Александр Конюхов - Геология океана: загадки, гипотезы, открытия
Хотя железомарганцевые конкреции встречаются во всех океанах, основные их месторождения находятся в Тихом океане и в восточной части Индийского. Самой богатой и перспективной для промышленной разработки залежей глубоководных конкреций считается зона между трансформными разломами Кларион и Клиппертон в восточной половине Тихого океана, на широте Мексики. В этом районе на глубинах от 4500 до 5500 м обнаружены обширные участки дна, буквально выложенные конкрециями. Самым, однако, важным является присутствие в их составе ценных металлов-примесей, прежде всего никеля и меди. Их содержание, достигающее 3—4%, является наиболее высоким по сравнению с конкрециями из других районов. В целом же считается, что железомарганцевыми конкрециями покрыто от 20 до 50% поверхности дна в абиссальных котловинах Тихого океана.
Как же зарождаются и растут конкреции? Железо и марганец, попадая в придонные воды, богатые кислородом, образуют тончайшие агрегаты, которые адсорбируются на поверхности твердых частиц. Таковыми на дне океана чаще всего становятся зубы акул и скелетные остатки млекопитающих, например кости китов. В ядрах конкреций, т. е. в наиболее древней их части, нередко находят зубы акул. В дальнейшем на поверхности зачаточных стяжений откладываются все новые порции марганца и железа. Как полагают многие ученые, не последнюю роль в этом играют микроорганизмы, находящиеся на поверхности конкреций. Их рост замедлен. Расчеты показали, что скорость формирования конкреций в районе подводного плато Блейк в Атлантическом океане составляет не более 1 мм за миллион лет. В Тихом океане эта скорость на 1—2 порядка выше. На шельфах, куда поступает гораздо большее количество железа и марганца с континента, темп развития конкреций еще выше. В Балтийском море он достигает 20—100 мм за 1000 лет.
Таким образом, в настоящее время большинство конкреций, находящихся. на поверхности глубоководных осадков, представляют собой чрезвычайно древние образования, рост которых продолжается и в наше время. Многие из них зародились еще в миоцене и даже в олигоцене, т. е. несколько десятков миллионов лет назад. Послойное исследование конкреций показало, что периоды их относительно быстрого развития чередовались с эпохами замедления, что было связано, видимо, с разным объемом поступавших в океанскую воду железа и марганца. Он был большим в эпохи интенсификации химического выветривания на континентах.
Железомарганцевые конкреции отсутствуют в районах с высокими скоростями накопления терригенных и других осадков, так как из-за незначительного роста они оказываются вскоре засыпанными осадочным материалом. Именно поэтому Атлантический океан довольно беден конкрециями. В Тихом океане, где скорости накопления кремнистых радиоляриевых осадков и красных глубоководных глин много выше скорости роста конкреций, последние находятся тем не менее на поверхности дна. Этот парадокс до настоящего времени не получил объяснения. Действительно, как получается, что конкреции, начало формирования которых восходит к миоцену и олигоцену, не были погребены более молодыми осадками? Более того, они залегают на их поверхности. В ряде случаев это можно объяснить придонными океанскими течениями, не дающими тонким частичкам садиться на дно. Однако в большинстве исследованных районов абиссали дело, по-видимому, в другом. Благодаря взвешивающему эффекту конкреции теряют в воде часть веса. Вследствие этого они как бы всплывают над окружающим рыхлым осадком [Соколов, Конюхов, 1985]. Впрочем, окончательно эту загадку железомарганцевых конкреций еще предстоит разрешить.
Буровые платформы спускаются с шельфаИспокон веку люди добывали в море пропитание: рыбу, моллюсков, зверя, водоросли. Этот промысел и сейчас сохраняет свое значение, особенно для стран, имеющих выход к океану. Однако в конце XX в. его стал вытеснять другой промысел. Ныне человечество получает из океана горючее и химическое сырье в виде жидких и газообразных углеводородов. Сейчас на морские месторождения нефти и газа приходится почти 25% общемировой добычи углеводородов. Из года в год эта доля возрастает и, как полагают специалисты, к концу столетия достигнет 50%, а может быть, и более. Большинство открытых к настоящему времени морских месторождений нефти и газа расположено в пределах шельфов, входящих в состав подводной окраины континентов. Именно здесь находятся мощнейшие на Земле линзы осадочных пород, где формируются залежи углеводородов.
Основные ресурсы нефти и газа сосредоточены на пассивных окраинах материков. В их недрах уже открыто около 84 млрд т нефти и 40,6 трлн м3 газа, что составляет примерно 80% общих разведанных запасов этого сырья в океане, исключая шельфы СССР [Геодекян, Забанбарк, Конюхов, 1986]. Мощность осадочной толщи на пассивных континентальных окраинах в среднем достигает 8—10 км, а в отдельных районах возрастает до 14—15 и даже 21 км. Это связано с исключительно устойчивым режимом прогибания земной коры на границе континент—океан в тех районах, где они принадлежат к одной литосферной плите. В строении осадочного чехла здесь участвуют как терригенные породы (они сложены обломочным материалом, поступавшим с континента), так и карбонатные отложения, которые возникли за счет остатков морских организмов с так называемой карбонатной функцией. Заметную роль в нижней части разреза играют различные соли и магматические образования. Они остались от периодов рифтогенеза, сопровождавшего раскол древних суперконтинентов.
Основные ресурсы углеводородов разведаны в отложениях верхних и средних подразделений осадочного чехла, представленных терригенными и карбонатными породами. Они сформировались в позднем мезозое и кайнозое, т. е. на этапах, когда закладывались и развивались впадины Атлантического и Индийского океанов. Распределение запасов носит крайне неравномерный характер. По существу, основные залежи углеводородов приурочены к трем стратиграфическим диапазонам разреза: позднеюрскому, ранне (средне) меловому и миоценовому. Наиболее продуктивны нижне-среднемеловые комплексы отложений. В них содержится 27 млрд т нефти и 4,75 трлн м3 газа на пассивных окраинах континентов (за исключением СССР). В породах позднеюрского возраста открыто также множество залежей углеводородов, в которых заключено 22,1 млрд т нефти и около 2 трлн м3 газа. Наконец, в миоценовом комплексе осадков разведано более 18 млрд т нефти и около 10 трлн м3 газа. На остальные подразделения осадочного разреза, которые составляют примерно половину его мощности, приходится лишь седьмая часть суммарных запасов углеводородов. В чем же причина подобного неравномерного размещения углеводородных ресурсов на пассивных окраинах материков?
Известно, что залежи нефти и газа образуются в горизонтах-коллекторах, характеризующихся значительным объемом порового пространства и высокой проницаемостью. Кроме того, они должны быть перекрыты породами, не пропускающими различные флюиды, в том числе и углеводороды. Оказалось, что именно в позднеюрское, ранне (средне) меловое и миоценовое время в пределах краевых частей континентов накапливались такие отложения. Благоприятные для этого условия возникли прежде всего в силу особого геодинамического режима и резких колебаний уровня океана.
В позднеюрское время на многих шельфах развивались мощные барьерные рифы и биогермы, которые типичны для ранних этапов существования пассивных окраин континентов. Это связано с господством аридного климата в прилегающих районах суши и с высокими темпами прогибания морского дна. На окраинах же древнего океана Тетис, где и открыты основные верхнеюрские залежи нефти и газа, активный рост рифовых сооружений и других биогерм обеспечивался главным образом постепенным повышением уровня океана. Он продолжался в течение почти 15 млн лет и привел к затоплению обширных пространств в краевых частях Афро-Аравийского выступа Гондваны в океане Тетис. Здесь в ожерелье крупных лагун возникли мощные карбонатные толщи приливно-отливного генезиса. Вместе с рифовыми известняками открытых частей древнего шельфа они составляют ныне один из самых продуктивных нефтегазоносных комплексов в бассейне Персидского залива.
Близкие условия сохранились здесь и в раннемеловую эпоху, которая ознаменовалась глобальным понижением уровня океанских вод. Казалось бы, рост рифов должен был в связи с этим резко замедлиться, а площадь лагун и приливно-отливных равнин, расположенных за ними, значительно сократиться. На самом же деле рост рифов в Персидском заливе, а также на окраине Северной Америки, в Мексиканском заливе, продолжался. Они; правда, сместились в краевую часть шельфа и на континентальный склон, где темп прогибания земной коры оставался довольно высоким. В зарифовой же зоне лагуны в большинстве своем исчезли, а на их месте накапливались терригенные пески дельтового и мелководно-морского генезиса. В целом же падение уровня океана сказалось на распределении различных типов осадочных образований не очень сильно. Объяснить этот факт можно, предположив, что в апте и альбе началось сближение континентов, обрамлявших Тетис с севера и юга. Оно привело к догружению края шельфа и воздыманию центральных областей Нубийского щита, откуда в изобилии на окраину стал поступать терригенный песчаный материал.
