Kimberlitos diamantíferos

1 - INTRODUÇÃO

O kimberlito é uma rocha ígnea intrusiva, um peridotito composto por olivina (normalmente serpentinizada) com quantidades variáveis de flogopita, ortopiroxênio, clinopiroxênio, carbonatos e cromita.

Os kimberlitos são a mais importante fonte de diamantes, porém sua existência só se tornou conhecida no ano de 1866. Os depósitos da região de Kimberley na África do Sul foram os primeiros reconhecidos e deram origem ao nome. Os diamantes de Kimberley foram encontrados originalmente em kimberlito laterizado. 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.

O kimberlito ocorre principalmente nas zonas de crátons, porções da crosta terrestre estáveis desde o período Pré-Cambriano. No Brasil existem três áreas cratônicas. O cráton Amazônico é a principal delas, porém ao sul de Rondônia e norte do Mato Grosso também encontra-se kimberlitos. O cráton do São Francisco ocupa grande parte de Minas Gerais e destaca-se na região sudeste do Brasil, porém nele, com exceção dos kimberlitos pobres da Serra da Canastra, não se conhecem rochas kimberlíticas mineralizadas.

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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.

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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.

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3 – MODELOS DE CLASSIFICAÇÃO DE KIMBERLITOS

Vários modelos de classificação foram desenvolvidos para os kimberlitos e as grandes variações de textura e mineralogia apresentadas por estas rochas implicam em dificuldades para classificá-los. O modelo mais conhecido e geralmente bem aceito foi proposto por Clement e Skinner (1985). Esta classificação é largamente utilizada, no entanto é importante notar aqui as implicações genéticas neste modelo. O termo “tufisítico” significa presumir que o kimberlito foi formado através de processo de fluidização, porém ainda existem controvérsias com relação à formação dos kimberlitos.

Classificação dos Kimberlitos

De Clement e Skinner 1985 Crater-Facies

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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.

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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 encontravase 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.

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Desenvolvimento da Chaminé Embrionária

De Mitchell 1986

Esta teoria supostamente explica as características observadas em chaminés kimberlíticas tais como: fragmentos de rocha encaixante encontrados até 1km abaixo do nível estratigráfico através de fluidização; chaminés íngremes com ângulos de ~80-85 graus, dado que a explosão inicial acontece a profundidades relativamente baixas; Rede complexa de chaminés de fácies abismais encontradas em profundidade; a transição de fácies abismais para fácies de diatremas.

Descobertas recentes de chaminés de kimberlitos em Fort a la Corne no Canadá sugerem uma re-avaliação da teoria magmática. Field e Scott Smith não negam que a água pode desempenhar um papel na vasta variedade de chaminés de kimberlitos obervados. Eles acreditam que em alguns casos os magmas kimberlíticos possam entrar em contato com aqüíferos e neste caso a morfologia resultante será significantemente diferente das chaminés encontradas em outros lugares, particularmente na África do Sul. Eles consideram que a

Página 1 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

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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

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Críticas a esta teoria apontam os seguintes problemas:

I) A teoria não explica porque toda erupção ocorre em contato com água, certamente algumas erupções teriam ocorrido em regiões pobres em água. I) A complexa rede de chaminés encontradas na área de transição da fácie abismal e da diatrema não é explicada. I) A falta de características que apontem para a subsidência através da chaminé. IV) A ausência de soerguimento associado com as chaminés kimberlíticas.

A teoria hidrovulcânica tem seus méritos e é aceita como o processo de formação dos kimberlitos encontrados em Saskatchewan pelos propositores da teoria da fluidização (Field e Scott Smith, 1999). No entanto não explica as características observadas na maior parte das outras chaminés kimberlíticas. A formação de “maares” são associadas a explosões hidrovulcânicas e possuem estrutura interna diferente dos kimberlitos, sendo as principais características a estrutura interna com subsidência em forma de disco, a descontinuidade que forma um anel no entorno da cratera e o soerguimento da rocha encaixante associado à explosão.

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5 – PETROLOGIA

Kimberlitos dividem-se em Grupo I (basáltico) e Grupo I (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 I 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

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5.1 – KIMBERLITOS DO GRUPO I

Kimberlitos do Grupo I são ricos em CO2 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 I

Kimberlitos do Grupo I (ou orangeítos) são ricos em H2O. 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.

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6 – KIMBERLITO E OS DIAMANTES DE MINAS GERAIS

Os diamantes são formados no manto, em profundidade superior a 150km. Duas rochas são responsáveis pelo transporte do diamante até a superfície: kimberlitos e lamproítos.

Os diamantes foram descobertos no Brasil em 1729, na região de Diamantina-MG, porém especula-se que a extração de diamantes no Brasil seja um pouco mais antiga. Durante toda a história do Brasil a extração de diamante tem sido feita em aluviões. Segundo CHAVES (1999) em Minas Gerais pode-se identificar duas macro-regiões nas quais se concentram os principais depósitos do estado: a província mineral do Espinhaço e a do Alto Parnaíba.

Depósitos de Diamantes do Brasil

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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.

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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.