Гидротермальная концепция происхождения игнимбритов

Рис.2. Схематическая диаграмма модели полибарической каши (Lipman, 1984, Hildreth, 2004 и Bachmann, Bergantz, 2008c). (1) Ранее существовавшая земная кора, (2) верхняя мантия, (3) зона подачи примитивных магм из мантии («базальт s.l»), (4) нижняя часть земной коры с внутренним изменившимся содержанием расплава, (5) (6) богатые расплавом карманы в верхней коре, (7) богатые расплавом карманы в нижней коре, (8) структура кальдеры, (9), стратовулкан (гора Сент-Хеленс, Вашингтон, США ).

Рис. 3. Схематическое изображение (не в масштабе) магматической питающей активной системы LHPCS,под кальдерой Лос Умерос, полученные на основе значений давлений и температур, полученных на базе моделей термобарометрии минералов и жидкостей. Концептуальная модель интегрирована со структурой земной коры изучаемого района, полученной с помощью глобальной модели Crust 1.0 критерия № 10 (Davies, 2013). Сероезатененное поле указывает глубину и толщину существующей концептуальной модели единого огромногоклассического магматического очага, предложенной Verma (1985a, b) и в основном связаной с активностью кальдерного этапа Лос-Умерос.(Lucci et al., 2020).

Введение

Приходится констатировать, что проблема происхождение игнимбритов, тесно связанная с происхождением гранитов, исследование которой началось с работы Маршалла П. (Marshall, 1935) до сих пор не решена. В настоящее время доминирует концепция, основу которой составляют представления, что игнимбриты являются продуктами кислого вулканизма. Они рассматриваются, как результат больших эксплозий магматических резервуаров, образованных в результате кристаллической дифференциации (Bachmann, Christian , 2016) .

Кальдеры и связанные с ними геотермальные системы (Wohletz, Heiken)

Большие извержения пемзы и пепла могут обусловить обрушение пород, которые залегают над неглубокими магматическими очагами, таким образом, формируя кратеры, названные кальдерами (от испанского «калдрон», или «котёл – казан»). Кальдеры колеблется от нескольких километров до 60 км в диаметре и связаны с извержениями нескольких кубических километров до нескольких тысяч кубических километров пирокластического материала. Кальдерообразующие извержения происходят не часто – возможно одно в течение нескольких тысяч лет.

Истинная величина самых больших кальдер, случайно, предполагалась геологами по данным их исследования в поле. Однако, уже в 1885 году Verbeek R. D. M предположил, что кратер, оставшийся после извержения 1883 года вулкана Кракатау, был образован в результате обрушения, сопровождающего извержение большого объёма пепла и пемзы. Другие исследования, в особенности более древних, эродированных вулканических полей на Британских островах, привело к выводу, что опускание происходили в результате вулканических извержений этого типа.

Кальдерообразующая концепция не соответствует ряду природных фактов (Berg, 2016):

1- бимодальность продуктов игнимбритовых извержеийые, характеизующаяся непропорциональностью объёмов мафических и кислых вулканических комплексов по сравнению с породами промежуточного состава («разрыв Бунзена-Дали») трудно примирить с сериями фракционной кристаллизации Боуэна, которая, как считается, является основным фактором дифференциации магмы.

2 - исключительно большие объёмы кислых пород (сотни-тысячи и более км3 Jonson, 1991;Ward et al., 2017) требуют объёмы мантийных расплавов на порядок большие (рис. 2) (Allmendinger et al., 1997); на хорошо изученной гидротермально-магматической системе Лос Умерос (Мексика) ниже игнимбритов расположена система даек и силлов (рис. 3)(Lucci et al., 2020).

3 - интерпретация происхождени этих пород, имеющих различные названия (туфолавы, игнимбриты, сваренные и спекшиеся туфы), весьма противоречивая и может быть объединена в три гипотезы: обычная туфовая, гипотеза раскаленного песчаного ливня и гипотеза лавовых потоков (Влодавец, 1961).

4 - имеются признаки нагревания игнимбритовых пород после их отложения, что противоречат спеканию за счёт тепла, сохранившегося после эксплозий.

5 - исходный материал игнимбритов подвергался изменениям в условиях гидротермальных систем (Berg, 2016; Simkin, Bindeman; 2014 )

6 - аномальные содержания щелочных металлов калия и натрия.

7 - проблема эруптивных центров (мифические кальдеры обрушения), соотношение с ледниками (Belousov, Belousova, 2018)

8 - локализация игнимбритов (in situ) без фьямме в толща гидротермальных систем водно-осадочного происхождения.

9 - загадка происхождения фьямме и пемз in situ

10 - соотношение высоких содежаний карбонатов в зоне игнимбритовых пород и углекислых гидротерм (Arellano et al., 2003).

Предпосылки гидротермальной концепции бимодального вулканизма

Деятельность геотермальных районов начинается на заключитеьном этапе длительной эволюции островных дуг, в которых главную роль играют долгоживущие вулканические центры (андезитовые вулканы, рис. 1а). Их образование обусловлено аномальному тепловому потоку, генерируемому в верхней мантии (Belousov et al., 2017) и дренируемому к земной поверхности гидротермально-магматтическими системами (Belousov et al., 2020+1),

Процессом, повышениющим содержания SiO₂ в породах таких центров - основой образования игнимбритов, туфолав и кислых расплавов, является силификация (окремнение) (Белоусов и другие 1998).

Взаимодействие термальных вод долгоживущих вулканических центров и таких пород сопровождается формированием гидротермальных насыщенных и перенасыщенных коллоидных растворов, осаждающих в соответствующих условиях в водоносных комплексах и водоупорных горизонтов силикагель, трансформирующийся в различные формы кварца (Belousov, Belousova, 2019).

Гидротермально измененные породы с низкой проницаемостью, как и покровы ледников выполняют роль теплоизолирующих горизонтов, которые способствуют. как аккумуляции тепло (повышению температуры). так и генерируем повышению концентрации потков СО2 (углекислого газа) в верхней части гидротермально-магматической системы. Как инъекции мантийных расплавов (моногенный базальтовые вулканизм), характерные для долгоживущих вулканических центров (дайки и силлы), так и кипение+дегазация не конценсируемых газов (СО2), стимулируют подъём частично расплавленных пород (игнимбритов+туфолав) и расплавных линз, как под влиянием внутренних процессов, так и давления.. оказываемого окружающими породами и мощными ледниками. Дегазация СО2 +кипение гидротерм начинается на глубине более 2 км и сопровождаются отложением растворённой кремнекислоты и силикагеля. Процессы окремнения происходят в гидротермальных системах, как артезианских склонов в постройках долгоживущих центров, так и артезианских бассейнов межгорных впадин островных дуг (Beloussov, Ivanov, 1967; Belousov et al., 2020).

Теплопередача в расплавах и игнимбритах (туфолавах и спекшихся туфов) осуществляется процессами термодиффузии летучих компонентов, нагруженных щелочными металлами (Belousov, Belousova, 2016)