МАГНИТНЫЕ СФЕРУЛЫ ИЗ КАЙНОЗОЙСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ КУ

МАГНИТНЫЕ СФЕРУЛЫ ИЗ КАЙНОЗОЙСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ КУРИЛЬСКИХ
ОСТРОВОВ И ЮЖНОЙ КАМЧАТКИ
Е. И. Сандимирова
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, sand@kscnet.ru
Сферические минеральные образования обнаруживают в самых разных геологических обстановках и разнообразных по составу породах. Они интересны тем, что имеют необычную форму и
внутреннее строение, аномальный химический состав и находятся в парагенетической связи с самородными металлами и интерметаллическими соединениями.
Существуют разные взгляды на происхождение сферул. Их рассматривают как космические,
техногенные или природные образования. Большинство исследователей придерживается последней
точки зрения и считает, что сферулы имеют земное эндогенное происхождение. Эндогенные сферулы
можно разделить на две группы – гидротермальные и магматические. Магматические имеют более
широкое распространение, предполагают, что они образуются из расплава в условиях высокой газонасыщенности среды, повышенной плотности и высоком давлении газовой смеси, большой скорости
охлаждения вещества, широком диапазоне температур (1100-200оС) и в резко восстановительных
условиях [Хенкина, 1978; Округин и др., 1981; Акимцев, 1992 и др.].
Часть сферул имеет прямую связь с вулканизмом. Они описаны в меловых вулканических сериях Северной Армении, в мел-палеогеновых вулканитах Восточно-Сихотэ-Алинского и ОхотскоЧукотского вулканогенных поясов [Мнацаканян, 1965; Филимонова, 1985;], в разновозрастных взрывных структурах щитов и платформ [Взрывные…, 1985; Татаринов, Яловик, 2003 и др.]. Однако роль
эксплозивного вулканизма в образовании и распространении сферул многими недооценивается. Это
связано с тем, что в районах с активной вулканической деятельностью сферулы остаются мало изученными.
С целью выявления связи с вулканическими процессами исследованы сферулы из олигоценчетвертичных отложений Курильских островов и Юго-Восточной Камчатки, где вулканизм проявлен
очень широко (рис. 1). Сферулы были выделены из протолочек керна и шлама, установлены в аншлифах в составе цемента вулканогенно-осадочных пород при изучении разрезов скважин, пробуренных
на горячую воду в пределах современных гидротермальных систем: на склонах вулканов Баранского
(о. Итуруп), Эбеко (о. Парамушир), Мутновском и Паратунском геотермальных месторождениях
(Южная Камчатка). Частота опробования пород составила в среднем 10-50 м, средний вес пробы от
500 г до 1 кг.
Чтобы установить генезис сферул, различными аналитическими методами были детально изучены их состав и строение, а также характер распределения в разрезах скважин. Строение сферул, их
минеральный и химический состав достаточно подробно описаны ранее [Рычагов и др., 2002; Сандимирова и др., 2003]. Это минеральные образования сферической или близкой к ней формы размером
обычно менее 1 мм, чаще всего черного или стально-серого цвета, сложенные самородным железом,
иоцитом, магнетитом, гематитом, Ti-Mn-стеклом и продуктами его раскристаллизации. Сферулы в
различной степени магнитны. Им сопутствуют такие минералы, как графит, муассанит, корунд, рутил,
альмандин, соединения типа Fe-C, Zn-O, природные сплавы Cu-Zn, Cu-Pb-Sn, Zn-Cu-Pb-Sn и самородные металлы – Fe, Zn, Cu, Pb, Ag. Сферулы по минеральному и химическому составу, комплексу сопутствующих минералов имеют большое сходство с подобными образованиями из магматических пород, особенно из эффузивов основного состава [Акимцев, 1992]. Они также очень похожи на «закаленные частицы», описанные во взрывных структурах щитов и платформ [Взрывные…, 1985 и др.].
Характер распространения сферул в отложениях показан на примере нескольких разрезов скважин глубокого бурения. Это скважина 1000 м на о. Итуруп, скважины глубиной 2500 и 1270 м на острове Парамушир, и скважина 1170 м в районе Паратунского геотермального месторождения на Юге
Камчатки. Они вскрывают мощную толщу вулканогенно-осадочных отложений, образованную 4-мя
комплексами пород олигоцен-четвертичного возраста: зеленотуфовым, вулканогенно-кремнистодиатомитовым, андезит-андезито-базальтовым и андезитовым. Данные отложения широко распро-
странены на Курильских островах и Юго-Восточной Камчатке [Федорченко и др., 1989]. Они представлены разнообразными продуктами вулканизма так называемой непрерывной (от базальтов до риолитов) андезитовой формацией. Общая мощность разреза составляет около 3600 м (рис. 2).
Установлено, что сферулы встречаются на всем протяжении разреза. В одной пробе обычно содержится от 1 до 5 сферул, но на некоторых горизонтах их количество существенно возрастает и составляет первые сотни – первые тысячи на пробу. Слои с повышенным содержанием сферул в верхнемиоцен-плиоценовых отложениях встречаются чаще и с некоторой периодичностью. Один из обогащенных слоев приходится на границу несогласия между зеленотуфовым и вулканогенно-кремнистодиатомитовым комплексами (скважины о. Парамушир). Именно в это время (средний – верхний миоцен) происходит резкая смена характера протекавшего в регионе относительно спокойного периода
вулканизма на период высокой интенсивности с периодами затишья [Федорченко и др., 1989]. Увеличение количества сферул в некоторых слоях связано, скорее всего, с периодами наибольшей вулканической активности.
На количество и сохранность сферул в отложениях влияет ряд факторов. В скважинах, расположенных у подножия вулканов (о. Итуруп, о. Парамушир), сферулы встречаются чаще и в большем количестве, чем в скважине, расположенной на значительном удалении от центров извержений (Паратунское геотермальное месторождение). Такая закономерность характерна и для осадков Тихого океана, по мере приближения к островам вулканического происхождения количество сферул возрастает
[Штеренберг, Воронин, 1994]. Существенно снижается количество сферул в пропилитизированных, а
особенно в гидротермально-измененных породах. В отложениях зеленотуфового комплекса (о. Парамушир) сферулы либо отсутствуют, либо их очень мало – 1-3 на пробу. С.Б.Хенкина [1978] также считает, что процесс пропилитизации приводит к значительному выносу железа, по ее данным в таких
породах сферулы вообще отсутствуют.
Образование сферул происходит, судя по всему, на разных этапах эволюции флюидномагматических систем. Обособление капель самородного железа от силикатной матрицы начинается,
как считают [Округин и др., 1981], в довнутрикамерный период эволюции расплава. Затем, по мере
подъема магмы к поверхности Земли, часть капель захватывается кристаллизующимися силикатными
минералами. В виде включений сферулы встречаются в интрузивах и эффузивах андезибазальтового
состава в наиболее ранних генерациях вкрапленников пироксенов и плагиоклазов, а также в основной
массе [Хенкина, 1978]. На более поздних этапах сферулы отлагаются на стенках газовых полостей
магматических пород, о чем свидетельствуют следы прикрепления сферул к поверхностям. Они являются характерными компонентами минеральных ассоциаций, развивающихся на стенках пустот основных эффузивов [Штеренберг, Воронин, 1994; Шарапов и др., 2001; Акимцев, 1992], средних и кислых вулканитов [Филимонова, 1985]. Не исключено, что сферулы могут формироваться в потоке газовых струй. В последнее время появились сообщения о находках сферул в свежих пеплах андезитовых
вулканов Карымский (извержение 1996 г.) и Шивелуч (извержение 2001 г.), Камчатка [Карпов, Мохов,
2004]. Кроме сферул, в пеплах были обнаружены игольчатые образования самородного железа размером менее 0,25 мм, изометричные и ленточные частички (менее 0,01 мм) самородного цинка, алюминия и меди. Сферулы также были установлены в законсервированных пеплах кратерного ледника вулкана Плоский Толбачик (Камчатка) [Муравьев и др., 2002]. Вполне возможно, что часть сферул образуется под действием природных электростатических сил (молний) во время сильных извержений, известны экспериментальные данные, когда магнетитовые сферулы получали путем сплавления металлической стружки в электрической дуге [Юдин, 1969].
Судя по всему, наиболее благоприятные условия для образования сферул создаются на позднеили постмагматическом этапе развития флюидно-магматической системы. А наиболее благоприятными местами их скопления являются верхние части магматических очагов и подводящие каналы вулканов. Поэтому не случайно, количество сферул увеличивается в апикальных и контактовых частях магматических тел [Осипов, 1962; Баженов и др., 1991], и то, что они образуются в небольших замкнутых
объемах пород – миароловых пустотах [Пушкарев и др., 2002].
Главным поставщиком обломочного материала в отложениях Курил и Камчатки служат очень
мощные эксплозивные извержения [Новейший…, 2005]. По данным Е.К.Мархинина [1966], количество пирокластических продуктов исторических извержений вулканов Камчатско-Курильской дуги
составляет 94 %, причем доля пепла в виде тонкой пыли может составлять до 75 и более процентов от
всего выброшенного материала. Следовательно, в осадочные отложения сферулы попадают большей
частью с эксплозивным материалом, меньше при разрушении ранее образовавшихся магматических
пород. Поскольку вулканизм всегда оказывал огромное влияние на геологическую историю развития
Земли, то вероятность находок сферул очень высока в любой по возрасту и генезису осадочной породе. К примеру, только одна из мощных вспышек эксплозивной активности вулканов Камчатки и Курильских островов в голоцене (7500-7900 (14С) лет назад) сопровождалась выпадением пепла на площадях 5-10 млн. км2 [Новейший…, 2005]. Пепловые слои прослеживаются и во льдах Арктики и Антарктики, и в глубоководных осадках Тихого и Атлантического океанов. Поэтому, необходимо с осторожностью относится к «космической» гипотезе происхождения сферул, даже в очень удаленных от
центров извержений районах.
Слои, обогащенные сферулами и сопутствующими минералами, могут служить реперами для
корреляции разрезов, а также для стратиграфического расчленения немых толщ.
Автор благодарит сотрудников ГУП «Камчатскбургеотермия» и ОАО «Сахалинская гидрогеологическая экспедиция» за предоставление материалов по бурению скважин.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 06-05-64689а).
Список литературы
Акимцев В. А. Минералы самородных элементов в магматических породах центральной части СрединноАтлантического хребта // Докл. АН, 1992, Т. 326, № 6. С. 1026-1029.
Баженов А. И., Полуэктова Т. И., Новоселов К.Л. Ферротитанистые оксидные глобули из гранитоидов
Элекмонарского массива // Геология и геофизика, 1991, № 12. С. 50-57.
Взрывные кольцевые структуры щитов и платформ. М.: Недра, 1985, 200 с.
Карпов Г. А., Мохов А. В. Акцессорные самородные рудные минералы эруптивных пеплов андезитовых
вулканов Камчатки // Вулканология и сейсмология, 2004, № 4. С. 41-49.
Мархинин Е. К. Роль вулканических продуктов в формировании земной коры. В сб.: Современный вулканизм. М.: Наука, 1966. С. 109-117.
Мнацаканян А. Х. Акцессорно-минералогические и геохимические особенности меловых вулканических
серий Северной Армении как индикаторы комагматичности и металлогенической специализации вулканических
комплексов. В сб.: Акцессорные минералы и элементы как критерий комагматичности и металлогенической специализации магматических комплексов. М: Наука, 1965. С. 39-78.
Муравьев Я. Д., Ашихмина Н. А., Овсянников А. А. и др. Опыт изучения аэрозолей из кратерного ледника вулкана Плоский Толбачик (Камчатка) // Вулканология и сейсмология, 2002, № 6. С. 29-35.
Новейший и современный вулканизм на территории России. М.: Наука, 2005. 604 с.
Округин А. В., Олейников Б. В., Заякина Н. В. и др. Самородные металлы в траппах Сибирской платформы // ЗВМО, 1981, ч. СХ, Вып. 2. С. 186-204.
Осипов М. А. Иоцит из интрузивных пород Рудного Алтая // ДАН СССР, 1962, Т. 146, № 6. С. 1404-1408.
Пушкарев Е. В., Аникина Е. В., Гарути Дж. и др. Металлические и силикатно-оксидные сферулы из
ультраосновных пегматитов в дунитах нижнетагильского платиноносного массива на Среднем Урале (первые
данные) // Докл. АН, 2002, Т. 383, № 1. С. 90-94.
Рычагов С. Н., Белоусов В. И., Главатских С. Ф. и др. Северо-Парамуширская гидротермальномагматическая система: характеристика глубокого геологического разреза и модель современного минералорудообразования в ее недрах // Вулканология и сейсмология, 2002, № 4. С. 3-21.
Сандимирова Е. И., Главатских С. Ф., Рычагов С. Н. Типоморфные особенности магнитных сферул из
вулканогенных пород Курильских островов и Южной Камчатки // Вулканизм и геодинамика. Материалы докладов II Всероссийского симпозиума по вулканологии и палеовулканологии. Екатеринбург, 2003. С. 568-573.
Татаринов А. В., Яловик Л. И. Особенности вещественного состава горных пород шлихоминералогических комплексов Олондинского зеленокаменного пояса. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2003, 108
с.
Федорченко В. И., Абдурахманов А. И., Родионова Р. И. Вулканизм Курильской островной дуги. Геология и петрогенезис. М: Наука, 1989, 239 с.
Филимонова Л. Г. Закономерности развития вулканизма и рудообразования активизированных тихоокеанских окраин. М.: Недра, 1985, 159 с.
Хенкина С. Б. Продукты ликвации в породах мелового – палеогенового возраста Охотско-Чукотского
вулканогенного пояса (ОЧВП) и особенности их металлоносности // Докл. АН СССР, 1978, Т. 238, № 2. С. 433436.
Шарапов В. Н., Павлов А. Л., Акимцев В. А. и др. Физико-химические характеристики отложения минералов из магматического флюида при кристаллизации базальтов срединно-океанических хребтов // Геология
рудных месторождений, 2001, Т. 43, № 1. С. 83-96.
Штеренберг Л. Е., Воронин Б. И. Обломки самородной меди и сплава медь-цинк в осадках ст. 674 (Северо-Восток Тихого Океана) // Морская геология, 1994, Т.34, № 1. С. 121-126
Юдин И. А. Исследование искусственной метеорной пыли (шариков) // Метеоритика, 1969, Вып. XXIX.
С. 132-141.
Рис. 1. Обзорная карта района работ.
Рис. 2. Схема распространения в разрезе обогащенных сферулами слоев (1).