ИГНИМБРИТЫ, КАЛЬДЕРЫ, ГИДРОТЕРМЫ и ЗОЛОТО

Определение и проблематика.

Под термином «кислый вулка­низм» понимается специфический тип вулканического процесса, связанный с рядом пород от кислых андезитов до риолитов, для которого характерны мощные взрывы, сопровождающиеся образованием обширных покровов и потоков ювенильного пирокластического материала и последующим ростом экструзивных куполов. Уровень кислотности вулканических пород, на котором проявляются специфические особенности этого типа вулканизма, неодинаков в разных районах. В Центральной Камчатской депрессии продукты «кислого вулканизма» отвечают андезитам экструзивных куполов, и наиболее кислые вулканические продукты его — андезито-дациты. Аналогичная картина на вулканах Северной группы Большой Курильской гряды. Тем не менее уровень содержания в породах кремнекислоты служит важным индикатором. Породы с содержанием SiO₂ более 65% появляются только в геотектонических системах типа Камчатки. В Восточной вулканической зоне Камчатки и зоне Назу в Японии, на Суматре и Северном о-ве Новой Зеландии специфические особенности кислого вулканизма проявляются в серии дацит- риолит. Извержения носят характер выжимания экструзивных куполов вязкой лавы, взрывов, излияния пирокластических потоков. Во всех особенностях кислого вулканизма — времени его проявления, структурной приуроченности, химизме и минералогии его продуктов — отмечается двойственность его природы: теснейшая связь с базальт-андезитовым вулканизмом и наличие качественно новых, специфических черт, свидетельствующих о независимости этого процесса.

Силикатная часть этих пород аналогична по составу как гранитам и гранитоидам, так и метаморфическим породам, составляющим так называемый гранитный слой коры. Естественно первый возникающий вопрос – не являются ли кислые вулканические породы продуктом расплавления этого слоя. Вторая группа проблем связана с активной ролью, которую играет в ходе кислого вулканизма компоненты летучей фазы магмы – газы и гидротермы. Так-что именно здесь надо искать решений о месте гидротермального процесса, его соотношении с вулканизмом и интрузивным процессом. Более того, известно, что очень значительная группа гидротермальных рудных месторождений генетически (или парагенетически) связана с интрузиями гранитоидов. Так что именно здесь лежат ключи от проблем металлогении в первую очередь о источнике металлов.

Как следует из определения, все особенности кислого вулканизма связаны с разделением силикатной части магмы и «летучей фазы». В результате происходит либо выжимание ультравязкого расплава в форме экструзивных куполов материал которых зачастую не может течь (наглядный пример – «игла Пеле»), либо взрывы (Безымянная сопка, Шивелуч, Маунт Сейнт Хеленс), либо излияния пирокластических потоков, где изливаемая газовая фаза содержит взвесь обломков, стекла и фенокристаллов.

Все эти особенности проявляются в основном в породах с относительно высоких содержаниях SiO₂ – кислых андезитах, дацитах, риолитах. С породами, отождествляемыми с кислым вулканизмом связана большая группа важнейших проблем. Это и специфика вулканических извержений, соотношение вулканизма и процессов преобразования коры (в частности, рост ее гранитного слоя), образование вулканотектонических депрессий, вулканизм и гидротермальный процесс, вулканизм и рудообразование.

(Эрлих Э.Н. "Кислый вулканизм, рост гранитного слоя коры, гтдротермальный процесс, механизм формирования геотектонических систем типа Камчатки")

Гидротермальная деятельность и "кислый вулканизм"

В общем тепловом балансе вулканических областей гидротермальная деятельность занимает подчиненное положение (Поляк, 1964). С этой точки зрения ее следует считать производной вулканизма. Однако в конкретных районах своего проявления гидротермальная деятельность обнаруживает энергетический эффект, не уступающий собственно вулканическим явлениям, в частности — явлениям кислого вулканизма. Поскольку эти процессы приурочены к общей территории и протекают в рамках одного и того же времени, можно заключить, что между ними имеется парагенетическая связь. В таком случае естественно предположить, что некоторые показатели, свойственные гидротермальному процессу, характеризуют в известной мере и процессы кислого вулканизма. Это относится, в частности, к величине теплового потока на термоаномалиях и термическому состоянию их недр. Следующий пример подтверждает это положение. Банвелл (1957) специально останавливался на двух извержениях в районе оз. Таупо, происходивших 1700 и 3000 лет назад и давших по 10 км³ пеплового материала. Он заключает, что современная спокойная деятельность горячих источников, гейзеров и фумарол в этом районе может быть лишь отдельной фазой целого цикла, в течение которой накапливался горячий материал для создания следующей ступени извержения. Действительно, количество тепла, вынесенное пепловым материалом за одно извержение, если принять его среднюю температуру за 800° и среднюю плотность за 1,5 г/см³, составляет З х 10¹⁵ /скал, в то время как гидротермы района за 1500 лет выносят около 6,7 х 10¹⁵ ккал. Таким образом, если из общей величины теплового потока в пределах рассмотренной термоаномалии аккумулируется около 30% тепла, то этого уже достаточно для накопления горячего материала в указанных масштабах.

Примерно такие же соотношения получаются при сравнении масштабов гидротермальной деятельности и явлений кислого вулканизма в пределах всей зоны Таупо за четвертичный период (1 млн. лет). Общий объем четвертичных вулканогеиных фаций достигает здесь, по данным Хили (1964), 4 тыс. куб. миль. Этот объем может быть достигнут, если в пределах всей зоны происходила аккумуляция тепла, сопровождавшаяся плавлением пород, равная в среднем 200—300 тыс. ккал/сек. Для сравнения укажем, что только четыре гидротермальные системы (Вайракей, Таупо, Ротокава и Вайотапу) выносят ежесекундно около 430 тыс. ккал/сек (Banwell, 1963). С этих позиций следует рассмотреть вопрос о том, не может ли главный эндогенный агент гидротермального процесса — водный флюид--обусловить такую термическую обстановку в верхних горизонтах земной коры, чтобы могли осуществиться и явления кислого вулканизма. Фактических данных о начальной температуре флюида не имеется. Можно лишь предполагать, что в вулканических областях она, вероятно, приближается к 1000—1200°, т. е. к температурному уровню андезито-базальтового вулканизма. В этом случае ориентировочные расчеты по формуле адиабатического расширения пара позволяют ответить на поставленный вопрос утвердительно. Согласно графику, построенному для некоторых усредненных условий (рис. 3), в недрах термоаномалий на глубинах 5,5—10 км температуры должны достигать 600—800°, что обусловлено восходящим флюидом. В зависимости от геологической обстановки указанный диапазон глубин может изменяться как в большую, так и в меньшую стороны.

При таких параметрах, как следует из большого числа экспериментальных данных, в условиях благоприятной обводненности должно происходить расплавление отдельных участков в “гранитном” слое. Расплавление силикатного материала на небольших глубинах может, кроме образования интрузивных тел, сопровождаться прорывом его на поверхность, образованием экструзий, а также взрывными явлениями, приводящими к образованию пемз и спекшихся туфов. Следовательно, горячий водный флюид можно рассматривать как главный агент особой формы вулканизма, в рамках которой взрывные явления, экструзии магмы и гидротермальная деятельность предстают как ассоциация различных проявлений одного процесса.

Конкретное соотношение между масштабами этих явлений в разных районах бывает различным. Оно зависит от строения земной коры, характера фаций в осадочном чехле, тектонического положения термоаномалий и степени их обводненности, т. е., в конечном счете, определяется геологической обстановкой.

По своему происхождению флюид вряд ли является моногенным. Возможно, что в его составе принимает участие и ювенильная вода; однако большая часть воды является, вероятно, “возрожденной” и мобилизованной из нижних горизонтов земной коры. Это своего рода обязательная реакция земных недр на тот тепловой импульс, который возникает в связи с началом вулканической деятельности, когда огромные массы андезито-базальтового материала прорываются через земную кору на поверхность. В отличие от прорыва андезито-базальтового материала, происходящего в сжатые сроки, формирование термоаномалий в земной коре под действием восходящего флюида представляет собой процесс, сильно растянутый во времени. Поэтому как гидротермальная деятельность, так и явления кислого вулканизма получают развитие спустя многие десятки, а возможно, и сотни тысяч лет после соответствующего им цикла андезито-базальтового вулканизма.

(Аверьев В.В. "ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС В ВУЛКАНИЧЕСКИХ ОБЛАСТЯХ И ЕГО СВЯЗЬ С МАГМАТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ" )

Историческая справка

На протяжении всей истории исследования гидротермального процесса одним из главных аспектов проблемы является определение связи его с магматизмом. В этой области имеется множество теоретических разра­боток, которые базируются на утверждении о наличии взаимозависи­мости этих двух геологических явлений и подчиненности гидротермаль­ного процесса магматическому. Эта взаимосвязь отражена в определении гидротермального процесса как постмагматического. Господствующая идея, отражающая взаимосвязь гидротерм и магма­тизма, сводится к выделению конденсата летучих из магматического рас­плава, который внедряется в верхние горизонты земной коры.

Такая точка зрения на взаимосвязь гидротермального и магматического процес­сов укоренилась настолько прочно, что даже в случаях нахождения место­рождений полезных ископаемых гидротермального происхождения среди осадочных толщ и отсутствие сколь-нибудь значительных масс интрузив­ных или экструзивных пород поблизости не вызывало сомнений у иссле­дователей о наличии этих связей. Исходя из этих позиций комиссия Президиума АН СССР, возглавляемая академиком Лавреньевым М.А., в 1956 году выбрала место бурения первой геотермальной скважины на Паужеском геотермальном поле вблизи кипящими источника. В соответствии с ортомагматической концепцией, предполагалось, магматический очаг должен находиться непосредственно под такими источниками.

Геологические и геотермальные исследования, проведённые на Паужетке, в Долине Гейзеров и других местах на Камчатке в 1961-64гг Аверьевым В.В., показали, что проблема соотношения гидротермальной деятельности и магматизма значительно сложнее. Он отмечает, что в областях современного вулканиз­ма наиболее типичной является ассоциация гидротермального процесса с явлениями "кислого вулканизма". Он полагал, что исключением из этого правила является Исландия, где базальтовый магматизм абсолютно преоб­ладает. Однако детальными работами последних лет было установлено, что и в районах современной гидротермальной активности Исландии имеют место проявления "кислого вулканизма" в формах, аналогичных другим вулканическим областям.