Ewolucja składu chemicznego solanek basenu solikamskiego (dolny perm, zapadlisko przeduralskie)

Przeglqd Geologiczny, vo!. 45, nr 11, 1997

Ewolucja skladu chemicznego solanek basenu

solikamskiego

(dolny perm,

zapadlisko przeduralskie)

Daria V.

Sidor*

Evolution of chemical composition of brines in the Solikamsk Basin (Lower Permian, Uralian Foredeep)

Summary. Study of chemical composition of brine inclusions in 49 samples of chevron halite coming from the Solikamsk Basin showed that the brines were initially of Na-K-Mg-CI-S04 type and were slightly depleted in sulfate ion (to 5 g/l) when compared to modern concentrated marine water. Subsequent concentration of brines led to their complete loss of sulfate and to increase of potassium content (to 33 g/l in sylvinite complex) and magnesium content (to 96 g/l in sylvinite-carnallite com-plex). The sulfate composition of brines in the Solikamsk Basin is typical for other Permian evaporite basins as well.

Specyfikq geochemicznq permskich, morskich basenow ewaporatowych jest to, iz krystalizacja soli zachodzila z sola-nek typu Na-K-Mg-CI-S04, zblizonych - biorqc pod uwag~

relacje mi~dzy glownymi jonami - do wspolczesnej wodzie morskiej. Solonosne utwory basenu solikamskiego charakte-ryzujq si~ obecnosciq soli potasowych typu chlorkowego -sylwinitowych i karnalitowych, a sam profil utworow cechuje

si~ rozwojem pelnego cyklu solnego - od anhydrytow i pod-scielajqcej soli kamiennej do sylwinitow, karnalitow i przykry-wajqcej soli kamiennej. Ponadto w halicie zachowaly si~ liczne relikty sedymentacyjnych form halitu - szewronow i hopperow, zawierajqcych jednofazowe inkluzje fluidalne. Badania skladu solanek w tych inkluzjach umozliwily odtworzenie ewolucji skladu chemicznego solanek w basenie solikamskim.

Sytuacja geologiczna

Basen wschodnioeuropejski jest jednym z najwi~kszych,

w ktorym w permie tworzyly si~ chlorkowe i chlorkowo-siar-czanowe sole potasowe (Zharkov, 1984; Korieniewski, 1993).

Cz~sciq permskiego basenu wschodnioeuropejskiego jest

ba-sen solikamski (ryc. 1), w ktorym wyst~puje zloze gomokam-skie, cechujqce si~ obecnosciq wylqcznie chlorkowych soli potasowych (Dubinina, 1954; Fibeg, 1959; Ivanov & Vorono-va, 1975). Ewaporaty basenu solikamskiego Sq wieku kungur-ski ego i wchodzq w sklad suity biereznikowkungur-skiej, zbudowanej

z nast~pujqcych serii (od dolu): ilasto-w~glanowej

siarcza-nowo-solnej, podscielajqcej soli kamiennej, soli potaso-wych i przykrywajqcej soli kamiennej (Zharkov, 1984).

Podscielajqca sol kamienna (0 miqzszosci ok. 300 m) dzieli si~ na trzy cz~sci (poziomy). Poziom dolny (35-130 m) cechuje si~ przewarstwianiem si~ soli kamiennej (30 m) i margli (5-20 m). Poziom srodkowy (80-130 m) sklada si~

glownie z soli kamiennej. W gomej cz~sci poziomu -25-30 m ponizej kontaktu z kompleksem sylwinitowym

wyst~puje warstwa (1,5-2 m) marglu solnego z gruzlami

anhydrytu i krysztalami pirytu (0 wielkosci krysztalow do 1,5 cm) - jest to poziom przewodni. Gorny poziom (8-66 m) sklada si~ z soli kamiennej, w gomej cz~sci niekiedy zawierajqcej przewarstwienia sylwinitu (ryc. 2).

*Instytut GeoIogii i Geochemii Narodowej Akademii Nauk Ukrainy, ul. Naukowa 3A, 290053 Lviv, Ukraina

Seria potasowa (80 m) sklada si~ z serii produktywnych przewarstwiajqcych si~ z solq kamiennq. Zazwyczaj miqz-szose warstw wynosi 1-6 m. Dolna cz~se zloza soli potaso-wych - kompleks sylwinitowy (21 m) - sklada si~ z czterech warstw sylwinitu, natomiast goma cz~se - kom-pleks sylwinitowo-karnalitowy (70 m) - sklada si~ z dzie-skciu warstw utworzonych bqdi z utworow kamalitowych, bqdi smugowanych sylwinitow, bqdi mieszanymi warstwa-mi (Zharkov, 1984). Nad utworawarstwa-mi potasonosnywarstwa-mi wyst~­

puje sol kamienna przykrywajqca (do 20 m), a nast~pnie­

strefa przejsciowa (do 100 m).

Metodyka badan

Sklad chemiczny solanek w poszczegolnych inkluzjach byl okreslany za pomocq analizy ultramikrochemicznej (Pe-trichenko, 1973). Metodyka ta jest oparta na optycznym pomiarze obj~tosci badanego roztworu, wciqgni~tego w szklany stozkowaty kapilar z inkluzji oraz osadu, wytrqco-nego po wprowadzeniu do tego kapilaru odpowiedniego reagenta i nast~pnie odwirowanego. Minimalna wielkose inkluzji, jakie mogq bye badane tq metodq wynosi 40 m. Metoda umozliwia okreslie zawartose K+, Mg2+, Ca2+,

cr

i

~ zasi~g permu

~O~

Ft-limit of Perm/an deposits

'-H-f

mE

brak per mu

~

/

t+

Permian lacking ~ basen solny

e

(

H ,," b"'~ "

i

~

/,£ ()

_Il

f0-f/J

~

basen' sOlika~ifi"l:-I H H _Solik~msk

(] 0

t:

H H Basin"., \ " IV Perm

"

"-- lVOCGA",» H v

"

"FPI\ ~~",A o ... J. MOSKWA© r-.~ J< rH-'H

"

--r-- H H ~ H H H '\ 1'-.1\ VlV H _{H "} ~ _{H H H}

"

\~

1

H H H H H ~HHHHHH I'- H

;:r

~HHHHHH f H H H H H H ' - - H H H H H H ;;; ::--...,...."""." H ~\ H H H H \,

Y

j \ - ""fo,..~~1:-I H H .,... y ' h:fw~

~.. '~

0 l~O 3~Okm

~

I

Rye. 1. Permskie baseny soIne w Europie Wschodniej (wg

Zhar-kova, 1984)

Fig. 1. Permian salt basins in Eastern Europe (after Zharkov, 1984)

Przeglqd Geologiczny, vol. 45, nr 11, 1997 ·U .(/) >- OU) ~£- _6; NU) (/)QJ ~

:~

E·~ Q '0, .Q~ ~ 0 .2 0 E~ NO)- _{.2 ~} o>-CU .~~ 0.. .... '--' -J ~~ ectl ~C!) '0,-Cl)QJ Cf) ... ::,. .Cf) <::C

K

+ g// 0. 10. 20.

f--.a

+ +

~-2

+ I ) ~ _{... jg~} .-~ + ~ 100.0 Q)

f

I~

_~

Cf)oCiiU) £C!) + + 0 00 0 ₊ 1(/)~~

...

:g~~

+ +-+ IB.O ~~.-'-ctl ~uE~..c + + f-ct·~~O + o 0 + + _6.4 + I >- : 11111 12 ~ _{+ +} 2.3

g

ro

_"

+ + 3.0 e QJ

ro

]-

+ + 4.1 ~ + I 0 ::\11111111 0 u 4.7 ~ ~ .2 + + 3.1 'c ctl ::111111111 .~ _~ 6.5 >. ctl (/) U I

.1

I

\ o \ (/) ~ + + 2.8 ~ ~ _0.2

c:

G

:nTIIIIII

3.4 E _~ + + 2.0 0 Iii'_oll ::lIC _fiY1TITITn 5.2 + + 2.3 f+l·.~

:2-"

t===" + + 1.4~ (/)>-~ T .;j ~~>=: + + I.B -K~

8

Kr 11 1+fxV<,XXX 5.0 E'~ QJ + + I.B o ~"';::: ::lIC~l :t-J ... ~ Krlll dL··· r+I"" • • • • • 6.0 + + + QJ l - -

---

25.0 ~ ~."';:::

+

ue-«re ctl ₊ + ' - C l ) ..c ~.- ~ _MG 2.2 'Q)Ec: :g~% + '0_ QJ + + 0'0 ~ h -t. .'lOo.O o..(/):§ + + + ><:

~~~~

I-- -V V .~ ~E ia

§

I--I--..V...J/.... - - 350.0 Q).B~IU _{+ +} Cf) ~-g.~~ _f-- + :-L:U~ - -/

I

I

~

1148 0. 20.

I

I I

t

Mg

2+ g/l 40. \ \ 60. 80. 10.0 \ )

Br

ppm 0. 30. 60. 90. 120 150 )

\

\

\

_.

\

\

\

\

•

karnalit carnal/lie

D

...

sylwinit pstry mot/ey sylvlnlte

~

sylwinit wst~gowany banded sylvlnlle

~

sylwinit czerwony red sylvlnite

50}-g//

0. 10. 20. I )

Q

sol kamienna + + + rock salt

~

I

III

i~owiec claystone

I

i

seria

~

ilasto - anhydrytowa clayey-anhydrlle series

Rye. 2. Zmiany zawartosci bromu w halicie (w pp m) oraz glow-nych bad any ch skladnikow w solankach inkluzji w halicie (w gll) w profilu zloza gornokamskiego

Fig. 2. Changes of content of bromine in halite (in pp m) and of main studied components in brine inclusions in halite (g/l) in the Upper Kama deposit profile

Rye. 3. Budowa krysztalu szewronowego z podscielajqcej soli kamiennej

Rye. 4. Budowa strefowego zarodka szesciennego w ziarnie halitu z wysalania (okaz z warstwy 3)

Fig. 4. Structure of zonal cubic nucleus in mixing-halite grain

(sample from bed 3)

wsp6kzesna woda morska

o modern seawater

1 seria ilasto -anhydrytowa

clay-anhydnte series

2 3 podscielaj~ca. s61 kamienna (2-poniiej MG; 3-nad MG)

, underlYing halite (below MG ; above MG)

45 kompleks sylwinitowy (4-Kr. Ill; 5-Kr. 11)

, sylvmlte complex

6 7 kompleks sylwinitowo- karnalitowy (6-G; 7-Z)

, sylvlmte - carnalllte complex

8 przykrywaj~ca s61 kamienna

overlymg halite

9 seria solno - marglista

salt-marly series

Rye.s. Usredniony sklad solanek w halicie basenu solikamskiego

na diagramie Jiinecke w systemie Na-K-Mg-CI-S04-H20 dla

temperatury 2SoC (Eugster i in., 1980). Bl- bloedyt, Car - kamalit,

Ep - epsomit, Hx - heksahydryt, Ka - kainit, Ki - kizeryt, Le

-leonit, Pic - pikrometryt, Syl - sylwinit. Linia ci(!gla - scieZka

r6wnowagi, linia przerywana - scieZka frakcjonacji

Fig. 5. Average composition of brines in the Solikamsk Basin halite on 1iinecke diagram in system Na-K-Mg-CI-S04--H20 for

temperature 2SoC (Eugster et aI., 1980). BI - bloedite, Car

-carnallite, Ep - epsomite, Hx - hexahydrite, Ka - kainite, Ki

-kieserite, Le -leonite, Pic - picrometrite, Syl- sylvinite. Solid

line - equilibrium path, dashed line - fractionation path

sot.

Blqd okreslenia zawartosci kazdego jonu przy

wyko-naniu 3 analiz nie przewyzsza 17%. Badanie zawartosci Br w halicie wykonano za pomocq obj~tosciowej metody jodo-metrycznej; blqd analizy wynosi

±

0,002%.

Przeglqd Geo[ogiczny, vo!. 45, nr 11, 1997

Inkluzje fluidalne

W zlozu gornokamskim struktury sedymentacyjne

hali-tu zachowaly si~ w warstwach rocznych i sezonowych soli

kamiennej w calym profilu utworow solnych. Najcz~sciej wyst~pujq krysztaly szewronowe 0 wielkosci do 1,5 cm.

Inkluzje w tych krysztalach Sq zazwyczaj jednofazowe, ciekle (ryc. 3). Majq one prawie idealnq form~

negatywo-wych krysztalow szescianow, a ich wielkosc waha si~ od ulamka ~m do 200 ~m. Do analiz chemicznych wybierano

inkluzje znajdujace si~ wewnqtrz stref wzrostu szewrono-wych krysztalow halitu.

Nalezy dodac, ze cechq charakterystycznq potasonosnej

cz~sci profilu zloza jest szeroki rozwoj halitu z wysalania,

majqcego form~ szkieletowych szesciennych zarodkow,

za-rysowannych bardzo malymi, cieklymi, jednofazowymi in-kluzjami (ryc. 4).

Rezultaty analiz i ich interpretacja

Wyniki analiz podano na ryc. 2. Na podstawie tych danych okrdlono polozenie punktow charakteryzujqcych

sklad solanek na diagramie Ianecke dla temperatury 25°C

(ryc.5).

Sklad chemiczny solanek w inkluzjach w halicie szew-ronowym jest traktowany jako odpowiadajqcy skladowi

chemicznemu solanek w momencie krystalizacji z nich

ba-danego halitu (Petrichenko, 1973). Wyniki analiz swiadczq o tym, ze sol kamienna w basenie solikamskim powstawala

z solanek typu Na-K-Mg-Cl-S04 , przy czym w

porowna-niu ze wspolczesnq wodq morskq skoncentrowanq do

sta-dium krystalizacji halitu zawartosc jonu siarczanowego byla

obnizona (do 5 g/l). Nast~pnie, osadzanie si~ soli i stopniowa

koncentracja solanek doprowadzila do zwi~kszenia

zawar-tosci potasu do 33 g/l (kompleks sylwinitowy) i magnezu do 96 g/l (kompleks sylwinitowo-karnalitowy) i praktycznie do calkowitej utraty jonu siarczanowego (ryc. 2).

Cechy skladu chemicznego solanek i ich roznice w porownaniu ze wspolczesnq skoncentrowanq wodq morskq wyrainie Sq widoczne, kiedy wyniki analiz Sq naniesione na diagram (ryc. 5). Polozenie punktow charakteryzujqcych sklad solanek na tym diagramie swiadczy 0 znacznie

mniej-szej zawartosci siarczanow w solankach w porownaniu z wodq morskq (punkt Ok).

Wyjsciowy sklad solanek charakteryzujq punkty 1 i 2, gdy solanki mialy sklad siarczanowy (zawartosc jonu siar-czanowego - do 5 g/l). W gornej cz~sci serii podscielajqcej solanki mialy juz sklad chlorkowy (punkt 3). Glowne zmia-ny skladu solanek wyrazajq si~ w gwaltownym wzroscie zawartosci potasu i magnezu. Punkty charakteryzujqce sklad solanek podczas osadzania kompleksu sylwinitowego Sq polozone w polu krystalizacji sylwinu (punkty 4, 5). Z poczqtkiem krystalizacji soli kompleksu sylwinitowo-kar-nalitowego w solance rozpocz~lo si~ wyraine zmniejszanie zawartosci potasu i zwi~kszanie - magnezu. Na diagramie punkty charakteryzujqce sklad solanek przemiescily si~ w pole krystalizacji karnalitu (punkty 6, 7). Podczas osadzania przykrywajqcej oraz przejsciowej soli kamiennej obnizala

si~ zawartosc potasu i magnezu w solance, natomiast jon siarczanowy nie odbudowal si~ (punkty 8, 9).

Biorqc pod uwag~ powyzsze, mozna mowic 0

nieodwra-calnej i kierunkowej zmianie skladu chemicznego solanek podczas powstawania utworow solonosnych w basenie so-likamskim. Waznq cechq ewolucji solanek w tym basenie jest to, iz ich sklad wyjsciowy poczqtkowo roznil si~

Przeglqd Geologiczny, vo!. 45, nr 11, 1997

zon(! zawartosci(!jonu siarczanowego i w trakcie akumulacji osad6w zachodzilo dalsze jego obnizenie, najwidoczniej pod wplywem splywu kontynentalnego (por. Kovalevich i in., 1985; Petrichenko, 1988).

Zawartosc bromu w halicie (60-160 ppm) koreluje si~ z zawartosci(! potasu i magnezu w solankach inkluzji i swiad-czy 0 morskim ir6dle solanek (ryc. 2).

Wnioski

Sedymentacja soli w basenie solikamskim zachodzila przy dominuj(!cej roli w6d morskich 0 skladzie zblizonym do skladu wsp6lczesnej wody morskiej, jednakze 0

obnizo-nej zawartosci jonu siarczanowego. Siarczanowy sklad solanek w basenie w pocz(!tkowych etapach jego rozwoju -podczas powstawania podscielaj(!cej soli kamiennej - byl bliski skladowi solanek w innych permskich basenach ewa-poratowych (np. Petrichenko & Slivko, 1973; Moskovski,

1983; Kowalewicz, 1985, 1990, 1992; Petrichenko, 1988; Stein & Krumhansl, 1988; Horita i in., 1991; Peryt & Kova-levich, 1996). Swiadczy to 0 Na-K-Mg-CI-S04 typie

wo-dy morskiej w permie i warunkuje specyfik~ geochemiczn(! morskich basen6w ewaporatowych.

Literatura

DUBININA V.M. 1954 - Trudy VNII Galurgii, 29: 3-129.

EUGSTER H.P., HARVIE C.E. & WEARE I.H. 1980 - Geo-chim. Cosmochim. Acta, 44: 1335-1347.

FIBEG M.P. 1959 - Trudy VNII Galurgii, 35: 244-250.

HORITA 1., FRIEDMAN T., LAZAR B. & HOLLAND H. 1991-Geochim. Cosmochim. Acta, 55: 417-432.

IVANOV AA & VORONOVA M.L. 1975 - Wierchniekam-skoje miestorozdenie kalijnych solej. Niedra, Leningrad.

KORIENIEWSKI S.M. 1993 -Prz. Geol., 41: 763-767. KOVALEVICH V.M. 1985 - [In:] Ewapority Ukrainy. Nauko-wa Durnka, Kijew: 33-44.

KOV ALEVICH V.M. 1990 - Galogenez i chimiczeskaja ewo-lucia okieana w fanerozoje. Kijew.

KOWALEWICZ W.M. 1992 - Prz. Geol., 40: 721-726.

MOSKOVSKI G.A 1983 - Issledowania fiziko-chimiczieskich uslowij sedimientacji kungurskich galogiennych otlozenij zapad-noj czasti Prikaspijskoj sinieklizy po wkluczieniam w miniera-lach (awtoreferat). Moskwa.

PERYT T.M. & KOVALEVICH V.M. 1996 - Zbl. Geol. PaHiont., Teil I, 1995: 337-356.

PETRICHENKO 0.1. 1973 - Metody doslidzennja wkluczen u mineralach galogennych poprid. Naukowa Durnka, Kijew.

PETRICHENKO 0.1. 1988 - Fiziko-chimiczeskije uslowia osadkoobrazowania w driewnich solerodnych bassejnach.

Naukowa Durnka, Kijew.

PETRICHENKO 0.1 & SLIVKO E.P. 1973 - Miner. Sb. Lvov.

Geol. Obshch., 3: 263-274.

STEIN c.L. & KRUMHANSL J.L. 1988 - Geochim. Cosmo-chim. Acta, 52: 1037-1046.

ZHARKOV M.A 1984 - Paleozoic Salt Bearing Formations of the World. Springer, Berlin

o

wyst~powaniu

oksfordu w lasach nadlesn

i

ctwa Marc

ul

e

na poludniowy wsch6d od Ilzy

Zofia

D~browska

*

W lasach nadlesnictwa Marcule (okolo 10 km na SE od Ilzy) znajdowaly si~ jeszcze w latach siedemdziesi(!tych stare kamieniolomy wapieni. W lomie, lez(!cym okolo 2 km

na N od gaj6wki Bekowiny, byly widoczne wapienie oks-fordu do gl~bokosci 9 m. Byly to wapienie bialawokremo-we, twarde, w srodkowej cz~sci pelityczne, zwi~zle, z nieregularnymi "przerostami" krzemieni, barwy kremowej i szarej, z faun(! malZ6w i krynoid6w, zwlaszcza w cz~sci

g6rnej i srodkowej. N a haldzie zebrano obfit(! faun~ ramie-nionog6w, a takZe szcz(!tki amonit6w.

Doc. dr L. Malinowska oznaczyla st(!d okazy, swiadcz(!-ce 0 oksfordzie srodkowym:

- Kranaosphinctes cf. cyrilli (Neumann),

- fragment duzego amonita - Dichotomosphinctes sp.

(ex gr. wartae) oraz

- fragmenty skr~t6w Dichotomosphinctes sp.

Ponadto wyst~powaly tarn maIze (Pecten sp., Paralello-don sp.), ramienionogi (Jaralina sp., Terebratula sp.), je-zowce (Plegiocidaris sp. - kolec, Rhabdocidaris sp.).

*Panstwowy Instytut Geologiczny, ul. Rakowiecka 4, 00-975 Warszawa

1150

W starym kamieniolomie, nazwanym "Sadlowizna", polozonym okolo 2 km na SE od gaj6wki Myszki (na SE

brzegu arkusza Ilza 1 : 100 000) znajdujq si~ stare, duze, bardzo zarosnkte wyrobiska wapieni skalistych, szarokre-mowych, bardzo twardych, ze szczqtkami fauny i krzemie-niami. Na haldzie zebrano licznq faun~. Obecnie doc. dr L.

Malinowska oznaczyla st(!d okazy, swiadcz(!ce tez ooksfor-dzie srodkowym:

- Pseudaganites aganiticus (Schlotheim),

- Paracenoceras giganteum (d'Orbigny),

- Paracenoceras rogeri (Loesch) (2 okazy),

- Juralina sp.,

- Belanocrinus subteroides (Quenstedt) (male trochi-ty),

- Perisphinctes sp., sp.

Na calym wi~c obszarze las6w nadlesnictwa Marcule (w granicach dawnej mapy 1 : 100000 ark. Ilza) wyst~pujq w podlozu wapienie oksfordu.