Литология. Структурная геология

Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций

Литология. Структурная геология

Р. А. Щеколдин. Конспекты лекций

Пирокластические породы

Общая характеристика пирокластических пород

Пирокластические породы образуются за счет скопления твердых продуктов вулканических выбросов в результате эксплозивной вулканической деятельности. Рыхлый вулканический материал называется пирокластикой, или тефрой. Среди материала вулканических выбросов могут присутствовать также обломки пород, прорываемых во время взрыва. Кроме того, к пирокластическому часто примешивается осадочный материал.

Пирокластические породы образуются из материала синхронных им вулканических извержений. Осадочные породы, возникшие при размыве и переотложении ранее образовавшихся вулканических пород, не являются пирокластическими, а относятся к собственно осадочным породам (вулканомиктовым).

Особенности пирокластических пород:

  1. наличие угловатых обломков пород и минералов;
  2. неоднородность состава и структуры;
  3. отсутствие сортировки;
  4. малое количество цемента;
  5. отсутствие хорошо выдержанной слоистости.

Особенности вулканомиктовых пород:

  1. сортировка обломков по величине;
  2. окатанность обломков;
  3. слоистость;
  4. псаммитовая или псефитовая структура;
  5. переслаивание с нормально осадочными породами.

Пирокластические породы являются промежуточным звеном между осадочными и эффузивными породами. От пирокластических пород наблюдается переход к обычным осадочным породам через осадочно-пирокластические и пирокласто-осадочные породы.
С другой стороны, пирокластические породы через туфолавы и игнимбриты переходят к нормальным эффузивным породам.

Туфы крайне разнообразны по окраске и внешнему виду породы. Встречаются темные, синевато-серые, розово-фиолетовые, буро-серые, зеленые, светло-фиолетовые, зеленоватые и др. Как правило, более темные туфы соответствуют туфам основного состава, более светлые – туфам кислого состава.

Классификация пирокластических пород

Рыхлый вулканический материал в результате процессов цементации может быть превращен в вулканические туфы. Туфы более чем на 90% сложены пирокластическим материалом. Цемент обычно образован продуктами разложения пеплового материала, представляющими собой кремнистую, кремнисто-карбонатную или кремнисто-глинистую массу. В туфах широко развиты процессы карбонатизации, окремнения, пелитизации, хлоритизации, эпидотизации и другие вторичные изменения.

Туфы подразделяются:

  • по составу исходной лавы (базальтовые, андезитовые, риолитовые и т.п.);
  • по размеру обломков (пепловые, алевритовые, псаммитовые, гравийные, лапиллиевые, агломератовые);
  • по происхождению обломков
    (витрокластические – обломки вулканического стекла,
    кристаллокластические – обломки кристаллов,
    литокластические – обломки пород).

Пепловые туфы являются наиболее мелкообломочными разновидностями туфов и состоят из обломков стекла, обычно богатого кремнекислотой; обломки могут быть угловатыми или иметь рогульчатую форму.

Лапиллиевый андезитовый туф. Верхний девон, Центральный Казахстан

Витрокластический туф. Обломки вулканического стекла рогульчатой формы – фрагменты стенок газовых пузырьков (прозрачный шлиф под микроскопом)

Среди пепловых туфов выделяют пизолитовые туфы, для которых характерно присутствие мелких шарообразных частиц. Эти шарики образуются путем слипания тонких пепловых частиц во время выпадения из воздушной среды.

Вязкие лавы кислого и среднего состава после застывания часто образуют пузыристую пемзу. Обломки пемзы обычно светлого цвета, некоторые легче воды и могут плавать.

Пизолитовый туф. Карбон, Центральный Казахстан

Пемза

 

По способбу транспортировки и отложения пирокластические образования делятся на пеплопады, пирокластические потоки и пирокластические волны.

Отложения пеплопадов образуются в результате выброса горячей тефры и газа высоко в атмосферу. После первой фазы радиального распростанения, обрако пепла переносится ветром на расстояние от нескольких сотен до тысяч км. По мере удаления от источника мощность слоя тефры и размер частиц уменьшаются, сортировка улучшается.

Извержение плинианского типа с конвективным шлейфом и ветровым разносом. Отложения тефры первоначально равномерно облекают ландшафт и образуют отчетливые слои в озерах, но значительно перерабатываются и перераспределяются в прибрежных районах и мелководных морях. (Einsele, 2000, с изменениями)

Извержение вулкана Кальбуко в Чили

Пирокластические потоки образуются при коллапсе перегруженной эруптивной колонны. Это горячие смеси газов с твердыми частицами. Высокие концентрации частиц обусловливают движение потока вниз по склону и заполнение впадин и ранее существовавших долин. Если поток входит в озеро или море, то может образоваться вторичное облако пепла и обширный пеплопад поверх и за пределами отложений пирокластического потока. Массивные спекшиеся пирокластические потоки называются игнимбритами.

Пирокластические волны имеют высокую скорость и низкую плотность. Это турбулентные потоки, которые вызваны различными механизмами. Пирокластические волны обычно возникают при взаимодействии лавы с поверхностными водами. Они могут образовать облако в форме воротника, радиально распростаняющееся во все стороны, подобно таковому при ядерных взрывах. Такая базовая волна, нагруженная обломками, может достигать скорости до 100 м/с и ломать все деревья и другие объекты на расстоянии многих километров от места извержения.

Обрушение эруптивной колонны вызывает пирокластические потоки и образование игнимбритов и ко-игнимбритовых пепловых облаков с обширным пеплопадом. (Einsele, 2000, с изменениями)

Отложения базовой пирокластической волны, частично зависящие от рельефа. (Einsele, 2000, с изменениями)

Игнимбриты

Игнимбриты (от латинских слов «игнис» – огонь и «нимбус» – облако) – спекшиеся туфы, образующиеся при извержениях «палящих туч» (пирокластических потоков). Распыленное в туче раскаленное вещество оседает под действием силы тяжести и спекается. Обрывки пемзы под нагрузкой ориентируются в плоскости, перпендикулярной давлению. Они приобретают форму тонких линзочек, называемых «фьямме» (по-итальянски – «пламя»).

Дацитовый игнимбрит. Верхний девон, Центральный Казахстан

Структуры пирокластических пород

Туфовая структура – сборное название для всех структур вулканических туфов, независимо от состава и размера обломков, от состава, количества и структуры связующей массы. Синоним: пирокластическая.
Агломератовая структура – разновидность обломочной структуры пирокластических пород, состоящих главным образом из крупных обломков.
Пепловая структура – порода состоит из мелких осколков вулканического стекла, дугообразной и других причудливых форм, напоминающих черепки; иногда к ним присоединяются мелкие обломки пемзы с пузыристой текстурой.
В промежутках между обломками находится масса, состоящая из тонкораспыленного стекловатого материала. Часто встречаются окремнение, серицитизация, хлоритизация и другие изменения как обломков, так и связующей массы, в результате чего сохраняются лишь реликты структуры.
Лапилльная структура – разновидность туфовой структуры, характеризуется тем, что в состав породы входят лапилли.
Витрокластическая структура – порода состоит преимущественно из обломков вулканического стекла, независимо от их формы и величины; пепловая структура является разновидностью витрокластической структуры. Обычно обломки стекла погружены в более тонкозернистую связующую массу, часто состоящую из распыленного стекла и иногда пепловой структуры. Вулканическое стекло обломков и связующей массы может быть свежим – аморфным, а также разложенным и более или менее раскристаллизованным.
Кристаллокластическая структура – порода состоит преимущественно из кристаллов и их обломков, обладающих резко выраженной остроугольной формой.

Примеры пирокластических пород

Ниже приведены зарисовки шлифов, заимствованные из Атласа структур и текстур горных пород

Базальтовый туф. Порода состоит из округлых обломков размером до 3—3,5 мм и мелких неправильных осколков пузыристых базальтов. Мелкие осколки представлены измененным стеклом. Связующая масса - анальцим или карбонат в крупных зернах. Структура породы литовитрокластическая

Базальтовый туф. Порода состоит из обломков вулканического стекла размером (в среднем) около 1 мм, округлой, угловатой или неправильной формы. Структура породы литовитрокластическая

Базальтовый туф. Порода состоит из плотно сидящих и, по-видимому, спекшихся обломков и неправильных осколков и черепков стекла, в большинстве случаев замещенного светло-зеленым сапонитом и частью лимонитизированного. Структура породы витрокластическая

Андезитовый туф. Крупные пирокласты, размером от 2 до 6 мм, принадлежат андезитовым порфиритам. Мелкие осколки альбита размером 0,05—0,1 мм вместе с гидроокислами железа слагают связующую массу. Структура породы кристалл-литокластическая

Андезитовый туф. Пирокласты размером около 3—4 мм представлены разложенным вулканическим стеклом средней основности. Связующая масса состоит из микрокристаллического кремнистого вещества и мелких пластинок хлорита. Структура породы витрокластическая

Риолитовый туф. Крупные и мелкие кристаллы и осколки кристаллов полевого шпата, разложенного цветного минерала, обломки сферолитового кислого эффузива и сферолоида связаны тонко распыленным пирокластическим материалом. Структура породы кристалл-литокластическая

Осадочно-пирокластические и пирокласто-осадочные горные породы

В процессе отложения пирокластический материал может смешиваться с обычными осадками. После цементации получаются смешанные осадочно-пирокластические и пирокласто-осадочные породы.

Осадочно-пирокластические породы содержат примесь обычного осадочного материала от 10 до 50% и называются туффитами. Туффиты формируются обычно в водной среде, однако известны туффиты наземного и смешанного происхождения. Особая разновидность туффитов – лахаровые брекчии – образуется, когда грязевые потоки, сопутствующие вулканическому извержению, спускаются с конуса в водный бассейн. В некоторых туффитах, богатых осадочным материалом, хорошо видна слоистость.
Если пирокластический материал в туффитах более или менее однороден по составу, то туффиты можно соответственно называть «базальтовый туффит», «андезитовый туффит» и пр.

Пирокласто-осадочные породы (50—90% осадочного материала) именуются как аналогичные осадочные породы с приставкой «туфо-» (туфопесчаник, туфоконгломерат, туфоизвестняк и т.п.).
Типичные туфогенные породы образуются за счет непосредственного отложения твердых продуктов вулканических извержений и смешения их с осадочным материалом. Чаще всего они формируются в водной среде в некотором удалении от центра извержения и нередко обнаруживают слоистость и сортировку материала.

Происхождение и геологическое распространение

Образование всех пирокластических пород связано с извержениями наземных и подводных вулканов. Важное значение при формировании пирокластических отложений имеют вторичные гидрохимические преобразования, легко происходящие вследствие пористости пород.

Пирокластические породы наиболее часто встречаются в районах, испытавших значительные вертикальные перемещения. В пределах Урало-Тянь-Шанской складчатой области пирокластические породы встречаются в нижнепалеозойских, в особенности в силурийских толщах. Широко развит девонский вулканизм на Алтае и в Казахстане. В третичных отложениях они присутствуют на Кавказе, а в четвертичных – в Закавказье и на Камчатке. Игнимбриты широко распространены на Дальнем Востоке, в Казахстане, в Армении, на Аляске, в Новой Зеландии, Японии и др.

Практическое применение

Богатые кремнекислотой туфы (трассы, пуццоланы) широко используются в строительстве при получении цемента для подводных сооружений.
Очень важны продукты вторичного изменения пепловых туфов – флоридиновые и бентонитовые отбелочные глины.
Некоторые туфы кислого состава используются в качестве сырья для изготовления стекловолокон.
Кимберлиты являются коренными источниками алмазов.
Вулканические туфы, благодаря их пористости и мягкости, легко поддаются распиловке и широко используются в строительстве.

Знаменитые розовые артикские туфы широко использованы в архитектуре Еревана

Выводы

  1. Пирокластические породы образуются из твердых продуктов вулканических выбросов.
  2. Осадочные породы, возникшие при размыве и переотложении ранее образовавшихся вулканических пород, не являются пирокластическими.
  3. Пирокластические породы являются промежуточным звеном между осадочными и эффузивными породами.
  4. Породы, более чем на 90% сложенные пирокластическим материалом – это вулканические туфы.
  5. Туфы подразделяются по составу исходной лавы, по размеру обломков и по происхождению обломков.
  6. Осадочно-пирокластические породы содержат примесь обычного осадочного материала от 10 до 50% и называются туффитами.
  7. Пирокласто-осадочные породы (50-90% осадочного материала) именуются как аналогичные осадочные породы с приставкой «туфо-».
  8. Пирокластические породы широко распространены в различных тектонических структурах разного возраста.
  9. Пирокластические породы имеют важное практическое значение.

Вопросы для самопроверки

  1. Какие породы относятся к группе пирокластических?
  2. Классификация туфов.
  3. Что такое туффиты?
  4. Какие породы называют пирокласто-осадочными?
  5. Каково практическое применение пирокластических пород?