Научная конференция ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ
Апрель 2003 года, Секция ГЕОЛОГИЯ,
Подсекция: Инженерная и экологическая геология.

Петрофизические особенности четвертичных эффузивов Земли

В.М. Ладыгин, Ю.В. Фролова

Вулканизм, как проявление эндогеных процессов, существовал на протяжении всей истории развития Земли. Это подтверждается наличием вулканических пород всех возрастных диапазонов - начиная от архея до настоящего времени. Таким образом, вулканические породы несут информацию о строении и эволюции недр Земли.

На кафедре инженерной и экологической геологии собрана представительная коллекция вулканических пород (от архея до современного возраста, из различных геодинамических обстановок и регионов Земли), и создана база данных их петрофизических свойств. База охватывает около 5000 образцов и включает 20 показателей петрофизических свойств, а также петрографические и геологические характеристики пород. Созданная база данных позволила детально изучить свойства вулканитов, их природу, зависимость от различных факторов.

Сравнение древних и современных пород показало, что одним из основных их отличий является степень и характер вторичных преобразований. Тогда как остальные характеристики - химический состав (за очень редким исключением - в настоящее время, по-видимому, не образуются коматииты), структура, текстура, строение потоков и массивов, - практически одинаковы. В связи с этим, изучение современных эффузивов дает возможность не только понять и прогнозировать процессы вулканизма, происходящие в настоящее время на Земле, но и познать характер вулканических и метаморфических процессов, произошедших на той или иной территории в течение всей истории развития Земли.

Как известно, образование вулканической породы начинается с процесса излияния жидкой расплавленной магмы на поверхность Земли. Однако подготовка этого процесса, существенно влияющая на конечный продукт (вулканические породы) начинается глубоко в недрах Земли. По глубине заложения выделяют мантийные и коровые магматические очаги, дающие различные по составу магмы, что приводит к образованию всего многообразия вулканических пород от ультраосновных до кислых.

В процессе излияния расплава на поверхность Земли образуются потоки и покровы, имеющие наиболее часто двух-трехчленное строение, выраженное чередованием массивных и пористых эффузивов. Для последних характерны открытые поры различной конфигурации, размера, количества и положения в потоке. Количество порового пространства меняется от 1-2 до 60-70 % объема породы. Пористость является главным фактором, влияющим на петрофизические свойства четвертичных вулканитов. Она непосредственно определяет величины плотностных характеристик (плотность, величину пористости, водопоглощение), а также упругие и прочностные характеристики. Пористое сложение породы сохраняется в течение длительного времени (до несколько миллионов лет), до того момента, пока различные процессы - гравитационные (платформы), тектонические, вызывающие опускание территории на глубину, в зону воздействия температуры, давления, термальных вод, не вызовут заполнение пор и преобразование первичных минералов вторичными. Это одно из главных отличий четвертичных вулканитов от более древних, которое вызывает и различия в петрофизических свойствах и их зависимость от различных геолого-минералогических факторов. Это касается как эффузивов, так и рыхлых обломочных образований, образующих мощные толщи несцементированных отложений, которые лишь под воздействием тех же вторичных процессов переходят в туфы.

Как показали исследования, помимо видимых пор, при окончательном застывании расплава и перехода его из жидкого в твердое состояние, в процессе уменьшения объема, происходит образование как макротрещин (столбчатая, шаровая отдельность), так и мельчайших микротрещин. Микротрещиноватость впервые была обнаружена у современных эффузивов Камчатки при исследовании причин аномально низких значений скоростей упругих волн (V_p~2-3 км/с), существенно отличающихся от более древних вулканитов той же пористости. Микротрещины были выявлены при изучении полированных образцов насыщенных люминофором в люминесцентном микроскопе. Размеры микротрещин составляют доли микрона. Дальнейшие исследования эффузивов в различных регионах (Камчатка, Исландия, Новозеландские островные дуги, Канарские острова, М. Кавказ) показало, что аналогичные микротрещины образуются повсеместно и характеризуют именно современные и реже, позднеплейстоценовые вулканиты. Следует отметить, что микротрещиноватость влияет только на значения скорости упругих волн, но, по-видимому, не оказывает воздействия на прочность пород.

С течением времени в эффузивах (Q₃ -Q₁) микротрещиноватость исчезает (это косвенно подтверждается увеличением скоростей упругих волн до 4-5 км/с), но, возможно, в породе остаются зоны "разуплотнения", облегчающие фильтрацию гидротермальных растворов при метасоматических и метаморфических процессах.

Сравнение петрофизических показателей вулканитов, образованных в разных тектонических обстановках и РТ-условиях выявили заметные их различия.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ (проект 03-05-64842).