Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Петрология импактитов

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Петрология импактитов"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра петрографии

На правах рукописи

ФЕЛЬДМАН Вилен Изильевич

УДК 523.681. 8+559.122+552 .II

ПЕТРОЛОГИЯ ИМПАКТИТОВ

Специальность 04.00.08 - петрография и вулканология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Москва - 1989г.

Работа выполнена на кафедре петрографии геологического факультета Московского ордена Ленина, ордена Трудового Красного Знамени и ордена Октябрьской Революции Государственного Университета имени М.В.Ломоносова

Официальные оппоненты: - доктор геолого-минералогических наук,

профессор А.А.Годовиков (Минералогический музей им. А.Е.Ферсмана АН СССР)

- доктор геолого-минералогических наук, профессор Э.П.Изох (Институт геологии и геофизики СО АН СССР, г.Новосибирск)

I- доктор химических наук, профессор

О.Н.Бреусов (Институт химической физики АН СССР, пос. Черноголовка Московской области)

Ведущая организация: Всесоюзный ордена Ленина научно-исследовательский геологический институт имени А.П.Карпинского, г.Ленинград.

Защита состоится "_"_19 г. в час.

в ауд. на заседании специализированного Совета Д.053.05.26 геологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.

Адрес: 119899 Москва, МГУ, геологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета МГУ.

Автореферат разослан "_"_19 - г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат геолого-минералогических наук ^ Ф.П.Чернуха

\!

; ВВ1ДОНИЕ

_ I

В 60-х годах нашего века в геологии получил признание новый процесс - ударный метаморфизм. Широкое развитие космо- и аэрофотогео-логических исследований на Земле, успехи изучения планет Солнечной системы космонавтами и автоматическими межпланетными станциями СССР и США показали, что процессы ударного (импактного) метаморфизма, связанные с метеоритным кратерообразовашем, принадлежат наряду с вулканизмом к главнейшим, определяющим лик планет, состав и (во многом) строение их кор. По широко распространенным в настоящее время представлениям само образование планет сопровождалось интенсивными импакт-ными явлениями, сопутствовавшими аккреции.

Поэтому изучение геологии астроблем и петрографии, минералогии и геохимии импактитов (горних пород, возникаккцих при соударениях космических тел с Землей) получило в 60-70-х годах широкое развитие бо многих странах, и в том числе у нас. И если сначала усилия были сосредоточены на выявлении импактных структур - астроблем, выяснении сложных вопросов их геологического строения, геофизических характеристик, а cai.ni породы и минералы изучались достаточно обще, то с течением времени акценты стали смещаться, в центре снимания исследователей все чаще стали оказываться проблемы детального изучения минералов, структур и текстур самих пород, петрохимия и геохимия импактного процесса. Появилось много работ по экспериментальному Еоспроизведению тех или иных сторон импактлтообраэования. Нарастание количества отих исследований привело к постановке на реальной основе петрологического изучения импактитов.

Необходимость и актуальность исследований петрологии импактитов определяется, во-первых, общим широким распространением импактных образований на планетах Солнечной системы; во-вторых, важной их ролью на ранних стадиях формирования Земли; в-третьих, масштабностью выявленных фанерозойских импактных структур и их значением для правильного понимания геологического строения и геологической истории тех или иных регионов, а в ряде случаев и для организации поисково-разведочных работ.

Основной целью данной работы автор видел получение количественных оценок главнейших петрологических характеристик минерало- и породообразования в астроблемах. К сожалению, отсутствие необходимых данных не во всех случаях позволяет сделать это достаточно строго,и иногда заставляет ограничиваться самыми общими и достаточно приблизительными решениями. Для достижения поставленной цели /-//УУ

решались следующие конкретные задачи:

I. Составить сводную геолого-геофизическую характеристику астро-блем - базу для петролого-геохимических исследований.

2. Охарактеризовать преобразования породообразующих минералов под действием ударных волн и сравнить их с данными экспериментальных исследований.

3. Описать условия появления высокобарических фаз в астроблемах.

4. Изучить остывание импактных расплавов, их застеклование и кристаллизацию.

5. Сопоставить петро-геохимические особенности импактитов и вмещающих пород.

б. На основе полученных данных оценить физико-химические параметры импактного процесса.

7. Выявить критерии разграничения космогенных и эндогенных горных пород. ■ •

Научная новизна. В процессе выполнения исследований под руководством и при непосредственном участии автора впервые был составлен подробный каталог астроблем Земли, включающий 136 структур. Дана общая петрологическая картина диаплектовых преобразований минералов (зависимость их от кристаллохимических особенностей минералов, активный обмен химическими составляющими со средой, роль флюидной компоненты). Показаны отличия минералов расплавных импактитов от тех же минералов вулканитов, зависящие от кинетических характеристик процесса. Выявлены возможности и предложены приемы для быстрого определения принадлежности природных стекол к вулканическим или импактным. Впервые оценены несколькими методами температуры импактных расплавов, показана зависимость их состава не только от геохимических особенностей плавящихся пород мишени, но и от геолого-кинетических характеристик процессов плавления, перемещения и застывания расплава. Систематизированы механизмы улетучивания компонентов из импактного расплава и обоснована роль оксидного и углекислотно-водного механизмов улетучивания. Впервые установлено антидромное развитие окислительно-восстановительных условий в импактном процессе (как на прогрессивной, так и на регрессивной его стадиях). Предложена система критериев для разграничения эндогенных и космогенных структур и пород.

Практическое значение проведенных работ состоит в формировании комплекса приемов и методов для диагностики импактитов, отличия их от эндогенных образований, что необходимо для качественного проведения геологической съемки различных масштабов, а также при срав-

нительно-планетологических исследованиях.

Исходные материалы и методы исследований. Фактические данные, положенные в основу настоящей диссертации, были собраны автором за время изучения астроблем с 1973 г. в составе Кратерной (позднее Планетологической) партии кафедры петрографии Геологического факультета МГУ, выполнявшей работы по договору с ГЕОХИ АН СССР. Вместе с автором в этих исследованиях в разные годы участвовали Л.Б. Грановский, Л.В.Сазонова,-И.Г.Капусткина, Н.Н.Коротаева, С.П.Федосова, Ю.В.Миронов, А.И.Дабижа и другие научные сотрудники. За это время был коллекционирован и исследовался материал по десяти астро-блемам на территории СССР (Болтышской, Жамашгинской, Ильинецкой, Карской, Логанчинской, Попигайской, Пучеж-Катункской, Шунакской, Эльгыгытгынской, Янисъярвинской), а также обширный литературный материал по этим и другим образованиям аналогичного генезиса на территории СССР и других стран.

При изучении импактитов использовались полевые геологические (описание обнажений и керна скважин) и геофизические методы и разнообразный арсенал лабораторных исследований. Было просмотрено более 3000 шлифов, для породообразующих минералов и стекол определялись необходимые оптические константы, выполнялись дифрактометри-ческие и ИК-спектрометрические исследования, применялся метод ядерной гамма-резонансной спектроскопии и ЭПР, определения плотности и пористости пород, растровая электронная микроскопия и микро-зондовый анализ, различные методы химического и спектрального анализа, изучение газово-жидких включений и валовая термодегазация пород. Был уточнен метод оценки ударных нагрузок, испытанных конкретными образцами горных пород. Применялось также экспериментальное и расчетное моделирование некоторых особенностей изучаемых процессов.

Построение диссертации. Работа состоит из введения, девяти глав и заключения, содержащего защищаемые тезисы. Диссертация включает страниц текста, иллюстраций и таблиц. Библиография представлена наименованиями.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 90 работ , в том числе 3 коллективные монографии и 23 работы в зарубежных изданиях; оформлена экспозиция по импактитам в Музее Землеведения МГУ имени М.В.Ломоносова. Кроме того, собранные материалы легли в основу курсов лекций "Петрография метеоритов и импактитов" (для студентов кафедры петрографии) объемом 28 часов и "Петрология импактитов" (для слушателей ФПК).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на различных съездах и конференциях: XI съезде ММА (Новосибирск, 1978), ХХУП съезде UTK (Москва, 1984), Î1 СоЕецашш по природным стеклом (Прага, 1987), Советско-Аг-гериканских микросимпозиумах по сравнительной планетологии (1986, 1987), Iii Всесоюзном петрографическом совещании (Новосибирск, 1286), Всесоюзных метеоритных конференциях (ХУЛ, 1977; ХУШ, 1931; XIX, 1934; XX, 1937), Всесоюзных космохииических симпозиумах (1980, 1983, i960), 1У Всесо-. изкои совещании по траппам (IS83), У1 Всесоюзном симпозиуме по изоморфизму (1938), 1У Всесоюзном симпозиуме по детонации (1988), Всесоюзных симпозиумах "Магма и магматические флюиды" (1983), по акцессорным минералам (198-5), по физико-химическому моделированию природных процессов (1884), по ошслителько-восстаковительным процессам (1987), Всесоюзной конференции к ЮО-летив со дня рождения И.А.Усова (1983), 1У Казахстанском петрографическом совещании (I9SS), на Ломоносовских чтениях ИГУ, ка Петрографической секции ШИП, Тезисы докладов опубликованы в материалах 1Х(1978), Х(1979), Ш (1982), Х1У (1983), ХУ1 (1985), ХЖ (1986), XIX (1988), XX i 1989) конференций по Луне и планетам х> г.Хьюстоне, США.

Автор диссертации был одним из организаторов и докладчиков на I Всесоюзной школе по картированию метеоритных кратеров (Эстония, 1978) и межведомственного семинара "Коемогенные структуры Земли" (ИГУ, 1977).

При проведении работ автор постоянно встречал поддержку и помощь со стороны члена-корреспондента АН СССР зав.кафедрой петрографии А.А.МаракуЕева и профессора кафедры Л.Л.Перчука. Весьма полезными и интересными были обсуждения полученных материалов с А.Т. Еазилевским, A.A.Вальтером, Б.А.Ивановш, Э.П.Изохом, Ф.А.Летнико-еым, В.Л.Масайтисом, Р.Ц.Минеевой, А.И.Рййхлидам, Т.И.Фроловой, 0;И.Яковлевым и многими другими коллегами. В оформление работы огромный труд вложен К.Д.Пашковой и М.Л.Савиной.

Автор считает своим приятным долгом выразить горячую благодарность всем упомянутым товарищам, а также многим другим исследователям, помощь которых способствовала выполнению настоящей работы.

Основное содержание работы. В главе I (Краткая геолого-геофизическая характеристика астроблем) приведено сжатое описание 136 структур, импактное происхождение которых может считаться доказанным по комплексу признаков. В табличной форме даны названия и географические координаты структур, размеры в плане (для астробле-ш, центрального и кольцевого поднятий), характер гравитационной и

магнитной аномалий, признаки высокоскоростного удара (конусы разрушения, диаплектовые минералы, высокоплотные полиморфные модифика- . ции, наличие и форма присутствия метеоритного вещества), возможный тип метеорита-ударника, геологический и радиологический возрасты структуры, главные типы импактитов, описанные в астроблеме. Б тексте проанализированы накопленные к настоящему времени данные по морфологии и внутреннему строению иыпактных структур, их геофизическим особенностям, распределению астроблем в пространстве и во времени. Для трех типичных структур - простой чашеобразной формы (¡Иу-нак), с центральным (Болтышская) и кольцевым (Попигай) поднятиями -приведено развернутое описание по литературным данным и собственным наблюдениям (5, 8, II, 23, 31, 49, 54).

Глава. П (Физические особенности процесса образования импактитов) в сжатой форме освещает физическую сущность процесса им-пактитогенеза. Здесь характеризуются явления, происходящие в минералах и породах при прохождении ударных волн, разбирается стадийность процесса кратерообразования, подчеркиваются отличия импактных процессов от других геологических явлений - большая плотность энергии и порождаемые этим необычно высокие параметры и скорости механических и термических преобразований пород земной коры, принципиальное отличие механизма нагревания и плавления пород при ударно-волновом нагружен™ от тех же эффектов в эндогенных условиях и т.п. (8, 15, 39).

В главе Ш (Импактиты - горные породы астроблем) даны используемые в работе принципы систематики импактитов, кратко охарактеризованы фациальные обстановки их формирования, общие особенности процессов минералообразования импактитов. При этом принимается, что термин "импактит" является общим для всех пород (обломочных, расплавных и смешанных), образующихся при высокоскоростных соударениях и такие породы следует выделять в качестве самостоятельного типа, наряду с осадочными, магматическими и метаморфическими горными породами (I, 8, 12, 15, 32, 37).

Глава 1У (Обломочные импактиты) содержит развернутую характеристику кластогенных пород (аутигенных и аллогенных брекчий) и связанных с ними диаплектовых минералов и высокобарических фаз. Приведено подробное описание диаплектовых преобразований в кварце, плагиоклазах,- щелочных полевых шпатах, биотите, ставролите, гранате, амфиболе, оливине, пироксенах, кордиерите и некоторых других минералах, сделанное по собственным и литературным данным. Рассмотрена~ модифицированная методика определения давления и температуры в конк-■3-//3]

ретном образце по характеру и степени изменения кварца. Описаны физико-химические условия диаплектовых преобразований. Высокобарические фазы астроблем охарактеризованы на примере минералов кремнезема, для которых сопоставление экспериментальных данных и наблюдений в астроблемах позволило зафиксировать четыре различных механизма формирования (7, 33, 40, 41, 43, 44, 47, 50, 53, 61, 65, 66 и др.).

Глава У (Расплавные импактиты) посвящена описанию продуктов остывания импактных расплавов - стекол, шлаков, пемз, полнокристаллических и неполнокристаллических импактитов. Особое внимание здесь уделено характеристике стекол, их отличиям от вулканических аналогов и приемам диагностики. Подробно описаны отличия некоторых минералов (плагиоклазов, калиевых полевых шпатов, пироксенов, акцессорных минералов) расплавных импактитов и отличий их от минералов вулканических пород. Даны оценки физико-химических параметров импактных расплавов и кристаллизации минералов из них (8, 24, 25, 35, 36, 47, 58, 59, 62, 64, 67 и др.).

В главе У1. (Смешанные импактиты) рассмотрены зювиты, псевдобрекчии; приведена краткая характеристика ксенолитов и включений в импактитах, их значения для расшифровки условий образования космогенных пород.

В главе УП (Геохимические особенности импактитов) изложены данные о химическом составе импактитов и его соотношениях с составом пород мишени, более подробно при этом проанализированы материалы, имеющиеся для астроблем Жаманшин и Маникуаган. Разобраны причины разнообразия составов импактных расплавов, роль процесса испарения в их формировании, .поведение ряда элементов-примесей (редких земель, фтора, бора, олова, циркония, иридия и др.). Предложена общая схема формирования геохимического облика импактных -расплавов (8, 10, 13, 14, 42, 46, 47, 48 и др.).

В главе УШ (Флюидный режим импактитов) сведены собственные и литературные данные о флюидных компонентах импактитов (по . результатам изучения индивидуальных включений и валовой термодегазации) (9, 28, 56).

И наконец, в главе IX (Отличия космогенных и эндогенных горных пород) суммированы критерии разграничения импактитов и вулканитов - геолого-геофизические, минералого-петрографические и геохимические (22, 29, 37, 55).

Весь этот материал позволил сформулировать четыре основных защищаемых положения, которые подробно разбираются ниже. =

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

I. Впервые произведена комплексная'оценка физико-химических условий процессов импактитообразования под действием ударной волны в твердофазной области (в пределах ударных нагрузок до 40-50 ГПа и послеударных температур до 900-1500°С).

Детальное изучение диаплектовых преобразований породообразующих минералов в астроблемах Янисъярви, Попигай, Карской, Пучеж-Катункс-кой и сопоставление полученных современными методами данных с опубликованными материалами по другим астроблемам и результатами экспериментальных исследований, проводившихся в СССР, США, ФРГ, Японии, позволяет дать общув схему последовательности и характера переработки ударной волной кристаллических фаз различного состава.

Кварц в интервале 5-35 ГПа испытывает механические деформации -в нем возникают трещины, пленарные элементы, полосы смятия, деформационные двойники, мозаичность. С 15 ГПа к ним присоединяются ди-аплектовые стекла, а при достижении 45 ГПа происходит плавление минерала.

Экспериментально изученная зависимость ориентировки планарных элементов в кварце от ударной нагрузки позволила Р.Гриву и П.Ро-бертсону (Канада) предложить методику определения средневзвешенной нагрузки на породу по количеству зерен кварца с различными планар-ными элементами. Выполненная в диссертации проверка этой методики показала, что при этом систематически занижается величина ударной нагрузки, испытанной горной породой, и для получения истинной величины Руд необходимо учитывать не только количество зерен кварца с пленарными элементами различной ориентировки, но и долю диаплек-тового стекла по кварцу (19, 33, 40, 41, 53). Оценки Руд, сделанные по уточненной методике, и определение на их основе послеударных температур дают возможность изучать поведение остальных минералов в зависимости от динамической нагрузки и температуры (правда, лишь для массивных пород с.существенным содержанием кварца). Этот метод широко использован в работе.

Плагиоклаз также как и кварц сначала (5-30 ГПа) испытывает механические деформации, затем (с 25 ГПа) превращается в диаплектовое стекло и, начиная с 45 ГПа, плавится. При этом по мере повышения основности плагиоклаза эти цифры возрастают.

Щелочной полевой шпат близок к плагиоклазу по характеру диаплектовых изменений: механические деформации в интервале 8-40 ГПа, ди-аплектовые стекла при 27-45 ГПа и плавление выше 45 ГПа. В природных условиях по мере повышения ударной нагрузки зафиксировано раз-

.тиорядочзнш структура калиевого полевого шпата с переходок кикро-ttmuux в одноосный санидин (34) до возникновения диаплектового стекла. В экспериментах [ftoße?tson , 1975;Oste'?tüg et aß. » 1980] подобные перехода не наблюдались. -

]Ьплие£ит изучен плохо, но важно отметить, что при нагрузках 35-45 П1а по нему формируется диаплектовое стекло (астроблема Рис, йРГ)[Stähle , 1973].

Биотит подвергается механическим преобразованиям (пл&чарные элементы, полосы смятия и др.) до 40 ГПа." Начиная с 20 ГПа он испытывает ргзло;кение с образованием полиминеральных псевдоморфоз, включающих санидин, глиноземистый гиперстен, ильменит и небольшое количество стекла (33, 41). Плавление иногда начинается с 30 ГПа и резко преобладает над разложением при 50 ГПа. Колебания нагрузки, при которой начинается интенсивное разложение и плавление биотита, вероятно зависит от состава минерала и особенностей флюидного режима, однако в настоящее время данных для конкретных выводов недостаточно.

Ставролит изучен лишь в одной астроблеме - Янисъярви (33), - где показано, что уже при 25 ГПа происходит быстрое разложение минерала ка полишнеральный агрегат, сложенный санидином, глиноземистым ги-перстеном, герцинитом и небольшим количеством стекла (которое возрастает по мере" увеличения давления).

Гранат сначала подвергается механической переработке (трещинова-тость, планарные трещины - в интервале 20-40 ГПа), а примерно,с 30 ГПа начинается его разложение с замещением санидин - пироксен -герцинитовым агрегатом с примесью стекла (33, 40). С 45 ГПа начинается плавление граната, которое резко преобладает после 50 ГПа.

Следует подчеркнуть, что приведенные в тексте и б табл.1 цифры, являются ориентировочными м их точность не превышает +3-5 ГПа, однако, как показано в диссертации, данные лабораторного изучения природных диаплектовых фаз хорошо соответствуют результатам экспериментальных исследований.

Обращает на себя внимание кристаллохимический контроль диаплектовых изменений при повышенных ударных нагрузках: если кварц, плагиоклаз щелочной полевой шпат и кордиерит дагот диаплектовые стекла, то биотит, ставролит, гранат (вероятно, и другие темноцветные минералы) испытывают разложение с образованием полиминеральных псевдоморфоз. Первая группа включает каркасные минералы и кольцевой алюмосиликат кордиерит - образования с высоким уровнем пространственной однородности кристаллической решетки. Вторая группа, напротив, обнимает минералы с анизотропной решеткой: биотит'- ти-

Таблица I

Диаплектовые изменения породообразующих минералов

Минерал

10

Ударная нагрузка, ГПа 20~ ~ 30" ~ 40~ ~ 50~ ~ 60"

70

80

Кварц

Плагиоклаз

Калишпат

Кордиерит

Биотит

Ставролит

Гранат

Амфибол

Пироксен

Оливин

4--

—х—х—г

Ли

53

-X—

О

г

X

--------------------механические деформации

----------диаплектовые стекла

-X-х--полиминеральныэ псевдоморфозы

I-расплавные стекла

пичный слоистый алюмосиликат; ставролит, хотя и относится к островным алюмосиликатам с добавочными анионами, фактически близок к слоистым силикатам, поскольку в его структуре перпендикулярно П кристаллографической оси чередуются слои из: I) кремнекислородных тетраэдров и алюмокислородных октаэдров и 2) алюмокислородных октаэдров и Ге(0,0Н)^-тетраэдров; анизотропия островного силиката граната определяется наличием цепочек алюмокислородных октаэдров по телесным диагоналям куба. Уменьшение степени анизотропии решетки в ряду биотит-ставролит-гранат соответствует увеличению ударных нагрузок начала интенсивного изменения минерала.

Превращение минералов под действием ударной волны в диаплектовые стекла (первый тип) или в полиминеральные псевдоморфозы (второй тип) представляют собой принципиально различные процессы.

Диаплектовые стекла являются промежуточным типом существования вещества между кристаллическим твердым телом и расплавным стеклом (продуктом закалки силикатного расплава). Приведенные в диссертации дифрактометрические и ИК-спектрометрические данные подтверждают выводы [БцпсН .СсЖеп . 1967; Уе£с(е е|аС. , 1987] о том, что хотя диаплектовые стекла и являются оптически изотропными и рентгеноаморф-///Зу

ными, они отличаются от продуктов закалки силикатного расплава очень слабым гало на дифрактограммах. Это говорит о наличии заметно более высокого порядка в структуре диаплектовых стекол по сравнению с расплавными. Кроме того, структурный мотив в стеклах по кварцу является "кварцевым" в первом случае и "тридимитовым" во втором [5c.ilпек|ег I 1978]. Все это позволяет считать диаплектовые стекла продуктами ультратонкого "дробления" в ударной волне с доведением плотности дислокаций в веществе до 10 -10 см~^ [Бацанов, 1987} . Формирование такого состояния вещества возможно только в условиях высоких скоростей нарастания давления и объясняет отсутствие диаплектовых стекол в эндогенных горных породах (даже если их возникновение и сопровождается взрывом), поскольку скорость механических деформаций при ударно-волновых процессах на 17-20 порядков превышает эту величину в эндогенных геологических явлениях..

С другой стороны, изучение условий появления полиминеральных псевдоморфоз ("термического разложения") при прохождении через горные породы ударной волны также позволило выявить необычные с точки зрения эндогенных процессов черты этого типа диаплектовых изменений.

Прежде всего, обращает на себя внимание чрезвычайная кратковременность процесса разложения минерала. Геологические данные показывают, что длительность его не превышает первых секунд - первых десятков секунд. Об этом свидетельствует различная интенсивность диаплектовых изменений минералов одной и той же породы в различных глыбах аллогенной брекчии. Следовательно, время преобразований не может превышать протяженности цикла сжатие - разгрузка, которую можно грубо оценить, зная диаметр кратера. Фактическая длительность процесса, вероятно, много короче.

Вторая особенность процесса псевдоморфикации заключается в его крайне неравномерном развитии как от зерна к зерну (для конкретного минерала в той или иной породе), так и в пределах зерна. В последнем случае неоднородность изменения контролируется трещинами и/ или зонами повышенной плотности дислокаций. Известно, что при прохождении ударной волны максимальное выделение энергии (в частности тепловой) приурочено к краям зерен, трещинам и т.п. [.Беляков, 1974; Беляков и др., 1974]. Приведенные в диссертации результаты подробного изучения биотита, граната, ставролита, амфибола показывают, что их термическое разложение начинается уже при нагреве породы в целом до низких (300-400°С) температур, причем зоны разложения оказываются нагретыми до 850-900°С. Вместе с тем изучение прозрачных шлифов и растровая электронная микроскопия выявляют в биотите и др^

гих минералах участки, не затронутые термическим разложением, даже в почти полностью измененных зернах. Определение температуры кристаллизации агрегата ромбического пироксена и герцинита по гранату ( (выполненное по содержанию глинозема в ромбическом пироксене) фиксирует колебание этой величины в пределах 1000-1900°С (по 13 точкам в одном зерне граната)» Таким образом, аналитические данные находятся в хорошем соответствии с упомянутыми выше экспериментальными исследованиями. Все вместе позволяет считать, что описываемые полиминеральные псевдоморфозы представляют собой продукт кристаллизации без перемещения микроколичеств расплава, возникающего в зонах высокого (и неоднородного) нагрева зерен породообразующих минералов за счет энергии ударной волны.

Третью особенность термического разложения составляет его неизо-химический характер - разложение минерала и образование по нему полиминеральной псевдоморфозы сопровождается привносом, прежде всего, щелочей, а также железа. Благодаря этому непременным участником псевдоморфоз является щелочной полевой шпат - санидин, присутствие которого в продуктах разложения биотита, граната, ставролита зафиксировано микрозондовым анализом, дифрактометрией, ИК-спектрометри-ей. Привнос железа хорошо виден на рис.1 по положению фигуративных

1Ш эЕ2Г»Ва 5ЕЗ 6ЕЭ

Рис.1. Состав граната (А, астроблема Попигай), биотита (Б, астро-блема Попигай; В - астроблема Янисъярви), ставролита (Г - астроблема Янисъярви) и продуктов их разложения - калишпата (КПШ), гиперстена (И1), ильменита (Илм), магнетита (Мгт) и герцинита (Грц).

I - состав исходного минерала (в породах мишени); 2 - то же при нагрузках 13-16 ГПа; 3 - то.же при 20-25 ГПа; 4 - то же при 30 ГПа; 5 - то же при,40 ГПа; 6 - то же при 50 ГПа. , .•-.,.

точек исходных и новообразованных минералов. Привнос за секундные времена достаточных для появления санидина '(по бескалиевым гранату и ставролиту) количеств калия не объясним ни при каких параметрах, свойственных эндогенным процессам. Однако, это хорошо соответствует высоким скоростям перемещения вещества в ударной волне, составлявшим 0,7-4,2 км/с. При этом в природных процессах расстояние перемещения не менее л х1С^ мк, то есть на 2-4 порядка превышает ту хе величину в экспериментах и при сварке взрывом (3-300 мк) [Баданов я др., 1986; Дерибас, 1980].

Четвертая характерная черта диаплектового разложения минералов заключается в антидромном течении окислительно-восстановительных процессов: по мере роста ударной нагрузки (и следовательно, послеударной температуры) фиксируется (рис.2) увеличение окисленности железа, а не восстановление его, как обычно в эндогенных геологических процессах. Простейшим проявлением этого является переход части силикатного железа в оксидное с образованием ильменита (по биотиту) или герцинита (по гранату и ставролиту). Помимо этого зафиксировано увеличение роли трехвалентного железа относительно двухвалентного в породе в целом (по данным химического анализа), в биотите (по данным ЯГР) и ильмените (по пересчету микрозондовых анализов). Эти наблюдения вступают в противоречие с экспериментальны-

й1с.2. Увеличение степени окисленности железа (Ре') в зависимости от ударной нагрузки в породе - Ре20з:(Ре0+Ре20з), по данным химических анализов,- биотите - Ре^": :(Ре +Ре ), по данным ЯГР, и ильмените - Ре£0д: :(РеО+РезОд), расчет по микрозондовым анализам. Астроблема Янисъщши.

г„, пи

ми исследованиями [Григорьева, 1981; Аникина и др., 1971], которыми показано, что при ударно-волновом нагружении биотита образуются шарики самородного железа, и тем больше, чем вше железистость биотита. Однако, это противоречие кажущееся, поскольку эксперименты проводились в сухой системе (с монокристаллами биотита), тогда как

в природных условиях импакткое воздействие испытывают водосодержащие горные породы и разложение воды создает большое количество свободного кислорода, который и определяет окислительный характер реакций, сопровождающих диаплектовые изменения минералов.

Роль воды, заполняющей поры и трещины в импактируемых породах, не исчерпывается созданием окислительной обстановки. Под действием ударной волны вода превращается в высокопараметрическую паро-водя-ную смесь, содержащую не менее 50% пара и имеющую температуру более 400°С и давление около 0,2 Ша (при Руд = 25 ГПа)[К|'ее? а., 1976, 1980}. Такой флюид является'чрезвычайно активным и, по-видимому, именно его воздействием и объясняется быстрое разупо-рпдочение структуры полевых шпатов (см.выше), а также резкое увеличение дальности переноса вещества (см.выше). Таким образом, отличия в диаплектовых изменениях минералов, выявленные при изучении астроблем, от зафиксированных в экспериментальных исследованиях -антидромное развитие окислительно-восстановительных процессов, более интенсивный перенос компонентов, разупорядочение структуры минералов - достаточно просто объяснимы. Это объяснение заключается в том, что эксперименты проводятся в сухих системах, тогда как природные условия всегда характеризуются присутствием значительных (до 15-20$ и более) количеств воды.

В целом специфические особенности ударно-волнового преобразования горных пород в твердофазной области позволяют надежно диагностировать процессы импактитообразования и разграничивать эндогенные и космогенные горные породы и слагаемые ими геологические структуры.

2. Впервые по продуктам затвердевания импактных расплавов оценены несколькими методами их температуры, которые в зависимости от геологических и кинетических условий могут достигать 2500-3000°С. Получены также характеристики условий кристаллизации импактитов -давления, температуры, окислительно-восстановительного режима, скорости остывания расплава.

Оценка температуры импактного расплава обычно проводится исследователями по разложению тех или иных минералов в расплаве - плавление кварца, образование смеси бадделиита и кварца по циркону и т.д. Однако, это дает лишь нижний предел величины перегрева расплава над ликвидусом. В диссертации суммированы попытки определения температуры расплава по особенностям продуктов его быстрой закалки -стеклам. Впервые показано, что для этого можно использовать ИК-спек-трометрию рентгеноаморфных стекол, сравнение измеренного и рассчи-<,-НЗ]

тайного (по химическому составу)'показателей преломления стекол, а также особенности распределения некоторых элементов примесей в массивных стеклах и пемзах, и особенности состава захороненных в стеклах и пемзах флюидов.

Применение Ш-спектрометрии (рис.3) основано на том, что по ме-

Рис.З. Инфракрасные спектры поглощения тектитов, импактитов и обсидианов. Ф - фи-липпиниты, А - австралиты, М - молдавиты, В - индошиниты, Э - импактиты кратера Эль-гыгытгын, У - импактиты Карского кратера [Сазонова, Никишина, 1980], Обе - обсидиа-ны [Левитан, Свешникова, 1980] , Э-215 -липарит (К^), Чукотка, р-н оз.Эльгыгытгын, Эк - экспериментальные стекла, полученные плавлением пробы Э-215 вмещающих пород аст-роблемы Эльгыгытгын в вакууме при Т=2000°С, ¿=5 мин.(Эк-З) и Т=2075°С, t =5 мин.(Эк-4).

ре повышения температуры расплава происходит уменьшение интенсивности главной полосы поглощения 1000-1200 см"^. Поэтому использование в качестве опорных точек экспериментальных данных по стеклам липарита-вого состава, а также по тектитам (16, 52) позволило получать оценку температуры расплава (при его застекловании) в пределах +250°С. Определенные таким образом температуры импактных расплавов достигают 3000°С (для самых ранних и быстро закаленных расплавов) и в рентгеноаморфных стеклах редко опускаются ниже 2000°С, что позволяет надежно отличать импактные расплавные стекла от вулканических (температура расплавов которых не превышает, как правило, П00-Х200°С).

Практика оценки температуры импактного расплава этим способом показывает, что он эффективен для брызг, лапилли, бомб (которые остывают быстро и дают рентгеноаморфные стекла). В то же время расплавные импактиты крупных даек и пластообразных тел уже не всегда являются рентгеноаморфными и даже там, где дифрактометрия не выявляет четких признаков кристалличности, ИК-спектры приближаются к характерным для вулканитов. Это затрудняет отнесение таких стекол к импактным (на основе ИКС) и заставляет предполагать, либо изначально более низкую температуру расплава, либо его остывание до за-стеклования.

Другим способом оценки температуры расплава и разграничения им-пактитов и вулканитов является определение показателя преломления стекла. Для этого необходимо сравнить показатель преломления, измеренный иммерсионным способом и рассчитанный по химическому составу ' стекла по уравнению, заимствованному из работы [Cha^ch .lobnson > 19д0]. У вулканических стекол оба показателя преломления одинаковы (з пределах точности методов, +0,ООП ). У расплавных импактных стекол расчетах^ показатель преломлнкия выше измеренного: их разница достигает 0,0п и тем больше, чем сильнее перегрев расплава над ликвидусом (рис.4). Причиной такого поведения показателя прело,мле-

^ Рис.4. Зависи-

I . мость. разцицы в ве-

! личинах измеренного

и расчетного показателей преломления ( АТ) ) стекла от • температуры распла-

«■ ва.

--™-т.—гго—--—™—^ ™тх ния является измене- ние структуры расплава с повышением его температуры. Развивающаяся при этом деполимеризация структуры расплава, разрушение связей, типичных для кристаллического вещества, и замена их более простая! (более устойчивы!.® при высоких температурах) и приводит к несоответствию расчетного показателя преломления импактных стекол измеренному (62,64).

Геохимические особенности стекол (13, 20, 25, 27, 30, 42, 57, 60) и состав захороненных в них флюидных компонентов (9, 23, 56) хорошо согласуется с оценками температуры расплавов, полученными по ИК-спектрам.

Высокие первоначальные температуры импактного расплава приводят к его стремительному остыванию. Скорость остывания, естественно, различна для объемов расплава различной величины. Наиболее интенсивно остывают мелкие (Л мм - п см) брызги расплава - до Ю0°С/с, давая тектитоподобные по своим физическим особенностям стекла. Вулканические стекла формируются при скоростях остывания ок.1°С/с. Неполно кристаллические импактиты остывают значительно медленнее - со скоростью, измеряемой десятками градусов в час. В свою очередь, для полнокристаллических тагамитов Янисъярви эта величина падает до 1-2°С/час, а для дореитов Маникуагана - до 1-4°С/час.

Эти оценки скоростей остывания получены по форме выделяющихся кристаллов плагиоклаза, кордиерита, ромбического пироксена (при сравнении с экспериментальными данными, приведенными в работах [Зв^среп, 1980; Челищев, 1970; Демина, 1980] ). Аналогичные величины дают закономерности распределения титана и алюминия в зональных кристаллах пироксена Маникуагана и Болтышской астроблемы (рис.

Изучение формы кристаллов,полевых шпатов и пироксенов в неполнокристалли-ческих импактитах показывает, что кристаллизация минералов в таких породах происходит в условиях переохлаждения (д Т до 200-250°С), благодаря чему широким развитием пользуются скелетные (футляровидные и дендритовые) выделения с резко выраженной зональностью. Зональность является прямой для цельнотельных кристаллов, формирующихся при ликвидусных температурах или в условиях слабого (до 40-50°С) переохлаждения. При этом в плагиоклазах падает содержание кальция и возрастает количество натрия, а калиевость почти не меняется. В ромбическом пироксене от ядра к краю падает магнезиальность без заметных колебаний в роли других компонентов. Во внешних футляровидных частях кристаллов зональность является необычной: в плагиоклазе на фоне падения кальциевое-ти и возрастания натровости быстро растет количество калия (до 22,8л ортоклазового минала); в калиевом полевом шпате одновременно с увеличением натриевости быстро поднимается кальциевость (до 18,0$ анор-титовой составляющей); в ромбическом пироксене повышается глинозе-мистость (при падении количества кремнезема). В эцдогенных условиях рост калиевости плагиоклаза, кальциевости калишпата, глиноземистос-

Рис.5, Соотношение 14 :А1 (в формульных единицах в расчете на 6 кислородов) в пироксенах тагамитов Болтышской астроблемы и дореитов Маникуагана. I - скорость остывания расплава , 1980]; 2 - пироксен в крупнозернистых дореитах; 3 - то же в мелкозернистых дореитах; 4 - то же в неполнокристаллических тагамитах (цельнотельные кристаллы); 5 - то же (футляровидные кристаллы); б - то же (микролиты) .

ти ромбического пироксена отвечает повышению температуры. В импак-титах же он имеет место при снижении температуры, когда рост кристаллов происходит в условиях повышенной вязкости расплава. При этом кристалл формируется за счет прилегающей к нему части' расплава (дворика вычерпывания), уже об'едненной компонентами растущего минерала и обогащенной "излишними". В этих условиях достройка скелетных частей кристалла происходит за счет компонентов изоморфно близких недостающим: калием вместо натрия в плагиоклазе, кальцием вместо натрия в калишлате, алюминием вместо кремния в пироксене и т.д. Таким образом, возникающая обратная зональность отражает кинетические особенности процесса, а не вариации химического состава расплава в целом, режима летучих и другие причины (обычно объясняющие обратную зональность плагиоклаза, например, в эндогенных условиях).

Существенной особенностью процесса остывания импактного расплава является антидромное изменение его окислительно-восстановительных характеристик. Если в эндогенных образованиях понижение температуры расплава сопровождается повышением его окисленности, то у импактного расплава, наоборот, растет восстановленность. Это следует из сопоставления аналитических данных по составу захороненных в расплавных импактитах флюидов (9, 28) и результатов экспериментального воспроизведения микрометеоритного удара [Герасимов, 1979; Герасимов и др., 1983, 1984], которое показывает, что в момент удара продукты испарения пород могут содержать более 50-60% кислорода. Затем оно быстро падает за счет ухода кислородсодержащего пара из зоны породообразования, а также благодаря участию кислорода в минералообразовании (рис.б). Изучение железосодержащих минералов

Рис.б. Окисли-тельно-восстанови-тельные условия образования некоторых вулканических пород и импактитов [Фельдман, Летников, 1986, с дополнениями] : I - ба-■зальты и трахиба-зальты; 2 - кислые эффузивы; 3 - кислые пемзы (по В.Л. Барсукову, А.А.Ма-ракушеву, Н.С.Ни-

1000 1400 1000 2200 2900

кольскому и др.); 4 - импактные стекла; 5 - импактные пемзы астро-блемы Эльгыгытгын; б - армолколит (по С.Н.Дымбалу и др.); 7 - предполагаемое положение линии равновесия Гем-Мгн в импактных стеклах; В - предполагаемые условия формирования рассматриваемых в данной работё минералов железа; 9 - изменение ja0 по мере остывания икпак-тного расплава.

в расплавных импактных стеклах астроблем Эльгыгытгын (21), Карской (38), Западной Дымбал и др., 1980, 1982 позволяет зафиксировать следующий ряд СиОняйщих друг друга кристаллических фаз: гематит (Т ~ 2000°С,у\д0г ~ -15 ккал) - магнетит (Т~ 2000°C,/V^ -20 ккал) - армолкслкт (Т~ П00-1200°С,/лОг -80 * -90 :^Кал) - ка-ма07,7 íT ~ I00ü-II00°C, ккал) - трил + пирротин

650-250°С,^ -Ю5 т -110 ккал). Кристаллизация импактных расплавов, при которой магнетит-ильменитовый парагенезис формируется вместе с силикатами, характеризуется температурами 500-800°С и уи0г~ -12 v -28 ккал.

Общие параметры остывания импактного расплава колеблются очень широко, особенно это относится к температуре (3000°С - п хЮ0°С), скорости остывания (п хМ0°С/с -п °С/ч), активности кислорода (л/_ю ккал -120 ккал) и в меньшей степёни к скорости кристаллизации и давлению. Давление является наиболее стабильной величиной - оно не превышает первых МПа (0,п -п МПа). Такие широкие интервалы являются следствием весьма высокого нагрева расплава, ¿ели же рассматривать условия кристаллизации, т.е. параметры формирования полно- и неполнокристаллкческих импактитов, то они оказываются значительно более стабильными. Температуры кристаллизации минералов (судя.по составу сосуществующих полевых шпатов, ильменита и магнетита, глиноземистости ромбического пироксена) укладываются в пределы 500-900°С, а для наиболее поздних минералов (сульфидов) дате ниже (до 260°С). При этом скорости остывания вещества ограничены величинами п хЮ°С/ч - п °С/ч. Таким образом, кристаллизация импактитов - в отличие от застеклования - по своим параметрам весьма близка к условиям формирования эндогенных вулканических и гипабис-. сальных пород.

3. Геохимические особенности импактных расплавов определяются не только составом плавящихся пород мишени, но и геолого-кинетическими судьбами расплавов.

Как было показано еще М.Денсом [репсе, 1971] , валовый состав расплавных импактитов определяется составом пород мишени. Однако,

исследования, проведенные позднее (6, 8, 10, 13,- 14), показали, что практически во всех астроблемах наблюдаются статистически значимые отличия между составом пород мишени и составом расплавных импакти-тов для широкого круга химических элементов, как главных породообразующих (табл.2), так и для элементов-примесей (8). При этом отчетливо видно, что в различных кратерах одни и те же компоненты могут иметь дефицит или, наоборот, обнаруживать относительное накопление в расплаве относительно пород мишени; и, наконец, их содержания в обеих группах пород могут статистически значимо не отличаться. Отсутствует также единый ряд накопления (разубоясивания) для рассматриваемых элементов. Причина такого неоднородного их поведения, как показано в диссертации, заложена в геологических условиях генерации, перемещения и застывания импактных расплавов, в фа-циальных условиях формирования пород.

С этой точки зрения существует дБа крайних типа расплавов. К первому типу относятся образования донной фации; ко второму - им-пактные расплавы-выбросов (8, 10, 12, 14, 45, 46, 63).

Расплавы донной фации по составу отвечают среднему составу пород мишени с очень высокой степенью усреднения. В качестве примера таких расплавов в диссертации приведена характеристика дореитов (полнокристаллических расплавных импактитов) астроблемы Маникуаган. Породы мишени (габбро, анортозиты, гранатовые амфиболиты, мангериты, чарнокиты, амфибол-гранат-биотитовые гнейсы) имеют весьма контрастный химический состав с колебаниями содержания кремнезема, например, от 41,06 до 75,00%. Образовавшийся при их импактном плавлении расплав, напротив, весьма однороден и не отличается статистически значимо ни по вертикали, ни по горизонтали в огромной тороидальной в плане (шириной 4-6 км и мощностью более 200 м) пластовой залежи

»Т^оТЛП » 1978]. Приведенный в диссертации кластерный анализ химического состава- (127 проб) пород мишени и расплавных импактитов (45) показал, что расплавные ишактиты (3(02 - 57,75, Т| 02 -0,77, А1203 - 16,51, Ре0об - 5,87, Мп 0 - 0,11, МдО - 3,50,. СаО -5,92, Л/а20 - 3,В2, К^О - 3,03, масс.%) не имеют аналогов среди пород мишени и отвечают смеси 4,575 анортозитов, 54,6-55,5% меланокра-товых гнейсов, 39,2-40,0% гранито-гнейсов и 0-1,7% серых гнейсов Шогап еЬ а£. . 1978; (^¡еУб ,НоМ17. 1978]. При кластерном анализе составы импактитов группируются всего в трех кластерах второго шага агломерации (из 25), тогда как породы мишени формируют свои кластеры, (обычно монопородные, реже анхимонопородные).

Состав импактитов некоторых астроблем, в % к составу мишени

Таблица 2

¥>+! N а20

Кратер вес. % ъес.% ! в импактитах в мишени

Лонар (Индия) 51,77 2,84 0,26 0,32

Маникуаган (Канада) 54,7 6,97 0,73 0,40

Карский (СССР) 58,77 6,03 1,01 0,52

Брент (Канада) 58,83 12,6 2,63 1,23

Янисъярви (СССР) 59,99 5,57 1,68 1,22

Илируо тер Западный (Канада) 60,4 7,38 0,95 0,55

Карсвел (Канада) 60,8 10,13 7,1 2,38

Клируотер Восточный (Канада) 62,8 6,72 1,21 ' 1,07

Сааксъярви (Финляндия) 64,84 6,04 0,89 1,43

Эльгыгытгын (СССР) 66,51 6,65 1,30 1,37

Хенбери (Австралия) 74,5 4,36 .3,63 4,08

Состав импактитов

I

В

I

[К,А1,Т1 ,\а,Мд,Са,£|] х) ^89[Са,А1,3! ,Т! ,Мп]М9131К164 И> Мп53Са56Мод0[Л/а] 5 [ ц^ц^ 117%87

М9б8А194[Л|'а'Са'Т'» .Ши^П 122 Мп 55^аоз[ра,А1,Т», 5» ,Мд]К152 Мп 1ВЫа58 5;91[ТиА1,Са]к172М^з38 [/Va.AI.Si ,К,Т! ,Са]Мо194 [Са.Мд^.АХ.Б! ,К]Л/а1д4

«86^1 95[м".т']А1т08Л'а109М9162Са191 $197[М9,К,//а,Са]А1115Т ¡ш '

х - в квадратных скобках даны элементы, содержания которых в импактитах и породах мишени значимо не отличаются.

хх - цифры у символа элемента показывают его долю (%) в расплаве по сравнению с содержанием в мишени (которое принято за 100%).

Лмпактные расплавы, фиксируемые в выбросах Скак закратерных, так и внутрикратерных), наоборот, характеризуются славым развитием процессов перемешивания и усреднения. Благодаря этому здесь широко развиты монопородные стекла и пемзы и различные гетеротакситовые породы (45, 46, 63) [Райхлин, 1984; Масайтис, Селиваковская, 1987]. Типичным примером, подробно разобранным в диссертации, является астроблема Жаманшин. Породы мишени здесь еще более контрастны, чем в Маникуагане, и содержание кремнезема в них колеблется от 41,14 до 99,90$. Кластерный анализ химического состава (406 проб) пород мишени, полиминеральных диаплектовых стекол и расплавных импактитов (стекол, шлаков, пемз) показал, что различные по составу стекла образуют четыре группы: весьма высоко кремнекислых, высоко кремнекислых, умеренно кремнекислых и низко кремнекислых пород, содержащих 92,56; 72,99', 64,86 и 54,62% кремнезема соответственно (чем была подтверждена группировка пород, предложенная в работе [Масайтис, Селивановская, 1987]).

Преобладающая масса проб (96,8% их общего количества) группируется в пяти кластерах (из 15) третьего шага агломерации, причем в каждом кластере объединяются как импактные расплавные стекла и пемзы, так и породы мишени. Это позволяет говорить, что разнообразие составов стекол отвечает разнообразию состава пород мишени и выделять для каждой группы стекол совершенно определенные расплавома-теринские породы. Так, низко кремнекислым импактитам соответствуют вулканогенно-осадочные породы нижнего карбона (.базальтового состава) и зеленые сланцы верхнепротерозойского - нижнепалеозойского комплекса. К умеренно кремнекислым импактитам наиболее близки осадочные породы нижнего карбона и порфироиды верхнепротерозойского -нижнепалеозойского комплекса. Высоко кремнекислые импактиты попадают в одну группу с осадочными породами четвертичного возраста, мела, палеогена и верхнего протерозоя - нижнего палеозоя. Весьма высоко кремнекислые импактиты ассоциируют лишь с кварцитами верхнего протерозоя - нижнего палеозоя. Важно отметить, что полиминеральные диаплектовые стекла по зеленым сланцам и кварцитам оказываются лишь в первой и четвертой из перечисленных выше групп, образуя как бы мостик между породами мишени и расплавными импактитами и подтверждая, таким образом, объективность и правомочность вывода о возможности выявления расплавоматеринских пород с помощью кластерного анализа.

Сравнение химических составов пород мишени, массивных расплавных стекол и высоко пористых пемз, выполненное для нескольких астроблем,

Таблица 3

Соотношения химических составов пород мишени, расплавных импактных стекол и пемз астроблемы Жаманшин

Окис

лы

Высоко кремнекислые породы (кластер 3, 3-го шага)

Низко кремнекислые породы (кластер б, 3-го шага)

I -

! I

I

В

I

мишень ( п=Ю) стекла (п =42) пемзы (п =14) мишень (п =22) | стекла } (п=48) пемзы (п =12)

V*) " ~ ~!х • ~ , о » ! ст- !х : *п(5Г) х" % п •хст'/о м | — ! ^ ( с л !хст^ !х • п |СТ*

5!02 т;о2

А12О3

ре2°3 РеО

МдО

СаО

%0

65,12(5, 0,75(0, 15,44(2, 3,94(2, 0,76(0, 1,58(0, 1,32(0, 1,47(0, 2,64(0,

31) 75, 25) О, 72) II, 38)° О, 54)° 4, 82) О, 74) О, 79) I, 64) 2,

12(1,26) 63(0,08) 40(0,89) 63(0,49) 70(0,95) 87(0,17) 94(0,21) 82(0,12) 84(0,19)

115 84 74 16 618 55 71 124 108

68,85(3,35) 0,87(0,18) 14,52(3,00), 1,00(0,49 5,93(1,34 )а' 1,47(0,86) 1,58(0,57) 1,21(0,34) 2,62(0,39)

92 47,41(3 138 1,34(0 127 17,58(1 ^ 5,13(2

,72 ) 53,68(1,58) (ИЗ) ,81) 0,89(0,09) 66 ,60)ч19,73(0,88). 112

(159) 126 169 168 66 92

,26)^ 5,53(1,74):

. ... . (108)

4,60(3,52) 4,11(1,48р 89

4,72(1,96) 2,83(0,44) 60

6,89(2,73) 7,51(1,61) (109)

3,27(1,51) 3,67(0,65) 112

1,01(0,65) 1,42(0,17) 141

53,92(2 0,78(0 19,03(1 5,94(1 3,31(0 2,67(0 6,93(1 3,36(0 1,29(0

,91) (100) ,10) (88) ,34) 96 ,45)^ (107) ,87Г (81) ,55) (94) ,82) (92) ,65) (92) ,26) (91)

Примечания :1-п=7;2-п=П;3- процентные соотношения в скобках отвечают статистически незначимым различиям; 4 - п =15; 5 - П =27; 6 - И =8.

показывает, что даже при объединении этих трех групп пород в одном кластере они могут статистически значимо отличаться по большему или меньшему числу компонентов. Подробный анализ различий и их возможных причин, приведенный в диссертации, позволяет сделать вывод, что в ряду мишень - стекло - пемза фиксируется как нарастание дефицита, так и накопление тех или иных элементов. Так, в Болтышской астроблеме пемзовидные импактиты (примерно 50 м верхней части разреза) отличаются от массивных стеклосодержащих тагамитов меньшим количеством натрия и железа и большей ролью калия, благодаря чему отношение К^О: Л/а^О возрастает от 1,04-1,36 в массивных импактитах до 1,63-1,65 в пористых. Кроме того, пористые импактиты обеднены летучими: их суммарное содержание составляет 0,76% против 2,18% в массивных. Близкая картина фиксируется при сравнении пористых и массивных расплавных импактитов в астроблемах Восточный Клируотер и Эльгыгытгын.

Сравнение пород мишени, импактных расплавных стекол и импактных расплавных пемз, принадлежащих к одному кластеру, позволяет зафиксировать (на примере астроблемы Жаманшин, см.табл.3) взаимно обратное поведение большинства компонентов при процессах плавления и дегазации. Так, в высоко кремнекислых породах растет при плавлении и падает при пемзообразовании количество кремнезема, окиси железа, окисей натрия и калия, тогда как двуокись титана, трехокись алюминия, магнезия и окись кальция, наоборот, накапливаются при дегазации и улетучиваются при плавлении. При этом калий накапливается в расплаве в меньшей степени, чем натрий, а при дегазации они меняются местами и происходит накопление калия относительно натрия. В низко кремнекислых породах отмеченные тенденции сохраняются лишь для кремнезема, отчасти двуокиси титана и магнезии; для остальных окислов тенденции прямо обратные.

При всей схематичности приведенных данных хорошо видно, что ведущей причиной этого является селективное улетучивание компонентов расплава, протекающее по различным механизмам. В настоящее время можно говорить о доказанности четырех таких механизмов (форм) испарения: нульвалентного, кластерного, оксидного, углекислотно-вод-ного.

Первая форма испарения (нульвалентная) характерна для наиболее высокотемпературных этапов процесса (и объемов расплава), когда вещество пород мишени диссоциирует и восстанавливается до элементарного состояния (2, 17, 51). Вторая (кластерная) форма обеспечивает улетучивание кластеров ("обрывков" молекул) вещества, не успевшего

Таблица 4

Состав газов в породах мишени и импаетитах некоторых астроблем СССР

№ | Группа ¡Число' Содержание газов, ил/г

п.п.| пород .'проб ! н2° ! со2 | СО | сн4 | Н2 ! а/2 г % | *2 ! Ко I -3

К а р с к ( а. я а с т р о б л е м а

I. Мишень 7 19,8 13,45 0,74 0,037 1,04 0,36 0,059 0,064 0,062

2. Тагамиты 10 19,9 1,23 0,12 0,04 0,072 0,31 0,005 0,106 0,010

, 3' Зювиты 5 46,4 6,63 2,11 0,43 4,30 0,20 0,115 0,187 0,168

го Астр о б л е м а Э л ь г ы г ы т г ы н

1 4. Мишень 7 22,77 1,88 0,11. 0,014 0,074 0,14 0,0035 0,0104 0,008

5. Стекла 10 4,36 0,60 0,07 0,003 0,010 0,13 0,0066 0,2543 0,029

6. Шлаки 3 17,27 0,40 0,16 0,010 0,180 0,20 0,0095 0,4203 0,018

7. Пемзы 5 7,49 0,23 0,12 0,020 0,170 0,14 0,0202 0,4006 0,039

А с т р о б л е м а Я н и с ъ я рви

8. Мишень 9 13,42 0,65 0,068 0,010 2,01 0,33 0,1707 0,1346 0,170

9. Тагамиты 16 24,59 1,10 0,12 0,043 0,15 0,28 0,0067 0,1454 0,012

К1 = Н2:Н2°; \ = С0:С02; К3 = (Н2+СШ-СН4): (^0+002)

диссоциировать до элементарного состояния, или, наоборот, простейших соединений, возникших сразу не после вылета частиц при их слиянии [Яковлев, 1989; УаКс^Реу а£. , 1985] . Третья (оксидная) форма реализуется благодаря очень высокому потенциалу кислорода в паре,появившегося под действием ударной волны (см.выше) и окисляющего те или иные элементы до легко летучих (в условиях высоких температур) соединений (17, 25, 27, 30, 35, 42, 60), И, наконец, четвертая (углекислотно-водная) форма улетучивания является примером, транспортировки химических элементов в виде сложных комплексов, гозникновение которых обеспечивается участием в ударно-взрывном событии больших количеств воды и углекислоты (48). Несомненно, что перечисленные формы улетучивания не исчерпывают их реально существующего многообразия.

Различные интенсивности улетучивания тех или иных компонентов в конкретных физико-химических условиях и создают эффекты накопления (для относительно инертных компонентов) или дефицита (для более подвижных), причем один и тот же химический элемент в разных астро-блемах (или даже в импантитах разных фаций одной и той же астробле-иы) может оказаться либо в. первой, либо во второй группе.

Взяиейдае значение в этом .процессе, очевидно, принадлежит флюидной составляющей импактного расплава. Специальное исследование захороненных в стеклах флюидов, данные которого приведены в диссертации (9, 28), показывает, что состав флюида определяется, в первую очередь, режимом процесса, тогда как состав пород мишени и заключенного в них флюида имеют подчиненное значение (табл.4). Эти же данные выявляют понижение степени окисленности флюида при дегазации расплара. Например, в астроблеме ольгыгытгын коэффициент общей восстановленное™ флюида (Но+СО+СК^):(Н2О+СО2) равен 0,029 для массивных' и 0,039 для пемз. Это соответствует смене кластеров гематита кластерами магнетита по данным ЭПР (21). Однако, детальное изучение влияния флюидного режима на формы и интенсивность перераспределения компонентов в импактном процессе требует значительных' объемов исследований и является важной задачей будущих работ.

4. Весь комплекс имеющихся данных позволяет утверждать, что импактиты являются самостоятельным типом горных пород наравне с осадочными, магматическими и метаморфическими горными породами. Об этом свидетельствует специфичность источника энергии породообразующего процесса, обстановка породообразования, механизмы формирования пород и физико-химические параметры их возникновения (табл.5). > ■ '

- 25

Таблица 5

Сравнительная характеристика процессов породообразования

Горные породы ; Источник ; энергии ; Обстановка ; Механизм ! Параметры породообразования

(генетический , породооб- 1 породооб-

тип) { процесса j разования { разования | Р, МПа \ 1 Т, С

Осадочные Экзогенный Поверхность, планеты Осадки в водной или воздушной среде Ю31 - 1сГ п -г п хЮ

Магматические Эндогенный Поверхность и кора планеты Кристаллизация из флюидно-си-ликатного расплава 10 - ю-3 (Ы5)хЮ2

Метаморфические — - Кора планеты Перекристаллизация до ■(1+1,5)х103 (Ш2)хЮ2

Импактные Космогенный Поверхность планеты Осадки, перекристаллизация, кристаллизация из рас- до (44-5)хЮ4 (2хЗ)хЮ3

плава, ударная литификация и

аморфизация

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Впервые произведена комплексная оценка физико-химических условий процессов импактитообразования под действием ударной волны

в твердофазной области (в пределах ударных нагрузок до 40-50 ГПа и послеударных температур до 900-1500°С).

2. Впервые по продуктам остывайия импаКтных расплавов оценены несколькими методами их температуры, которые в зависимости от геологических и кинетических условий могут достигать 2500-3000°С. Получены характеристики условий кристаллизации импактитов - давления, температуры, окислительно-восстановительного режима, скорости остывания расплава.

3. Геохимические особенности импактных расплавов определяются не только составом плавящихся пород мишени, но и геолого-кинетическими судьбами расплавов.

4. Весь комплекс имеющихся данных позволяет утверждать, что им-пактиты являются самостоятельным типом горных пород (наравне с осадочными, магматическими и метаморфическими горными порогами)-

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Импактиты Попигайской астроблемы - вопросы классификации и но-

менклатуры. Бюлл.МОИП, отд.геол., 1975, № I, с.157-158 (соавторы В.П.Белов и др.)

2. Об улетучивании элементов из расплавов горных пород, образующих-

ся при метеоритных ударах. Вестник МГУ, серЛУ, Теология, 1976, № 3, с.67-72 (соавторы А.П.Бахтина и др.)

3. Комплексное изучение метеоритных кратеров (первая метеоритная

школа). Изв.ВУЗ, Геол.и разв., 1978, № 9, с.190-191 (соавтор Я.Г.Кац)

4. Геологическое изучение метеоритных кратеров и астроблем. М.,

ВИЭМС, 1979, 32 с. (соавторы В.Л.Масайтис и др.)

5. Метеоритный кратер Шунак. Метеоритика, 1979, в.38, с.99-103,

(соавторы А.И.Дабижа и др.)

6. Некоторые особенности химического состава импактитов метеорит-

ного кратера Эльгыгытгын (Чукотка). Метеоритика, 1980, в.39, C.II0-II3 (соавторы Л.Б.Грановский и др.)

7. Шоковый метаморфизм породообразующих минералов (на примере аст-

роблемы Янисъярви). Космическая минералогия. Л., Наука, 1980, с.86-91 (соавторы Л.Б.Грановский, Н.Н.Никишина)

8. Импактиты. М., МГУ, 1981, 240 с. (соавторы Л.В.Сазонова и др.)

9. Газы во включениях лз импактных стеков астроблемк Эльгкгштын. ' ДАН СССР., 1981, т.261, № 5, с.1220-1223 (соавторы С.А.Езднез-ский, Н.АДугуроБа)

10. Общие особенности геохимии ишдоститов* Вестник МГУ, серЛУ,

Геология». 1981, № 6, с.48-57 (соавторы И.Г.Кгпусткина и др.)

11. Геофизическая характеристика некоторых астроблем СССР. Метео-

ритика, 1982, № 40, с.91-101 (соавтор А.И.Дабижа)

12. Классификация импактитов по петрографическим и геологическим

признакам. Бюлл.МОИЛ, отд.геол., 1982, № 6, с.84-94 (соавторы Л,В.Сазонова и др.)

13. О преобразовании планетного вещества в высокоскоростном удар-

ном процессе. Геохимия, 1982, № 7, с.946-959 (соавторы А.Т. ВазилеЕсккй и др.)

14. К геохга.ми пмпактитов кратеров Янисыфш, Кара, Эльгыгытгын.

Геохимия, 1933, № 6, с.1092-1107 (соавтор А.Т.Базилевский) 15ч Ударные кратеры на Луне и планетах. М., Наука, 1983, 200 с.

(соавторы А.Т.Базилевский и др.) 16. Инфракрасные спектры тектитов, импактитов и обсидианов. Изв.

АН СССР, сер.геол., 1983, № 2, с.96-100 (соавторы Н.Н.Коротаева, Е.В.Свешникова)

17» 0 формах улетучивания щелочных металлов из силикатных иыпактных расплавов. Вестник МГУ, серЛУ, Геология, 1983, }? 3, с.57-62, (соавторы М.Д.Нусинов и др.)

18. Метеоритное вещество в импактитах. Космохимия и метеоритика,

Кнеь, 1984, с.147-151 (соавторы И.Г.Капустника и др.)

19. Геологическое строение и петрография импактитов Пучеж-Катун-

кзкой аотроблеш (Поволжье). Болл.МОШ, отд.геол., 1984, № 6, с.53-63 (соавторы Л.В.Сазонова и др.)

20. О распределении иридия в породах земных ударных кратеров. Гео-

химия, 1984, Р 6, с.781-790 (соавторы А.Т.Базилевский и др.)

21. Структурные формы железа и марганца в тектитах и импактитах по

данным ЗПР. Мин.журн., 1984, т.6, № 2, с.30-35 (соавторы Р.М. Минеева и др.)

22. Космогашыо к эндогенные структуры Земли (критерии разграниче-

ния). Докл.ХШ сес.ЫГК, т.19, 1984, с.104-110

23. Астроблемы на траппах - особенности строения, отличия от удар-

ных структур на других мишенях. Метеоритика, 1985, в.44, с. 139-145 (соавторы Б.А.Иванов и др.)

24. Акцессорные минералы импактитов,- Акцессорные минералы горных

пород. М., 1985, е.62-63

£5. Особенности химического состава и оптических свойств породообразующих минералов тагамитов астроблемы Янисъярви. ДАН СССР, т.281, 7° I, с.138-142 (соавторы Л.В.Сазонова, Е.Я.Щербовский)

26. Контаминация импактитов астроблемы Зльгыгытгын метеоритным ве-

ществом. ДАК СССР, 1985, т.280, Я 3, с.755-759 (соавторы И.Г. Капусткина, Г.М.Колесов)

27. Геохимия некоторых элементов примесей в кмпактитах астроблемы

Зльгнгитгын. Космическое вещество. Киев, 1936, с.99-107 (соавторы П.Г.Капусткина, Г.М.Колесов)

28. Зяшдный ретин импактитов. Еестник 1ЛУ, серЛУ, Геология, 1935,

с,40-49 (соавтор S.A.Летников)

29. Критерии отличия эемнызс космогенных и эндогенных палеоструктур

в базальтах. Еестник МГУ, сер.Г/, Геология, 1987, £ 3, с.49-56 (соавтор D.E.Миронов)

30. Контаминация импактитов Болтышской астроблемы кетеоритнш ве-

ществом. ДАН СССР, 1987, т.295, i I, с.164-167 (соавторы A.A. Вальтер, И.Г.Капустина, Г.М.Колесов)

31. Каталог астроблем и метеоритных кратеров Земли. Метеоритика,

1987, в.46, с.154-171

32. Классификация и номенклатура продуктов ударного метаморфизма.

Изв.АН СССР, сер.геол., 1987, I? 9, с.117-119

33. Химизм диаплектовых изменений некоторых породообразующих мине-

ралов. Геохимия, 1987, № II, с.1615-1627 (соавторы Л.З.Сг-о-нова и др.)

34. Переход микроклин-санидин при ударном метаморфизме. XX Всес.

метеор.конф., М., 1987, ч.1, с.37-39 (соавторы A.B.Шолпо, Л.В.Сазонова)

35. Скислительно-восстановительные условия в импактном расплаве.

XX Всес.метеор.конф., М., 1987, ч.1, с.32-33 (соавторы Л.В. Сазонова, А.В.Гужова)

36. Скорость остывания импактных расплавов (минералого-петрографи-

ческие критерии). XX Всес.метеор.конф., М., 1987, ч.1, с.31-32 (соавторы И.Н.Биндеман, Л.В.Сазонова, Н.Н.Кононкова)

37. Расчленение импактитов и вулканитов при крупномасштабном геоло-

гическом картировании. Петрология и минерагения Казахстана (тезисы). Алма-Ата, 1988, ч.2, С.П7-П8

38. Акцессорные минералы железа в импактитах Карской астроблемы

(Пай-Хой). ДАН СССР, 1988, т.'301, л» 5, с.1191-1194 (соавторы Л.В.Сазонова, А.В.Гужова)

39. Энергетические аспекты ударного метаморфизма. Геол.метам.комп-

40,

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53.

лексов. Свердловск, 1988, с.39-46 Некоторые особенности преобразования граната при ударном метаморфизме. Метеоритика, 1988, в.47, с.189-197 (соавторы Л.Б.Сазонова, С.П.Федосова) Изменение биотита при ударном метаморфизме. Метеоритика, 1988,

в.47, с.197-206 (соавторы Л.В.Сазонова, А.В.Гужова) Фракционирование метеоритного вещества в импактном процессе.

Геохимия, 1988, № II, с.1547-1557 (соавтор И.Г.Капусткина) Диаплектовые изменения темноцветных минералов. Вестник МГУ, сер.4, геология, 1988, 5, с.29-37 (соавтор Л.В.Сазонова) Физико-химические превращения в силикатах при ударном сжатии в метеоритных кратерах. 1У Всесоюзное совещание по детонации. Доклады, т.П, 1988, Москва, с.138-144 (соавтор Л.В.Сазонова) Некоторые петрологические особенности импактных расплавов. Метеоритика,. 1989, в.48 (соавтор В.М.Ряховский) Расплавные импактиты астроблемы Жаманшин и модель кратерообра-зования. Космохимия и сравнительная планетология. Доклады сов. геологов на ХХУШ сес»Межд.геол.конгресса (Вашингтон, июль, 1989). М., Наука, 1989, с.150-157 Физико-химические условия минералообразования в импактном процессе. Кристаллическая кора в пространстве и времени: метаморфические и гидротермальные процессы. Доклады сов.геологов на ХХУШ сес.Межд.геол.конгресса (Вашингтон, июль, 1989). М., Наука, 1989, с.91-100 Редкоземельные элементы в импактитах. Развитие идей В.И.Вернадского в геологических науках. М., Наука. 1990. Some peculiarities of geologic setting of Janisjarvi impacti-tes, south-west Karelia, USSR. Lun.Plan.Sci.Conf.IX, 1978, Houston, p.403-404 (co-author L.B.Granovsky) A study of biotites from allogenic breccia of impact crater Janisjarvi. Lun.Plan.Sci.Conf.X, 1979, Houston, p.458-460 (coauthors L.B.Granovsky et al.) Laboratory simulation of volatilisation from melts induced by micrometeoroid impacts. Moon a.Planets, 1982, v.26, p.279-304 (co-authors M.D.Nussinov et al.) Infrared absorption of tektites, impactites and obsidians aa a genetic criterion. Lun.Plan.Sci.Conf.XIII, 1982, Houston, p.2б2-2бЗ (co-authors N.H.Korotaeva et al.) Diaplectic quartz, from autogenous breccia of the Puijhgzh-Katunls astrobleme (USSR). Lun.Plan.Sci.Conf.XIII, 1982, Houston, p.

765-766 (co-authors L.V.Sazonova 'et al.) 54, Circular structure Logancha as possible meteorite crater in'

basalts of the Tunguska syneclise. Lun.Plan.Sci.Conf.XIY, Houston, 1983, p.191-192 (co-authors L.V.Sazonova et al.) 55* Cosmogenic and endogenic ring structures of the Earth. Abstr. 27th IGC, v.YIXI, p.282, sec.19, 1984, Moscow

56. Behaviour of fluid components in the process shock metamorphism.

Lun.Plan.Sci.Conf.XYI, 1985, Houston, p.234-235 (co-author tf.A. Letnicov)

57. Behaviour of some meteoritic material indicator elements in

. process of impact melt degassing. Lun.Plan.Sci.Conf.XYI, Houston, 1985, p.422>-423 (co-authors I.G.Kapustkina'et al.)

58. Micromorphometry and porosity of impactites from selected me-

teorite craters. Bull.of the Polish Acad.of Sci., Earth sci., 1986, v.34, IT 3, p.279-290 (co-author li.Zbik)

59. Rate' of impact melts cooling and minerals-.compositions. Lun.

Plan.Conf.Sci.XXX, Houston, 1988, p.319-320 (co-authors I.N. Bindeman et al.)

60. Some geochemical aspects of projectile reconstruction, lun.

Plan.Sci.Conf.XIX, Houston, 1988, p.579-580 (co-author I.G. Kapustkina)

61. Chemism of diaplectic transformation in Garnet, Biotite and

Staurolite. Lun.Plan.Sci.Conf. XIX, Houston, 1988, p.323-324 (co-authors L.V.Sazonova et al.)

62. Refractive index of natural glasses as a criterion for distinc-

tion of vulcanites and impactites. Lun.Plan.Sci.Conf.XIX, Houston, 1988, p.321-322 (co-authors S.P.Pedosova et al.)

63. Compositional relationships of target and inelt on Zhamanshin

astrobleme. Lun.Plan.Sci.Conf.XIX, Houston, 1988, p.317-318 (co-author V.M.Hjachovsky)

64. Comparative characteristic of impactite, tektite and fulgurite

glasses. Second Intern.Conf.on Natural Glasses, Prague, 1987, p.215-220

65* Experimental study of regional metamorphism of impactites. Lun. Plan.Sci.Conf .XX," Houston, 1989, p.281-282 (co-author Ju.B. Matveeva)

66. Diaplectic transformation of hornblende from Puchezh-Katunki astrobleme, USSR. Lun.Plan.Sci.Conf.XX, Houston, 1989, p.277-278 (co-authors S.P.Pedosova et al.) 67- Plagioclase crystallization peculiarities in impact melts of

Boltysh astrobleiss (USSR). Lun.Plan.Sol.Goaf.XX, Houston, 1989, p.952-953 (co-authors L.V.Sazonova et al.).

Подписано к печати 6ММ9.

Формат 60x90/16. Усл. пвч. л. О УЧ.-КЗД.Л.

экз. Заказ №

/ш

Ордена "Знак Почета* издательство Московского университета. 103009, Москва, ул. Герцена, 5/7. Типография ордена 'Знак Почета* издательства МГУ. 119899, Москва, Ленинские горы.