كيمبرليت ها سنگهاي اولترمافيك آلكالن (معمولاً پتاسيك) كمياب هستند. اهميت اين سنگها بدين خاطر است كه آنها حاوي مجموعه اي از كانيهاي استثنائي و زينوليتها مي باشند كه در فشار بيشتر و در نتيجه در اعماق بيشتر تشكيل گرديدهاند. كيمبرليتها به واسطه داشتن الماس، از نظر اقتصادي نيز اهميت زيادي دارند. نام كيمبر ليت توسط لويس (1887) براي توصيف ميكاپريدوتيتهاي پرفيري الماس دار ناحيه كيمبرلي واقع در افريقاي جنوبي ابداع شد. كيمبر ليتها سنگهاي اولترمافيك نادر الماس داري هستند كه واجد مقادير متغيري زينوليت و زينوكريست ميباشند. الماس كاني فرعي و نادر كيمبرليت ها است. حتي در انواع خيلي پر عيار، مقدار الماس در كيمبر ليتها در حدود يك پيپيام ميباشد.
سنگ شناسي كيمبرليت ها، غيرعادي و پيچيده است زيرا اولاً كيمبرليت ها سنگهاي هيبريدي يا دورگهاي خاصي هستند كه در آنها، كانيها، قطعات سنگي و مواد ماگمايي منجمد شدهاي يافت مي شوند كه در محيطهاي فيزيكوشيميايي مختلف تشكيل شدهاند و ثانياً تركيب مودال آنها بسيار متفاوت است. اليوين، كانيهاي گروه سرپانتين، فلوگوپيت، گارنت (عموماً پيروپ)، مونتيسليت، ايلمنيت منيزيم دار، كروميت آلومينيم منيزيم دار و پروسكيت كانيهايي هستند كه معمولاً در كيمبر ليتها يافت ميشوند.
اخيراً كلمنت و همكاران (1984) واژه كيمبرليت را اين گونه تعريف كرده اند: “يك سنگ آذرين اولترابازيك، پتاسيك و غني از مواد فرّار كه به صورت پايپهاي آتشفشاني كوچك، دايك و سيل وجود دارد. اين سنگ داراي بافت دانهاي ناهمساني است كه خود حاصل حضور بلورهاي بسيار درشت در يك خميره ريز دانه است. اين خميره اساساً حاوي مواد زمينهاي و فنوكريستي اوليه، اليوين و چند كاني ديگر نظير فلوگوپيت، كربناتها (عموماً كليست)، سرپانتين، كلينوپيروكسن و ديوپسيد)، مونتيسليت، آپاتيت، اسپينلها، پروسكيت و ايلمنيت است. بلورهاي درشت، كانيهاي بيشكل آهن و منيزيم داري هستند كه از گوشته مشتق شده و عبارتند از: اليوين ،فلوگوپيت، پيكروايلمنيت، اسپينل كروم دار، گارنت منيزيم دار، كلينوپيروكسن (عموماً ديوپسيد كروم دار) و ارتوپيروكسن (عموماً انستاتيت) مقدار اليوين بيشتر از ساير بلورهاي درشت (كه حضور تمام آنها در كيمبرليت الزامي نيست) است. معمولاً در اثر فرايندهاي دوتريك كه اصولاً شامل سرپانتينيشدن و كربناتيشدن است بلورهاي درشت و كانيهاي خميره نسبتاً قديميتر تجزيه ميشوند. عموماً كيمبرليتها داراي زينوليتهاي اولترامافيك مشتق شده از گوشته فوقاني و مقادير متغيري از زينوكريستها و زينوليتهاي پوستهاي هستند. اليوين معمولاً فراوانترين كاني کيمبرليت ها محسوب ميگردد. اما به طور جزئي يا كامل با كانيهاي ثانويهاي همچون كانيهاي گروه سرپانتين جانشين مي شوند.
◄ انواع کيمبرليت ها:
● كيمبرليتها (به طور كلي)
● كيمبرليتهاي ميكايي
● كيمبرليتهاي آهكي
اين تقسيمبندي بر اساس مقدار اليوين، فلوگوپيت و كانيهاي كربناته پايه گذاري شده است.بافت سنگهاي كيمبرليتي بطور معمول پرفيري يا پيروكلاستيك است. اين سنگها داراي مگاكريستهايي هستند كه در زمينهاي ريز دانه و متشكل از ميكروفنوكريستها قرار دارند. مگاكريستها شامل زينوكريست و فنوكريست بوده و عبارتند از: اليوين، فلوگوپيت، ايلمنيت منيزيم دار ،گارنت و پيروكسن.
اين كانيها معمولاً در زمينهاي از كانيهاي گروه سرپانتين و يا كانيهاي كربناته و همچنين ميكروفنوكريستهاي اكسيدهاي آهن- تيتانيم، ميكاها، اسپينلها، پروسكيت، پيروكسنها، مونتيسليت و آپاتيت قرار دارند. سنگهاي دياترمهاي كيمبرليتي عموماًً بافت ها و ساختهاي خرد شده و پيروكلاستيك دارند. در حالي كه سنگهاي كيمبرليتي موجود در دايكها وسيلها داراي بافت پرفيري معمولي هستند و حتي ممكن است داراي حاشيه انجماد سريع و ساختهاي جرياني باشند.مساحت تعدادي از دياترمهاي كيمبرليتي، بيش از يك كيلومتر مربع است و مساحت برخي از آنها كمتر از يك هكتار است. برخي داراي اشكال سطحي مدوّر هستند، در حالي كه انواع ديگر داراي اشكال طويل ميباشند. در حالت سه بعدي، اغلب دياترمها، مخروطهاي معكوس و باريكي هستند كه با افزايش عمق به تدريج باريکتر ميشوند. در اعماق زياد معمولأ دياترمها به صورت دايك در ميآيند. سرانجام در برخي از دياترمها شواهدي وجود دارد كه نشان ميدهد در نتيجه تزريقهاي متعدد بوجود آمدهاند. دياترمهاي كيمبرليتي عموماً به صورت خوشهاي و مجموعهاي از دايكها هستند. رخنمون تمام دايكها خطي نيست. اغلب دايكهاي كيمبرليتي، باريك(كمتراز 2متر عرض) اما طويل ميباشند. سيلهاي كيمبرليتي سنگهاي خروجي كمياب با تركيب كيمبرليتي هستند.
◄ ژئو شيمي:
تركيب عناصر اصلي اغلب سنگهاي خويشاوند كيمبرليت با سنگهاي اولترامافيك غني از اليوين خيلي شباهت دارد. ولي سنگهاي كيمبرليتي از K2O , TiO2 , P2O5 غني هستند. در ميانگين كيمبرليتها عناصر ليتيوم، فلوئور، فسفر، پتاسيم، تيتانيم، روبيديم، استرونسيم، زيركنيم، نيوبيوم، قلع، باريم، پراسئوديميم، نئوديميم، ساماريم، يوروپييم، گادولينيم، هافنيم، تانتاليموسربي، 10 تا100 برابر غنيتر است. در حاليكه عناصر كربن، سزيم، لانتانيم، سريم، توريم و اورانيم در ميانگين كيمبرليت بيش از 100 برابر غني شدهاند.
بنابراين فراواني عناصر اصلي در خويشاوندان كيمبرليت با سنگهاي اولترامافيك غني از اليوين شبيه ميباشد. اما فراواني عناصر ناسازگار بيشتر از ميانگين سنگهاي اولترامافيك است. در ميانگين تركيب شيميايي سنگهاي كيمبرليتي كه به صورت دايك و دياترم جايگزين گرديدهاند، اختلافات جزئي وجود دارد. معمولاً در دايكها، زينوليتهاي با منشاء پوستهاي كمترند ولي متشكّلين فرّار اوليه بيشتر ميباشند در حالي كه در مواد كيمبرليتي دياترمها، معمولاً شواهدي مبني بر آن كه در حين انجماد، با آبهاي زيرزميني سطحي تلاقي كردهاند، ديده مي شود.
شکل 1 ) جدول تركيب شيميايي سنگهاي خويشاوندان كيمبرليت (درصد)
*آهن كل به صورت Fe 2 O 3 محاسبه شده است.
1- ميانگين تركيب شيميايي 623 كيمبرليت ياكوتيان(ايلوپين ولوتس، 1971). همچنين اين سنگ داراي 14/. درصد Cr2O3 و 28/. درصدS است.
2- ميانگين تركيب شيميايي 25كيمبرليت لسوتو (اقتباس از ژورني وابراهيم 1973).در اين سنگ 17/.درصد Cr2O3 و 28/. د رصد S نيز وجود دارد.
3- ميانگين تركيب شيميايي 14 اتوليت كيمبرليتي از معدن الماس وسلتون در آفريقاي جنوبي (نقل از دانچين وهمكار 1975).همچنين اين سنگ حاوي 42 درصد Cr2O3 و 51/7 درصد كمبود ماده در حرارت بالا منهاي CO2 است.
4- تركيب شيميايي يك كيمبرليت سرشار از ميكا از معدن الماس نيوالنادز واقع در بوشوف آفريقاي جنوبي (داوسون، 1972).
5- ميانگين تركيب شيميايي 80 كيمبرليت آفريقاي جنوبي (نقل از ژورني و ابراهيم، 1973). در اين سنگ 22/. درصد Cr2O3 نيز وجود دارد.
جدول تركيب شيميايي (ميانگين كيمبرليت)در مقايسه با تركيب شيميايي (ميانگين سنگهاي اولترامافيك)(ودپول و موراماتسو، 1979).
◄ فراواني وتوزيع:
سنگهاي خويشاوندان كيمبرليت در جنوب آفريقا (آفريقاي جنوبي،ناميبا،سوازيلند، لسوتو و آنگولا)، مركز (زئير، جمهوري آفريقاي مركزي و تانزانيا) و غرب آفريقا (غنا، گينه، ساحل عاج، ليبريا، مالي، گابن و سيرالئون) انتشار گسترده اي دارند. امروزه آفريقا توليد كننده اكثر الماسهاي قيمتي و صنعتي است كه در بازارهاي جهاني به فروش مي رسد.
سنگهاي كيمبرليتي آفريقا اصولاً در مناطق كراتوني قديمي مستقر ميباشند. در نواحي ديگر واقع در ايالات متحده آمريكا، كانادا، گرينلند، فنلاند، شوروي سابق، چين، آرژانتين، استراليا و مالاتيا در جزاير سولومون، كيمبرليتها به طور مجزا يافت ميشوند (داوسون،1980). سن سنگهاي خويشاوند كيمبرليت خيلي متفاوت است و از پروتروزوئيك تا سنوزوئيك متغير ميباشد. وقتي به انتشار جهاني سنگهاي خويشاوندان كيمبرليت توجه كنيم، در مييابيم كه روند آنها با روند نواحي كراتوني قارهاي قديمي هماهنگي دارد. ماگماهاي توليد كننده سنگهاي خويشاوند كيمبرليت، در بخشي از ليتوسفر مستقر شدهاند كه گراديان زمين گرمايي آنها كم بوده است.
◄ جايگزيني:
جهت انجام پديدههاي زير بايستي ماگماهاي كيمبرليتي در ميان ليتوسفر به سرعت حركت كنند:
الف) انتقال زينوليتهاي نسبتاً سنگين از جنس گوشته كه در آنها وجود دارند.
ب) تحليل نرفتن يا تبديل نشدن الماسهاي موجود در آنها.
مطالعات فازهاي اوليه كيمبرليتها وبعضي از زينوليتهاي گوشتهاي موجود در آنها مبيّن اين است كه ماگماهاي كيمبرليتي احتمالاً، حداقل در اعماق 200 كيلومتري با كانيهاي گوشته در تعادل بودهاند. بنابراين تصور ميشود كه سرعت صعود ماگماهاي مادر خويشاوند كيمبرليت از اعماق تقريبأ200 كيلومتري در ليتوسفر زياد (7 تا20 متر در ثانيه) است (اندرسون1979). ماگماي مادر فقط هنگامي مي تواند حركت سريع داشته باشد كه با شكستگي هاي عميق برخورد نمايد در اين صورت يك فاز سيال با غلظت كم از ماگما جدا مي گردد و با بالا آمدن، شكستگي باز مي شود. به نظر اندرسون (1979) سرعت بازشدگي به سرعت حركت ماگما در شكستگي بستگي دارد. تصور مي شود ابتدا يك سيستم شكستگي تدريجاً گسترش مييابد و سپس ماگما از اعماق و با سرعت زياد صعود مي نمايد.
◄ پتروژنز:
مطالعات تجربي وايلي وهوانگ (1975) و ديگران نشان داده است كه ماگماهاي كيمبرليتي، در صورتي از ذوب بخشي مواد پريدوتيتي مناسب به وجود ميآيند كه در ناحيه منشاء CO2 و H2 O وجود داشته باشند. اگلر و وندلانت(1979) اين مطلب را تأييد كردند و مطالعات آزمايشگاهي آنها نشان داد كه در فشارهاي بين 0/5 و0/6 ژيگاپاسكال و با حضور CO2 وH2 O، مذاب اوليه حاصل از ذوببخشي يك سنگ منشاء از نوع گارنت لرزوليت فلوگوپيتدار احتمالأ تركيب كيمبرليتي خواهد داشت. آنها همچنين پيشنهاد كردهاند كه ممكن است در فشارهاي بيشتر از 0/5 ژيگاپاسكال مايعات كيمبرليتي به طور معمول در گوشته بوجود آيند ولي كميابي كيمبرليتها ممكن است به علت كميابي شرايط تكتونيكي خاصي باشد كه براي هدايت وصعود ماگماهاي كيمبرليتي الزامي است.
براي توضيح اين مسئله كه چرا در سنگهاي كيمبرليتي مقدار عناصر ناسازگار زياد است و نيز در حالت عادي چرا داراي مگاكريستها و زينوليتهايي هستند كه در فشارهاي بالا متعادل ميباشند، هاريس و ميدلموست (1970) فرض كرده اند كه ماگماهاي كيمبرليتي طي يك فرايند دو مرحلهاي توليد ميشوند. در اولين مرحله، ماگماي رقيق و غني از مواد فرّار (اصولاً انواع متعلق به زير سيستمH-C-O)) احتمالاً بر اثر خروج مواد فرّار از گوشته عميق (از عمق تقريبي 600 كيلومتر) و در اثر ذوب منطقهاي تشكيل ميگردد و به طرف بالا صعود مي كند. خصوصيت منحصر به فرد ذوب منطقهاي، اين است كه قادر است عناصر ناسازگار را از حجم عظيمي از مواد كاملاً جامد، در حجم نسبتاً كمي از ماگما متمركز نمايد. در سطوح بالاتر گوشته فوقاني (260 كيلومتر)، ماگماي رقيق و غني از عناصر ناسازگار و فرّار و در عين حال داغ باعث ذوببخشي گوشته گارنتلرزوليتي ميشود. ماگماي جديد مزبور كه با فازهاي جامد موجود در اين عمق از گوشته فوقاني در تعادل است، از نظر عناصر اصلي، تركيب پيكريتي دارد. اما به طور قابل توجهي از عناصر ناسازگار غني ميباشد (وايلي 1980). در شرايط ايدهال، اين ماگماي كيمبرليتي از عمق حداقل 200 كيلومتري سريعاً (با سرعت 12 متر بر ثانيه) به سطح زمين صعود ميكند.مواد كيمبرليتي در عمق 200 كيلومتري اساساً به حالت ماگما است ولي به محض صعود به مناطق بالاتر، به يك مخلوطي از ماگماي مايع، فنوكريست، زينوكريست و زينوليت همراه با مقادير زيادي فاز سيال مجزا با غلظت كم تبديل خواهد شد. با صعود اين شبه ماگما به سمت بالا و عبور از محيطهاي فيزيكي و شيميايي متفاوت، تغييراتي در فازهاي سازنده آن ايجاد ميشود و بدين وسيله تا حدي با شرايط فيزيكي و شيميايي محيط تعديل و هماهنگ ميگردد. به علاوه فازهاي مزبور با يكديگر و با سنگهاي ديواره اطراف واكنش ميكنند. اولين بخش از شبه ماگمايي كه در حين رسيدن به سطح زمين به طور انفجاري خارج ميشود، احتمالاً مآر يا كراتر مخروطي كم ارتفاعي توليد مينمايد كه اطراف دهانه حلقوي آن را مواد پيروكلاستيك كيمبرليتي احاطه ميكند. با خروج بيشتر شبه ماگما، مواد موجود در سطح دهانهها و دايكهاي تغذيه كننده مجاور به حركت در مي آيند. سرانجام سيستم روان شده مزبور متلاشي شده و مواد مختلف موجود در شبه ماگمايي كه گازهاي خود را از دست داده بهم جوش ميخورد و در نتيجه اين فرايند سنگهاي خاص خويشاوندان كيمبرليت بوجود مي آيد كه البته تبلور و رشد انواع مختلف كانيهاي ثانويه متعلق به محيطهاي دما و فشار کم نيز صورت مي گيرد.
شکل 2 ) الف -نمودار ترکيب شيميايي کيمبرليت ها و لامپروئيتها
ب – نمايش بخش هاي مختلف دياترم وحالت هاي مختلف سنگ هاي کيمبرليتي
شکل 3 ) نمودار عناصر کمياب کيمبرليت ، آلکالي بازالت و لامپروئيت
