Болтышский метеоритный кратер, погребенный в настоящее время под почти 200-метровой толщей перекрывающих осадков, расположен на Украине, примерно посередине между Кировоградом и Черкассами. История изучения Болтышского кратера типична для многих импактных структур. После первых геофизических работ в 1930 - 1932 гг. считалось, что впадина в кристаллическом фундаменте представляет собой грабен, соединяющийся с Днепровско-Донецкой впадиной. Позднее было установлено, что впадина замкнута и сопровождается отрицательной гравитационной аномалией. Тогда ее отнесли к вулканотектоническим структурам. В 1969 г. В. А. Голубев, предположивший ранее вулканотектоническую природу кратера, пришел к выводу об импактном его происхождении. Позднее были обнаружены признаки шок-метаморфизма в породах и окончательно определена импактная природа этой структуры.
Болтышский кратер представляет собой круговую депрессию в породах кристаллического фундамента с диаметром воронки 24 - 25 км и диаметром ее дна 20 - 22 км. Глубина кратера от поверхности кристаллического фундамента более 1000 м. Глубина кровли импактитов 450 - 500 м. В центре кратера располагается вытянутая в северо-западном направлении центральная горка размерами 3 х 4 км и высотой около 100 м над импактитами и около 450 м - над истинным дном. В кратерной воронке дно полого (~ 1-2°) наклонено к центру в средней части и более круто (до 5-10°) у бортов.
Борта ее пересекаются рядом радиальных оврагов шириной до 1 км, длиной до 5 км и глубиной 20 - 30 м. Судя по опубликованным геологическим картам, юго-восточная долинка идет по контакту лейкократовых гранитов с серыми кировоградскими гранитами. На продолжении этой границы находится почти прямая северо-восточная граница центрального поднятия. Возможно, что эта линия представляет собой позднее сдвиговое нарушение, благодаря которому центральное поднятие потеряло правильную круглую форму.
Воронка кратера вокруг центрального поднятия после взрыва представляла собой лавовое озеро с дном и берегами, выстланными аллогенными брекчиями, и островом гранитного центрального поднятия. У бортов кратера аллогенные брекчии частично ложатся на тагамиты, а на центральном поднятии - на докембрийские породы (рис. 16). Расположение палеодолин подчеркивает кольцевые разломы, обрамляющие Болтышский кратер. Довольно четко виден кольцевой разлом на расстоянии R от кратера и намечаются фрагменты дуг на расстоянии, равном примерно 3R. Таким образом, поперечник площади, занятой импактной Болтышской структурой, составляет в целом примерно 3 - 4 диаметра видимого кратера.
Рис. 16. Схематический разрез Болтышской астроблемы, по В. А. Рябенко и др.
1 - гранитоиды и гнейсы фундамента Украинского кристаллического щита; 2 - аллогенные брекчии и зювиты; 3 - тагамиты; 4 - крупноглыбовые литоидные брекчии; 5 - заполняющий комплекс - алевролиты, глинистые сланцы, прослои горючих сланцев (мел, палеоген); 6 - перекрывающий комплекс - пески, глины, песчаники, мергели (палеоген - антропоген)
Породы импактного комплекса в Болтышском кратере образуют «бублик» вокруг центрального поднятия, имея внутренний диаметр около 4 км, а внешний около 14 км. Аллогенные брекчии имеют мощность до 350 - 400 м и слагают примерно 70% объема импактных пород. Они сложены обломками гнейсов и гранитов, которые картируются в окружающем районе редкими обломками пород сеноманского возраста, которые неизвестны нигде в районе, кроме находящегося неподалеку Ротмистровского метеоритного кратера, и небольшого количества обломков импактных стекол, содержание которых увеличивается у контактов с тагамитами. В основании разреза импактного комплекса залегают крупноглыбовые брекчии, выстилающие, по-видимому, дно кратера. На бортах кратерной воронки, где отсутствуют импактиты, на истинное дно кратера непосредственно ложатся мергелистые глины заполняющего комплекса. Тагамиты перекрываются аллогенными брекчиями, но местами брекчии отсутствуют. А. А. Вальтер и В. А. Рябенко считают, что брекчии были растворены перегретым расплавом тагамитов. Над центральным поднятием брекчии образуют сравнительно маломощный (до 40 м) покров. В кольцевом желобе среди пород импактного комплекса большой объем занимают тагамиты, слагающие кольцеобразную залежь мощностью до 350 м. У поверхности тагамиты вспенены и пористы (поры занимают до 20% объема). Поры выстланы темно-зеленым хлоритом. Ниже залегают массивные тагамиты - от стекловатых до полнокристаллических.
Полный разрез тагамитов вскрыт скважиной, пробуренной в 3,5 км от центра структуры. Под озерными отложениями в ней вскрыто 250 м тагамитов, вверху пористых, как вспененная масса, ниже - в разной степени раскристаллизованных. Породы содержат частично расплавленные включения докембрийских пород и минералов, поры и пустотки в мелко- или скрытокристаллической матрице с различным количеством стекла. В нижней части разреза наблюдается как бы переслаивание более и менее раскристаллизованных разностей тагамитов, а в основании они переходят в аллогенные брекчии и мегабрекчии с глыбами кристаллических пород размером до 15 м и двумя тонкими горизонтами тагамитов. Затем 135 м скважина шла по дресве или каменной муке с отдельными глыбами гранитов, в которых под микроскопом обнаружен коэсит. Отдельные интервалы слагаются свежими оптически изотропными пористыми стеклами с раскристаллизованным диаплектовым кварцем, с прожилками, которые сложены кварцевыми параморфозами по тридимиту - высокотемпературной модификации кварца, устойчивой до температуры 1470'С.
Под микроскопом тагамиты представляют собой мелкокристаллические породы, сложенные лейстами среднего плагиоклаза, микролитами ромбического пироксена, замещенного слюдой, и стекловатой массой со сферолитами калиевого полевого шпата. В тагамитах содержится 10 - 15 % обломков в разной степени переплавленных пород и минералов. Лешательерит (кварцевое стекло) часто раскристаллизован в виде агрегатов шаровой структуры, а обломки плагиоклазовых крупных таблитчатых зерен заполнены мелкими субпараллельными табличками. Зерна первичного пироксена и таблички биотита при термическом разложении замещаются тонкозернистой непрозрачной массой.
В тагамитах отмечаются многочисленные признаки быстрого остывания и кристаллизации. Плагиоклазовые лейсты в тонкозернистых разностях образуют лучистые розетковидные сростки. В более крупнозернистых разностях-плагиоклаз образует как бы коробчатые футляры, внутри которых находится стекло. Плагиоклаз имеет неупорядоченную кристаллическую структуру, которая также свидетельствует о быстром остывании.
Температура земных лав при извержениях не превышает 1100 - 1200'С, а импактные лавы, по результатам исследований А. А. Вальтера методом инфракрасной спектроскопии, были нагреты до температуры 1700 - 1850'С. Поэтому при кристаллизации расплавленного кварца в тагамитах сначала образуется кристобалит. который кристаллизуется при температурах более 1700'С, недостижимых при земных вулканических процессах и свидетельствующих о нагрузках более 50 ГПа.
Распределение ударного метаморфизма различной интенсивности в центральном поднятии изучено по материалам кернов буровых скважин: в низах разреза (778 - 727 м) в керне видны конусы разрушения в осветленных вследствие микротрещиноватости лейкократовых гранитах (ступени 0 - 1). От 727 до 697 м среди рекристаллизованных, т. е. расплавленных и снова закристаллизованных, гранитов попадаются участки нерасплавленных пород с признаками шок-метаморфизма II - IV ступеней (см. табл.). На отдельных участках граниты как бы вспенены и представляют собой пористую среднезернистую рекристаллизованную породу с отдельными реликтовыми зернами кварца из гранитов, с порами, выстланными зеленым хлоритом. На интервале 541 - 697 м снова описаны катаклазированные граниты с конусами разрушения, местами потерявшие первичную структуру, вследствие интенсивного дробления и частичного плавления. В глыбах этих пород зафиксированы признаки шок-метаморфизма I - III ступеней. Выше по разрезу скважины количество переплавленных пород растет.
Из описания этого разреза следует, что шок-метаморфизм уменьшается на глубину и возрастает кверху даже в ядре кратерной структуры, что невозможно при любом варианте ее эндогенного генезиса. По определениям признаков шок-метаморфизма, в верхней части центрального поднятия породы испытали пиковые давления порядка 15,5 ГПа. По расчетам мощности взрыва, такая нагрузка должна быть на глубине 2 км, а с учетом того, что метеорит должен был углубиться на 0,5 км, эти породы были подняты с глубины не менее 2,5 км, и соответственно почти такая же толща пород была испарена, расплавлена и выброшена из центра Болтышскго кратера.
Установлено, что тагамиты значительно обогащены Ni и Со. Среднее содержание Ni во вмещающих гранитах и мигматитах 1,4 x 10-4%, а в тагамитах - (17 ÷ 24) x 10-4%. Среднее содержание Со во вмещающих породах 1 %, а в тагамитах 5,3 - 9,3 %. Это указывает на растворение в импактитах вещества метеорита и, по-видимому, на его железный состав.
Осадочные породы, заполняющие Болтышский кратер, являются отложениями опресненного замкнутого озера, которое периодически соединялось с морем. Поскольку в озере долгое время вода была теплее, чем в морских бассейнах окружающих районов, и, кроме того, его вода имела своеобразный химический состав солей, в породах кратера развились формы животных и растений, которые не встречались за его пределами, как говорят палеонтологи, эндемичные. При этом морские формы - фораминиферы, моллюски, растения - типичны для раннего мела, а некоторые споры и водоросли, которые могли быть занесены в озеро со стороны, указывают на ранний и средний палеоген. Начало мелового периода отвечает возрасту 100 - 120 млн. лет. Начало палеогена - 65 - 67 млн. лет. Как мог возникнуть такой разрыв - не до конца ясно. Возможно, что меловая фауна была переотложена.
Разрез осадков заполняющего комплекса включает 315 м алевролито-глинистых сланцев с двумя мощными (до 20 м) горизонтами горючих сланцев и 80-метровый алевролито-сланцевый горизонт в основании. В краевых частях воронки, в полосе шириной 2 - 3 км, на ее слои и на озерные отложения налегают грубообломочные брекчии, которые А. А. Вальтер и В. А. Рябенко считают переотложенными аллогенными брекчиями разрушенного вала кратера. Он, по расчетам, должен был первоначально иметь высоту около 500 м. На приведенном ими разрезе кратера хорошо видно, что основная масса этих брекчиевидных осадков залегает поверх тонкозернистых пород, заполняющих кратер, и частью перекрывается ими. Не исключено, что эти брекчии являются полосой оползней и оплывин, которые образовались после сейсмического толчка. Горизонты озерных отложений над центральным поднятием образуют куполовидную структуру, которая представляет собой типичную складку облекания и выражается в толще в три раза большей мощности, чем высота центрального поднятия. Породы перекрывающего комплекса, развитые в районе,- пески, глины, мергели и суглинки неогенового и четвертичного возраста имеют в кратере мощность, увеличенную от 70 - 80 до 140 м, но фациальный облик их не меняется по сравнению с породами окружающего района.
В последние годы вокруг Болтышского кратера украинские геологи выявили обширное поле «пестрых брекчий», которые вначале залегали сплошным покровом на расстоянии примерно до 2,50 от кратера. На каждом участке «пестрые брекчии» сложены обломками подстилающих пород. Следовательно, в Болтышском кратере, как и в Рисском, «пестрые брекчии» слагаются в основном выпаханными по соседству местными породами. Вокруг Болтышского кратера впервые на Земле, в основном по геофизическим данным, обнаружено поле вторичных кратеров (рис. 17). Они расположены на расстояниях от 27 до 37,5 км, т. е. в среднем на расстоянии (2,3 +- 0,3) D кратера. В районе Болтышского кратера на площади 100 х 100 км выявлено шесть вторичных кратеров (D=0,5 - 1 км) и три импактных - Болтышский, Ротмистровский и Зеленогайский (D=25, 2,2 и 1,4 км).
Рис. 17. Схематический план района Волтышской астроблемы, по А. А. Вальтеру и В. А. Рябенко, со снятыми неимпактными и рыхлыми отложениями.
1 - породы Украинского кристаллического щита; 2 - аутигенная брекчия; 3 - тагамиты; 4 - аллогенные и закратерные («пестрые») брекчии; 5 - оси речных палеодолин; б - вторичные кратеры; 7 - астроблемы (I - Болтышская, II - Ротмистровская, III - Зеленогайская)
Возраст метеоритных структур района Болтышского кратера молодой. Ротмистровский метеоритный кратер, судя по возрасту заполняющих осадков, образован в раннем мелу, до сеномана, Болтышский - в палеоцене - позднем мелу. Возраст Зеленогайского кратера (по спорово-пыльцевому спектру) аналогичен Болтышскому.
Наиболее характерные особенности Болтышского кратера связаны с тем, что породы мишени здесь кристаллические, твердые и хрупкие, кратер образован на суше и имеет мощный горизонт переплавленных пород, в противоположность Рисскому. Структурные черты - присутствие центрального поднятия и кольцевых разломов вокруг кратера, тогда как равновеликий ему Рис имеет лишь кольцевое поднятие.
