Redukcyjne środowisko i zawodnienie złóż siarki niezbędnym warunkiem ich istnienia

UKD 553.661:553.061.8,,313" :542.941/.943 :5ln.491.44;550.72 :552.535.1 :5511.782.13 ' (4311-13)

Jan CZERlMIN'SKI

RedukcYlne środowisko

zaWodnienie złóż siarki

warunkiem ich istnienia ,

Ek~loatacja złÓŻ siarki na ,00bszarze Polski Ibyia prowadzona jU!Ż w po.-

cząt!kach XIV ,W., a szczeg,ólnie illltensy:wnie w XVID:I i XIX w. (B. Kubka, T. OSm6ls1d, 1'9(5). W XV w. wydobywa.no siarkę z niewielkich gł~okości

w Swo.szowicach, na.ltomiast od !końca X'VIfU IW. eklploatację rtego surowca prowadz.onow CzaI"kowach, a w XX w. w'P<lSądzy.

Eksploatowane w czasach !historycznych złoża, znajdująoe się wśród

utworów mioceńskich, ciągtnęły się lIla dbszarze od Ps~awa koło Rybnika do Horyńca nad ,wschodnią granicą państwa.

PoSzukiwania złÓŻ siarki prowadzone w latach trzydziestych oIbecnego stuleciJa· w ^pobliżu miejsc dawn:ej ęksploa.tacji (zresztą ,bez większyCih środ­

ków finansowych i technicznych) nie ,zostały uwieńczone [pozytywnymi wynikami! (.T. Czarnocki, 11934; tA. BolewSki, 19315, 19>36; R. KTajewski,

1'93'5). ,

Odikrycie w 19i5~ r. wielkich:clóż siartki w ·rejonie Tarndbrzega, a nieco

później rÓW!l1ież rw, oikol~cy Solca było rwy:ni1dem prac Instytutu IGeolo:'"

gicznego, prowadzop.ych przę~ S,~ipawłowskiego ~1958, 19'63), co przyczy-

niło się do wielkiego wzrostu zaintereąowań, tymi zagadnieniami i bardzo szy1bkiego zag,ospodarorwa.nia tych złóż . .

W,lPierwszyCih ·latach ^!pO od,ikryciu złÓŻ siarld ,i przylgotowywaniu do eiksplóa,tacji obecnie ezynnej IkqpaJni w !Piasecznie 'za jedno z ,trudniej- szych zagadlnień iW za!gospodarowaniu złoża uważano'Siprawę OSU8żl'!,nT~

serii rudnej.

W <tej sytuacji Instytut Geologie my chcąc maleZć złoża występujące

w korzystniejszych rwaru.nlkac'h !hydrQg.eologicznychprowooził da1sze po- szUlkiwania, licząc się z możl1wościlą odkrycia :iłóżsiaoo występujących powYżej 'zwierciadła' wócj grUln..t:owych. lPeW!Ilą zachętą na· tej drodze sta-

ło się Oidk'i'ycte maleńkiego suchego złoZa si8x1ki ^IW 'ŚwiniaraCih. Za.dnego

więlkszego suchego złoża siaiiki ,jednak nie znale.:ii911o.

W

mogą istnieć jedynie ^IW waJ.'unkach, ,gdy są iPl'zesycane wodami posiadają­

cymi własności redukcyjne. Konserwujące,znaczeniew.óddla złoża siarki

Kwartalnik Geologiczny. t. 12, nr 4, 1968 r;

936 ^Jan Czermiński

zostało podikreślone pr~z J. Cze:mnińskiego :iSo Pawłowskiego (1961). Ce- lem niniej'szegD .opracDwania jest wykazanile, że:

- więlkszych złóż sianki lIlie należy spodziewać się w warunkach su-

chych; .

- jaklkDlwiek silne za,wodtnienie ^złoża nie j,est !korzystne dla ^ek~l'Da­

tacji, 1:00 jednak na małych głębokościach, lIlile przekraczających paruset metrów, jest onD nieodzDwnym warunkiem istnienia ,złDża; złoża na głę­

bdkościach dużych, !prze!kraczających500 !In mDgą zachDwać się w wa- runlkach bezwodnych 1.

Złoża siaI1ki występujące w serii osadów chemiC2lIlych i(gd<ps6w) 'tortoml

są uważane za produlk,t \proc.esów Iwtórnych, 'zachddzących IW serii rud- nej. Sprawa czasu prrebiegu tych procesów porusmna przez wielu bada- czy:· A. ,Bolewskiego (190315), IR. KrajewSkiego (1935), A. ŁasZkiewicza

{l'OO7'), S. PawłowSkiego <1:900~, J. Czermińskiego 1(119610, '1'968), A. S. 180-

~ołowa (1'9'518, ^119165~, K. Pawłowską (1'962), T .. Osmólskiego (1963) nie jest rozstrzygnięta jednD2'lD,acmie. ;W /karoym .razie większość geolo- gów i! geochemików :zajmujących się tymi zagadnieniami uważa, że pl'0- ces ten odIbył.,się pD osadzeniu gipsów i przylkryciu ich iłami ikrakDwiectki- mi. Istnieją przesłamlki, że proces ten przebiega częściowo jeszcILe oboonie.

Istnileje ^rÓW:l1ież wi€ilu zwoleIlJIliików uważających r02J,Patrywany typ ^złóż za wynilk procesów syn,genetycmych. !Najba'l1dziej stanoOwczym rzeczni- kiem tej ,grupy jest M. B. iIwanow (:19M).

Rzecznicy poglądów sprowadzających powstanie złóż siariki dD warun- ków epigenetyemych dDpatrują się przyczyn /pDwstania ,tych złóż w osia.r- kowaniu gipsów w~teik działalności [bituminów, mających wpływ na serie gipsoOwe.

W procesie pDwstania epigenetycmych złóż siar'ki powainą rolę przy- pisywanD bakteriDm lulb ich współdziałaniu z bitumilnami (N. 'Wiemadsld.

1008; A. BDlewski, 19135; A. Łaszikiewicz, 11957; J. CzermińSki, 1900; K.

Pawłowska, 1:962, lOO5a, b; R Krajewski 11_{962'; T.} Osmólski, 196:3!).

Niezależnie od· przyczyn i czasu, które zadecydowały o powstaniu

złóż siarlki ^iW serii gipsow,ej, ~oces Przeróbki gilpsuodibył się w dlWU e~­

pach i(K. S!In1l'likDwSki, 1,g.52; A. S. Sdk.ołow, 1958; J. Czermiński, 1900;

K. PawłDwska, 1962,· 1965a; S. KwiatkowSkD, i1'966 i inni):

I eta!p - redulkcja siarczanu i powstalIlie siar'kowodoru,

II etap - utlenienie siarkowodoru ^d powstanie siarki rodzimej.

Gdylby procesy Obejmujące oba etapy doprDwadziły dD lkoIIliPletnej przeróbiki ^całej serii gipsowej, ^z}Dż-onej z czysteg'D gipsu, i gldy!by JW cza·sie osiarkDwania z serii gipsoOwej nie zostały od:prowadzone żadne składnillci.

wówczas w u1wor.zonej serii :cloOŻOwej powstaliby wapień sial'lkonośny D za-

wartości siariki! rO<himej w ilości '24,610/0.

Tam gdzie w gipsi,e znajlclUją się domies2lki minerałów ilastych, po procesie osiarlkDwania zawartość siarki w serii złożowej jest Itiższa od 24,6%, a ostatecznym produktem przeróbki gipsu Jest mal'lgiel isiarlka. iPo-

nieważ jednak w czasie pl'Iocesu osiarlk<rivania zachodzi zwykle intensywne

~gowanie niektórych składników (~rzyja temu zawartość roztworów

H~04, HaS, H:zCO:I i innych), procentowa zawartość siarki rodzimej w seriD złożDwej częstokroć daleko odbiega ,od wyżej wSkazanej wartości

teQlI'ietycznej, i tozail'ówno ku wyższym, jaik i ni'Ższym wartaścilom.

1 zagadnienie to będzie tematem odrębnego opracowania.

Redukcyjne środowIsko i zawodnienie zł6ż siarki 937 ---

W pierwszym etapie procesu osial'lkowania powstaje siarlkowodór. Jego powstanie jest ściśle uzalem-iOlIle .od is1mie.nia w serii ,gipsowej środowiSka

redulkcyjneg.o. Rozwój' procesu przeróbki ,gilpsów c'zęsto za:trzymuJe się

na :tym ,etapie. Jednaikźe sia:rk.owodów wytworzony w pierwszym etapie w odpowiednich warunlkach moż,e podlegać ulvlenieniu. 'Dopier.o wówczas, bn. w dr.ugim e:tapieteg.o proc-esu, docihodzi do utworzenia się zlóż siarkil.

Powstanie licznych dóż siarki w miejscach, gdzie seria osadów che- micznych tortonu otrzymała" połączenie z wodami powierzchniowymi, wSkazuje na dużą rolę, jaką w utlenianiu siarlkowodoru odgrywa ,tlen za- warty w wodach powierzchniowych.

rw

w

Znane są jednak italkiż'e złoża siartki! rodzimej, Iktóre obecnie nie W)1'ka-

zują łatwych połączeń z wodami powierzchniowymi, niemniej w c,zasie r.ozw.oju procesu osiarlkowania epigenetycmego ten waruneik był nie-

zbędny.

Proces utleniania siarikowodoru, jeżeli prze:biJega przy d08'tępie nad- miernej ilości tlenu, nie :zatrzymuje s~ę na powstaniu siarlki :r:od:zimej, lecz doprowadza d.o powstania wolnego kwasu siarlkowego, a w odfp.owi,edniich

wanmlkach - gipsu. -

Znane są ,wapienie ibędące odpowiednilkami stratygraficznymi serii gtp- sowej torttonu. M-otna je uważać jako utwory, z !któryclh nastąpiło !kom- pletne odprowadzenie zwią.ZJków siarlki - czy to wp:r:ost przez utlenienie sia11kowodol'iU do Ikwasu sia11kow'ego, czy też przez utlenienie istniejących

w tym miejscu złÓŻ siarlki. -

Proces osial'lkowania serii gips.owej, p.r..owadzący do powstania na jej miejscu rudy sianki, przebiega w ,warunlkach zawodnienia osiartkowywa- nej serii. Usu:nięcie .ze złoża wody i podrdanie złożawpłYIWowi nadmier- nych ilości tlenu prowadzi również nieuchl'lonnie do zniszczenia złoża.

Szy,llkość procesu redukcji! gipsu do siarlkowodoru i siarlkowodoru do sianki -(lub ikwasu siarkowego) jest w wa'runlkaoh naturalnych Ibardżo rÓŻ'110r.odna, uzalemiona od szeregu czynników struJk.tural!nych, iklimatycz- nych, udziału mi!kroor,ganimnów i imlydh. ISzybkość przebiegu ,tych zja- wisk nie jest Idolbrze pozm.ana. Należy jednak pamiętać, że przebiegają .one w dość znaczm.ym -tempi!e.Pewne lWillioSki co d.o szylbikości pr,ocesów za_O

chodzących p:rzy powsta'Waniuzłóż sianki oraz !p~zy ich utlenianiu można wyciągnąć na podstawie .opracowań G. 1. iKarawajlko 1(19'519), .T. ^Czermiń­

skiego d. S. /PawłowSkiego {l'9'6!1) .oraz M. W. 'Iwanowa 1~196:4!). IWopraco- waniach tych auJtorzy ,ostrzegają między in'nymi przed zbyt dale!ko ildącym

osuszaniem złoża i hałdowaniem rudy. !Proc-esy utleniania w rudzie mogą prowadzić do jej wyra~~g,o ,zubożenia w przeciągu ikilku lat a nawet mie-

sięcy. Poddbni:e :więc w sprzyjających w.arunlkach prooesy osiarkowania

mogą swą twórczą r.olę przejawić również na przestl'zeni Ikrótkich okre- sów czasu.

Z przedstawionych. wyż-ej fa!któw m.ożna wyprowadzić następujące

wnioski: -

1. Złoża sianki rodzimej w ,tol"tonie północnej części zapadliska przed- karpaclkiego należy uważać jaiko utwory wtórne.

2. Powstanie :tych złÓŻ odbyło się w dWu etapach: redu!kcjii utlenienia.

938 ^Jan. Czermińslti

3. Proc·esy utleniania i redUJkcji ła,two zmieniają !kierunek, w 0dpo- wiednich wa~ach mogą one być odwracalne.

4. Etap drugi, !którego istotą jest utlenianie siartkowodoru, może :nie

zatrzymywać si~ na utwor·zenilu $iarlti rodzimej, leczdqprowadzić do utle- niania ,siatlmwodoru do !H2Si04' Wówczas złoże siarid me ·tworzy się.

5. Jeżeli w !wyniku IProcesu zachodzącego w etapie wtlenianiautwo-

rzył'o się złoże, późniejsze @'ocesy utlenianiJa mogą dqprowadz.ić do jego zniszczenia, tzn. do przejścia siarki wIgips d..)łrunity luib do ro~uszczenia

sial'lki i uprowardzenia jej IPrzez wody podzilemne.

6. Zarówno etap redulkcji, jaik i etap utleniania procesu osiarlkowan1a

gipsówodJbywają -Się w si1'nie zawodnionej serU złożowej. Woda jest więc c~ynniJ1dem umożliWliającym przebieg procesu osiarlkowania. Jeż·eli po utworzeniu złoża siartkii woda zawiera siarkowodór, ąpełtnia ona Jedno-

cześnie rolę konserwującą, gdyż UIIliemożliwia rozwój procesów utlenia-

jącyoh w złożu.

7. Wjprowadzenie do złoża wady o nioograniczonych możliwościach utleniających lub 'osuszenie złoża przy otwartym połączeniu z atmosferą

prowadzi do u'tleniania siarlki i miszczenia ,zł,oża. .

8 .. ZłOża sia:rłki, !które wslrutek warunlków geologic:mych li. hydrogoo1o-

gkżnych mallazły się w warunikach ;wymienionych w lP'Wllkcie 7, ulegają

zniszczeniu, a na ich miejscu !powstaje wapień, margiel gilpsoiwśhy "lub

ałunity. ... . .

9 •. '. :W lIlas~dh ,warunkach nie należy !Więc oczeIdwać żadnych więk­

szyc~,zł(lżsiarlki w !tych Skałach;. ~óre lilie są !przesycone wodami siar-

kowoidooowynti!.'Złoża rw warunIkach nie7;awodinionych mogą wyStępować

na dużych głębokościach, lecz lWIted.y należy liczyć się z niewiel'kimi icll rozmiarami, z'wyjątkiem zołóż sy'lllgenetyoznych.

lO. Zł6żsiarlki lila· głębdkościaęhdo paruset metrów· należy poszuki-

Wlać jedynie p.oniżejzwierciadła wód gruntowych, przy czym muszą one

zawierać sial'kow.od6i'. iDostęp't1;lenu dl() złoża może Ibyć ty~ko ograniczony;

niewystarczający do pm;epr;!)wadozen.iasiartkowoooru wikwas siarkowy.

Powyższe 'WnłoskiJ . ograniczają !poszukiwania geologiczne ,złóż sial'lki dOdbszarówolkOIl!kretIlie sprecy,wwainych rwarunlkaC'h ihyidrogeologicz- nychd. -hydr(>C!hemicmych oraz wska'zują, że woda. siaI'lkowooorowa, pr~e­

sycająca złoża. siarlki tj stanowiąca dU'że utrudnienie przy ich iWyikor.zys1:y- waniu, jest czynnikiem wy!biltn:ie pozyty'iWnym, ~yi decyduje 'O istnieniu

złoża,

Instytut GeOlogiczny Warszawa, ul. Rakowiecka 4

Nadesłanodn1a 4 kwietnia 1968 r.

PISMIENNICTWO

BOLEWSKI A.C1935) - O złożu siarki W Posądzy, Spraw. Państw. Inst. 'Geol., 8, p.205-301, n'l" 3. Warszawa.

BOLEWSKI A. o(l9:M) - iPoszukliwand.a geologiczno-<g6rn:icze w ;pQsądzy. !Prż;' gÓo1'n.­

-'lmtn., Z8,p. 182-189. Dą~row.aG6rnicza - Katawtce.

Redukcyjne środowisk<l i zawodnienie złóż siarki 939

CZARNOCKI J. ~1934) - O bog.actwach ikopalnych Gór Swiętok:rzyski~h. Ziemia, 24, p. 27~86. W&nszawa.

CZERMIN'SKI J. (11960) - StrUlktury mikr-oorganogen'i.czne siarki !rodzimej w torto- nie. Kwart. geol., 4, p. W11-ó37, nr· 2. Warszawa

CZER!MINSKI J., iPA.WLOIWSKIJ S. !(1961) - Procesy współcześnie .zachodzące w.zło­

ru siarki lich ·znaczen-ie d1a eksploataeji. Pr·z. geol., 9, p. 5-7, nr 1.

Warszawa.

CZEBMlINSKT J. ~11968) - Epigenetic lProcesses within Tortonian Sulphur - bearing series. XXIII tInter. Geol. Congress. 8, p. 121'-127. ?raha.

KRAJiEWSKI R. .(1935) - Złoże siarki w CZlUikowach. Spraw. Pańsilw. 'Inst. Ge<>l., 8, p. ~6, nr 2. Warszawa.

K'RAJEWSKI R. (1962) - O budowie d powstaniu złożll &t8lrki w P1asecznde. Wszech- świ'a:t, nr.4, p. 85-91. Kraików.

K'UBICA B.,OSMOIsK·r T. (11965) - iNotatki 'z histo11ll lk.opalnJictwa ·si1l!l'kowego w Polsce.iP.rzew. XXiXlVlTr Zjazdu (E'<ll. T.ow. Geol. w Tamm,rzegu, p.

16],.--170, I,nst. Ge<>l W.arszawa.

K,WIATKOWSIa S. (1:966) - Zł·oŻ8 sIa'l'ki. Wyd. Geol. WaTszawa.

LASZlKrEWICZ A. !(1957) - Siarka i ,celestyn ,i Tarnobr.zega i Szydłowa. Arch. min .•

. 20 'QI191516), p. 96-100. 'Warszawa.

OSMOLS:KJ T. (1003) - ZWiązek .powstawania złóż ·siaTki w miocenie zapadliska Pl'zedkar,packiego z -litologią ilCh podłoża. 'row{lrt. geol., 1, p. ~,

nr 3. Wal1Szawa.

p AWWWSKA K. (1002) - oD gipsach, siarce !I"odiimej i pogipsowychskałach świę­

tok:rzysk:ieg{) mIocenu. Acta IGeol. Pol. Księga pamiątkowa ku czci prof.

J. Samwn<lwieza, p. 89---a2; Wa:rszawa~ .

pAWŁOWSKA: IK. (1005 ^{a) -} sYntetyczny opis :!it{)stratY'gi"afkzny osadów mi<lcenu na Obszarze między Ohmielnikiem. d Tarnobrzegiem. Pra:ew. XXXVI'n Zjazdu !Pol. Tow. Geol.

w

PAWŁOWSKA K. (1965 b) -: Mi'oceńskie~ota .siarki. !Pnew. XXXVnI !Zjazdu Pol.

. . Tow. GeoI. w Tarnobrzegu, p~ 100---100. Inst. Geol. Warszawa.

. '. ' :. ' ' .

P AWLOWSKlI S. (1008}. - Sianka rodzima. Chemia w iS7lk:ole, 4, (20) p. 419-00, nr 2.

Warszawa.

PA WLOWSK'I S. ~1·963) - Problemy tr~eciorzędu i ozagadnień surowcowY'ch fIN' za- padlisku przedkarpacikim. iPr. [nst. Ge<>l., 30, ·cz. IV, p. 301-3rl0. War"

.szawa.

SMUL1JKOWSK,I K. (11962) - Geochemia. ~. Inst. Geol, 1. Warszawa.

:ęEPHA,l.(C!Gn1 B: H. (1908) -1136pamn.Ie TpY,QId, 2. MOCICBa.

HBAHOB. M. E. (1964) - POJIb MHKP06HOJIOl1l'lecICHX npon;eccoB B reHe3Hce MecTOpOlK,l(eHl"tt cepbI. H3~. HaY.Ka. MOCKBa.

KAPABAAKo r. H. (1959) - 3Ha'leHUe 6HOJlOrlAecKoro clJanopH B OKHCJIemm Coe,II;HHeHHłt cepbI p03~OJIbCl:OrO MecTopOlK,l(elłlllL AH CCCP - MHKpo6HOJIOrIDl, 28, BLm. 6.

CTp. 846-850. MOCKBa.

COKOJIOB A. C. (1958) - OCHoBHhIe 3aKOHOMepHOCm reOJIOl1l'lecKOrO CTpoeHHH H pa3Mem;eHHII

0C8,!I;0'IHbIX MecTOpOlK,l(eHHll: caMopo~Holi: cepbI. COB. reoJl. 5, CTp. 80-103. MocKBa •. COKOJIOB A. C. (1965) - O reHe3Hce MecTopOlK,l(eHBli: caMopo~Holi: cepbI. JIHTOJIC'llDI H no-

Jle3HhIe HCKOrraeMbIe, 2, CTp. 51-59. MOCKBa.

940 Jan Cze.rmlnski

JIB lJEPMIDILCKH

BOCCTAHOBHTE.lILJIAjI CPE,l(A H 01iBO~ 3AJIIDKER CEPLI, KAK HEH3BEiKHOE YCJlOBHE HX ~CTBOBAHIDI

Pe3IOMe

B 'c:ra'IbC OIIHC&IBaIOTCJI rJIllBHhIe 4>aIcroPb!, BMeIOIWIe peruarom;ee 3Ha~eBHe npH 06pa30BaHHR

3a.rre:lKe.i!: CaMOPO,llBO.i!: cepb! cpe,llH rrOpO,ll CYJIh.paTHoii CepHH TOPTOHa. O,llHHM 113 Heo6xo,llBMhIX 41aKTOpOB ,l\JUI 06pa30BaHIDI 3THX 3a.rre:lKeit B 3IIHreHe~ecKRX YCJIOBHJIX JlBJIJleTCJI Hachlm;eHHe BO~IMH pacTBOPaMH cepo rrO,llJIeJK8.IIJ;BX ocepHeHHIO.3m pacTBOPb!, o6JIa,lIaroiwle BOCCTa-

HOBHTeJThHhIMH CBOitCTBaMH, Heo6XO,llBMbl TaIOKe ,l\JUI COXpaHeHHlI 3a.rre:lKe.i!: cepb! ~ OBH o6e- peraroT ee OT CJIHIlIKOM 6oJIhmoro npHlIJThma K\ICJIOpO,lla H reM CaMbIM OT pa3pymemuI B 30He OKHCJIemIJI. ECJIR 6b! BOM C 60JIhmBM CO,llep:lKaHHeM aKmBBOrO KRCJIOpO,lla npOCa'iHBaJIaCh B 3aJIC:lKh, TO TaIOKe np01l30mJIO 6b! ere OKRCJIeHHe. Ha flOJIhWHX rny6HHax cym;ecTByeT B03-

MO:lKHOCTIo COxpaHeHHll 3a.rreJKe.i!: cepb! B 6e3BO,llHblX YCJIOBHJIX. O,llHaKO, Ta.M pemalOIqUM $aK- 'TOPOM, onpe,lleJIJlIODlBM OTcyTCTBHe YCJIOBO OKRCJIemIJI, JlBJIJleTClI rny6HHa. rJIaBHbIM BhmO,llOM nO,ll'IepKRBaeTclI D;eneco06pa3HOCTh nOHCKOB 3aJIe:lKe.i!: CaMOPO,llHoit cepb! TOJIhKO TaM, r,lle Dep- oCIIeKTHBBIale OTJlOJKeHHll 3aJIeraJOT IIIDKe BO,!\. BMelOIWIX BOCCTaROBHTeJIhHhIe CBOHCTBa •

.REDUCING ENVIRONMENT AND WATER CONTENT IN SUiLP·BUR DEPOSITS AS INDISIPENSABLE CONDITION OF THEIR EXISTENCE

Summall"Y

The artide deals With the main faclors deciding upon the formation at na>tiJve sulphur deposits in the sulpbatte .series of 'l'ortonian :age. SaturatIon with wa,ter :solutions of the series<thataresub}ect to swphuTat.ioo, 1"s an dndispens.ab1e fador in formation of these deposits under e:pigeneticai conditions. These solUltions, cha- racterized by reducing properties are a'lso iindisperu:;'able for ,preservatioo of native sulphur deposits,sinee they protect them aglainst Ithe oxygen 'access, i.e. against

;f;he des'tructiion in ,the oxida'tiOlll woe. Wawr saturated with acltirve oXy.gen, pene- trating a deposit, can also give rise to its 'Oxidati:on. At :greater depths, the 'sulphur

deposi'ts can be 'preseI'Ved under waterless 'oonditions,~

wen.