ASSOCIATION GRENAT-DIAMANT

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ASSOCIATION GRENAT-DIAMANT

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POURQUOI UNE TELLE ASSOCIATION

MINERAUX DE CONDITIONS EXTREMES

PROVENANT DIRECTEMENT DU MANTEAU

FORMATION ENTRE 150 ET 250 km DE PROFONDEUR

SOUS DES TEMPERATURES ENTRE 900 ET 1 400 °C

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POURQUOI UNE TELLE ASSOCIATION

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diamond

ORIGINES DES DIAMANTS

PRINCIPALEMENT DEUX ORIGINES

LES DIAMANTS DE TYPE P : DE LA SUITE PERIDOTIQUE

teneurs rapprochées en δ13C avec une moyenne aux alentours de 5 ‰ → provenance du manteau supérieur juvénile

Le carbone proviendrait de l’oxydation partielle du méthane CH4, ou d’autres hydrocarbures.

Leurs inclusions sont principalement des grenats riches en Cr, diopsides chromifères, forstérite et enstatite.

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ORIGINES DES DIAMANTS

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GRAPHITEDIAMANT

cro

ute

MOHOLHERZOLITE A SPINELLE

LITHOSPHERE

CRATON CEINTURE MOBILE

M K1 K2 K K3 L K4

CH4CH4

Prof.

50

150

250km

ASTHENOSPHERE

LAB

Ma

nte

au

lith

osp

hé

ritiq

ue

Ma

nte

au

ast

hé

no

sph

érit

iqu

e

E E

G1K G1K G1K G1K

G2K

?

Harzburgite à grenat

E Eclogite lithosphéritique

Eclogite subductée

GL Lherzolite à grenat

GL

SLABÉclogitiquesubducté

PRINCIPALEMENT DEUX ORIGINES

LES DIAMANTS DE TYPE E : DE LA SUITE ECLOGITIQUE

teneurs en δ13C nettement plus dispersées entre 35 ‰ et 5 ‰ → existence d’un nombre conséquent d’origines diverses.

Le carbone proviendrait de matériaux subductés dont les compositions dépendraient par conséquent des zones géographiques : de magmas basaltiques de haute pression ou bien d’anciennes roches basaltiques de croutes océaniques subductées

ORIGINES DES DIAMANTS

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ORIGINES DES DIAMANTS

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GRAPHITEDIAMANT

cro

ute

MOHOLHERZOLITE A SPINELLE

LITHOSPHERE

CRATON CEINTURE MOBILE

M K1 K2 K K3 L K4

CH4CH4

G1K G1K G1K G1K

Prof.

50

150

250km

ASTHENOSPHERE

LAB

Ma

nte

au

lith

osp

hé

ritiq

ue

Ma

nte

au

ast

hé

no

sph

érit

iqu

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G2K

?

Harzburgite à grenat

E Eclogite lithosphéritique

Eclogite subductée

GL Lherzolite à grenat

GL

SLABÉclogitiquesubducté

GISEMENTS DIAMANTIFERES

LAMPROITE : Roche volcanique à subvolcanique ultra-potassique,provenant du manteau

KIMBERLITE : roche volcanique ultramafique (riche en magnésium), potassique et riche en éléments incompatibles, ainsi qu'en volatils (H2O et CO2), provenant du manteau

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GISEMENTS DIAMANTIFERES

MINERAUX INDICATEURS :XENOCRISTAUX

GRENATS PYROPE

DIOPSIDES CHROMIFERES

PICROILMENITE 10%pds des kimberlites

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GISEMENTS DIAMANTIFERES

MINERAUX INDICATEURS :XENOCRISTAUX

Ce sont des minéraux qui se sont formés sous les conditions de pression et de température de stabilité du diamant Et qui se trouvent dans les kimberlites et lamproites avecles diamants

ie des minéraux qui ont été arrachés au manteau lors de l’éruption volcanique

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GISEMENTS DIAMANTIFERES

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PROSPECTION

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Zone alluvionnaireKIMBERLITE

I Découverte de minéraux indicateurs (MI) dans alluvions

I

→ Détermination de l’emplacement de la cheminée

II

II Suivi du cours d’eau vers l’amont tant qu’il y a des MI

III

III Absence de MI → la source primaire de MI a été dépassée

IV

IV Prospection dans la zone de drainage et au-dessus

DELAIS DE PROSPECTION

I Découverte de minéraux indicateurs (MI) dans alluvions Soumis à de grandes incertitudes peut durer des mois, des années ou même ne pas aboutir II Suivi du cours d’eau vers l’amont tant qu’il y a des MI Préparations minéralogiques : lames minces, analyses microsonde… Plusieurs semaines à plusieurs mois

III Absence de MI → la source primaire de MI a été dépassée Pour arriver à ce stade, cela dépend de la longueur du cours d’eau de la distance à la source primaire de l’attente des résultats d’analyse

IV Prospection dans la zone de drainage et au-dessus idem III

PHOTOS DE ROCHES

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Nodule de grenat lherzolitique provenant de la kimberlite Aultman, Wyoming

Pyropes arrondis de qualité gemme et quelques diopsides chromifères dans une matrice de serpentine

PHOTOS DE ROCHES

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Mégacristal de pyrope-almandin du complexe kimberlitique de Schaeffer, Wyoming, 10 cm

PHOTOS DE ROCHES

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Pyrope dans harzburgite, Kimberley, South Africa, Kaapval Craton

PHOTOS DE ROCHES

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Pyrope dans kimberlite, Iron Mine, Wyoming, USA

CLASSIFICATION DES GRENATS

Groupe Désignation / Composition TiO2 Cr2O3 FeO MgO CaO

1 Pyrope titanifère 0,6 1,3 9,3 20,0

2 Pyrope à haute teneur en Ti 1,1 0,9 9,8 20,3

3 Pyrope – almandin au calcium 0,3 0,3 16,5 13,4 6,5

4 Almandin au Ti-Ca-Mg 0,9 0,08 18,0 10,0 9,4

5 Almandin au magnésium 0,05 0,03 28,0 8,0 2,5

6 Pyrope-Grossulaire-Almandin 0,25 0,25 10,8 10,0 15,0

7 Uvarovite-Grossulaire au Fe-Mg 0,3 11,5 5,0 8,5 21,5

8 Grossulaire au Fe-Mg 0,25 0,04 7,0 5,0 25,0

9 Pyrope chromifère 0,2 3,5 8,0 20,0 5,0

10Pyrope chromifère basse teneur en Ca

0,04 8,0 6,0 23,0 2,0

11 Pyrope-Uvarovite titanifère 0,5 9,5 7,5 16,0 10,0

12 Pyrope-Uvarovite-Knorringite 0,18 16,0 7,5 15,5 9,5

D’après Dawson et Stephens 1975, modifié par Grütter et al, 2004

CLASSIFICATION DES GRENATS

D’après Dawson et Stephens 1975, modifié par Grütter et al, 2004)

Diamant

Graphite

%pd

s C

r 2O

 3

%pds CaO

G10 G9 G12

G5 G1

G0 G4 G3

GRENATS DES KIMBERLITES

Les grenats se présentent dans les kimberlites sous la forme de - mégacristaux - xénocristauxen tant que composés des xénolites et nodules capturés par le magma de la kimberlite.

Cinq groupes répertoriés comme sources principales des xénocristaux de grenats découverts dans la kimberlite :

- Les péridotites (wehrlites, lherzolites, harzburgites et dunites)

- Les pyroxènites à grenat (les xénocristaux de grenat provenant des pyroxènites ne peuvent généralement pas être distingués de grenats des péridotites)

- Les éclogites

- Certaines xénolithes crustales

- Mégacristaux de grenat pauvres en Cr

GRENATS DES KIMBERLITES

GRENATS EXPLOITES COMME MINERAUX INDICATEURS

- Grenat de type G10 : pyropes de chrome pauvre en Ca provenant

de péridotites harzburgitiques- Grenat de type G9 : pyropes de calcium et de chrome provenant de péridotites lherzolitiques

- Grenats de type G5 avec les grenats G9 pour les lamproites (exemptes de G10)

→ Plus la présence de grenats de type G10 est importante plus la probabilité de présence des diamants est élevée

GRENATS DES KIMBERLITES

GRENATS EXPLOITES COMME MINERAUX INDICATEURS

→ MAIS non détermination

- de la qualité de conservation des diamants

- de la qualité des gemmes

- des dimensions des diamants

→ non détermination

- de la rentabilité de l’exploitation

GEOTHERMOBAROMETRIE

UTILISATION DE REACTIONS MINERALOGIQUES POUR DETERMINER

LA TEMPERATURE DE FORMATION D’UNE ROCHE

→ GEOTHERME

LA PRESSION DE FORMATION D’UNE ROCHE

→ GEOBAROMETRE

GEOTHERMOBAROMETRIE

GEOTHERMOMETRE A OLIGO ELEMENT

grenat-olivine  Mg3Al2Si3O12 + Ni2SiO4 = Ni3Al2Si3O12 + Mg2SiO4

(NiMg-1)

- peu sensible à la pression

- très sensible à la température

→ les analyses permettent de déterminer la température à laquelle les grenats se sont formés

T(K) = 1000 / (1,506 – 0,189 ln (Ni))

GEOTHERMOBAROMETRIE

GEOBAROMETRE

grenat

Cr (pyrope) = Cr (diopside)   (Mg,Cr)3Al2Si3O12 = (Mg,Cr)2Si2O6

- très sensible à la pression

→ les analyses permettent de déterminer la pression à laquelle les grenats se sont formés

P(kbar) = 13,5 + 5 Cr2O3

GEOTHERMOBAROMETRIE APPLICATION

diagramme P(Cr)-T(Ni) pour les grenats du gisement de kimberlite de Daldyn, Sibérie

diagramme P(Cr)-T(Ni) pour les grenats du gisement de kimberlite de Daldyn, Sibérie

GEOTHERMOBAROMETRIE APPLICATION

Geothermes grenat déterminé pour le pipe zéro et le pour les groupes de kimberlites I et II sur le cratère de Kaapvaal, Afrique du sud (courbes pleines).Histogrammes de T(Ni)

GEOTHERMOBAROMETRIE APPLICATION

Qualité supérieure

Qualité inférieure stérile

CONCLUSION

LES PYROPES CHROMIFERES PEUVENT COEXISTER AVEC LES DIAMANTS

- Ils se sont formés sous les mêmes conditions PT

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- Ils ont été arrachés au manteau lors d’éruptions volcaniques et se retrouvent dans des cheminées de lamproite ou de kimberlite

A PARTIR DE LEUR TENEUR EN Cr ET Ni,IL EST POSSIBLE DE DETERMINER LEURS CONDITIONS PT DE FORMATION PAR GEOTHERMOBAROMETRIE

→ LES PYROPES CHROMIFERES SONT UTILISESEN TANT QUE MINERAUX INDICATEURS

DE LA PRESENCE POTENTIELLE DE DIAMANTS