Kimberlite

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La kimberlite est une roche ignée qui source majeure de diamants. La kimberlite est une variété de péridotite. Elle est riche en contenu minéral de mica et souvent sous forme de cristaux de phlogopite. D’autres minéraux abondants sont le chrome-diopside, l’olivine et le grenat riche en chrome et en pyrope. La kimberlite se trouve généralement dans des cheminées, c’est-à-dire des structures à bords verticaux dont la section transversale est grossièrement circulaire. La roche a pu être injectée dans les zones de faiblesse du manteau. Des parties des roches du manteau sont souvent ramenées 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 parce qu’elle sert de support aux diamants et aux xénolites de péridotite grenat jusqu’à la surface de la Terre. Sa dérivation probable à des profondeurs plus grandes que 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 de la kimberlite. 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 l’interface ou près de l’interface entre la lithosphère continentale cratonique et le manteau asthénosphérique convectif sous-jacent.

Origine du nom : La kimberlite de roche 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 la kimberlite altérée,qui était colorée en jaune par la limonite et était donc appelée sol jaune.Des exploitations plus profondes ont produit une roche moins altérée, la kimberlite serpentinisée, que les mineurs appellent sol bleu.

Catégorisation des kimberlites

Sur la base d’études sur un grand nombre de gisements de kimberlite,les géologues ont divisé les kimberlites en 3 unités distinctes basées sur leurmorphologie et leur pétrologie.

Ces unités sont :

1. Kimberlite à faciès de cratère
2. Kimberlite à faciès de diatrème
3. Kimberlite à faciès hypabyssal

1) Kimberlite à faciès de cratère

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 plus profond au centre. Autour du cratère se trouve un anneau de tuf qui est relativement petit, généralement moins de 30 mètres, par rapport au diamètre du cratère. On trouve deux grandes catégories de roches dans la kimberlite à faciès de cratère : les pyroclastiques, celles qui ont été déposées par les forces éruptives, et les épiclastiques, qui sont des roches remaniées par l’eau.

2) Kimberlite à faciès de diatrème

Les diatrèmes de kimberlite sont des corps profonds de 1 à 2 kilomètres, généralement en forme de carotte, qui sont circulaires à elliptiques en surface et s’effilent en profondeur. Le contact de pendage avec les roches hôtes est généralement de 80-85 degrés. La zone est caractérisée par des matériaux kimberlitiques volcanoclastiques fragmentés et des xénolites arrachés à divers niveaux de la croûte terrestre pendant le voyage des kimberlites vers la surface. Quelques caractéristiques texturales de la kimberlite à faciès diatrique :

3) Kimberlite à faciès hypabyssal

Ces roches sont formées par la cristallisation d’un magma kimberlitique chaud et riche en substances volatiles. En général, elles ne présentent pas de caractéristiques de fragmentation et semblent ignées. 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 une zonation concentrique ; La texture inégale crée une texture pseudoporphyrique.

Carbone et Kimberlite

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

Diamant – un cristal extrêmement dur et clair

Les diamants se forment à environ 161 km sous la surface de la Terre, dans la roche fondue 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 soumis à une pression d’au moins 435 113 livres par pouce carré (psi ou 30 kilobars) et à une température d’au moins 752 degrés Fahrenheit (400 Celsius). Si les conditions descendent en dessous de l’un de ces deux points, du graphite sera créé. À des profondeurs de 150 km ou plus, la pression atteint environ 50 kilobars (725 189 psi) et la chaleur peut dépasser 1 200 °C (2 192 °F). 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 fait remonter les diamants à la surface, créant ainsi des pipes de kimberlite.

Les pipes de kimberlite sont créées lorsque le magma s’écoule à travers de profondes fractures dans la Terre. Le magma à l’intérieur des pipes 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 beaucoup plus puissantes que les éruptions volcaniques actuelles. Le magma de ces éruptions provenait de profondeurs trois fois plus importantes que la source de magma de volcans comme le Mont St. Helens, selon le Musée américain d’histoire naturelle.

Le magma a fini par refroidir à l’intérieur de ces pipes de kimberlite,laissant derrière lui des veines coniques de roche kimberlitique qui contiennent des diamants.La kimberlite est une roche bleutée que les mineurs de diamants recherchent lorsqu’ils cherchent de nouveaux gisements de diamants. La surface des pipes de kimberlite diamantifères varie de 2 à 146 hectares (5 à 361 acres).

Les diamants peuvent également être trouvés dans les lits des rivières, qui sont appelés sites diamantifères alluviaux. Ce sont des diamants qui proviennent de pipes kimberlitiques, 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 de mise en place des kimberlites

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 kimberlitique à de faibles profondeurs et l’accumulation subséquente-ıp de volatiles. 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 pensait que l’épicentre de l’éruption se trouvait au contact du faciès diatrème.

Avec l’exploitation minière extensive, il est clair que cette théorie est indéfendable. Aucune chambre intermédiaire n’a été trouvée en profondeur.

2. Théorie magmatique

Le promoteur initial de cette théorie était Dowson (1971). Elle a été subséquemment construite par Clement (1982) et est poussée par Field et ScottSmith (1999)

Le magma kimberlitique monte de la profondeur avec différentes impulsions de constructiontermed comme « pipes embryonnaires ». La surface n’est pas percée et les volatiles ne s’échappent pas. A un moment donné, les tuyaux embryonnaires atteignent une profondeur suffisante. La pression des substances volatiles est alors capable de surmonter la charge des roches sus-jacentes. Comme les substances volatiles s’échappent, une brève période de fluidification se produit. On pense que la fluidisation est de courte durée car les fragments sont généralement anguleux.

3. Théorie hydrovolcanique

Le principal partisan de cette théorie est Lorenz (1999).Les magmas kimberlites remontent de la profondeur à travers des fissures étroites de 1m d’épaisseur. Le magma kimberlitique est concentré le long de failles structurelles 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 est rechargée en eau souterraine. Une autre impulsion de magma kimberlitique suit les faiblesses structurelles de la roche jusqu’à la surface et entre à nouveau en contact avec 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;

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

Enrichissement en ERE;

Enrichissement modéré à élevé en éléments lithophiles à gros ions (LILE)ΣLILE = >1 000 ppm;

Haute teneur en H2O et CO2.

Composition des kimberlites

La localisation et l’origine des magmas kimberlitiques sont des sujets de discorde. Leur enrichissement extrême et leur géochimie ont donné lieu à de nombreuses spéculations sur leur origine, les modèles plaçant leur source dans le manteau lithosphérique sous-continental (SCLM) ou même aussi profond que la zone de transition. Le mécanisme d’enrichissement a également été le sujet d’intérêt avec des modèles comprenant la fusion partielle, l’assimilation de sédiments subductifs ou la dérivation d’une source magmatique primaire.

Historiquement, les kimberlites ont été classées en deux variétés différentes appelées basaltiques » et « micacées » sur la base d’observations pétrographiques. Cette classification a été révisée plus tard par CB Smith, qui a renommé le « groupe I » et le « groupe II » de ces groupes sur la base des affinités isotopiques de ces roches en utilisant les systèmes Nd, Sr et Pb. Roger Mitchelllater a suggéré la présentation de ces kimberlites des groupes I et II. Ces différences évidentes ne sont peut-être pas aussi étroitement liées qu’on le pensait autrefois. II. Les groupes ont montré que les kimberlites avaient 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 roches potassiques ultramafiques riches en CO2 dominées par l’olivine primaire forstéritique et les minéraux carbonatés,avec un assemblage de minéraux en traces d’ilménite magnésienne, de pyrope de chrome,d’almandine-pyrope, de diopside de chrome (dans certains cas subcalcique), de phlogopite,d’enstatite et de chromite pauvre en Ti. Les kimberlites du groupe I présentent une texture distinctiveinequigranulaire causée par des phénocristaux macrocristallins (0,5-10 mm ou 0,020-0,394 po) à tégacristallins (10-200 mm ou 0,39-7,87 po) d’olivine, de pyrope, de diopside chromifère, d’ilménite magnésienne et de phlogopite, dans une masse de fond 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 qu’elles n’apparaissaient qu’en Afrique du Sud. Les lamproïtes olivines sont des roches ultrapotassiques, peralcalines et riches en substances volatiles (principalement H2O). La caractéristique distinctive des lamproïtes olivines est la présence de phlogopitemacrocristaux et de microphénocristaux, ainsi que de micas de masse de fond dont l’incomposition varie de la phlogopite à la « tétraferriphlogopite » (phlogopite anormalement pauvre en Al, nécessitant du Fe pour entrer dans le site tétraédrique). Les macrocristaux d’olivine résorbés et les cristaux primaires euédriques d’olivine de masse broyée sont des constituants courants mais non essentiels.

Minéraux indicateurs kimberlitiques

Les kimberlites sont des roches ignées particulières car elles contiennent une variété d’espèces minérales dont la composition chimique indique qu’elles se sont formées sous une pression et une température élevées au sein du manteau. Ces minéraux,tels que le diopside de chrome (un pyroxène), les spinelles de chrome, l’ilménite magnésienne et les grenats pyrope 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 dans le monde. Environ 6 400 pipes de kimberlite ont été découvertes dans le monde, dont environ 900 ont été classées comme diamantifères, et parmi celles-ci, un peu plus de 30 ont été suffisamment économiques pour être exploitées en diamant.

Les gisements se produisant à Kimberley, en Afrique du Sud, ont été les premiers reconnus et la source du nom. Les diamants de Kimberley ont été initialement trouvés dans de la kimberlite altérée, qui était colorée en jaune par la limonite, et donc appelée « sol jaune ». Des exploitations plus profondes ont rencontré des roches moins altérées, de la kimberlite serpentinisée, que les mineurs appellent « blueground ».

Les blue ground et yellow ground étaient tous deux des producteurs prolifiques dediamants. Après l’épuisement du sol jaune, les mineurs de la fin du 19ème siècle ont accidentellement coupé dans le sol bleu et ont trouvé des diamants de qualité gemme en quantité. L’importance économique de l’époque était telle qu’avec l’afflux de diamants découverts, les mineurs ont cassé les prix des uns et des autres et ont fini par faire baisser la valeur des diamants jusqu’à leur coût en peu de temps.

Formation des kimberlites

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 mantelliques exotiques anormalement enrichies. Elles font l’objet d’une éruption rapide et violente, avec souvent la libération de quantités considérables de dioxyde de carbone (CO2) et de composants volatils. Les explosions violentes produisent des colonnes verticales de roches – des pipes volcaniques ou des pipes de kimberlite – qui s’élèvent des réservoirs de magma.La profondeur de la fusion et le processus de génération font que les kimberlites sont susceptibles d’accueillir des xénocristaux de diamant.

La morphologie des pipes de kimberlite est variée, mais elle comprend généralement un complexe de dykes en feuillets de dikes d’alimentation à pendage vertical dans la racine de la pipe, s’étendant jusqu’au manteau. Dans un rayon 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 le diatrème, qui fait éruption à la surface.

L’expression de la surface est rarement préservée, mais elle est habituellement similaire à un volcan de type maar. 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 entre 60 et 1 600 millions d’années (Mitchell, 1995, p. 16).

Conclusion

• Les magmas kimberlitiques sont riches en dioxyde de carbone et en eau, ce qui amène le magma rapidement et violemment dans le manteau.
• La kimberlite est une roche ultramafique potassique riche en gaz.
• L’Auistralie est actuellement le plus grand producteur mondial de diamants sont de faible qualité et utilisés à des fins industrielles.
• La kimnerlite à faciès cratère est reconnue par des caractéristiques sédimentaires.
• Les faciès diatrème sont reconnus par des pelletallapilli.
• Les facşes hypabyssales şs sont communément reconnues par une texture ségrégative et la présence de cancite abondante.

• Bonewitz, R. (2012). Rocks and minerals. 2e éd.Londres : DK Publishing.
• Kurszlaukis, S., & Fulop, A. (2013). Factorscontrolling the internal facies architecture of maar-diatreme volcanoes.Bulletin of Volcanology, 75(11), 761.
• Wikipedia contributors. (2019, 14 février).Kimberlite. Dans Wikipédia, l’encyclopédie libre. Consulté le 11 mai 2019 à 16:10,de https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Kimberlite&oldid=883239063

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