Структуры этого ранга попадают по размеру в одну группу с вулканотектоническими депрессиями или кальдерами проседания над магматическим очагом, за которые они ранее и принимались.
Для структур такого ранга должна уже определенно сказываться выпуклость планетарной поверхности Земли - геоида. Кроме того, энергии взрывов в этих случаях столь велики, что можно ожидать каких-то внедрений подкоровых или мантийных магматических пород. Однако они пока не обнаружены. Серия импактных пород в этих крупных структурах представлена богато и разнообразно, в них хорошо выражены различные признаки шок-метаморфизма. Изучение крупных метеоритных структур дает нам некоторую возможность судить о свойствах тех, еще более крупных структур, примеры которых на Земле пока неизвестны.
Карский кратер
Севернее Полярного Урала, в предгорьях хребта Пай-Хой, уже давно известна Карская депрессия в бассейне р. Кары, которую считали кальдерой, мааром или результатом тектонического проседания над магматическим очагом. Доказал метеоритную природу Карской депрессии М. А. Маслов. По его инициативе здесь пробурены скважины, проведены сейсмические, магнитометрические и гравиметрические работы.
Карский метеоритный кратер наложен на складчатые структуры палеозойских толщ северо-восточного крыла Пай-Хойского антиклинория и располагается в основном среди поля пермских молассоидных отложений. Породы цокольного комплекса - протерозойские кварц-актинолит-эпидотовые сланцы и углисто-кремнистые филлитовидные сланцы с прослоями туфов основного состава и песчаников. Выше залегают породы нижнего - среднего ордовика - известково-кремнистые, известково-глинистые сланцы с тонкими прослоями окремнелых известняков. Силурийско-девонская толща сложена углисто-глинистыми, кремнисто-глинистыми и графитоидно-кремнистыми сланцами с прослоями известняков. Над ней залегают средне-верхнедевонская толща кварцитовидных песчаников и кремнисто-глинистых ленточно-слоистых сланцев с яшмовидными породами. Породы каменноугольного возраста - углисто-глинистые и углисто-кремнистые сланцы и углисто-кремнисто-глинистые известняки. Нижнепермские породы - песчаники, алевролиты, аргиллиты и глинистые сланцы с прослоями конгломератов. Палеозойские осадочные породы прорваны дайками и мощными, до 100 м и более, силлами палеозойских диабазов.
Карский метеоритный кратер в рельефе выглядит как впадина с вялым рельефом (амплитуда 40 - 60 м) среди холмистых предгорий Пай-Хоя. Впадина дренируется р. Карой с притоками, которые в верховьях имеют узкие каньонообразные долины, а выходя в Карскую депрессию, приобретают характер меандрирующих равнинных рек. Глубинная структура Карского кратера рисуется в основном по геофизическим данным. Над северо-восточной частью кратера установлен гравитационный минимум, подковообразный в плане. В центре поле осложнено положительным максимумом, соответствующим центральному поднятию. Края кратерной воронки отмечены зоной больших градиентов гравитационного поля, связанной, с крутыми бортами воронки. Магнитное поле вокруг кратера представляет собой зону полосчатых аномалий северо-западного простирания. Карская. депрессия окружена кольцом локальных магнитных аномалий, совпадающим с градиентной зоной поля силы тяжести. С положительным гравитационным максимумом в центре структуры совпадает магнитный минимум, окруженный кольцом положительных магнитных аномалий. Сейсмическими работами по двум пересекающимся профилям установлено, что кратерная воронка имеет крутые борта, горизонтальное истинное дно с пологим наклоном к центру под углами у края 5 - 10°.
На дне отмечаются гряды часто радиального направления. Глубина кратера в южной и северной частях различна: 0,6 - 0,8 и 2 - 2,5 км соответственно. Такая асимметрия может быть связана с тем, что северная часть кратера опущена по разлому.
Центральное поднятие, несколько смещенное к юго-западу от центра, диаметром 10 - 11 км, имеет в плане форму многогранника с входящими углами. Возможно, что форма его изменена подвижками по разломам. В разрезе оно представляет собой куполовидную структуру, ограниченную кольцевым разломом, наклоненным от центра под углом 70 - 80°. В центре его на глубине около 0,5 км скважиной вскрыты докембрийские породы, которые вне кратера залегают на глубине по крайней мере 3 - 3,5 км. Под центральным поднятием на глубине 4 км, где уже четко прослеживаются сейсмические горизонты, в трещиноватых породах рисуется купол с амплитудой 1,8 м (рис. 18). Эти породы подняты с глубины около 6 км. Если предположить, что затухание антиклинали вниз происходит равномерно, то глубина ее должна быть 8 - 9 км. Таким образом, при 50 км глубина нарушений метеоритной структуры равна 1/5D.
Рис. 18. Разрез Карской метеоритной структуры.
1 - кремнистые сланцы, осадочно-вулканогенные образования (протерозой); 2 - терригенные, углисто-глинистые, яшмовидные породы, известняки (палеозой); 3 - аутигенная брекчия; 4 - глыбовые аллогенные брекчии и зювиты; 5 - зювиты 6 - аллогенные брекчии
Породы земной коры раздроблены не только внутри кратера. На расстоянии 2 - 4 км от кратерной воронки на поверхность выходят породы, столь интенсивно трещиноватые и раздробленные, что М. А. Маслов относит их к аутигенным брекчиям. Они пронизаны жилами зювитов и тагамитов, иногда образующих и покровы. Очевидно, здесь выходит закратерный фланг зоны дробления. Истинная ширина ее неизвестна.
Среди импактных пород в кратере описаны аллогенные брекчии различных типов, зювиты и тагамиты. Среди аллогенных брекчий по крупности обломков выделяются клиппеновые, мегабрекчии, глыбовые и щебенчатые. Расположение импактных пород в кратере не симметрично. В поднятой южной части кратера залегает мощная, в несколько сот метров, толща аллогенных брекчий. В северной и северо-восточной частях на дне кратера залегают зювиты, с неправильными телами тагамитов, перекрытые мощной толщей аллогенных брекчий с тагамитами. Асимметрия первичных кратерных пород, возможно, связана с тем, что южная часть кратера была поднята по разлому в момент удара, в результате чего ударный расплав сосредоточился в более гипсометрически низкой части. В дальнейшем эта пониженная северная половина быстрее заполнялась осадками.
Распределение различных типов аллогенных брекчий в кратере закономерно. У бортов кратер окаймлен зоной клиппеновых брекчий. На юге и юго-западе они образуют сложную серию надвиговых пластин, перекрываемых мегабрекчией и глыбовыми брекчиями. Мегабрекчии выстилают дно кратера. Они обнаружены также на склонах центрального поднятия и вдоль бортов кратера и слагаются на 70 - 80 % обломками палеозойских пород. Породы в блоках клиппеновых брекчий и мегабрекчий имеют деформации, свойственные аутигенным брекчиям, - трещины, микросбросы, пережимы, скручивание пластов, конусы разрушения, текстуры «грис», жилы псевдотахилитов.
Цементирующая матрица мегабрекчий содержит обломки палеозойских пород порядка нескольких метров в поперечнике и до 10 - 15 % обломков стекла, причем видны признаки спекания его с матрицей.
В. И. Фельдман с соавторами описывают резкие неровные контакты, по которым мегабрекчии перекрываются щебенчатыми брекчиями с размерами обломков до метра и сравнительно мягким, рыхлым цементом. Более мелкообломочные брекчии типа гравелитов или песчаников - коптокластиты - перекрывали первоначально аллогенные брекчии всего кратера. Теперь они сохранились лишь в северной части, где слагают толщу 0,4 - 0,5 км мощностью и местами образуют матрицу мегабрекчий.
Зювиты в кратере разнообразны по крупности обломков и степени их изменения. Глыбово-агломератовые зювиты с крупными обломками стекла и следами спекания приурочены к придонным горизонтам в северной части кратера. Зювиты без следов спекания перекрывают в кратере аллогенные брекчии и слагают толщу мощностью около 1 км. Обломки стекол в зювитах имеют размеры преимущественно до 5 см, изредка встречаются 10 - 15-сантиметровые бомбы. Описаны игнимбритовидные зювиты. Обломки пород цоколя здесь нередко перемяты, имеют текстуру «грис».
Петрографические признаки шок-метаморфизма в зювитах.- планарные элементы, изотропизация кварца, диаплектовые стекла и т. д. - проявлены в большинстве обломков горных пород. Встречаются обломки осадочных пород в «рубашках» стекла. В стекловатых бомбах - фледлях в ряде случаев видны следы плавления и движения обломков. Стекла обломков часто разложены и превращены в мягкую белесую гидрослюдистую массу. В спекшихся витрокластических зювитах придонных краевых частей кратера стекла менее изменены и обломки их имеют размеры до 1,5 м. Стекло здесь часто как бы пропитывает породу и образует в ней неправильные затеки, прожилки, языки. Обычно в центре стекловатых бомб, спекшихся с цементом, стекло под микроскопом более светлое - светло-желтое, бесцветное, зеленоватое, а к краям - более темное - зеленое или бурое с овальными пузырьками газожидких включений. В этих же высокотемпературных зювитах встречаются тонкие, прожилковидные секущие выделения стекла, обходящие обломки пород и пропитывающие местами по микротрещинам серый хлорит-монтмориллонитовый цемент породы.
Тагамиты в Карском кратере относительно невелики по объему (по М. С. Мащаку, несколько процентов от объема импактитов), но образуют разнообразные по морфологии тела, описанные на юго-востоке и севере структуры - дайки, пластообразные тела, неправильно изгибающиеся, складчато-линзообразные залежи в аллогенных брекчиях и в донных высокотемпературных глыбово-агломератовых зювитах. Мощности тел тагамитов от нескольких сантиметров до 10 - 15 м. Главная масса тагамитов сосредоточена в северной части кратера. Брекчиевидные тагамиты, часто обогащенные включениями осадочных пород, и массивные их разности то образуют обособленные тела, то участвуют в строении одного тела.
По данным М. С. Мащака, среднее содержание Ni и Cr в тагамитах примерно в три раза больше, чем в породах мишени. Это, очевидно, связано с примесью метеоритного вещества, причем отношения содержаний Ni и Cr позволяют предполагать хондритовый состав ударившего тела.
Развитие шок-метаморфизма разной интенсивности позволяет понять процесс образования кратера. В верхах скважины на центральном поднятии встречается до шести систем планарных элементов в одном зерне, развиты системы всех главных направлений - c, ω, π, обычно подчеркнутые мелкой пылью. Вниз постепенно кварц становится чистым, планарные элементы - более редкими. Последней исчезает система с. Кварц обнаруживает здесь волнистое или мозаичное погасание. По многочисленным замерам определено, что сверху вниз на глубину примерно 600 м давление падает на 3,5 - 4,0 ГПа, причем у поверхности развит метаморфизм III - IV ступеней, а на глубине - I ступени. В тех же породах - кварцевых диабазах центрального поднятия - измерялись планарные трещины в пироксенах и амфиболах. Они и здесь лучше проявлены сверху, и количество их уменьшается вниз, т. е. и в этом случае отмечается увеличение степени шок-метаморфизма ближе к земной поверхности и подтверждается бескорневой характер структуры.
В мегабрекчиях из обнажений краевой южной части кратера кварц и плагиоклаз не только имеют планарные элементы, но и часто полностью или частично изотропизированы. Встречаются и обломки кварцевых песчаников с рекристаллизованным лешательеритом. К тем же краевым придонным частям приурочены спекшиеся, или, по немецкой терминологии, высокотемпературные зювиты. Таким образом, клиппеновые брекчии и придонные высокотемпературные зювиты имеют признаки шок-метаморфизма VI ступени и, как считают, образованы придонными центробежными потоками грунта в кратере в первую фазу развития взрыва.
Таким образом, в породах центрального поднятия у поверхности шок-метаморфизм слабее, чем в придонных клиппеновых брекчиях. Причина таких перепадов ясна из рассмотрения геологии кратера. Общая мощность осадочных толщ над докембрийскими породами в районе - около 3 км, а в центральном поднятии - 0,5 км. Следовательно, при метеоритном взрыве было выброшено около 2,5 км по мощности, а породы, лежащие теперь на поверхности, принадлежат глубинным частям зоны шок-метаморфизма, где он уже затухает. Более высокая степень шок-метаморфизма мегабрекчий и клиппеновых брекчий связана, видимо, с тем, что они слагали дно первичного кратера и были затем передвинуты сюда из центральных частей кратера. Наиболее логичным кажется механизм придонной скользящей транспортировки, который предполагает С. Л. Вишневский, с частичным обратным сползанием или обрушением крупных блоков.
