Файл: Борисов, О. Г. Экструзии и связанные с ними газо-гидротермальные процессы.pdf

з твердое — при температуре 560°С и коэффициенте вязкости 8,6] Переход базальтовой лавы, совсем не содержащей газов, из жид.| кого состояния в пластичное и твердое происходит соответственно при температурах 1090° и 890° С, и коэффициентах вязкости 7,()1 и 8,6. На этом примере видно, что коэффициент вязкости для лав! одного и того же состава и состояния одинаков, а температура со-| стояния весьма различна и зависит от содержания летучих. Это! положение подтверждает эмпирическую зависимость изменения со­ держания газов в лавах одного и того же состава от условий их становления на земной поверхности (потоки, конусы, куполы).

Можно привести примеры высокой газонасыщенностн и одно­ временно высокой вязкости лав одного и того же состава. Так,1 Е. Шепард (Shaphard, 1938) приводит данные по экструзивному) обсидиану (Si02—75,0%), содержащему 55 см3 газа на один грамм) породы. В экструзивном риолите вулкана Кодзу-Шима (Япония); содержится 0,25 см3/г (Iwasaki, 1951). В то же время экструзивный! андезит (по Е. Шепарду) может содержать газа от 4,8 до 26,5см3/г! породы. Содержание воды в общей сумме газов также непостоянно; и колеблется для обсндианов от 86,0 до 98,5% (объемные), анде­ зитов— от 71,0 до 96,3%, а для риолитов Кодзу-Шима состав-i

ляет 63,0%.

Приведенные примеры не дают полного основания утверждать, что суммарное количество газов радикально влияет на вязкость эк-: струзивных лав. Так, по данным Е. Шепарда, базальты содержат довольно стабильное количество газа: от 2,9 до 7,3 см3/г. Содержа­ ние воды изменяется от 71,3 до 80,8%. Как отмечают некоторые исследователи, процесс дегазации кислой и основной лавы раз­ личен. В. В. Наседкин установил, что при вспучивании лучшие, показатели дают вулканические стекла липарито-дацитового со-' става. Стекловатые андезиты вспучиваются плохо, а более основ­ ные разности не вспучиваются совсем. Кислые стекла, обладающие в интервале размягчения высокими значениями вязкости, удер­ живают воду до строго определенных значений. При понижении вязкости до lg 8-9 пуаз наступает почти одновременное выделе­ ние всей воды и стекло вспучивается. Вулканическое стекло более основного состава даже при быстром внесении в область высоких (900—1000° С) температур продолжает выделять воду и вспучива­ ния не происходит. И в то же время базальтовые лавы могут обра­ зовывать как потоки, так и куполы.

Изменение вязкости с температурой подтверждается рядом работ по плавлению природных образцов лав и непосредственными измерениями вязкости на лавовых потоках (табл. 18). Как пока­ зывают данные приведенной таблицы, такие породы, как андезит, тешенит, дацит, трахит в одинаковых температурных условиях являются значительно более вязкими, чем диабаз и базальт. При температуре 1110—1200°С резко увеличивается вязкость диабаза и базальта, что должно соответствовать начавшейся кристаллизации.

Как отмечалось выше, на характер извержения в значительной степени влияет химический состав остаточного расплава, измене-

78

Т а б л и ц а 18-

Вязкость расплава горных пород (справочник физических констант горных пород, 1969)

П р и м е ч а н и е . * «Геологическое развитие Японских островов*. М., «Мир», 1988,

ние которого, а соответственно и вязкости, особенно заметно в породах с различной степенью кислотности. Если принять это положение, то становится понятным образование основной магмой преимущественно лавовых потоков, а кислой — куполов. В то же время этот вывод вряд ли можно прямо перенести на магмы иден­ тичного состава. Так, например, основная магма может образовы­ вать волнистые и глыбовые потоки, а также конусы и куполы; сред, няя и кислая магма — лавовые потоки, куполы, обелиски, пиро­ кластические потоки. В чем причина? Попытаемся ответить на этот вопрос с позиций влияния газоиасыщенности и температуры на условия кристаллизации магмы, а соответственно и изменение ее вязкости.

В газонасыщенной магме, пока присутствуют газы, вязкость изменяется медленно (по мере остывания), зато кристаллизация) идет хорошо. С выделением газов вязкость резко возрастает и! вся масса быстро застывает. Если давление в очаге сохранилось! достаточно большим, магма может выдавливаться на поверхность! в виде куполов, обелисков. В магме с небольшим газосодержанием при охлаждении вязкость возрастает медленно и лава может спо-1 койно вытекать в виде потоков. При быстром охлаждении вязкость резко возрастает и вся масса быстро застывает в виде стекла или стекла с микролитами. Рассмотрим «диаграмму характера кристал­

охлаждении получаются стекла, при меньшей вязкости возникают микролиты. Несовпадение максимума скорости роста кристаллов (1) и скорости образования центров кристаллизации (2) дает воз­

можность установить несколько областей переохлаждения с различ­ ными типами структур. В области АБ скорость роста большая, число центров кристаллизации невелико, структура микролитовая;: в БВ максимумы совпадают, строение крупнозеристое; в ВГ центров

Рис, 16. Диаграмма характера кристаллизации силикатного рас­ плава (по А. С. Гинзбергу, 1951).

Кривая скорости: / — роста кристаллов; 2 — образования центров кри­ сталлизации. Буквенные обозначения см. в тексте.

80

много, скорость роста падает, структура мелкозернистая; в ГД еще значительно число центров при слабой скорости роста, строе­ ние сферолитовое; в пределах ДЕ кристаллизационная способность минимальная, строение скрытокрпсталлическое, фельзитовое; на­ конец, за пределами Е получается стекло.

Таким образом, характер извержения магмы на поверхность определяется 1) химическим составом, и, в частности, составом остаточного расплава; 2) температурой и газонасыщенностыо; 3) скоростью остывания. Только совокупность перечисленных фак­ торов определяет вязкость магмы при заданной температуре ее становления на поверхности в виде потоков, конусов, куполов и других форм.

Экструзивные куполы могут быть образованы магмой раз­ личного состава, но в основном средней и кислой. При этом обяза­ тельным условием является высокая газонасыщенность и темпера­ тура экструзивной магмы при подходе к поверхности, быстрые дегазация и скорость остывания и достаточное давление в магма­ тической камере, чтобы вязкая, малогазонасыщенная и сравнитель­ но холодная экструзивная лава могла спокойно выдавливаться из подводящего канала.

ГЛАВА 9

ЯВЛЕНИЯ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЕ И СОПРОВОЖДАЮЩИЕ ЭКСТРУЗИЮ ЛАВЫ

Землетрясения

Наблюдения за сейсмическим режимом в районах с повышен­ ной вулканической активностью показывают, что землетрясения всегда предшествуют и сопровождают извержение вулканов. Земле­ трясения, проявляющиеся в связи с вулканической активностью, относятся к местным, локальным землетрясениям с неглубоко за­ легающим гипоцентром.

Изучая сейсмическую активность северной группы вулканов Камчатки, П. И. Токарев (1959, 1966) пришел к выводу, что дея­ тельность вулканов в Курило-Камчатской зоне — следствие текто­ нических процессов, происходящих в верхней мантии. Этот вывод хорошо подтверждается гигантским извержением вулкана Шивелуч 12 ноября 1964 г. В момент извержения вулкана резко увеличи­ лась сейсмическая активность в рассмотренном районе на глубине

80—270 км.

Связь вулканических и сейсмических явлений при извержении вулкана Безымянного описана в работе Г. С. Горшкова (1961). Он отмечает, что в ходе извержения вулкана за девять месяцев с конца сентября 1955 г. и до конца июня 1956 г. в Ключах (43 км от вулкана) было зарегистрировано 33 тысячи землетрясений, связан­