Всесторонний анализ особенностей типов пирокластических образований позволил автору найти те их характеристики, с помощью которых диагностика генетических типов пирокластических отложений облегчается и становится более достоверной.
Важнейшими вопросами изучения пирокластических отложений являются: "Как же на практике, непосредственно в полевых условиях, различать типы пирокластических отложений? С помощью каких характеристик уточнять проведенную диагностику? Каковы главные критерии, по которым определение генетических типов пирокластических отложений андезитовых вулканов будет наиболее достоверным?"
В таблице 1 показаны основные характеристики генетических типов пирокластических образований андезитовых вулканов Камчатки.
Предположим, что мы остановились перед незнакомым разрезом пирокластических отложений в 5-7 км от центра извержения. На таких расстояниях от кратера вулкана проявляются почти все генетические типы пирокластики катастрофических и некатастрофических его извержений, а влияние экзогенных факторов невелико.
В разрезе сразу обращают на себя внимание крупные "слои" мощностью до 3-5 м, в которых хаотически распределены обломки разного размера. Снизу и сверху этого крупного "слоя" лежат слои песчаного и алевропелитового материала, количество обломков пород в которых незначительно.
Визуально выделенный "крупный слой", по всей вероятности, будет отложениями пирокластического потока. Качественные характеристики потоков (большие мощности, высокое содержание хаотически распределенных крупных обломков и глыб, размеры которых не превышают первых метров, плохая сортированность материала и т.д.) сходны лишь с агломератом направленного взрыва (см. табл.1). Но если отложения пирокластических потоков имеют светлые, в целом равномерные окраски обломков и заполнителя, то образования агломерата - пестрые. Обломки в агломерате представляют собой породы разрушенных взрывом куполов или постройки вулкана, долгие годы (периоды покоя между активизациями вулканов могут превышать тысячу лет) подвергавшиеся постмагматическому преобразованию. Размер обломков достигает 10 и более метров, а их содержание в отложениях - до 80 %.
Отложения пирокластических потоков всегда окаймляются образованиями пирокластических волн, отложениями пепловых облаков пирокластических потоков, но нередко также и отложениями тефры. При катастрофических извержениях вулканов с пирокластическими потоками часто соседствуют образования песка направленного взрыва.
Песчаные отложения с небольшим содержанием обломков размером до 10 см, лежащие ниже и выше пирокластического потока, будут, вероятно, соответствовать отложениям пирокластических волн или песка направленного взрыва.
Отложения приземной пирокластической волны отличаются от других вышеназванных типов отложений небольшой мощностью (часто раз в 10 меньшей, чем мощность вышележащего пирокластического потока), хорошей отсортированностью материала, неясновыраженной слоистостью. Мощности отложений волны пеплового облака и песка взрыва сопоставимы, для них характерна слоистость, сортированность материала в каждом из слоев (см. табл.1).
Характерным отличительным признаком отложений приземной волны, залегающих в основании потока, является их постепенный переход в отложения потока. В случае залегания под потоком материала волн пепловых облаков, которые были отдифференцированы от первых порций потока, имевших меньшую, чем 5-7 км протяженность, граница между этими отложениями будет четко зафиксирована тонким слоем пепла облаков потоков, отложившимся на кровле слоя волны пеплового облака. Напомним, что мы рассматриваем разрез пирокластических отложений в 5-7 км от кратера вулкана
Наиболее тонкозернистыми, однородными, хорошо отсортированными будут отложения пепловых облаков пирокластических потоков (ash cloud of flows). Они перекрывают поток и его окрестности слоем равной мощности, а на расстоянии 1-5 км от боковых частей потока постепенно выклиниваются. По направлению ветра их отложения могут распространяться на десятки километров.
Отложения тефры охватывают большую площадь, чем пеплов облаков потоков, так как эруптивные облака, из которых происходит сепарация частиц тефры, поднимаются выше, чем пепловые облака потоков, и распространение их целиком подвластно ветру.
Мощность отложений тефры у кратера вулкана небольшая (она как бы перебрасывается эксплозиями на некоторое от него удаление), что отмечено в работах [11,18 и др.], на некотором расстоянии от вулкана - максимальная, затем на протяжении сотен километров постепенно уменьшается и выклинивается. В каждой из точек изучения отложения тефры имеют различный гранулометрический состав [19,20], но везде стратифицированы, что обусловлено эоловой гравитационной дифференциацией. Отложения пепловых облаков пирокластических потоков одного извержения везде (в ближней и дальней зонах вулкана) однородны и одинаковы по гранулометрическому составу, так как процесс отложения пеплов - одноактный, завершающий кульминационную фазу извержения вулкана.
Итак, в полевых условиях благодаря стратиграфическим и структурно-текстурным особенностям отложений можно четко различать образования агломерата направленного взрыва и пирокластических потоков, но отложения пепловых облаков потоков можно перепутать с отложениями тефры, а отложения разновидностей пирокластических волн - между собой и с песком направленного взрыва.
|
| Рис.5 |
Для достоверной диагностики генетических типов пирокластики необходимо воспользоваться лабораторными методами изучения отложений, и, в первую очередь, рассмотреть гранулометрический состав этих образований и их заполнителей. Известно, что гранулометрический состав является наиболее информативной количественной характеристикой пирокластики, а в некоторых случаях - единственной, с помощью которой можно различать генетические типы пирокластических отложений. Содержание обломков, а также их максимальный размер в породах каждого из генетических типов пирокластики своеобразно и поэтому позволяет, например, различать разновидности типов пирокластических потоков (пеплово-глыбовых и "ювенильных") и пирокластических волн (приземных и волн пепловых облаков) (см. табл.1). Каждый из генетических типов пирокластики обладает определенным распределением фракций, и, следовательно, определенной формой и местоположением на графике кумулятивных кривых гранулометрического состава, а также и гранулометрическими статистическими коэффициентами (медианой, средним размером частиц и т.д.), отличающими один тип от других. Своего рода эталонным в этом отношении может служить рис.5, на котором показаны обобщенные кумулятивные кривые гранулометрического состава заполнителей пирокластики вулкана Безымянный извержений 1984-1989 гг. и 1956 г.
Заполнители потоков наиболее крупнозернисты, поэтому их кривые занимают нижнее положение на графике (см. рис.5); на диаграммах, отражающих распределение разных фракций заполнителя, видно, что частицы крупных размеров преобладают (см. рис.4). Кумулятивные кривые гранулометрического состава заполнителей агломерата направленного взрыва резко отличаются от других типов пирокластики. У заполнителей каждого из типов отложений преобладают или одна, или две фракции, а у заполнителей агломерата превалируют сразу четыре фракции примерно одинакового содержания (см. табл.1). Заполнители отложений приземных пирокластических волн имеют одну, превосходящую другие, фракцию (такую же, как и заполнители потоков), но содержание этой фракции названных отложений достигает 40-45 %, а заполнителей потоков -меньше 25 % (см. рис.4). Для отложений волн пепловых облаков (ash cloud surge) характерны две превалирующие фракции: такая же, как и у потоков и наименьшая (частицы размером менее 0.056 мм), содержание которой может достигать 35 %. Преобладающая фракция отложений пепловых облаков потоков - наименьшая (до 55-60 %), доля каждой из других не превышает 15 %, обломков нет. У заполнителей песка направленного взрыва превосходящей является одна, но крупнозернистая фракция (до 35 %) (см. рис.4). Средние медианные диаметры и средний размер частиц заполнителей пирокластических потоков и агломерата направленного взрыва одинаковы, хотя у потоков большие вариации этих значений (см. табл.1). Коэффициенты сортировки заполнителей отложений показывают худшую отсортированность материала агломерата направленного взрыва. Гранулометрические характеристики заполнителей отложений пирокластических волн большие по величине, чем заполнителей потоков, и меньшие, чем показатели тефры дальнего разноса и отложений пепловых облаков потоков. Характеристики песков направленного взрыва - самые высокие среди пирокластики андезитовых вулканов (см. табл.1), что является хорошим отличительным признаком этих отложений от других. Учитывая вышесказанное, можно утверждать, что гранулометрический состав заполнителей пирокластических отложений (распределение фракций, наклон и местоположение кумулятивных кривых состава на графике, величины гранулометрических характеристик) может являться достоверным критерием определения типов пирокластики.
Изучение микростроения образцов ненарушенного сложения пирокластических отложений показало, что образования тефры и волн пепловых облаков агрегированы, а приземных - нет [12]. Кроме этого, выяснилось, что агрегаты тефры более крупные по размерам, чем агрегаты волн пепловых облаков. Это еще одно доказательство факта, что отложения тефры и волн пепловых облаков действительно формируются из "пирокластических облаков". Тефра сепарируется из эруптивных туч, а отложения пирокластических волн пепловых облаков - из "волны пеплового облака" - промежуточного "слоя" между пирокластическим потоком и пепловыми облаками пирокластического потока, которые образуются в результате конвективной гравитационной дифференциации пирокластической массы при низвержении ее на склон вулкана в кульминационные фазы извержения. Таким образом, изучение микростроения образцов пирокластических отложений может существенно уточнять диагностику их генетических типов.
Уточняющим критерием определения генетических типов пирокластики может служить также вещественный состав (химический и минеральный) заполнителей отложений. Например, если содержание ювенильного вещества в заполнителе потоков может достигать 60-80 %, то в заполнителе агломерата взрыва оно очень мало - от первых до 10-15 % (см. табл.1). Наибольшим содержанием оксида кремния обладают породы тефры дальнего разноса, несколько меньшим - пеплы облаков потоков, состав других типов отложений (за исключением агломерата взрыва), в разной мере похож на состав обломков пород извержения вулкана [12]. Таким образом, с помощью изучения вещественного состава пород можно уточнять диагностику некоторых генетических типов пирокластических отложений вулканов.
Содержание "тяжелых" и "легких" минералов (по плотности твердой фазы) в заполнителях типов пирокластики различно. Это находит отражение в том, что плотности твердой фазы заполнителей типов отложений одного масштаба извержений вулкана хорошо различаются, хотя в среднем, за исключением пеплов облаков потоков, они похожи (см. табл.1).
Плотность естественного сложения недавно сформировавшейся пирокластики (в зависимости от масштаба извержения вулкана это время измеряется от нескольких дней до нескольких месяцев) различна для каждого из ее типов. Наименьшей плотностью сложения обладают отложения пепловых облаков пирокластических потоков (0,87-1,20 г/см3), наибольшей - образования песка направленного взрыва (1,50-1,77 г/см3) (см. табл.1).
Пористость отложений зависит, в основном, от их гранулометрического состава и плотности сложения в естественном залегании. Наибольшими показателями обладают отложения пепловых облаков потоков, наименьшими - породы пеплово-глыбовых пирокластических потоков.
Таким образом, комплексные - качественные и количественные - методы исследования пирокластических отложений андезитовых вулканов позволяют с достаточной степенью достоверности проводить диагностику их генетических типов.
Основными критериями определения генетических типов пирокластики являются: стратиграфический (залегание, протяженность, мощность отложений, границы с ниже- и вышележащими), структурно-текстурный (слоистость, количество и распределение обломков в заполнителе отложений).
Подтвердить и уточнить диагностику генетических типов пирокластики помогут критерии: гранулометрический состав заполнителей отложений (распределение фракций, наклон и местоположение кумулятивных кривых состава на графике, численные значения гранулометрических статистических коэффициентов), химический и минеральный составы пород (содержание кремнезема и других элементов, ювенильного вещества), физические свойства отложений (плотность твердой фазы, плотность естественного сложения, пористость).
Список литературы
Арамаки С. Пирокластические потоки и кальдеры Японии // Вулканизм островных дуг. М.: Наука. 1977. С. 164-172.
Асатуров М.Л., Будыко М.И., Винников К.Я. и др. Вулканы, стратосферный аэрозоль и климат Земли // Ленинград: Гидрометеоиздат, 1986. 256 с.
Башарина Л.А. Водные вытяжки пепла и газы пепловой тучи вулкана Безымянного // Бюлл. вулканол.ст. 1958. N 27. C. 38-42.
Богоявленская Г.Е., Брайцева О.А. О генетической классификации пирокластических отложений и типах отложений извержения вулкана Безымянный 1955-1956 гг. // Вулканология и сейсмология. 1988. N 3. С. 39-55.
Брайцева О.А., Кирьянов В.Ю. О прошлой активности вулкана Безымянный по данным тефрохронологических исследований // Вулканология и сейсмология. 1982. N 6. С. 44-55.
Брайцева О.А., Мелекесцев И.В., Богоявленская Г.Е. и др. Вулкан Безымянный: история формирования и динамика активности // Вулканология и сейсмология. 1990. N 2. С. 3-22.
Брайцева О.А., Мелекесцев И.В., Пономарева В.В. Возрастное расчленение голоценовых образований Толбачинского дола // Геологические и геофизические данные о Большом трещинном Толбачинском извержении 1975-1976 гг. М.: Наука, 1978. С. 64-72.
Брайцева О.А., Мелекесцев И.В., Флеров Г.Б. и др. Голоценовый вулканизм Толбачинской региональной зоны шлаковых конусов // Большое трещинное Толбачинское извержение. Камчатка. 1975-76 гг. М.: Наука, 1984. С. 177-209.
Будыко М.И., Голицын Г.С., Израэль Ю.А. Глобальные климатические катастрофы. М.: Гидрометеоиздат, 1986. 160 с.
Гирина О.А. Пирокластические образования вулкана Безымянный извержений 1984-1989 гг. // Вулканология и сейсмология. 1993. N 4. C. 88-97.
Гирина О.А. Пирокластические отложения извержения вулкана Безымянный в октябре 1984 г. // Вулканология и сейсмология. 1990. N 3. С. 82-91.
Гирина О.А. Пирокластические отложения современных извержений андезитовых вулканов Камчатки и их инженерно-геологические особенности // Владивосток: Дальнаука, 1998. 174 с.
Горшков Г.С. Извержение сопки Безымянной // Бюлл. вулканол. ст. 1957. N 26. С. 19-72.
Горшков Г.С., Богоявленская Г.Е. Вулкан Безымянный и особенности его последнего извержения 1955-1963 гг. М.: Наука, 1965. 172 с.
Горшков Г.С. К вопросу о классификации некоторых типов взрывных извержений // Проблемы вулканизма. Ереван: Изд-во АН АрССР, 1959. С. 55-60.
Горшков Г.С. Направленные вулканические взрывы // Геология и геофизика. 1963. N 12. С. 140-143.
Гущенко И.И. Реконструкция пирокластических ареальных отложений (тефры) // Вулканология и сейсмология. 1986. N 4. С. 17-33.
Дубик Ю.М., Меняйлов И.А. Новый этап эруптивной деятельности вулкана Безымянный // Вулканы и извержения. М.: Наука, 1969. С. 38-77.
Кирьянов В.Ю. Гравитационная эоловая дифференциация пеплов вулкана Шивелуч (Камчатка) // Вулканология и сейсмология. 1983. N 6. С.30-39.
Кирьянов В.Ю., Рожков Г.Ф. Гранулометрический состав тефры крупнейших эксплозивных извержений вулканов Камчатки в голоцене // Вулканология и сейсмология. 1989. N 3. С. 16-29.
Макдональд Г. Вулканы. М.: Мир, 1975. 432 с.
Мелекесцев И.В. Вулканизм и рельефообразование. М.: Наука, 1980. 212 с.
Banks N.G. and Hoblitt R.P. Summarie of 1980 deposits // The 1980 eruptions of Mount St. Helens. Washington. U.S. Geol. Survey Prof. Paper. 1981. P. 295-313.
Fenner C.N. The origin and mode of emplacement of the great tuff deposit in the Valley of Ten Thousand Smokes // Nation. Geogr. Soc., Contrib.Tech.Papers, Katmai Ser. 1923. N 1. P. 1-74.
Ficher R.V. Models for pyroclastic surges and pyroclastic flows // J.Volcanol. Geotherm. Res. 1979. V 6. P. 305-31
Fisher R.V. and Heiken G. Mt.Pelee, Martinique. May 8 and 20, 1902 pyroclastic flows and surges // J. Volcanol. Geotherm. Res. 1982. 13. P. 339-371.
Fisher R.V. and Schminke H.U. Pyroclastic rocks // Springer -Verlag. Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo. 1984. 472 p.
Lacroix A. La Montagne Pelee et ses eruptions // Masson et Cie, Paris. 1904. P. 1-662.
Miller T.P. and Smith R.L. Spectacular mobility of ash Hows aboung Aniakchak and Fisher calderas, Alaska // Geologi. 1977. V. 5. P. 173-176.
Perret F.A. The eruption of Mt. Pelee 1929-1930 // Carnegie Inst. Washington Publ. 1937. V. 458. P. 126.
Sigurdsson M., Carey S.N., Fisher R.V. The 1982 eruptions of El Chichon volcano, Mexico. Physical Properties of Pyroclastic Surges // Bull.Volcanol. 1987. V.49. P. 467-488.
Sigurdsson H., Houghton B.F., McNutt S.R., Rymer H. and Stix J. Encyclopedia of Volcanoes // Academic press. San Diego, San Francisko, New York, Boston, London, Sydney, Toronto. 2000.
Sparks R.S.I., Walker G.P.L. The ground surge deposit - a third type of pyroclastic rock // Nature. Physical Science. 1973. V. 241. P. 62-64.
Sparks R.S.J. Gas release rates from pyroclastic flows: An assessment of the role of fluidization in their emplacement // Bull. Volcanol. 1979. V. 41. P. 1-9.
Sparks R.S.J. Grain size variation in ignimbrites and implications for the transport of pyroclastic flows // Sedimentology. 1976. V. 23. P. 147-188.
Sparks R.S.L., Wilson L. A model for the formation of ignimbrite by gravitational column collapse // J.Geol. Soc.London. 1976. V. 132. P. 441-451.
Thorarinsson S. Laxargliufur and Laxarhraun, a tephrochronological study // Mus.Nat.Hist. Reykjavik. 1951. P. 2-88.
Wilson L. Explosive volcanic eruptions. 111 Plinian eruption columns // Geophys. J. R. Soc. 1976. V.45. P. 543-556.
Wilson C.J.N., Walker G.P.L. Ignimbrite depositional facies: the anatomy of a pyroclastic flow // J.Gtol.Soc. London, 1982. V. 139. P. 581-592.
Wright J.V., Smith A.L., Self S. A working terminology of pyroclastic deposits // J.Volcanol. Geotherm. Res. 1980. V. 8. P. 315-336.
Wright J.V., Smith A.L., Self S.A. A terminology for pyroclastic deposits // Tephra studies Reidel Publ.Co., Dordrecht. Holland, 1981. P. 457-463.