На пути к формированию петрологии природных псевдоожиженных (флюидизированных) систем

Немногим более 10 лет назад нами было установлено, что широко представленные на севере Урала грубообломочные породы, трактовавшиеся как палеозойские базальные конгломераты, формируют на самом деле не пласты, а интрузивные тела типа валунных (галечных) даек и силлов. Было показано, что эти породы не являются осадочными, а представляют собой так называемые интрузивные пирокластиты, или туффизиты. Обоснование нашей концепции потребовало обстоятельной аргументации, основанной на детальном изучении особенностей строения и состава этих спорных пород с привлечением петрохимических и геохимических данных. Такие многосторонние исследования показали, что главной особенностью конгломератовидных кластитов эндогенного происхождения было специфичное агрегатное состояние слагавшего их материала, следствием которого являлся и необычный механизм его перемещения в процессе формирования соответствующих тел. Как оказалось, этот материал представлял собой гетерогенную взвесь. В одних случаях это была туфоподобная эксплозивная твердо-газовая суспензия, а в других — капельная расплавно-газовая эмульсия, идентичная игнимбритовой. Соответственно внедрение таких масс происходило не в форме течения жидкости, что имеет место при формировании обычных магматических тел. Этот вывод был весьма революционным, но имел все же региональное значение. Однако проведенный нами библиографический поиск показал, что с геологическими примерами подобных явлений исследователи систематически и повсеместно сталкивались на протяжении уже более ста лет. Пер-

Обломки типа «Галька в гальке» в кимберлите о-ва Телячий, Кандалакшский архипелаг: окатанные включения базальтоид-ного кимберлита с окатанными включениями гранита. Уменьшено в 2 раза вые свидетельства этого мы встречаем в полевых записях английских вулканологов Т. Андерсена и Дж. Флетта, изучавших последствия всемирно известного катастрофического извержения вулкана Мон-Пеле на острове Мартиника в Карибском море. В июле 1902 года они оказались свидетелями невиданного ранее явления: «Масса раскаленного вещества переливается через край кратера и в виде лавины пепла устремляется по склону.. .сокрушая все на своем пути. Эта лавина — смесь раскаленного пепла и газа, которая ведет себя подобно жидкости» (цит. по Г. Макдональд. Вулканы). Таково первое документальное свидетельство не истинно жидкого, а псев-дожидкого течения вулканического материала. Затем такие газо-пепловые лавины наблюдались многократно. Их продукты подобны нашим эксплозивным конгломератовидным класти-там и широко представлены во многих регионах, но зачастую и там трактуются как осадочные образования. Чтобы избежать проистекающих из этого грубейших ошибок в расшифровке геологического строения и прочтения истории развития соответствующих территорий, нами разработаны и обоснованы критерии надежной диагностики таких пород, изложенные в специальной монографии.

Анализ литературы показал, что пониманию природы течения пиро-кластитовых взвесей способствовало изучение К. Феннером последствий Катмайского извержения на Аляске, а также выявление П. Маршаллом в Новой Зеландии игнимбритов — отложений подобных потоков, отличавшихся тем, что взвешенный материал был представлен в них преимущественно не пеплом, а каплями еще не отвердевшей лавы. Крайне важным оказался материал, полученный в тридцатых годах при изучении рудоносных конгломератовидных класти-

тов США — так называемых рудных галечных даек и столбов в штатах Юта, Орегон, Айдахо, Аризона. По мнению Р. Фармина, эти образования сформированы такими же раскаленными взвесями, но тогда, когда материал не извергался в виде «огненных лавин», а не достигал поверхности, формируя трещинные и стволовые интрузии в перекрывающих толщах. Подобные рудные комплексы известны и в России, особенно типичны они для Алтая, Восточной Сибири и Дальнего Востока, где были неоднократно описаны Г. И. Туговиком, Л. Г. Страхо-

Многочисленные обломки типа «конгло мерат в конгломерате» в алмазоносных кластитах Бразилии. Фрагмент поверхности мемориального останца около отработанного алмазного рудника Диамантина. Штат Минас-Жерайс. Уменьшено в 10 раз вым, П. Ф. Иванкиным и другими исследователями. В 1941 г. механизм суспензионного внедрения был предложен Г. Клоосом для объяснения природы базальтовых диатрем Южной Германии. Он показал, что эти тела являются не взрывными жерлами, как полагали, а интрузиями, сформированными внедрением твердо-газовых взвесей, продукты литификации которых он предложил называть туффизитами (в отличие от классических субаэральных туфов).

В начале 50-х гг. подобные диатремы, но не базальтоидные, а гранитные, были изучены в Ирландии Д. Рейнольдс. На этой основе она опубликовала в Am. J. of Sciences статью «Fluidization as a geological process...», в которой утверждала, что проявления жидкоподобного течения природных взвесей отвечают давно известному технологическому процессу, именуемому флюидизацией. С ее подачи это понятие вошло в геологию. Особо подчеркнем, что этот термин образован не от известного научного термина, а от бытового слова fluid, означающего в английском языке жидкий, жидкость, а потому этимологически отвечает понятию «ожи- жение». Так он и трактуется в энциклопедии «Британика»: «Флюидизация — процесс, сходный с ожижением, в результате которого зернистый материал конвертируется из статичного твердо-подобного состояния в состояние высокой мобильности (текучести) под воздействием протекающего через этот порошок газа». Поскольку реальная жидкость при этом не образуется, наши технологи предпочитают говорить в такой ситуации не об ожижении, а о псевдоожижении. Именно так переводится термин fluidization в специализированных англо-русских словарях — физическом, политехническом, технологическом. Так же трактуется он и в Интернете.

Причины формирования газовой (флюидной) фазы, обусловливающей переход твердых раздробленных масс и вязких расплавов в высокомобильное псевдоожиженное состояние многообразны. Наиболее обычен механизм ретроградного кипения газонасыщенных расплавов при снижении внешнего давления вследствие их подъема на более высокий уровень либо попадания в зоны растяжения. По такой схеме флюидизируются продукты кристаллизации не только гранитных, но и базальтовых магм. Хотя содержание воды в последних редко превышает 3 %, его достаточно для флюидизации остаточных расплавов. Диатремы и дайки базитовых туффи-зитов неоднократно описаны в Приангарье, Норильском районе, а также в пределах всех трапповых полей мира. Магматогенные флюидизатные системы неизменно ассоциируются и с любыми щелочными расплавами, поскольку последние всегда богаты летучими, которые помимо воды могут быть представлены в них углекислотой, фтором и иными компонентами. Особо отметим флюидизаты несиликатных магм: карбонатитовой,апа-титолитовой, фосфатно-феррооксид-ной (нельсонитовой), а также еще более редких — ферролитовой и сульфи-долитовой, в которых на долю флюи-дизатных взвесей приходится не меньший объем, чем на долю материнских расплавов. Близки к этой категории и так называемые лампрофиры, привлекающие в последние годы особое внимание петрографов. Исключительную роль играют здесь кимберлитовые, оранжеитовые, лампроитовые и минеттовые флюидизиты, формирующие дайки, силлы и диатремы. Эти тела не столь объемны, но они весьма многочисленны.

Флюидизацию могут вызывать и фреатомагматические явления, обусловленные воздействием горячих интрузий на водонасыщенные горизонты прорываемых ими толщ. Свой вклад могут вносить и летучие компоненты, изгоняемые в больших объемах из преобразуемых пород при региональном метаморфизме. Наконец, существенную роль должны играть и флюидные потоки глубинного происхождения, поступающие вследствие перераспределения вещества верхней мантии, астеносферы и более глубинных геосфер, включая и ядро, гравитационная дифференциация которого весьма далека от завершения. Многообразие путей природного псевдоожижения (флюидизации) порождает и разнообразие создаваемых этими процессами пород. На протяжении многих лет мы имели дело как с гранитными, так и с базальтоидными флюидизатами, а также с карбонатитами, апатитолитами, разнообразными лампрофирами и кимберлитами, включая породы Архангельской провинции и Тимана. Полученные результаты окончательно убедили нас в крайней важности эффекта природного псевдоожижения в процессах породообразования и минерагении. В последние годы предметом наших исследований были и специфичные алмазоносные образования Вишерско-го Урала, и даже алмазоносные породы Бразилии (см. соответствующие публикации в предшествующих номерах « Seew^aKA »).

В последние годы появились (не без нашего участия) предложения о выделении особого сообщества горных пород — класса или даже типа флюидизитов. Проблема, однако, в том, что, хотя течение псевдоожиженных масс подчиняется, в общем, тем же законам, что и течение жидкостей, включая расплавы, многие особенности этих процессов настолько различны, что оказываются практически несопоставимыми. К примеру, скорость подъема флюидизатных масс, выполняющих кимберлитовые трубки, несоизмеримо выше скорости течения магмы. Как установлено независимо друг от друга геологами разных стран (А. Г. Булах, А. В. Уханов, О. Е Мельник, П. Папале и др.), она варьирует в пределах 400—800 м/сек. Такие же значения получены и для скоростей подъема «фрагментированных» лав, т. е. лав, преобразованных в капельные эмульсии. Резко отличаются и другие свойства магматитов и флюи-

дизитов, что видно из приведенной таблицы.

Число сопоставляемых критериев можно и увеличить, причем существенно. Отметим, к примеру, такой важный признак, как пульсационный характер развития флюидизации, не свойственный эволюции магматических систем. Это проявляется в развитии во флюидизатах включений сложного строения типа «брекчия в брекчии» или «конгломерат в конгломерате», абсолютно не свойственных истинным магматитам. Совершенно очевидно, что закономерности развития флюидизатных и магматических систем кардинально различны. Поэтому процессы литосферного псевдоожижения и их петрогенетическую сущность невозможно интерпретировать исходя из стандартных петрологических положений. Разница между классической петрологией и петрологией флюидизационных (псевдоожиженных) систем не меньше, чем между геометрией Эвклида и геометрией Лобачевского или Римана. Мы не претендуем на роль Лобачевских от петрологии, а лишь призываем к тому, что флюидизатную петрологию нужно создавать и развивать! Конечно, это задача не из легких. Она не для обособленного коллектива, и уж тем более не для исследователя-одиночки, но начинать с чего-то нужно!

Масштабы флюидизации и объемы ее проявления в полной мере со- поставимы с другими ведущими процессами. На долю игнимбритов приходится около 20 % объема всех вулканитов вообще. Туффизитовых диатрем известны десятки тысяч, а туффизитовых даек — на два порядка больше. Интерес к таким образованиям усугубляется систематической сопряженностью с ними ценных месторождений черных, цветных, редких и благородных металлов, как и нерудного сырья. Это не случайно. Псевдоожижение создает идеальные условия для перемешивания твердых и флюидных компонентов, обеспечивая их эффективное взаимодействие. Флю-идизатные месторождения не принадлежат, правда, к категории гигантов, но руды в них высокотехнологичные. Да и запасы не так уж малы — на долю рудных диатрем и валунных даек США приходилось в XX веке более трети мировых запасов меди. Многие полагают, что флюидизита-ми являются и главные источники алмаза — кимберлиты и лампроиты. Но дело не только в формировании полезных ископаемых и специфических горных пород! Именно флюидизация создает условия для поступления вещества глубинных геосфер (включая ядро) на доступные изучению приповерхностные уровни нашей планеты. Напомним наконец гениальнейшие высказывания нашего великого геофизика — академика П. Н. Кропоткина, отдававшего веду щую роль в формировании эндогенных пород и руд, как и литосферы в целом, тому, что он называл «мантийным дыханием». Концепция флюидизации в известной мере конкретизирует эти высказывания и, конечно, многое проясняет в возможных путях реализации соответствующих процессов.

Разработка соответствующего направления петрологии будет способствовать повышению качества региональных и структурно-геологических исследований, включая геологическое картирование любых масштабов. Изучение минерагении флюиди-затно-эксплозивных систем позволит сформулировать новые критерии региональных прогнозных оценок регионов на различные рудные и нерудные полезные ископаемые, оказывая прямое влияние не только на методику поисково-разведочных и оценочных работ, но и на выбор их стратегии.