ВУЛКАНИТЫ

Грязевые вулканические потоки – лахары. Подводные грязевые потоки

ОТЛОЖЕНИЯ ГРЯЗЕВЫХ ПОТОКОВ (ЛАХАРОВ)

Описываемые отложения часто сопряжены с агломератовыми пирокластическими потоками, иногда их продолжают п близки к ним по форме и составу. Однако они обычно имеют примесь тсрригенного материала и вследствие низких температур потоков (менее 100°) не носят следов спекания или гидротермального метаморфизма.

В областях проявления орогенного вулканизма они пользуются широким распространением, слагая у подножия вулканов мощные лахаровые формации. Они спускаются также в прибрежные водоемы, где захороняются в первичном состоянии или перерабатываются течением и прибоем. Объемы их весьма велики н поэтому требуют детального изучения.

Иногда механизм их образования близок к селям, отсюда и было перенесено название — грязевой поток. Г. А. Макдопальд [73] рассматривает генезис и морфологию различных типов лахаров. Он в отличие от селей называет их вулканическими грязевыми потоками, но здесь же оговаривается, что часто они не порождаются вулканическими процессами. Описываемые грязевые потоки, независимо от процессов образования, в основном состоят из вулканокластического материала, поэтому их целесообразнее называть «вулканокластическими грязевыми потоками», или лахарами (индонезийский термин). Все типы грязевых потоков можно разделить на две группы: образованные вулканическими процессами и не связанные с вулканическими процессами ( 13). Причем условия образования влияют на литологический состав лахаров. Они могут быть сложены ювенильным пли резургентный материалом. В свою очередь ювенильный материал может быть представлен тефрой, лавокластитом, вулканокластикой и гиалокластитом. Обычно при движении лахаров к ним примешивается резургентный материал предыдущих извержений, слагающих постройку вулкана, тефроиды, широко развитые в пределах сухих рек, вулканогенно-осадочные образования и осадочный матепиал, в том числе органогенный, чаще всего древесина.

Прилагательное грязевой как бы указывает па мелкообломочный характер материала. Однако лахары, как правило, сложены грубообломочный материалом, в том числе блоками в несколько метров в поперечнике. Большая подвижность их — до 100 км/час — видимо объясняется не наличием воды, а движением по крутым склонам вулканов. Так, например, грязевой поток вулкана Безымянного содержал влаги всего 10—15%. Он нес глыбы диаметром 3—4 м па первые десятки километров.

Длина лахаров варьирует от нескольких десятков метров до сотен километров. Самый длинный грязевой поток спустился со склонов вулкана Котопахи (Эквадор) в 1877 г. и прошел окружным путем 320 км. Его средняя скорость составляла 27 км/час, а на склонах вулкана до 80 км/час. Форма грязевых потоков преимущественно вытянутая, они выполняют долины и пониженные части рельефа, на равнинах принимая изометричные формы. Объемы их также различны. Грязевой поток Осело, спустившись с вулкана Рейпир (штат Вашингтон), около 5 тыс. лет назад имел объем более 2 км3 и покрывал площадь 324 км2.

Грязевые потоки формируют целые толщи. Формация Тускан, состоящая преимущественно пз лахаров, имела площадь 5200 км2 и достигала мощности 510 м. Ее объем 1300 км3 [156]. Формация Мертен в Калифорнии, также в оснориом сложенная грязевыми потоками, имела площадь 31 тыс. км2 и объем 8400 км3. Возраст ее 3,5 млн. лет. Из семнадцати выделенных типов грязевых потоков десять относятся к образованным вулканическими процессами (из них семь наземных и три подводных) и семь— не вулканическими процессами (четыре наземных и три подводных). Следует отметить, что вопросам генезиса лахаров уделялось мало внимания, и при более детальном изучении количество выделенных типов, надо полагать, будет увеличиваться.

Наземные грязевые потоки

Наземные грязевые потоки, образованные вулканическими процессами

Грязевые потоки, возникшие вследствие таяния снега от раскаленной тефры, имеют весьма широкое распространение. Па Камчатке в результате выброса раскаленного иенла вулканом Безымянным на склоны постройки и прилегающих вулканов образовался грязевой поток, который прошел по подножию вулкана и по долине р. Сухой Хапицы 85 км.

В результате таяния льда от лавовых потоков также образовались ла- хары. В 1974 г. на склоне вулкана Ключевского из побочного кратера излился на ледник базальтовый лавовый поток, образовавший грязевой ноток длиной 2 км. В 1915 г. лавовый поток, излившийся из кратера вулкана Лас- сен-Пик (Калифорния), растопил лед и снег и образовал лахар длиной 48 км. В 1963 г. в Чили лавовый поток вулкана Валларика растопил лед и снег и образовал лахар, который разрушил у подножия деревню. Отмеченный выше поток вулкана Котапахи такого же происхождения. В Исландии вулканы, находящиеся в области ледников, дают мощные лахары. Вулкан Катла, расположенный под ледником Мирдалес, и вулкан Гримсветн — под ледником Вата, периодически дают грязевые потоки. Количество талой воды может достигать 6 км3. Лавовые потоки, спускающиеся в реки, дробятся, превращаясь в лавокластит, а увлекаемые потоком воды обломки превращаются в грязевые потоки. На склонах потухшего вулкана Рсйпер в национальном парке Вашингтон наблюдаются постепенные переходы от тонких лавовых потоков к лавокластитам и затем к грязевым потокам с большим количеством обломков лавы. Грязевые потоки формировались в области, где обломочный материал смешивался с талым снегом и водой [73]. Вероятно, такого генезиса лахары развиты на юге хребта Калиман-Харгита в Румынии ( 69, а). Пирокластические потоки, спускающиеся в реки, наполняются водой (обычно вскипающей) и превращаются в грязевые потоки. Классическим примером таких потоков является вулкан Майон па Филиппинах, изученный Г. А. Макдональдом [74].

Спускающиеся по крутым склонам к подножию вулкана пирокластические потоки входят в реки и образуют бурные грязевые потоки. Таким образом, в пределах постройки вулкана значительную роль играют отложения пирокластических потоков, а у подножия вулкана — лахаров. Это хорошо видно по грязевым потокам вулкана Майон, образовавшимся в 1968- г. ( 70). Такого же типа образовался в 1929 г. грязевой поток вулкана Санта-Мария в Гватемале; его длина 96 км. Грязевой поток вулкана Безымянного можно отнести к сложным. В результате выпавшей пирокластики на его склоны и склоны соседних вулканов произошло таяпие снега и слив лахаров в долину р. Сухой Хапицы, а затем в эту же реку спустился пп- рокластический поток длиной 18 км. Его материал в основном составляет отложения грязевого потока.

Грязевые потоки также возникают в результате расплавления снега и льда па склонах вулканов пирокластическими потоками и раскаленными лавинами. Типичен пример вулкана Авача (Камчатка). Его пирокластические потоки 1926 и 1938 гг., спускаясь по всей южной части конуса, плавили мощный покров снега. Талая вода увлекала обломочный материал пирокластического потока и устремлялась с крутых (35°) склонов вулкана в долины сухих рек Елнзово в 1926 г. и Халактырки в 1938 г. Обломочный материал в истоках лахара и его средней части преимущественно ювенильный, а в конце примешивается вулканогенный аллювий и делювий склонов. Грязевые потоки, образованные пирокластическими потоками и раскаленными лавинами, хорошо известны на Камчатке и изучались на вулканах Авача, Шнвелуч и Безымянный. В 1964 г. 12 ноября во время катастрофического извержения вулкана Шивелуч в результате мгновенного таяния снега под мощным пирокластическим потоком образовались лахары. Продвигаясь по крутым долинам шириной 0,3—0,4 км и длиной 2—3 км они увлекали крупные глыбы и па склонах ломали деревья. Выйдя на пологий участок, они продвинулись еще на 5—6 км, уничтожив лес. Мощность потоков достигала 3 м (см.  65). Аналогичные грязевые потоки, но меньших масштабов, образовывались в 1944— 1950 гг. и, вероятно, в 1905 г. [36]. В разрез ах подножия вулкана Шивелуч грязевые потоки переслаиваются с пирокласти- ческими, тефрон и делювиаль- но-коллювнальиымн образованиями.

Материал лахаров настолько близок к отложениям пирокластических потоков, что часто их трудно отличить, поскольку посторонняя примесь почти отсутствует. Грязевые потоки, образованные взрывом под кратерным озером, опи- 'саны во многих регионах. В 1822 г. взрыв под кратерным озером вулкана Галунг- Гунг на о. Ява выплеснул всю воду озера и образовал грязевой поток длнной 64 км и объемом 30 млн. м3. В 1902 г. вулкан Суфриер па о. Сент-Висепт перед катастрофическим взрывом выбросил часть воды кратерного озера и образовал мощные грязевые потоки, достигшие моря. В 1914 г. в кратере вулкана Уайт-Айленд в Новой Зеландии в результате закупорки жерла оползнем в пределах кратерного озера произошло скопление пара, давшего сильный взрыв, который выбросил воду и образовал мощный горячий грязевой поток со своеобразной холмистой поверхностью. Сухое озеро в кратере вулкана Мон-Пеле перед катастрофическим извержением 1902 г. временно наполнилось водой, затем взрывом вода была выброшена, в результате чего образовалась серия грязевых потоков, спускавшихся по всем склонам вулкана. Наиболее мощный лахар прошел по р. Бланш.

Наземные грязевые потоки, образованные невулканическими процессами

В результате сильных лнвпей особенно в тропических странах на склонах вулканов образуются оползни, переходящие в грязевые потоки. Небольшой грязевой поток такого типа образовался в 1975 г. па Камчатке во время извержения БТТИ. Оползню предшествовало выпадение топкого пепла, в котором пелитовый п алевритовый материал составлял около 60%. Мощность слоя пепла была всего 5—8 см. Выпавший небольшой дождь превратил пепел в глиноподобиое состояние, н сделал его практически водонепроницаемым. На этот слой пепла выпал шлак, а затем обильно выпали осадки в виде дождя. Шлак, напитавшись водой, на пологом скользком склоне пришел в движение и образовал грязевой поток длнной около 3 км и шириной 0,5— 1 км. Естественно, лахар был сложен ювенильным материалом, состоящим из шлака и топкого серого пепла.

Видимо, такой же механизм образования лахаров имеет место и в тропических странах, по в гораздо больших размерах. Главные факторы таких потоков: рыхлая тефра па склонах вулканов, наличие водоупора и ливни. Таким образом, вероятно, возник грязевой поток в 79 г. п. э. во время извержения Везувия, который уничтожил г. Геркуланум. В 1968 г. на отмеченном выше вулкане Майон (Филиппины) после извержения прошли проливные муссонные дожди па покрытые пеплом склоны вулкана, что вызвало образование грязевых потоков (см.  70). Аналогичные дождевые лахары вулкана Мерапп в Индонезии достигают 25—30 км в длину, а вулкана Раунга — до 40 км [9]. Близкие к ним грязевые потоки происходят в результате резкого потепления. Они в природе распространены меньше. Такие потоки вследствие таяния льда и снега образовались на склонах потухшего вулкана Шаста в Калифорнии в 1926 и 1931 гг.

Образование грязевых потоков в результате разрушения стенок кратера происходит часто по сейсмическим причинам. Одним из таких примеров является вулкан Келупд в Индонезии. Его кратерное озеро периодически наполняется водой и в результате разрушения стенок кратера образуются грязевые потоки. Наиболее крупный лахар спустился в 1919 г. и покрыл 130 км2 плодородных пахотных земель. Для отвода кратерных вод сооружаются тоннели, предотвращающие возникновение лахар, В кратерпом озере вулкана Кава-Иджсп на о. Ява вода насыщена кислотами. Его смертоносный грязевой поток излился в результате разрушения кратера в 1817 г. и причинил много бедствий. В Новой Зеландии в 1953 г. на вулкане Руансху возник мощный грязевой поток в результате разрушения стенки сложного кратера. Г. А. Макдональд описал интересный случай образования грязевого потока на вулкане Мауна-Лоа (о. Гавани), связанного одновременно с дождем п землетрясением [73]. Пепел там был насыщен водой, а в результате землетрясения грязь разжпжилась и в 1868 г. образовались два грязевых потока — одни длиной более 1 км, а второй — 3 км при ширине 0,5 км . Потоки причинили большой ущерб. Вероятно, аналогичные грязевые потоки могут образовываться на многих вулканах.

Подводные грязевые потоки

Подводные грязевые потоки можно разделить так же, как и наземные, на образованные вулканическими процессами и образованные невулкани- чес.кнми процессами. Более дробное деление проведено в зависимости от причин образования потоков (см.  13).

Наиболее распространены подводные грязевые потоки вокруг островных вулканов, на островах с проявлением вулканизма, в особенности в пределах островных дуг. Скорость лахаров па склонах вулканов достигает 100 км/час, а в пределах долин 25—30 км. При таких скоростях и большой массе их лахары прибрежных вулканов могут вторгаться на значительные расстояния в подводную область, вероятно, на десятки километров. Изучение миоцен- плкоцеповых отложений Камчатки и Курильских островов, представленных прнбрежпо-.морекпми фациями, показало, что подводные отложения грязевых потоков пользуются большим распространением. На о. Карагинском среди фэунистически охарактеризованных горизонтов залегают грязевые потоки с вулканитами основного состава, носящие все признаки им присущие, но с фигурными бомбами, свойственными наземным образованиям (см.  69, б). Геосннклннальныс миоценовые отложения Восточной Камчатки, среди которых картируются подводные вулканы, по периферии ограничиваются грязевыми потоками, сложенными грубообломочными отложениями как с пирокластнческим, так и с лавокластическим материалом.

На острове Кунашир (Курильские острова) в прибрежных обнажениях представлены подводные грязевые потоки с вулканитами кислого состава, по всем признакам напоминающие образование их за счет пирокластических потоков (см.  69, <;). Здесь же обнажаются грязевые потоки со следами оползневой складчатости (см.  69. а). Возможно, среди них присутствуют и отложения лахар, транспортированных с суши, не связанных с вулканическими процессами.

В зарубежной литературе также отмечается большая роль подводных грязевых потоков в формировании вулканогснно-осадочных толщ. Р. С. Фиксе, К. А. Гопсои и А. К. Уотерс изучали в Каскадных горах (штат Вашингтон, США) формацию Оханапекош мощностью 3000 м, состоящую из отложении грязевых потоков и ассоциирующихся с ними песчаников, алевролитов, лавовых и пепловых потоков. Аналогичные мощные отложения подводных грязевых потоков изучались в Береговых хребтах штата Орегон (США) П. Д. Спавслс.м, Г. Д. Вагнером, а также Р. С. Фиске и 'Г Матсуа в Японии [73].

Критерии диагностики грязевых потоков

Критерии диагностики, полученные при изучении камчатских грязевых потоков, могут иметь общее значение.

Главнейшие особенности лахаров Безымянного, Авачи и Шивелуча следующие: 1) нет слоистости и сортировки материала, но наблюдается его слабое расслоение по крупности, иногда создающее грубую слоистость; 2) примесь резургентпого и вулканогеипо-осадочного материала колеблется от 10% в начальной части до 30% и более в средней и конечной; 3) примесь вулканогепно-осадочного материала на отдельных частях потока может увеличиваться и снижаться в зависимости от состава материала боковых притоков; 4) крупнообломочный материал (более 20 мм) колеблется от 10 до 50%. Например, в начальной части потока вулкана Авача извержения 1938 г. до 50% округлых «обособленных» обломков нирокластического потока, а в верхней части потока Безымянного — 30—35% обломков и глыб размерами от 0,1 до 0,8 м; 5) форма обломков округлая, как и у пирокластнчс- ских потоков, обусловленная окатанностью; 6) «упаковка» материала гораздо плотнее, чем в пирокластнческих потоках; 7) после прохождений по лесам и кустарникам лахары содержат дробленую, скрученную древесину; 8) от пирокластнческих потоков отличаются отсутствием вторичных фумарол и спекшихся туфов; 9) в наполнителе обычно преобладает ювенильный материал.

В период извержения Безымянного в 1956 г. грязевые потоки формировались вслед за пирокластнческими. В конечной части пирокластпческого потока можно наблюдать, как лахары залегают на лирокластическом потоке, который в свою очередь перекрывает материал направленного взрыва. Максимальная мощность грязевого потока у поворота р. Сухой Хапицы па север (т. е. в 15—18 км от центра извержения) около 10 м. Материал пирокластпческого потока нивелирует неровности отложений направленного взрыва, его мощность всего 1—3 м. Там, где лахар отложился па пирокластическом потоке, он сложен преимущественно ювенильным материалом. Крупность материала лахара примерно следующая: глыбы более 20 см — 2—3%; 10— 20 см — 5—8%; 5 см —10—15%; 1—5 см —30%; менее 1 ем —45%. В грязевом потоке наблюдается грубая слоистость, обусловленная изменением состава ювепилыюго и резургентпого материала Безымянного и обломочного материала других вулканов. Это можно объяснить смешением материала потоков лахара, несущих со склонов резургентный материал, и главного русла, где преобладает ювенильный материал. Однако плоскости раздела нет, что указывает па смешение грязевых потоков во время их движения. Форма обломков преимущественно угловатая (около 60%) и в меньшем количестве (40%) округлая. Мелкообломочный материал (1 см) представлен ювеппльпыми отложениями ппрокластического потока (около 20%), резургентный материалом Безымянного (30%) и терригенпым обломочным материалом других вулканов, главным образом вулкана Камень (50%).

Интересно отметить, что в нескольких километрах ниже по протоку доля постороннего материала уменьшается: ювенильный составляет 40%, резургентный — 40%, террнгенпый — 20%. Примерно в 40 км от центра извержения грязевой поток обнажен на 2 м. Преобладает гравишю-псечанын материал, и на поверхности потока встречаются блоки агломсратового туфа андезито-базальта, имеющие в поперечнике несколько метров. Один из них возвышается над поверхностью потока па 2,5 м и имеет ширину 3 м, а длину 5 м. В разрезе едва заметна грубая слоистость. Форма обломков полуокатанная, среди обломков преобладает резургентный и вулкапотерри- генный материал, ювенильпый материал находится в подчиненном количестве. На поверхности потока большое количество перемятой древесины, но в разрезе она встречается редко. В наполнителе (менее 2 мм) преобладает юве- нильный материал, сложенный обломками стекла, иногда пузыристого, и эффузивных пород. Минералы представлены пластинчатыми и угловатыми зернами плагиоклаза, призматическими и короткостолбчатыми кристаллами и обломками гиперстена, продолговатыми с зазубренными концами кристаллами авгита, обломками призматической, редко таблитчатой формы роговой обманки и угловато-окатанными неправильной формы зернами, октаэдрами со сглаженными углами и нзометричными зернами магнетита. Детальные минералогические исследования пяти проб из разных частей лахара Безымянного показали, что они состоят преимущественно из ювенильного материала, причем очень слабоокатанпого в процессе транспортировки. Проведенные механические анализы показали увеличение количества мелких фракций по мере движения лахара.

Изометричные, неправильной формы обломки. Редко правильные октаэдры

Редко присутствует 8 виде хорошо образованных призматических кристаллов, с пузырчатой рубашкой стекла. Чаще угловатые и остроугольные обломки неправильной формы

Грязевые, потоки вулкана Авача извержения 1926 и 1938 гг. сохранили морфологию, по во многих пунктах размыты временными потоками, благодаря чему доступны для наблюдения. Особенно хорошо видны разрезы ла- хара извержения 1938 г. в вершине р. Сухой Халактырки. Здесь обнажения мощностью до 8—10 м вскрывают полностью грязевой поток.

Детальные минералогические исследования наполнителя лахара Авачи извержения 1938 г. в начальной н конечной частях показали, что в процессе движения мелкообломочиый материал хотя и незначительно, но подвергается обработке ( 14,  71).