книги из ГПНТБ / Борисов, О. Г. Экструзии и связанные с ними газо-гидротермальные процессы

зоны отличаются друг от друга не только тектоническими условия­ ми вулканизма, но и составом изверженных пород, и характером газо-гидротермальных проявлений. Та или иная структура обуслов­ ливает при общем сходстве формационных рядов преобладающее! развитие одних формаций и недоразвитие других. На океанической коре формируются вулканические зоны Уральского типа, при-' уроненные в Восточной Азии к внешним вулканическим дугам. Главная формация этих зон спилито-кератофировая с проявлением в поздние этапы развития кислых дифференциатов базальтовой магмы. На коре промежуточного типа развиваются внутренние вулканические дуги центральнокамчатского типа с господствующей андезитовой формацией. На коре материкового типа образуются краевые вулканические зоны с преимущественным участием в их сложении риолитовой, «порфировой», формации (Юго-Восточная Камчатка). Примерами таких структур могут служить и более древние вулканические зоны — Восточно-Сихотэ-Алинская и Центрально-Казахстанская. С зоной внутренних вулканических дуг и краевой вулканической зоной в основном связано проявление андезитовых и рио-дацитовых, соответственно, экструзивных купо­ лов. Следовательно, различие в химизме экструзивных куполов определяется не только дифференциацией магмы в очаге какоголибо вулкана, но и пространственной приуроченностью к опре­ деленным вулканическим структурным зонам и определенному ти­ пу земной коры.

Одновременно можно отметить и переходную зону, в которой намечается четкий пространственный и временный переход от зоны внутренних андезитовых дуг к окраинной наложенной риолитовой зоне (Власов, Борисов, 1966). К ней относится Восточная Камчатка, в частности район Жупаново — Кихпиныч — Кальдера Узон, Алеут­ ская островная дуга с полуостровом Аляска и ряд других. В этой зоне наблюдается тесное проявление экструзии лав андезитового и рио-дацитового состава.

Различие в структурном положении экструзивных куполов очень хорошо подтверждается своеобразием в проявлении газо­

образом, структурное положение зон определяет и глубину рас­ положения магматического очага, и состав его магмы, и, соответ­ ственно, металлогению, что сказывается и на внешней форме про­ явления экструзивной магмы в виде вулканических куполов.

Краткая характеристика проявления различного типа

экструзивной магмы

Внутренние андезитовые дуги. Куполы внутренних андези­ товых дуг, за редким исключением, не являются самостоятельными структурными единицами. Они органически входят в общую струк­

90

туру вулкана и отражают по своему составу и форме проявления

лишь определенный этап в его развитии. На вулкане они могут занимать кратерную часть, формироваться на склоне, у подножия и очень редко на значительном удалении от вулкана (купол Семкорок вулкана Шивелуч; куполы «Платина» Ключевской группы вулканов). В большинстве случаев их появление знаменует собой окончание и реже начало определенного цикла в развитии вулкана, а их появлению предшествует образование пирокластических от­ ложений от небольших раскаленных лавин до огромных агломера­ товых потоков объемом до 1—2 км3. Форма и размеры куполов, а также вязкость образующей их лавы могут быть различными. Газо-гидротермальные проявления носят существенно сернокислот­ ный характер, чем отражают прежде всего состав газов экструзив­ ной андезитовой магмы и приводят к образованию месторождений самородной серы и сульфидно-колчеданных руд типа Курамоно. Процессы алунитизации пород в чистом виде не проявляются, а, как правило, сопровождают серно-колчеданные руды. Судя по данным сейсмических исследований и расчетным данным, очаги андезито­ вой экструзивной магмы расположены на значительной глубине (20—40 км). Правда, возможны проявления близповерхностных локальных очагов в пределах 10—15 км.

В качестве примера приведем схему этапов развития хорошо изученного сложного вулканического комплекса сопки Зиминой (рис. 18). А — начало постплиоцена; заложение глубинных трещин и периферических очагов; начало активности вулкана Горный Зуб; образование пирокластической толщи. Б — конец нижнечетвертич­ ного— начало среднечетвертичного времени: формирование вулкана Горный Зуб (внедрение даек, излияние лавовых потоков и внедре­ ние некка в кратерной части); образование осевого (Бол. Удина — Бол. Зимина — Безымянная) сводового поднятия. В — среднечетвер­ тичное время: первая фаза второго оледенения; внедрение экстру­ зии на северо-западном склоне вулкана Горный Зуб; излияние мегаплагиофировых лав в районе р. Горно-Тополовой. Г — конец второй фазы второго оледенения: образование кратера на вулкане Бол. Зимина; начало формирования стратовулкана (излияние андезито-базальтов и андезитов из основного кратера вулкана Бол. Зимина и излияние андезитов и андезито-дацитов из кратера вулка­ на Острая Зимина); продолжение формирования кратерной экстру­ зии; интенсивная газо-гидротермальная деятельность; ареальный вулканизм на плато; Д — послеледниковое время: продолжает фор­ мироваться стратовулкан Бол. Зимина; продолжение газо-гидро­ термальной деятельности в кратере вулкана в связи с экструзией; излияние мегаплагиофировых лав из побочных кратеров в районе Толбачинского перевала; завершает свою деятельность вулкан Острая Зимина внедрением кислой дацитовой экструзии. Е — верхнечетвертичное время: завершение деятельности вулкана Бол. Зимина (излияние андезитов и андезито-дацитов из основного кра­ тера) ; образование вершины Овальная Зимина, формирование дацитовых экструзий на южном склоне вулкана, завершение газо-

91

извержение кислых лавовых потоков вулканом Карымским говорят об интенсивном проявлении кислого вулканизма.

Газо-гидротермальные проявления носят существенно галоге­ нокислотный характер, а сернокислотные процессы проявляются лишь в позднюю стадию, по мере охлаждения термальных раство­ ров. Таким образом, состав газо-гидротерм отражает специфические условия формирования и извержения близповерхностной экструзив­ ной магмы кислого состава.

Интрузивный или эф ф узивный магматизм

Рассматривая экструзивные куполы как переходный мост между интрузивным и эффузивным магматизмом, мы полагаем, что им должны быть присущи черты как глубинного, так и поверх­ ностного происхождения. Отсюда одни исследователи склонны рас­ сматривать экструзивные куполы как частную форму проявления интрузивного магматизма, другие — эффузивного. Действительно, экструзивная магма не всегда способна к выходу на поверхность и может образовывать близповерхностные лакколитоподобные тела. Интересным примером этому является образование Новой Горы на склоне вулкана Усу, Япония (рис. 20).

Вулкан Усу привлек к себе внимание тем, что в 1910 г. на его северном склоне, ограниченном оз. Тоуа, почти одновременно образовалось 45 небольших эксплозивных кратеров, а сам склон вулкана был приподнят. В кратере вулкана Усу глубиной всего 60 м и размером 1,5X2 км располагались два купола: Ко-Усу и

в недавнее историческое время. Оба купола сложены гиперстеновы­ ми андезито-дацитовыми лавами. Купол О-Усу почти цилиндри­ ческой формы, вершина его перекрывается брекчией пород купола и вулкана. Сам вулкан Усу лежит на пересечении трещин направ­ ления СЮ и ВЗ. Куполы Ко-Усу и О-Усу возвышаются вдоль последней из них. На северном склоне вулкана расположены еще три купола.

Извержение 1910 г. началось подъемом северного подножия вулкана Усу, а затем на его склоне образовалось 45 эксплозивных кратеров, локализованных по дуге, обращенной в СЗ на протяжении 4 км. Кратеры проявили свою активность в виде газо-пепловой эксплозии удивительно поочередно. Некоторые из них прекратили свою деятельность в течение 2-3 дней, а остальные примерно через три месяца. На СЗ от дуги, по которой располагались кратеры, все

95

Рис. 20. Схема строения вулкана Усу, Япония (по X. Вильямсу, 1932).

36,6 м. Приподнятая область занимала площадь длиной 2700 м и шириной 600 м. Вдоль внешнего склона вулкана образовался небольшой кратер, ограниченный крутым откосом (эскарпом), через который происходила в основном интенсивная паро-газовая эксплозия. В 1944—1945 гг. возник купол Шова-Шинзан, по составу отве-

96

чающий гиперстеновым дацнтам. Интенсивная фумарольная дея­ тельность на нем продолжается и до настоящего времени.

Давая объяснение этому вулканическому феномену, X. Вильямс (1932) предполагает, что свежая магма, интрудировавшая под Новую Гору, вероятно была очень вязкой вблизи точки окончания кристаллизации, так как только в этих условиях давление содержа­ щихся в ней паров должно быть максимальным. Только высокой вязкостью лавы можно объяснить то, что магма не могла подняться к поверхности даже вдоль только что образовавшейся ослабленной зоны у подножия вулкана. Во время извержения вулкана Усу его купольная часть находилась в спокойном состоянии, но паро-га­ зовые выделения прорвались на склоне двух соседних куполов. Далее он отмечает, что извержение это очень схоже с типом куполо-' образного лакколита, который ассоциируется с поверхностной па­ ровой эксплозией, сходной во многих отношениях с недавней ста­ дией активности на куполе Марисвелл в Калифорнии.

Подобные извержения наглядно показывают возможность формирования экструзивного купола в виде лакколита. Форма купола безусловно в какой-то мере унаследованная, хотя она и проявляется на поверхности. В принципе условия становления купола в открытом кратере, но под мощным чехлом брекчии раз­ рушения, мало чем отличаются от условий на вулкане Усу, если учесть, что мощность купольной брекчии может достигать не­ скольких десятков метров, а на склоне купола и больше.

По мнению ряда исследователей, при благопрятных близповерхностных условиях возможно образование куполоообразных тел с полнокристаллической структурой. Вероятно, они являются промежуточными между наземными экструзивными и гипабиссаль­ ными породами. Пример этому куполообразное тело диоритпорфирита «Сопочки повыше», расположенное в 18 км восточнее вулкана Шивелуч (Меняйлов, 1955). Оно возвышается на 300 м над долиной р. Ильчиноч и представлено двумя эрозионными ост­ рыми конусами. На его восточном склоне сохранились остатки кремнистых сланцев. По числовым характеристикам порода близка (из средних типов Дели) к кальцито-андезиту, а из отдельных пород — к андезиту горы Ингале или роговообманково-гиперсте- новому андезиту Комбо. От пород вулкана Шивелуч отличается более кислым составом.

К. Н. Рудич (1970) считает, что становление экструзии моно­ литов во многом сходно с режимом образования интрузивных тел. И в то же время подчеркивает, что экструзия лавы возможна не только по коническим плоскостям, но и путем заполнения прямо­ линейных трещин. К одному из. таких тел он предположительно относит и экструзивное тело Верблюд, расположенное между вулка­ нами Авача и Коряка на Камчатке. Оносительная высота экстру­ зивного тела 100—150 м, ширина достигает 100 м при прослежен­ ной длине около 500 м. В ней хорошо выражена близкая к плитча­ той отдельность, напоминающая столбчатую с вертикальной ори­ ентировкой. Состав андезитовый, и она значительно' более кислая,

чем вулканы Авачинского и Корякского конусов. Порода имее^ кристаллический облик с отчетливыми порфировыми выделениями плагиоклаза и пироксена.

Не исключено, что в рассмотренных, примерах куполообразные тела находятся в парагенетическом родстве с экструзивными куполамп данных вулканов, т. е. они имеют общий магматический источник питания — вулканический очаг. Но нельзя рассматривать куполообразные тела, как более глубинные аналоги экструзивных куполов. И нельзя согласиться с тем, что существует беспрерывный ряд пород, структура которых постепенно изменяется от полнокри-1

сталлической до стекловатой.

Источником лавы, изливающейся на поверхность в виде пото­ ков, служит обычная магма средней газонасыщенности, или гипо­ магма, по А. Ритману (1964). Такая магма не может дать вязкой экструзивной лавы (см. гл. 8 ), но в то же время, внедряясь по тре­

щинам и не обладая достаточной силой, чтобы выйти на поверх­ ность, может застывать на некоторой глубине, образуя субвулкани­ ческие тела не только различной формы, но и структуры. При вулканической деятельности особенно большое значение имеет нарушение гидростатического равновесия. И чем ближе расположеь магматический очаг к земной поверхности, тем большее различи! проявляется между внешним и внутренним давлением. Вследствие этого в верхней части магматического очага выделяется и обо­ собляется газовая фаза, что приводит к образованию сильно теку­ чей, с малым удельным весом газонасыщенной магмы, или пиро­ магмы. А. Ритман считает, что этот процесс дегазации и является причиной вулканической деятельности на земной поверхности. В нашу задачу не входит полемика по вопросу первопричины вулканических извержений, т. е., что является главным: глубинные! тектонические процессы или внутренняя сила самой магмы? Ясно' одно — нарушение гидростатического равновесия для близповерхностных очагов может быть вызвано как внешними (изменение! давления вышележащих толщ за счет тектонических процессов)' так и внутренними (дегазация при охлаждении и кристаллизация магматического очага) факторами.

Как правило в магматических очагах с открытым каналом рав-! новесие определяется высотой столба лавы. Давление кровли нель-'- зя полностью приравнять к ее весу. Так как материал горных пород; самых верхних частей земной коры в пределах зоны нарушения! ведет себя как упругое тело, кровля не слишком большого очага| может поддерживаться как свод. По мере эволюции основного1

магматического очага, питающего -вулкан, возможно образование; периферических очагов с пиромагмой, являющейся дифференциа-! том гипомагмы. В то же время'в этих очагах создаются благо-; приятные условия для образования собственно пиромагмы, еелв; очаги образованы гипомагмой. Нарушение гидростатического дав-: ления в дальнейшем приводит к извержению пиромагмы, а оста­ точная сильно дегазированная и вязкая пиромагма (или эпимагма, по А. Ритману) выдавливается по каналу и образует экструзивные'

98

куполы. Безусловно, весь процесс извержения контролируется об­ щими тектоно-магматическими (или вулкано-тектоническими) условиями данного района, или даже конкретной вулканической структуры. Вязкая малогазонасыщенная эпимагма может в отдель­ ных случаях (например на Усу) не выйти на поверхность и обра­ зовать приповерхностное экструзивное лакколитоподобное тело. Но эти образования нельзя рассматривать как аналоги субвулкани­ ческих тел. В силу своей природы магма может образовывать эк­ струзивные куполы только в поверхностных условиях. Ни один из таких куполов не имеет полнокристаллической структуры; этому препятствует высокая вязкость и скорость остывания экструзивной лавы. Извержения вулканов Безымянного, Шивелуч и Мерапи наглядно показывают, что каким бы большим ни был перерыв между извержениями, у экструзивной лавы, выброшенной с различ­ ных глубин в твердом состоянии, отсутствует полнокристаллическая структура. Их формирование всегда сопровождается сильной газо-гидротермальной деятельностью и эксплозией пирокласти­ ческого материала.

Процесс становления и формирования вулканического купола может длиться годами и десятилетиями, а часто носит и унасле­ дованный характер, т. е. отражает во времени определенный цикл в жизни не только вулканической структуры, но часто и самого вулканического очага; постоянное нарушение гидростатического' равновесия, которое приводит к полному или частичному разруше­ нию вулканической структуры и способствует дальнейшей дегазации магмы очага, проявлению интенсивного газо-гидротермального ме­ таморфизма.

Не выделяя и не противопоставляя экструзивные куполы суб­ вулканическим телам, подчеркиваем, что различие и сходство меж­ ду ними нужно искать прежде всего не в форме, размерах и тек- струрно-структурных особенностях, а в общности или различии проявления в конкретных геолого-структурных условиях их ста­ новления.

Из сказанного следует, что нельзя разрывать единую после­ довательно развивающуюся во времени, а иногда и в пространстве, цепь событий, или сопоставлять между собой часто несопоставимые обрывки этой цепи. Вулканическое извержение, проявляющееся на земной поверхности в различных формах (эксплозия, эффузия и экструзия), является лишь следствием общих тектоно-магмати- ческих процессов, протекающих в поверхностных и глубинных зонах Земли. Магматизм один, а формы его проявления различны. К од­ ной из таких форм и относится образование близповерхностнога периферического очага с высокогазонасыщенной магмой. Заклю­ чительным этапом в жизни этого очага является экструзия вязкой лавы в виде куполов, формирование которых сопровождается эксплозией высокогазонасыщенной лавы и газо-гидротермальными процессами, приводящими к формированию мощных зон метасоматитов, часто с рудопроявлением, характер и вещественный состав которого отвечают условиям становления экструзивной магмы.

7*

Ч а с т ь 111

ГАЗО-ГИДРОТЕРМЫ И ИЗМЕНЕННЫЕ ПОРОДЫ В СВЯЗИ С ЭКСТРУЗИЯМИ

Г Л А В А 11

СОСТАВ И ЭВОЛЮЦИЯ ГАЗО-ГИДРОТЕРМ

Качественный состав и возможности количественной оценки

Выше (см. часть II) были высказаны геолого-структурные предпосылки, которые обусловливают длительность процесса вы­ деления магматических эманаций. Единственно объективным кри­ терием, позволяющим прямо оценить состав магматических эма­ наций, являются вулканические газы, возгоны, сублиматы и ми­ неральный состав гидротерм районов развития современного вулка­ низма. Особенно примечательна в этом отношении газовая фаза, свободно выделяющаяся с поверхности кратерных лавовых озер типа Килауэа и Мауна — Лоа, которую вот ужена протяжении не­ скольких десятков лет многие ученые мира считают почти един­ ственным критерием реальной оценки состава глубинных газов базальтовой магмы.

Авторы настоящей работы не ставят перед собой цели дать всестороннюю оценку современных газо-гидротерм, понимая под этим термином совокупность газовых и гидротермальных проявле­ ний. Это область специальных исследований, которой посвящено много работ как у нас, так и за рубежом. Рассмотрим лишь часть этого вопроса, а именно — состав и эволюцию газо-гидротерм в связи с проявлением экструзивного магматизма в виде вулкани­ ческих куполов, образованных лавой различного состава. Непосред­ ственно в этом разделе остановимся на качественном составе газогидротерм и возможностях их количественной оценки.

Газы

Наблюдения и анализ вулканических газов на различных вул­ канах показали удивительное однообразие качественного состава газов и закономерную последовательность его изменения в порядке выделения на вулканах как во времени, так и по мере удаления от активного эруптивного центра вулкана.-

По качественному составу вулканические газы можно условно

100