ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2015, № 6, с. 538-548
УДК 551
ПАТОМСКИЙ КРАТЕР - РЕЗУЛЬТАТ ФРЕАТИЧЕСКОГО ВЗРЫВА: ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА
© 2015 г. В. С. Антипин, Б. Г. Покровский*, А. М. Федоров
Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН 664033 Иркутск, ул. Фаворского, 1а Иркутский государственный университет 664003 Иркутск, ул. Ленина, 3; E-mail: antipin@igc.irk.ru *Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7; E-mail: pokrov@ginras.ru Поступила в редакцию 14.07.2014 г.
Патомский кратер, образованный около 500 лет назад, представляет собой, согласно данным геологического картирования, концентрически-зональный насыпной конус, с диаметром основания 130—160 м, вершинного кольцевого вала до 80 м и высотой от 10—12 до 35—38 м. Кратер сложен преимущественно известняками вмещающей мариинской свиты (Pt3) и значительно более редкими глыбами песчаников и сланцев. Формирование насыпного конуса произошло в результате взрыва или целой серии взрывов. Значения 518О в известняках, слагающих насыпной конус (12.7...13.8%е), в среднем на 6.5% ниже, чем в не затронутых взрывом известняках мариинской свиты; в изотопном составе стронция и углерода, которые характеризуются обычными для верхнерифейских карбонатов Байкальской горной области значениями 813С (8.4.8.8%) и 87Sr/86Sr (0.707864-0.708777), существенных различий не обнаружено. Смещение изотопного состава кислорода свидетельствует о взаимодействии известняков с горячими водами при температурах не ниже 100° С и позволяет предположить, что Патомский кратер образовался в результате фреатического (парового) взрыва, который произошел либо при внедрении магмы в водосодержащие породы, либо вследствие разлома и декомпрессии нагретых водосодержащих пород.
DOI: 10.7868/S0024497X15060026
Прошло уже 65 лет со времени обнаружения геологами на севере Иркутской области (Бодай-бинский район) загадочного Патомского кратера, условия происхождения которого продолжают привлекать внимание многих исследователей. Открывший Патомский кратер В.В. Колпаков высказал гипотезу о падении метеорита в этом месте Патомского нагорья [Колпаков, 1951]. Идею о метеоритном происхождении Патомского кратера поддержал в своих публикациях А.М. Портнов [Портнов, 1964, 1993], который считал, что космическое тело является фрагментом Тунгусского метеорита, упавшего в Сибирской тайге в 1908 г., однако после конференции в Санкт-Петербурге (март 2011 г.), посвященной результатам всесторонних исследований Патомского кратера, почти все специалисты отказались от метеоритной гипотезы его происхождения, включая и первооткрывателя этого уникального объекта В.В. Кол-пакова. Никакими геологическими, геофизическими и вещественными материалами эта гипотеза не подтверждается. Обычно метеоритные кратеры имеют вид плоских впадин с невысоким кольцевым валом, а не конусообразных холмов, как Патомский кратер.
С.В. Обручев в своем комментарии к упомянутой статье В.В. Колпакова [Обручев, 1951], а позже Е.Ф. Малеев [1977] относили кратер к вулканогенному образованию. С.В. Обручев высказал гипотезу, что кратер мог образоваться в результате прорыва со значительных глубин газо-паровой струи на участке с тектоническими разломами. В дальнейшем вулканическая гипотеза развивалась в работах В.С. Антипина с соавторами [Антипин, Федоров, 2008; Антипин, Воронин, 2010; Антипин и др., 2008, 2011а, б, 2013].
Авторы работы [Исаев и др., 2012] предположили, что главная причина образования Патомского кратера (который они предлагают называть "газолитокластитовым вулканом") — прорыв горючих газов, находившихся под большим давлением, через толщу осадочных пород по механизму формирования грязевых вулканов.
Д.П. Гладкочуб с соавторами [2011] подвергли критическому разбору существующие гипотезы образования Патомского кратера и выдвинули новую —криогенную гипотезу, согласно которой он является насыпным конусом, сформировавшимся в результате промерзания водоносной толщи, подобно тому, как в зоне распространения
Рис. 1. Вид Патомского кратера с вертолета (2006 г., фото С.А. Язева).
многолетнемерзлых пород формируются бугры пучения — булгунняхи-пинго. Один из сторонников криогенного механизма формирования насыпного конуса на Патомском нагорье [Савичев, 2011, 2012] допускает, что таяние ледяного стержня-гидролакколита как в кровле, так и подошве толщи многолетнемерзлых пород, могло быть вызвано поступлением глубинных флюидов.
Важнейшей особенностью Патомского кратера, которая плохо согласуется с криогенной гипотезой, является то, что он сложен поздне-докем-брийскими осадочными карбонатными и терри-генными породами, а широко распространенные на севере Сибири булгунняхи, как правило, формируются в рыхлых четвертичных отложениях. Вулканические породы в пределах кратера и его обрамления также отсутствуют. В данной статье рассматриваются результаты изучения изотопного состава кислорода и углерода в породах, слагающих собственно кратер, и в тех же породах, отобранных на значительном удалении от кратера. В совокупности с геологическими наблюдениями изотопные данные позволяют определить характер процессов, которые могли привести 500 лет назад к взрыву древних осадочных пород и образованию необычной вулканоподобной структуры.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
Патомский кратер (рис. 1) расположен в 210 км к северо-востоку от г. Бодайбо Иркутской области в поле терригенно-карбонатных пород неопротерозойской мариинской свиты и представляет собой насыпной конус, сложенный преимущественно известняками; подчиненную роль игра-
ют терригенные породы: песчаники, кварцевые песчаники, сланцы, карбонатные сланцы (иногда с мусковитом, флюоритом), а также кварцевые жилы (рис. 2, 3).
В стратотипической местности (мариинская скала на правом берегу р. Жуи в 10 км выше поселка Перевоз) мариинская свита, завершающая разрез балаганахской серии, имеет мощность около 650 м и представлена слоистыми темно—серыми и черными "углистыми" известняками и песчанистыми известняками, в нижней и верхней части переслаивающимися с известковистыми песчаниками, реже алевролитами. Подстилается мариинская свита песчаниками нижней части ба-лаганахской серии, а перекрывается песчаниками, известковистыми песчаниками, филлитовид-ными и алевритистыми сланцами джемкукан-ской свиты, сопоставляемой с гляциопериодом "марино", которым в международной стратиграфической шкале кончается криогений, а в российской начинается венд [Покровский и др., 2006а, 2006б; Чумаков и др., 2007, 2013].
В.В. Колпаков, открывший Патомский кратер, оценивал диаметр основания насыпного конуса в 130—160 м, а вершинного кольцевого вала — в 80 м. Расположение конуса на склоне горы определило различную его высоту, которая в верхней части кратера составляет 10—12 м, а в нижней — 35—38 м. В результате проведенных экспедиционных исследований в 2006, 2008 и 2010 гг. при картировании Патомского кратера нами было установлено его неоднородное строение, которое проявляется в отчетливо выраженной зональности. С ней связано и последовательное формиро-
Рис. 2. Схема геологического строения Патомского нагорья в районе кратера.
1 — слюдянкинская свита Р1з^/, филлитовидные сланцы, песчаники, единичные прослои гравелитов; 2 — согдиондон-ская свита, нижняя подсвита Р1з$£1, аркозовые песчаники, гравелиты, сланцы, единичные прослои известняков; 3 — согдиондонская свита, верхняя подсвита Р1з$£2, кварцевые и аркозовые песчаники, кварцево-слюдистые сланцы, редкие прослои известняков, в основании горизонт темных "углистых" сланцев и "углистых" песчаников; 4 — конкудер-ская свита нерасчлененная Р^кн, кварцевые и кварцево-полевошпатовые, иногда известковистые песчаники, филлитовидные сланцы; 5 — мариинская свита Р1зтг, темно-серые и серые известняки, филлитовидные сланцы, прослои кварцево-полевошпатовых песчаников; 6 — джемкуканская свита Р1з^, полевошпатово-кварцевые песчаники, алевролиты, филлитовидные сланцы; 7 — баракунская свита ?1зЬгк, темные известняки, иногда конгломератовидные и оолитовые с прослоями кварцево-серицитовых сланцев и серых известковистых аркозовых песчаников; 8 — зоны разломов; 9 — элементы залегания горных пород; 10 — положение Патомского кратера.
вание его главных структурных элементов: внешнего склона конуса, кольцевого вала, кольцевого рва и центральной горки (см. рис. з).
Зональность выражается прежде всего в том, что наиболее возвышенная часть кратера — кольцевой вал разделен на две части, которые формировались в разное время. На раннем этапе образовался внутренний кольцевой вал, сложенный пластинчатыми, сильно выветрелыми серыми из-
вестняками, в которых отмечаются жилы молочно-белого кварца. Именно в этой части среди известняков встречаются единичные глыбы мета-морфизованных сланцев и песчаников, а дресва этих карбонатных и терригенных пород часто покрыта мхом. Внешний, более поздний кольцевой вал, в отличие от внутренней его части не содержит глыб терригенных пород и сложен темно-серыми массивными кристаллическими известня-
Рис. 3. Схема строения Патомского кратера.
1 — массивные кристаллические известняки с кварц-мусковит-карбонатными жилами; 2 —мелкозернистые кристаллические известняки с жилами кварца; 3 — известняки с глыбами метаморфизованных песчаников и сланцев; 4 — вы-ветрелые известняки с глыбами метаморфизованных песчаников и сланцев; 5 — внешний склон конуса; 6 — вмещающие кратер известняки мариинской свиты; 7 — песчаники среди известняков; 8 — метаморфизованные песчаники; 9 — кольцевые и радиальные зоны разломов в пределах кратера; 10 — элементы залегания горных пород. На врезке: положение Патомского кратера.
ками, практически не подвергшимися процессам выветривания.
Становление Патомского кратера, по-видимому, завершилось формированием центральной горки (купол в центре кратера), которая в районе ее вершины представлена массивными кристаллическими известняками, затронутыми процессами выветривания в минимальной степени. Кольцевой ров, разделяющий двойной кольцевой вал и центральную горку, сложен разнообразными известняками, песчаниками и сланцами, про-
рванными серией ква
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.