Проблемы диагностики и петрогенезиса игнимбритов

ПРОБЛЕМЫ ДИАГНОСТИКИ И ПЕТРОГЕНЕЗИСА ИГНИМБРИТОВ

Межведомственный петрографический комитет при отделении наук о Земле РАН, Москва, *****@***ru

Среди вулканитов выделяют лавы, туфы и широкий спектр пород фьямме-полосчатого строения – игнимбриты.

Своеобразием своего строения игнимбриты постоянно привлекают внимание исследователей. Одни считают их отложениями пирокластических потоков с последующим спеканием или свариванием частиц; другие исследователи рассматривают игнимбриты как продукты извержения газонасыщенных расплавов – эмульсионных потоков. Интерес к игнимбритам особенно обострился в связи с развитием представлений о расслоенности кремнекислых магматических расплавов вследствие ликвации, смешения в камере расплавов из разных источников и т. д.

Игнимбриты слагают различные по форме и соотношению с окружающим пространством геологические тела: покровы, рвущие тела (дайки различной формы, штоки и т. д.), экструзивы. Наличие рвущих игнимбритовых тел, расположение полосчатости в этих телах параллельно контактам, особенно в маломощных и протяженных дайках, трудно объяснимы с точки зрения пирокластической природы данных образований. Подтверждением генезиса игнимбритов из газонасыщенного расплава служат также особенности строения фьямме, их соотношения с вмещающим базисом и закономерности изменения их состава [Курчавов, Шатагин, 1999].

Игнимбритам посвящены многочисленные отечественные и зарубежные публикации. Между тем существует проблема диагностики и разграничения их от собственно лавовых и пирокластических образований. Дискуссионен также петрогенезис игнимбритов. Решение этих проблем видится в комплексном системном изучении данных пород, как впрочем и других природных объектов.

Прежде всего, о диагностике кремнекислых вулканогенных пород. Как известно, изучение минералов, ассоциаций (формаций) горных пород, метаморфических пород базируется на парагенетической основе. Вулканогенные породы оставались в стороне от подобного подхода. Вместе с тем, изучение составных частей горных пород в их взаимосвязи с текстурными и структурными узорами породы, химизмом, выявление устойчивых парагенетических признаков, их сравнительный анализ в породах разной генетической принадлежности дают важные сведения как для диагностики самих пород, так и для понимания их генезиса.

Авторский опыт изучения кремнекислых пород различных вулканогенных областей разного возраста свидетельствует о неоправданно широком выделении туфов. Обычно основанием для отнесения пород к пирокластическим служит наблюдаемое в шлифах оскольчатоподобное строение матрикса, интерпретируемое нередко как обусловленное пепловыми частицами. Однако подобное “строение” может быть проявлено в одном сечении (шлифе), а в других сечениях структурный узор будет совершенно другой, что прекрасно в свое время было показано на примере вулканитов Алтая [Иншин, Иншина, 1966]. Поэтому необходимо объемное изучение структуры основной массы – наблюдение ее структурных узоров в шлифах, взятых от одного образца под разными сечениями, так как часто оскольчатоподобное строение есть лишь одно из наблюдаемых сечений более сложных узоров план-параллельного и особенно линейного типов. Отсюда ошибки в диагностике: ряд пород относят к туфам, хотя они принадлежат к иной генетической группе.

Вообще, для диагностики необходим комплексный подход. Так, объем и морфологию вкрапленников надо увязывать с их составом. В игнимбритах объемы вкрапленников варьируют в широких пределах, но все же часто им свойственно значительное их содержание. При этом, для полевых шпатов весьма характерно возрастание роли среди них калишпатов и высокая доля ортоклазовой составляющей в плагиоклазах. Следует заметить, что в лавах калишпаты отмечаются, как правило, в тех разностях, в которых проявлена флюидальная полосчатость или имеются сферолоидные обособления [Курчавов, 1980].

Принципиально важны наблюдения морфологии вкрапленников. Породам фьямме-полосчатого облика присущи заливчатые очертания их и постоянный катаклаз со смещением отдельных частей по отношению друг к другу. Это свойственно всем минералам, но особенно выразительно проявлено у плагиоклазов. Для собственно лав подобное явление не характерно, хотя и отмечается иногда в разностях флюидально-полосчатого строения. Породам, пирокластическая природа которых не вызывает сомнения (например, пизолитовые туфы), такая морфология вкрапленников не свойственна [Курчавов, 1975, 1977]. Важно, что указанные особенности строения вкрапленников в игнимбритах проявлены как в матриксе, так и во всех разновидностях наблюдаемых в них фьямме.

Таким образом, наличие заливчатых по очертаниям и катаклазированных вкрапленников в породах, облик которых макроскопически напоминает туфовый, должно сразу же настораживать исследователя.

Для матрикса же фьямме-полосчатых пород характерно, что слагающие его частицы вулканического стекла обычно тонкие, волнистые, гофрированные, с закругленными окончаниями; они плавно облекают вкрапленники и их отторженные куски, образуют затеки и заливы в неровности кристаллов.

Указанные явления отмечаются в игнимбритах как покровного, так и рвущего залегания, свидетельствуя также против однозначного отнесения этих образований к пирокластическим.

Огромнейшая информация заключена во фьяммевидных обособлениях, наличие которых, собственно говоря, и явилось основанием для выделения данного типа пород. Размер таких обособлений варьирует в широких пределах: от едва различимых микроскопически до насчитывающих десятки сантиметров по длинной оси. Среди них встречаются обособления, резко отграниченные от матрикса породы (ранние фьямме) и сливающиеся с ним (поздние фьямме).

Можно выделить два морфологических типа фьямме. Оба этих типа свойственны игнимбритовым телам различных форм залегания. I тип – это эллипсоидальные обособления разных сечений. Они резко отграничены от базиса породы, а флюидальные полоски в них как бы срезаются полосками последнего. Такие обособления обычно имеют маломощную (шириной в несколько миллиметров) эндоконтактовую зону закаливания более тонкого строения, свидетельствующую об их обособлении из данного расплава и исключающую их принадлежность к ксеногенным образованиям. Одни из них имеют закругленные окончания на флангах, другие – постепенно утоняющиеся окончания. Первые из указанной разновидности фьямме – это наиболее ранние обособлениями из расплава, а вторые – относительно более поздние. II тип фьямме – уплощенные пламеобразные обособления (собственно – фьямме). Они нечетко ограничены, имеют изгибающиеся и расщепляющиеся окончания, которые постепенно сливаются с базисом породы, как бы растворяясь в нем. Это наиболее поздние обособления. В то же время сами фьяммевидные обособления, как поздние, так и ранние, сложны по строению. Им свойственна полосчатость матрикса (фьямме во фьямме), а их минералам-вкрапленникам присущи заливчатые очертания и катаклаз. Все указанные особенности свойственны и покровам и рвущим телам.

Опыт изучения фьяммевидных обособлений в кремнекислых игнимбритах разных регионов, разного возраста и различного валового состава пород дает основание утверждать, что состав фьямме закономерно эволюционирует от более основных и натриевых ранних ко все более кремнекислым и высококалиевым поздним. Это коррелируется с составом представленных в них вкрапленников. У ранних фьямме среди вкрапленников отсутствуют калишпаты. Фьямме же, с трудом отличимые от матрикса, содержат вкрапленники калиевых полевых шпатов.

Изучение связи минерального состава вкрапленников, строения матрикса фьямме-полосчатых пород и валового химического состава выявило закономерные парагенезы признаков. Так, среди сложного комплекса мел-палеогеновых покровов и рвущих тел Южного Сихотэ-Алиня, разнообразных по своим структурным узорам и по содержанию кремнезема (от 65 до 76%), по парагенезам вкрапленников выделяются полевошпатовые (плагиоклаз – калишпатовые), биотит-полевошпатовые, роговообманково-биотит-полевошпатовые и кварц-полевошпатовые разности. Разнообразны структурные узоры матрикса этих пород. Разновидности с гидроксилсодержащими минералами обычно имеют узоры планпараллельного типа, а лейкократовые разновидности – узоры линейного типа. Первые из них отвечают по составу дацитам – риодацитам, вторые – андезидацитам (полевошпатовые породы) или риолитам (кварц-полевошпатовые породы). Таким образом, более оскольчатоподобное строение матрикса лейкократовых пород является следствием не столько кремнекислотности расплава, сколько его малой насыщенности летучими компонентами [Курчавов, 1979]. Другими словами, пепловидное, оскольчатоподобное строение основной массы в указанных породах возникло вследствие течения относительно сухого расплава, его трения и расслоения и не связано с пирокластической деятельностью с последующим спеканием или свариванием пепловых частичек.

Такой парагенетический подход к изучению кремнекислых вулканитов, сравнение выявленных устойчивых парагенезисов признаков составных частей пород разной генетической принадлежности позволили выработать дополнительные диагностические отличия игнимбритов от собственно лавовых и пирокластических. От лав игнимбриты отличает прежде всего наличие фьямме, насыщенность вкрапленниками (среди них обилие калишпатов, а также плагиоклазов с высоким ортоклазовым миналом) и их постоянный катаклаз, а от пирокластических – обилие катаклазированных вкрапленников, заключенных в ненарушенную основную массу, и наличие фьямме, закономерно эволюционирующих по составу.

Для правильного понимания петрогенезиса пород также крайне важно изучение изотопных систем их составных частей и характера распределения в последних редких элементов. Прежде всего, речь идет о том, из одного или нескольких расплавных источников сформировалась вся совокупность фьяммевидных обособлений в игнимбритах.

На примере детально изученных верхнепалеозойских игнимбритовых массивов Коргантас и Аксоран Центрального Казахстана [Курчавов, Шатагин, 2001] установлено, что всем наблюдаемым в них разновидностям фьямме свойственны одни и те же изотопные соотношения, что делает мало вероятным предположение о их принадлежности к разным магматическим источникам, противоречит предположению о смешении мантийного и корового материала в источнике игнимбритов.

Проведенные исследования на многих игнимбритовых массивах показали, что каждый конкретный массив характеризуется общностью спектров распределения микроэлементов для различных по морфологии и составу распространенных фьямме. Происходит постепенное и плавное изменение концентрации микроэлементов в зависимости от состава фьямме (и соответственно времени обособления их из расплава). Несмотря на разные уровни концентрации микроэлементов и темпа их накопления в различных массивах направленность изменения их содержания от ранних фьяммевидных обособлений к более поздним является сходной, отражая общую тенденцию дифференциации магматических расплавов.

В совокупности с идентичностью изотопных характеристик различных фьямме полученные данные позволяют сделать вывод о формировании всего спектра составных частей игнимбритов не за счет смешения в камере расплавов разных магматических источников, а вследствие эволюции конкретного для каждого массива одного исходного расплава.

Все сказанное дает основание автору считать игнимбриты продуктами извержения газонасыщенного расплава, направленная дифференциация которого многократно осложнялась и нарушалась. Результатом явились дезинтеграция расплава и его многократное расслоение.

Исследования выполнены при поддержке гранта Президента РФ для поддержки ведущих научных школ (№ НШ-1251.2003.5 и № НШ-4437.2006.5).

Список литературы

, О генезисе “пепловых” флюидальных и сферолитовых структур Рудного и Южного Алтая //Геология и рудоносность вулканогенных формаций Казахстана. Труды ИГН АН КазССР, 1966, Т.18. С. 50-60.

Явления катаклаза в верхнемеловых туфолавах Южного Приморья. // Бюлл. МОИП. Отд. геол., 1975, №1. С. 154 – 155.

Туфолавы Южного Приморья // Известия АН СССР. Серия геол., 1977, №12. С. 18 – 31.

Латеральная изменчивость вулканитов (на примере Южного Приморья). М.:Наука, 1979, 145 с.

О взаимосвязи вкрапленников с генетическими типами кислых вулканитов. // Известия АН СССР. Серия геол., 1980, №6. С. 47 – 52.

, Особенности формирования фьяммевидных обособлений в игнимбритах массива Коргантас (Центральный Казахстан) по данным геолого – петрографического и изотопно – геохимического изучения // Петрология, 1999, Т. 7, №3. С. 316 – 334.

, Возраст, происхождение и источник вещества игнимбритов массивов Аксоран и Коргантас Токрауской впадины, Центральный Казахстан, по результатам Rb-Sr и Sm-Nd изотопных исследований // Геология и разведка недр Казахстана, 2001, №1. С. 38 – 42.