешберг и др., 1998, 2002; Школьник и др., 2001).

В 2002-2004 гг. в рейсах НИС «Геленджик» ГНЦ «Южморгеология» была выполнена многолучевая батиметрическая съемка гайота, фототелевизионное профилирование и геологическое опробование скальными драгами, пробурено несколько неглубоких скважин.

По расположению в цепи Магеллановых гор гайот Грамберга занимает крайнюю восточную позицию (рис. 1) (Мельников и др., 2009).

gramberg 2

Рис. 1. Обзорная схема гайотов восточного звена Магеллановых гор.
На врезке прямоугольником показано положение района в Тихом океане

Гайот Грамберга – это одиночное усеченное конусовидное подводное вулканическое сооружение трапецевидной формы в плане (Уткин и др., 2006) (рис. 2, 3)

gramberg 3

Рис. 2. Батиметрическая карта гайота Грамберга

 

 

 

gramberg 4

 

 

Рис. 3.  3D-карта рельефа гайота Грамберга

Основание гайота, площадью  3270.2 км2, на глубине 5500-5700 м имеет размер 40 ×60 км, а плоская вершина, площадью 210 км2 , расположенная в интервале глубин 1250 – 1600 м – 20×30 км. Контур бровки плоской вершины – 1500 м. Диаметр основания – 75 км по большой оси и 65 км по малой (Мельников и др., 2009). Структуру осложняют четыре радиально расположенных отрога северо-восточного, восточного, юго-восточного и юго-западного направления, протяженностью 30.5, 19.5, 29 и 29.5 км соответственно.

На участках примыкания отрогов имеет место плавный переход плато в широкие террасы, прослеживающиеся и далее на гребневой поверхности всех отрогов. Центральная часть плато характеризуется уклонами 0-2°, остальная площадь – 2-4°. На юго-востоке плато в основании юго-восточного отрога расположен пологий купол с размерами основания 2×1.3 км и высотой около 50 м (Мельников и др., 2009).

Склоны гайота имеют выпукло-вогнутый профиль, а их крутизна меняется от 4°до 25° и более (рис. 4). Выпуклыми являются верхние части склонов, развитые между бровкой и глубинами 2600-4200 м; уклоны постепенно уменьшаются от 25° и более до 15°-20°. В центральных частях, на глубинах 3000-4500 м, крутизна составляет 10-12°. Нижние, вогнутые, части склонов, расположенные на глубинах от 4500 до 5500 м, обладают уклонами поверхностей менее 10°. Средний угол наклона склона – 10.5º (Lee, Moon, Jung, 2009; Мельников и др., 2009).

gramberg 5

 Рис. 4. Уклоны поверхности склонов гайота Грамберга

Склоны гайота осложнены различными мезоформами рельефа: вулканическими конусами и куполами, террасами, ступенями и уступами. Вулканические структуры представлены тремя куполами и двумя конусами с поперечными размерами 1-2.1 км, высотой 50-130 м. Террасы преобладают на крутых верхних и средних частях склонов, часты в пределах гребней отрогов.  Уступы развиты повсеместно, однако наиболее часто фиксируются также в пределах отрогов. Их протяженность изменяется от 1.5 до 11 км при перепаде глубин от 25 до 150 м. Переход от склонов к абиссальной равнине фиксируется перегибом на глубинах около 5500 м. Предабиссальная зона обладает полого-холмистой поверхностью с уклонами от 2° до 4°. Поверхность абиссальной котловины приурочена к интервалу 5800-6000 м и характеризуется уклонами менее 2° (Мельников и др., 2009).

Поверхности склонов сформированы денудационными процессами. На верхних, крутых и обнаженных, участках склонов преобладают эрозионные процессы, а в средних и нижних частях – транзит и склоновая аккумуляция осадочных масс.

Акваколлювиальные осыпи на гайоте развиты широко. В западной части они отмечаются с глубины 1500 м, а ниже 2500 м занимают значительную площадь склонов. В северо-восточной части несколько осыпей прослеживаются до глубин  5900-6000 м, выходя в пределы предгорной абиссальной равнины. Площади осыпей изменяются от 1.5 до 20 км2. Наиболее крупные локализованы на восточных и южных склонах на глубинах 2200-5100 м.

К сожалению, ни в отчете по 6-ому рейсу НИС «Дальморгеология», ни в каких-либо других литературных источниках, включая и работу (Хешберг и др., 2002), не приводятся сведения о химическом составе пород, слагающих гайот Грамберга и составе минералов, слагающих эти породы. Также нигде не приведены результаты количественно-минералогического анализа. Не опубликованы и данные об определении абсолютного возраста пород, слагающих постройку этого гайота. В то же время в работе (Хешберг и др., 2002) приводится подробная схематическая геологическая карта гайота Грамберга  с указанием возрастных характеристик и состава пород, слагающих постройку гайота (рис. 5)

gramberg 6

Рис. 5. Геологическая карта гайота Грамберга (Хешберг и др., 2002)

 

gramberg 7

Основываясь только на результатах визуального определения драгированных образцов, данных гидролокации бокового обзора (ГЛБО) и фототелевизионного профилирования (ФТП), выполненных в 6-ом рейсе НИС «Дальморгеология», а также собственном опыте изучения гайотов Магеллановых гор и литературных источниках, можно предполагать, что постройка гайота Грамберга сложена вулканогенными и, в подчиненной степени, терригенно-карбонатными образованиями мезозоя и кайнозоя.

В строении постройки отмечаются два структурно-формационных этажа. Нижний этаж приурочен к пологим склонам с плавным переходом в абиссаль. Для верхнего этажа характерны изрезанный рельеф и значительная крутизна склонов. Плоская вершина гайота  располагается на глубинах 1250-1350 м.

Большую часть постройки гайота – практически от основания и до вершины -  слагают вулканиты, вероятнее всего, апт-сеноманского (?) возраста. В большинстве своем это подушечные и глыбовые лавы, реже встречаются канатные, трубчатые и волнистые разности. Отмечены также маломощные (первые метры) лавовые потоки и покровы с линзами везикулярных гиалокластитов.

Неоген-четвертичные (?) нелитифицированные осадки представлены кокколито-фораминиферовыми песками, распространенными на вершинной поверхности гайота, и кремнистыми илами, развитыми у основания гайота на глубинах 5000-5500 м. Мощность осадков достигает 35 м. На глубинах 2000-4000 м эти отложения отмечены в виде прерывистых полос, ориентированных вдоль склонов гайота. Ширина полос колеблется в диапазоне от 10 до 300 м. Мощность осадков не превышает 10-12 м. В привершинных частях склонов выделяются эрозионные промоины, в различной степени заполненные рыхлыми осадками. По своему составу это кокколито-фораминиферовые пески, илы, щебень и глыбы вулканогенных образований и, реже, кобальтомарганцевых  корок.

В пределах постройки гайота Грамберга широко распространены интрузивные образования. Наиболее крупные субвулканические тела, достигающие в поперечнике 2 км, выявлены в южной части гайота. Они имеют форму куполов. Поперечные размеры тел составляют 200-300 м, иногда достигая 1 км. Породы, слагающие интрузивные образования, по данным фототелевизионного профилирования имеют массивный облик. Для них характерны матрацевидные и столбчатые отдельности.  По своему составу это плагиоклаз–клинопироксеновые долериты.

Характерной особенностью гайота Грамберга является широкое распространение даек, сгруппированных в пояса. Большинство даек приурочено к вершинной поверхности гайота, на склонах они встречаются эпизодически. Мощность даек достигает 10 м, а протяженность – 1 км. Частота встречаемости даек, по данным ГЛБО, составляет от 8 до 30 на погонный км. Для пород, слагающих дайки, характерна массивная грубостолбчатая отдельность. В ряде мест отмечены отпрепарированные дайки базальтового (?) состава, с классической гексагональной столбчатой отдельностью, имеющие активный контакт с эффузивными образованиями и интрузиями долеритов.

Вероятнее всего, постройка гайота Грамберга образовалась в результате многократных извержений – как центрального типа, так и мощных трещинных излияний на склонах.
Гайот Грамберга существенно отличается от других гайотов Магеллановых гор практически полным отсутствием известняков рифовой фации. Это указывает на то, что гайот или не проходил атолловую стадию развития, или же прошел ее за очень незначительный промежуток времени.

Возраст постройки определен как 110 млн. лет, а возраст несущей литосферы - 170 млн. лет (Задорнов и др., 1998).  

Гайот Грамберга принадлежит восточному звену цепи Магеллановых гор. Характер аномального магнитного поля над гайотом в целом схож с характером полей над другими гайотами региона, хотя и обладает определенными особенностями (Мельников и др., 2009).   

Доминируют отрицательные широтные линейные аномалии, но за счет разворота осей некоторых из них и присутствия относительно интенсивных положительных аномалий, в общем рисунке проявлена мозаичность (рис. 6). Отрицательные аномалии имеют восточное и восток-северо-восточное направление осей, протяженность 22-35 км, интенсивность от -800 до -1300 нТл и амплитуду 550-1050 нТл. Ось наиболее интенсивной аномалии расположена над южным бортом восточного отрога. Оси других грубо совпадают с направлением северо-восточного и юго-восточного отрогов, а также с южным бортом юго-западного отрога (Мельников и др., 2009).

gramberg 8

Рис. 6. Схема аномального магнитного поля (по М.М. Юринцу, 1996)

Положительная линейная широтно ориентированная аномалия интенсивностью около 600 нТл и амплитудой 550 нТл заключена между двумя отрицательтными. Ее ось совпадает с осью ложбины между восточным и северо-восточным отрогами. Над другими частями склонов и вершинным плато развиты локальные положительные и отрицательные аномалии удлиненной формы меньшей интенсивности. Характер поля над нижними частями склонов и окружающими межгорными впадинами спокойный, с изменением значений от -100 до 100 нТл (Мельников и др., 2009).

В пределах гайота прослеживаются три системы разрывных нарушений, выделенных по результатам магнитометрических исследований и анализа рельефа дна: субширотная, субмеридиональная – север-северо-восточная и северо-западная. Эти системы ранее были устрановлены Н. Смутом для западной приэкваториальной части Тихого океана, включая сопредельные районы (Smoot, 1983). Наиболее отчетливо в аномальном магнитном поле выражена субширотная система; очевидно, она является наиболее древней.

Меридиональная система обычно в магнитном поле прослеживается слабо, но наиболее отчетливо выражена в рельефе. По нашим представлениям, она является наиболее молодой и связана с разрядкой напряжений земной коры, возникших в связи с воздыманием блоков. Северо-западная система, по мнению Н. Смута, является подчиненной и проявленной не столь ярко (Smoot, 1983). Однако на гайоте Грамберга к северо-западной системе относится разлом, определяющий существование юго-восточного отрога, хорошо выраженный в магнитном поле. Возраст этой системы, вероятно, более молодой, чем субширотной, но более древний, чем субмеридиональной.

Согласно результатам сейсмоакустических исследований, большая часть склонов и периферическая часть вершинной поверхности гайота свободны от литифицированных осадков. Это не означает, что они полностью отсутствуют – фототелевизионные наблюдения показывают, что осадки на склонах развиты относительно широко в зонах выполаживания склонов, однако их мощности ниже разрешения сейсмоакустических исследований. В центральной части плато мощность покрова осадков в среднем составляет около 40 м, а во впадинах рельефа фундамента – до 80 м. В нижних частях склонов осадочный чехол фиксируется с глубин 4500-5000 м; его мощность увеличивается с глубиной до 130 м (Мельников и др., 2009).

В строении гайота выделено три основных структурно-формационных яруса: платобазальтовый фундамент, наложенные вулканиты и осадочный чехол. Два нижних грубо соответствуют магматическим комплексам. Третий ярус состоит из комплексов осадочных пород мезозоя-кайнозоя (Мельников и др., 2009).  

Гайоты Магеллановых гор являются перспективными для добычи таких элементов как марганец, никель и кобальт. Площади залежей кобальтомарганцевых корок  составляют для гайота Грамберга 287 км2 (Задорнов и др., 1998; Кобальтобогатые…, 2002; Хешберг и др., 2002; Школьник и др., 1996, 2001).

Железомарганцевые образования гайота Грамберга представлены КМК, ККО и, в незначительной степени, ЖМК и относятся к богатым кобальтомарганцевым рудам. Доминирующим типом являются КМК.

КМК гайота представляют собой сплошные покровы гидратированного диоксида марганца и гидроксидов железа, развитые на коренных обнажениях гайота. Основными рудными минералами всех корок являются вернадит, Fe-вернадит и Mn-фероксигит.  Сплошные покровы корок в основном приурочены к периферическим участкам вершинной поверхности и верхним частям склонов гайота. В относительно приподнятой центральной части вершинного плато они ограничены зонами развития неконсолидированных карбонатных    осадков.    В средних частях склонов, где происходит выполаживание их крутизны от 15–20°   до 10–12°, толщина корок уменьшается, что связано с изменением литодинамического режима.  Такая ситуация отмечается на глубинах 3000–3500 м.  По указанным   причинам крупные же кольцевидные сплошные пласты корок имеют форму неправильного кольца с центром на вершинном плато (Новиков и др., 2013, 2014 а, б).
Кобальтомарганцевые корки практически повсеместно покрывают выходы коренных пород до глубин 3000 м. Отмечены две морфо-фациальные зоны распространения корок – зона склонов и зона вершинного плато.

Гайот Грамберга существенно отличается от других гайотов Магеллановых гор более однородным составом субстата  корок.  Более 90% субстрата составляют массивные базальтоиды, остальное – эдафогенные брекчии. Толщина корок от состава субстата практически не зависит и составляет в среднем 7.5 см на базальтоидах и 7.0 см – на брекчиях.
73 % опробованных КМК составляют трехслойные корки, значительно реже встречаются двухслойные и не представляющие практического интереса однослойные корки. Средняя толщина трехслойных корок составляет 8.8 см, а двухслойных и однослойных – 5.5 см и менее 4 см, соответственно. Удельная плотность трехслойных корок составляет 1.82 г/см3,  двухслойных – 1.78 г/см3.

По химическому составу КМК гайота Грамберга  сопоставимы с рудными корками гайотов Альба и Федорова (Пуляева, 1999; Хешберг и др., 2002). В них установлены повышенные концентрации более чем 30 химических элементов. Основные рудные компоненты представлены марганцем и железом, доля которых в рудном веществе составляет 35 %. Максимальные содержания Cо, Мn и Ni характерны для корок мощностью 4-6 см.

Для гайота Грамберга прогнозные ресурсы составляют: Со – 137.37 тыс. т, Ni – 119.74 тыс. т, Mn – 4824.2 тыс. т. Из них на долю вершинной поверхности приходится Со – 74.16 тыс. т , Ni – 67.57 тыс. т и Mn – 2573.0 тыс. т. Ресурсы Cu составляют 20.311 тыс. т., Mo – 10.097 тыс. т, Pt – 9.68 т и РЗЭ – 28.576 тыс. т. (Хешберг и др., 2002).

Прогнозные ресурсы кобальтоносных марганцевых корок и основных полезных компонентов гайота Грамберга по данным (Отчет, 2004) таковы: рудная площадь составляет 420 км2; средняя мощность корок –7.3 см; средняя плотность залегания корок сухих – 91.79 кг/м2 и влажных – 136.84 кг/м2; ресурсы корок сухих – 38.55 млн. т и влажных – 57.47 млн. т; среднее содержание металлов: Co – 0.57%; Ni – 0.50%; Mn - 21.61%; ресурсы металлов Co – 218.58 тыс. т; Ni – 192.35 тыс. т; Mn – 8329.99 тыс. т.

По данным (Мельников, Плетнев, 2009) среднее содержание редкоземельных элементов и иттрия, а также основных рудных компонентов в корках гайота Грамберга составляет: Y – 262 г/т, La – 252 г/т, Ce – 888 г/т, Pr – 47 г/т, Nd – 201 г/т, Sm – 42 г/т, Eu – 10 г/т, Gd – 54 г/т, Tb – 8 г/т, Du – 46 г/т, Ho – 10 г/т, Er – 29 г/т, Tm – 4 г/т, Yb – 28 г/т, Lu – 5 г/т, Mn – 21.21%,  Fe – 16.04%, Co – 0.60%, Ni – 0.47%, Cu – 0.105%. .  Распределение церия в кобальтоносных марганцевых корках гайота Грамберга  показано на рисунке 7.

gramberg 9

Рис. 7.  Распределение церия в корках гайота Грамберга
1-6 содержания церия в градациях: 1 – более C+2S, 2 – от C+S до C+2S, 3 – от C до C+S, 4 – от C-S до С, 5 – от C-2S до C-S,
6 – менее C-2S, 7 – безрудные зоны, 8 – точки опробования с определением содержаний редких земель в рядовых пробах корок.
Изобаты проведены через 500 м (Мельников, Плетнев, 2009) 

 

 

Описание объекта

  • Номер: 22
  • Название: Грамберга (Роскомнедра, МЖ-36, OSM2)
  • Международное название: Gramberg
  • Название горной системы: Магеллановы горы
  • Тип горы: гайот
  • Географическая широта: 13°55'
  • Географическая долгота: 157°25'
  • Форма рельефа дна: Восточно-Марианская котловина
  • Батимерические характеристики: depth summit: 1225 м
  • Батимерические характеристики: depth basis: 5800 м
  • Морфометрические характеристики: seamount height: 4575 м
  • Морфометрические характеристики: basis area: 66×58 км (3500 кв.км)
  • Морфометрические характеристики: basis extension: 0.88
  • Морфометрические характеристики: basis azimut: 37°
  • Возраст: seamount age: 110 млн. лет
  • Возраст: plate age: 170 млн. лет
  • Геолого-‎геофизическая ‎ изученность: НИС «Севморгеология» (1991), НИС Дальморгеология (1992-1995), экспедиции ГНЦ «Южморгеология» (2002-2004) на НИС «Геленджик» (МЭ, фотопрофилирование, отбор проб)
  • Рудные образования: железомарганцевые корки
  • Извержения: eruption age: 58+2
  • Извержения: activity type: купола, конусы (1.5 на 1000 кв.км)
  • Эрозионно-‎абразионные ‎террасы: terrace depth: от 1550-1875 м до 5500-5900 м
  • Эрозионно-‎абразионные ‎террасы: terrace width: 3 х 5 км до 5 х 8 км
  • Эрозионно-‎абразионные ‎террасы: terrace highly slope: на гребнях отрогов
  • Олистостромы: landslides type: акваколлювиальные осыпи
  • Олистостромы: landslides size: 1.5-20 кв.км
  • Библиография: Мельников и др., 2009; Рашидов и др., 2003; Седышева и др., 2009; Седышева Мельников, 2009; Уткин и др. 2006; Седышева, 2003