В геоструктурному відношенні район родовища належить до північно-західної частини Донецької складчатої споруди. Тут на спряженні північно-східного крила Дружковсько-Костянтинівської антикліналі з Бахмутською котловиною розташована Краматорсько-Часів-Ярська мульда з крейдяними та неоген-палеогеновими відкладами. Мульда видовжена з південного сходу на північний захід. Її ширина в районі м. Часів-Яру сягає 6-8 км.
Верхньокам'яновугільні відклади розповсюджені у південно-західній частині району та представлені світами С31 ( ісаєвською ), С32 (авіловською) та С33 (араукарітовою).
Світа С31 складена аргилітами, алевролітами та пісковиками темно-сірого кольору з підпорядкованими їм прошарками вапняків та вугілля неробочої потужності. Вугільність світи дуже низька. Потужність світи до 750 м.
Світа С32 представлена великозернистими пісковиками, алевролітами та слюдянистими глинистими сланцями з малопотужними прошарками вапняків та вугілля. Маркіруючими горизонтами світи виступають вапняки: О1, О2, О3, О4, О5, О6 та О7. В основі вапняків О4 та О44 лежать пласти вугілля потужністю 0,05-0,35 м. Потужність світи у межах району досягає 700 м.
Світа С33 у літологічному відношенні незначно відрізняється від нижче лежачої, але пісковики подані аркозовими різностями з численними рослинними скам'янілостями ( стовбурами араукарій ). В основі світи залягає вапняк Р1 потужністю 0,8-1,0 м, котрий є надійним маркіруючим горизонтом. Потужність світи не перевищує 800 м.
Оголення верхньокам'яновугільних порід спостерігається по балкам Довгенька та Науміха.
До північного сходу від площі розповсюдження верхньокам'яновугільних порід широкою смугою ( 2-3 км) залягають пермські відклади. Породи цього ж віку розповсюджені на північному сході району. На описуваній площині перм перекривається молодшими утвореннями та виходить на поверхню тільки по балкам.
Пермські, а також мезозойські відклади створюють синклінальну складку ( мульду ), видовжену з південного сходу на північний захід уздовж північно-східного крила Дружковсько-Костянтинівської антикліналі.
В межах району Часів-Ярського родовища пермські відклади представлені картамишською ( Р1kr), микитівською ( Р1n ), слов'янською ( Р1sl ) та дронівською ( Р2dr) світами.
Картамишська світа ( світа мідястих пісковиків ) згідно залягає на відкладах світи С33 та представлена червоно-бурими сланцюватими глинами ( аргилітами ) з конкреціями і плитками бурого залізняка, сірими та зеленувато-сірими алевролітами і слабо сцементованними пісковиками з мідьовмісними мінералами. Породи, котрі беруть участь у будові світи, падають під кутом 30-350. Потужність їх коливається у межах 700-950 м.
Микитівська ( гіпсо-доломітова ) світа згідно залягає на відкладах картамишської світи. Складена вона переважно шарами аргилітів, сланцюватих глин та глинистих сланців з підпорядкованими їм пластами доломіту, гіпсу, доломітизованого вапняка та пісковика. В товщі світи нараховується 10 шарів доломіту, їх потужність коливається від 0,2 до 4,35 м. Потужність шарів пісковика знаходиться в межах від 2,0 до 15,0 м. Гіпс утворює в світі 2-3 шари потужністю до 5-6 м. Потужність світи змінюється від 100 до 200 м.
Слов'янська ( соленосна ) світа вміщує взагалі гіпс, ангидріт та кам'яну сіль. Доломіти, вапняки та аргиліти мають в її розрізі значно менше розповсюдження. Ангідрит та кам'яна сіль створюють численні часто перемижаючі між собою пласти, які містами досягають потужності у кілька десятків метрів. Поверхня пермських та мезозойських відкладів в південній частині родовища оскладнена вузькою та глибокою западиною. Загальна потужність слов'янської світи змінюється у межах від 200 до 570 м.
Дронівська світа відноситься до верхньої пермі та майже не вміщує скам'янілих залишків флори та фауни. Складена вона строкатобарвистими переважно червонобарвними аргилітами, алевролітами та пісковиками, загальна потужність яких досягає 170-200 м.
Розвідувальними ( на вогнетривку глину ) свердловинами палеозойські та мезозойські відклади вскрилися на глибині до 55,75 м. Верхня частина відкладів торкнута процесами вивітрювання, тому аргиліти та алевроліти мають властивості глин.
Тріасові відклади створюють дві смуги виходів під рихлими осадками кайнозою. На південному заході внаслідок значного кута, падіння до 25-300, смуга має ширину усього 100-400 м. Північно-східне крило мульди більш пологе – кут падіння 7-100 і триасові породи тут оголюються широкою смугою – від 2 до 5 км. У центральній частині мульди тріас перекривається згідно залягающими з ним пермськими відкладами.
В цьому районі до тріасу відноситься потужна товща строкатобарвистих пісковиків, червоних глин та строкатобарвистих каолінистих пісків. Кут падіння тріасових порід по південно-східному борту в середньому складає 280.
Оголення тріаса маються на правому схилі р.Грузької між с.Веселим та с.Миколаєвкою.
Подана сірими, зеленувато-сірими та сірими плотними глинами та алевролітами, прошарками пісковиків, вапняків та бурого залізняка. Смуга юрських відкладів шириною 240-270 м проходить паралельно тріасу з південного сходу під кутом 250, заглиблюючись під крейдяні та неогенові відклади на глибину більш 200 м, та виходить на поверхню на протилежному крилі мульди ( лівий схил балки Середні Ступки ). В товщі юри видокремлені 2 горизонти, котрі відносяться до нижнього та середнього відділів юрської системи. Нижній горизонт складають сірі та світло-сірі, а також сірі з голубуватим чи зеленуватим відтінками щільні глини з прошарками пісковиків, алевролітів та вапняків. В глинах зустрічаються лінзи та прошарки бурого залізняка потужністю від 1-2 см до 30 см.
Верхній горизонт представлений у розрізі пластами піщаних глин, алевролітів, пісковиків та вапняків. Колір у них сірий, темно-сірий, зеленувато-сірий та жовтувато-сірий. У породах середнього відділу зустрічаються скам'янілі залишки пелеципод та амонітів, а також часті включення піриту у вигляді желваків та дрібних кристалів.
Крейдяні відклади в районі розвинені більш широко. Вони разом з юрськими, тріасовими та пермськими породами створюють мульдоподібну складку, простягнену з південного сходу на північний захід від с.Карловка до с.Першотравневе, відстань між якими становить 20 км. Часів-Ярське родовище належить до центральної частини мульди. Ширина її в районі м.Часів-Яр коливається від 5 до 8,5 км.
В нижній частині крейдяного розрізу залягають зеленувато-сірі глауконіто-кварцеві піски потужністю до 5-8 м з галькою кременя та желваками фосфорита. Глауконітові піски в верхній частині розрізу змінюються білою писальною крейдою з прошарками крейдоподібного мергеля й численними желваками кременя. Максимальна потужність відкладів досягає 133-175 м. Верхня частина мергель-крейдяної товщі тріщинувата та закарстована. З нею пов'язаний досить потужний водоносний горизонт, котрий є джерелом водопостачання міст Артемівська та Часів-Яра, а також близькорозташованних населенних пунктів. Внаслідок завалення карстових порожень поверхня крейди багата округлими та видовженними замкнутими западинами глибиною до 7 м.
На розмитій поверхні мезозойських та палеозойських відкладів залягає піщано-глиниста товща палеогенової, неогенової та четвертинної систем.
широким розповсюдженням користується палеогенова система, в склад якої на даній площі входять київська ( Р2kv) та харківська ( Р2h) світи.
Київська світа подана малопотужними прошарками та лінзами зелених та зеленувато-сірих піщаних глин та рихлих пісковиків з зернами глауконіту та галькою кременя. Іноді глини заміщуються чи перекриваються трепеловидною породою і опоковидним алевролітом. Потужність київської світи досягає 6,35 м, але частіше вона находиться у межах 0,5-2,0 м.
Київська світа виділена на геологічних розрізах на підставі літологічних ознак при проведенні геологічної зйомки району трестом “ Артемгеологія ” у 1969-1974 рр.
До харківської світи відносяться глауконіт-кварцеві зеленувато-сірі та зеленувато-жовті дрібнозернисті глинисті та слабо глинисті піски. Розповсюджені вони по всій площі родовища, створюючи пластообразний поклад, потужність якого зростає з 1-3 м у південній частині до 15-21 м у північній. Характерним для харківської світи є збільшення домішки глинистої речовини в пісках від покрівлі до підошви покладу. Піски з вмістом глинистих часток від 10 до 20 % є відрізним матеріалом для приготування формувальних сумішей та об'єктом експлуатування.
На більшій частині родовища харківська світа перекрита полтавськими відкладами і лише на перефірії родовища вона залягає під четвертинними пісками та суглинками.
На контакті харківських пісків з вищележачими пісками полтавської світи спостерігається тонкий шар ( 3-5 см ) дрібного гравію та великозернистого піска, який свідчить про трансгресивне залягання пісків полтавської світи. До полтавської світи належить найбільш велике родовище високоякісних вогнетривких глин.
У розрізі світи виділяють три горизонти:
Горизонт підглиняних пісків внаслідок ерозії має меншу площину розповсюдження, ніж підстилаючі його харківські глауконіто - кварцові піски. Піски горизонту світло-сірі з жовтуватим та рожевим відтінком дрібно- та середньозернисті глинисті та слабо глинисті. Вміст глинистої речовини в пісках збільшується від підошви до покрівлі. Потужність пісків мінлива і коливається від 3-4 м до 10-15 м, іноді більше.
Горизонт вогнетривких глин являє собою пластовий поклад складної конфігурації, зумовленою ерозійною діяльністю тимчасових та постійних поверхневих водотоків. Численними кар'єрами цей горизонт відпрацьований на великих площах, і тому до цього єдине тіло тепер розрізано на ряд відокремлених дільниць. В покрівлі та підошві пласта вогнетривких глин залягають сильно глинисті піски та некондиційні глини, контакти з якими бувають різкі чи поступові.
Потужність горизонту коливається від 1-3 м до 6-9 м. На окремих дільницях родовища потужність продуктивної товщі у зв'язку з розмивом пласта різко змінюється ( від кількох см до 5-6 м ). Це приконтурні зони, площина розмиву пласта поміж Міським та Жовтневим дільницями та ін. Позначки покрівлі та підошви пласта мають великі коливання. У пласті глин помічаються прошарки піску різної потужності. Складна будова пласта і мінливість його гіпсометричного положення особливо характерна для південної групи ділянок, де в продуктивній товщі виділено два самостійних пласта: верхній та нижній.
Горизонт надглиняних пісків підлягався сильній ерозіі, тому на родовищі він створює “ плями ” досить мінливих розмірів. Більш великі площі розвитку надглиняних пісків характерні для північної та центральної частин родовища, а також площі депресійного зниження на півдні родовища. Ерозією пояснюється і значне коливання потужності надглиняного горизонту від 0,0 до 8-15 м. Надглиняні піски являли собою дрібнозернисту та пилувату породу білого, світло-сірого, світло-жовтого та жовтого кольору. В товщі пісків зустрічаються прошарки піщаних глин та пєлітів ( пиловидного кварцу ), а також левігіт у вигляді сферичних стяжінь. В нижній та верхній частинах горизонту піски, як правило, різного ступеню глинистості.
Неогенові, а за межею їхнього поширення і палеогенові відклади повсюдно перекриті товщею четвертинних відкладів, представленими дрібно- та середньозернистими у різному ступені глинистими пісками та суглинками. Четвертинні піски поширені неповсюди. Найчастіше вони заповнюють нерівності рельєфу дочетвертинних порід. Піски мають бурий, червоно-бурий, іноді жовтий колір. Звичайно вони зазалізнені і містять домішки глинистих часток. По площі родовища спостерігаються переходи від супесей через сильно глинисті піски до піщаних глин. В описуваному горизонті у великій кількості присутні карбонатні стягнення різних розмірів, а також бобовидні залізомарганцеві включення.
У товщі четвертинних суглинків простежується два шари. Нижній утворений червоно-бурими та коричнево-бурими щільними суглинками масивного додавання. У них спостерігаються численні включення щільних карбонатів і зрідка кристалічного гіпсу.
Суглинки складені тонколускним матеріалом гідрослюдисто- монтморилонітового складу, що містить до 5-7% алеврітистих і 3-10% піщаних часток. Вуглекисле вапно присутнє як у виді стягнень, так і у виді розсіяної речовини. Зміст її досягає 10-22%.
Верхній шар складний лесоподібними суглинками коричневато-бурого кольору і масивного додавання. Основну масу порід утворюють крупнопиловидні і глинисті частки монтморилоніт-гідрослюдистого складу з піщано-алеврітистою і карбонатною домішками. У підошві лесоподібних суглинків місцями простежується прошарок викопного ґрунту потужністю до 1,0 м.
Часів-Ярське родовище вогнетривких глин та формувальних пісків розташовано у межах Донецького кам'яновугільного басейну, який знаходиться поміж Приазовським та Воронезьким кристалічними масивами. Докембрійські кристалічні породи північної частини Приазов'я спряжені з Донецьким басейном по зоні глибинних розломів. Занурюючись на значну глибину, вони створюють фундамент басейну, знов з'являючись поблизу денної поверхні на Воронезькому масиві.
У геоструктурному відношенні район родовища присвячений до північно-західної окраїни Донецького складчастого спорудження. Тут на сполученні північно- східного крила Дружковсько-Костянтинівської антикліналі з Бахмутською котловиною розташована Краматорсько-Часів-Ярська мульда, котра виконана крейдяними і неоген-палеогеновими відкладами. Мульда витягнута з південного сходу на північний захід. Ширина її в районі м.Часу-Яру складає 6 – 8 км.
Дружковсько-Костянтинівська антикліналь межує з північним крилом Кальміус-Торецької котловини.
Бахмутська котловина розташована у північно-західній частині басейну. Її південне крило примикає до західного закінчення Головної антикліналі, а північне закінчено купольними структурами, привроченними до смуги продовження великого Північно- Донецького надвигу. Усередені Бахмутської котловини маються додаткові синклінальні та антиклінальні складки, підпорядковані основному донецькому тектонічному напрямку. Ці брахискладки котловини розташовані кулисообразно, так що кожна структура, розміщена північніше, знаходиться правіше відносно більш південнішої. Таке праве кулисообразне зміщення характерно для структур Головної антикліналі, а також складок північної частини Донбасу. Серед купольних структур Бахмутської котловини спостерігаються явища діапиризму, зв'язані з соляною тектонікою. У ядрах таких куполів ( Петровського, Адамовського, Корульського ) виходять штоки девонської солі.
Часів-Ярське родовище вогнетривких глин і однойменне з ним родовище формувальних пісків належать до піщано-глинистої товщі палеогену і неогену, повсюдно перекритої плащеподібним відкладом четвертинної системи
Речовинний склад вогнетривких глин у процесі розвідки досліджувався неодноразово. Найбільше детально він вивчався Інститутом мінеральних ресурсів у 1975 році. Дослідження проводилися комплексом сучасних методів мінералогічного аналізу, включаючи рентгенівські, термічні, хімічні і спектроскопічні, кристалооптичні й електронно-мікроскопічні аналізи.
Мінеральний склад Часів-Ярських глин відрізняється складністю і мінливістю кількісних співвідношень окремих компонентів у горизонтальному та вертикальному напрямках. В склад глинистої речовини в різних кількостях присутні каолініт, галуазіт, хлорит, гідрослюда, змішеношарові утворення. З мінералів-домішок маються кварц, алуніт, гетіт, анатаз, лейкоксен, ільменіт, рутіл, кальцит як правило у верхніх пачках покладу глин у тих місцях, де на місці глин лежать вапняковісті четвертинні суглинки, гематит, циркон, турмалін та інші. Переважним мінералом глинистої речовини є каолініт, з домішок переважає кварц.
Шкідливо впливають на якість вогнетривких глин і керамічних виробів із глин залізовмісні мінерали (гетіт, гематит, магнетит, ільменіт, пірит), карбонати та сульфати (алуніт, ярозіт).
Вогнетривкі глини тонкодисперсні ( у фракції дрібніше 0,0001 мм переважають частинки менше 0,5 мкм ) та полімінеральні. Органічна речовина у вогнетривких глинах присутня в різних формах: у вигляді тонкодисперсної складаючої уламків деревини сажистих включень, буровугільних лінз та прошарків. Найбільш розповсюджена тонкодисперсна колоїдна органіка, природа якої досі не визначена.
З метою вивчення хімічного складу вогнетривких глин родовища впроваджувались скорочені (визначення змісту SiО2, Al2O3, TiО2, Fe2O3) та повні (визначення змісту SiО2, Аl2O3, TiО2, Fe2O, CaО, MgО, Na2O+K2O, SO3 ) хімічні аналізи. Для характеристики хімічного складу узяті результати аналізів проб глин зі свердловин на невідпрацьованих (на 01.07.1978р.) ділянках родовища.
Лимітуємими є тільки 2 компоненти: Al2O3 і Fe 2O3, по яких визначають сортність глин. (див. табл.1)
Таблиця 1. Технічні умови по вогнетривкій глині Часів-Ярського родовища
| Позначення марки | Розшифровка позначення марки | Al2O3 , не менш, % | Fe2O3, не більш, % | Вогнетривкість, 0С не нижче |
| Ч-0 | Глина Часів-Ярська, основна особа | 33 | 1,3 | 1710 |
| Ч-1 | Глина Часів-Ярська, основна першого гатунку | 32 | 1,6 | 1690 |
| Ч-2 | Глина Часів-Ярська, основна другого гатунку | 30 | 2,3 | 1670 |
| Ч-3 | Глина Часів-Ярська, основна третього гатунку | 28 | 3,0 | 1630 |
| ЧПК-1 | Глина Часів-Ярська, полукисла першого гатунку | 20 | Не нормується | 1580 |
| ЧС | Глина Часів-Ярська, природна будівельна | 18 | Не нормується | 1580 |
| ЧП | Глина Часів-Ярська, для виготовлення промивальних розчинів | 13 | 6 | 1500 |
За вмістом окису алюмінію можна судити про ступінь запіскованості корисної копалини. Так, якщо в найбільш чистих разностях (Ч-0 і Ч-1) вміст Al2O3 коливається в цілому по родовищу від 26,75 до 35,01%, то в піщаних глинах (ЧПК-1) воно істотно менше - 12,40 - 18,63%.
Вміст Fe2O3 не залежить від запіскованості і коливається від 0,26 до 4,78%, при зміні середніх значень від 0,93 до 1,84%. Підвищений вміст Fe2O3 у глинах ЧПК-1, зумовлено віднесенням до цього сорту зазалізнених основних глин.
Титановмістні мінерали в більшій мірі пов'язані з піщаним матеріалом, тому окис титану в основних глинах присутній в кількості від 0,36 до 2,14%, а в напівкислих глинах, ще трохи більше 0,46- 2,28%.
Окис кальцію й окис магнію знаходяться в глинах приблизно в однаковій кількості. Середній зміст СаО змінюється від 0,64 до 0,89%, а Mg – від 0,61 до 0,86%.
Окис кальцію входить до складу вуглекислого вапна (СаСО3), утворює іноді в глинах включення розміром від 1-2 до 10мм. Найчастіше макроскопічні стягнення, CaCO3, зустрічаються в тих місцях родовища, де надглиняні піски полтавської світи відсутні і шар глини покритий суглинками.
Вапняні включення є шкідливою домішкою, що знижує якість глин. При розвідці наявність таких включень може бути встановлене в процесі польового опису керну і за повними хімічними аналізами. Вміст СаО в кількості, що перевищує 1,2-1,3 % може вказувати на присутність у глинах концентрованих виділень вапна.
У всіх геологів, що займалися вивченням Часів-Ярського родовища існує єдина думка про те, що за віком родовище відноситься до полтавського ярусу неогену. Немає також розбіжностей у питанні про умови залягання і геоморфології покладів глин родовища. Тут зовсім очевидним є факт залягання палеогену на розмитій поверхні більш давніх порід (K, I, T, P і C), причому палеогенові відкладення звичайно заповнюють западини на поверхні порід, що підстилають. За формою залягання і розмірам родовище являє собою великі лінзообразні шароподібні поклади, що мають площу до декількох квадратних кілометрів. Шар глини, як правило, випливає за усіма формами допалеогенового рельєфу, у згладженій формі повторюючи його. Найбільша потужність шару спостерігається в районі з максимальним зниженням у давньому рельєфі.
Присутність у шарі вогнетривких глин піщаного матеріалу у виді різних за розмірами лінз піску вказує на ту обставину, що глини відкладені у водяному басейні і привнесені в цей водяний басейн водою. За даними геологів, що займалися вивченням мінералогічного складу вогнетривких глин Донбасу, формування покладів вогнетривких глин відбувалося в прісноводних неглибоких водоймах. У водоймах переважали застійні умови з заболоченими ділянками, що заросли рясною трав'янистою рослинністю. З вогнетривкими глинами тісно пов'язана тонкодисперсна органічна речовина, що як би просочила глину. Від кількості органічної речовини залежить фарбування глин у сірі та темні тони. Темно-сірі і сірі глини, збагачені залишковою органічною речовиною, що залягає в основному в центральних знижених ділянках родовища. Їхнє формування йшло в умовах середовища з малим вмістом чи відсутністю кисню. У прибережних зонах водойм і на завершальній стадії осадонакопичення панувала окисна обстановка, на що вказує інтенсивне фарбування глин, що тут утворилися, окислами заліза в жовті, червоні і бурі тони.
Привнесений у басейн осадонакопичення матеріал перетерпів істотні діагенетичні зміни, продуктом яких з'явилися поклади вогнетривких глин складного мінералогічного складу. При цьому на якість вогнетривкої глини впливали розміри водойм, їхня глибина, типи берегів, наявність рослинності, кількість терригенного матеріалу, що привносилась, та досконалості його механічної диференціації, інтенсивність диференціації, інтенсивність діагенетичних процесів.
Джерелом теригенного матеріалу, що зноситься в полтавські водойми, була кора вивітрювання мезозойських і палеозойських відкладень. Адже в районі родовища широким розповсюдженням користалися юрські глинисті сланці і глини, близькі по хімічному складі до вогнетривких глин, тріасові каолинисті піски і глини, верхнепалеозойскі кварцево-полевошпатові піщаники, глини і глинисті сланці. Вони, ймовірно, і послужили вихідним матеріалом для утворення покладів вогнетривких глин.