Каменная соль Соляные породы

Минеральный и химический состав

Соляными породами называются химические осадочные породы, состоящие из легко растворимых в воде галоидных и сульфатных соединений натрия, калия, магния и кальция (табл. 12—VI).
Большинство минералов соляных пород чувствительно к изменению давления и температуры, а также концентрации циркулирующих через них растворов. Поэтому во время окаменения и ранних стадий выветрива-ния происходит заметное изменение минералогического состава соляных отложений и в них развиваются структуры, свойственные метаморфическим породам.
В самых пластах солей примесь обломочных частиц обычно очень невелика, но в соленосных толщах, взятых в целом, прослои глинистых пород являются в большинстве случаев обязательным элементом.
Породы, переходные между соляными, глинистыми и карбонатными, называются соленосными глинами и соленосными мергелями. Будучи замешанными с водой, глины образуют липкую и довольцо жирную, но непластичную массу. Отложения, состоящие из глинистых минералов и гипса, называют глино-гипсами. Они встречаются среди четвертичных отложений засушливых областей.
Большую роль в солях играют разнообразные тонкорассеянные примеси. К ним относятся соединения фтора, брома, лития, рубидия, редкоземельных минералов и пр. Характерно та'кже присутствие примеси доломита, сульфидов или окислов железа, органических соединений и некоторых других веществ.
Некоторые соляные породы яснослоисты в связи с изменением состава солей, осаждавшихся в течение года. Например, в толще ка-менной соли Верхнекамского месторождения Западного Приуралья, согласно М. П. Фивегу, в состав годичного слоя входят следующие прослои: а) глинисто-ангидритовый, мощностью 1—2 мм, возникающий, по-видимому, весной; б) скелетно-кристаллический галитовый, мощ-ностью от 2 до 7 см, образовавшийся летом; в) крупно- и среднезер-нистый галитовый, обычно мощностью от 1 до 3 см, формировался осенью и зимой.

Соляные породы Главные типы пород

Наиболее широко распространенными типами соляных пород являются:

а) гипсы и ангидриты;

б) каменная соль;

в) калийно-магнезиальные отложения.
Гипсы и ангидриты. В чистом виде химический состав гипса отвечает формуле CaSC>4-2H20; тогда в нем содержится 32,50% СаО, 46,51% SOe и 20,99% НгО. По характеру кристаллов различают следующие разно-видности гипса: а) крупнокристаллический листовый; б) тонковолокни-стый с шелковистым отливом (селенит), особенно типичный для жил гипса; в) зернистый; г) землистый; д) очковый порфирового, строения.' Слои гипса окрашены в чисто белый, розовый или желтоватый цвета.
Ангидрит представляет собой безводный сернокислый кальций — CaSCU. Химически чистый ангидрит содержит 41,18% СаО и 58,82% ЭОз. Встречается обычно в виде зернистых масс голубовато-серого цвета, реже — белого и красноватого цвета. Твердость ангидрита выше, чем твердость гипса. В гипсах и ангидритах часто присутствуют примеси обломочных частиц, глинистых минералов, пирита, серы, карбонатов, галита и битуминозных веществ.
Очень часто, даже в небольших участках породы, наблюдается пере-слаивание гипса и ангидрита. В целом же ангидрит в поверхностных участках земной коры (до 150—300 At) переходит обычно в гипс, испыты-вая при этом значительное увеличение объема. В более глубоких зонах, наоборот, гипс становится неустойчивым и переходит в ангидрит. Поэтому гипс и ангидрит часто встречаются совместно, и замещение происходит по трещинам, иногда микроскопически малым.
В связи с частой перекристаллизацией для гипса и ангидрита типичны гетеробластовые и гранобластовые структуры, намечаемые зубчатым сочленением зерен резко различной или примерно одинаковой величины. Часто наблюдаются также беспорядочно чешуйчатая и волокнистая структуры. Структура гипсов и ангидритов является хорошим показателем условий их преобразования, но не осаждения.
Гипсовые и ангидритовые отложения могут быть первичными или вторичными.
Первичное образование этих лород происходит в лагунах и соляных озерах при испарении находящихся в них вод в условиях жаркого засуш-ливого климата. В зависимости от состава и температуры испаряющихся вод в остаток выпадает или гипс, или ангидрит. '
Вторичные накопления гипса возникают в процессе эпигенетического' преобразования ангидрита. Принято считать, что большинство крупных месторождений гипса возникло именно этим путем. При восстановлении гипса битумами происходит образование свободной серы, залежи которой обычно приурочены к гипсо-ангидритовым толщам.
Практическое применение. Основной областью применения гипса является производство вяжущих веществ и изготовление из них различ-ных изделий и строительных деталей. При этом используется способность гипса при нагревании частично или полностью терять кристаллизацион-ную воду. При выработке строительного гипса (алебастра) гипс нагревают до 120—180°, с последующим размолом в тонкий порошок. Строительный гипс является типичным воздушным вяжущим веществом, т. е. будучи смешан с водой, он затвердевает и сохраняет свою прочность только на воздухе.
Для производства строительного гипса применяют породы, содержа-щие не менее 85% CaS04-2H20.
Гипс употребляется также для приготовления-гипсового и ангидри-тового цемента, используемого при строительных работах, а также в качестве добавки в портланд-цемент для регулирования сроков его схваты-вания.
Гипс используется в бумажной промышленности как наполнитель при выработке высших сортов писчей бумаги. Он применяется также в хи-мической промышленности и в сельском хозяйстве. Глино-гипсы используются как штукатурный материал.
Ангидрит применяется в тех же отраслях промышленности. В ряде случаев его использование значительно, более выгодно, так как он не нуждается в обезвоживании.
Каменная соль. Каменная соль сложена в основном галитом (NaCl) с некоторой примесью различных хлористых и сернокислых соединений, глинистых частиц, органических и железистых соединений. Иногда в каменной соли количество примесей очень незначительно; в этих случаях она бесцветна.
Пласты каменной соли обычно ассоциируются со слоями гипса и ангидрита. Кроме того, залежи каменной соли являются обязательным членом калийно-магнезиальных соленосных толщ.
В каменной соли часто наблюдается ленточная слоистость, намечае-мая чередованием более чистых и загрязненных примесями слойков. Возникновение подобной слоистости принято объяснять сезонными изме-нениями в условиях отложения соли.
Практическое применение. Каменная соль употребляется как приправа к пище людей и животных. Соль, употребляемая в пищу, должна иметь белый цвет, содержать не менее 98% NaCl и не должна иметь запаха и механических загрязнений.
Каменная соль используется в химической промышленности для получения соляной кислоты, хлора и натриевых солей. Применяется в керамическом, мыловаренном и других производствах.
Калийно-магнезиальные соляные породы. Породы этой группы сложены главным образом сильвином КС1, карналлитом КС1- MgCb -бНгО, полигалитом K2SO4 • MgSCK- 2CaS04 • 2НгО, кизеритом MgSCK- Н2О, каинитом КС1 • MgS04 • ЗН2О, лангбейнитом K2S04-2MgSC>4 и эпсомитом MgSCK-THKO. Из минералов, не содержащих калия и магния, в этих породах присутствуют ангидрит и галит.
Среди калийно-магнезиальных соленосных толщ различают два типа: толщи, бедные сульфатными соединениями и богатые ими. К первому типу относятся Соликамские калийно-магнезиальные отложения, ко вто-рому — Прикарпатская соленосная толща, калийные месторождения Германии. Среди калийно-магнезиальных пород наиболее важны следую-щие.
Сильвинит — порода, состоящая из сильвина (15—40%) и галита (25—60%) с небольшим количеством ангидрита, глинистых веществ и других примесей. Обычно в ней наблюдается ясная слоистость, выраженная чередованием прослоев сильвина, галита и глинистого ангидрита. Цвет пород определяется в основном окраской зерен сильвина, которая чаще всего бывает молочно-белой (из-за мелких пузырьков газа) или красноватой и красно-бурой. Последний вид окраски обусловлен присутствием тонкораспыленного гематита, приуроченного к краям зерен.
Сильвин обладает жгучесоленым вкусом и значительно мягче галита (при проведении по поверхности стальной иглой она в нем вязнет).
Карналлитовая порода сложена преимущественно карналлитом (40—80%) и галитом (18—50%) с небольшим количеством ангидрита, глинистых частиц и других примесей. Для карналлита характерен жгучесоленый вкус и включения газов (метана и водорода). При проведении по поверхности кристаллов стальной иглой слышно характерное потрескивание.
Твердая соль — содержащая сильвин порода, с большим количеством сернокислых солей кизерита. В Прикарпатских месторождениях в твердой соли присутствуют сильвин, каинит, полигалит, кизерит, галит и некоторые другие минералы.
Каинитовая порода состоит из каинита (40—70%) и галита (30—50%). В некоторых месторождениях встречаются также породы, сложенные полигалитом, кизеритом и другими соляными минералами.
Практическое применение. Калийно-магнезиальные соляные породы применяются в основном для производства удобрений. Из общего коли-чества добываемых калийных солей около 90% потребляются сельским хозяйством и только 10% идет на другие цели. Самыми распространен-ными видами удобрений являются необогащеиные сильвинит и твердая соль, а также их смеси с техническим хлористым калием, полученным в результате обогащения природного калийного сырья. '
Магнезиальные соляные породы используются для получения метал-лического магния.
Спутниками соленосных' толщ являются соляные рассолы, часто являющиеся объектом промышленной добычи.
Происхождение. Основная масса соляных пород образуется химиче-ским путем благодаря испарению истинных растворов в условиях жаркого климата.
Как показали работы Н. С. Курнакова и его учеников, при возраста-нии концентрации растворов, соли выпадают в определенной последова-* тельности в зависимости от состава исходного раствора и его температуры. Так, например, осаждение ангидрита из чистых растворов возможно лишь, при температуре 63,5°, ниже которой выпадает не ангидрит, а гипс. Из растворов, насыщенных NaCl, ангидрит осаждается уже при температуре 30°, при еще более низкой температуре ангидрит выпадает из растворов, насыщенных хлористым магнием. При повышении температуры растворимость различных солей изменяется в различной степени (у КС1 резко увеличивается, у NaCl остается почти постоянной, у CaSCK при известных условиях даже уменьшается).
В общем при усилении концентрации растворов, близких по составу к современной морской воде, первыми выпадают карбонаты, гипс и ангид-рит, затем каменная соль, сопровождаемая сульфатами кальция и магния и, наконец, хлориды калия и магния, также сопровождаемые сульфатами и галитом.
Для образования соляных месторождений необходимо испарение огромных количеств морской воды. Так, например, гипс начинает оса-ждаться после испарения примерно 40% первоначально взятого объема современной морской воды, каменная соль — при испарении примерно 90% первоначального объема. Поэтому для возникновения мощных слоев соли нуяшо испарение очень большого количества воды. Отметим, что например, для образования пласта гипса, мощностью всего 3 м, необхо-димо испарение столба морской воды нормальной солености, высотою около 4200 м.
К моменту осаждения калийных солей объем рассола становится почти равным объему выделившихся до этого солей. Поэтому, если в водоем нет притока-морских вод, то, следуя М. Г. Валяшко, нужно считать, что осаждение калийных солей происходило в так называемых сухих соляных озерах, в которых рассол пропитывает отложения солей. Однако древние калийные породы возникали в лагунах, в которые происходил приток морской воды. Обычно накопление калийных солей происходило в лагунах, сообщавшихся с морем не непосредственно, а через промежуточные лагуны, в которых происходила предварительная осадка солей. Этим Ю. В. Морачевский объясняет бедность сульфатными минералами Соликамских калийных отложений.
Особенно благоприятные условия для накопления солей создаются в мелководных сообщающихся лагунах, в которых происходит непрерыв-ный приток морской воды. Возможно, что эти морские бассейны были внутриконтинентальными и часто теряли связь с океаном. Кроме того, подобные лагуны находились обычно в зоне быстрого погружения земной коры, на периферии поднимающейся горной страны. Об этом свидетель-ствует расположение соляных месторождений Западного Приуралья, Прикарпатья и ряда других областей (см. § 95).
Благодаря интенсивному испарению концентрация солей в лагуне резко возрастает и на ее дне, при условиях непрерывного прогибания, возможно накопление мощных соленосных толщ в непосредственной близости от бассейнов, даже с весьма небольшой соленостью.
Соляные отложения в ряде случаев^заметно изменяли свой минералогический состав в процессе диагенеза под влиянием циркулирующих в них рассолов. В результате подобных диагенетических изменений на дне современных соляных озер в иловых отложениях образуются, например, залежи астраханита.
Интенсивность преобразования еще более усиливается при погруже-нии соляных пород в зоны повышенной температуры и большого давления. Поэтому некоторые соляные породы являются вторичными.
Строение соляных пластов показывает, что накопление солей не было непрерывным и чередовалось с периодами растворения ранее образованных слоев солей. Возможно, например, что за счет растворения слоев каменной и калийной солей возникали прослои сульфатов, представляющие собой своего рода остаточные образования.
Несомненно, что для образования соленосных толщ необходимо наличие многих благоприятных условий. К ним, помимо соответствующих физико-географических и климатических особенностей, относится энергичное погружение данного участка земной коры, обусловливающее быстрое захоронение солей и предохраняющее их от размыва. Поднятия же, происходящие в соседних районах, обеспечивают формирование замкнутых или полузамкнутых морских и лагунных бассейнов. Поэтому большая часть крупных месторождений солей расположена в областях, переходных от платформ к геосинклиналям, вытянутым вдоль складчатых сооружений (Соликамское, Илецкое, Бахмутское и другие месторождения).
Геологическое распространение. Образование соленосных толщ, так же как и других осадочных пород, происходило периодично. Особенно отчетливо выделяются следующие эпохи солеобразования: кембрийская, силурийская, девонская, пермская, триасовая и третичная.
Кембрийские залежи соляных пород являются древнейшими. Они известны в Сибири и Иране, а силурийские — в Северной Америке. Пермские соленосные толщи на территории СССР очень развиты (Соли-камск, Бахмут, Илецк и др.). В пермский период формировались крупней-шие мировые месторождения в Стассфурте, Техасе, Новой Мексике и т. д. Крупные месторождения солей известны в триасовых породах Северной Африки. На территории СССР в отложениях триаса соленосные толщи отсутствуют. К третичным отложениям приурочены месторождения солей в Закарпатье и Прикарпатье, Румынии, Польше, Иране и ряде других стран. Залежи гипса и ангидрита приурочены к отложениям силурийского периода в США и Канаде,' девонского — в Подмосковной котловине -и Прибалтике, каменноугольного — на востоке европейской части СССР, пермского — в Приуралье, юрского — на Кавказе и мелового — в Средней Азии.
Солеобразование продолжается и в настоящее время. Уже на глазах человека испарилась часть воды Красного моря, образовав значительные скопления солей. Многочисленные соляные озера существуют в пределах бессточных котловин, в частности, в Средней Азии. .