В геологическом строении Соликамской впадины участвуют породы протерозоя (вендский комплекс), верхнего палеозоя и четвертичной системы. Из разреза палеозойских отложений выпадают породы кембрия, ордовика, силура, нижнего девона, некоторых горизонтов живетского и эйфельского ярусов девона, а также визейского и намюрского ярусов карбона. Это обусловлено, очевидно, перерывами в осадконакоплении, а также размывом отложений в визейское и намюрское время. Галогенная формация впадины включает отложения от почвы филипповского горизонта кунгурского яруса до кровли соляно-мергельной толщи уфимского яруса. Отложения, непосредственно подстилающие галогенную формацию, представлены саргинским горизонтом верхнеартинского подъяруса Перми. В нижней половине горизонта преобладают породы карбонатного состава: известняки, доломиты и их глинистые разности, а в верхней–мергели, доломитовые и кремнистые мергели, глины, алевролиты, песчаники с обломками филлитов (дивья свита). Мощность горизонта–70–75 м.
Кунгурский ярус подразделяется на два горизонта (подъяруса).
Филипповский горизонт в пределах соликамской впадины представлен четырьмя типами разреза–карбонатным, карбонатно-сульфатным, карбонатно-сульфатно-глинистым и конгломерато-песчаниковым, которые расположены в виде полос меридионального простирания, сменяющих друг друга с запада на восток. Мощность горизонта 60–110 м.
Иреньский горизонт подразделяется за пределами Соликамской впадины на 7 пачек: ледянопещерскую, неволинскую, шалашнинскую, елкинскую, демидковскую, тюйскую и лунежскую. Верхняя лунежская пачка является фациальным аналогом Березниковской свиты Верхнекамского месторождения, вмещающие соляную толщу. Соляная толща подразделяется, в свою очередь, на подстилающую соль, сильвинитовую и сильвинито-карналлитовую зоны, покровную соль.
Подстилающая каменная соль в нижнее части представлена переслаиванием разнозернистой серой соли с пластами ангидрита и глинисто-мергелистой породы. В средней части соль более однородна, с прослоями мергелей и глин мощностью до одного метра. В верхней части подстилающей соли залегает хорошо выдержанный глинисто-доломито-ангидритовый прослой мощностью 1,5 м (маркирующий горизонт). Суммарная мощность подстилающей соли составляет в среднем 300 м.
Сильвинитовая зона представлена переслаиванием каменной соли с пластами красных и полосчатых сильвинитов: снизу вверх Красный-III, Красный-II, Красный-I и пласт А. Мощность пласта Красный-III составляет в среднем 6,5 м. Он состоит из трех слоев красного сильвинита IIIа, IIIб, IIIв, разделенных внутрипластовой солью Красный-Ша–б, Красный-IIIб–в.
Выше залегает пласт Красный-II, являющийся основным промышленным пластом на рудниках Верхнекамского месторождения. Средняя мощность его составляет 5,5 м. В 1932 г.Н. С. Гольдберг-Захарова расчленила его на семь слоев, из которых нечетные слои представлены богатым сильвинитом, а четные слои–бедным. В кровле пласта Красный-II залегает серия глинисто-ангидритовых прослоев мощностью до 5–7 см, которые осложняют условия отработки пласта, вызывая обрушения “коржей” и ухудшая качество руды. Пласт Красный-I ввиду его малой мощности (в среднем 1,3 м) является нерабочим. Выше залегает полосчатый пласт А, который сложен прослоями красного, розового, белого сильвина, чередующимися с прослойками серого и голубого галита. В почве пласта А залегает прослой–спутник А мощностью 0,2 м. Пласт А завершает разрез сильвинитовой зоны, мощность которой в среднем составляет 20 м.
Сильвинито-карналлитовая зона состоит из девяти пластов калийно-магниевых солей, которые снизу вверх обозначены буквами русского алфавита от Б до К. Нижний пласт сильвинито-карналлитового состава Б залегает непосредственно на полосчатом пласте А, составляя с последним единый промышленный пласт АБ, мощностью в среднем 3,5 м и с содержанием хлористого калия до 45 %. В карналлитовой зоне рабочим является также пласт В, мощность которого при карналлитивом составе достигает 15 м. Остальные пласты являются некондиционными ввиду малой мощности водозащитной толщи. Мощность сильвинито-карналлитовой зоны равна 60 м. Все пласты калийно-магниевых и калийных солей отделяются друг от друга межпластовой каменной солью мощностью 1,5–6 м. При общем пологом залегании пласты в различной степени смяты в складки с амплитудой до 25–30 м.
Покровная каменная соль залегает непосредственно на кровле пласта К сильвинито-карналлитовой зоны. Сложена эта толща желтовато-розово-серой, мутно-белой каменной солью с тончайшими глинисто-ангидритовыми прослойками. Мощность покровной соли 18–22 м. Выше залегает соляно-мергельная толща, относимая к уфимскому ярусу верхней Перми.
Соляно-мергельная толща разделена на нижнюю соленосную и верхнюю глинисто-мергельную подтолщу. Некоторые исследователи относят нижнюю соляную подтолщу к кунгурскому ярусу. В нижней соляной подтолще выделяется девять ритмопачек по числу соляных прослоев. Обычно верхние пачки представлены только несоляными половинами ритмов, а на поднятиях остается не более двух ритмопачек. В любом случае кровля водозащитной толщи проводится по верхнему соляному прослою, ниже которого отложения практически безводны. Верхняя глинисто-мергельная подтолща представлена глинисто-мергельными породами с прослоями и желваками гипсов. Общая мощность соляно-мергельной толщи составляет в среднем 110 м.
Терригенно-карбонатная толща связана постепенным переходом с залегающей ниже соляно-мергельной толщи. Она представлена известняками, доломитами, песчаниками, алевролитами местами трещиноватыми, окварцованными.
Мощность терригенно-карбонатной толщи составляет в среднем 100–150 м.
Пестроцветная толща залегает на породах терригенно-карбонатной толщи и представлена красноватыми и зеленовато-серыми терригенными отложениями шешминского горизонта уфимского яруса. Отложения развиты не повсеместно; в районах к северу от г. Соликамска и на участках положительных структур они подвергались эрозии. Ряд скважин на Дуринском прогибе вскрыл толщу пестроцветов мощностью более 500 м. В среднем по месторождению мощность пестроцветной толщи 150–200 м.
Шишминский горизонт завершает разрез пермских отложений. С большим стратиграфическим разрывом на локальных участках месторождения установлены породы мезозоя и кайнозоя. Спорово-пыльцевой анализ указывает на меловой возраст некоторых пород Дуринского прогиба. Палеогеновые и неогеновые отложения распространены в долине р. Кама.
Четвертичные отложения развиты на всей площади Верхнекамского месторождения и представлены глинами, суглинками, супесями, песками и галечниками, в долинах рек встречается торф. Мощность четвертичных отложений колеблется от 0,7 до 28 м, в среднем составляет 10 м.
1.5 Тектоника
Верхнекамское месторождение расположено на стыке двух структурных элементов земной коры: Русской платформы и Уральской складчатой системы. Эти структуры обусловили возникновение и тектоническое развитие Соликамской впадины. По данным геофизики поверхность кристаллического фундамента залегает в этом районе на глубине 4–6 км, моноклинально погружаясь на восток под передовые складки Урала. В фундаменте выявлена сеть глубинных разломов с длительной историей развития. Осадочный чехол представлен в различной степени дислоцированными терригенно-карбонатными породами венда и верхнего палеозоя. На границе кунгурских отложений выявлена резкая дисгармоничная складчатость, имеющая, вероятно, надвиговую природу.
Южнее Соликамской впадины выявлен Чусовской тектонический покров, представляющий собой рифейский аллохтон на известняках пермского возраста. Аналогичной структурой на севере является Полюдов кряж с амплитудой горизонтального перемещения около 15 км. Геологической съемкой в долиной р. Яйва также выявлены разрывные дислокации надвигового типа, которые являются отражением Всеволодо-Вильвенского надвига. Таким образом, в обрамлении Соликамской впадины породы осадочного чехла испытывали активное воздействие со стороны Урала.
Идея покровного строения Уральской складчатой системы была высказана еще в 1927 г. Н. Фредериксом, но до сих пор не нашла своего отражения в тектонических построениях по Верхнекамскому месторождению. Наиболее близки к современной трактовке тектоничкского строения были представления А. А. Иванова, который, признавая роль региональных тектонических движений, не смог объяснить механизм передачи напряжений в Соликамскую впадину. По мнению В. И. Копнина, возвышенности дна (соляные банки) служат причиной образования положительных структур в соляной толще. С чем же тогда связать асимметрию этих структур? Если бы она была вызвана перераспределением статических нагрузок на соль, следовало бы ожидать разнонаправленную вергентность. Однако все складки имеют более крутой западный и пологий восточный склоны, что указывает на воздействие тангенциальных (горизонтальных) напряжений с востока на соляную толщу.
Соляная толща представляет собой линзообразное тело, залегающее среди терригенно-карбонатных пород. Подошвой соляной залежи является поверхность с загнутыми кверху краями наиболее высокие отметки зафиксированы в северной части месторождения у г. Чердынь. В южном направлении происходит плавное погружение подошвы под углом, измеряемым долями градуса. При длине в десятки километров на широте р. Яйва общая амплитуда погружения составляет около 500 м. Далее к югу отмечается плавное вздымание подошвы соляной залежи под углом 10′–15′ до района р. Косьвы. В широтном направлении наблюдается асимметричность солевого ложа, при этом восточное крыло впадины круче западного и достигает угла 1˚30′–2˚30′. Общая амплитуда погружения по широтному профилю соляного ложа составляет 220 м. В целом о нижней поверхности соляной толщи существует весьма разрозненные сведения, исходя из чего на локальных участках следует ожидать дополнительные усложнения тектонического строения. Кровля соляной толщи отличается большим структурным разнообразием, где появляется чередование положительных и отрицательных форм рельефа. Амплитуда смежных поднятий и прогибов достигает 300 м. Эти структуры , как правило, имеют субмеридиональное простирание и осложнены складчатостью различного порядка. Поднятия в разрезе имеют крутые западные склоны, отмечается увеличение мощности пластов в их сводах и уменьшение на крыльях.