Мінералого-петрографічна характеристика соленосних відкладів і калійних покладів

Понад 95 % калійних солей, що добуваються, споживається у виробництві мінеральних добрив, інша частина йде на технічні цілі – вироблення мила і миючих засобів (їдкий калій), скла і кераміки, синтетичного каучуку і т. д. Калій є одним з основних елементів харчування рослин. Інтенсивне землеробство приводить до посиленого виносу калію з ґрунтів разом із сільськогосподарськими культурами (головним чином у соломі й у деяких коренеплодах і бульбах). Тому для поповнення цієї втрати потрібно періодично (а на піщаних і торф’яних ґрунтах – постійно) вносити в ґрунт калій у вигляді мінеральних добрив.

Під час переробки сильвінітових та карналітових солей одержують хлорид калію – дрібнокристалічну сіль, що містить 52–60 % К₂О. Хлористий калій складає близько 90 % первинного світового виробництва калійних добрив і випускається переважно в гранульованому вигляді через схильність до злежування при тривалому зберіганні. Значну частину хлористого калію в даний час переробляють у сульфат калію, котрий не гігроскопічний, не злежується і зручний для транспортування. Він містить 48–52 % К₂О і є ефективним добривом (підвищує врожайність і якість продукції) для практично усіх видів сільськогосподарських культур на різних ґрунтах.

На Калуш-Голинській площі виділено низку рудних полів, приурочених переважно до поперечних локальних западин північно-східних крил синкліналей. У Калуську групу входять шахтні поля: Північне сильвінітове, Північне каїнітове, Центральне і Хотіньське. У Голинську групу об’єднані ділянки Західна та Східна Голинь. Сівка-Калуська, Домброво, а також Пійло. У Калуській синкліналі поклади простягаються на 7 км при ширині рудоносної смуги до 1, 5 км. Кількість лінз з промисловою калійною рудою на окремих шахтних полях складає від однієї до п’яти. У Голинській синкліналі калійні лінзи утворюють смугу довжиною до 10 км, її ширина в центральній частині – до 7 км. На окремих ділянках існують від двох (Домброво) до десяти (Голииь) промислових калійних лінз, що утворюють кілька горизонтів.

Калієносна світа міоцену з прошарками і лінзами калійних солей складена соленосними глинами, алевролітами, рідше пісковиками, іноді з проверстками карбонатних порід. Потужність її в Калуській синкліналі 150–300 м, у Голинській – 300–600 м. Лінзи калій-магнієвих солей залягають у розрізі соленосної товщі багатоярусно, згідно з вмісними породами. У плані лінзи мають складний обрис, часто розташовані кулісоподібно. У результаті перетисків і роздувів потужність їх змінюється від 1, 5 до 25–30 м, іноді 100–120 м. Розміри за простяганням складають 1–1, 5, за падінням 0, 5–1 км. Кути падіння порід у рудних покладах коливаються в межах 0–45°, іноді до 65–80°, головно 15–25°. Глибина залягання калійних лінз від 16 до 500 м, на ділянці Пійло до 1100 м. Основні породоутворювальні мінерали соляних лінз: галіт, каїніт, сильвін, карналіт, полігаліт, ангідрит. На родовищі виділяється три основних типи руд: сульфатний (каїнітовий), хлоридно-сульфатний (сильвін-лангбейніт-каїнітовий), а також хлоридний (сильвінітовий, частково карналітовий). У Калуській синкліналі переважають хлористі калійні солі, у Голинській – сульфатні.

Нині Калуш-Голинське родовище не розробляється ВАТ «Оріана». Концерну належать Домбровський кар'єр, рудник Пійло, збагачувальна фабрика, завод калійних добрив і магнієвий завод. Родовище комплексне. Крім калійних солей балансом запасів врахована ще магнієва сіль. Проектна потужність переробного комплексу 1250 тис. т на рік. На збагачувальній фабриці з руд шляхом розчинення одержують технічну кухонну сіль, сульфат калію, калімагнезію, хлор-магнієвий розсіл (31 % MgСI₂). Останніми роками на Калуш-Голинському родовищі, як і на Стебницькому, собівартість продукції в більшості випадків перевищує відпускні ціни. Видобуток калійних солей в Україні тільки з 1990 р. по 1999 р. упав з 2, 37 млн т до 0, 254 млн т на рік.

Калійні солі (хлоридні і сульфатні) є одним з основних видів мінеральних добрив. Більшість добрив, калійні або комбіновані калієвмісні (фосфатні, азотні) готуються на основі цих двох солей. Головними мінеральними утвореннями калійних солей є сильвініт, карналіт і каїніт, другорядне значення мають полігаліт, леоніт, пікромерит і ін. Усі вони можуть застосовуватися як добрива в сирому вигляді.

Мінералого-петрографічні особливості калійних порід вивчено на основі розрізів окремих лінз, розкритих гірничими виробками, свердловинами. Вивчення, аналіз й узагальнення зібраного матеріалу дали змогу розділити весь складний комплекс соляних мінералів Калуш-Голинського родовища на дві групи: первинні (сингенетичні) мінерали, які утворилися при безпосередньому випаданні з розчину, і вторинні (епігенетичні), які утворилися в результаті наступних перетворень, що відбувалися в породі під впливом зовнішніх агентів. Такий розподіл мінералів проведено на основі текстурних, структурних і мікротекстурних особливостей калійних порід, характеру їхнього залягання, а також парагенетичних співвідношень мінералів.

До першої групи належать усі головні породоутворюючі мінерали – галіт, каїніт, лангбейніт і другорядні – сильвін, полігаліт, ангідрит, кізерит, карналіт; до другої – гіпс, шеніт, епсоміт, мірабіліт, глазерит, астраханіт, леоніт, левеїт, сингеніт. Друга група приурочена головно до зони звітрювання або до зони повільної циркуляції підземних розчинів. Зазначені вище мінерали в різних поєднаннях і співвідношеннях складають різні соляні породи.

Головними породоутворювальними мінералами покладів калійних солей Калуш-Голинського родовища є галіт, каїніт і лангбейніт. В окремих випадках, зокрема, на ділянці Пійло, до них також належать кізерит, леоніт, а в покладах калійних солей нижньоворотищенської світи – полігаліт. До другорядних мінералів, які наявні в калійних солях родовища в незначній кількості (1, 0–8, 0 %), належать полігаліт, кізерит, сильвін, шеніт, епсоміт, леоніт і карналіт. У вигляді домішок (до 1 %) трапляються астраханіт, левеїт, гексагідрит, ангідрит, гіпс і в поодиноких випадках виявлено борати – люнебургіт і чемберсит (табл. 1).

Значну роль у складі калійних порід відіграє алеврито-піщанистий і глинистий теригенний матеріал (нерозчинний залишок), який також необхідно віднести до основних породоутворюючих компонентів. У зоні соляного дзеркала верхні частини пластів калійних солей складені вторинними мінералами – глазеритом, мірабілітом, тенардитом, сингенітом, шенітом, епсомітом, гексагідритом, астраханітом, леонітом, які утворюють гіпсово-глинисту шляпу вторинних солей потужністю до кількох метрів. Нижче соляного дзеркала шляпа вторинних солей поступово заміщується первинними калійними мінералами. На це вказують гнізда й прожилки вторинних мінералів, які характерні для верхньої частини пластів калійних солей нижче соляного дзеркала.

Калійні солі складені зазвичай сумішшю декількох мінералів, серед яких переважають два-три, інколи чотири-п’ять. Основні породоутворюючі мінерали (галіт, каїніт, лангбейніт, полігаліт, кізерит, зрідка леоніт) утворюють кристалічно-зернисті суміші.

Текстурною особливістю соляних порід Калуш-Голинського родовища є їхня брекчійованість. Вони побудовані двома текстурними елементами:

Таблиця 1

Мінералогічна характеристика соляних мінералів Калуш-Голинського родовища калійних солей

а) тією чи іншою мірою деформованими соляними й теригенними седиментаційними шарами, які ритмічно перешаровуються;

б) накладеними на них жильними й цементуючими постседиментаційними соляними утвореннями.

Склад, структура й текстура соляних і теригенних шарів збереглися неоднаково. Шари уламково-теригенних порід характеризуються зазвичай незмінним складом і структурою, однак у результаті внутрішньоформаційних тектонічних процесів були брекчійовані, пересічені тією чи іншою мірою розвинутою системою тріщин, розбиті на уламки різного розміру, зцементовані солями різного складу. Сольові шари в породі не лише порушені, а й підлягали розчиненню, розкладенню, перекристалізації й головно повністю змінили свій первинний склад і структуру.

Внаслідок цього в калійних породах переважають брекчієподібні й плямисті, зрідка шаруваті текстури. Шарувата текстура порід зумовлена перешаруванням сольових псевдошарів різного складу з порушеними шарами глин, алевролітів і пісковиків. Шаруваті текстури часто спостерігаються в солях нижньоворотищенської світи, де характеризуються частим перешаруванням сольових і теригенних прошарків.

Калійні породи, які складають соляні поклади Калуш-Голинського родовища, за наявністю основних породоутворбвальних мінералів каїніту й лангбейніту поділяються на три основні групи: 1) групу лангбейнітових порід; 2) групу лангбейніт-каїнітових порід; 3) групу каїнітових порід.

На Калуш-Голинському родовищі наявні також полімінеральні й інші різновиди порід: кізерит-каїніт-лангбейнітові, лангбейніт-каїніт-кізеритові, каїніт-кізеритові, каїніт-леонітові та інші. При підрахунку середнього мінерального складу загалом по Калуш-Голинському родовищі встановлено наступний розподіл різних різновидів калійних солей:

ü каїнітова порода становить 9, 85 %;

ü лангбейніт-каїнітова порода – 65, 01 %;

ü каїніт-лангбейнітова – 13, 21 %;

ü кізерит-каїніт-лангбейнітова – 5, 21 %;

ü лангбейніт-каїніт-кізеритова – 4, 12 %;

ü каїніт-кізеритова – 1, 76 %;

ü каїніт-леонітова – 0, 84 %.

Каїнітова порода найпоширеніша серед калійних соленосних порід Калуш-Голинського родовища. Складені окремі каїнітові й основна маса складних лангбейніт-каїнітових покладів. За морфологією, структурними й текстурними особливостями каїнітова порода в різних покладах однотипна. Вона складається з галіту й каїніту з домішками полігаліту й глинистого матеріалу. Для неї характерна тонкошарувата текстура, зумовлена чергуванням прошарків із різним кількісним співвідношенням галіту й каїніту.

Каїнітова порода представляє продукт безпосередньо випадання каїніту разом із галітом і полігалітом із ропи басейну. Доказом цього є тонка шаруватість породи і її певний парагенезис – галіт, каїніт і полігаліт. Полігаліт у каїнітовій породі головно також первинний, оскільки знаходиться у вигляді тонкодисперсної маси або у вигляді включень у галіті, що свідчить про його хемогенне утворення.

Лангбейніт-каїнітова порода є другою за поширенням калійної породи Калуш-Голинського родовища. Вона має складний мінеральний склад, її головними компонентами є галіт, каїніт, лангбейніт, які містять домішки сильвіну, кізериту, полігаліту, глинистого матеріалу, ангідриту. Близької за складом породи не відомо ні в одному калійному родовищі світу, крім Передкарпаття. Внаслідок агрегатного розташування складових компонентів вона має неоднорідну неясношарувату, подекуди плямисту текстуру.

Лангбейнітова порода також значно поширена. Вона складається з галіту й лангбейніту з домішкою полігаліту й глинистого матеріалу. Це крупнозерниста порода масивної або шаруватої текстури. Лангбейніт утворює з галітом тісні кристалічно-зернисті суміші або також має правильні кристалографічні обриси й зональну будову. Шаруватість лангбейнітової породи зумовлена різним ступенем її забрудненості глинистим матеріалом. Лангбейнітова порода має характерний мінеральний склад (галіт, лангбейніт, полігаліт), перешаровується в розрізах із каїнітовою й лангбейніт-каїнітовою породами й за сукупністю ознак представляє первинний продукт кристалізації з ропи.

Хлористі калійні солі як окремий різновид на Калуш-Голинському родовищі відсутні. При попередніх підрахунках запасів, коли оцінка якості солей проводилася тільки за показниками вмісту K₂O без урахування вмісту нерозчинного залишку, виділялися сильвініти (до 16–20 %). Значна частина цього різновиду представлена сильно глинистою породою, яка містить гнізда, прожилки й цементуючу масу із вторинного сильвіну. Вміст теригенних домішок в у ній становить 20–25 %.

Сильвініт у калійних покладах Калуш-Голинського родовища має найважливіше значення. У шарах лангбейніт-каїнітового складу сильвініт присутній у вигляді незначних лінзочок і прошарків. У калуських калійних покладах існують генетичні типи сильвініту, які відрізняються різним мінеральним складом і фізичними властивостями (структурою, текстурою, забарвленням). За мінеральним складом виділено два типи сильвініту: ангідритовий, складений галітом, сильвіном і ангідритом, і полігалітовий, складений галітом, сильвіном і полігалітом. Ці два типи сильвініту за кількісним співвідношенням солей і глинистого матеріалу розділяють на повнокристалічний сильвініт, глинистий сильвініт і соляні глини з сильвіном. Ці різновиди зв’язані у вертикальному розрізі послідовними переходами, які відповідають поступовому процесу концентрації ропи за KCl. В усіх випадках сильвініт є продуктом накопичення осаду, який випав із ропи. Вторинні процеси в ньому нерозвинуті й обмежуються явищем заміщення сильвіну полігалітом.

Карналітова порода в калійних покладах Калуш-Голинського родовища розповсюджена незначно й немає промислового значення. Її характерна мінеральна асоціація – галіт, карналіт, ангідрит і значна кількість глинистого матеріалу. Текстура брекчієподібна. Порода характеризується тільки їй притаманними структурними особливостями, займає відповідне місце в розрізах калійних покладів, тому є продуктом безпосередньої кристалізації з ропи.

Полігалітова порода розповсюджена незначно і полігаліт не є головним породоутворюючим мінералом, оскільки він не концентрується в скупченнях значної потужності. Однак дрібні прошарки полігалітової породи (від декількох см до 0, 5 м) досить часто трапляються в соляній товщі. Виділено два різновиди полігалітової породи: чиста мономінеральна й глиниста полігалітова порода. Для глинистої полігалітової породи характерна тонка шаруватість, зумовлена чергуванням чистого й глинистого полігаліту. Прошарки полігалітової породи приурочені до підошви й покрівлі калійних лінз, а також наявні в самій калієносній зоні. Полігаліт тут безсумнівно є первинним утворенням.

Отже, поклади калійних солей Калуш-Голинського родовища характеризуються непостійним мінеральним складом внаслідок частої зміни одних різновидів калійних порід іншими як за простяганням, так і по падінню. Однак, середній мінеральний склад по гірничих виробках, які пересікають найбільш крупні поклади, залишається достатньо постійним на відстанях 350–500 м за простяганням і понад 120 м по падінню. Для деяких пластів характерна певна закономірність у розподілі окремих груп мінералів. Наприклад, сильвін і карналіт найчастіше приурочені до підошви покладів і підстильних теригенних порід. У зоні виклинювання пластів помітно зменшується вміст основних калійних мінералів і збільшується вміст полігаліту, кізериту й, зрідка, астраханіту. Високій вміст полігаліту властивий прошаркам вмісних порід і приконтактним зонам пластів калійних солей.

Відтак, у калійних покладах Калуш-Голинського родовища зберігаються основні риси первинного складу калійних порід і всі головні породоутворюючі мінерали є первинними утвореннями. Інтенсивна зміна первинного комплексу мінералів відбувається лише в зоні звітрювання. У приповерхневих умовах породи соляної товщі підлягають дії підземних вод. У результаті виносяться розчинні солі й у складі соляних порід залишається вся нерозчинна у воді мінеральна частина соляних глин. Крім того, відбувається накопичення гіпсу за рахунок гідратації ангідриду й полігаліту. Так формується гіпсово-глиниста порода або гіпсово-глиниста шляпа.

На тих ділянках, де калійні породи залягають безпосередньо під гіпсово-глинистою шляпою, за рахунок зміни калійних мінералів утворюються нові мінеральні асоціації, які раніше в калійних породах не формувалися. В їхній склад входять шеніт, епсоміт, астраханіт, глазерит, мірабіліт, які набувають значення породоутворювальних мінералів.

Отже, калійні пласти і лінзи Калуш-Голинського родовища представлені різними комплексами порід і мінералів. За мінералого-петрографічним складом виділено три генетичні типи покладів, які відповідають різним стадіям метаморфізацієї ропи:

1) сульфатні, складені каїнітовою, лангбейніт-каїнітовою й лангбейнітовою породами;

2) хлоридно-сульфатні, складенні сильвінітом із полігалітом і каїнітовою породою;

3) хлоридні, складені сильвінітом і карналітовою породою.