Kimberlitos, Notas de estudo de Geologia

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

KIMBERLITO

MORFOLOGIA,

FORMAÇÃO E

KIMBERLITOS

DIAMANTÍFEROS

EM MINAS GERAIS

--- Rodrigo Correia Barbosa ---

ÍNDICE PÁGINA

• 1 – INTRODUÇÃO............................................................................................................
• 2 – MORFOLOGIA............................................................................................................
  • 2.1 – KIMBERLITO DE CRATERAS...................................................................
  • 2.2 – KIMBERLITO DE DIATREMAS.................................................................
  • 2.3 – KIMBERLITO ABISSAL..............................................................................
• 3 – MODELOS DE CLASSIFICAÇÃO DE KIMBERLITOS...........................................
• 4 – MODELOS DE FORMAÇÃO DO KIMBERLITO.....................................................
  • 4.1 – TEORIA DO VULCANISMO EXPLOSIVO................................................
  • 4.2 – TEORIA MAGMÁTICA (FLUIDIZAÇÃO).................................................
  • 4.3 – TEORIA HIDROVULCÂNICA (FREATOMAGMÁTICA)........................
• 5 – PETROLOGIA..............................................................................................................
  • 5.1 – KIMBERLITOS DO GRUPO I......................................................................
  • 5.2 – KIMBERLITOS DO GRUPO II....................................................................
• 6 – KIMBERLITO E OS DIAMANTES DE MINAS GERAIS.........................................
• 7 – CONCLUSÃO...............................................................................................................
• 8 – BIBLIOGRAFIA...........................................................................................................
• ANEXO I.............................................................................................................................
• ANEXO II...........................................................................................................................
• ANEXO III..........................................................................................................................
• ANEXO IV..........................................................................................................................

2 - MORFOLOGIA

Os kimberlitos são um grupo de rochas ultrabásicas ricas em voláteis (principalmente dióxido de carbono). Normalmente apresentam textura inequigranular característica, resultando na presença de macro-cristalizações inseridas em uma matriz de grãos finos. A montagem destas macro-cristalizações consistem em cristais anédricos de ilmenita magnesiana, piropo titaniano pobre em cromo, olivina, clinopiroxênio pobre em cromo, flogopita, enstatita e cromita pobre em titânio, sendo que a olivina é o membro dominante. Os minerais da matriz incluem olivina e/ou flogopita juntamente com perovskita, espinélio, diopsídio, monticellita, apatita, calcita e serpentina.

Alguns kimberlitos contém flogopita-estonita poiquilítica em estágio avançado. Sulfetos de níquel e rutilo são minerais acessórios comuns. A substituição de olivina, flogopita, monticellita e apatita por serpetina e calcita é comum.

Membros desenvolvidos do grupo do kimberlito podem ser pobres ou desprovidos de macro-cristalizações e compostos essencialmente de calcita, serpentina e magnetita juntamente com flogopita, apatita e perovskita, os últimos em menor quantidade.

Segundo Kopylova (2005), em referência a Clement e Skinner (1985), o kimberlito pode ser dividido em três unidades, baseadas em sua morfologia e petrologia:

2.1 - KIMBERLITO DE CRATERAS

A morfologia de superfície de kimberlitos intemperizados é caracterizada por uma cratera de até dois quilômetros de diâmetro cujo piso pode estar a centenas de metros abaixo da superfície. A cratera é geralmente mais profunda no meio. No entorno da cratera há um anel de tufa relativamente pequeno (em geral com menos de 30 metros) quando comparado com o diâmetro da cratera. Duas categorias principais de rochas são encontradas em kimberlitos de crateras: piroclásticas, depositadas por forças eruptivas e epiclásticas, retrabalhadas por água.

Rochas Piroclásticas: Encontradas preservadas em anéis de tufa no entorno da cratera ou dentro da cratera. Os anéis possuem pequena relação altura por diâmetro da cratera e são preservados em muito poucos kimberlitos. Os únicos locais com anéis de tufa bem preservados no mundo são Igwisi Hills na Tanzânia e Kasami em Mali. Os depósitos são normalmente acamados, vesiculares e carbonizados. Rochas Epiclásticas: Estes sedimentos representam retrabalho fluvial no material piroclástico do anel de tufa no lago formado no topo da diatrema. Apresentam-se dispersas quanto mais afastadas do centro e das paredes rochosas. Considerando a raridade de kimberlitos de crateras é difícil desenvolver um modelo para determinar com certeza que todos os kimberlitos serão conformados segundo as características observadas acima.

2.2 – KIMBERLITO DE DIATREMAS

Diatremas kimberlíticas possuem de 1 a 2 quilômetros de profundidade e geralmente apresentam-se como corpos cônicos que são circulares ou elípticos na superfície e afinam com a profundidade. O contato com a rocha hospedeira é dado usualmente entre 80 e 85 graus. A zona é caracterizada por material kimberlítico vulcanoclástico fragmentado e xenólitos agregados de vários níveis da crosta terrestre durante a subida do kimberlito à superfície.

2.3 – KIMBERLITO ABISSAL

Estas rochas são formadas pela cristalização de magma kimberlítico quente e rico e voláteis. Geralmente não possuem fragmentação e parecem ígneos. São notáveis as segregações de calcita-serpentina e as segregações globulares de kimberlito em uma matriz rica em carbonato.

As subdivisões das fácies principais são determinadas por diferenças na textura. As características diferenciadoras podem ser resumidas: Kimberlitos de crateras são reconhecidos por características sedimentares. Kimberlitos de diatremas são reconhecidas por formações geodésicas do magma cristalizado e formações semelhantes geradas durante a perda dos gases. Kimberlitos abissais são comumente reconhecidos pela presença abundante de calcita e textura segregada com macro/mega-cristalizações. A divisão entre “breccia” e “não breccia” (coluna dois – Tipo de Rocha) denomina rochas fragmentadas e é comumente aportuguesada do italiano pelo termo “brecha”. A denominação aqui é baseada no volume percentual dos fragmentos visíveis macroscopicamente. Qualquer rocha com mais de 15% do volume de fragmentos visíveis é denominada “breccia”. Fragmentos podem ser acidentados ou cognatos. As subdivisões da terceira coluna envolvem características específicas discutidas em detalhes por Clement e Skinner, 1985, mas que fogem do escopo deste texto. Vale ressaltar que não existem classificações inteiramente aceitas para o kimberlito. O diagrama proposto por Clement e Skinner é o mais comumente aceito utilizado e por isto é apresentado aqui.

4 - MODELOS DE FORMAÇÃO DO KIMBERLITO

Desde a descoberta de diamantes em kimberlito muitas teorias surgiram a respeito do processo de formação desta rocha. Mitchell (1986) apresenta em detalhes as diferentes teorias. Destas, serão apresentadas as três mais conhecidas e discutidas.

4.1 – TEORIA DO VULCANISMO EXPLOSIVO

Esta teoria envolve o apontamento de magma kimberlítico em baixas profundidades e o subseqüente acúmulo de voláteis. Quando a pressão confinada é suficiente para romper a rocha superior segue-se uma erupção. Acreditava-se que epicentro da erupção encontrava- se no contato da fácie abissal com a diatrema.

Através da extensiva atividade mineradora desenvolvida nas regiões kimberlíticas tornou-se claro que esta teoria não é sustentável. Não foi encontrada nenhuma câmara intermediária nas profundidades sugeridas. Além disso o ângulo de mergulho da grande maioria é muito alto (80-85 graus) para ter sido formado em tais profundidades, ou seja, a relação entre o raio na superfície e a profundidade é muito pequena. Fácies de transição entre diatremas e fácies abissais têm cerca de 2km de profundidade, enquanto crateras têm geralmente cerca de 1km de largura, perfazendo assim uma taxa de 1:2. Estudos do ponto original das explosões revelaram que a taxa deveria estar perto de 1:1.

4.2 – TEORIA MAGMÁTICA (FLUIDIZAÇÃO)

Segundo Kopylova, a proposição original desta teoria foi feita por Dawson (1962, 1971). Subseqüentemente foi desenvolvida por Clement (1982) e vem sendo estudada atualmente por Field e Scott Smith (1999).

Em termos gerais a teoria aponta que o magma kimberlítico sobe à superfície em diferentes pulsos, formando o que é denominado de “embryonic pipes” (chaminés embrionárias; Mitchell, 1986). O resultado é uma rede complexa de chaminés embrionárias sobrepostas de fácies abissais de kimberlito. A superfície não é rompida e os voláteis não escapam. Um algum ponto as chaminés embrionárias alcançam uma profundidade rasa o suficiente (cerca de 500 metros) na qual a pressão dos voláteis é capaz de vencer o peso da rocha que o recobre e os voláteis escapam. Com a fuga dos voláteis um breve período de fluidização ocorre. Isto envolve o movimento ascendente dos voláteis, que é suficientemente rápido para “fluidizar” o kimberlito e a rocha hospedeira fragmentada de modo que as partículas são carregadas em um meio sólido-líquido-gasoso. Fragmentos da rocha encaixante que se encontrem neste sistema fluidizado podem afundar dependendo de sua densidade. A fronte fluidizada move-se descendentemente a partir da profundidade inicial. Acredita-se que a fluidização seja muito breve pois os fragmentos normalmente são angulares.

configuração geológica em que o kimberlito está inserido desempenha um papel significante na sua morfologia. Rochas bem consolidadas, que são aqüíferos pobres, tais como basaltos, que cobrem a maior parte da África do Sul, promovem a formação de chaminés muito inclinadas com 3 fácies kimberlíticas distintas. Sedimentos mal consolidados são excelentes aqüíferos e podem promover a formação de chaminés com ângulo de mergulho suave, o quais são preenchidos com kimberlitos de crateras, enquanto existe ausência de kimberlitos de diatremas.

A figura abaixo é baseada no esquema montado por Field e Scott Smith 1998. De especial interesse é a morfologia da chaminé de kimberlitos de Fort a la Corne em Saskatchewan no Canadá. As paredes da chaminé possuem mergulho especialmente raso e são preenchidas com rochas vulcanoclásticas ou sedimentos das fácies da cratera. A geologia local apresenta sedimentos pouco consolidados. Field e Scott Smith atribuem a diferença na morfologia observada nas chaminés de Saskatchewan ao hidrovulcanismo.

Exemplos de Chaminés Kimberlíticas

De Field e Scott Smith 1998

4.3 – TEORIA HIDROVULCÂNICA (FREATOMAGMÁTICA)

O principal propositor desta teoria é Lorenz (1999), que desenvolveu o modelo hidrovulcânico por 3 décadas. Magmas kimberlíticos ascendem à superfície por fissuras estreitas (~1m). Pode ocorrer de o magma kimberlítico encontrar-se em falhas estruturais, que agem como foco de água, ou a “brechação” resultante da exsolução (desmescla) dos voláteis pela ascensão do kimberlito pode atuar como foco para água. Em qualquer um dos casos o ambiente próximo à superfície é rico em água e a interação do magma quente com a água fria produz uma explosão freatomagmática. A explosão tem curta duração. A rocha brechada satura-se novamente com a água superficial. Outro pulso de magma kimberlítico segue a mesma fraqueza estrutural da rocha até a superfície e novamente entra em contato com a água produzindo outra explosão. Pulsos subseqüentes reagem com a água da mesma maneira enquanto a fronte de contato move-se para baixo até alcançar a profundidade média da transição entre a fácie abismal e a diatrema.

De Mitchell 1986

5 – PETROLOGIA

Kimberlitos dividem-se em Grupo I (basáltico) e Grupo II (micáceo). Esta divisão é feita através de bases mineralógicas. A mineralogia dos kimberlitos do Grupo I é considerada como a representação do derretimento do lherzolito e harzburgito, eclogito e peridotito no manto inferior. A mineralogia dos kimberlitos do Grupo II podem representar um ambiente semelhante ao do Grupo I, porém a diferença é a preponderância de água ao invés de dióxido de carbono.

Diagrama de Rochas Plutônicas Ultramáficas

5.1 – KIMBERLITOS DO GRUPO I

Kimberlitos do Grupo I são ricos em CO 2 e predomina a mistura de olivina forsterítica, ilmenita magnesiana, piropo cromiano, piropo-almandina, diopsídio cromiano (em alguns casos subcálcico), flogopita, enstatita e cromita pobre em titânio. Kimberlitos do Grupo I exibem textura inequigranular distintiva com macrocristalizações (0,5-10mm) a megacristalizações (10-200mm), fenocristais de olivina, piropo, diopsídio cromiano, ilmenita magnesiana e flogopita em uma massa de grãos finos a médios. A composição mineralógica da matriz de micro-cristalizações, que apresenta com maior propriedade a composição de uma rocha ígnea, contém olivina forsterítica, granada piropo, Cr-diopsídio, ilmenita magnesiana e espinélio.

5.2 – KIMBERLITOS DO GRUPO II

Kimberlitos do Grupo II (ou orangeítos) são ricos em H 2 O. A característica distintiva dos orangeítos são as macro e megacristalizações de flogopita, juntamente com presença de micas que variam em composição de flogopita até tetraferroflogopita (flogopita anomalamente rica em Fe). Macrocristalizações de olivina ou cristais euédricos primários de olivina reabsorvidos são comuns mas não são constituintes essenciais. Fases primárias características na matriz microcristalina incluem piroxênios zonados (núcleos de diopsídio circulados por aegirina-Ti), minerais do grupo do espinélio, perovskita, apatita, fosfatos, rutilo e ilmenita.

A província do Espinhaço engloba a região de Diamantina e é marcada pela Serra do Espinhaço. A Serra do Espinhaço é constituída de rochas metamórficas dobradas, incluindo quartzitos, filitos e conglomerados, que representam originalmente sedimentos depositados em rios, taludes serranos, desertos, lagunas e mares rasos. Se os diamantes são sempre associados a kimberlitos e lamproítos fica aparente o paradoxo da província do Espinhaço. A fonte original e os processos responsáveis pelo transporte dos diamantes à província do Espinhaço é objeto de inúmeros debates e foge do escopo deste texto. A província do Alto Parnaíba, ao contrário do Espinhaço, é caracterizada pela presença de várias chaminés de rochas kimberlíticas. Constatou-se recentemente a presença de kimberlito mineralizado na Serra da Canastra. A chaminé kimberlítica “Canastra 1” é atualmente o maior projeto de mineração para os diamantes da província do Alto Paranaíba. O projeto vem sido conduzido pela empresa canadense “Brazilian Diamonds”. Embora existam kimberlitos na região, até o início do projeto Canastra 1 a extração de diamantes era realizada em aluviões por garimpeiros. O projeto Canastra 1 concentra-se sobre uma chaminé de cerca de 1 hectare de tamanho onde os teste indicaram uma concentração de 4 ct por tonelada, o que é muito pouco, principalmente se comparado ao lamproíto de Argyle na Austrália, que produz 18 ct por metro cúbico ou aos kimberlitos sul-africanos com cerca de 6 ct por metro cúbico. Embora a lavra de Canastra 1 seja pouco interessante economicamente o projeto prevê a exploração de boa parte da área kimberlítica da Serra da Canastra e é provável que alguma das chaminés kimberlíticas finalmente coloque o Brasil entre os produtores de diamantes primários (diamantes extraídos diretamente de kimberlitos ou lamproítos). As chaminés mais promissoras na região são Canastra 8 e Tucano 1.

7 – CONCLUSÃO

A importância do kimberlito para toda a sociedade fica clara quando se analisa o impacto que a descoberta de kimberlito mineralizado causa sobre a economia das províncias minerais. A descoberta de uma única chaminé kimberlítica mineralizada na Austrália a colocou como maior produtora mundial de diamantes e existe possibilidade que no Brasil descoberta semelhante possa modificar todo o mercado mundial de diamantes. Apesar de toda a sua importância o kimberlito é uma rocha ainda pouco conhecida e por isso mesmo alvo de opiniões divergentes principalmente com relação a sua formação. É consenso que as chaminés kimberlíticas não possuem relação com riftes e que a água desempenha um papel importante nas características da rocha, porém todos os modelos de formação atuais, embora aceitos em termos gerais, possuem falhas e exatamente por isso é impossível apontar um modelo como o “mais correto”. Sabe-se no entanto que lineamentos de chaminés kimberlíticas indicam com boa precisão a posição dos crátons em diversas eras geológicas e este tipo de conhecimento possibilita um melhor entendimento da formação da Terra e possue aplicações práticas na prospecção de minerais.

ANEXO I

RESUMO

O kimberlito é uma rocha magmática plutônica de grande interesse econômico por sua associação com diamantes. Os diamantes são transportados pelo magma kimberlítico partindo de seu local de formação a cerca de 100km de profundidade. O kimberlito trata-se de um peridotito composto por olivina com quantidades variáveis de flogopita, ortopiroxênio, clinopiroxênio, carbonatos e cromita. Todos os peritotitos possuem mais de 40% de sua composição de olivina. No caso do kimberlito, a olivina componente é comumente serpentinizada.

O kimberlito é encontrado em chaminés kimberlíticas, que são resquícios de chaminés vulcânicas. As chaminés kimberlíticas apresentam-se geralmente com pouco soerguimento da área ao redor e com crateras muito largas. É comum que estas crateras se apresentem como maares. É consensual a proposição de que os kimberlitos são formados de um magma rico em voláteis.

A origem do nome deu-se em função da descoberta de kimberlitos diamantíferos na região de Kimberley na África do Sul em 1866. Classifica-se grosseiramente, em função das características do kimberlito de Kimberley o kimberlito como sendo “yellow ground” e “blue ground”. Yellow ground é relativo ao kimberlito intemperizado que se encontra na superfície. Blue ground é relativo ao kimberlito não intemperizado, encontrado em profundidades variáveis. Esta nomenclatura, embora usual, não caracteriza o kimberlito satisfatoriamente, tendo em vista as discrepâncias que kimberlitos de diferentes regiões apresentam. Estas discrepâncias entre os kimberlitos levou à teoria que haveriam diferenças em sua formação. Baseado nesta premissa, o modelo de classificação dos kimberlitos mais aceito hoje em dia foi proposto por Clement e Skinner em 1985 e classifica os kimberlitos segundo três grandes grupos relativos ao seu local de formação na chaminé kimberlítica: Crater Facies Kimberlites, Diatreme Facies Kimberlites e Hyperabyssal Facies Kimberlites , que numa adaptação livre podem ser denominados simplesmente por “Kimberlitos de Crateras”, Kimberlitos de Diatremas” e “Kimberlitos Abissais”. Os Kimberlitos de Crateras são formados na porção superior da chaminé kimberlítica em profundidades muito rasas. Os Kimberlitos de Diatremas são formados nas diatremas, que é a região cônica da chaminé kimberlítica. Os Kimberlitos Abissais são formados na região abaixo das diatremas, no fundo do cone e nos entornos do dique de alimentação da chaminé.

Quanto à sua formação, existem três teorias mais conhecidas e aceitas: a Teoria do Vulcanismo Explosivo, que sugere que os voláteis (principalmente CO 2 ) do magma formador do kimberlito dilatem entre a fácie abissal e a diatrema, criando uma zona de pressão contida pela rocha encaixante e que em um certo ponto explodiria gerando uma erupção. A Teoria Magmática sugere que somente existam explosões próximas à superfície e nestas explosões a energia liberada fluidizasse a rocha encaixante fazendo com que

pedaços desta afundassem no magma enquanto o kimberlito alcança a superfície. A Teoria Hidrovulcânica aponta a água superficial como fator causador das explosões do magma kimberlítico. Os três modelos apresentam falhas e a formação do kimberlito ainda é objeto de estudo, porém é tido como consenso que um modelo definitivo será algo muito próximo da Teoria Magmática e da Teoria Hidrovulcânica, sendo que a Teoria do Vulcanismo explosivo é praticamente descartada.

Os kimberlitos podem ser dividos em dois grupos segundo sua petrologia. Kimberlitos do Grupo I são ricos em CO 2 e apresentam textura inequigranular. São chamados genericamente de kimberlitos basálticos. Kimberlitos do Grupo II são ricos em H 2 O e são também chamados “orangeítos”. Sua característica distintiva são as macro e megacristalizações de flogopita, juntamente com presença de micas. Devido a isto são genericamente chamados de kimberlitos micáceos.

No estado de Minas Gerais a lavra de diamantes foi historicamente realizada em aluviões, com destaque especial para a região de Diamantina, Província Diamantífera do Espinhaço. A verdadeira origem dos diamantes da Província do Espinhaço ainda é alvo de debates, tendo em vista que a Serra do Espinhaço é composta basicamente por rochas sedimentares e metamórficas, sem nenhuma relação com kimberlitos (ou com lamproítos, outra rocha relacionada ao transporte de diamantes) Por outro lado, a Província do Alto Parnaíba possue presença marcante de kimberlitos, mas até pouco tempo não se conheciam kimberlitos mineralizados na região. Recentemente a descoberta de kimberlitos mineralizados, embora com teores muito baixos, na Serra da Canastra, na Província do Alto Parnaíba, despertou o interesse de mineradoras e a região vem sendo alvo de pesquisas em busca de kimberlitos diamantíferos.