Złoże soli kamiennej stanowi niewielki wycinek osadów morskiego miocenu wypełniających zapadlisko przedkarpackie i posiada ścisły związek genetyczny z budową geologiczną tego rejonu. Powstało przed 15 mln lat w wyniku sedymentacji osadów w morzu mioceńskim, a następnie uformowane zostało tektonicznymi ruchami górotwórczymi Karpat zachodzącymi z południa na północ. Profil litostratygraficzny złoża i jego otoczenia obejmuje utwory mezozoiczne (jurajskie i kredowe) oraz kenozoiczne (trzeciorzędowe i czwartorzędowe).
Utwory jurajskie (wapienie skaliste) stanowią podłoże osadów mioceńskich. Na obszarze górniczym kopalni w Wieliczce występują one na głębokości około 760 m. Utwory te zapadają schodkowo (skoki) w kierunku południowo - wschodnim.
Fliszowe utwory kredowo - paleoceńskie występują w nasunięciu karpackim, którego linia brzegowa przebiega mniej więcej równoleżnikowo przez południową część Wieliczki. Czoło nasunięcia karpackiego zbudowane jest z 2 jednostek tektonicznych:
płaszczowiny śląskiej (głównie piaskowce i łupki)
płaszczowiny podśląskiej (głównie pstre margle)
Osady trzeciorzędowe reprezentowane są głównie przez utwory wieku mioceńskiego. Charakteryzują się dużą zmiennością litologiczną, a w rejonie złoża również bardzo skomplikowaną tektoniką. W skład tych osadów wchodzą następujące warstwy:
skawińskie (podsolne) - głownie iłowce margliste z wkładkami mułowców i piaskowców,
warstwy ewaporatów siarczanowych i chlorkowych - osady mułowcowo - iłowcowe ze skupieniami anhondrytu gipsu i soli kamiennej,
chodenickie (nadsolne) - głównie iłowce i mułowce, miejscami zapiaszczone i przeławicone warstwami kruchych piaskowców,
grabowieckie - szare iły i piaski zwane lokalnie boguckimi.
Utwory czwartorzędowe to głównie gliny i osady pylaste z wkładkami piasków, żwirów i rumoszu skał fliszowych.
Złoże solne zlokalizowane jest w obrębie mioceńskich warstw ewaporatów - siarczanowych i chlorkowych. Sedymentacja tych utworów przebiegała w zmieniających się warunkach fizycznych zbiornika morskiego zlokalizowanego przy brzegu Karpat, o bardzo niestabilnym podłożu. Doprowadziło to do powstania szeregu różnych - pod względem litologicznym - warstw solnych osadzonych naprzemianlegle z warstwami skał płonowych (głównie iłowców i mułowców) zwierających skupienia siarczanów (anhydryt i gips).
Wydzielone w złożu pokładowym i bryłowym typy litologiczne soli kamiennej można scharakteryzować w sposób następujący:
sól najstarsza to kompleks warstw o miąższości ok. 12 m. Są to w większości sole średnioziarniste (jedynie w stropie gruboziarniste) w spągowej części gazonośne i czyste, ku stropowi zwiększa się w nich zawartość materiału terygenicznego (głównie kwarcu i węglanów).
Sole zielone pokładowe to zespół 3-5 pokładów (o miąższościach od 0,5 do 4 m) soli gruboziarnistych poprzedzielanych warstwami (do 1,5 m) skał płonych. Sole te zanieczyszczone są znaczną ilością siarczanów i substancją ilastą nadającą im szarozielone zabarwienie.
Sól szybikowa tworzy pokład o dość stałej miąższości (1,2 do 1,5 m). Jest to sól bardzo czysta o ziarnach wielkości o,3 - 2,5 cm, zawierająca niewielką ilość bituminów, nadających jej charakterystyczne żółtawe zabarwienie.
Sól spiżowa to największy kompleks warstw solnych o miąższości ponad 30 m. W obrębie tego kompleksu występuje tzw. Centralny przerost skład płonych o miąższości 2-5 m., który dzieli sól spiżowa na dwie różniące się pod względem wykształcenia części:
- Część dolna to głównie drobnoziarnista sól barwy białej, niekiedy tylko smugowata i średnioziarnista
- Część górna to sól różnoziarnista (najczęściej drobno i średnioziarnista) o wyraźnej strukturze wstęgowej. Przy stropie tej części znacznie wzrasta ilość materiału terygenicznego. W obrębie soli spiżowej spotyka się tzw.: "sól trzaskającą" zawierającą uwięzione skupienia gazu wyzwalającego się podczas jej rozpuszczania.
Sól zielona bryłowa występuje w dwóch głównych odmianach jako:
- Typowa sól zielona bryłowa, wyraźnie laminowana (ciemne i jasne laminy) o strukturze drobno i gruboziarnistej, materiał nierozpuszczalny koncentruje się tu niemal wyłącznie w przestrzeniach międzyziarnowych; ziarna halitu charakteryzują się dużą czystością, jedynie w dużych ziarnach obserwuje się niewielkie zanieczyszczenia nierozpuszczalną substancją mineralną i bitumiczną, a także inkluzjami ciekło - gazowymi.
- Wielkoziarnista ("witrażowa") sól zielona bryłowa. Jest to sól gruboziarnista, przy czym substancja nierozpuszczalna występuje tu zarówno i w ziarnach halitu jak i pomiędzy nimi. Ilość materiału nierozpuszczalnego w solach witrażowych jest na ogół znacznie większa niż w solach typowych.
Warstwy te poddawane były następnie, wraz z otaczającymi je warstwami nad- i podsolnymi, procesom tektonicznym związanym z formowaniem się górotworu karpackiego. Konsekwencją tych procesów jest skomplikowana budowa tektoniczna złoża (a także otaczających go warstw) oraz jego wyraźna dwudzielność.
Geologia