ВУЛКАНИТЫ

 

 

Катмайские извержения, дающие пирокластические потоки. Отложения подводных пемзовых пирокластических потоков

 

 

 

ОТЛОЖЕНИЯ ПИРОКЛАСТИЧЕСКИХ ПОТОКОВ

 

Катмайские извержения, дающие пирокластические потоки, часто сопровождаются двумя другими типами извержений: безымянным (направленного взрыва), в процессе которого происходит разрушение части постройки, главным образом обезглавливание ее направленным взрывом, и пелейским (палящей тучей), по существу тоже направленным взрывом с выбросом ювенильного материала. Поэтому прежде образование игиимбритов связывалось c. палящими тучами.

 

Пирокластическне потоки характеризуются выносом из кратера сильпо- газопасыщеиного ювенильного, раскаленного обломочного материала, который не распыляется в воздухе, а перекатываясь через край кратера течет по пониженным частям рельефа, подобно реке. Т. Миллер и Р. Смитт [161], изучая хорошо сохранившиеся четвертичные пепловые пирокластическне потоки кальдер Аннакчак и Фишер на Аляске, установили, что в некоторых случаях ии- рокластпческпе потоки, пройдя около 50 км, преодолевают возвышенности до 260 м, а иногда и до 500 м.

 

Р. С. Спарк и Л. А. Вильсон [170] предложили модель образования игиимбритов путем оседанпя гравитационной колонны. По их данным типичная колонна вулканического извержения представляет собой струю газов и диспергированных твердых частиц, устремленную в атмосферу. Начальной движущейся силой извержения служит резкий спад давления н соответствующее расширение газовой фазьт. Возникающий при этом выброс газово-твердой смеси начинается при высоких скоростях — порядка 100—600 м/с. Под действием силы тяжести скорости быстро падают (в 15—50 раз) и достигают I левых значении на пути в десятки — со тип метров при стромболиапском типе вулканизма и в первые километры при плинианском типе. В момент выхода смеси из вулканического отверстия ее плотность превышает плотность атмосферы не менее чем в 5 раз, обычно во много раз больше. Однако из-за падения крупных обломков н разбавления нагретым веществом атмосферы плотность исходящей смеси быстро падает, и в случае, когда она становится больше, чем плотность атмосферы, возникает конвекционный подъем материала, особенно заметный при плинианских извержениях. В обратном случае^, если, несмотря па неизбежные потери, эффективная плотность газово-твердой смеси все-таки превышает плотность окружающей атмосферы, конвекция не возникает. Возможность достаточно резкого оседанпя ранее созданной гравитационной колонны физически выражается в существенно латеральном течении извергнутого материала по внешним стенкам вулканической постройки.

 

Это последнее обстоятельство создает главную предпосылку для формирования игнимбритов.

 

Надо полагать, что предлагаемый Р. С. Спарком н Л. А. Вильсоном механизм образования игнимбритов относится к разнообразным ннрокластиче- скнм потокам.

 

Ф. Эйгенфельд [140], изучая широко развитые в Центральной Европе пермские п верхпекаменноугольные игпимбриты, пришел к выводу, что важным условием образования игнимбритов является увеличение объема газов в магме при понижении давления во время подъема. Однако при миграции газов во вмещающие пористые породы образование игнимбритов становится невозможным. Наряду с пирокластнческими потоками отмечалось образование игнимбритов в жерловых условиях. Они описаны па Северном Кавказе Е. Е. Милановским и Н. В. Короповским [95, 96], Б. Г. Беккером [134] в рнф- товоп долине Кении.

 

В зависимости от типа магмы и особенностей извержения пирокластические потоки дают весьма разнообразные образования: игнимбриты, пемзы, различные агломераты. В последние два десятилетия диагностике игнимбритов в литературе уделялось много внимания, поэтому они теперь легко распознаются. Однако разнообразные отложения агломератовых пирокластичсских потоков имеют гораздо большее распространение, но они очень редко описываются, хотя диагностика их может дать интересную информацию в научном и практическом отношении.

 

Накопившийся большой материал об изучении пирокластическнх потоков позволил дать их классификацию.

I.          Игнимбритовые пирокластические потоки: 1) с образованием фьямме; 2) с персплавлением материала до образования игписпумнтов.

II.        Псиловые пирокластические потоки: 1) пе спекшиеся; 2) спекшиеся.

III.       Пемзоводиые пирокластические потоки: 1) наземные; 2) подводные.

IV.       Агломератовые пирокластические потоки: 1) с твердым «самовзрывающимся» материалом, обычно андезитового или дацнтового состава. В процессе движения вследствие сколов углов глыбы приобретают округлую форму (Безымянный тип потоков). При повышенной пористости дашгтовых потоков образуются пемзы; 2) с пластинчатым грубообломочпым материалом, деформирующимся в округлые шары-бомбоиды, обычно базальтового или андезито-базальтового, редко андезито-дацитового состава — авачинекпй тип потоков; 3) смешанные, содержащие значительную часть бомбопдов полупластнчпого, андезитового или андезито-базальтового состава — куна- ширскнй тип потоков; 4) с твердым плотным материалом, раскалывающимся но гладким плоскостям, не дающим бомбопдов или сколотых шаров — тип потоков Сомма—Авача.

 

Пирокластические потоки в приведенной классификации по составу и по масштабам весьма различны. Игнимбритовые, пемзовые и псиловые пирокластические потоки формируются, как правило, за счет кислой магмы, вероятно коровой, в то время как агломератовые пирокластические потоки образовались вследствие проявления обычно подкоровой магмы [83. 871. Отмечалось, что в современных вулканических областях па планете проявляется только основная подкоровая магма с кислыми дифференииатоми небольшого объема (Катмай, Кракатау, Исландия и др.). Главные отличия вулканизма, дающего игнимбритовые и пемзовые пирокластические потоки, от современного вулканизма, которому свойственны не спекшиеся агломератовые пирокластические потоки, следующие.

 

1.         Извержения пнрокластических потоков, дающие игнимбритовые поля, составляют тысячи и десятки тысяч кубических километров, в то время как современные кислые пирокластические потоки составляют десятые доли, единицы или редко десятки кубических километров.

2.         В вулканических формациях, включающих игнимбриты, вулканиты основного состава отсутствуют ИЛИ составляют единицы или доли процента от общего количества вулканитов. В современных вулканических формациях, включающих пирокластические потоки, наоборот, кислые дифференцпаты составляют единицы или доли процента от продуктов основного состава.

 3. При формировании современных пирокластических потоков образуются преимущественно взрывные кальдеры (Моп-Пеле, Мсранн, Безымянный, Шпвелуч и др.).

 

Вопросы генезиса пирокластических потоков рассматривались на ряде совещаний и симпозиумов. Им посвящена обширная специальная литература.

Изучение различных пирокластических потоков позволило установить ряд закономерностей их формирования [83, 87]: 1) образование отложений в результате извержений, близких катмапским; 2) сильная газопасыщеп- пость извергающегося раскаленного обломочного материала, образующего газово-обломочную суспензию; 3) движение пирокластических потоков обычно по пониженным частям рельефа и нивелировка поверхностей с образованием ровной или слабонаклоппой поверхности, если пирокластического материала достаточно (Катмай, Безымянный); 4) отсутствие сортировки обломочного материала и слоистости в разрезах пирокластических потоков; 5) возможность вторичного перегрева, в результате чего в одних случаях происходит полное сваривание обломков (игнимбриты), в других — частичное, или покраснение мелкообломочного материала; 6) образование вторичных фумарол, в особенности в агломератовых пирокластических потоках, более интенсивно литифициругощих отдельные участки, в результате чего при разрушении агломератовых потоков образуются сложные, иногда причудливые формы выветривания; 7) в процессе движения потока и дробления материала фенокристаллы отделяются от стекла, сохраняя первичные формы, в дальнейшем происходит скалывание углов и граней кристаллов, н тем больше, чем дальше они переместились от центра извержения; 8) наличие примеси чуждого и пезургентного материала; 9) метаморфизм резур- гентных обломков с изменением оптических свойств плагиоклазов и частичным переплавлением чуждых обломков; 10) образование столбчатой отдельности в спекшихся породах.

 

В зависимости от типа пирокластических потоков формируются те пли иные вулканические продукты, краткая характеристика которых приводится ниже.

 

По данным С. В. Лрамакн [4]. пирокластические потоки Япония имеют обьемы от 10~5 до 10- км3. Широко и(веетные пгнпмЗпптм Северного острона Новой Зеландии распространены на. площади 2500 км2 Здесь удалось выделить от 2 до б игнимбритовых потоков. По длине потоки прослеживаются па -12 км [137]. В горах Бамбуто (Камерун) постов нгпкмбглп о г. ve.'i оного возраста в изученном районе развит па плошали около 400 км2 и в нейтральной части имеет мощность око то 500 м [147]. Р. В. Беммслен |9] указывает на натнчпе гориюитов нгнимбритои в Индонезия мощностью в несколько сотен метров н протяженностью в несколько десятков метров. Игипмбрнтн 01. Тоба па севере о. Суматра занимают клошадь около 30 000 KV» при объеме 1500—2000 км3/ игнимбриты о. Та; по-Роторую — около 750 км3. Кислые вулканиты Венгрии мпс,ненового возраста имеют мощность до 600 м и объем около 10 000 км1, из которых главную массу состав.ммег п> нпкбррт,:. Па П< игральном Ка«ка»е плпоьсн-четвертичная игнимбритовая формация занимала площадь 2000 км'2 при объеме 400 км3.

 

Огромные поля игпимбритов имеются в Родопском срединном массиве Болгарии, в Анатолии (Турция), на Камчатке и во многих других регионах [87, 96, 97, 167].

Поля игнимбритов, нивелируя рельеф, образуют обширные илато. Таким образом, нижняя граница их неровная, а верхняя,— близкая к горизонтальной. Часто игиимбритовые покровы состоят из серии потоков. Строение потоков не однородное. В нижней части материал не спекшийся. Выше по разрезу он спекается и еще выше, переплавляясь, деформируется, не образуя фьямме. В самых верхних частях наблюдается обратная последовательность и завершается не спекшимся материалом.

 

Игиимбритовые пирокластическне потоки с образованием фьямме — это наиболее типичные и распространенные игиимбритовые потоки. Одним из главных факторов образования фьямме является наличие грубообломочиого материала, преимущественно пемзы ( 63). Она, расплавляясь, сплющивается н приобретает линзовидную форму с расщепленными краями. Как было показано выше, переплавлепию подвергаются иногда также плотные обломки родственных и чуждых эффузивных пород, выплавляются в фьямме скопления обломков стекла.

 

Игнимбриты с фьямме обычно черного цвета на сером или коричневом фоне основной массы широко используются в качестве облицовочного материала.

Образование игнимбритовых пирокластических потоков без фьямме обусловливается первичным мелкообломочным составом — псаммитовой и алевритовой размерности. В них наблюдается такое же сильное спекание как и у игпимбритов с фьямме, вплоть до деформации обломков стекла и утраты ими пористости. Иногда можно различить мелкие кусочки сплющенной пемзы, по по размерам она недостаточна, чтобы образовать фьямме. В таких игнимбритах присутствует относительно небольшое количество стекла, скопления которого также дают фьямме. Отсутствие фьямме затрудняет диагностику таких игнимбритов и, вероятно, многие поля игнимбритов без фьямме принимаются за эффузивные породы. Описываемые игнимбриты указывают на мелкообломочную размерность первичного материала.

 

Игпнмбритовым пирокластическнм потокам с иереплавлением материала до образования игниспумитов приписывалось первично жидкое состояние обломочного материала. Однако изучение пирокластических потоков Восточной Камчатки, Казахстана и других регионов показало, что образование пород, принимаемых за игниспумиты, а иногда за лавы [24], связано с более сильным переплавлением обломочного материала. В некоторых игнимбритовых пирокластических потоках с неспекшимся материалом в нижней и верхней частях можно наблюдать интенсивное сплавление средней части потоков с постепенными переходами различной степени сваривания.

 

Наличие игниепумитовых образований, надо полагать, указывает на более высокие температуры первичного материала во врсмя^ извержения, однако обычный характер пирокластики в нижней и верхней частях потоков определенно говорит о первичном твердом состоянии обломочного материала. Полосчатость игниспумитов создает красивый рисунок, позволяющий их рекомендовать не только для внешних облицовок зданий, но и для внутренних. вместо мрамора, родонита и других ценных материалов, а отсутствие мелкой трещиноватости даже в пределах тектонически активных зон делает материал этих пирокластических потоков экономичным при эксплуатации месторождений.

 

Отложения пепловых пирокластических потоков

 

Пепловые пирокластическне потоки могут давать такие же объемы, как п игиимбритовые пирокластическне потоки п часто с ними они переслаиваются. В зависимости от температуры первичного материала они могут быть рыхлыми нлп спекшимися. Однако спекание в них опюентелы-ю слабое.

 

Отложения нсспекшихся пепловых потоков

 

Большое внимание пенловым нирокластпческим потокам различных областей мира уделили К. С. Росс и Р. Л. Смит [ИЗ]. Широким распространением эти потоки пользуются в Японии [4, 50]. В отличие от игиимбритоных потоков они при извержении обладают более низкой температурой или небольшой мощностью, поэтому не происходит спекание. Иногда влажность почв или излияние потоков в мелководные бассейны препятствуют спеканию. Так, например, на юге о. Кунашир мощные неиловые пирокластические потоки отлагались в мелководном шельфе н пе дали спекания. Здесь пемзовые пирокластические потоки имеют мощность 5—10 м. Слоистость, сортировка, спекание и примесь терригеииого материала в них отсутствуют. Обломочный материал пе сцементирован, по уплотнен. Потоки залегают среди вулкапо- генно-осадочных пород с явными признаками прибрежно-морского происхождения. Пеиловые пирокластические потоки пользуются меньшим распространением, чем игнимбритовые или пемзовые, родственные им потоки, поэтому здесь не дано разделение их па наземные и иодводпые.

 

Отложения спекшихся пепловых потоков

 

Типичные отложения спекшихся пепловых («песчаных») потоков развиты в Армении по периферии вулкана Арагац. Они получили название туфов ереван-лепннаканского типа. Пирокластические потоки занимают обширные площади, прнурочиваяеь к пониженным частям рельефа. Мощность потоков достигает 10 м и более. Цвет туфа преимущественно черный, по в окисленных участках он приобретает красный цвет с целой серией приятных полутонов, что делает его цепным декоративным камнем. В верхних и НИЖНИХ частях потоков туф слабосцемептирован и представляет собой полурыхлую породу (см.  63, б). Ближе к средней части он спекается в плотную массу, близкую к игнимбриту. Под микроскопом в рыхлых частях хорошо видны очертания отдельных обломков стекла, в более плотных породах они сварены между собой в плотную массу н деформируются. Состав туфов следующий: стекло — 73,7%, плагиоклаз—14,5%, пироксен — 4,2%, рудные минералы — 3,2%, чуждые обломки — 4,2%, прочие минералы— 0,2%. Объемная масса 1,35—1,9 г/см3 [129]. Судя но описаниям и фотографиям, Катмайскии пирокластический поток дал аналогичные спекшиеся туфы [136].

 

В туфах спекшихся пепловых пирокластнческих потоков сохраняется пористость между обломками, обладающими сложными формами, наряду с относительно прочной цементацией фрагментов. Деформации обломков не наблюдается.

 

Относительно высокая прочность туфа, пористость, монолитность, легкость обработки и красивые расцветки сделали его ценным строительным и облицовочным камнем.

 

Отложения наземных пемзовых пирокластнческих потоков

 

Крупнейшие месторождения пемз мира — Италии, Японии, США, Советского Союза и ряда других стран — отложены пирокластнческими потоками. Они образуют самостоятельные пемзовые пирокластические потоки по периферии кальдер или по мере удаления от кальдер спекшиеся туфы переходят в рыхлые пемзы.

 

Условия образования пемзовых пирокластнческих потоков и игнимбритов но генезису аналогичны п отличаются только литификацией. Игнимбриты свариваются в МОНОЛИТНУЮ массу, а пемзы — рыхлые. Промежуточными являются спекшиеся туфы, описанные вьппе. Взаимопереходы наблюдаются в пределах одного и того же потока по мощности или по мере удаления от центра извержения.

 

Пемзовые пирокластическне потоки па отдельных участках обладают локальным спеканием пли подвергаются литпфпкацни и изменениям в областях возникновения вторичных фумарол. Обломочный материал пемзовых потоков в процессе движения подвергается обработке — скалыванию острых углов, часто крупные обломки и глыбы приобретают округлую форму.

 

Отложения наземных пемзовых потоков в Советском Союзе широко развиты в Армении и на Камчатке. В Армении наиболее крупное месторождение — Анийское, представляющее собой отложения пирокластических потоков мощностью 1—7 м при суммарной мощности 25 м. Пемзы перекрываются спекшимися туфами «апийского типа», а выше отложениями спекшихся пирокластических пепловых потоков ереван-ленинаканского типа. Пемзовые пирокластическне потоки Пемзошатского месторождения залегают среди игпимбритов и спекшихся туфов, их мощность 40 м.

 

На Камчатке в районе Кропоцкого залива (Жупановское месторождение) отложения пемзовых пирокластических потоков переслаиваются с нг- нимбрптовыми потоками. Мощность их 10—15 м. В береговых обнажениях Тихого океана дацитовыс горизонты пемз обладают всеми типичными признаками пирокластических потоков. В них отсутствуют слоистость и сортировка материалов. Иногда наблюдается слабое покраснение вследствие спекания и окисления, а также зоны слабометаморфизованпых пород вторичными фумаролами. Наиболее часто наблюдается слабая каолинизация, опалитизацня, гематитизация, а иногда сильное окремнепне, обусловленные вторичными (бескорпевыми) фумаролами. Зоны измененных пород располагаются в верхних частях потоков и выклиниваются книзу. В процессе избирательной эрозии литифииированные участки вторичными фумаролами остаются отпрепарированными и создают сложные, плп даже причудливые, но специфические формы рельефа (ем.  63, в). Пемзы вследствие большой плотности обломков относятся к низкокачественным. Основная масса потоков мелкообломочиая. Обломков более. 5 см в поперечнике Ю—20%, форма обломков округлая, по поверхность шероховатая. Чуждый материал, обычно свойственный отложениям пирокластических потоков, присутствует в количестве до 5—10% и редко больше. Чуждые обломки представлены преимущественно андезитом и андезито-базальтом.

 

В Йеллоустонском парке покров липарнтовых пемз превышает 300 м. Ф. Р. Бонд [10] полагает, что покров состоит из отдельных пирокластических потоков, следовавших один за другим, без эрозионных поверхностей между потоками. Преобладают обломки пемзы размером 5 см, редко встречаются обломки до 30 см. В отдельных пирокластических потоках наблюдается спекание и расплющивание обломков пемзы.

 

По всей вероятности, многие мощные толщи пемз состоят пз отдельных пирокластических потоков. Пемзовая толща па о. Лииари (Италия) имеет мощность более 100 м. В карьерах хорошо видно, что пемзовая толща состоит из отдельных иирокластичоских потоков мощностью 5—8 м. залегающих почти горизонтально.

 

Отложения подводных пемзовых пирокластических потоков

 

Здесь рассматриваются пемзовые потоки, извержение которых происходило в наземных условиях, а затем они перемещались н отложились в прибрежных зонах островных вулканов. Залегание пемзовых пирокластических потоков отмечалось неоднократно на Урале, в Закавказье, Закарпатье, на Камчатке. Курильских островах, а также за рубежом. Иногда подводным пемзовым потокам приписывается сваривание: Урал, Закарпатье, Камчатка, Курильские острова п другие ПУНКТЫ. В Северном Уэльсе Дж. В. \ридом п "Л1. П. Ковардом [183] описывались подводные сваренные пенловые туфы с бескорпевыми жерлами, образованными, по-видимому, взрывами скоплении пара. Пнже мной опровергается возможность подводного сваривания туфов.

 

Отложения подводных пемзовых потоков изучались мной в ряде нупк- той о. Кунашир II па юге Камчатки. В 2 км к северу от Серноводска (о. Ку- нашир) и во многих пунктах юго-востока острова в береговых обрывах высотой около 20 м н протяженностью до 500 м обнажается не менее 10 потоков пемзы головшшской свиты плейстоценового возраста. Слоистости и сортировки в пределах потоков нет, но иногда наблюдаются слабое, едва заметное расслоение материала и горизонтальные линии раздела. Максимальный размер обломков 0,2—0,3 м, крупные глыбы округлые, а обломки менее 10 с.м угловатые, с рваными краями. Нижняя и верхняя части пирокластнческих потоков ровные, иногда между потоками появляются прослои пемзового тефрондпого песка мощностью 2—20 см. Цвет пемзовых потоков светло-се- рый, почти белый. В небольшом количестве присутствует чуждый материал, главным образом обломки основных пород до 5 см в диаметре. Flo простиранию на 100—200 м наблюдается частичное выклинивание и расслаивание потоков, что, вероятно, связано с небольшими перемывами материала. От наземных пемзовых потоков они отличаются отсутствием окисления обломков пемзы в результате вторичного перегрева, нет следов вторичных фумарол, более плотная укладка обломочного материала, чем в наземных "пемзах, с полным заполнением пустот (см.  63, г). Наблюдаются также перемытые пирокластические потоки, для которых характерна слабая окатанность, полировка обломков и расслоение потоков на пласты мощностью 0,3—0,4 м. На контактах пластов наблюдается обогащение окислами железа и увеличение водной обработки и сортировки материала.

 

Весьма своеобразны пемзовые потоки на юге Камчатки в районе Курильского озера. Пемзы залегают на площади 340 км2, выполняя древние долины, радналыто расходящиеся от Курильского озера. Мощность залежей пемз уменьшается по простиранию долин и снижается в основном от 80 (редко 150 м) до 10—30 м, средняя мощность 50—60 м. Наиболее четко уменьшение мощностей наблюдается на север, восток н юг, что пе позволяет однозначно решить вопрос о связи его с озером, вероятно, представляющим собой кальдеру.

 

С уменьшением мощности горизонта пемзы уменьшаются крупность материала, степень цементации и примесь постороннего материала. Горизонты пемз прослежены по долинам рек Озерной па 18 км, Упкановнч па 20 км, Инканюш на 12 км, Ольгипой и Гаврюшке на 15 км и Утюжной па 11 км.

 

В нижней части залегает пемза видимо автохтонного происхождения (тефра) мощностью до 1,5 м. Выше залегают своеобразные отложения пемзовых потоков мощностью 4—20 м без каких-либо эрозионных поверхностей между ними. Гранины между потоками едва улавливаются только по цвету ( "64, а) Едва заметная столбчатая отдельность характерна для всего горизонта пемз, одновременно охватывая все потоки. По этой отдельности происходит более интенсивное выветривание с образованием полуцилиндров, заостренных в верхней части, напоминающих поставленные вертикально баты (лодки). Отсюда появилось местное название отдельности Кутхины Бати*.

 

В пределах потоков слоистость и сортировка материала отсутствуют, по иногда появляются прослои хорошо окатанной гальки эффузивных пе родственных пород.

 

Крупность обломков немзы колеблется в широких пределах. Во многих обнажениях преобладают обломки до 1 см. Значительная часть обломков i_.o см j, около 5% более крупных. Гранулометрический состав немзы по р. Озерной нз участка Кутхины Баты показал следующее.

Размер фракции,' мм . . 220 220-120 120-75 75-40 40-25 25—12 12-7 7-3 3-0 Содержание, 11.9 11,0 2,5 18,6 4,2 6,8 4,4 10,2 30,4

 

Фопма обломков пемзы угловатая пли слабоокруглая. Объемная плотность 0.3—0.8 г/см3. Пемза тонкопористая, порфировые выделения плагиоклаза, кварца н темноцветных встречаются исключительно редко. Примесь постороннего материала представлена угловатыми обломками андезита, реже апдезито-базальта,' вероятно эруптивного происхождения, кроме того, присутствуст п тсррнгеппая примесь. Количество примеси 5—10%, иногда до 30%. Шлих состоит преимущественно нз пироксена, роговой обманки, небольшого количества плагиоклаза и единичных зерен ильменита. Значительная уплотненность пемзы, наличие линз гравия, примесь терригеппого материала в основной массе, отсутствие зон покраснения тонкообломочного материала вследствие вторичного окисления и гидротермально измененных пород в областях развития вторичных фумарол говорит в пользу пирокластических потоков, отложенных в водной среде. Следует также заметить, что у основания горизонта пемз р. Озерной залегает хорошо выдержанный прослой черной глины с остатками древесины, свидетельствующий о заболоченности субстрата. Однако большая мощность горизонтов, отсутствие слоистости и ряд других факторов, отмеченных выше, свойственны пнрокластическнм потокам

 

Изложенное позволяет сделать вывод, что пемзы Курильского озера связаны с пирокластическими потоками, по, вероятно, они были или водонасы- тцепы, пли отлагались в мелких водоемах. Геологические запасы пемзы определяются в 17--24 млрд. ма, качество их высокое. Они могут иметь большое промышленное значение.

 

Отложения агломератовых пирокластических потоков и раскаленных лавин

 

Выше отмечалось, что игпцмбритогыс, пепловые п пемзовые пирокластические потоки в процессе одного извержения дают обширные потоки значительной мощности. В отличие от них агломератовыс пирокластические потоки — относительно небольшие, часто заполняют ближайшие долины, или как раскаленные лавппы пе выходят за пределы конуса. Несмотря на малые объемы отдельных пирокластических агломератовых потоков, общая масса таких потоков бывает весьма значительной. Это объясняется тем, что часто почти па протяжении всей жизни андезитовых иолнгепиы.х вулканов или стратовулкапов преобладают извержения, дающие агломератовые пирокластические потоки. Так, например, сомма Авача в значительной мере состоит из агломератовых пирокластических потоков. В Восточной Словакии, в Бапь- ской Штявпице, находится центр крупного апдезнтового стратовулкана.

 

Периферия его сложена преимущественно агломератовыми пирокластическими потоками, а далее они переходят в лахары. Вместе с тем игннмбрптовые пирокластические потоки хотя и дают обширные поля вулканитов и огромные объемы, ио они более ограничены во времени. Причины различных объемов нгнимбритовых и агломератовых потоков, видимо, заключаются в том, что пгппмбритовые и аналогичные им потоки связаны с проявлением кислой газопасыщепной коровой магмы в период образования огромных кальдер, а агломератовые потоки, обусловленные проявлением дифференциатов основной подкоровой магмы в период зрелой стадии полигонных вулканов, дают обычно андезиты пли апдезнто-базальты. Причем они отличаются и тем, что не дают нгнпмбритового сваривания, а ограничиваются спеканием отдельных участков, без переплавленпя больших масс мелкообломочного материала. Отличие агломератовых потоков от раскаленных лавин часто условное. В Советском Союзе принято считать раскаленными лавинами образования, подобные агломератовый ппрокластпчсским потокам длиной до 3 км. Вместе с тем к ппрокластпческпм потокам отнесены описываемые образования вулканов Авача и Карымского длиной менее 3 км вследствие специфичности слагающего их материала.

 

Описываемые пирокластическне потоки обычно имеют андезитовый urn дацитовый состав с температурой порядка ООО3. Газонасыщепные агточера- товые потоки обычно движутся со взорванной стороны вершины вулкана по пониженным участкам рельефа подобно жидкости, т. е. с большой скоростью В отличие от лавовых потоков, изливающихся с сопровождением грохота аг- ломератовые пирокластическне потоки менее шумные, издающие шипашне и хлопающие звуки. В процессе движения они' выполняют неровности рельефа. Поверхность их обычно слабонаклоииая, ровная, если достаточно ювенильного материала, как это наблюдалось при извержении Безымянной, в 195G г. и Катмая в 1912 г. В условиях сильно пересеченного рельефа имевшего место при извержении Шнвелуча в 1964 г., пирокластнтескггй агломератовый поток только частично сглаживал рельеф, образуя ВОЛНИСТУЮ поверхность.

 

Рельеф местности в значительной мере определяет морфологпчеекпе особениости потоков вследствие движения агломератовых потоков по пониженным частям рельефа. Обычно при длине потока 5—20 км его ширина достигает 5—10 км. Контуры потоков часто весьма сложны и отражают рельеф местности. Так, длина ппрокластического потока вулкана Безымянного извержения 1956 г. более 14 км, ширина 5—6 км в верхней его части. ГТпрокластический поток вулкана Шивелуч извержения 1964 г. расширяется по мере удаления от кратера и имеет форму, подобную треугольнику, у основания которого он разветвляется на три потока. Площадь потока около 50 км2, протяженность (максимальная) потока по р. Байдаркой 16 км. Восточного потока— 18 км ( 65).

 

Мощность агломератовых пирокластических потоков непостоянна, поскольку нижняя граница соответствует рельефу, а верхняя зависит от количества ювенильного материала. Она может быть ровной или волнисто!!. Так, например, агломератовый поток Безымянного 1956 г. дал ровную поверхность, а поток Шнвелуча 1964 г. п потоки Двачи после катастрофического взрыва — неровную ( 66). В прикратерной части вулкана и несколько ниже вследствие неравномерного напора газов на поверхности потока образуются валы, ориентированные по направлению движения потока. Их высота обычно 1—3 м.

 

Объем агломератовых потоков колеблется в широких пределах — от долен ю-бичеекого километра до первых кубических километров; следовательно, они несоизмеримо меньше игнимбритовых п пемзовых потоков, обусловленных проявлением кислого вулканизма.

Наблюдения за извержениями, порождающими агломератовыс пирокластическне потоки (Шнвелуча в 1945—1960 гг., Безымянного в 195G —1978 гг., Мон-Пелс в 1902 г. н 1929—1932 гг. и др.), показали, что ювешмышй пирп- кластнчсский материал (от купола или кратера) начинает движение под действием силы тяжести в пониженные части рельефа. Сильная Jа.адиасышси- пость н крутые склоны способствуют развитию большой скорости потока, все возрастающей по мере движения. Наличие газовой «смазка» не дает возможности отлагаться иирокластическим потокам даже на пологих склонах Они, подобно жидкостям, устремляются в самые пониженные пасти пельефа У истока потока, где газами уменьшено трепне обломков, материал угловатый Далее, по мере прохождения ппрокластического потока давление газов в потоке па чает и происходит более интенсивное «взрывание» оолом- ков- главным обпазом скалывание УГЛОВ. Обработка обломочного материала также усиливается в результате механического скалывания углов. с>то приводит к образованию округлого обломочного материала, напоминающего ва'туны и гальки. Отличаются они от валунов шероховатой поверхностью печечствие разрывов по контактам стекла и фенокписталлов. Порода, слагающая пыбы и обломки потоков Безымянного и Шнвелуча, представлена серым андезитом, обычно слабопористым. Поры мелкие, неправильной формы. Размер обломочного материала пирокластических потоков п расьалепных лавин колеблется в широких пределах — от пылеватых частиц до глыб 2—3 м (см.  64, б). В центральной части пирокластического потока вулкана Безымянный гранулометрический состав пепла следующий.

Размер фракции, см .... >50 50—20 20—10 10—5 5—1 <1 Содержание,          5          5          25        20        25 20

 

После извержения Безымянного в феврале 1960 г. в осмотренной автором прнкратерной части обломочный материал по крупности распределялся неравномерно и имел ориентировочно следующий состав: 10—1 м — 10%. 1—0,5 м—30%, 50—20 см—10%, 20—10 см —10%, 10—5 см - 8%, 5 см и менее— 12%. Во время извержения раскаленных лавин Шивелуча в 1945— 1950 гг. некоторые глыбы у подножия вулкана тоже имели размеры до 10 м в поперечинке, но пирокластические потоки этого же вулкана в 1964 г. в основном были сложены обломками 5—10 см и обладали преимущественно круглой формой. Изучение наполнителя пирокластнческих потоков (материала менее 2 мм в диаметре) показало, что по мере удаления от центра извержения количество псаммитовых обломков снижается за счст увеличения алевритового материала, что особенно хорошо видно по продуктам пирокластического потока вулкана Безымянный извержения 1956 г.

 

Пробы 2—10 взяты на расстоянии 5,5—8,5 км, проба 11 — на расстоянии 3 км от центра извержения. Минералогическое изучение наполнителя показало, что в процессе дробления обломков лавы кристаллы отделяются от основной массы не деформируясь, сохраняют первичные кристаллографические формы. Зерна плагиоклаза, чаще раскалываясь вдоль и поперек спайности, сохраняют таблитчатую форму. Обломки пород и мелкие обломки стекла в зависимости от крупности материала приобретают округлость. Чем крупнее материал, тем он более округлый. В зависимости от длины пройденного пути пирокластического потока кристаллы также подвергаются обработке и округляются. В пробе, взятой в кратере Безымянного среди глыб размером 3—7 м в поперечнике, все минералы имеют первичную кристаллографическую огранку, очень мало дробленых кристаллов и совершенно не отмечается окатапностп. В 8 км от кратера развиты зерна с первичными кристаллографическими формами, а также полуокатанные и обломки кристаллов. В 12 км фракция 0,07—0,1 мм состоит преимущественно из обломков минералов, форма их угловатая. Здесь первичные кристаллографические формы и оплавленные кристаллы встречаются редко. Во фракции 0,1—0,25 мм преобладают обломки и зерна минералов; фракция 0,1—0,2 мм состоит из полуокатапного материала и часто зерна сохраняют первичные формы. В более крупных зернах на поверхности наблюдается вспученность или оплавленность. Дробление кристаллов, судя по всему, произошло не в период первичных взрывов, а в процессе движения пирокластического потока. Аналогичные явления наблюдались в раскаленных лавинах и пирокластических потоках Шивелуча [83].

 

Отложения агломератовых потоков с пластичным грубообломочным материалом авачинского типа

 

Наблюдения за извержением пирокластических потоков и раскаленных лавин вулканов Авача (1928, 1938 гг.) и Карымского (1962 г.) позволили определить своеобразный тип пирокластических потоков, которые затем были распознаны во многих других областях. В отличие от потоков безымянного типа, авачниекие не сопровождаются разрушением постройки, направленными взрывами н паляшпмл тучами. Эти потоки, перекатываясь через кромку кратера, устремляются вниз и растекаются по склону подобно лавовым потокам, причем в отличие от потоков безымянного тина не задерживаются па склонах и устремляются к подножию вулкана. Агломератовые потоки вулкана Авача залегают па пониженных склонах конуса. Форма пирокласти- чеекпх потоков вытяиута, иногда изометрична. На вулканах Авачинском и Карымском площади потоков составляют единицы квадратных километров, редко достигая 10 км2, пх мощность 5—10 м, иногда меньше. Объемы отложений потоков измеряются тысячными, реже сотыми долями кубического километра. По объему и размерам их следовало бы отнести к раскаленным лавинам, но по традиции они именуются пирокластнческими потоками. На агломератовом потоке Авачи 1938 г. находятся валы высотой до 1,5 м, указывающие, что извержение сопровождалось направленным взрывом, вероятно не сильным, а образование грязевых потоков свидетельствует о плавлении снега иирокластпчеекнмн потоками пеплов, выпавших одновременно с движением агломератового пирокластпческого потока. Извержения этих потоков также сопровождаются взрывом и сам поток газонасыщен, по в меньшей степени. Судя по ярко-красному цвету потоков Авачи 1926 и 1938 гг. в ночное время, температура их превышала 800°. Извергающийся материал состоял из комков пластичной лавы размером преимущественно 0,2—1 м, относительно небольшого количества мелкообломочного наполнителя. По мере движения потока пластичные глыбы округлялись. Форма их была близка к шару. Иногда после прекращения движения потока глыбы продолжали деформироваться подобно подушечным лавам и приобретали вогнутую форму в нижней части ().

 

Отложения агломератовых потоков с твердым раскалывающимся материалом типа сомма Авача

 

Описываемые потоки андезптового или андезито-базальтового состава среди агломератовых потоков резко преобладают. При формировании полп- геиных вулканов, питаемых подкоровой магмой, они слагают основную массу вулканических построек. Среди этих потоков следовало бы также выделить подтипы. Одни потоки образуются после разрушения вулканической постройки, а другие изливаются, подобно авачпнеким, без разрушения шш- кратерной части вулкана. Агломератовые потоки изучались автором в пределах еоммы Авачи, где они слагают значительную часть вулкана. Подобные потоки изучались также в Закарпатье, в Чехословакии, "возле г. Байская Штявница, в Венгрии (хребет Калиман-Харгита), в Крыму у Планерного, в Армении возле г. Горис, в Узбекистане у г. Ангрена и в других пунктах.' После катастрофического взрыва вулкана Авача длина потоков превышала 25 км. Ширину установить их трудно, но, вероятно, она также была значительной, так как материал направленного взрыва на площади около 400 км2 перекрывается потоками полностью.

 

Основной обломочный материал этих потоков осколочно-угловатый. Он наиболее типичен для агломератовых пирокластических потоков Авачи, перекрывающих отложения направленного взрыва в 2 км от Петропавловска- Камчатского. Здесь установлено исключительно интересное явление. Глыбы размером 1 м и более, пройдя путь вместе с потоком более 20 км, не разрушались, а растрескивались в процессе охлаждения на угловатые и остроугольные обломки размером 5—15 см, не нарушая общего контура глыбы (см.  64, г). О разрушении на месте говорит слабая обожженноеть вокруг крупных глыб. В основной массе породы также присутствуют угловатые глыбы и обломки, что указывает на растрескивание их в процессе движения. В тех случаях, когда глыбы не растрескиваются на мелкие фрагменты, они имеют форму, близкую к изометричной, ограниченную прямыми, гладкими и слабоволнистыми шероховатыми плоскостями.

 

Судя по наличию спекания наполнителя у крупных глыб, температура таких потоков была 600—800°. Это обусловливает окисление материала с покраснением или спеканием. В 2 км от Петропавловска-Камчатского можно наблюдать припой и полную переработку (сплавление) мелкообломочного материала. Кроме того, часто фиксируются следы вторичных фумарол. Как- уже отмечалось, в областях вторичных фумарол происходит слабый метаморфизм пород, часто с окремнением. Это при выветривании способствует образованию причудливых форм рельефа. Они широко известны в Крыму возле Планерского и на Карадаге, в Армении — так называемые каменные пирамиды у г. Горис, в Кроноцком заливе и в других пунктах.

 

Мощность пирокластических потоков колеблется в широких пределах. Потоки соммы Авачи достигают мощности 10 м и более. Несмотря на некоторые различия между потоками для них всех характерно следующее: отсутствие слоистости и сортировки материала; глыбы и обломки ювенильного материала размерами свыше 10 см приобретают некоторую округлость в результате скалывания углов, причем плоскость сколов имеет ровную и гладкую пли слабоволнистую поверхность; мелкий ювенильный материал иногда обладает пористостью. В участках скопления крупных глыб иногда наблюдается с.пскание мелкообломочного материала.

 

Изучение спекшихся туфов в 2 км от Петропавловска-Камчатского показало, что в процессе спекания материала стекло полностью переплавляется, поэтому почти невозможно отличить под микроскопом обломки андезито- базальта от сплавленного пеплового материала. В переплавленном материале наблюдается только слабое разложение минералов. В первую очередь разлагаются микролиты плагиоклаза, а крупные кристаллы изменяются преимущественно в центральной части (основной), превращаясь в опалово-глинистую массу, пропитанную окислами железа. Обломки и зерна кристаллов гипер- степа, авгита и магнетита не подвергаются изменениям, но иногда вокруг зерен магнетита наблюдаются каемки окислов железа. Стекло обломков спекшихся туфов пропитано окислами железа больше, чем стекло вновь образованной сплавленной массы. Все изменения произошли только вследствие процесса спекания [87]. В процессе спекания порода приобретает красный цвет, т. е. осуществляется переход закиспого железа в окисное. Анализы показали, что при этом окисное железо увеличивается вдвое, а закиспое — резко уменьшается.

 

Агломератовые потоки, так же как и нгиимбритовые, содержат большое количество чуждых обломков.

 

Отложения сложных агломератовых пирокластнческих потоков с твердым раскалывающимся и среднепластичным материалом (кунаширский тип)

 

На о. Купашир автором были встречены и изучены пирокластические потоки, состоящие из округлых глыб типа бомбопдов и угловатых типа соммы Авачп. К югу от Южно-Курильска в береговом обрыве обнажается серия агломератовых потоков мощностью 38 м [87]. Поверхность бомбопдов менее морщинистая и менее бугристая, что, вероятно, объясняется более низкой температурой пирокластнческих потоков (см.  34, в).

 

В процессе изучения пирокластнческих потоков на о. Кунашир Ю. В. Ван- де-Кирковым было установлено, что в чуждых обломках происходит деанор- тизация плагиоклазов апдезито-базальта. Она заключается в развитии в ядрах наиболее крупных фенокрнсталлов до 10—20% обособлений среднего плагиоклаза, тождественных по составу с топкой (0,01 мм) внешней зоной.

 

Отложения раскаленных лавин

 

Отложения раскаленных лавин отнесены к пирокластическим потокам условно, поскольку они могут образоваться при различных типах извержений.

 

Извержения катманского типа на вулканах Безымянный и Шивелуч, дающие пирокластические потоки до 3 км, относятся к раскаленным лавинам. Небольшая мощность и протяженность их не позволяют приобрести им многие свойства, присущие пирокластическим потокам. Обычно они сложены рыхлым грубообломочным материалом угловатой формы андезитового состава. Размер глыб достигает 5—8 м в поперечнике, иногда и больше. Поскольку почти всегда извержение сопровождается небольшим направленным взрывом, поверхность раскаленных лавин грядовая. Высоты гряд 3—5 м. Ориентированы они по направлению лавины. Располагаются гряды в пределах вулканической постройки.

 

Извержения стромболианского и вулканического типов также дают раскаленные лавины. Они наблюдались автором на вулканах БТТИ в 1975 г. и Карымском в 1966 г. В зависимости от температуры исходного материала обломочный материал может быть полужидким и давать округлые глыбы или твердым и раскалываться на угловатые обломки. Мощность этих раскаленных лавин невелика, они также пе выходят за пределы конуса и в разрезах построек переслаиваются с тефрой. Отложения раскаленных лавин при изверженин стромболианского типа иногда приводят к образованию агглютинатов, в которых обычно обломочный материал не деформируется. Эти лавины'часто подвергаются вторичному разогреву и образуют псевдоагглю- тинаты. А. Ритман дает классификацию отложений огненных лавин и палящих туч без характеристики обломочного материала [112].

 

 

К содержанию книги: ВУЛКАНИТЫ. Вулканические горные породы

 

 Смотрите также:

 

Палеовулкан - что это такое. Наука о древних вулканах ...  Что такое вулканы – каких типов бывают вулканы – космическая...