книги из ГПНТБ / Борисов, О. Г. Экструзии и связанные с ними газо-гидротермальные процессы
.pdf
А К А Д Е М И Я Н А У К С С С Р
Д А Л Ь Н Е В О С Т О Ч Н Ы Й Н А У Ч Н Ы Й Ц Е Н Т Р ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
О. Г. БОРИСОВ, В. Н. БОРИСОВА
Э К С Т Р У З И И
ИС В Я З А Н Н Ы Е
СН И М И
ГА З О - Г И Д Р О Т Е Р М А Л Ь Н Ы Е
ПР О Ц Е С С Ы
Ответственный редактор К. Н. Руд ич
Конт, ольнып |
Эаземпллр |
' |
_____ |
|
И З Д А Т Е Л Ь С Т В О « НАУКА» СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ Новосибирск -1974
T "ос. публичная
5 оьучж .ехническая
^..|блио'. ока ССОг 1 ^к-аемпляр .
Ч И Т А Л Ь Н О ГО З А Л А [
,L i Л ’':
УДК 5-51.21
Работа посвящена одному из своеобразных проявлений магматизма на земной поверхности в форме вулканических (экструзивных) куполов. На примерах экструзивного прояв ления в областях современного вулканизма Камчатки, Ку рильских островов, Японии, Америки и других районов мира рассматривается положение экструзивных куполов и сопря женных с ними во времени газо-гидротермальных процессов в общем цикле развития вулканов и вулканических зон. Зна чительное место в работе уделено истории возникновения и развития термина «вулканический» (экструзивный) купол; морфологии, петрографии и химизму экструзивных лав; меха низму формирования куполов и явлениям, предшествующим и сопровождающим их образование. Впервые в литературе, посвященной описанию вулканических куполов, приводится большой материал по составу, генезису и дифференциации магматических эманации и по измененным породам, обра зованным под воздействием этих эманаций. Работа рассчита на на широкий круг геологов.
Б -208Q5- 799 141-75 |
©Издательство «Наука», 1974. |
055(02) — 74 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящей работе обобщены материалы, характеризующие необычную форму проявления вулканизма в виде выжимания («эк струзии») куполов вязкой лавы. Авторы поставили перед собой задачу осветить многообразие условий, которые предопределяют становление экструзивных куполов и связанных с ними газо-гидро термальных процессов, показать существующие различия между двумя формами эффузивного магматизма: лавовыми потоками и экструзивными куполами.
В многочисленных публикациях последних лет, связанных с общими и частными проблемами магматизма, в той или иной степени находит отражение новое понятие — экструзивный магма тизм. И хотя в него подчас вкладывается противоречивое содержа ние, почти все авторы сходятся на том, что экструзивный магма тизм— это форма проявления магматизма вблизи или на земной поверхности, которая отражает определенный этап развития гео логических структур. Экструзивный магматизм проявляется в виде поверхностных экструзивных куполов, приповерхностных субинтру зий и малых интрузивных тел. Очень часто субинтрузии и малые интрузии отождествляют с экструзивными куполами, объединяют их под общим термином «экструзии» и рассматривают как форму проявления интрузивного магматизма в приповерхностных и пог верхностных условиях Земли. Правильнее же, по нашему мнению,, рассматривать экструзивные вулканические куполы как «переход ный мост» между интрузивным и эффузивным магматизмом.
При написании работы были использованы материалы личных исследований авторов, в течение ряда лет изучавших современные и молодые экструзивные куполы Камчатки и Курильских островов,, а также публикации по экструзивным куйолам мира.
Книга состоит из трех частей. Первая часть посвящена истори ческому обзору возникновения и развития понятия «экструзивный купол». В конце ее дана классификация вулканических куполов в. представлении различных исследователей и авторов. Во второй
а
части рассматривается морфология, состав, механизм образования и геоструктурное положение вулканических куполов. В третьей части охарактеризованы состав и дифференциация вулканических газо-гидротерм, проявляющихся в связи с формированием экстру зий, и их воздействие на породы.
Как отдельные выводы по главам, так и общие выводы осно ваны на среднестатистической оценке фактического материала по химическому, минералогическому составу и физическим свойствам пород, образующих лавовые потоки и экструзивные куполы.
Авторы отдают себе отчет в том, что они не решили до конца поставленной перед собой задачи, а отдельные выдвигаемые по ложения дискуссионны и не могут пока рассматриваться как уста новившиеся и бесспорные представления. Поэтому авторы заранее признательны читателям за их критические замечания, которые ■будут учтены при дальнейших исследованиях.
«Если у вас есть яблоко и у меня есть яблоко и мы обменяемся этими яблоками,
то |
у вас |
и у меня останется по яблоку. |
А |
если у |
вас есть идея и у меня есть идея |
и мы обменяемся этими идеями, то у каж дого будет по две идеи».
БЕРНАНД ШОУ
В В Е Д Е Н И Е
Проявление вулканической деятельности в форме выдавлива ния (или выжимания) вязкой лавы, образующей экструзивные куполы, можно рассматривать как обычный вулканический процесс, когда один вид извержения сменяется другим. Так, например, спокойная сольфатарная или фумарольная деятельность на вулка не может смениться продолжительной или кратковременной эксплозивной деятельностью с выбросом шлаков или пепла, затем спокойным излиянием лавовых потоков или выдавливанием вязкой лавы. Последовательность процесса может нарушаться, но смена форм извержения присуща любому проявлению
вулканизма.
По химическому и минералогическому составу, отчасти струк туре и текстуре лавы куполов почти аналогичны лавам, образую щим потоки и пирокластические отложения. В то же время им при сущи определенные черты, сближающие их с субвулканическими телами, т. е. интрузиями, залегающими на небольшой глубине и в момент образования имеющими сообщение с земной поверхностью. Экструзивные куполы, также как лавовые и пирокластические по токи, могут формироваться в центральном кратере вулкана, на его склоне или у основания; не исключается образование куполов и на некотором удалении от центральных вулканических построек в виде ареального извержения по единичным подводящим каналам или трещинам. Но они никогда не образуются там, где отсутствуют хотя бы следы вулканизма.
В свое время Ф. Ю. Левинсон-Лессинг (1955) писал, что тесная связь вулканизма и плутонизма (т. е. процессов эффузии и интру зии) отражается в известном параллелизме между типами интрузий и формами вулканических процессов на поверхности. Например, массовые лавовые излияния и так называемые лавовые (или щито образные) вулканы являются аналогами интрузивных пластов; экструзивные массивы и конуса набухания — аналогами лакколи тов, а сложные батолиты, обязанные своим строением повторному
5
внедрению магмы, нередко дифференцированной, могут быть параллелизованы с слоистыми вулканами.
• Видимо типы интрузий и формы вулканических извержений определяются какими-то общими физико-химическими процессами, происходящими в магматическом очаге — едином источнике как интрузивной, так и эффузивной магмы. Рассматривая субвулкани ческую интрузию как вулканический очаг в стадии консолидации, а выжимание вязкой экструзивной лавы как завершающий этап определенного магматического цикла развития вулкана, невольно должны прийти к выводу, что такую форму вулканизма, как экстру зивный купол, можно не только параллелизовать с «типом интру зии» (например, лакколитом), но и считать, по-видимому, переход ным мостом между двумя формами магматизма. В этой трактовке
вопроса безусловно много спорных положений, |
но на некоторые |
|||
из них можно дать вполне аргументированный ответ. |
форму, |
|||
Определяя экструзивные |
куполы |
как переходную |
||
необходимо 1прежде всего |
выявить |
черты |
общности |
и раз |
личия, проявляющиеся между вулканическими куполами и суб вулканическими интрузиями, с одной стороны, и лавовыми потока ми — с другой. Решение одной из поставленных задач почти авто матически дает ответ на другую. Поэтому был избран более обо снованный с фактической стороны, а, соответственно, и более на дежный вариант решения: показать на примере современного вулканизма различия между двумя формами его проявления — экструзивными куполами и лавовыми потоками.
Современный вулканический процесс в форме экструзивных куполов подтверждается многочисленными примерами. Так, на трех вулканах южной части Ключевского дола (сопки Удины, Зимины, Безымянная) и вулкане Шивелуч (Центральная Камчатка) рас положено 42 экструзивных купола; на вулкане Б. Семячик их насчитывается 18, а всего только на 30 действующих вулканах Камчатки и Курильских островов отмечено, по весьма неполным данным, ПО куполов. На вулкане Мефана (Греция) расположено 24 купола, в районе Лассен — Пик (Калифорния) — более десятка. Приведенные примеры говорят о большей насыщенности современ ных вулканов экструзивными куполами. Широкое развитие эк струзивных куполов в Охотско-Сихотэ-Алинском вулканическом поясе подтверждает предположение, что и в более ранние геоло гические эпохи экструзивная деятельность была распространена
ввулканических провинциях не в меньшей степени.
Вработах X. Вильямса (Williams, 1932), Р. Лейдена (Leyden,
1936), В. И. Влодавца (1954, 1958), А. А. Меняйлова (1955),
Б. И. Пийпа (1956) и др. дана довольно подробная характеристика морфологии, петрографического и минералогического состава, от части физических свойств и некоторых особенностей формирования вулканических куполов. И в то же время мало внимания уделено их связи с магматизмом в общем геоструктурном плане проявления вулканизма. Частично этот пробел восполнил Р. Лейден, отметив ший весьма интересную связь куполов с вулканами различных
6
типов. Из 206 рассмотренных им куполов со стратовулканами свя зано 76, с туфовыми вулканами—25, с большими лавовыми излия ниями —38, и с прочими сложными вулканами —67.
По нашим подсчетам на 30 действующих вулканах Камчатки и Курильских островов из 110 описанных и отмеченных куполов 89 связаны со стратовулканами и 21— со сложными вулканами, в частности, с вулканами-кальдерами. Таким образом, из 316 ку полов мира 253 купола связаны со сложными вулканами с дли тельным циклом развития.
Накопленный за последние десятилетия фактический материал по современным и отчасти молодым вулканическим куполам вполне мог быть использован в практике повседневных геологических ис следований, но, однако, не нашел широкого применения. С разви тием палеовулканологии интерес к современным вулканическим процессам необычайно возрос. Этому способствовали, по крайней мере, две причины. Во-первых, изучение современных вулканических процессов дает в руки исследователя ключ к пониманию процессов вулканизма, проявлявшихся в более ранние геологические эпохи. Во-вторых, на молодых потухших вулканах и в вулканических рай онах молодых и древних складчатых областей некоторые магма тические тела обнаруживают не только морфологические признаки современных экструзивных куполов, но нередко являются рудо контролирующими и рудовмещающими структурами. Применяя принцип геологического актуализма при сопоставлении древних и молодых экструзивных куполов, палеовулканологи пытаются вос становить условия гидротермальных проявлений, которые привели к формированию измененных пород типа вторичных кварцитов. Еще в 1954 г. Н. И. Наковнигк писал, что формирование широких полей вторичных кварцитов более отвечает проявлениям постмаг матических процессов приповерхностного вулканизма — циркуляции и рассеянию газо-гидротерм на огромных площадях — и менее согласуется с эффектом гидротермальных процессов, связанных с глубинными интрузиями. Кроме того, он подчеркивал, что вторич ные кварциты чаще всего находятся в жерловой и околожерловой фациях, у выхода горячих источников и вблизи малых интрузий, представляющих собой близповерхностные внедрения, так называе мые вулканические (субвулканические.—• Прим, авторов) интрузии.
Районы проявления интенсивного вулканизма, особенно совре менного, дают богатый материал, иллюстрирующий образование измененных пород в связи с экструзивными куполами. Действитель но, анализ материала по измененным породам типа вторичных кварцитов на действующих и молодых вулканах районов современ ного вулканизма показал, что в большинстве случаев они распро странены на вулканах с экструзивными куполами. Особенно четко эта пространственная связь прослеживается в вулканической зоне Корякско-Камчатско-Курильской дуги. Из 34 активно действующих вулканов этой зоны, для которых характерна интенсивная газо-гидротермальная деятельность и современные процессы фор мирования зонально измененных пород, часто с элементами рудо
7
образования, гидротермальная деятельность на 27 вулканах прямо или косвенно связана с экструзивными куполами. Пространственная связь измененных пород с экструзивными телами неоднократно отмечалась Г. М. Власовым, М. М. Василевским (1964), С. И. Набоко (1963) и др. Вопрос о их генетической связи до последнего времени практически не рассматривался. И не будет большой ошибкой отметить, что пальма первенства в вопросе «генетической связи», как ни странно, принадлежит в какой-то мере палеовулка нологам. Отсюда вполне понятно, что термины «экструзия», «эк струзивные породы», «экструзивные процессы» нашли широкое применение в палеовулканологии. Но если вулканологи в термин «экструзия» вкладывают вполне определенное понятие — вулкани ческий купол, т. е. магматическое тело, образованное на земной поверхности выдавливанием вязкой малогазонасыщенной лавы, то палеовулканологи часто отождествляют термин «экструзия» с по нятиями субинтрузия, малая интрузия, некки и даже дайки гипа биссальных пород. В этом случае теряется сущность рассматривае мой проблемы.
Сейчас мы можем констатировать, что «экструзии» заняли прочное место в группе субинтрузивных пород вулканогенных фор маций в вулканических зонах островных дуг и окраинных поясов (Власов, 1963). Почти одновременно появился новый термин «эк струзивный магматизм», отражающий специфические геоструктурные и геохимические условия проявления экструзивной деятель ности, отличные от интрузивного и эффузивного магматизма. Этот факт, как отмечает Г. М. Власов, обусловлен, по-видимому, тем, что вулканология совместно с палеовулканологией призвана сейчас решать ряд важнейших вопросов в геологии. К числу их относятся: 1) выяснение связи интрузивных и эффузивных процессов; 2) от ношение современной гидротермальной деятельности к гидротер мальному рудообразованию; 3) о фациях вулканогенных пород. Не исключено, что в свете этих проблем немаловажное значение принадлежит экструзивному магматизму, как возможной переход ной форме от интрузивной деятельности к эффузивной в едином вулкано-плутоническом комплексе.
Процесс формирования газо-гидротерм, а соответственно и рудообразования, во многих случаях можно рассматривать как за вершающее звено сложной эволюции магматического очага. Фор мирование экструзивных тел также отвечает определенному этапу эволюции магматического очага в стадию орогенеза. Различаются два генетических типа эффузивов. К первому относятся эффузивы, образующиеся в результате прорыва на поверхность недифферен цированной магмы из глубинных подкоровых очагов. Второй тип эффузивов образуется в результате проникновения на поверхность дифференцированной магмы из относительно неглубоко располо женных (периферических) очагов. Есть основание считать, что эк струзивная лава во многом является продуктом именно этой магмы. Дифференциация магмы и начало ее кристаллизации сопровожда ются обильным газоотделением, что и обусловливает интенсивную
газо-гидротермальную деятельность, которая сопровождает фор мирование экструзивных тел, с чем и связано образование изменен ных пород вокруг куполов. Одним из признаков «экструзивного магматизма» является тесная связь экструзивных тел с газо-1 гидротермами, состав которых отражает не только тип лав, форми рующих экструзивные куполы, но и геолого-структурную обста новку становления магматического очага — источника экструзив ной лавы.
Условиям образования экструзивных куполов и связи с ними газо-гидротермальных процессов, а также некоторым вопросам геоструктурного положения куполов в районах современного вулканизма и посвящена настоящая работа.