В пределах Тихоокеанского пояса давно уже намечена «андезитовая линия», отделяющая базальтовые лавы океанических островов от преимущественно андезитовых лав окраин континентальных массивов и сопровождающих эти массы островных гирлянд.
Распространение андезитовых ассоциаций вдоль этих гирлянд на западе Тихого океана и горных цепей, опоясывающих Тихоокеанское побережье Северной и Южной Америки, настолько наглядно, что о них упоминают даже в сводках, затрагивающих самые общие проблемы строения Земли и геофизики.
В современной структуре земного шара эти формации в большинстве случаев оказываются приуроченными к линейно вытянутым горным сооружениям (Кордильеры, Анды, островные гирлянды). В более ранние геологические эпохи андезитовые формации тоже наблюдались в областях, затронутых складчатостью, в которых они занимают линейно удлиненные зоны, ориентированные параллельно складчатым структурам того региона, в пределах которого размещаются, но также и в иных геологических структурах.
Андезитовые формации изменчивы по составу и дают серию переходов к риолитовым и базальтовым формациям; поэтому главным признаком, определяющим принадлежность конкретной формации к ряду андезитовых, является преобладание в ее составе пироксеновых или роговообманковых андезитов. В наиболее типичных андезитовых формациях количество андезитов достигает 75%, однако и в этом случае наряду с андезитами в строении формации нередко принимают участие также базальты и, риолиты. Помимо андезитов и других изверженных пород, в строении андезитовых формаций участвуют разнообразные осадочные, преимущественно пирокластические породы, вместе с которыми широко распространены продукты деятельности грязевых потоков. Обилие туфов в разрезах подтверждает представление о том, что подобные андезитовые формации возникают при деятельном участии эксплозивных извержений. Вулканогенные и осадочные породы сопровождаются породами, образующими дайки, штоки и некки, а в ряде случаев также пластовые интрузии. Характерна резко выраженная асимметрия андезитовых формаций; при общем линейном удлинении они обычно замещаются вкрест простирания различными сериями осадочных пород или другими вулканогенными формациями.
Среди примеров, иллюстрирующих особенности строения рассматриваемых формаций, удобнее всего в первую очередь ознакомиться с теми, которые характеризуют область типичного их распространения — Тихоокеанский пояс: формации Каскадных гор на востоке, Камчатки и Японии на западе Тихого океана. Затем можно будет обратиться к некоторым примерам более древних формаций, не связанных непосредственно с Тихоокеанским поясом.
Андезитовая формация Каскадных гор прослеживается вдоль Тихоокеанского побережья Северной Америки на протяжении свыше 1000 км в виде полосы шириной около 100 км. Характерные черты этой формации на севере описаны Уотерсом, а в южной части Андерсоном и Вильямсом. Эта формация представлена мощной толщей туфов и лав, состав которых варьирует от базальтов до риолитов, а андезитов содержится примерно 75%, что и определяет четко выраженную принадлежность толщи к андезитовой формации.
Различные пачки вулканогенных пород формации отделены одна от другой угловыми несогласиями, которые не прослеживаются на сколько-нибудь значительные расстояния. В Орегоне, как отмечает Уотерс, эти породы называют андезитами Западных Каскадов в отличие от более молодых андезитов и оливиновых базальтов Восточных Каскад. Этот разнородный комплекс андезитовых пород известен также под названием кичелусской серии.
Формация накапливалась в течение длительного времени, от раннего эоцена до плиоцена. Этому времени отвечают обширные базальтовые излияния к западу от Каскадных гор, в полосе Береговых хребтов, а также к востоку — на Колумбийском плато; на западе распространены подводные излияния, переходящие в спилиты п-ова Олимпик, на востоке — континентальные излияния, ныне представленные породами трапповой формации. Андезитовые извержения четвертичного времени, которым в некоторых случаях предшествовали базальтовые излияния, дали крупные вулканы Каскадного хребта: Адамс, Худ, Кратер-Лейк, Шаста и др. Мантии этих вулканов сложены андезитовыми лавами, брекчиями, туфами (обычными и спекшимися), лахарами и другими вулканогенными породами. Главная масса этих крупных стратовулканов сосредоточена в Восточных Каскадах. Среди них Кратер-Лейк был специально изучен Вильямсом и явился образцом, на примере которого он построил теорию образования кальдер путем обрушения после взрыва. Эоцен-плиоценовые андезиты местами сильно изменены (альбитизированы, соссюритизированы, частично хлоритизированы) под влиянием гидротерм.
Краткую характеристику рассматриваемой формации следует дополнить данными о корневых ее зонах, представленных многочисленными штоками, некками, а также небольшими батолитами гранодиоритов и диоритов. Размеры этих тел, прослеживаемых на севере Каскадных гор на протяжении более 300 км, варьируют обычно в пределах 2,5—4,0 км, но самое крупное из них, так называемый Снокуолмский батолит, достигает 15 км в поперечнике. Все эти тела приурочены к зоне, следующей вдоль оси хребта. Некоторые штоки пересекают андезитовые лавы. Гранодиориты и диориты корневых зон во многих случаях подвергались автометаморфизму, свидетельствующему, по Уотерсу, о неглубоком залегании магматических очагов, застывших на небольшой глубине под тонкой кровлей.
В южной части Каскадных гор Андерсон выявил широкое распространение лахаров, следующих вдоль западного склона этих гор и сменяющихся к западу, по направлению к долине р. Сакраменто, осадочными толщами серии («формации») Тэхэма. О накоплении в этом районе осадочных пород, возникших в результате размыва андезитовых вулканов, писал также Фишер. Андезиты Каскадных гор могут служить лишь частным примером андезитового пояса огромной протяженности, который может быть прослежен с некоторыми интервалами не только на территории Северо-Американского континента, где он располагался параллельно Кордильерам, но и в Южной Америке, где он следует вдоль горных цепей Анд.
Таким образом, андезитовая формация на востоке Тихого океана — это огромный вулканический пояс, имеющий на громадных пространствах сходные черты. Продолжение этого же пояса через Аляску на западную окраину Тихого океана приводит к андезитовым формациям Камчатки, Курильских островов и Японии.
Андезитовая формация Камчатки и Курильских островов тоже прослеживается на расстоянии во много сотен и даже тысяч километров при сравнительно небольшой ширине, порядка 100—150 км. Эта формация изучена в петрографическом отношении А. Н. Заварицким, Г. С. Горшковым, Е. В. Быковской, В. И. Влодавцем, С. И. Набоко и другими исследователями, а в геологическом плане — Г. М. Власовым, В. К. Ротманом, А. Е. Святловским, Э. Н. Эрлихом и многими другими.
Как подчеркивает Е. В. Быковская, общая мощность накопившихся в неогене вулканогенных толщ, известных в литературе под названием андезитовой группы формаций, составляет 4—5 тыс. м, причем 60% их приходится на долю лав преимущественно андезитового состава.
В начале неогена, как предполагает Ротман, первоначально в подводных условиях возникли толщи, аналогичные комплексу «зеленых туфов» Японии, а затем к концу плиоцена вулканогенные серии пород стали накапливаться в субаэральной обстановке. Обильный пирокластический материал подвергался переотложению, подобно тому, как это отмечал Андерсон на юге Каскадных гор, вследствие чего возникли лахаровые накопления, расположенные у подножия растущей вулканической гряды. По-видимому, в отличие от Каскадных гор такие накопления образовались в морской, а не в субаэральной обстановке. В дальнейшем, в четвертичную эпоху были созданы современные вулканические постройки, для которых также характерно постоянное присутствие андезитовых лав и их туфов. Таким образом, андезитовая формация Камчатки имеет длительную историю развития от миоцена до современной эпохи.
Область, расположенная к востоку от андезитового пояса, отличается, по-видимому, преимущественным распространением подводных базальтовых (толеитовых) лав, по направлению же на запад общий характер смены другими вулканогенными формациями остается недостаточно ясным. Обычно предполагается, что в западном направлении происходит некоторое увеличение щелочности пород, которое приводит в итоге к распространению на территории Азии щелочных базальтов типа Уюнь-Холдонги, описанных А. Н. Заварицким. Об этом пишут С. Н. Набоко и другие исследователи, хотя подобная закономерность не вполне отчетлива, как это показала В. В. Кепежинскас.
Разным этапам развития андезитовой формации отвечают разновозрастные корневые зоны, представленные дифференцированными и недифференцированными интрузиями диоритов, гранодиоритов, отчасти также габбро. Возраст этих интрузий определяется, по данным О. П. Волынца с соавторами, в пределах от 10 до 20 млн. лет. Известное разнообразие пород, слагающих корневые зоны андезитовой формации, отвечает вариациям свойственных ей самой пород, среди которых, помимо андезитов, имеются, с одной стороны, базальты, с другой — риолиты и их туфы.
Курильская островная гряда, как указывает Г. С. Горшков, сходна с Камчатской тем, что в ней преобладают пироксеновые андезиты, наряду с которыми значительно распространены базальты и андезито-базальты. Дациты и близкие к ним кислые андезиты среди массивных лав встречаются реже, но ими часто сложены обширные отложения пемз. Для лав восточной части островов характерно присутствие роговой обманки, почти не встречающейся в центральной части.
Андезитовая формация Курильских островов тоже имеет, по-видимому, длительную историю развития, но пока она намечается лишь очень приблизительно. Судя по данным Е. К. Мархинина, начальные стадии развития, как и на Камчатке, относятся к миоцену. Как и там, здесь вскрыты корневые зоны миоценовых и, вероятно, более молодых вулканов, представленные кварцевыми диоритами, интрузивными андезитами и андезито-базальтами. К подобным же корням третичных вулканов принадлежат, вероятно, описанные Г. П. Вергуновым габброиды и гранитоиды, а также многофазное интрузивное тело, наблюдаемое в современном срезе на о-ве Парамушир на площади 100—110 км2. Это тело сложено габбро, диоритами, гранитами и их вариететами и имеет сравнительно хорошо выраженную полосчатость.
Южным продолжением Курило-Камчатской дуги является Японская дуга, имеющая сходное строение. Для нее также характерно широкое распространение андезитов.
Таким образом, на западе Тихого океана, как и на востоке, на протяжении тысяч километров прослеживается линейно вытянутая зона, сопровождаемая породами андезитовой формации, среди которых наряду с господствующими андезитами распространены также базальты, дациты и риолиты. Этот гигантский андезитовый вулканический пояс располагается вдоль шва, отделяющего молодые неоген-четвертичные складчатые сооружения континентальных окраин и опоясывающих эти континенты островных дуг от глубоко погруженных структур ложа Тихого океана. По структурному положению и по особенностям истории развития, достаточно длительной, продолжавшейся не менее 25 млн. лет, андезитовая формация мало соответствует типу так называемых орогенных формаций, или формаций, возникающих, по схеме Штилле, в связи с развитием субсеквентного вулканизма. Аналогом этого пояса и его андезитовой формации является Индонезийская дуга с ее преимущественно андезитовым вулканизмом, описанным в работах Беммелена и других исследователей.
Более древние андезитовые формации могут быть рассмотрены на примере Охотского вулканического пояса, Центрального Казахстана и Закарпатья.
Андезитовая формация Охотского вулканического пояса описана Е. К. Устиевым. Эта формация входит в состав пояса, прослеживающегося на протяжении около 2500 км, имеет нижнемеловой возраст и возникла в начальные стадии развития вулканического пояса.
В начале нижнего мела, как отмечает Е. К. Устиев, на территории пояса «уже поднимались складчатые хребты с широкой полосой вулканов, протянувшейся вдоль границы с молодой геосинклиналью. Вся эта область характеризовалась в нижнемеловое время резкими контрастами вертикальных движений, о чем свидетельствует большая мощность континентальных отложений в быстро заполнявшихся межгорных котловинах. Еще большая разница амплитуд характеризовала границу молодого поднимающегося континента и быстро углублявшегося геосинклинального трога с колоссальной толщей терригенных осадков. Трещины растяжения, возникавшие вдоль этой структурной границы, определили развитие нижнемелового вулканизма и контролировали его распространение». Ширина вулканического пояса достигла в это время первых сотен километров. Общая мощность вулканогенных пород колебалась от сотен метров до 2—3 км.
Среди пород, слагающих формацию, имеется большое количество туфов, туффитов, а также речных и озерных отложений с отпечатками флоры. Основную массу составляют андезиты, хотя имеется вся гамма пород от базальтов до риолитов. Обобщенная схема изменчивости состава пород во времени отвечает, по Устиеву, последовательности: андезиты — дифференцированные андезито-риолитовые серии — андезиты. На подстилающие юрские толщи формация ложится с повсеместно развитым угловым несогласием.
В полосе распространения пород андезитовой формации широко распространены также корневые зоны андезитовых вулканов, представленные «охотскими» интрузиями. Эти интрузии образуют сложно дифференцированные «батолитоподобные» тела преимущественно гранодиоритового состава. Интрузии обычно начинались внедрением небольших масс габбро, вслед за этим следовали диоритовые и кварц-диоритовые расплавы. Главная интрузивная фаза характеризовалась образованием гранодиоритов, после чего внедрялись плагиограниты и граниты. Дальнейшая история вулканического пояса была связана с общим изменением состава продуктов вулканических извержений; поэтому в верхнем мелу, как предполагает Е. К. Устиев, происходило накопление кислых лав и разнообразных, в том числе спекшихся, туфов. Впрочем, общая эволюция в верхнемеловое время тоже началась с андезитовых извержений. Таким образом, длительность развития андезитовой формации в данном случае измерялась цифрами 45—50 млн. лет.
Андезитовые формации Центрального Казахстана приурочены, по крайней мере частично, к выделенному А. А. Богдановым поясу, имеющему, как и Охотский вулканический пояс, протяжение около 2000 км, но подковообразно изогнутому, а не линейному. К этому поясу верхнепалеозойских вулканогенных серий, расположенных в Джунгаро-Балхашском прогибе, относятся нижнекаменноугольные андезитовые формации, залегающие в основании разреза вулканогенных серий, которые выше по разрезу сменяются риолитовыми формациями. Мощность андезитовой формации в Токрауском синклинории достигает 1300 м, причем характерно обилие в разрезе туфов и вулканических брекчий. Наряду с андезитовыми лавами здесь установлены корневые зоны вулканических построек, представленные диоритами, а также диоритами и андезитовыми порфиритами и имеющие вид лакколитоподобных тел и пластовых интрузий. Как выявлено В. В. Кепежинскас, в Токрауском синклинории породы корневых зон по возрасту и составу близки к породам андезитовой формации. В других районах наблюдается принципиально сходная картина распространения пород андезитовой формации, хотя, по-видимому, она не везде так хорошо вырисовывается, как в Токрауском синклинории и в Северном Прибалхашье.
Рассмотренный тип андезитовых формаций отличается от типа, характерного для окраин Тихого океана. Поэтому проводить прямые параллели между Тихоокеанским и Охотским поясом, с одной стороны, и Центрально-Казахстанским — с другой, по-видимому, можно лишь с оговоркой, что Центрально-Казахстанскому поясу принадлежит определенное место в последовательном ряду, в котором крайнее положение занимают межгорные впадины или более обширные внутренние впадины складчатых областей, подобные Закарпатской впадине.
Пример андезитовой формации Закарпатской впадины дает Выгорлат-Гутинская гряда, изученная В. С. Соболевым с соавторами. В этой гряде неогеновые извержения начались взрывами с массовыми выбросами пирокластического материала, после чего стали изливаться преимущественно андезитовые и андезито-базальтовые лавы. В конце периода извержений внедрились куполы кварцевых гиперстеновых андезитов, а местами дацитов и риолитов. В целом в Закарпатье преобладают андезито-базальты и двупироксеновые андезиты. Имеются гортонолитовые андезиты, андезито-дациты, дациты и риолиты, много пирокластических пород. Наряду с покровами и куполами известны штоки гранодиорит-порфиритов и кварцевых диорит-порфиритов.
В пределах Выгорлат-Гутинской гряды расположен вулканический массив, детально изученный Н. В. Короновским и Н. А. Солодковой. Он занимает площадь поперечником около 20—25 км и имеет вид асимметричного уплощенного конуса высотой до 1000 м, сильно расчлененного эрозионной сетью. Возраст вулкана среднеплиоценовый, частично, может быть, верхнеплиоценовый. Общая история образования этого вулкана выглядит следующим образом.
В первый этап происходили сначала интенсивные выбросы эксплозивного пирокластического материала, имевшего андезито-базальтовый и андезитовый состав, а затем излияния однородных андезито-базальтовых лав. Эти лавы дали начало плоскому щитовидному вулкану, вслед за этим возобновились эксплозии, наряду с выбросами пепла и лапиллей происходило скатывание палящих туч и образование лахаров. Второму этапу отвечает затишье вулканической деятельности и накопление озерно-аллювиальных отложений. Лишь местами происходили эксплозии, одновременно с которыми внедрялись куполы дацитовых и риолито-дацитовых лав, иногда сопровождавшиеся лавовыми излияниями. К концу второго этапа снова появились более основные лавы, преимущественно андезитовые, извергавшиеся сперва эксплозивно, а затем излившиеся на поверхность и давшие мощный (до 200—300 м) плащеобразный лавовый чехол, выклинивающийся к периферии вулканической постройки. В конце второго этапа проявилась газо-гидротермальная деятельность, вызвавшая изменение пород и их минерализацию, связанную с появлением, в частности, ртути. Третий этап ознаменовался эксплозиями андезитовых туфов, а затем излиянием андезитовых лав. В общей серии вулканических извержений, несмотря на некоторую изменчивость состава лав, преобладали, как отмечают Н. В. Короновский и Н. А. Солодкова, андезиты.
К западу от Выгорлат-Гутинской гряды в Венгрии располагаются Токайские горы, прослеживаемые на протяжении свыше 100 км в меридиональном направлении. Вулканические породы в этих горах имеют возраст средний — верхний миоцен и частично принадлежат плиоцену (понтическому ярусу). Здесь могут быть выделены две группы вулканогенных накоплений: андезито-дацитового и риолито-дацитового ряда. Как пишет Г. Панто, «несмотря на то, что в результате неоднократного изменения характера вулканической деятельности эти породы находятся в самых сложных взаимоотно шениях, разделение их вполне возможно, поскольку их формирование было связано с различными вулканическими центрами и путями восхождения». Как указывает Панто, андезитовый вулканизм Токайских гор отличается низкой эксплозионностью. Главную массу пород, слагающих разрезы, представляют андезитовые лавы, не повсеместно разделенные прослоями туфов и агломератов мощностью до 10 м. Здесь имеются андезитовые массивы, сложенные на 90% андезитовыми толщами мощностью от 300 до 500 м, образовавшимися частично в виде субвулканических тел. Местами лавы изливались в подводной обстановке, по-видимому, в озерах, где возникли пепериты, подобные известным в Южной Франции.
Общие черты андезитовых формаций определяются, как уже отмечалось выше, господством андезитов в разрезе вулканогенных толщ. Наряду с андезитами постоянными спутниками подобных формаций являются базальты и риолиты, наблюдающиеся в разных количественных соотношениях с андезитами, вариации состава пород обусловливают возможность перехода андезитовых формаций либо в базальтовые, либо в риолитовые. Андезитовые формации обычно сопровождаются прослоями преимущественно терригенных пород и различных пирокластических накоплений, а также замещающими их вкрест простирания опоясывающими шлейфами, сложенными продуктами деятельности грязевых потоков. Такие шлейфы могут прослеживаться, по-видимому, на сотни километров вдоль линейно вытянутой области, занятой породами андезитовой формации.
Для андезитовых формаций характерно длительное развитие, которое иногда начинается в морских условиях и заканчивается в континентальной обстановке. Эти формации обычно расположены на границе, разделяющей резко разнородные структурные элементы. Часто они размещаются вдоль шва, разграничивающего наиболее крупные структуры, такие, как океаны и континенты. В таких случаях андезитовые формации прослеживаются на протяжении десятков тысяч километров параллельно складчатому поясу, подобно тому, как это имеет место в Тихоокеанском кольце. В других случаях эти формации приурочены к менее значительным тектоническим швам, аналогичным тем, на которых расположены Казахстанские девонский и верхнепалеозойский вулканические пояса. Вдоль таких швов не обнаруживается строго выраженного линейного удлинения на огромных расстояниях. Вулканические пояса имеют вид более или менее крупных подковообразных зон.
Андезитовые формации могут располагаться, кроме того, в более или менее крупных впадинах, подобных Закарпатской, находящейся внутри альпийской складчатой области, или в еще более мелких впадинах. Представить все это множество структурных ситуаций одним названием «субсеквентный вулканизм» представляется малооправданным. Общим для всех андезитовых формаций является их приуроченность к более или менее значительным зонам разломов. В линейно вытянутых областях распространения андезитовых формаций обычно наблюдается асимметрия, хорошо выявляемая на примере Каскадных гор и Курило-Камчатской дуги.
Среди характерных черт андезитовых формаций следует указать еще часто наблюдаемое расположение их в начале ряда формаций, развивающихся на древнем складчатом основании (например, в Казахстане). Вслед за ними, как отмечают многие исследователи, идут риолитовые формации. Вероятно, подобная закономерность не является всеобщей и может быть существенно нарушена.
Возраст андезитовых формаций различен, но, по-видимому, массовое распространение их относится к кайнозою.