базисные пластмассы
dental resources revive украина
золоті прикраси гани

Условия образования литофиз

Условия образования литофиз

Сферическая внешняя форма литофиз, достигающих более 1 м в поперечнике, своеобразие их сечений (см. рис. 17, 18; фото 107, 108, 110—112, 114) и обилие их на некоторых участках земной поверхности в виде продуктов выветривания кислых вулканитов (например, в штатах Орегон, Айдахо, Юта и ряде других в США) не могли не привлечь к себе внимания людей, пытавшихся понять их образование.
К самым ранним из таких попыток относятся, очевидно, взгляды индейцев США, объясняющих появление громовых яиц. Так, согласно Дж. Синканкасу, индейцы племени Горячего источника из Центрального Орегона «полагали, что эти твердые почти круглые халцедоновые конкреции являются метательными снарядами, выбрасывавшимися высшими богами вулканов Каскадных гор всякий раз, когда эти надменные божественные создания выходили из себя» [250, т. 1 с. 309].
Более вероятно, что название громовое яйцо связано со словом громовая птица (thunderbird), существующем в английском языке и относящемся к мифологической птице некоторых сказаний североамериканских индейцев — огромной птице, порождавшей гром, молнию и дождь [268]. В этом случае литофизы — это яйца громовой птицы.
Первое научное объяснение образования пустот в литофизах принадлежит, очевидно, Ф. Рихтгофену [238], связывавшему их появление с расширением газа, разрывающего вязкую лаву. Близкие взгляды высказывал и Дж. Иддингс [193].
В дальнейшем исследователи высказывали самые различные мнения о происхождении литофиз, в том числе и взаимоисключающие друг друга. Не касаясь всех них, приведем лишь некоторые либо наиболее живучие, либо «новейшие» из представлений.
Так, И. Сцабо [258] считал, что литофизы — это первая стадия химического и механического изменения сферолитов, теряющих сначала блеск, а затем цемент. При этом он считал, что нерастворимые частицы удалялись механическим путем, а кремнезем концентрировался в образовавшихся кавернах в виде халцедона (агата).
Среди американских исследователей, преимущественно геммологов, широко распространены представления о том, что литофизы возникли в результате сокращения объема глинистого материала (грязи), заполнявшего первичные пустоты в риолитах. В дальнейшем кремнесодержащие растворы силицифицировали этот материал, отлагали агат в образовавшихся пустотах [267].
Некоторые исследователи склонны трактовать литофизы как вулканические бомбы, представляющие собой вырвавшиеся из вулканических жерл сгустки кислой магмы, получившие круглую форму и флюидальную текстуру в результате вращения в воздухе, а полость — в результате сжатия при охлаждении, упавшие в потоки кислой лавы. Эти представления высказываются в сравнительно недавних работах [227] и проникают даже на страницы некоторых современных учебников по петрографии [86].
Особенно большое число работ посвящено объяснению образования сферолоидов, в том числе и литофиз, в риолитах в результате кристаллизации двух несмешивающихся силикатных расплавов с образованием эмульсионной вкрапленности одного силикатного стекла в матрице другого * [84, 118, 147, 259].
Литофизы, заполненные халцедоном (агатом), иногда объясняются как продукты захвата риолитовой магмой обломков вмещающих кремнисто-сланцевых пород, перерабатывающихся в яшму и даже расплавлявшихся в капли SiO
(много летучих), образующих эмульсию в породе в результате несмесимости и ставших ядрами литофиз [152] — гибридная гипотеза среди гипотез захвата ксенолитов и ликвации.
Существуют также представления о субаквальном генезисе сферолоидов, очевидно возникшие по аналогии с образованием шаровых (подушечных) базальтов. Наиболее четко эту точку зрения выразили И. М. Воловикова и О. П. Елисеева [20], которые, рассматривая условия формирования шаровых лав состава кварцевого порфира, образующих прослои в 1,5—2 м в кислых эффузивах верхнего карбона в Кураминском хребте, писали: «Верхнекарбоновые прослои шаровых лав образовались, скорее всего, в водных бассейнах. Об этом свидетельствуют четко слоистые горизонты туффитов и туфопесчаников, которые подстилают прослои шаровых лав.
Поток кислой лавы, насыщенной ксенолитами, попадая в водную среду, распадается на «шары», которые далее, перекатываясь движением потока воды, отлагаются на дне бассейна в более спокойных участках, где затвердевают окончательно.
«Шары», отложившиеся раньше, деформируются и сплющиваются от столкновения с последующими «шарами». ...Последующими выбросами пирокластического материала состава кварцевого порфира (в дальнейшем уплотненного и раскристаллизованного с образованием сферолитовой структуры) шары были сцементированы» [20, с. 262—263].
Не углубляясь далее в этот перечень, отметим прежде всего наиболее важные геолого-петрографические особенности литофиз и условий их залегания, которые необходимо учитывать при решении вопроса их генезиса.
1. Литофизы приурочены к кислым вулканитам риолит-дацитового состава, причем литофизы, заполненные халцедоном (агатом), связаны в основном с измененными, в том числе палеотипными породами — фельзитами, фельзофирами и т. п. **.
* Несостоятельность этих представлений рассмотрел Н. Я. Волянюк [21].
** На территории СССР такие породы наиболее широко распространены в районах Южного и Юго-Восточного Казахстана (Айнабулак, Малай Сары, Архарлы, Айтын-Эмель, Гюртас, Семей-Тау) и Северо-Востока СССР (бассейн р. Колымы, Чукотский полуостров), а также в Забайкалье (Мухор-Тала, Тарбальджей), Закавказье (Сарицох, Кечалдаг и др.), Приморье (Сергеевка) [20, 21, 46—49, 84].
.
2.
Литофизы, как и сферолоиды, обычно располагаются вдоль линий флюидальности породы, на что обращали внимание после Дж. Иддингса [193] многие исследователи, описывающие условия залегания литофиз и.
сферолоидов.
3.
Текстура литофиз тесно связана с текстурой вмещающих их пород — в породах с флюидальной текстурой и литоидной (фельзитовой) внешней оболочкой литофиз флюидальность, как правило, продолжается в литофизах, иногда без изменения направления, а иногда немного изгибаясь вокруг внутренней полости.
4.
Литофизы типичны для некоторых природных толщ вулканического стекла, в том числе образующих прослои в игнимбритах, но отсутствуют в продуктах девитрификации технического стекла, в том числе в сферолитах, среди которых нет сферолитов с полостями (Б. Варшал, устное сообщение).
5.
Состав сферолоидов (в том числе литофиз) близок к суммарному составу вмещающих пород, хотя и отличается иногда некоторыми деталями (увеличение содержания SiO
, отношения Na
0/K
0 и уменьшение содержания Н
0 + ), аналогичными различиям между техническим стеклом и его сферолитовыми девитрификатами [13].
Все это заставляет признать образование литофиз и сферолоидов вообще как продуктов своеобразной кристаллизации непосредственно во вмещающей их породе. В этой связи особого внимания заслуживают работы Ф. Райта [275], В. Брайана [157; 158; 159], Дж. X. Фета и Дж. В. Антони [175], К. С. Росс и Р. Л. Смита [94], В. В. Наседкина [78], Н. Я. Волянюка [21], В. П. Ковалева [53], В. П. Ковалева и Ю. В. Тикунова [54], тщательно изучивших строение сферолоидов и литофиз и связь их с вмещающими породами в Исландии; шт. Квинсленде (Австралия), шт. Орегоне (США), Закавказье, Забайкалье, Тувинской АССР, многих других районах.
Резюмируя свои наблюдения по этому вопросу, Ф. Райт [275] пишет, что газ, выделяющийся магмой при ее кристаллизации, был активным фактором в развитии литофиз в обсидианах Храфнтиннухриггур. Он вызывает рекристаллизацию и вносит основной вклад в увеличение размера каверн (пузырей) по мере развития процесса кристаллизации. Ф. Райт также считает, что в обсидианах Храфнтиннухриггур, вероятно, как и в большинстве других обсидианов, давление газа повышается при его выделении из магмы за счет кристаллизации, а также при уменьшении гидростатического давления в результате усадки центральных частей магмы при ее охлаждении, что является важнейшим фактором развития литофиз.
Образование литофиз, по Ф. Райту, происходило в высоковязком расплаве, поскольку при внедрении черного обсидиана в литофизы, наблюдавшегося в нескольких случаях, обсидиан из-за высокой вязкости приобретал в полости форму языка, сохраняя в поперечном сечении форму полости, через которую он внедряется, и. продольные бороздки, возникающие как отпечатки неровностей ее поверхности.
Рассматривая условия образования сферолоидов, В. Брайан пишет: «Сферолоиды не являются результатом выветривания и замещения истинных сферолитов, поскольку в подавляющем большинстве они совершенно свежие и не обнаруживают следов радиальной структуры. Тот факт, что те же плоскости течения являются общими для сферолоидов и примыкающей вмещающей породы, которые могут быть прослежены непрерывно как в сферолоидах, так и во вмещающей породе, указывает на то, что сферолоиды не могут быть заполнением пустот, ксенолитами внешнего происхождения (такими, как бомбы ближайших кратеров), автолитами, затвердевшими на более ранней стадии и захваченными потоками лавы. Сферолоиды не являются шариками ликвированного стекла в основной массе другого стекла. Они не представляют собой включений окружающего девитрифицированного стекла, поскольку имеется доказательство вязкости лавы, внедрившейся через трещины в полый сферолоид, свидетельствующее в пользу того, что сферолоид был твердым до того как вмещающая лава превратилась в стекло.
Остается только одна альтернативная возможность, что сферолоиды образовались как кристаллические агрегаты в том самом месте, где они находятся до того момента, когда произошла витрификация (застекловывание) вмещающей лавы» [159, с. 62].
Однако вывод В. Брайана относительно стекла недостаточно очевиден, поскольку «внедрение языков лавы» в литофизы, которые рассматриваются им как основа для подобного заключения, могут происходить и тогда, когда лава уже застекловалась, но еще была достаточно подвижной (например, при температуре несколько ниже температуры полного плавления) или прогрелась при термометаморфизме до соответствующей температуры.
К. Росс и Р. Смит [94] отмечают, что в том случае, когда в пепловых потоках в процессе сваривания сохранилось небольшое количество летучих, которые могут создать давление пара, происходит образование пустот с появлением типичных минералов литофиз. В некоторых районах настоящие литофизы развиваются в весьма значительных количествах, причем содержание их может быть настолько большим, что происходит полное или почти полное уничтожение признаков сваренных туфов, которые могут наблюдаться в полевых условиях.
Появление сферолитов и литофиз в игнимбритах К. Росс и Р. Смит связывают с процессами девитрификации — одной из наиболее характерных, по их мнению, особенностей туфов пеплового потока, отличающегося не только высоким содержанием Si0
, но и большим количеством летучих, подчеркивая, что они наиболее полно разрушают первичную туфовую текстуру породы. Отмечая, что литофизы в сваренных туфах менее обычны, чем в соответствующих экструзивных породах, К. Росс и Р. Смит подчеркивают, что весьма обильные литофизовые пустоты особенно заметны в одном из обширных месторождений сваренного туфа на юго-востоке Айдахо. Они считают, что эти пустоты образуются при выделении летучих в процессе раскристаллизации; предполагается, что это особый пепловый туф, который сохранял необычно высокое количество летучих, растворенных в стекле. К подобным же образованиям они относят и громовые яйца из Орегона.
Для понимания процессов формирования сферолоидов, в том числе не имеющих сферолитовой структуры, а представленных фельзитовой массой, большой интерес представляют работы В. П. Ковалева и.
Ю. В. Тикунова [54]. Эти авторы опираются на достаточно тщательные полевые и петрографические исследования и на определение содержания U и Th в исследованных образованиях. Критикуя представления о ликвационном или метасоматическом генезисе сферолоидов, они особо подчеркивали, что гипотеза ликвации «вступает в противоречие с целым рядом фактов: таких, как высокая вязкость кислых и ультракислых расплавов, близость химизма шаровых тел и расплавленной массы, наличие нескольких генераций сферических образований, отсутствие одновременно сосуществующих пар стеклофаз в кайнотипных вулканитах, отсутствие эмульгировавших лав на действующих вулканах, появление сферолитов в эксплозивных породах». Они же отмечают, что «высокая вязкость стекла ниже линии ликвидуса не позволит фазе, занимающей меньший объем, образовать достаточно крупные шаровые выделения» [54, с. 112 — 113]. Кроме того, ликвационной гипотезе противоречит образование сферолоидов в риолитовых игнимбритах.
Критикуя метасоматическую гипотезу генезиса сферолоидов, В. П. Ковалев и Ю. В. Тикунов [54] отмечают, что с этих позиций трудно объяснить резкую границу между веществом шаров и вмещающей массы, а главное — трудно вообразить такую циркуляцию раствора, которая обеспечивала бы сферическую форму выделений. Выполненное ими определение содержания U и Th в вулканогенных породах, включающих сферолоидные риолиты, и U в сферолоидах, цементирующей их массе, породе в целом и в других образованиях приводит авторов к выводу, что «сферолитсодержащие породы не накапливали добавочных количеств урана, подобно измененным вулканогенным породам, и не теряли его. Равное трем Th-U отношение и абсолютные содержания U и Th в них близки к таковым в других сходных по составу вулканитах быскарской серии, и потому эти образования никоим образом нельзя параллелизовать с гидротермально-эффузивными породами». И далее, отмеченные различия в содержании урана в шарах и цементе свидетельствуют о связи наблюдаемого перераспределения элементов с процессом образования шаровых обособлений, а соответствие суммарных содержаний урана и тория в сферолитовых породах содержаниям тех же элементов в обыкновенных породах района доказывает, что этот процесс изохимичен и, по-видимому, не только в отношении одного урана» [54, с. 114-115].
Из фактических наблюдений, которые существенны при решении вопроса об условиях образования сферолоидов, В. П. Ковалев и Ю. П. Тикунов особо выделяют: 1) наложение сферолоидов на первичную флюидальность породы, 2) обычность реликтов перлитовой отдельности в массе, вмещающей сферолоиды, 3) ограниченное распространение сферолоидов, тяготеющих к маломощным интрузиям, жерлам вулканов, экструзивным куполам.
Отсюда авторы делают вывод, что сферолоиды развиваются в гидратированных стеклах или стекловатых породах при их вторичном разогреве [54].
Упрощенно преобразование гидратированного стекла при прогреве они описывают реакцией: гидратированное стекло —> «сухое стекло» + + Н
О. Эта реакция тормозится в замкнутом объеме и должна приводить к возникновению выделений сухого стекла в гидратированном, причем сухое стекло, образующее в данной системе самостоятельную фазу, будет принимать каплевидную (шарообразную) форму, что и вызывает появление фазовых границ раздела между двумя стеклами.
Поскольку реакция образования сухого стекла экзотермична, то его свободная энергия будет выше, чем у гидратированного. Это, в свою очередь, будет способствовать его раскристаллизации в сферолит, что и наблюдается во многих (но далеко не во всех!) сферолоидах. Образование паровой (газовой) фазы при этом процессе приводит к появлению полостей в сферолоидах и к разрывным явлениям в них, т. е. к образованию из сферолоида литофизы.
Таким образом, подводя итоги сказанному, следует заключить, что сферолоиды и литофизы возникают как своеобразные продукты кристаллизации при девитрификации риолитов, имеющих в это время состояние очень вязкой жидкости (стекла ниже температуры плавления). К этому выводу приходят как исследователи, посвятившие изучению сферолоидных риолитов многие годы [21, 53, 54, 94, 111, 142, 173], так и авторы, исследовавшие геолого-петрографические особенности кислых вулканитов [78] и занимавшиеся сопоставлением этих явлений с явлениями девитрификации технического стекла [13].
В качестве благоприятного фактора развития девитрификации с образованием сферолоидов и литофиз необходимо выделить длительное прогревание риолитовых отложений с сохранением в их толще летучих компонентов. Это может достигаться различными путями. Наиболее очевидно: 1) перекрытие обводненного вулканического стекла (перлита, пехштейна), залегающего в нижней части разреза игнимбритов, мощными толщами горячих отложений того же или последующего игнимбритового потока; 2) перекрытие обводненных риолитовых пород мощными толщами вулканитов базальт-андезитового состава, как например, в Бинна-Бурра; 3) термометаморфизм гидратированных риолитовых пород под влиянием более поздних интрузивных тел в условиях литостатической нагрузки [53, 54, 111].
При этом особо надо отметить частую выдержанность среднего размера литофиз в некоторых породах (фото 105, 106), которую проще всего объяснить величиной литостатического давления, определяющей возможности расширения (разрастания) газового пузыря в центре литофиз до его взрыва.