کیمبرلیت ها سنگهای اولترمافیک آلکالن (معمولاً پتاسیک) کمیاب هستند. اهمیت این سنگها بدین خاطر است که آنها حاوی مجموعه ای از کانیهای استثنائی و زینولیتها می باشند که در فشار بیشتر و در نتیجه در اعماق بیشتر تشکیل گردیدهاند. کیمبرلیتها به واسطه داشتن الماس، از نظر اقتصادی نیز اهمیت زیادی دارند. نام کیمبر لیت توسط لویس (1887) برای توصیف میکاپریدوتیتهای پرفیری الماس دار ناحیه کیمبرلی واقع در افریقای جنوبی ابداع شد. کیمبر لیتها سنگهای اولترمافیک نادر الماس داری هستند که واجد مقادیر متغیری زینولیت و زینوکریست میباشند. الماس کانی فرعی و نادر کیمبرلیت ها است. حتی در انواع خیلی پر عیار، مقدار الماس در کیمبر لیتها در حدود یک پیپیام میباشد.
سنگ شناسی کیمبرلیت ها، غیرعادی و پیچیده است زیرا اولاً کیمبرلیت ها سنگهای هیبریدی یا دورگهای خاصی هستند که در آنها، کانیها، قطعات سنگی و مواد ماگمایی منجمد شدهای یافت می شوند که در محیطهای فیزیکوشیمیایی مختلف تشکیل شدهاند و ثانیاً ترکیب مودال آنها بسیار متفاوت است. الیوین، کانیهای گروه سرپانتین، فلوگوپیت، گارنت (عموماً پیروپ)، مونتیسلیت، ایلمنیت منیزیم دار، کرومیت آلومینیم منیزیم دار و پروسکیت کانیهایی هستند که معمولاً در کیمبر لیتها یافت میشوند.
اخیراً کلمنت و همکاران (1984) واژه کیمبرلیت را این گونه تعریف کرده اند: “یک سنگ آذرین اولترابازیک، پتاسیک و غنی از مواد فرّار که به صورت پایپهای آتشفشانی کوچک، دایک و سیل وجود دارد. این سنگ دارای بافت دانهای ناهمسانی است که خود حاصل حضور بلورهای بسیار درشت در یک خمیره ریز دانه است. این خمیره اساساً حاوی مواد زمینهای و فنوکریستی اولیه، الیوین و چند کانی دیگر نظیر فلوگوپیت، کربناتها (عموماً کلیست)، سرپانتین، کلینوپیروکسن و دیوپسید)، مونتیسلیت، آپاتیت، اسپینلها، پروسکیت و ایلمنیت است. بلورهای درشت، کانیهای بیشکل آهن و منیزیم داری هستند که از گوشته مشتق شده و عبارتند از: الیوین ،فلوگوپیت، پیکروایلمنیت، اسپینل کروم دار، گارنت منیزیم دار، کلینوپیروکسن (عموماً دیوپسید کروم دار) و ارتوپیروکسن (عموماً انستاتیت) مقدار الیوین بیشتر از سایر بلورهای درشت (که حضور تمام آنها در کیمبرلیت الزامی نیست) است. معمولاً در اثر فرایندهای دوتریک که اصولاً شامل سرپانتینیشدن و کربناتیشدن است بلورهای درشت و کانیهای خمیره نسبتاً قدیمیتر تجزیه میشوند. عموماً کیمبرلیتها دارای زینولیتهای اولترامافیک مشتق شده از گوشته فوقانی و مقادیر متغیری از زینوکریستها و زینولیتهای پوستهای هستند. الیوین معمولاً فراوانترین کانی کیمبرلیت ها محسوب میگردد. اما به طور جزئی یا کامل با کانیهای ثانویهای همچون کانیهای گروه سرپانتین جانشین می شوند.
◄ انواع کیمبرلیت ها:
● کیمبرلیتها (به طور کلی)
● کیمبرلیتهای میکایی
● کیمبرلیتهای آهکی
این تقسیمبندی بر اساس مقدار الیوین، فلوگوپیت و کانیهای کربناته پایه گذاری شده است.بافت سنگهای کیمبرلیتی بطور معمول پرفیری یا پیروکلاستیک است. این سنگها دارای مگاکریستهایی هستند که در زمینهای ریز دانه و متشکل از میکروفنوکریستها قرار دارند. مگاکریستها شامل زینوکریست و فنوکریست بوده و عبارتند از: الیوین، فلوگوپیت، ایلمنیت منیزیم دار ،گارنت و پیروکسن.
این کانیها معمولاً در زمینهای از کانیهای گروه سرپانتین و یا کانیهای کربناته و همچنین میکروفنوکریستهای اکسیدهای آهن- تیتانیم، میکاها، اسپینلها، پروسکیت، پیروکسنها، مونتیسلیت و آپاتیت قرار دارند. سنگهای دیاترمهای کیمبرلیتی عموماًً بافت ها و ساختهای خرد شده و پیروکلاستیک دارند. در حالی که سنگهای کیمبرلیتی موجود در دایکها وسیلها دارای بافت پرفیری معمولی هستند و حتی ممکن است دارای حاشیه انجماد سریع و ساختهای جریانی باشند.مساحت تعدادی از دیاترمهای کیمبرلیتی، بیش از یک کیلومتر مربع است و مساحت برخی از آنها کمتر از یک هکتار است. برخی دارای اشکال سطحی مدوّر هستند، در حالی که انواع دیگر دارای اشکال طویل میباشند. در حالت سه بعدی، اغلب دیاترمها، مخروطهای معکوس و باریکی هستند که با افزایش عمق به تدریج باریکتر میشوند. در اعماق زیاد معمولأ دیاترمها به صورت دایک در میآیند. سرانجام در برخی از دیاترمها شواهدی وجود دارد که نشان میدهد در نتیجه تزریقهای متعدد بوجود آمدهاند. دیاترمهای کیمبرلیتی عموماً به صورت خوشهای و مجموعهای از دایکها هستند. رخنمون تمام دایکها خطی نیست. اغلب دایکهای کیمبرلیتی، باریک(کمتراز 2متر عرض) اما طویل میباشند. سیلهای کیمبرلیتی سنگهای خروجی کمیاب با ترکیب کیمبرلیتی هستند.
◄ ژئو شیمی:
ترکیب عناصر اصلی اغلب سنگهای خویشاوند کیمبرلیت با سنگهای اولترامافیک غنی از الیوین خیلی شباهت دارد. ولی سنگهای کیمبرلیتی از K2O , TiO2 , P2O5 غنی هستند. در میانگین کیمبرلیتها عناصر لیتیوم، فلوئور، فسفر، پتاسیم، تیتانیم، روبیدیم، استرونسیم، زیرکنیم، نیوبیوم، قلع، باریم، پراسئودیمیم، نئودیمیم، ساماریم، یوروپییم، گادولینیم، هافنیم، تانتالیموسربی، 10 تا100 برابر غنیتر است. در حالیکه عناصر کربن، سزیم، لانتانیم، سریم، توریم و اورانیم در میانگین کیمبرلیت بیش از 100 برابر غنی شدهاند.
بنابراین فراوانی عناصر اصلی در خویشاوندان کیمبرلیت با سنگهای اولترامافیک غنی از الیوین شبیه میباشد. اما فراوانی عناصر ناسازگار بیشتر از میانگین سنگهای اولترامافیک است. در میانگین ترکیب شیمیایی سنگهای کیمبرلیتی که به صورت دایک و دیاترم جایگزین گردیدهاند، اختلافات جزئی وجود دارد. معمولاً در دایکها، زینولیتهای با منشاء پوستهای کمترند ولی متشکّلین فرّار اولیه بیشتر میباشند در حالی که در مواد کیمبرلیتی دیاترمها، معمولاً شواهدی مبنی بر آن که در حین انجماد، با آبهای زیرزمینی سطحی تلاقی کردهاند، دیده می شود.
شکل 1 ) جدول ترکیب شیمیایی سنگهای خویشاوندان کیمبرلیت (درصد)
*آهن کل به صورت Fe 2 O 3 محاسبه شده است.
1- میانگین ترکیب شیمیایی 623 کیمبرلیت یاکوتیان(ایلوپین ولوتس، 1971). همچنین این سنگ دارای 14/. درصد Cr2O3 و 28/. درصدS است.
2- میانگین ترکیب شیمیایی 25کیمبرلیت لسوتو (اقتباس از ژورنی وابراهیم 1973).در این سنگ 17/.درصد Cr2O3 و 28/. د رصد S نیز وجود دارد.
3- میانگین ترکیب شیمیایی 14 اتولیت کیمبرلیتی از معدن الماس وسلتون در آفریقای جنوبی (نقل از دانچین وهمکار 1975).همچنین این سنگ حاوی 42 درصد Cr2O3 و 51/7 درصد کمبود ماده در حرارت بالا منهای CO2 است.
4- ترکیب شیمیایی یک کیمبرلیت سرشار از میکا از معدن الماس نیوالنادز واقع در بوشوف آفریقای جنوبی (داوسون، 1972).
5- میانگین ترکیب شیمیایی 80 کیمبرلیت آفریقای جنوبی (نقل از ژورنی و ابراهیم، 1973). در این سنگ 22/. درصد Cr2O3 نیز وجود دارد.
جدول ترکیب شیمیایی (میانگین کیمبرلیت)در مقایسه با ترکیب شیمیایی (میانگین سنگهای اولترامافیک)(ودپول و موراماتسو، 1979).
◄ فراوانی وتوزیع:
سنگهای خویشاوندان کیمبرلیت در جنوب آفریقا (آفریقای جنوبی،نامیبا،سوازیلند، لسوتو و آنگولا)، مرکز (زئیر، جمهوری آفریقای مرکزی و تانزانیا) و غرب آفریقا (غنا، گینه، ساحل عاج، لیبریا، مالی، گابن و سیرالئون) انتشار گسترده ای دارند. امروزه آفریقا تولید کننده اکثر الماسهای قیمتی و صنعتی است که در بازارهای جهانی به فروش می رسد.
سنگهای کیمبرلیتی آفریقا اصولاً در مناطق کراتونی قدیمی مستقر میباشند. در نواحی دیگر واقع در ایالات متحده آمریکا، کانادا، گرینلند، فنلاند، شوروی سابق، چین، آرژانتین، استرالیا و مالاتیا در جزایر سولومون، کیمبرلیتها به طور مجزا یافت میشوند (داوسون،1980). سن سنگهای خویشاوند کیمبرلیت خیلی متفاوت است و از پروتروزوئیک تا سنوزوئیک متغیر میباشد. وقتی به انتشار جهانی سنگهای خویشاوندان کیمبرلیت توجه کنیم، در مییابیم که روند آنها با روند نواحی کراتونی قارهای قدیمی هماهنگی دارد. ماگماهای تولید کننده سنگهای خویشاوند کیمبرلیت، در بخشی از لیتوسفر مستقر شدهاند که گرادیان زمین گرمایی آنها کم بوده است.
◄ جایگزینی:
جهت انجام پدیدههای زیر بایستی ماگماهای کیمبرلیتی در میان لیتوسفر به سرعت حرکت کنند:
الف) انتقال زینولیتهای نسبتاً سنگین از جنس گوشته که در آنها وجود دارند.
ب) تحلیل نرفتن یا تبدیل نشدن الماسهای موجود در آنها.
مطالعات فازهای اولیه کیمبرلیتها وبعضی از زینولیتهای گوشتهای موجود در آنها مبیّن این است که ماگماهای کیمبرلیتی احتمالاً، حداقل در اعماق 200 کیلومتری با کانیهای گوشته در تعادل بودهاند. بنابراین تصور میشود که سرعت صعود ماگماهای مادر خویشاوند کیمبرلیت از اعماق تقریبأ200 کیلومتری در لیتوسفر زیاد (7 تا20 متر در ثانیه) است (اندرسون1979). ماگمای مادر فقط هنگامی می تواند حرکت سریع داشته باشد که با شکستگی های عمیق برخورد نماید در این صورت یک فاز سیال با غلظت کم از ماگما جدا می گردد و با بالا آمدن، شکستگی باز می شود. به نظر اندرسون (1979) سرعت بازشدگی به سرعت حرکت ماگما در شکستگی بستگی دارد. تصور می شود ابتدا یک سیستم شکستگی تدریجاً گسترش مییابد و سپس ماگما از اعماق و با سرعت زیاد صعود می نماید.
◄ پتروژنز:
مطالعات تجربی وایلی وهوانگ (1975) و دیگران نشان داده است که ماگماهای کیمبرلیتی، در صورتی از ذوب بخشی مواد پریدوتیتی مناسب به وجود میآیند که در ناحیه منشاء CO2 و H2 O وجود داشته باشند. اگلر و وندلانت(1979) این مطلب را تأیید کردند و مطالعات آزمایشگاهی آنها نشان داد که در فشارهای بین 0/5 و0/6 ژیگاپاسکال و با حضور CO2 وH2 O، مذاب اولیه حاصل از ذوببخشی یک سنگ منشاء از نوع گارنت لرزولیت فلوگوپیتدار احتمالأ ترکیب کیمبرلیتی خواهد داشت. آنها همچنین پیشنهاد کردهاند که ممکن است در فشارهای بیشتر از 0/5 ژیگاپاسکال مایعات کیمبرلیتی به طور معمول در گوشته بوجود آیند ولی کمیابی کیمبرلیتها ممکن است به علت کمیابی شرایط تکتونیکی خاصی باشد که برای هدایت وصعود ماگماهای کیمبرلیتی الزامی است.
برای توضیح این مسئله که چرا در سنگهای کیمبرلیتی مقدار عناصر ناسازگار زیاد است و نیز در حالت عادی چرا دارای مگاکریستها و زینولیتهایی هستند که در فشارهای بالا متعادل میباشند، هاریس و میدلموست (1970) فرض کرده اند که ماگماهای کیمبرلیتی طی یک فرایند دو مرحلهای تولید میشوند. در اولین مرحله، ماگمای رقیق و غنی از مواد فرّار (اصولاً انواع متعلق به زیر سیستمH-C-O)) احتمالاً بر اثر خروج مواد فرّار از گوشته عمیق (از عمق تقریبی 600 کیلومتر) و در اثر ذوب منطقهای تشکیل میگردد و به طرف بالا صعود می کند. خصوصیت منحصر به فرد ذوب منطقهای، این است که قادر است عناصر ناسازگار را از حجم عظیمی از مواد کاملاً جامد، در حجم نسبتاً کمی از ماگما متمرکز نماید. در سطوح بالاتر گوشته فوقانی (260 کیلومتر)، ماگمای رقیق و غنی از عناصر ناسازگار و فرّار و در عین حال داغ باعث ذوببخشی گوشته گارنتلرزولیتی میشود. ماگمای جدید مزبور که با فازهای جامد موجود در این عمق از گوشته فوقانی در تعادل است، از نظر عناصر اصلی، ترکیب پیکریتی دارد. اما به طور قابل توجهی از عناصر ناسازگار غنی میباشد (وایلی 1980). در شرایط ایدهال، این ماگمای کیمبرلیتی از عمق حداقل 200 کیلومتری سریعاً (با سرعت 12 متر بر ثانیه) به سطح زمین صعود میکند.مواد کیمبرلیتی در عمق 200 کیلومتری اساساً به حالت ماگما است ولی به محض صعود به مناطق بالاتر، به یک مخلوطی از ماگمای مایع، فنوکریست، زینوکریست و زینولیت همراه با مقادیر زیادی فاز سیال مجزا با غلظت کم تبدیل خواهد شد. با صعود این شبه ماگما به سمت بالا و عبور از محیطهای فیزیکی و شیمیایی متفاوت، تغییراتی در فازهای سازنده آن ایجاد میشود و بدین وسیله تا حدی با شرایط فیزیکی و شیمیایی محیط تعدیل و هماهنگ میگردد. به علاوه فازهای مزبور با یکدیگر و با سنگهای دیواره اطراف واکنش میکنند. اولین بخش از شبه ماگمایی که در حین رسیدن به سطح زمین به طور انفجاری خارج میشود، احتمالاً مآر یا کراتر مخروطی کم ارتفاعی تولید مینماید که اطراف دهانه حلقوی آن را مواد پیروکلاستیک کیمبرلیتی احاطه میکند. با خروج بیشتر شبه ماگما، مواد موجود در سطح دهانهها و دایکهای تغذیه کننده مجاور به حرکت در می آیند. سرانجام سیستم روان شده مزبور متلاشی شده و مواد مختلف موجود در شبه ماگمایی که گازهای خود را از دست داده بهم جوش میخورد و در نتیجه این فرایند سنگهای خاص خویشاوندان کیمبرلیت بوجود می آید که البته تبلور و رشد انواع مختلف کانیهای ثانویه متعلق به محیطهای دما و فشار کم نیز صورت می گیرد.
شکل 2 ) الف -نمودار ترکیب شیمیایی کیمبرلیت ها و لامپروئیتها
ب – نمایش بخش های مختلف دیاترم وحالت های مختلف سنگ های کیمبرلیتی
شکل 3 ) نمودار عناصر کمیاب کیمبرلیت ، آلکالی بازالت و لامپروئیت
