Litologiâ i poleznye iskopaemyeLitologiâ i poleznye iskopaemyeЛитология и полезные ископаемые0024-497X3034-5375The Russian Academy of Sciences1151810.31857/S0024-497X20192165-192ArticlesСтатьиResearch ArticleThe Nadeiyakha Ore occurrence (Pai-Khoi, Russia): an example of ferromanganese metasediments in carbonaceous dolomitic shalesРудопроявление Надэйяхинское (Пай-Хой, Россия) как пример железо-марганцевых метаосадков в углеродистых доломитсодержащих сланцахBrusnitsynA. I.БрусницынА. И.
Russian Federation
brusspb@yandex.ruStarikovaE. V.СтариковаЕ. В.
Russian Federation
starspb@mail.ruIgnatovaM. V.ИгнатоваМ. В.
Russian Federation
starspb@mail.ruKuleshovV. N.КулешовВ. Н.
Russian Federation
vnkuleshov@mail.ruSt. Petersburg State UniversityСанкт-Петербургский государственный университетAll-Russian Research Geological Institute named after A.P. Karpinsky (VSEGEI)Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А. П. КарпинскогоGeological Institute, Russian Academy of SciencesГеологический институт РАН2803201921651922803201928032019Copyright ©; 2019, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2019, Российская академия наук2019Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0024-497X/article/view/11518

The paper presents the results of study of metalliferous (ferromanganese and manganese) rocks at the Nadeiyakha ore occurrence (Pai-Khoi) discovered in 2010. The metalliferous deposit represents a stratiform body lying conformably in the Upper Devonian carbonaceous siliceous and clayey–carbonate–siliceous shales. The ore bed occurs 180 m below the regional Famennian manganiferous rock association in Pai-Khoi. Discovery of the Nadeiyakha ore occurrence suggests the existence of an additional age interval of Mn accumulation within the Devonian sequence of this region. The studied metalliferous rocks display structures and textures typical of the metasedimentary rocks. In terms of composition, they are divided into two varieties: (i) ferromanganese (quartz–carbonate) rocks composed of quartz, dolomite, kutnahorite, rhodochrosite, siderite, and calcite; (ii) manganiferous (quartz–rhodochrosite–silicate) rocks composed of quartz, rhodochrosite, tephroite, sonolite, and pyroxmangite. The Nadeiyakha ore occurrence is marked by the abundance of dolomite in the ferromanganese rocks and host shales. In terms of the relationship of indicator elements (Al, Ti, Fe, and Mn), ferromanganese and manganese rocks are comparable with the recent metalliferous and ore-bearing sediments. The carbon isotope composition in carbonates (δ13C from –16.4 to –7.8‰ PDB) corresponds to authigenic carbonates related to the involvement of carbon dioxide produced during the microbial decomposition of organic matter at the stage of dia- and/or catagenesis. Geological and petrographic observations show that the ferruginous and manganiferous sediments were deposited synchronously with the terrigenous–carbonate–siliceous sediments. Fe and Mn could be sourced from hydrothermal solutions or interstitial diagenetic waters. The latter version seems to be more probable. Metals were accumulated in a depression-trap characterized by a periodic stagnation of bottom waters. Such sedimentation setting promoted the formation of paragenetic association of ferruginous and manganiferous sediments with the carbonaceous sediments and fostered reductive conditions during the postsedimentary mineral formation. Calcium carbonates contained in the primary rocks were subjected to dolomitization during the dia- or catagenesis. This process was promoted by the mobilization of Mg released during the transformation of clay minerals owing to the montmorillonite–illite transition. Iron and manganese carbonates were formed during the later replacement of oxides of Mn3+, Mn4+, and Fe3+. Crystallization of manganese silicates also started at early stages of lithogenesis and terminated during the regional metamorphism of metalliferous rocks.

Приводятся результаты исследований металлоносных (железо-марганцевых и марганцевых) пород открытого в 2010 г. на Пай-Хое Надэйяхинского рудопроявления. Металлоносная залежь представляет собой пластообразное тело, согласно залегающее в углеродистых кремнистых и глинисто-карбонатно-кремнистых сланцах верхнего девона. Рудный пласт находится в 180 м ниже уровня регионально развитой на Пай-Хое фаменской марганценосной формации. Открытие Надэйяхинского рудопроявления указывает на существование в пределах девонской толщи этого региона еще одного возрастного интервала накопления марганца. Металлоносные породы обладают типичными для метаморфизованных осадочных отложений текстурами и структурами. По составу среди них выделяются две разновидности: железо-марганцевые (кварц-карбонатные) — сложенные кварцем, доломитом, кутнагоритом, родохрозитом, сидеритом, кальцитом, и марганцевые (кварц-родохрозит-силикатные) — состоящие из кварца, родохрозита, тефроита, сонолита и пироксмангита. Специфической особенностью Надэйяхинского рудопроявления является широкое развитие доломита в железо-марганцевых породах и вмещающих сланцах. По соотношению индикаторных элементов (Al, Ti, Fe и Mn) железо-марганцевые и марганцевые породы сопоставимы с современными металлоносными и рудоносными осадками. Изотопный состав углерода карбонатов (δ13С от –16.4 до –7.8‰, PDB) соответствует аутигенным карбонатам, образованным за счет углекислоты, образующейся при микробиальном разложении органического вещества на стадии диа- и/или катагенеза. Геологические и петрографические наблюдения показывают, что железо- и марганценосные отложения формировались синхронно с терригенно-карбонатно-кремнистыми осадками. Источником железа и марганца могли быть гидротермальные растворы или поровые диагенетические воды. Последний вариант представляется более вероятным. Накопление металлов происходило во впадине-ловушке, где периодически возникал режим стагнации придонных вод. Обстановка седиментации способствовала формированию парагенетической ассоциации железо- и марганценосных осадков с углеродистыми отложениями и предопределила восстановительные условия постседиментационного минералообразования. На стадии диа- или катагенеза происходила доломитизация содержащихся в исходных отложениях карбонатов кальция. Этот процесс осуществлялся благодаря мобилизации магния, высвободившегося при трансформации глинистых минералов (за счет перехода монтмориллонита в иллит). Позднее, при замещения оксидов Mn3+, Mn4+ и Fe3+ образовались карбонаты железа и марганца. Кристаллизация силикатов марганца также начиналась на ранних стадиях литогенеза и завершалась при региональном метаморфизме металлоносных отложений.

manganese rocksPai-Khoi Ridgemetamorphism of metalliferous sedimentsмарганцевые породыПай-Хойметаморфизованные рудоносные осадкиRussian Foundation for Basic ResearchРоссийский фонд фундаментальных исследованийИсследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ (проект № 16-05-00227а) ППРАН № 48.Беляев А. А. Литогенетические особенности палеозойских формаций Карской зоны Пай-Хоя // Геология и минерально-сырьевые ресурсы европейского Северо-Востока России // Тез. Всеросс. геол. конференции. Т. 1. Сыктывкар: ИГ КНЦ УрО РАН, 1994. С. 55–58.Брусницын А. И. Минералогия марганцевоносных метаосадков Южного Урала. СПб.: СПбГУ, ООО “ИПК КОСТА”, 2013. 160 с.Брусницын А. И., Игнатова М. В. Надэйяхинское-2 — новое проявление родонитовых пород на Пай-Хое // Металлогения древних и современных океанов — 2014. Двадцать лет на передовых рубежах геологии месторождений полезных ископаемых // Материалы научной молодежной школы (21–25 апреля 2014 г., Миасс) / Под ред. В. В. Масленникова, И. Ю. Мелекесцева. Миасс: ИМин УрО РАН, 2014. С. 83–87.Брусницын А. И., Кулешов В. Н., Перова Е. Н., Зайцев А. Н. Карбонатные железо-марганцевые метаосадки Собской площади Полярного Урала: условия залегания, состав, генезис // Литология и полез. ископаемые. 2017. № 3. 219–242.Войновский-Кригер К. Г. Два комплекса палеозоя на западном склоне Полярного Урала // Сов. геология. 1945. № 6. С. 27–44.Гаррелс Р. М., Крайст Ч. Л. Растворы, минералы, равновесия. М.: Мир, 1968. 368 с.Геология и полезные ископаемые России. Запад России и Урал. Том 1. Книга 2. Урал. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2011. 583 с.Голдсмит Дж. Р. Фазовые взаимоотношения тригональных карбонатов // Карбонаты: минералогия и химия. М.: Мир, 1987. С. 69–104.Емельянов Е. М. Железо-марганцевый рудный процесс в Балтийском море // Литология и полез. ископаемые. 2011. № 3. С. 227–248.Зайкова Е. В. Кремнистые породы офиолитовых ассоциаций (на примере Мугоджар). М.: Наука, 1991, 134 с.Кулешов В. Н. Геохимия изотопов (δ13С и δ18О) и происхождение карбонатных марганцевых руд. М.: Геоинформмарк, 2001а. 56 с.Кулешов В. Н. Эволюция изотопных углекислотно- водных систем в литогенезе. Сообщение 1. Седиментогенез и диагенез // Литология и полез. ископаемые. 2001б. № 5. С. 491–508.Кулешов В. Н. Марганцевые породы и руды: геохимия изотопов, генезис, эволюция рудогенеза. М.: Научный мир, 2013. 506 с.Кулешов В. Н., Брусницын А. И. Изотопный состав (δ13С, δ18О) и происхождение карбонатов из марганцевых месторождений Южного Урала // Литология и полез. ископаемые. 2005. № 4. С. 416–429.Леин А. Ю. Аутигенное карбонатообразование в океане // Литология и полез. ископаемые. 2004. № 1. С. 3–35.Лидер М. Седиментология. Процессы и продукты. М.: Мир, 1986. 439 с.Литогеодинамика и минералогения / Под ред. А. Д. Щеглова. СПб.: ВСЕГЕИ, 1998. 480 с.Микляев А. С. Верхнедевонские отложения сланцевой зоны Пай-Хоя и перспективы их рудоносности // Геология девона Северо-Востока европейской части СССР // Тез. докл. совещания (2‒4 апреля 1991 г., Сыктывкар) / Под ред. В. С. Цыганко и др. Сыктывкар: Ин-т геологии Коми НЦ РАН, 1991. С. 52–53.Микляев А. С., Беляев А. А. Верхнедевонские и нижнекаменноугольные отложения сланцевой зоны юго-восточного Пай-Хоя // Обоснование границ стратиграфических подразделений // Тр. Ин-та геологии КНЦ УрО РАН. Вып. 82. Сыктывкар, 1994. С. 27– 34.Пучков В. Н. Батиальные комплексы пассивных окраин геосинклинальных областей. М.: Наука, 1979. 260 с.Рой С. Месторождения марганца. М.: Мир, 1986. 520 с.Розанов А. Г., Волков И. И. Донные осадки Кандалакшского залива Белого моря: марганцевый феномен // Геохимия. 2009. № 10. С. 1067–1085.Старикова Е. В. Минералогия родонитовых пород Силоваяхинского проявления, Пай-Хой // Зап. РМО. 2011. № 5. С. 76–93.Старикова Е. В. Новое проявление силикатных марганцевых пород на Пай-Хое // Металлогения древних и современных океанов-2012: Гидротермальные поля и руды / Под ред. В. В. Зайкова, И. Ю. Мелекесцева. Миасс: ИМин УрО РАН, 2012. С. 90–93.Старикова Е. В. Фаменская марганцевоносная формация Пай-Хоя // Литосфера. 2014. № 1. С. 58–80.Старикова Е. В., Завилейский Д. И. Геологическая позиция и вещественный состав фаменских марганцевых руд Лемвинской зоны Пай-Хоя (на примере рудопроявлений Нижнесиловской группы) // Литология и полез. ископаемые. 2010. № 4. С. 383–400.Старикова Е. В., Журавлев А. В. Стратиграфическое положение и генезис марганцевых пород Надэйяхинского проявления, Пай-Хой // Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории // Материалы VII Всеросс. литолог. совещания. Т. III. Новосибирск, 2013. С. 144–148.Старикова Е. В., Кулешов В. Н. Изотопный состав (δ13С, δ18О) и генезис карбонатов фаменской марганценосной формации Пай-Хоя // Литология и полез. ископаемые. 2016. № 3. С. 233–252.Страхов Н. М., Штеренберг Л. Е., Калиненко В. В., Тихомирова Е. С. Геохимия осадочного марганцеворудного процесса. М.: Наука, 1968. 495 с.Хворова И. В. Кремненакопление в геосинклинальных областях прошлого // Осадкообразование и полезные ископаемые вулканических областей прошлого. Т. 1 / Под ред. И. В. Хворовой. М.: Наука, 1968. С. 9–136.Юдович Я. Э., Беляев А. А., Кетрис М. П. Геохимия, минералогия и рудогенез марганца в черносланцевых отложениях Пай-Хоя // Рудообразование на Тимане и Севере Урала // Тр. Ин-та геологии Коми филиала АН СССР. Вып. 34. Сыктывкар, 1981. С. 54–72.Юдович Я. Э., Беляев А. А., Кетрис М. П. Геохимия и рудогенез черносланцевых формаций Пай-Хоя. СПб.: Наука, 1997. 364 с.Юдович. Я. Э., Кетрис М. П. Геохимические и минералогические индикаторы вулканогенных продуктов в осадочных толщах. Екатеринбург: УрО РАН, 2010. 412 с.Юдович Я. Э., Кетрис М. П., Мерц А. В., Беляев А. А. Петрохимическая диагностика вулканогенных продуктов в черносланцевых отложениях Пай-Хоя // Геохимия. 1984. № 6. С. 868–882.Юдович Я. Э., Кетрис М. П. Геохимия черных сланцев. Л.: Наука, 1988. 271 с.Юшкин Н. П., Кунц А. Ф., Тимонин Н. И. Минерагения Пай-Хоя. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2007. 291 с.Brusnitsyn A. I., Starikova E. V., Zhukov I. G. Mineralogy of low grade metamorphosed manganese sediments of the Urals: Petrological and geological applications // Ore Geol. Rev. 2017. V. 85. P. 140–152.Calvert S. E., Pedersen T. F. Sedimentary geochemistry of manganese: implications for the environment of formation of manganiferous black shale // Econ. Geol. 1996. V. 91. P. 36–47.Crerar D. A., Cormick R. K., Barnes H. X. Organic controls on sedimentary geochemisrty of manganese // Acta Mineral. Petrogr. Univ. Szeged. 1972. V. 20. P. 217–226.Fan Delian, Liu Tiebing, Ye Jie The process of formation of manganese carbonate deposits hosted in black shale series // Econ. Geol. 1992. V. 87. Р. 1419–1429.Frakes L., Bolton B. Origin of manganese giants: Sea level change and anoxic-oxic history // Geology. 1984. V. 12. P. 83–86.Frakes L., Bolton B. Effects of oceanic chemistry, sea level, and climate on the formation of primary sedimentary manganese ore deposits // Econ. Geol. 1992. V. 87. P. 1207–1217.Force E. R., Back W., Spiker E. C. Aground-water mixing model for the origin of the Iminu manganese deposits (Cretaceous) of Morocco // Econ. Geol. 1986. V. 81. P. 65–79.Gutzmer J., Beukes N. J. The manganese formatiom of the Neoproterozoic Penganga Group, India — revision of an enigma // Econ. Geol. 1998. V. 93. P. 1091–1102.Hoefs J. Stable isotope geochemistry. Berlin: Springer, 2009. 285 p.Huckriede H., Meischner D. Origin and environment of manganese-rich sediments within black-shale basins // Geochim. et Cosmochim. Acta. 1996. V. 60. P. 1399–1413.Katsikopoulos D., Fernandez-Gonzalez A., Prieto M. Precipita- tion and mixing properties of the “disordered” (Mn,Ca)CO3 solid solution // Geochim. et Cosmochim. Acta. 2009. V. 73. P. 6147–6161.Konhauser K. Introduction to geomicrobiology. Blackwell Publishing, 2007. 425 p.Li Y.-H., Schoonmaker J. E. Chemical composition and mineralogy of marine sediments // Sediments, Daigenesis, and Sedimentary Rocks. Treatise on Geochemistry. V. 7 / Ed. F. T. Mackenzie. Oxford: Elsevier-Pergamon, 2003. P. 1–35.Machel H.-G., Mountjoy E. Chemistry and environments of dolomitizatiom — a reappraisal // Earth-Sci. Rev. 1986. V. 23. P. 175–222.Maynard J. B. Manganiferous sediments, rocks and ores // Sediments, Daigenesis, and Sedimentary Rocks. Treatise on Geochemistry. V. 7 / Ed. F. T. Mackenzie. Oxford: Elsevier-Pergamon, 2003. P. 289–308.Munteanu M., Marincea S., Kasper H. U. et al. Black chert-hosted manganese deposits from the Bistritei Mountains, Eastern Carpathians (Romania): petrography, genesis and metamorphic evolution // Ore Geol. Rev. 2004. V. 24. P. 45–65.Okita P. M. Manganese carbonate mineralization in the Molango district, Mexico // Econ. Geol. 1992. V. 87. Р. 1345–1366.Okita P. M., Maynard J. B., Spiker E. C., Force E. R. Isotopic evidence for organic matter oxidation by manganese reduction in the formation of stratiform manganese carbonate ore // Geochim. et Cosmochim. Acta. 1988. V. 52. P. 2679–2685.Polgari M. Model of formation of the carbonatic manganese ore of Urkut // Publ. Lab. Geochem. Res. Hung. Acad. Sci. Budapest. 1993. P. 109–128.Sunby B. Mn-rich particulate matter in coastal marine environment // Nature. 1977. V. 27. № 5636. P. 417–419.Warren J. Dolomite: occurrence, evolution and economically important associations // Earth-Sci. Rev. 2000. V. 52. P. 1–81.