kimberlite

kimberlite est une roche ignée qui est la principale source de diamants. La kimberlite est une variété de péridotite. Il est riche en petit minéraux contenu et souvent sous forme de cristaux de phlogopite. D'autres minéraux abondants sont le chrome-diopside, olivine, et riche en chrome et en pyrope grenat. La kimberlite se trouve généralement dans les tuyaux - des structures avec des bords verticaux dont la section transversale est à peu près circulaire. La roche peut avoir été injectée dans les zones de faiblesse du manteau. Parties du manteau roches sont souvent ramenés à la surface dans les kimberlites, ce qui en fait une source précieuse d'informations sur le monde intérieur.

Malgré sa relative rareté, la kimberlite a attiré l'attention car elle sert de support de diamants et de grenat péridotite xénolithes du manteau à la surface de la Terre. Son origine probable à des profondeurs supérieures à tout autre type de roche ignée et la composition extrême du magma qu'elle reflète en termes de faible teneur en silice et de niveaux élevés d'enrichissement en éléments traces incompatibles rendent importante la compréhension de la pétrogenèse des kimberlites. À cet égard, l'étude de la kimberlite a le potentiel de fournir des informations sur la composition du manteau profond et les processus de fusion se produisant à ou près de l'interface entre la lithosphère continentale cratonique et le manteau asthénosphérique de convection sous-jacent.

Origine du nom: La kimberlite rocheuse a été nommée d'après Kimberley, en Afrique du Sud, où elle a été reconnue pour la première fois. Les diamants de Kimberley ont été trouvés à l'origine dans de la kimberlite altérée, qui était colorée en jaune par limonite, et a donc été appelé sol jaune. Des travaux plus profonds ont produit de la roche moins altérée, de la kimberlite serpentinisée, que les mineurs appellent sol bleu.

Classification des kimberlites

Basé sur des études sur un grand nombre de kimberlites Cautions, les géologues ont divisé les kimberlites en 3 unités distinctes en fonction de leur morphologie et pétrologie.

Ces unités sont:

1. Faciès de cratère Kimberlite
2. Faciès Diatrème Kimberlite
3. Faciès hypabyssal Kimberlite

1) Faciès de cratère Kimberlite

La morphologie de surface d'une kimberlite non altérée est caractérisée par un cratère, jusqu'à 2 kilomètres de diamètre, dont le fond peut se trouver à plusieurs centaines de mètres sous le niveau du sol. Le cratère est généralement le plus profond au milieu. Autour du cratère se trouve un tuf anneau qui est relativement petit, généralement moins de 30 mètres, par rapport au diamètre du cratère. Deux principales catégories de roches se trouvent dans la kimberlite au faciès des cratères : les pyroclastiques, celles déposées par les forces éruptives ; et épiclastiques, qui sont des roches remaniées par l'eau.

2) Faciès Diatrème Kimberlite

Les diatrèmes de kimberlite sont des corps de 1 à 2 kilomètres de profondeur, généralement en forme de carotte, qui sont circulaires à elliptiques à la surface et se rétrécissent avec la profondeur. Le contact plongeant avec les roches hôtes est généralement de 80 à 85 degrés. La zone est caractérisée par du matériel kimberlitique volcanoclastique fragmenté et des xénolithes arrachés à divers niveaux de la croûte terrestre au cours du voyage des kimberlites vers la surface. Quelques caractéristiques texturales de Diatreme Facies Kimberlite :

3) Kimberlite au faciès hypabyssal

Ces roches sont formées par la cristallisation de magma de kimberlite chaud et riche en matières volatiles. Généralement, ils manquent de caractéristiques de fragmentation et semblent ignés. Quelques caractéristiques texturales : Ségrégations de calcite-serpentine dans la matrice ; Ségrégations globulaires de kimberlite dans une matrice riche en carbonates ; Les fragments de roche ont été métamorphosés ou présentent un zonage concentrique ; La texture inéquigranulaire crée une texture pseudoporphyrique.

Carbone et Kimberlite

Le carbone est l'un des éléments les plus courants dans le monde et l'un des quatre éléments essentiels à l'existence de la vie. Les humains contiennent plus de 18 % de carbone. L'air que nous respirons contient des traces de carbone. Lorsqu'il est présent dans la nature, le carbone existe sous trois formes de base :

Diamant – un cristal clair extrêmement dur

Les diamants se forment à environ 100 km sous la surface de la Terre, dans la roche en fusion du manteau terrestre, qui fournit les bonnes quantités de pression et de chaleur pour transformer le carbone en diamant. Pour qu'un diamant soit créé, le carbone doit être placé sous au moins 161 435,113 livres par pouce carré (psi ou 30 kilobars) de pression à une température d'au moins 752 degrés Fahrenheit (400 Celsius). Si les conditions chutent en dessous de l'un de ces deux points, graphite sera créé. À des profondeurs de 93 miles (150 km) ou plus, la pression monte à environ 725,189 50 psi (2,192 kilobars) et la chaleur peut dépasser 1,200 XNUMX F (XNUMX XNUMX C). La plupart des diamants que nous voyons aujourd'hui se sont formés il y a des millions (voire des milliards) d'années. De puissantes éruptions de magma ont ramené les diamants à la surface, créant des tuyaux de kimberlite.

Les tuyaux de kimberlite sont créés lorsque le magma s'écoule à travers des fractures profondes de la Terre. Le magma à l'intérieur des tuyaux de kimberlite agit comme un ascenseur, poussant les diamants et autres roches et minéraux à travers le manteau et la croûte en quelques heures seulement. Ces éruptions étaient courtes, mais plusieurs fois plus puissantes que les éruptions volcaniques qui se produisent aujourd'hui. Le magma de ces éruptions est né à des profondeurs trois fois plus profondes que la source de magma pour volcans comme Mont St. Helens, selon le Musée américain d'histoire naturelle.

Le magma s'est finalement refroidi à l'intérieur de ces cheminées de kimberlite, laissant derrière lui des veines coniques de roche de kimberlite contenant des diamants. La kimberlite est une roche bleuâtre recherchée par les mineurs de diamants lorsqu'ils recherchent de nouveaux gisements de diamants. La superficie des cheminées de kimberlite diamantifères varie de 2 à 146 hectares (5 à 361 acres).

Les diamants peuvent également être trouvés dans les lits des rivières, appelés sites de diamants alluviaux. Ce sont des diamants qui proviennent de cheminées de kimberlite, mais qui sont déplacés par l'activité géologique. Les glaciers et l'eau peuvent également déplacer les diamants à des milliers de kilomètres de leur emplacement d'origine. Aujourd'hui, la plupart des diamants se trouvent en Australie, à Bornéo, au Brésil, en Russie et dans plusieurs pays africains, dont l'Afrique du Sud et le Zaïre.

Modèles d'emplacement de kimberlite

Mitchell (1986) considère plusieurs théories et présente une critique plus complète de chaque théorie de mise en place.

1. Théorie du volcanisme explosif
2. Théorie magmatique (fluidisation)
3. Théorie hydrovolcanique

1. Théorie du volcanisme explosif

Cette théorie implique la mise en commun du magma de kimberlite à de faibles profondeurs et l'accumulation subséquente de volatils. Lorsque la pression à l'intérieur de cette poche, appelée chambre intermédiaire, est suffisante pour surmonter la charge des roches au-dessus, une éruption s'ensuit. On pense que l'épicentre de l'éruption se situe au contact du faciès du diatrème.

Grâce à une exploitation minière intensive, il est clair que cette théorie est insoutenable. Aucune chambre intermédiaire n'a été découverte en profondeur.

2. Théorie magmatique

Le promoteur original de cette théorie était Dowson (1971). Il a ensuite été construit par Clement (1982) et poussé par Field et Scott Smith (1999)

Le magma de kimberlite remonte de la profondeur avec différentes impulsions appelées «tuyaux embryonnaires». La surface n'est pas percée et les volatils ne s'échappent pas. À un moment donné, les tuyaux embryonnaires atteignent une profondeur suffisamment faible. Grâce à quoi la pression des volatils est capable de surmonter la charge des roches sus-jacentes. Au fur et à mesure que les volatils s'échappent, une brève période de fluidisation assure. On pense que la fluidisation est de courte durée car les fragments sont généralement anguleux.

3. Théorie hydrovolcanique

Le principal promoteur de cette théorie est Lorenz (1999). Les magmas de kimberlites montent de profondeur à travers des fissures étroites de 1 m d'épaisseur. Le magma de kimberlite est concentré le long de la structure défauts qui agissent comme des foyers pour les eaux ou la bréchification résultante due à l'exsolution volatile des kimberlites montantes peut agir comme un foyer pour l'eau. La roche bréchique se recharge avec les eaux souterraines. Une autre impulsion de magma de kimberlite suit la certaine faiblesse structurelle de la roche jusqu'à la surface et entre à nouveau en contact avec de l'eau, produisant une autre explosion.

Géochimie des kimberlites

La géochimie des Kimberlites est définie par les paramètres suivants :

ultramafique, MgO > 12 % et généralement > 15 % ;

ultrapotassique, molaire K2O/Al2O3 >3 ;

Ni quasi primitif (>400 ppm), Cr (>1000 ppm), Co (>150 ppm);

Enrichissement en terres rares ;[14]

enrichissement modéré à élevé en éléments lithophiles à gros ions (LILE) [15], ΣLILE => 1,000 XNUMX ppm;

H2O et CO2 élevés.

Composition des kimberlites

L'emplacement et l'origine des magmas kimberlitiques sont sujets à controverse. Leur enrichissement extrême et leur géochimie ont conduit à de nombreuses spéculations sur leur origine, les modèles plaçant leur source dans le manteau lithosphérique sous-continental (SCLM) ou même aussi profondément que la zone de transition. Le mécanisme d'enrichissement a également fait l'objet d'intérêt avec des modèles incluant la fusion partielle, l'assimilation de sédiments subductés ou la dérivation à partir d'une source primaire de magma.

Historiquement, les kimberlites ont été classées en deux variétés différentes appelées «basaltique» et «micacée» sur la base d'observations pétrographiques. Cela a ensuite été révisé par CB Smith, qui a renommé «groupe I» et «groupe II» de ces groupes en fonction des affinités isotopiques de ces roches en utilisant les systèmes Nd, Sr et Pb. Roger Mitchell suggéra plus tard la présentation de ces kimberlites des groupes I et II. Ces différences évidentes ne sont peut-être pas aussi étroitement liées qu'ils le pensaient autrefois. II. Le groupe a montré que les kimberlites montraient plus de tendance vers les lampolines que le groupe I. Par conséquent, le groupe II a reclassé les kimberlites en orange pour éviter toute confusion.

Kimberlites du groupe I

Les kimberlites du groupe I sont des kimberlites ultramafiques riches en CO2 roches ignées dominé par les forstéritiques primaires olivine et minéraux carbonatés, avec un assemblage d'oligo-éléments de magnésien ilménite, chrome pyrope, almandin-pyrope, chrome diopside (dans certains cas subcalcique), phlogopite, enstatite et de Ti-pauvre chromite. Les kimberlites du groupe I présentent une texture inéquigranulaire distinctive causée par des phénocristaux macrocristiques (0.5–10 mm ou 0.020–0.394 po) à mégacristiques (10–200 mm ou 0.39–7.87 po) d'olivine, de pyrope, de diopside chromien, d'ilménite magnésienne et de phlogopite, dans un sol à grain fin à moyen.

Lamproïtes à olivine

Les lamproïtes à olivine étaient auparavant appelées kimberlite du groupe II ou orangeite en réponse à la croyance erronée selon laquelle elles ne se trouvaient qu'en Afrique du Sud. Leur occurrence et leur pétrologie, cependant, sont identiques à l'échelle mondiale et ne doivent pas être appelées à tort kimberlite. La caractéristique distinctive des lamproïtes à olivine est constituée de macrocristaux et de microphénocristaux de phlogopite, ainsi que de micas de masse souterraine dont la composition varie de la phlogopite à la «tétraferriphlogopite» (phlogopite anormalement pauvre en Al nécessitant Fe pour pénétrer dans le site tétraédrique). Les macrocristaux d'olivine résorbés et les cristaux primaires euhédriques d'olivine de masse souterraine sont des constituants communs mais non essentiels.

Minéraux indicateurs kimberlitiques

Les kimberlites sont des roches ignées particulières car elles contiennent une variété d'espèces minérales avec des compositions chimiques qui indiquent qu'elles se sont formées sous haute pression et température dans le manteau. Ces minéraux, comme le diopside de chrome (un pyroxène), les spinelles de chrome, l'ilménite magnésienne et les grenats pyropes riches en chrome sont généralement absents de la plupart des autres roches ignées, ce qui les rend particulièrement utiles comme indicateurs des kimberlites.

Importance économique de la kimberlite

Les kimberlites sont la plus importante source de diamants au monde. Environ 6,400 900 cheminées de kimberlite ont été découvertes dans le monde, dont environ 30 ont été classées comme diamantifères, et parmi celles-ci un peu plus de XNUMX ont été suffisamment économiques pour extraire des diamants.

Les gisements de Kimberley, en Afrique du Sud, ont été les premiers reconnus et la source du nom. Les diamants de Kimberley ont été trouvés à l'origine dans de la kimberlite altérée, qui était colorée en jaune par la limonite, et était donc appelée «sol jaune». Les travaux plus profonds ont rencontré une roche moins altérée, la kimberlite serpentinisée, que les mineurs appellent «sol bleu».

Les sols bleu et jaune étaient tous deux des producteurs prolifiques de diamants. Après l'épuisement du sol jaune, les mineurs de la fin du XIXe siècle ont accidentellement coupé le sol bleu et ont trouvé des diamants de qualité gemme en quantité. L'importance économique de l'époque était telle qu'avec la découverte d'un flot de diamants, les mineurs ont réduit les prix les uns des autres et ont finalement réduit la valeur des diamants au coût en peu de temps.

Formation kimberlitique

Le consensus général est que les kimberlites se forment profondément dans le manteau, à des profondeurs comprises entre 150 et 450 kilomètres, à partir de compositions de manteaux exotiques anormalement enrichies. Ils éclatent rapidement et violemment, souvent avec la libération de quantités considérables de dioxyde de carbone (CO2) et de composants volatils. Les explosions violentes produisent des colonnes verticales de roche - des tuyaux volcaniques ou des tuyaux de kimberlite - qui s'élèvent des réservoirs de magma. La profondeur de fusion et le processus de génération rendent les kimberlites susceptibles d'héberger des xénocristaux de diamant.

La morphologie des cheminées de kimberlite est variée, mais elle comprend généralement un complexe de dykes en feuille de dykes d'alimentation à pendage vertical à la racine de la cheminée, s'étendant jusqu'au manteau. À moins de 1.5 à 2 kilomètres (km) de la surface, lorsque le magma explose vers le haut, il se dilate pour former une zone conique à cylindrique appelée diatrème, qui éclate à la surface.

L'expression de surface est rarement conservée, mais elle est généralement similaire à un maar volcan. Le diamètre d'une cheminée de kimberlite à la surface est généralement de quelques centaines de mètres à un kilomètre.

On pense que de nombreuses cheminées de kimberlite se sont formées il y a environ 70 à 150 millions d'années, mais en Afrique australe, il y en a plusieurs qui se sont formées il y a 60 à 1,600 1995 millions d'années (Mitchell, 16, p. XNUMX).

Conclusion

• Les magmas kimberlitiques sont riches en dioxyde de carbone et en eau qui amène le magma rapidement et violemment au manteau.
• La kimberlite est une roche ignée ultramafique potassique riche en gaz.
• L'Australie est actuellement le plus grand producteur mondial de diamants de faible qualité et utilisés à des fins industrielles.
• La kimnerlite du faciès du cratère est reconnue par des caractéristiques sédimentaires.
• Les faciès diatrème sont reconnus par le pelletal lapillis.
• Les faciès hypabyssaux sont communément reconnus par une texture ségrégationnaire et la présence d'une cancite abondante.

Bibliographie

• En ligneBonewitz, R. (2012). Roches et minéraux. 2e éd. Londres : DK Publishing.
• En ligneKurszlaukis, S., & Fulop, A. (2013). Facteurs contrôlant l'architecture des faciès internes des volcans maar-diatrèmes. Bulletin de Volcanologie, 75 (11), 761.
• Contributeurs Wikipédia. (2019, 14 février). Kimberlite. Dans Wikipédia, L'Encyclopédie Libre. Extrait le 16 mai 10 à 11h2019 de https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Kimberlite&oldid=883239063