La kimberlita es una peridotita flogopita similar a una serpentina. La kimberlita rara vez se encuentra en la naturaleza, generalmente en forma de pequeñas intrusiones. El área expuesta representa menos del 0,1 del área total de todas las rocas ígneas expuestas. Este es un tipo de roca inusual que es epigenético-ultraepigenético. Sin embargo, la kimberlita juega un papel importante en la petrología, especialmente en la investigación geológica profunda y en la economía nacional. En términos de valor académico, la kimberlita es una de las rocas ígneas más profundas de la naturaleza, proveniente de la parte inferior del manto litosfera de 150 ~ 200 km. El fluido inicial puede provenir de la zona de transición del manto, a menudo transportando peridotita del manto y xenolitos de la corteza inferior, preservando una gran cantidad de registros de composición de materiales profundos y procesos geológicos (Zheng Jianping y Lu Fengxiang, 1999), y puede proporcionar una profundidad de 200 km. En términos de valor económico, la kimberlita está estrechamente relacionada con recursos preciosos de gemas como los diamantes (diamantes) y es la principal roca madre de los diamantes. La mayoría de los diamantes valorados como gemas del mundo provienen de la kimberlita. Por ejemplo, el diamante con calidad de gema más grande del mundo, el Cullinan (que pesa 3.106 quilates), se produjo en la tubería de kimberlita Premier en Sudáfrica. El cuerpo principal de diamantes no está cristalizado a partir de magma de kimberlita, y la edad de los diamantes es generalmente mayor que la edad de la kimberlita que lo porta (Zheng Jianping, 1991).
En 1870, se descubrió por primera vez en Sudáfrica el cono de kimberlita de Dutoispan que contenía diamantes primarios. Posteriormente, se descubrieron uno tras otro los famosos conos ricos en diamantes como los de Kimberley, De Beers y Balfourtan, abriendo la kimberlita. y capítulo de investigación sobre depósitos primarios de diamantes. Hasta 2001 se habían descubierto en todo el mundo más de 5.000 pitones de kimberlita, de los cuales más de 100 tenían un importante valor económico, representando el 2% del total. En China, se descubrieron dos áreas de kimberlita con diamantes en Mengyin, Shandong y Fuxian, Liaoning, en 1965 y 1970 respectivamente. Entre ellos, los diamantes producidos por Fuxian No. 50 Rock Pipe son de alta calidad y muy populares en el mercado internacional.
La mayoría de las kimberlitas están muy alteradas y sus minerales y estructuras rocosas originales están mal conservadas. Sin embargo, una gran cantidad de estudios han demostrado que la composición mineral de la kimberlita es muy compleja, e incluye no solo minerales cristalizados directamente del magma, como olivino, flogopita, ilmenita, espinela (cromita), perovskita, apatita, circón, etc. También existen xenolitos (minerales extraños) resultantes de la desintegración de materiales del manto y de la corteza terrestre transportados por el magma en la zona de origen y en su ascenso, como el olivino de grano grueso, el granate, la cromita, el diamante, el circón, etc. Además, debido a que el magma es rico en volátiles, también se encuentran minerales de carbonatos y silicatos hidratados.
(2) Características petrográficas
1. Composición mineral
Hay muchos tipos de minerales que componen la kimberlita. Según las estadísticas de las áreas rocosas de Fuxian y Mengyin en China, se han descubierto 86 minerales. Aquí sólo se presentan los principales tipos y características de minerales.
◎Olivino: El mineral con mayor contenido en kimberlita se puede dividir en tres generaciones. Los más antiguos son grandes cristales de olivino, redondos u ovalados, en su mayoría de 2 ~ 4 mm, hasta 65438 ± 0 cm, y compuestos de forsterita; los fenocristales de olivino de segunda generación tienen buenas formas euhédricas y hexágonos completos, generalmente de menos de 2 mm. también está compuesto de forsterita (Figura 11-1). La matriz de olivino es de tercera generación con partículas más pequeñas y está compuesta por forsterita o forsterita. Casi todos los olivinos de las kimberlitas de mi país han sufrido un fuerte autosomatismo, formando la ilusión de serpentinas y carbonatos. La mayoría de la gente cree que el olivino de grano grueso no es producto de la cristalización directa del magma, sino de los xenocristales del manto terrestre. Arndt et al. (2010) propusieron criterios que combinan la morfología del cristal, la deformación interna y la composición para distinguir los xenocristales de los cristales porfídicos.
◎El granate es un mineral importante en la kimberlita. Entre ellos, el granate con alto contenido de cromo y bajo contenido de calcio tiene una relación simbiótica con el diamante, lo que tiene una importante importancia en la prospección. El granate se produce generalmente en forma de cristales gruesos y megacristales. Los cristales gruesos son xenocristales en el manto terrestre. Los megacristales son el producto de la cristalización temprana del magma de kimberlita. Los granates de grano grueso suelen tener forma redonda, con bordes secundarios y varían del marrón al verde oscuro y al negro. Está compuesto por clinopiroxeno, ortopiroxeno, espinela, flogopita, serpentina y criptocristalino. Se denomina granate secundario, que es el resultado de la reacción de descomposición del granate del manto terrestre una vez que migra de su zona estable.
La composición del granate es principalmente de la serie piropo-granate de aluminio-granate grosular, que muestra una cierta gama de cambios de composición. Los que tienen un alto contenido de Cr2O3 y un bajo contenido de CaO son de color azul violeta, los que tienen un alto contenido de MgO son de color rosa y los que tienen un alto contenido de FeO son de color naranja o rojo intenso. Los cristales gruesos son en su mayoría series de color púrpura, azul y rosa, y los cristales gigantes son series de color naranja. Estrechamente relacionado con el diamante está el granate azul violeta, Cao < 3, Cr2O3 > 4.
Figura 11-1 Estructura micromodo formada por olivino autigénico de segunda generación (Fuxian, Liaoning, luz polarizada única, 10×4) (citado de la tesis doctoral de Zheng Jianping, 1997).
◎Flogopita: Existen tres generaciones de flogopita en kimberlita, megacristales, fenocristales y matriz. La mayoría de ellos se forman por cristalización de magma, pero el tiempo de cristalización es diferente. Los cristales gigantes cristalizan bajo alta presión, y los cristales son más grandes, de hasta varios centímetros, con erosión por fusión y oscurecimiento de los bordes, y también se puede encontrar extinción ondulada. Los cristales de pórfido cristalizan a medida que el magma asciende; una vez que la masa rocosa está en su lugar, la matriz cristaliza. La flogopita en la kimberlita a veces presenta retroabsorción, es decir, ng < nm < NP. La razón de la retroabsorción es un contenido insuficiente de Si o Si Al en la mica, que puede ir acompañado de un aumento de Fe y Ti en las posiciones tetraédricas.
◎Espinela: De grano grueso y con forma de matriz en la kimberlita, aunque en pequeña cantidad es muy común. La espinela de grano grueso se origina en el manto y se desequilibra con el magma ascendente. A menudo se desarrolla a lo largo del lado de reacción, y el componente principal de este lado es la magnetita. La espinela de cristal grueso mide generalmente entre 0,1 y 0,5 mm y tiene forma redonda, mientras que la espinela de matriz mide menos de 0,08 mm y tiene una buena forma euhédrica. A medida que aumenta el contenido de Cr2O3, el color de la espinela cambia de marrón oscuro transparente a opaco. La espinela (cromita) con alto contenido de Cr2O3 es un mineral indicador para encontrar kimberlita.
◎Minerales ricos en titanio: incluyendo ilmenita, perovskita, rutilo, ilmenita, mineral de Yimeng (K(Cr, Ti, Fe, Mg) 12O19), etc. Los tres primeros son cristales de magma, que generalmente aparecen en la matriz de la kimberlita; la magnesita es en su mayoría granos gruesos del manto terrestre. El mineral de Yimeng fue descubierto por primera vez por eruditos chinos en el dique Hongqi No. 27 en el área de kimberlita de Mengyin en Shandong. con un tamaño de 0.5 ~ 2mm; negro, opaco, metálico, escamoso y delgado, que es producto del metasomatismo del manto junto con la ilmenita, es un mineral indicador para la búsqueda de diamantes.
Minerales alterados: se refiere a minerales formados por la reposición de líquidos. Los minerales de alteración más comunes en la kimberlita incluyen serpentina, carbonato, clorita, etc. Suelen aparecer como una reunión de personas. A veces, bajo el microscopio, se pueden ver serpentina y carbonato en el olivino metasomático en forma de anillo, lo que indica que la composición del líquido metasomático tiene las características de la interacción de H2O y CO2.
Además de los minerales anteriores, también existen apatita, circón, sulfuros, elementos naturales (como hierro natural, plata natural, cobre natural, estaño natural, silicio natural, etc.) y compuestos intermetálicos ( Carburo de silicio, carburo de tungsteno, silita, etc.). La apariencia de los últimos tres minerales refleja un ambiente de cristalización extremadamente reductor, que es consistente con las características de los diamantes formados en un ambiente reductor.
Además, en la arena pesada artificial de kimberlita se pueden encontrar "pellets fundidos" amorfos o cristalinos con diámetros en su mayoría inferiores a 1 mm. Se pueden dividir en tres tipos según su composición, a saber, Gránulos de titanio con alto contenido de hierro, gránulos de níquel, azufre y hierro y gránulos de aluminio y silicio de color claro. Las esferulitas fundidas ocurren en la etapa tardía de la cristalización del magma y son relativamente ricas en CO2, SO2, FeO, MnO y TiO2_2. Bajo condiciones de rápido ascenso, enfriamiento y descompresión, aparecen varias zonas localmente ordenadas en el magma (Lv Fengxiang et al. , 2007).
Tabla 11-1 Clasificación genética y estructural de la kimberlita
(Según Lu Fengxiang 1996, simplificado)
2 Estructura estructural
( 1) Estructuras de uso común
La kimberlita es una roca formada por la consolidación de materiales del manto, magma y materia volátil. No solo se refleja en el tipo de mineral, sino también en la estructura. La clasificación estructural genética de la kimberlita se muestra en la Tabla 11-1. Las estructuras comunes se presentan a continuación:
◎Estructura porfídica de grano grueso: es el tipo de estructura más común de la kimberlita. Esta estructura se forma cuando el magma captura el olivino descompuesto de la peridotita del manto en el área de origen. Se caracteriza por un olivino grueso y redondo esparcido en la matriz, y la escala del espécimen de mano es muy clara.
El contenido de cristales gruesos en los tubos delgados Mengyin Shengli 1 en Shandong llega al 40% y la calidad de los diamantes también es muy alta, lo que tiene una correlación positiva obvia. El peridoto se serpentina fácilmente. Los megacristales a veces son difíciles de distinguir de los cristales gruesos, pero los megacristales son más grandes, generalmente de más de 1 cm y hasta decenas de centímetros. Los megacristales están distribuidos de manera desigual en las rocas y son pequeños en número, por lo que presentan una estructura de grano desigual.
◎Estructura microscópica del pórfido: Observados al microscopio, los cristales de pórfido se encuentran uniformemente dispersos en la matriz, con olivino y una pequeña cantidad de flogopita, y el olivino es serpentina (Figura 11-1).
◎Estructura autosomática: La estructura autosomática se refiere a la estructura autosomática del olivino o granate con la participación de fluidos relacionados con el magmatismo de kimberlita (no de las rocas circundantes ni del agua de circulación atmosférica) y el efecto metasomatismo posterior. se mejora, formando así una estructura de anillo en forma de red (metasomático a lo largo de las grietas), residuos metasomáticos (mestasomatismo incompleto, aún quedan partes frescas en el mineral), anillos metasomáticos (más de un producto metasomático forma un anillo) y artefactos metasomáticos (completo metasomatismo). Posteriormente no se encontraron residuos).
(2) Estructura común
Incluyendo estructura de bloques, estructura de brecha y estructura de bola de roca. Los componentes de brecha de las estructuras similares a brechas se derivan de las rocas del país y el manto, y están distribuidos de manera desigual en la kimberlita, lo que resulta en la formación de esta estructura. La estructura de la esfera de roca se refiere a las esferas con composición de kimberlita en la roca. El tamaño de las esferas varía de 2 mm a 10 cm. Las esferas tienen un núcleo de clastos minerales y una periferia de kimberlita de grano fino, y las esferas están cementadas con kimberlita de grano grueso.
(3) Petroquímica
La composición química de la kimberlita se muestra en la Tabla 11-2. Como se puede observar en la tabla, la kimberlita es rica en MgO, rica en materia volátil y baja en SiO2_2 y Al_2O_3.
La kimberlita es una roca insaturada de SiO_2, similar a la peridotita ordinaria. Su contenido de SiO_2 es bajo, generalmente inferior a 40, y algunos son superiores a 40 entre los oligoelementos, los elementos compatibles; cromo, níquel, alto contenido de cobalto. A diferencia de la peridotita, el contenido de K2O, Na2O y elementos incompatibles Rb, Ba, Nb y LREE es alto, K2O > Na2O. Además, la kimberlita es rica en H2O y CO2 volátiles.
Tabla 11-2 Composiciones químicas de algunas kimberlitas y lamprófiros representativos (WB/)
Continuación
1. Kimberlita paleozoica en el área de Mengyin (Lu et al. , 1998); 2. kimberlita mesozoica en la región de Kimberley en Sudáfrica (Le Roex et al., 2003); 3. kimberlita paleozoica con alto contenido de titanio en la península de Kola, Rusia (Beard et al., 1996); Península, Rusia Kimberlitas paleozoicas (Beard et al., 1996); kimberlitas proterozoicas en la cuenca de Cuddapah y el cratón de Dharwar, India (Chalapathi Rao et al., 2004). Pórfido (Chalapathi Rao et al., 2004); 7. Lamporita de Gaussberg en la Antártida (Gill, 2010); 8. Lamporita en Australia Occidental (Luo Huiwen, Yang Guangshu, 1989); Yang Guangshu, 1989).
(4) Ocurrencia y tipo
Casi todas las kimberlitas del mundo se distribuyen en plataformas estables (cratones), como Sudáfrica, Siberia, América del Sur, Canadá, Cratón del Norte de China. en Australia, India y China. La kimberlita se formó principalmente en el Proterozoico (representado por Australia e India), Paleozoico (representado por Europa, Siberia y China) y Mesozoico (representado por Sudáfrica y Canadá), con una pequeña cantidad formada en el Paleógeno-Neógeno, como Canadá. de Lark de Grasse (Yance Sheahan, 1995).
Las rocas de kimberlita se producen a menudo en forma de diques, conos o tuberías, pero la escala es muy pequeña, el diámetro de la tubería es de sólo unos pocos cientos de metros, formando una fase poco profunda o ultrasuperficial; también puede desbordar la superficie para formar una fase de cráter.
Figura 11-2 Modelo ideal de emplazamiento de magma de kimberlita (según Mitchell, 1986)
Según la exposición de kimberlita durante la extracción de diamantes en Sudáfrica, Mitchell (1986) Un ideal Se propuso un modelo para el emplazamiento de magma de kimberlita (Figura 11-2), es decir, la fase de raíz (incluida la pared de roca poco profunda y el lecho de roca), la fase de canal volcánico (cuello volcánico) y la fase de cráter se dividen de abajo hacia arriba en diferentes fases. Sobre esta base, Field Smith (1999) y Skinner Marsh (2004) combinaron investigaciones sobre conos de kimberlita en Sudáfrica y Canadá y dividieron los conos de kimberlita en tres tipos: El primer tipo de conos de kimberlita consiste en fase de cuello volcánico, fase de transición, es Compuesto por fase marina poco profunda y fase de cráter. La fase de cráter está compuesta por restos magmáticos esféricos y una gran cantidad de microcristales. Los conos de kimberlita de tipos II y III se componen de fases marinas poco profundas y de caldera, pero sus fases de caldera son diferentes. Entre ellos, la fase de cráter del segundo tipo de tubería de kimberlita es principalmente kimberlita volcánica y brecha amebiana, y el tercer tipo de tubería de kimberlita es principalmente kimberlita volcánica redepositada y roca clástica de brecha.
(5) Petrogénesis y mineralización
Estudios petrológicos y geoquímicos muestran que la kimberlita no es producto de una única cristalización de magma, sino que contiene materiales sólidos (como manto y corteza). formado por la desintegración de la materia) y cristales de magma en forma de papilla ricos en materia volátil. Por tanto, consta de tres partes: masa fundida, materia sólida y volátiles en el manto y la corteza.
En general, se cree que el magma relacionado con la kimberlita se forma por la baja fusión parcial de la peridotita de granate a una profundidad de más de 150 ~ 200 km en el manto en condiciones que contienen H2O y CO2 (Eggler Wendland T , 1979; Wyllie, 1980; Canil Scare, 1990; Dalton Press, 1998) creen que la kimberlita es el producto de la fusión parcial baja del gabro metasomático; y el lamprofiro de olivino-K-Mg se encuentran en un sistema ternario manto-magma-fluido. En un determinado entorno dinámico litosférico, el elemento de tres terminales del material del manto, magma ultramáfico rico en potasio fundido de baja calidad y C, fluidos con H, O. , N y S como componentes principales reaccionan y se mezclan para formar un tinte mixto. Según Kamenetsky et al. (2008), la fusión inicial (magma de proto-kimberlita) era un fluido rico en cloruros y carbonatos con un contenido muy bajo de SiO2_2. A medida que el magma asciende a la superficie, gradualmente se convierte en un componente del magma de kimberlita debido a su interacción con las rocas del manto. La interacción entre el fluido y el manto incluye: el fluido asimila minerales del manto como el olivino, aumentando su contenido de MgO y, en última instancia, formando una composición caracterizada por un bajo contenido de silicio y un alto contenido de magnesio. Kamenetsky et al. (2004, 2008) utilizaron la composición de inclusiones de piroxeno y granate en olivino en kimberlita Udachnaya para inferir que estos xenolitos se cristalizaron en la parte inferior del manto litosférico a una presión equivalente a 5 GPa y una temperatura de 900 a 1000°C. Según las investigaciones, los fluidos de kimberlita originales son muy profundos y pueden provenir de la zona de transición del manto. Estos fluidos migran hacia arriba debido a la compactación del olivino (Grégoire et al., 2006). Sobre la base de estos conocimientos, Arndt et al. (2010) propusieron un modelo de formación de kimberlita en dos etapas: en la primera etapa, en el manto profundo (¿zona de transición del manto?), los fluidos ricos en CO2 se acumulan en el fondo de la litosfera. para formar bolsas ricas en líquido. El líquido reacciona con las rocas circundantes, consumiendo piroxeno y granate, dejando solo olivino; Por lo tanto, la dunita se forma alrededor de la bolsa de líquido debido al metasomatismo y la lherzolita se forma lejos de la bolsa de líquido. En la segunda etapa, debido a la presión dentro del paquete de fluido, la peridotita circundante se fractura y el fluido previamente mezclado con piroxeno y granate ingresa a las grietas y fluye rápidamente hacia la superficie. Durante el ascenso, se capturarán una tras otra dunita y otras peridotitas deformadas.
Las investigaciones de los últimos años han demostrado que los diamantes con valor económico no se forman por cristalización de magma, sino por xenocristales en el manto.
Por tanto, cuanto mayor sea el contenido de material del manto en la kimberlita, como el olivino de grano grueso, mejor será el contenido de diamantes.