К важнейшим элементам палеовулканологического исследования относятся анализ фациальной изменчивости вулканогенных образований и изучение парагенетических ассоциаций вулканогенных пород, или формаций.
При оценке различий между фациями и формациями необходимо иметь в виду, что хотя в обоих случаях представление о них может быть получено только на основании изучения пород и слагаемых ими конкретных разрезов, наблюдаемых в полевой обстановке, тем не менее понятия эти принципиально различны. Фации выделяют либо для выявления различий в синхронных образованиях, либо в целях определения генетических типов отложений, или так называемых литогенетических комплексов пород. Между тем формационное исследование опирается на изучение парагенезов горных пород.
Вопросы фациального анализа привлекают внимание вулканологов и геологов с давних пор в связи с тем, что постоянно приходится сталкиваться с различного рода неоднородностями состава и строения картируемых тел, сложенных различными, в частности вулканогенными, породами. Этим вопросам существенное значение придавал Ф. Ю. Левинсон-Лессинг, который применял термин «фация» для обозначения вариаций состава и структуры пород одного и того же тела, сложенного магматическими породами: например, лейкократовые, меланократовые, стекловатые, эффузивные и другие фации. В петрографическом словаре, впервые опубликованном в конце прошлого столетия, он определял фации как «различные продукты одной и той же магмы в магматических породах, образовавшихся путем расщепления и отличающихся друг от друга или составом, или структурой». А. Ритман среди продуктов вулканической деятельности различал фации вулканитов и субвулканитов, образующихся при различных давлениях и содержаниях газов, а также отличающихся составом слагающих породы минералов и структурными особенностями.
Более полно проблема фаций в приложении к магматическим образованиям, в том числе к продуктам вулканической деятельности, была разработана М. А. Усовым и Ю. А. Кузнецовым. Вначале Усов предложил название «фация» применять «к разным проявлениям интрузивных пород одного и того же состава» и выделять по условиям залегания, составу и структуре интрузивных пород абиссальную и гипабиссальную фации, а затем распространил этот термин и на эффузивные породы, для которых рекомендовал различать фации силлово-лакколитовую, экструзивную, лайковую, жерловую и штоковую. Позднее он отметил, что фациями целесообразно называть «соответствующие формы проявления магматических пород, отличающихся структурой, текстурой, минералогическим и отчасти химическим составом, а также контактовыми явлениями». При этом М. А. Усов выделил четыре группы фаций магматических пород: экструзивную (включая поверхностную, подводную и жерловую фации), гипабиссальную, абиссальную и лайковую. В дальнейшем же он указал, что «форма магматического тела вместе с окружающим пространством является ведущим фактором в формировании магматической породы. Поэтому фации магматических пород выделяются нами в основном по условиям их залегания».
Концепцию М. А. Усова впоследствии развил Ю. А. Кузнецов. По его мнению, фациальные особенности магматических пород определяются средой, в которой они возникают. Эти особенности могут выражаться формой магматического тела, структурными и текстурными чертами пород, их минералогическим составом, характером и степенью контаминации магмы веществом боковых пород, постмагматическими преобразованиями и т. п. Как отмечает Кузнецов, все исследователи, занимавшиеся изучением фаций магматических пород, важнейшее значение придавали глубине их образования. В зависимости от глубины, на которой формируются магматические тела, могут быть выделены, по Кузнецову, фации глубинности, или макрофации, поверхностные (наземные и подводные эффузивные, околократерные и экструзивные), приповерхностные (жерловые, малых интрузий, жильные), гипабиссальные, или малоглубинные (плутонические малых интрузий, жильные), среднеглубинные (плутонические батолитовые, малых интрузий, жильные), глубинные, или абиссальные (мигматитовые, существенно плутонические, жильные), и наконец, крайне глубинные, или ультраабиссальные (чарнокитовые). Для базальтоидны х и щелочных магм, по Ю. А. Кузнецову, типичны, кроме того, приповерхностные фации силловые, штоковые и кольцевых интрузий, а для гипабиссальных — фации расслоенных и малых пластовых интрузий. Особо им выделены также фации диатремовые (кимберлитовых трубок) и центральных интрузий.
После появления работ М. А. Усова и Ю. А. Кузнецова к проблеме фаций магматических пород неоднократно обращались многие исследователи в нашей стране: Е. Ф. Малеев, Е. Б. Яковлева, В. С. Коптев-Дворников с сотрудниками и многие другие.
В работах Е. Б. Яковлевой рассмотрен, в частности, вопрос о принципах выделения фаций вулканогенных пород. Она подчеркивает, что фации следует выделять только по условиям образования тела, сложенного вулканогенными породами, а не по его морфологии, но с учетом данных о взаимоотношениях этого тела с вмещающими породами в момент формирования. Морфология тела, по Яковлевой, является второстепенным признаком, помогающим выделять субфации, а не фации. Всего она выделяет три фации: эффузивную, субвулканическую и жерловую. К эффузивным фациям ею отнесены лавы, лавовые брекчии, разнообразные туфы, в том числе ингимбриты, и другие продукты извержения вулканического материала на поверхность. Эффузивная фация объединяет, по Яковлевой, субфации текучих вод, эксплозивную и экструзивную. Субвулканической фации принадлежат породы, образовавшиеся на пути движения лавы к поверхности, в обстановке, когда лава по ряду причин не достигла земной поверхности и формирование пород происходило на глубине. Жерловые фации тоже охватывают породы, образовавшиеся при движении магмы к поверхности, но в условиях непосредственной связи лавы с поверхностью, вследствие этого они выполняют подводящие каналы — некки, дайки и т. п. Как подчеркивает Е. Б. Яковлева, «породы отмеченных выше фаций и субфаций являются геологически одновременными образованиями в широком смысле этого слова, т. е. относятся к единому многофазовому эффузивному комплексу, характеризующему вулканизм определенного отрезка времени».
При сравнении представлений о фациях, выдвинутых различными исследователями, можно видеть, что, несмотря на известный разнобой, в большинстве своем предлагаемые концепции весьма сходны. В них рассматриваются определенного типа породы (или отложения), обладающие некоторыми отличительными свойствами, зависящими от условий образования сложенных этими породами тел. Главным фактором, оказывающим влияние на процесс образования таких пород (отложений) или их групп, является глубина, на которой они находятся в момент отвердения, если это касается магматических пород вообще, или удаление от канала, через который происходят извержения в случае, когда рассматриваются вулканогенные породы. Впрочем, и при выделении соответствующего вулканогенного типа пород, объединяемых в фации, учитываются, по крайней мере для некоторых групп пород, глубина их залегания и возможные связи с поверхностью.
Естественно, что такой подход к выделению фаций в значительной мере лежит в области, имеющей непосредственное отношение скорее к систематике горных пород или к выделению генетических типов отложений, чем к фациальному анализу в том виде, в каком он предполагается для осадочных образований в работах Н. С. Шатского, опирающегося на первоначальные определения понятия фации, предложенные Грессли. Иначе говоря, в том аспекте, в каком рассматриваются фации магматических и вулканогенных пород в настоящее время, они приобретают литогенетический облик, вследствие чего представления о них существенно уклоняются от первоначальных, выдвинутых Грессли для осадочных фаций и Рейером для магматических или вулканогенных фаций. Если учесть еще, что некоторые исследователи обращают внимание на условия образования пород как на важнейший признак, определяющий фациальную их принадлежность, то станет очевидным, что положение с выделением фаций вулканогенных пород мало чем отличается от того, которое сложилось в области изучения осадочных фаций.
Действительно, с одной стороны, имеется раннее представление о вулканических фациях, предложенное Рейером, по которому фации можно выделять путем сравнения одновозрастных образований, с другой — существует система представлений о фациях как о литогенетических комплексах пород или генетических типах отложений. Картина, таким образом, сходна с той, которая отмечена была Н. С. Шатским в работе, посвященной А. Грессли и его учению о фациях. В этой работе подчеркивается значение сравнений, отдельных видов отложений, имеющих один и тот же возраст. Шатский, в частности, пишет: «Во многих современных работах под методом фациального анализа разумеется изучение первичных признаков пород, признаков условий их образований, минерального состава, структуры и текстуры пород, характера контактов, остатков флоры и фауны, минерального состава конкреций и на основании всего этого выделяются различные фации. Здесь нет ничего похожего на Грессли. У Грессли главное — сравнение отдельных видов отложений. Это и есть фациальный анализ. А здесь происходит подмена фациального анализа простой литологической палеонтологической обработкой материала». И, может быть, полезно привести выдержку из другой работы Н. С. Шатского, в которой он подчеркивает, что «изучение конкретных фаций можно проводить, таким образом, только в стратиграфическом аспекте, как фациальные литолого-палеонтологические изменения определенной стратиграфической единицы».
В целом в настоящее время достаточно наглядно определился двойственный подход к исследованию фациальной изменчивости вулканогенных образований. Многие исследователи считают, что главная задача фациального анализа вулканогенных образований заключается в разработке общей классификации таких групп или комплексов. В соответствии с этой идеей предлагаются различные классификационные схемы фаций магматических или вулканогенных пород.
Вместе с тем отмечается важность определения соответствующих признаков, позволяющих выделять различные генетические типы вулканогенных образований. В отношении вулканогенно-осадочных отложений такая мысль высказана достаточно выразительно Л. Н. Ботвинкиной: «Таким образом, первая задача, связанная с фациальным анализом, — это выделение генетических типов отложений и определение тех их наиболее характерных признаков, которые позволяют отличить один генетический тип от другого». И далее: «выделение генетических типов в отложениях вулканических областей — дело значительно более сложное, чем в обыкновенных осадочных толщах. Тем не менее это совершенно необходимая основа фациального анализа». Значение строгого определения признаков, позволяющих распознать различные фации, подчеркивают также В. С. Коптев-Дворников с соавторами и многие другие исследователи. Отмечается, в частности, что «попытка столь дробного разделения вулканогенных образований, не имеющих четких признаков распознавания (имеется в виду классификация вулканокластических фаций Е. Ф. Малеева), открывает широкое поле для мало обоснованных предположений и построений».
Такой системе взглядов противостоит представление, предполагающее, как писал Н. С. Шатский, что главное в фациальном анализе — это сравнение отдельных видов отложений в некоторых конкретных стратиграфических рамках, иначе говоря — сравнение одновозрастных отложений, различающихся по особенностям состава, строению и другим характерным чертам. Этому направлению в изучении вулканических фаций следуют, например, Н. А. Штрейс, Л. Н. Формозова, И. В. Лучицкий и многие другие.
Принципиальные различия между ясно определившимися двумя направлениями в изучении вулканических фаций очевидны. Тем не менее эти различия не антагонистичны. В них выражено, с одной стороны, желание выявить в первую очередь различные генетические типы отложений, которые можно было бы сравнить между собой на основе наиболее полного знания характерных их признаков, с другой — стремление использовать всю совокупность современных знаний о вулканогенных образованиях для изучения реально наблюдаемой фациальной (facies-облик) изменчивости синхронных элементов геологического строения той или иной территории. Система исследований, отвечающих первому направлению, является, таким образом, одним из средств (возможно, даже главнейшим средством), используемых вторым направлением для фациального анализа конкретных природных геологических ситуаций. Такой анализ требует не только строгого определения возрастных рамок, ограничивающих сравниваемые элементы геологического строения, но и широкого привлечения актуалистического метода исследований, позволяющего выявлять происхождение и важнейшие отличительные черты этих элементов путем сравнения их с современными вулканогенными или иными образованиями.
В современных вулканических областях происходят сложные процессы, связанные с внедрением и излиянием лав, с эксплозиями, вызывающими появление рыхлого измельченного материала, с выделением газов, с седиментацией, протекающей в весьма разнообразной физико-географической обстановке (высокогорье со снежниками и ледниками, прибрежные равнины, морские заливы, озерные котловины и т. п.), а также и с другими геологическими явлениями. Таким образом, эти области являются крупными естественными лабораториями, в которых можно изучать течение вулканических и иных геологических процессов, а вместе с тем видеть непосредственные результаты деятельности этих процессов, рассматривая различного происхождения вулканогенные и вулканогенно-осадочные накопления. Именно здесь доступны наблюдению генетически разнородные группы горных пород и отложений, возникшие в течение сравнительно узкого интервала времени, отвечающего в абсолютном летоисчислении менее чем одному миллиону лет, т. е. с геологической точки зрения образовавшиеся почти одновременно.
Многие, но, конечно, далеко не все типы вулканогенных образований и вулканогенно-осадочных отложений современных вулканических областей, расположенных на континентах или на островах, изучены сравнительно полно. Об особенностях же накопления этих образований на морском дне и их характерных чертах, формирующихся в подводных условиях, известно еще сравнительно мало. Впрочем, благодаря работам французских ученых, прежде всего Кусто и Пикара, уже сравнительно давно стали доступны непосредственному наблюдению, основанному на применении аквалангов, батискафов и других подводных аппаратов, лавовые потоки со всеми особенностями их строения как в шельфовой зоне, так и в глубоководных впадинах.
Впервые начатые в 1960 г. работы по разбуриванию океанического дна у берегов Калифорнии и о-ва Гваделупы развернулись сейчас в грандиозную программу глубоководного бурения «Deep Sea Drilling Project», охватившего хотя и очень редкой сеткой, но практически все главнейшие акватории мира. Эти работы осуществляются, как известно, со специального корабля «Гломар Челленджер» под руководством объединения океанографических институтов США, в первую очередь Скриппсовского института Калифорнийского университета, привлекшего к исследованиям специалистов разных стран, в том числе ученых из Советского Союза. В итоге бурения, продолжающегося уже свыше 20 лет, получены разнообразные сведения о строении фундамента, на котором покоятся океанические осадки, и установлен преимущественно базальтовый его состав. В сочетании с данными о морфологии океанического дна и распространения в его пределах многочисленных, насчитываемых многими десятками тысяч (по Менарду, только в Тихом океане свыше 10 000) конических гор несомненно вулканического происхождения, эти сведения существенно расширяют наши познания в области анализа особенностей подводного вулканизма, хотя и оставляют многие проблемы далеко не решенными. Дискуссионными остаются вопросы, связанные с определением возможностей образования эксплозивных извержений на больших глубинах в океанах, с выяснением роли кислых пород в океанах, гетерогенности вулканических образований океанического дна и т. д. Тем не менее, опираясь на хорошо известные данные о процессах, протекающих в настоящее время в вулканических областях на суше, и о продуктах деятельности этих процессов, а также на разнообразные новые данные о подводном вулканизме на дне океанов, можно в широком плане анализировать различные проблемы фациальной изменчивости древних вулканогенных образований.
Генетически разнородные группы пород и отложений, образующиеся ныне в вулканических областях, можно рассматривать как современные фации и соответственно считать эти области полифациальными. Эта черта современных вулканических областей достаточно типична, и ее следует учитывать при изучении древних вулканогенных образований, особенно при различного рода корреляциях и сопоставлениях. И все же в палеовулканологических работах термин «фация» лучше сохранять только в том случае, когда проводится конкретное исследование, связанное с выявлением изменчивости состава и строения синхронных образований, а при выделении генетического типа отложений говорить соответственно о генетическом типе (генотипе) отложений, а не об их фациальной принадлежности.