Введение к работе
Актуальность. Игнимбриты привлекают внимание геологов с середины прошлого века. Им были посвящены работы таких исследователей, как Ф. Циркель, Г. Абих, Л. фон Бух, Ф.Ю. Левинсон-Лессинг, АН. Заварицкий, и многих других.
С 60х гг нашего века, с появлением классических работ Р.Л. Смита (Smith, 1960) и К.С. Росса и Р.Л. Смита (Ross and Smith, 1961), всеобщее признание получила теория образования данных пород из пирокластических потоков. В настоящее время игнимбрит определяется как «порода, сваренная или несваренная, любого гранулометрического состава, возникшая в результате отложения пирокластического потока» (Fisher and Schmincke, 1984).
За последние десятилетия теория пирокластического потока, подкрепленная лабораторными и теоретическими исследованиями, а также многочисленными геологическими наблюдениями, в том числе за современными извержениями, стала основой для интерпретации игнимбритовых тел в различных районах мира. Однако объектами такой интерпретации служили главным образом голоценовые и кайнозойские игнимбриты и значительно реже - более древние образования. В этой связи особенно актуальной представляется реконструкция эруптивной истории древних игнимбритов.
Практически отсутствуют работы по детальной вулканологической интерпретации мезозойских игнимбритов российского Дальнего Востока. Пирокластические потоки - специфические образования, существенно отличающиеся как от лавовых потоков, так и от тефры механизмами извержения и закономерностями отложения и остывания. Стратиграфический подход, используемый при изучении игнимбритов в данном регионе, не учитывает этих особенностей и принципиально не отличается от подходов к расчленению осадочных толщ.
Баджальская вулканическая зона - район распространения промышленной оловянной минерализации, связанной как с интрузивными телами, так и с вулканическими породами. В настоящее время удовлетворительно изучены только интрузивные и некоторые рудные объекты Баджальской зоны, и изучение игнимбритов, занимающих более половины ее территории, необходимо для реконструкции эволюции магматизма и рудообразования.
Вулканологическая интерпретация игнимбритов в Баджальской зоне затруднена тем, что эти породы здесь сильно эродированы, дислоцированы, сильно изменены и . фрагментарно обнажены. Не сохранилось надежно идентифицируемых в поле эруптивных центров, а более поздний интрузивный магматизм значительно - изменил геологическую структуру территории. Существующие сводки по вулканизму данного района носят общий характер и не рассматривают отдельные тела игнимбритов как продукты конкретных извержений из различных центров. Поэтому, в качестве первого шага реконструкции палеовулканизма в Баджальской зоне, представляется особенно актуальным детальное исследование игнимбритовой толщи в одном из ее районов.
Целью исследования являлась реконструкция эруптивной истории игнимбритов от генезиса магм до истории остывания игнимбритовой толщи.
Реализация данной цели предполагала решение следующих задач:
-
установление единства или неоднородности эруптивной толщи по петрографическим признакам и, в случае ее неодонородности, вьіделение в ней петрографических разновидностей пород;
-
получение новых данных о химическом составе и взаимоотношениям минеральных и стекловатых фаз в игнимбритах;
-
выявление общих закономерностей химизма исследуемых игнимбритов и установление их принадлежности к конкретным магматическим очагам;
-
получение информации о плотности и пористости пород для реконструкции истории остывания в игнимбритовой толще;
-
воссоздание характера палеоизвержении и постэруптивных процессов;
-
разработка модели магмогенеза в очагах, ответственных за образование исследуемых игнимбритов.
Научная новизна. В ходе исследования получены новые данные по петрографии, минералогии и химизму игнимбритов восточной части Баджальской вулканической зоны. Получены и интерпретированы данные по плотности и пористости пород, чего не делалось ранее для игнимбритов мезозойского возраста.
Установлено, что в районе Самармакийского (Сютюингского) гранитоидного массива существовала кальдера проседания, которая служила источником исследуемых игнимбритов, и реконструирован характер ее эксплозии. Показана специфика очага под Самармакииской кальдерой, установлены роль процессов корового плавления и кристаллизационной дифференциации при образовании магм различного состава.
Практическая значимость. Применение подходов, выработанных современной вулканологией, для интерпретации игнимбритов Баджальской вулканической зоны затруднено вследствие плохой обнаженности и скверной сохранности пород, их мезозойского возраста, исключающего применение абсолютных методов датирования для расчленения игнимбритовой толщи, отсутствия однозначно идентифицируемых в поле центров палеоизвержении, значительных наложенных дислокаций и эрозионного среза. Таким образом, работа по воссозданию эруптивной истории игнимбритов данного района требует методологически новых подходов. Подобный подход, основанный на выделении полярных типов и промежуточных разновидностей по совокупности признаков, был разработан и применен при обработке и интерпретации петрографических данных. Данный подход может применяться при изучении иных игнимбритовых тел в аналогичных геологических условиях.
Изложенные в диссертации разработки могут быть использованы при геологосъемочных и картосоставительских работах различного масштаба, гіри составлении легенд к геологическим картам.
Фактический материал. Исследовалася район на востоке Баджальской зоны, в бассейнах рек Баджал и Болоджок (рис. 1).
В работе использованы полевые данные и каменный материал, собранные полевым отрядом ВСЕГЕИ в 1989-1991 гг под руководством СИ. Григорьева. Из этого материала было изготовлено 80 шлифов, сделано 40 определений валового химического состава пород и редкоэлементного состава, а также произведено 50 определений общей плотности и открытой пористости. Два образца были исследованы на сканирующем электронном микроскопе и микрозонде "Camscan 4 с полупроводниковым детектором Link Analylical-10000, в лаборатории «Механобр-Аналит» (С.-Петербург).
Терминология. Описание и интерпретация игнимбритов производились в терминах разработанной в 60х-90х гг теории пирокластического потока (Smith, 1960; Ross and Smith, 1961; Fisher and Schmincke, 1984). Важнейшими из них в отношении данного исследования являются следующие.
Простая остывшая единица - пирокластический поток или последовательность пирокластических потоков с непрерывной историей остывания. Зональность в ней соответствует зональности обособленного единичного потока (рис. 2). Иными словами, простая остывшая единица — это игнимбрит, отложенный в результате одного изверженния.
Сложная остывшая единица - последовательность простых остывших единиц с непрерывной историей остывания. Зональность в ней слагается из зональностей простых остывших единиц.
Единица потока - элементарная порция пирокластического потока. По наблюдениям как за древними игнимбритами, так и за современными извержениями, пирокластические потоки редко представляют собой единое тело; как правило, они состоят из множества порций, догоняющих одна другую. Число таких порций может быть от двух до, например, ста (Wilson, 1991).
Рельефооблекающая остывшая единица - остывшая единица, сглаживающая подстилающую поверхность.
Рельефоформирующая остывшая единица - остывшая единица, полностью нивелирующая рельеф подстилающей поверхности и создающая идеально гладкую равнину или плато.
Защищаемые положения.
1. Игнимбриты бассейнов рек Баджал и Болоджок представляют собой сложную рельефоформирующую остывшую единицу, состоящую из не менее, чем шести простых остывших единиц. Они образовались из пирокластических потоков, которые извергались из кальдеры, располагавшейся в районе современного интрузивного массива Самармаки.
-
Первые два извержения указанной кальдеры были наиболее мощными и высокотемпературными, с пелейской фазой, в ходе которой образовывался плотный пирокластический поток; последующие извержения были более слабыми и существенно плинианскими; при коллапсе их эруптивных колонн образовывались расширяющиеся пирокластические потоки.
-
В очаге, из которого извергались пирокластические потоки, формировалась вертикальная зональность: более кислые магмы занимали более высокие уровни, более основные - более низкие. Этим обусловлено закономерное (антидромное) строение простых остывших единиц игнимбритов, образовывавшихся при последовательном опустошении все более глубоких уровней магматического очага в ходе извержения.
4. Образование дацитовых магм связано с парциальным
плавлением амфиболитового субстрата, риодацитоаых и риолитовых — с
дифференциацией дацитовых магм при фракционировании мафических
минералов и плагиоклаза.
Апробация. Предварительные результаты исследования докладывались на всероссийских и международных научных конференциях в 1996-1998 гг:
Петрографических чтениях памяти проф. И.Ф. Трусовой (Москва, МГГА, 1996 г),
Международной конференции «Закономерности эволюции земной коры» (С.-Петербург, СПбГУ, 1996г),
Генеральной Ассамблее IAVCEI (симпозиум «Граниты»; Мексика, Пуэрто-Вальярта, 1997 г),
Международной конференции «Гранитоидные вулканоплутонические ассоциации: петрология и геодинамика» (Сыктывкар, Институт геологии КомиНЦ РАН),
Международной конференции «Палеогеографические и геодинамические условия образования вулканогенно-осадочных месторождений» (Миасс, PAH-IAGOD, 1997 г),
конференции в рамках учебного курса Европейского союза "Volcanic Hazard Assessment, Monitoring and Risk Mitigation" (Португалия, Азорские острова, 1998 г),
Международном вулканологическом конгрессе (ЮАР, Кейптаун, 1998г).
Логические основания методики обработки и интерпретации данных путем выделения полярных типов и промежуточных разновидностей, примененной при петрографических исследованиях, докладывалась на III и IV конференциях «Современная логика: проблемы теории, истории и применения в науке» (С.-Петербург, СПбГУ, философский факультет, 1997 и 1998 гг).
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 6 работ. Методика выделения полярных типов и промежуточных разновидностей изложена в статье: К.А. Пшеничный, Логика контекстов и вывод «скорее... чем...» - Современная логика: проблемы теории, истории и применения в науке: Труды научной конференции, СПб, Иэд-во СПбГУ, 1998; ее. 282-288.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, включая 8 таблиц, 26 рисунков и список литературы. Последний включает 69 отечественных и 85 иностранных источников.