16. Геология и металлогения крупнейших импактных структур

Планетологические исследования, осуществленные в последней трети минувшего ве­ка, показали, что все без исключения твердые космические тела Солнечной системы об­ладают поверхностями, на которых запечатлены многочисленные следы их соударений между собой или же с мелкими осколками этих тел, а иногда и с кометными телами. Та­кие следы длительного и многократного импактного воздействия особенно выразительны на поверхностях безатмосферных планет - Луны, Марса, Меркурия, где эндогенная ак­тивность на протяжении значительной части их истории проявлялась незначительно. Сле­ды космических соударений идентифицированы и на поверхности Земли, где в силу ин­тенсивной эрозии и осадконакопления они сохраняются значительно хуже (Grieve, Pesonen, 1992). Тем не менее такие импактные структуры обнаружены на всех континен­тах, а также установлены и на шельфе Мирового океана. Эти импактные структуры в не­давнее время явились объектами детального изучения, что позволило выявить многие особенности их строения, состава развитых в них пород и условий образования.

Планетологические данные и материалы, полученные при изучении земных импактных структур, позволяют рассматривать импактное кратерообразование как один из фун­даментальных геологических процессов наряду с процессами седиментации, магматизма, метаморфизма и некоторыми другими. Импактное кратерообразование имеет следствием не только образование специфических круговых морфоструктур - воронок, окруженных валами выбросов, но также широкого спектра преобразованных пород места удара. В последние годы было выяснено, что, как и другие упомянутые геологические процессы, импактное кратерообразование может иметь следствием возникновение скоплений раз­личных видов минерального сырья (Масайтис, 1989; Grieve, Masaitis,.1994).

Характеристике импактных кратеров и их модифицированных эрозией, осадконакоплением или другими процессами аналогов - астроблем - посвящена обширная литература (Геология астроблем, 1980; Grieve, Pesonen, 1992; и др.). Они существенно отличаются от различных других круговых геологических образований - куполов, вулкано-тектонических структур, кольцевых и конических интрузий, различных депрессий и т. д., возникновение которых связано с тектоническими, магматическими, эрозионными и другими процессами. Эти отличия заключаются не только в способе образования в результате теплового взрыва при соударении с поверхностью Земли быстро летящих малых космических тел - астерои­дов, крупных метеоритов или комет. Импактные кратеры и их ископаемые или модифици­рованные аналоги - астроблемы (те и другие описываются ниже как импактные структуры в целом) заключают породы и минералы, несущие признаки преобразований при давлениях и температурах, превышающих таковые в коре и верхней мантии.

Эти породы и минералы, подвергшиеся ударному метаморфизму, т. е. ударному сжа­тию с амплитудой от 2-5 до 45-50 ГПа и неупругим преобразованиям их вещества, харак­теризуются рядом специфических свойств, меняющихся с увеличением испытанной ими нагрузки (Deutsch, Langenhorst, 1998). Кристаллы породообразующих минералов (кварца, полевых шпатов, слюд, пироксенов и др.), помимо трещиноватости, изменения плотно­сти, светопреломления и некоторых других свойств, отличаются возникновением определенным образом ориентированных планарных деформационных элементов, ударных двойников, полос смятия и т. д. или же переходом некоторых из этих минералов в диаплектовое стекло. Некоторые минералы испытывают полиморфные превращения с образо­ванием гипербарических фаз - коэсита и стишовита за счет кварца и алмаза за счет гра­фита или углистого вещества. При более высокой ударной нагрузке (60-100 ГПа) минералы и горные породы подвергаются расплавлению после ее снятия, а образовав­шийся расплав затем может подвергнуться закалке или кристаллизации.

Различные породы места удара, подвергшиеся ударному метаморфизму и дроблению, относят к импактным брекчиям (аутигенным или автохтонным и параавтохтонным при отсутствии существенных смещений материала) и аллохтонным в случае выброса и пере­отложения материала. Массивные продукты охлаждения импактного расплава (обычно в случае больших масс он значительно гомогенизирован) или же аллохтонные брекчии, со­держащие значительную примесь таких продуктов в виде бомб и частиц, представляют собой собственно импактиты. Те и другие являются по существу фациями ударно-метаморфических пород и встречаются как внутри импактных структур, так и за их пре­делами в виде покровов выбросов, обычно сильно эродированных. Признаки ударного метаморфизма пород и минералов являются необходимым и достаточным критерием для диагностики импактной структуры, хотя для их обнаружения, оконтуривания, выяснения внутреннего строения и т. д. используется и другая информация, в том числе полученная дистанционными методами. В целом импактные морфоструктуры диагностируются по комплексу признаков - наличию кругового геологического возмущения, отражающегося и в геофизических характеристиках (отрицательные гравитационные и магнитные анома­лии, уменьшение электрического сопротивления пород, потеря отражающих сейсмиче­ских площадок и пр.), наличию реликтов морфологических элементов кратера, присут­ствию брекчий и импактитов с петрографическими признаками ударного метаморфизма и геохимическими признаками контаминации веществом ударившего космического тела.

Образование импактного кратера, вызываемое соударением быстро летящего (со ско­ростью 15-70 км/с) малого космического тела с породами верхних горизонтов земной ко­ры (это могут быть осадочные, магматические, метаморфические породы или их сочета­ния), происходит в течение нескольких секунд, или, в случае гигантских ударных событий, в течение нескольких минут или десятков минут. При этом выделяется огромная энергия- 10²⁰-10³⁰эрг и более, что приводит не только к дроблению, плавлению и вы­бросу больших масс пород места удара, но и к испарению их части, поскольку темпера­тура в эпицентре достигает многих тысяч градусов. При этом происходит и испарение вещества ударившего тела, часть которого в результате конденсации пара входит в состав импактитов и брекчий и может быть выявлена геохимическими методами. Процесс кратерообразования обычно рассматривают в рамках следующих друг за другом и частично перекрывающихся во времени стадий: 1) стадии сжатия, во время которой космическое тело тормозится в толще горных пород места удара; 2) стадии экскавации (роста) и обра­зования переходного кратера; 3) стадии ранней модификации переходного кратера и за­полнения его обломками пород и импактным расплавом; в эту же стадию возникает цен­тральное или кольцевое поднятие дна кратера и происходит частичное обрушение его бортов (Melosh, 1989). Массы обломков и расплава, заполняющие воронку кратера, при постепенном охлаждении подвергаются литификации, раскристаллизации, а также раз­личным преобразованиям под воздействием нагретых вод. В земных условиях импактные кратеры подвергаются значительным преобразованиям вследствие эрозии, захоронения, тектонических воздействий и т. д., при этом они теряют характерные морфологические особенности, превращаясь в круговые структуры, несущие ряд специфических признаков импактного происхождения.

В настоящее время на поверхности Земли выявлено около 160 достоверно диагности­рованных импактных структур (Grieve, Pesonen, 1992), число таких опознанных объектов в результате целенаправленных исследований ежегодно увеличивается. Диаметр этих структур составляет от первых сотен метров до 100 км и более. Реконструкции показы­вают, что первоначальные доэрозионные диаметры отдельных гигантских структур могли достигать нескольких сот километров. Геологический возраст импактных структур, определяемый геологическими или изотопными методами, колеблется от первых тысяч или десятков тысяч лет до многих сотен миллионов и даже первых миллиардов лет. Импактные структуры установлены в регионах, имеющих различное геологическое строение - на щитах и плитах платформ, в складчато-глыбовых областях разного возраста и на конти­нентальном шельфе. Имеются указания на то, что отдельные крупные импактные струк­туры могут находиться на дне Мирового океана.

В число основных морфоструктурных элементов внутреннего строения импактного кратера входят внутренняя впадина (диаметр ее значительно превышает глубину, причем с увеличением диаметра отношение этих параметров резко возрастает), кольцевой вал деформированных и иногда опрокинутых пород места удара, как бы надстроенный на­сыпным валом. Простые кратеры диаметром до 3-4 км имеют чашеобразный поперечный профиль, в кратерах большего диаметра имеется центральное поднятие, образованное раздробленными породами основания. Отдельные крупные импактные структуры харак­теризуются наличием кольцевого поднятия или же сочетанием центрального и кольцевого поднятий. Деформированные осадочные, магматические и метаморфические породы цо­коля (или цокольного структурно-литологического комплекса импактнои структуры) на бортах и в основании кратера раздроблены, рассечены жилами брекчий, псевдотахилитов и застывшего импактного расплава. Ударный метаморфизм в породах цоколя постепенно затухает на глубину и по радиусам от центра структуры. Автохтонные или параавтохтонные литоидные брекчии пород цоколя перекрыты перемещенными образованиями - аллохтонными брекчиями и импактитами. Эти породы рассматриваются как коптогенный структурно-литологический комплекс импактных кратеров (Геология астроблем, 1980). Брекчии состоят из глыб и обломков пород цоколя, иногда с примесью обломков импакт­ных стекол, импактиты - полностью или частично из закаленных или раскристаллизованных продуктов импактного плавления местных пород. В их числе различаются тагамиты - массивные импактиты, обычно включающие класты ударно-метаморфизованных пород и минералов, испытавшие к тому же термальное воздействие расплава, а также зювиты, состоящие из обломков и бомб импактных стекол и различного количества литоидных обломков, также несущих признаки ударного метаморфизма. В ряде импактных структур сохраняются осадки кратерных озер или локальных бассейнов, возникшие при разрушении и перемыве материала на бортах и на дне кратера, они рассматриваются как образования заполняющего структурно-литологического комплекса. К этой же категории следует относить отложения возвратных волн цунами, возникающие при образовании им­пактного кратера в морских условиях. В этих случаях вверх по разрезу они могут посте­пенно сменяться вышележащими осадками, имеющими более широкое площадное рас­пространение. Регионально развитые толщи пород, под которыми погребен как кратер с его выбросами, так и осадки кратерного озера, относятся к перекрывающему структурно-литологическому комплексу.

Примерно в одной пятой части выявленных к настоящему времени импактных струк­тур установлены проявления и месторождения различного рудного и нерудного мине­рального сырья, горючих полезных ископаемых, подземных вод, причем отдельные ме­сторождения, располагающиеся в пределах этих структур, являются весьма крупными. Следует заметить, что многие из таких месторождений эксплуатировались уже в течение длительного времени, но лишь сравнительно недавно было надежно установлено, что за­ключающие их геологические структуры имеют импактное происхождение (Масайтис, 1989; Grieve, Masaitis, 1994).

Импактные круговые структуры вмещают скопления минерального сырья, как непо­средственно связанные с ударными преобразованиями местных пород (в том числе ранее содержавших те или иные виды полезных ископаемых), так и образовавшиеся в пределах этих морфоструктур после кратерообразующего события. В этом случае локализация в них различных полезных ископаемых контролируется морфологическими, структурными и литологическими неоднородностями, присущими рассматриваемым импактным объек­там. Интенсивными факторами минерагеническои продуктивности импактных структур являются, с одной стороны, энергия ударившего тела, а с другой - палеогеографические условия места удара и последующие процессы эрозии, захоронения, модификации.