Trabalho para a apresentação ao XIº Congresso da geoquímica

Título: Estudo Mineralógico em microssonda, dos principais minerais satélites do diamante

de Catoca

Autor: Manuel Watangua, MSc, docente do DEI de Geologia da F.C da UAN

Local: Luanda

Pais: Angola

Endereço: watangua @hotmail.com

I. Introdução

Nesta abordagem faremos referência as variações composicionais dos minerais. Para este

estudo foram escolhidos minerais principais que fazem parte de séries isomórficas. A

capacidade de um elemento determinado entrar numa rede cristalina (por exemplo, de uma

granada), é função, por um lado, da concentração deste elemento no meio onde o mineral

cristaliza; por outro, depende das variáveis intensivas do meio (em particular, pressão,

temperatura, fugacidade do oxigénio, etc.). Por conseguinte, o estudo da variação da

composição química dos xenocristais presentes no kimberlito para além de ser um importante

guia de prospecção do próprio kimberlito e constituir uma fonte de dados sobre o manto

amostrado por este kimberlito. Portanto, a análise de cada espécie mineral realizou-se a partir

de uma pré-selecção textural dos diferentes grãos de cada mineral, estabelecendo-se diversas

populações petrográficas.

Para este estudo efectuado no Departamento de Cristalografia e Geologia da Universidade de

Barcelona em Espanha, foram feitas 911 análises (qualitativas e quantitativas) dos principais

minerais satélites do diamante por meio da microssonda, Difracção de Raio X e pelo método

de Rietveld, culminando deste modo, pela determinação das fórmulas estruturais destes

minerais. No total acima referido as análises efectuadas foram as seguintes: 66 Anfibolas, 42

Carbonatos, 11 Badelites, 45 Cromites, 390 ilmenites, 491 ilmenites,105 granadas, 52

Piroxenas 69 Magnetites, 10 zircão e 26 Flogopites.

II. Desenvolvimento

Apresentamos a seguir o estudo efectuado para cada mineral seleccionado como segue:

1. Granadas

Foram analisadas 105 amostras de granada na sua maioria do tipo piropo, tendo sido

encontrados os seguintes elementos que se apresentam na sua fórmula estrutural

considerando-se três posições, que se descrevem X3Y2 (SiO4)3

Nessa fórmula Si é pouco substituído pelo Al. Na troca, nas posições X dispõe-se catiões

divalentes médios (Ca) ou mais pequenos (Mg, Fe2+, Mn), e a posição Y é ocupada por catiões

trivalentes pequenos (Al, Fe3+, Cr). Em alguns casos, para pressões muito altas podem ter

entrada Na em X e Si em Y.

Para o caso em estudo não foram detectadas quantidades consideráveis de Si, o que demonstra

que a granada foi formada em condições de pressão extremamente alta.

Figura1- Representação da composição das granadas de Catoca no diagrama de Sobolev

(1973), modificado.

Os cristais de granada não apresentam em nenhum caso zonação, e são homogéneos

internamente, o que sugere um largo período de permanência no manto em condições de

equilíbrio. A sua composição corresponde a dois grupos: a) Piropo e b) Granada cálcica.

Por outro lado, as granadas são consideradas como minerais indicadores do diamante em

kimberlítico. Assim estabeleceram-se classicamente diversos diagramas para representar as

diferentes características composicionais das granadas. Entre eles o de maior uso e êxito é o

de Sobolev (1973) e diversas variantes que se efectuaram sobre ele (Sobolev., 1977; Ramsay

e Tompkins., 1991).

A representação das análises de Catoca no diagrama de Sobolev et al. (1977) indica que a

maior parte das análises de granadas correspondem ao campo lherzolítico, não obstante uma

pequena fracção encontrar-se próximo do campo harzburgítico. Porém, uma pequena parte

das granadas correspondem ao campo eclogito. Estes dados assemelham-se com maior

frequência a piroxenas lherzolíticas (clinopiroxenas).

Fig. 2: A maior concentração de cristais de granadas de Catoca do tipo piropo verifica-se no

campo Lherzolítico (G9), revelando kimberlito diamantífero, segundo Garney.

3. Clinopiroxenas

Analisados 52 amostras de minerais em que na sua fórmula estrutural consideraram-se três

posições: XY(Si2O6).

Os grupos (Si2O6) formam cadeias paralelas no eixo C, ao passo que os catiões ocupam

posições de ligações, com coordenação 8 (X, catiões medianos como Ca, Na, Mn, Li, ou

pequenos Mg e Fe2+), e octaédrica 6 (Y, catiões pequenos como Mg, Fe2+, Al, Fe3+, Ti, Mn,

Zn, Ni, Cr, Sn, e V). Em alguns casos, para pressões muito altas pode registar-se entrada de K

na posição X, em quantidades muito elevadas.

As piroxenas do kimberlito de Catoca são essencialmente quadrilaterais na sua maioria. Mas,

de acordo com a figura 2, no diagrama é representada alguma população muito pequena de

piroxenas sódico-cálcicas. Portanto, são empregues dois diagramas para representar estas

análises.

As piroxenas cálcicas são representadas no diagrama quadrilátero, em termos das proporções

moleculares de wollastonite, enstatite e ortoferrosilite. Como pode ver-se na figura 4, a maior

parte das análise corresponde ao campo do diópsido, se bem que há um grande número de

análises que correspondem a augite. As composições destas clinopiroxenas são compatíveis

com as que apresentariam xenocristais de piroxenas de origem lherzolítica.

Figura.3- Representação da composição das piroxenas de Catoca no diagrama quadrilátero

das piroxenas (Morimoto et al., 1989).

As composições das piroxenas de Catoca estão representadas também no diagrama de

Ramsay e Tompkins (1991) para a discriminação dos ambientes geotectónicos da

proveniência. Como pode ver-se além das granadas eclogíticas, a maior parte das granadas

analisadas encontram-se dentro do campo dos peridotitos granatíferos.

As composições onfaciticas podem corresponder-se com xenocristais de origem eclogitica,

enquanto que as de augite aegirínica atribuem-se a uma possível afinidade carbonatítica. Este

último aspecto deve comprovar-se com uma maior quantidade de análise.

4. Anfíbolas

No total foram analisadas 66 amostras de Anfíbolas em que na fórmula estrutural consideram-

se quatro posições: A0-1 X2Y5 (Si8O22) (OH, F) 2

Onde A são catiões muito grandes (K, Na, podendo estar vazio), X catiões médios em

coordenação 8 (normalmente Na, Ca, às vezes Fe, Mg, Mn), e Y catiões pequenos em

coordenação 6 (tipicamente Fe, Mg, Mn, Ti, Al, com quantidades menores de Ni, Cr, V, Zn,

Sn). Nessa fórmula o Si é substituído pelo Al, o qual gera um deficit de carga que se

compensa com a entrada de Al em Y ou de álcali em A. Em troca, nas posições X dispõem-se

catiões de valência média (Ca) ou mais pequeno (Mg, Fe2+, Mn), enquanto Y é ocupada por

catiões trivalentes pequenos (Al, Fe3+, Cr). De todas estas substituições, a tschermakitica, de

substituição dupla SiAl = AlMg tem interesse petrogenético. Por outro lado, como rochas

encaixantes mais comuns as gnessicas ricas em anfíbolas. Daí seria importante aventar a

hipótese de uma origem primária para a anfíbola ou tratarem-se de Xenocristais da rocha

encaixante.

Figura. 4- Representação da composição das anfíbolas cálcicas de Catoca no diagrama de

Leake et al. (1997).

Como se pode observar nas tabelas produzidas para o efeito, todas as anfíbolas cálcicas de

Catoca têm em maior ou menor proporção Na e K, podendo-se diferenciar dos grupos, uns

com (Na + K) superior a 0,5, e outros inferiores. Da mesma maneira, pode observar-se que Ti

<0,5, que fazem parte de minerais da série kaersutite. Portanto, podemos representar a maior

as anfíbolas em dois diagramas distintos.

5. Micas-Flogopite

Para esta família de minerais foram analisadas 26 amostras cuja fórmula estrutural das micas

trioctaédricas escreve-se da seguinte forma: AX3((Si, Al) O10)(OH, F)2

Nas posições X dispõem-se principalmente catiões de valência pequena (Mg, Fe2+, Fe3+, Mn,

Ni, Cr, Ti), enquanto a A está ocupada por catiões monovalentes grandes (K, Na, Ba, Sr). O

Mg fica predominante na posição X, e um aumento de Fe provoca a sua transformação ou

passagem para biotite.

As composições dos cristais de flogopite constituem um dado que pode ser importante na

distinção entre kimberlitos s.s. e orangeitos na classificação de Mitchell. (1995). Como pode

apreciar-se na figura abaixo onde a proporção de TiO2 nos cristais de flogopite de Catoca é

muito baixa, inferior a 2% em peso, o que provoca afastamento definitivo do campo dos

lampritos. Por outro lado, a proporção de Mg é elevada, o que é mais típico para kimberlitos

s.s. (kimberlitos do tipo I na classificação de kimberlitos mais geralmente aceite).

Figura.5- Representação das rochas mãe do diamante sendo os kimberlitos os que apresentam

maior conteúdo ou teores em composicional das flogopites no diagrama discriminativo de

micas de Mitchell (1986).

Em troca, a proporção de Al é inferior à que poderia estar presente nas micas kimberliticas.

As micas de Catoca são pobres em Ba, Cr e a sua proporção situa-se a nível de elementos

traço.

7. Cromite

Das 45 amostras analisadas, para a fórmula estrutural das espinelas consideram-se duas

posições, escrevendo-se da seguinte forma: XY2O4

Nas posições X dispõem-se catiões divalentes (Mg, Fe, Mn) ou mais raramente Ti, enquanto

na Y está ocupada por catiões trivalentes pequenos (Al, Fe3+, Cr). Existem importantes

soluções sólidas desde os termos da série rica em crómio (magnesiocromita MgCr2O4) até as

espinelas pobres em crómio, como a espinela s.s MgAl2O4, Hercinite, Fe2+Al2O4, magnetite

MgFe3+2O4, ulvoespinela TiFe2+2O4 (wachunas, 1991). A composição das cromites,

revela dados sobre o estado de oxidação do ferro (e portanto a fugacidade do oxigénio),

por vezes fornece dados sobre o comportamento dos catiões equivalentes no magma e,

portanto, da proveniência do mesmo magma (Sack y Ghiorso, 1991).

A proporção de Nb é muito baixa, e até ao momento não está estabelecida nenhuma rotina

para determinar este elemento na cromite a nível de elementos traços.

Figura. 6- Representação da composição das cromites de Catoca no diagrama TiO2-MgO e

comparação com as cromites de diferentes ambientes. Note-se que a maior parte das análises

de cromites encaixam-se no domínio dos kimberlitos e que alguns deles representam-se nas

proximidades do campo das cromites contidas em cristais de diamante.

Figura 7- Gráfico # Cr # Fe, em que se observa o alto teor de crómio.

A composição da maior parte das cromites analisadas está de acordo com o padrão ideal para

espinelas provenientes do manto (Barnes & Roeder, 2001).

12. Ilmenite

Foram analisados 479 cristais de ilmenites de diversos tipos, tendo a sua fórmula estrutural

determinado duas posições, podendo escrever-se da seguinte maneira: XYO3

Nessa fórmula, as posições X estão ocupadas por catiões divalentes, enquanto que na posição

Y acomoda-se o Ti4+. Segundo o catião que predomina na posição X, existem diversos termos

extremos: quando o catião é o Fe2+, o termo extremo é ilmenite (FeTiO3); quando é Mg é

a geikielita (impropriamente chamada picroilmenite), de fórmula MgTiO3; quando é o

Mn o termo extremo chama-se pirofanite (MgTiO3). Em alguns casos, para pressões muito

altas, podem entrar Na em X e Si em Y. O termo “picroilmenite” deve ser substituído pelo

geikielite (quando a proporção molecular deste mineral é superior a 50%), ou pela ilmenite

magnesiana (quando a proporção molecular é inferior a 50%).

Figura. 8- Digrama de evolução das ilmenites no gráfico TiO2-MgO de Mitchell. (1986).

Figura. 9: Campos de Oxidação e de Redução, em que a maior concentração de cristais de

ilmenite se verifica no campo de Oxidação significando que os diamantes presentes no

kimberlito estão oxidados, isto é, sendo assim de baixo valor. No entanto, é preferível que a

maior concentração de grão esteja situada ou no centro, ou no campo de Redução.

Figura.10- Digrama de evolução dos contornos de grãos de ilmenites - gráfico TiO2-MgO de

Mitchell. (1986).

Na variação composicional de cristais simples da ilmenite (Haggery, 1973), surgem dois tipos

de direcções evolutivas:

a) Direcção de enriquecimento magnésico e crómico, mantendo-se constante ou decrescendo

às vezes o Fe3+ (tendência de kimberlito magmático).

b) Direcção de enriquecimento em manganésio (tendência de kimberlito de reacção).

Como pode ver-se nas figuras do capítulo de petrografia, ambas tendências estão presentes

como substituição da ilmenite policristalina em agregados granulares, ou na da ilmenite

cariada.

Também se identificou a ilmenite magnesiana na matriz do kimberlito. Não obstante, a

picroilmenite não abundar entre as ilmenites de Catoca, um processo tardio de enriquecimento

ocorria em relação ao Fe3+ . Com efeito, esta geração vê-se mascarada por substituições mais

tardias predominantes, de ilmenite mais rica em Fe3+, que constituem a maior parte dos

macrocristais. Esta direcção precoce de enriquecimento em Fe3+ (chama-se direcção oxidante)

tem muita importância porque implica trocas importantes na fugacidade de oxigénio, aspecto

que por sua vez tem consequências na estabilidade do diamante).

Enquanto na direcção de enriquecimento em Mn, podem destacarem-se as ilmenites

pirofaniticas, típicas dos magmas carbonatíticos (Mitchell, 1986).

Figura 11.- Diagrama de evolução das ilmenites do centro de grãos em xenólitos de

anfibolitos no gráfico TiO2-MgO de Mitchell. (1986).

III. Conclusões

1. Os minerais satélites dos diamantes são, no entanto, valiosos guias de prospecção

geológica sendo bons indicadores de fontes primárias (kimberlitos e outros) quando

estão presentes em grandes proporções nas zonas prospectadas.

2. A presença de granada do tipo G9 indica normalmente kimberlitos diamantíferos do

campo Lherzolítico.

3. A predominância da ilmenite no kimberlito é prejudicial na medida em que os

diamantes aparecem em grande quantidade queimados (oxidados).

4. O enriquecimento em Fe3+ (direcção oxidante) tem muita importância porque implica

trocas importantes na fugacidade de oxigénio, e apresenta consequências na

estabilidade do diamante, daí a importância estudá-lo quando ocorre. Mas o

enriquecimento em Mn, indica ilmenites pirofaniticas típicas dos magmas

carbonatíticos (Mitchell, 1986).

5. A composição das cromites, revela dados sobre o estado de oxidação do ferro (e

portanto a fugacidade do oxigénio), por vezes fornece dados sobre o comportamento

dos catiões equivalentes no magma e, portanto, da proveniência do mesmo magma

(Sack y Ghiorso, 1991).

6. Os minerais satélites do diamante fornecem informações sobre as temperaturas e

pressões dos diferentes meios de formação dos minerais neste caso do diamante.

IV. Referências bibliograficas.

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Luanda, aos 29 de Outubro de 2012

Por Manuel Watangua, MSc, docente do DEI de Geologia da F.C