キンバーライト

キンバーライト

火成岩
アメリカ産キンバーライト
構成
フォルステライト質のオリビンと炭酸塩鉱物。微量のマグネシウムイルメナイト、クロムパイロープ、アルマンディンパイロープ、クロム透輝石、金雲母、エンスタタイト、チタン含有量の少ないクロム鉄鉱を含む。ダイヤモンドが含まれることもある。

キンバーライトは火成岩で、ペリドタイトの珍しい変種であり、ダイヤモンドの主なホストマトリックスとして最もよく知られています。南アフリカのキンバリーという町にちなんで名付けられました。 1869年にスター オブ サウス アフリカと呼ばれる83.5カラット (16.70 g) のダイヤモンドが発見されたことでダイヤモンドラッシュが起こり、ビッグホールと呼ばれる露天掘り鉱山の採掘につながりました。以前は、キンバーライトという用語はオリビン ランプロイトにキンバーライト II として適用されていましたが、これは誤りでした。

キンバーライトは、キンバーライトパイプと呼ばれる垂直構造の地殻や火成岩脈として産出するほか、水平方向の岩床としても産出する。キンバーライトパイプは現在、採掘されるダイヤモンドの最も重要な産出地である。キンバーライトについては、マントル深部で形成されるというのが一般的な見解である。形成は深さ150～450キロメートル（93～280マイル）で起こり、おそらく異常に濃縮された異質なマントル組成から生じ、急速かつ激しく噴出し、多くの場合、相当量の二酸化炭素やその他の揮発性成分を伴います。この深さでの溶融と生成により、キンバーライトはダイヤモンドの捕獲結晶を宿しやすくなります。

キンバーライトは比較的希少であるにもかかわらず、ダイヤモンドやガーネットのペリドタイト マントル捕獲 岩を地表に運ぶ役割を担っているため、注目を集めています。キンバーライトは他のどの火成岩よりも深いところから生じた可能性があり、また、低いシリカ含有量と不適合な微量元素の高濃度という点で、極端なマグマ組成を反映しているため、キンバーライトの岩石生成を理解することが重要です。この点で、キンバーライトの研究は、深部マントルの組成と、クラトン大陸リソスフェアとその下にある対流するアセノスフェアマントルの境界面またはその近くで発生する溶融プロセスに関する情報を提供できる可能性があります。

多くのキンバーライト構造は、ニンジン型の垂直貫入岩として配置され、「パイプ」と呼ばれています。この典型的なニンジン形状は、キンバーライトマグマの複雑な貫入プロセスによって形成されます。この貫入プロセスは、システム内の大量の CO2 (H2O の量は少ない) を継承し_、大量の垂直フレアを引き起こす深い爆発沸騰段階を生み出します。^{[1]キンバーライトの分類は、異なる岩}相の認識に基づいています。これらの異なる岩相は、火口、ダイアトリーム、および深海底岩石という特定のタイプのマグマ活動に関連しています。^{[2] [3]}

キンバーライトパイプの形態とその典型的なニンジン型は、マントルの非常に深いところから発生した爆発的なダイアトリーム火山活動の結果である。これらの火山爆発は、深いマグマ溜まりから立ち上がる垂直の岩柱を生成する。これらのパイプを形成する噴火は、爆発時に周囲の岩を破壊し、未変化のペリドタイトの捕獲岩を地表に持ち出す。これらの捕獲岩は、地質学者にマントルの状態と組成に関する貴重な情報を提供する。^{[4] [5]}キンバーライトパイプの形態は多様であるが、パイプの根元には、マントルまで伸びる板状の垂直に傾斜したフィーダー岩脈のシート状岩脈複合体が含まれる。地表から1.5～2 km（0.93～1.24マイル）以内では、高圧のマグマが上向きに爆発して膨張し、円錐形から円筒形のダイアトリームを形成し、地表に噴出する。地表の表現はほとんど保存されていないが、通常はマール火山に似ている。キンバーライトの岩脈と岩床は薄い（1～4メートル）のに対し、パイプの直径は約75メートルから1.5キロメートルに及ぶ。^[6]

キンバーライトマグマの位置と起源はどちらも論争の的となっています。その極度の濃縮と地球化学により、その起源について多くの憶測が飛び交っており、モデルではその起源は大陸下リソスフェアマントル (SCLM) 内、あるいは遷移帯の深部にあるとされています。濃縮のメカニズムも関心を集めており、部分溶融、沈み込んだ堆積物の同化、または主要なマグマ源からの派生などのモデルがあります。

歴史的に、キンバーライトは主に岩石学的観察に基づいて「玄武岩質」と「雲母質」と呼ばれる2つの異なる種類に分類されてきた。^{[7]これは後にCBスミスによって改訂され、これらの岩石の}Nd、Sr、Pbシステムを使用した同位体類似性に基づいて、これらの区分を「グループI」と「グループII」に改名した。 ^[8] ロジャー・ミッチェルは後に、これらのグループIとIIのキンバーライトは非常に明確な違いを示すため、かつて考えられていたほど密接に関連していない可能性があると提案した。彼は、グループIIのキンバーライトはグループIのキンバーライトよりもランプライトに近い類似性を示すことを示した。そのため、彼は混乱を避けるためにグループIIのキンバーライトをオランジュライトとして再分類した。^[9]

グループ I キンバーライトは、二酸化炭素に富む超塩基性カリウム質火成岩で_、主としてフォルステライト質のオリビンと炭酸塩鉱物で構成され、微量鉱物として、マグネシウムイルメナイト、クロムパイロープ、アルマンディンパイロープ、クロム透輝石(場合によっては亜カルシウム)、金雲母、エンスタタイト、および Ti に乏しいクロム鉄鉱が含まれています。グループ I キンバーライトは、細粒から中粒の石基中に、マクロクリスチック (0.5～10 mm、0.020～0.394 インチ) からメガクリスチック (10～200 mm、0.39～7.87 インチ) のオリビン、パイロープ、クロム透輝石、マグネシウム イルメナイト、および金雲母の斑晶によって生じる独特の不等粒度の組織を示します。^[10]

基底鉱物は、火成岩の実際の組成に非常に近く、炭酸塩と相当量のフォルステライト質オリビンが主成分で、少量のパイロープガーネット、Cr-透輝石、マグネシウムイルメナイト、スピネルが含まれています。

オリビン ランプライトは、南アフリカでのみ産出するという誤った認識に応えて、以前はグループ II キンバーライトまたはオランジュアイトと呼ばれていました。しかし、その産出と岩石学は世界中で同一であり、誤ってキンバーライトと呼ばれるべきではありません。^[11]オリビン ランプライトは、揮発性物質 (主に H _{2 O) に富んだ}超カリウム、過アルカリ岩です。オリビン ランプライトの特徴は、金雲母マクロ結晶とミクロフェノクリスト、および金雲母から「テトラフェリ金雲母」(異常に Al に乏しい金雲母で、四面体サイトに入るには Fe が必要です) まで組成が変化する基底雲母です。吸収されたオリビン マクロ結晶と基底雲母の自形一次結晶は一般的ですが、必須の構成要素ではありません。

基底部の特徴的な主相には、累帯状の輝石（Ti-エギリンで縁取られた透輝石の核）、スピネル族鉱物（マグネシウムクロム鉄鉱からチタン磁鉄鉱まで）、SrおよびREEに富むペロブスカイト、Srに富むアパタイト、REEに富むリン酸塩（モナズ石、大青山石）、カリウムバリアンホランダイト族鉱物、Nb含有ルチル、およびMn含有イルメナイトが含まれます。

キンバーライトは、マントル内の高圧高温下で形成されたことを示す化学組成を持つさまざまな鉱物種を含むため、特異な火成岩です。クロム透輝石（輝石）、クロムスピネル、マグネシウムイルメナイト、クロムを多く含むパイロープガーネットなどの鉱物は、通常、他のほとんどの火成岩には含まれていないため、キンバーライトの指標として特に役立ちます。

キンバーライトは、地球のマントルの奥深くに起源があることを反映し、他の火成岩とは異なる独特の地球化学的特徴を示します。これらの特徴は、マントルの組成と、キンバーライトマグマの形成と噴火に関係するプロセスについての洞察を提供します。

キンバーライトは、通常 12% を超え、しばしば 15% を超える高濃度の酸化マグネシウム(MgO) 含有量のため、超塩基性岩に分類されます。この高濃度の MgO は、マントル起源であり、カンラン石やその他のマグネシウムを主成分とする鉱物が豊富であることを示しています。さらに、キンバーライトは超カリウム岩であり、酸化カリウム(K2O) と酸化アルミニウム(Al2O3)のモル比が3 を超えており、マントル起源領域で大幅な変質または濃縮プロセスが行われたことを示しています。

キンバーライトの特徴は、ニッケル(Ni)、クロム (Cr)、コバルト (Co)などの原始的元素が豊富に含まれており、濃度は Ni で 400 ppm、Cr で 1000 ppm、Co で 150 ppm を超えることがよくあります。これらの高いレベルは、マントル源が最小限の分化しか受けていない原始的な性質を反映しています。

キンバーライトは希土類元素（REE）が豊富に含まれており^[12]、これはキンバーライトの起源と進化を理解する上で極めて重要です。このREEの豊富さは、カリウム、バリウム、ストロンチウムなどの元素を含む中程度から高い大イオン親岩元素（LILE） ^[13]の豊富さ（ΣLILE > 1,000 ppm）とともに、流体によって岩石の組成が変化した交代作用を受けたマントル源からの大きな寄与を示しています。

キンバーライトの特徴は、揮発性物質、特に水（H2O）と二酸化炭素（CO2）の含有量が多いことです。これらの揮発性物質の存在は、キンバーライトの噴火の爆発性に影響を与え、マントル深部から地球表面へのダイヤモンドの輸送を促進します。H2OとCO2の濃度が高いことは、これらの化合物がより豊富に存在する深部マントル起源であることを表しています。^[14]

キンバーライト探査技術は、地質学的、地球化学的、地球物理学的手法を統合した多面的なアプローチを包含し、潜在的なダイヤモンド含有鉱床の位置を特定し評価するものである。^[15]

キンバーライトの探査技術は、主にキンバーライトパイプの存在と、その潜在的なダイヤモンド積荷に関連する指標鉱物の特定と分析にかかっています。堆積物のサンプリングは基本的なアプローチであり、キンバーライト指標鉱物 (KIM) は隆起、浸食、氷河作用などの地質学的プロセスにより、景観全体に分散しています。ローミングと沖積サンプリングは、それぞれ土壌と河川堆積物から KIM を回収するために、さまざまな地形で利用されています。古排水パターンと地質学的被覆層を理解することは、KIM をその発生源であるキンバーライトパイプまでさかのぼるのに役立ちます。氷河地域では、エスカーサンプリング、ティルサンプリング、沖積サンプリングなどの技術を使用して、厚い氷河堆積物の下に埋もれた KIM を回収します。収集された重鉱物は、これらの指標を識別するために手作業で分離および分類されます。化学分析により、それらの同一性が確認され、分類されます。温度圧力測定法などの技術は、これらの鉱物が形成された条件と、地球のマントルのどこから来たのかを理解するのに役立ちます。これらの指標と地質曲線を分析することで、科学者はキンバーライトパイプでダイヤモンドが見つかる可能性を推定できます。これらの方法は、貴重なダイヤモンド鉱床を探す際に掘削する場所を優先するのに役立ちます。^{[16] [17]}

地球物理学的方法は、著しい表土や風化のためにキンバーライトを直接検出することが困難な地域で特に有用です。これらの方法は、キンバーライト体とその周囲の母岩の物理的特性の対比を活用し、潜在的なキンバーライト鉱床を示す微妙な異常を検出できるようにします。磁気、電磁気、重力調査などの空中調査と地上調査は、広い範囲の地球物理学的データを効率的に取得するために一般的に使用されています。磁気調査は、キンバーライト内の磁性鉱物によって引き起こされる地球の磁場の変化を検出します。磁性鉱物は通常、周囲の岩石と比較して異なる磁気シグネチャを示します。電磁気調査は、導電性の変化を測定します。導電性キンバーライト体は異常な応答を生成します。重力調査は、キンバーライトと周囲の岩石の密度の違いによって引き起こされる重力の引力の変化を検出します。これらの地球物理学的異常を分析および解釈することで、地質学者は掘削などのさらなる調査の対象となる可能性のあるキンバーライトのターゲットを特定できます。しかし、地球物理学的データの解釈には、地質学的背景と周囲の地質による潜在的なマスキング効果を慎重に考慮する必要があり、正確なターゲット設定とダイヤモンドの発見を成功させるには、地球物理学的結果を他の探査技術と統合することが重要であることが強調されています。^{[15] [18]}

3 次元 (3D) モデリングは、潜在的なダイヤモンド含有鉱床内の主要な地質学的特徴の内部構造と分布を理解するための包括的なフレームワークを提供します。このプロセスは、掘削孔データ、地上物理探査、地質図作成情報など、さまざまなデータセットの収集と統合から始まります。次に、これらのデータセットは、多くの場合、地質学的モデリング用にカスタマイズされた特殊なソフトウェア パッケージを使用して、まとまりのあるデジタル プラットフォームに統合されます。高度な視覚化技術により、地質学者は地下地質の詳細な 3D 表現を作成し、断層、亀裂、岩相境界などの他の重要な地質学的特徴とともにキンバーライト体の分布と形状を強調表示できます。モデル内では、掘削コア データと物理探査の慎重な解釈によって特定されたさまざまな相、母岩捕獲岩、マントル捕獲岩を組み込んで、キンバーライト パイプの内部相を正確に描写する努力がなされています。 3Dモデルは検証されると、貴重な意思決定ツールとして機能し、潜在的なダイヤモンド含有率に関する洞察を提供し、優先度の高い掘削ターゲットを特定し、ダイヤモンド発見の成功の可能性を最大化するための探査戦略を導きます。^{[19] [20]}

キンバーライトは、地球のマントルの組成とその中で起こる動的プロセスに関する貴重な情報源です。キンバーライトの研究は、地球の深部地球化学サイクルと、地球のマントル内で異常に高温の岩石が湧き上がるマントルプルームのメカニズムの理解に貢献してきました。^[21]

さらに、キンバーライトは、地球のマントルからその表面に物質を運ぶという点で独特です。捕獲岩輸送として知られるこのプロセスにより、地質学者は、他の方法では入手できない地球のマントルのサンプルを得ることができます。これらのサンプルを分析することで、地球の物理的条件、構成、惑星の進化の歴史など、地球深部に関する知識が大幅に進歩しました。

ダイヤモンド探査におけるキンバーライトの役割は、いくら強調してもし過ぎることはない。ダイヤモンドは、地球のマントルの高圧、高温条件下で形成される。キンバーライトは、これらのダイヤモンドを運び、地球の表面に運ぶ役割を果たしている。1870年代にキンバリーでダイヤモンドを含むキンバーライトが発見されたことで、ダイヤモンドラッシュが勃発し、この地域は世界最大のダイヤモンド生産地域の一つとなった。それ以来、キンバーライトとダイヤモンドの関係は、世界中の新しいダイヤモンド鉱床の探索において極めて重要となっている。^{[22] [23]}

キンバーライトは地球の過去を知る窓としても機能し、大陸の形成や地球を形作る動的なプロセスについての手がかりを与えてくれます。キンバーライトの分布と年代は、古代の大陸移動や超大陸の形成と崩壊についての洞察を与えてくれます。^[24]

キンバーライトは、主要なダイヤモンドの産地として最も重要なものです。多くのキンバーライトパイプからは、豊富な沖積ダイヤモンド砂鉱床も産出されます。世界では、約6,400本のキンバーライトパイプが発見されており、そのうち約900本がダイヤモンドを含むと分類され、そのうち30本強がダイヤモンド採掘に十分な経済性を有しています。^{[25] [26]}

1990年代初頭にカナダ北部でダイヤモンドを豊富に含むキンバーライトパイプが発見されたことは、表面の特徴が微妙なことが多いため、これらの鉱床を見つけるのがいかに難しいかを示す好例である。この場合、パイプは氷で覆われた浅い池の下に隠されており、その池は周囲の硬い岩よりもわずかに速く浸食された柔らかいキンバーライト岩によって形成された窪みを埋めていた。^[27]

南アフリカのキンバリーで発生した鉱床が最初に認識され、名前の由来となった。キンバリーのダイヤモンドはもともと風化したキンバーライトで発見され、リモナイトによって黄色に着色されていたため、「イエローグラウンド」と呼ばれていた。より深い採掘では、変質の少ない岩石、蛇紋岩化したキンバーライトに遭遇し、鉱山労働者はこれを「ブルーグラウンド」と呼んでいる。イエローグラウンドのキンバーライトは砕けやすく、最初に採掘されたダイヤモンドの源であった。ブルーグラウンドのキンバーライトは、ダイヤモンドを抽出するために岩石破砕機にかける必要がある。 ^[28]

シベリアのサハ共和国にあるミール鉱山とウダチナヤパイプも参照。

青地と黄地はどちらもダイヤモンドの産地でした。黄地が枯渇した後、19世紀後半に鉱山労働者が偶然青地をカットし、宝石品質のダイヤモンドを大量に発見しました。当時の経済状況は、ダイヤモンドが大量に発見されたため、鉱山労働者がお互いの価格を下げ合い、最終的には短期間でダイヤモンドの価値を原価まで下げました。^[29]

• ランプロアイト – 火山の噴出管で地表に噴出したマントル岩
• ランプロファイア – 超カリウム質火成岩
• 霞石閃長岩 – 結晶質深成岩
• 超カリウム質火成岩 – カリウムを豊富に含む希少な超塩基性または塩基性火成岩のクラス
• カルシリタイト岩

ウィキメディア・コモンズには、キンバーライトに関連するメディアがあります。

• キンバーライト画像ギャラリー。2012年2月10日閲覧。