Menu

Структура фундамента вулканов

В вулканических сооружениях различается суперструктура — строение аккумулятивной поверхностной постройки и субструктура, охватывающая фундамент вулкана до его очага.

В зависимости от глубины и структуры вулканического очага к субструктуре вулкана относится фундамент большей или меньшей мощности.

Субвулканические интрузии, вероятно, обусловлены активным вторжением магмы, поднимающейся вверх и освобождающей себе пространство путем обрушения кровли и раздвигания пластов горных пород. При этом образуются многочисленные согласные и несогласные по отношению к слоям кровли апофизы, силлы, купола, дайки. Во многих случаях субвулканические тела не связаны с аккумулятивными вулканическими постройками, а внедрились в толщи осадочных отложений, не прорвавшись на поверхность Земли.

В недалеком прошлом предполагалось, что магма батолитов проплавляет кровлю и, ассимилируя ее, частично достигает поверхности, изливаясь в виде вулканических извержений. В последние годы многие исследователи не признают связи батолитов с вулканической деятельностью. Несмотря на незначительную мощность кровли батолитов, иногда всего несколько сотен метров, гранитная магма, приближаясь к поверхности Земли, вследствие потери летучих становится вязкой и теряет подвижность, необходимую для вулканического прорыва.

Однако с обрушениями кровли гранитных батолитов принято связывать мощные извержения туфов больших объемов, образующих в некоторых случаях игнимбритовые плато и покровы. Образование обширных игнимбритовых и риолитовых плато (Новая Зеландия — 26000 км2, Йеллоустонский парк — 7500 км2) рассматривается как результат проплавления кровли колоссальными батолитами — огромными бездонными резервуарами кислой граё1нитоидной магмы (Вольф, 1914).

СУБВУЛКАНЫ (вулканы-плутоны) — мелкие интрузивные тела, залегающие на небольшой глубине и в момент образования имевшие сообщения с земной поверхностью. Субвулканы противопоставляются собственно плутонам, т. е. интрузиям, не имевшим сообщения с земной поверхностью и отличающимся очень большими размерами. Можно предполагать также в фундаменте вулкана наличие кольцевых и конических структур, иногда проявляющихся в самом вулкане.

Эти структуры относятся к фундаменту вулкана в том случае, если с ними связано образование структуры вулкана. Наиболее важная часть структуры вулкана, всегда проявляющаяся в суперструктуре и в субструктуре, — это жерловая структура, при разрушении вулкана обычно оставляющая лавовую пробку — некк, выступающий над местностью в виде столбообразной скалы или холма, сложенного жерловыми фациями вулканитов.

Некк (жерловина, шея) имеет округлую, овальную или лин-зовидную форму от нескольких метров до 1—2 км в поперечнике и прорывает породы фундамента, залегающие часто почти горизонтально. Некки обычно сложены лавовой пробкой, но иногда туфом жерловой фации вулкана. Вследствие многократных извержений вулкана, некки порой обладает сложной структурой. В при-жерловой зоне отмечается кольцевое или дуговое группирование лав и туфов вокруг центрального некка, а также связанное с проседанием жерла центральное залегание спекшихся слоев пирокла-стических пород, отличающихся грубообломочным и бомбовым сложением. Встречаются также кольцевые, полукольцевые и радиальные дайки. Прижерловые фации представляют интерес как вместилище рудных месторождений и поэтому во многих районах подробно изучены.

Шток является разновидностью приповерхностной интрузии столбообразной формы, но всегда не связанной с жерловой структурой. В областях площадных массовых базальтовых излияний наиболее характерны для субструктуры дайки и дай-ковые серии.

Дайка (стена) в разрезе иногда выглядит в виде вертикального столба в основании горизонтальных лавовых покровов, а также часто образует узкие вертикальные стены над более разрушенными вмещающими породами. Мощность даек достигает сотен метров, а протяженность измеряется километрами.

Дайки, заполняющие подводящие каналы, по которым происходили излияния, свидетельствуют о режиме давления в вулканическом очаге и вызываемых в его кровле тектонических движений. Простирание даек и их серий указывает на направление, перпендикулярное региональному растяжению, вызывающему открытие трещин. Кольцевые и конические дайковые серии обусловлены вертикально направленным движением, соответственно вызванным понижением или повышением давления в вулканическом очаге.

Судя по характеру современных базальтовых излияний, трещины, заполненные дайками, лишь частично служили жерлами излияний, а главным образом являлись резервуарами, заполняемыми лавой. Дайковые серии (иногда эшелонированные ряды) имеют региональное значение и часто бывают связаны с крупными флексурами земной коры. Рои даек — системы параллельных даек, прослеживающихся на значительные расстояния.

Различаются пластовые дайки, связанные с субвулканическими интрузиями, радиальные и кольцевые системы даек, сопряженные соответственно с центральными вулканами и вулкано-тектониче-скими поднятиями. Радиальные дайки заполняют радиальные трещины, возникающие в вулканах, субвулканических телах и центральных интрузиях вследствие интенсивного давления магмы снизу вверх.

Дайки, подобно неккам, бывают сложены лавами, интрузивными породами и пирокластическим материалом (туфовые дайки со столбчатой отдельностью), связанным с эруптивной деятельностью. Иногда пирокластический материал засыпал трещины сверху.

Субструктура платформенных плато-базальтов помимо даек и дайковых серий состоит из больших интрузивных залежей -силлов, лакколитов, сфенолитов, лополитов. Эти крупные субинтрузии связаны с массовыми излияниями базальтов. Большинство из них образовано внедрениями магмы, согласными с вмещающими породами и обусловленными боковым гидростатическим давлением.

Си л л (пластовая интрузия)—чечевицеобразная или линзообразная интрузивная залежь порфиритов, диабазов или долеритов; силлы иногда занимают в осадочных толщах несколько этажей, часто встречаются и среди покровов вулканических пород на платформах.

Сфенолиты являются разновидностью силлов. Это клинообразные гипабиссальные интрузии, образующие тела, частично залегающие согласно, частично несогласно в осадочных породах. К ним относятся некоторые кварц-порфировые интрузии Минера-ловодского района Северного Кавказа.

Лакколиты (грибообразные силлы)—интрузивная залежь караваеобразной формы (куполообразная вершина над плоским основанием), несколько километров диаметром, приподнимает при внедрении кровлю осадочных пород. Эруптивный лакколит образуется при прорыве магмы на поверхность в связи с глыбовым раздроблением кровли лакколита. При этом возможно образование вулкано-тектонических горстов и грабенов.

Лополиты — интрузивные тела очень больших размеров, имеющие форму плоской чаши. Часто сложены многослойными толщами габброидных пород, образованными при дифференциации основной магмы.

КОЛЬЦЕВЫЕ СТРУКТУРЫ в отличие от круговых структур (кратеров, маар) представляют собой кольцевые трещины, заполненные магмой. Эти структуры возникают под влиянием пульсирующего изменения магматического давления на кровлю магматического очага и состоят из интрузивных и вулканических пород с широкой гаммой переходных типов гипабиссальных и субвулканических пород. Различаются кольцевые и конические слои изверженных пород, вторгшихся в раскрывшиеся трещины различного наклона и формы.

Исходя из гипотезы образования кальдер обрушения при опорожнении вулканического очага, можно допустить возникновение в его кровле кольцевых трещин, которые при неоднократном изменении режима вулканизма в конце концов окажутся заполненными кольцевыми дайками. Геологические данные говорят в пользу такого предположения, так как в области развития кольцевых структур, обычно связанных с кальдерообразованием, широко распространены пепловые туфы и игнимбриты, являющиеся вмещающими толщами для кольцевых даек (кольцевые структуры Джунгаро-Балхашской геосинклинали Центрального Казахстана).

Образование кольцевых структур связывается также с кальдерообразованием типа Гленко, где блоки цилиндрической формы при обрушении кровли магматического резервуара опустились в него и кольцевые трещины оказались заполненными дайками. Поверхностные структуры, образовавшиеся при этом, рассмотрены на примере котловины Аскья, окруженной краевыми вулканами, изливающими лавы в котловину опускания (Тиррель, 1931). На острове Скай они относятся к магматическому комплексу палеоген-неогенового возраста, залегающему среди юрских отложений. Базальтовые лавы изливались перед формированием кольцевых даек, связанных с образованием субповерхностных трещин, заполненных гранитами с фенокристаллами полевого шпата. Гранитный состав даек обусловлен избирательным плавлением гнейсов кристаллического основания.

Отмечается разрыв между временем базальтовых излияний и образованием даек, а их состав, чуждый базальтам, заставляет считать, что процессы образования кольцевых интрузий многообразны. При этом заслуживает внимания гипотеза образования кольцевых разломов под влиянием механического воздействия на жесткую кору куполовидных магматических резервуаров, образующих гранито-гнейсовые купола Центрального Казахстана (Авдеев, 1968).

Стадии прорыва куполов на земную поверхность фиксируются извержением пеплов больших объемов, образующих игнимбриты. Относительное в'оздымание куполов достигает многих сотен метров. В центре кольцевых структур находятся лейкократовые граниты, а внешние кольца сложены дайками гранитоидных пород интрузивного и субвулканического облика. Кольцевые структуры развивались постадийно и также с наложением одних структур на другие.

Кольцевая структура Серпент-Маунд (США) рисуется тоже как следствие вертикально восходящего давления, связанного с ги-пабиссальной или субвулканической деятельностью. Кольцевые структуры Австралии в докембрийском вулканическом комплексе имеют диаметр до 160 км и сопоставляются с лунными.

КОНИЧЕСКИЕ СЛОИ имеют не менее сложное строение — это серия концентрических даек, падающих под углом 30—40° в виде конусов, вложенных друг в друга, вершины которых направлены в глубь Земли (рис. 12). Предполагается, что их происхождение также связано с периферическими очагами в период изменения магматического давления, когда оно направлено вверх и магматическая колонка проплавляет свой путь к поверхности земли (Anderson, 1936).

Е. Андерсон разработал теоретическую схему формирования этих структур уже более 30 лет назад, но она в основных чертах до настоящего времени сохранила свое значение. Согласно этой схеме, конические и неполноконические разломы с коническими интрузиями возникают в случаях повышенного давления магмы, вызывающего отрыв в кровле. Трещины перпендикулярны направлениям наибольшего натяжения, и движения висячего бока происходили вверх, вдоль конических трещин.

Возникновение кольцевых, конических и радиальных систем интрузий и даек связано с неглубоким положением вулканического очага; эти процессы непосредственно влияют на формирование субвулканической и вулканической структуры. Они сопряжены главным образом с формированием вулкано-тектонических поднятий куполовидной формы. При кальдерообразовании кольцевые

ний с коническими залежами и кольцевыми дайками (//) (по Е. Ш. Хиллсу)

Подобные напряжения должны возникать при давлении, указанной стрелкой. Тонкие сплошные (а) и пунктирные (&) линии представляют собой траектории главных напряжений; а — максимальное (сжимающее) напряжение и напряжение трещин растяжения, которые выполняются коническими залежами. Аналогичное напряжение вызывает, как показано, куполообразная магматическая камера (по Андерсону). Жирные линии — траектории скалывающего напряжения, которые могут при уменьшении давления вверх (оседание в магматическую камеру) соответствовать кольцевым дайкам (с). Сколовые трещины типа d, имеющие небольшое или даже обратное (е) падение, как полагают, подобны дайкам о. Чилва

структуры могут быть связаны со строением фундамента страто-вулканов андезито-базальтового типа.

Согласно Е. Ш. Хиллсу «фокус» на глубине конической залежи располагается там, где сходятся вершины конических разломов. Угол их падения от 30° на периферии до 70° в центре на глубине 4—5 км. Центральные части конических залежей приурочены к поднятиям земной коры до 1000—1300 м, а инъекция связана с поднятием кольцевой зоны вокруг низкого центрального плато.

СКРЫТОВУЛКАНИЧЕСКИЕ ДЕПРЕССИИ —это древние по происхождению кольцевые структуры, требующие доказательства наличия или отсутствия современного их образованию вулканизма.

Региональное положение молодых криптовулканических депрессий— в вулканическом поясе или вне его — позволяет определить их эндогенное или метеоритное происхождение. К крипто-вулканическим структурам относятся Нордлингер Рис в ФРГ и близ расположенный Штейнхейм.

Нордлингер Рис — огромная депрессия шириной 25 км, заполненная брекчией из гранита и мезозойских осадочных пород и покрытая верхнемиоценовыми озерными осадками. Кольцевая зона сложена глыбами и блоками тех же пород. В известняках окружающего депрессию плато многочисленны блоковые перемещения. Уклон депрессии определяется падением слоев пород под углом 2—3°. Кольцевые дайки заполнены зювитом (стекловидная горная порода). Центральное поднятие отсутствует, а данных о глубинном строении структуры мало.

Находки коусита (модификация кварца, образовавшаяся при давлении 20 тыс. бар) близ вала депрессии свидетельствуют в пользу метеоритного ее происхождения и в таком случае кольцевые разломы и зювит образованы в результате метеоритного взрыва.

Штеинхейм — структура, получившая впервые название криптовулканической (Branca, Fraas, 1905), представляет собой впадину 2,5 км шириной и 80 м глубиной. Она ограничена уступом без вала. В центре впадины возвышается холм высотой 40 м, сло-жженный сильно раздробленными юрскими известняками. Эти же известняки залегают горизонтально вокруг впадины. Вулканические породы отсутствуют. По периферии депрессии развита система кольцевых и радиальных сбросов. На склоне холма и у края депрессии есть горячие источники. Образование структуры относится к миоцену, и многие данные свидетельствуют в пользу ее метеоритного происхождения.

Известны еще и другие структуры спорного происхождения, но большинство из них образовались при падении метеоритов, что доказано находками метеоритов и коусита.

Возможность возбуждения вулканического извержения метеоритным ударом основана на том допущении, что в глубине Земли могут быть условия, при которых температура пород достигает промежуточной величины между температурой плавления породы на этой глубине и на поверхности. В таком случае снижение давления при помощи метеоритного взрыва, который удалит нагрузку горных пород, может вызвать плавление даже без добавочного повышения температуры. В условиях нормального геотермического градиента, по расчетам Л. Б. Ронка (1968), для этого необходимо удалить столб пород 25 км мощности, что возможно при образовании кратера диаметром 300—500 км (учитывая роль снижения давления в зоне брекчирования). Такие крупные структуры метеоритного происхождения не известны на Земле.

Предположение о возможности вызвать вулканическую деятельность метеоритным ударом высказано в поисках пути для объяснения сложного строения некоторых депрессий неопределенного происхождения. Это предположение теоретически допустимо в случае, если метеорит ударил бы в «дремлющий» вулкан, вероятность чего весьма мала.

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:4223 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:7422 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:4412 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Гидроизоляционные и антикоррозионные мат…

  Гидроизоляционные материалы по виду и назначению подразделяются: на гидрофобные, стабилизирующие и уплотняющие добавки; покровные и склеивающие составы; листовые и рулонные материалы; набивочные и прокладочные материалы. ДЭЗы (ЖЭО) при приемке техдокументации...

11-05-2010 Просмотров:6279 Эксплуатация жилых зданий

Области перехода континент–океан

Переходные между континентами и океанами области называются континентальными окраинами и занимают около 20% площади окраин океанов. Они характеризуются накоплением в них основной массы осадков и вулканитов, которые затем подвергаются интенсивным...

14-10-2010 Просмотров:12459 Геологическое картирование, структурная геология

Блокувальні системи на водній основі

Блокувальні системи на водній основі Під час створення блокувальних систем на водній основі основним є надання їм тривкості й антифільтраційних властивостей. У більшості це досягається структуруванням мінералізованих водних розчинів колоїдними (аеросил...

19-09-2011 Просмотров:3800 Підземний ремонт свердловин