Kimberlites I : Kimberlites and Related Rocks 9780444601315

Citation preview

KIMBERLITES  I:  KIMBERLITES  AND  R E L A T E D  ROCKS 

Series 

Developments in Petrology  1.  K.R.  Mehnert  MIGMATITES  AND T H E ORIGIN  OF GRANITIC  ROCKS  2. V . Marmo  GRANITE  PETROLOGY  AND T H E G R A N I T E  PROBLEM  3. J . Didier  GRANITES  AND T H E I R  ENCLAVES  The  Bearing  of  Enclaves on the Origin of  Granites  4. J.A. O'Keefe  T E K T I T E S  AND T H E I R  ORIGIN  5. C.J. Allegre and S.R. Hart  (Editors)  T R A C E  ELEMENTS  I N  IGNEOUS  PETROLOGY  6. F. Barker  (Editor)  TRONDHJEMITES, DACITES, AND R E L A T E D  ROCKS  7. Ch.J. Hughes  IGNEOUS  PETROLOGY  8. R.W. Le Maitre  NUMERICAL  PETROLOGY  Statistical Information of Geochemical  Data  9. M. Suk  PETROLOGY  OF METAMORPHIC  ROCKS  10.  C.E. Weaver and Associates  SHALE­SLATE  METAMORPHISM  I N  SOUTHERN  APPALACHIANS  11B. J . Kornprobst  (Editor)  KIMBERLITES.  I I : T H E MANTLE  AND C R U S T ­ M A N T L E  RELATIONSHIPS 

Developments in Petrology  11A 

KIMBERLITES  I: KIMBERLITES A N D  RELATED  ROCKS 

Edited by  J .  KORNPROBST  Departement  de  Geologie  et  Mineralogie,  Universite  de  Clermont  II,  5  rue Kessler,  6300  Clermont­Ferrand,  France 

Proceedings of the "Third  International Kimberlite  Conference"  volume I 

E L S E V I E R , Amsterdam — Oxford — New York  — Tokyo  1984 

ELSEVIER  SCIENCE PUBLISHERS  B.V.  Molenwerf  1  P.O. Box  211,1000  AE Amsterdam, The  Netherlands  Distributors 

for  the  United  States  and  Canada: 

ELSEVIER  SCIENCE PUBLISHING  COMPANY INC.  52,  Vanderbilt  Avenue  New York, NY  10017 

ISBN  0­444­42273­0  (Vol.  11A)  ISBN  0­444­41562­9  (Series)  © Elsevier Science  Publishers B.V.,  1984  All  rights  reserved.  No  part  of  this  publication  may  be  reproduced,  stored  in  a  retrieval  system  or  transmitted  in  any  form  or  by  any  means,  electronic,  mechanical,  photo­ copying,  recording  or  otherwise,  without  the  prior  written  permission  of  the  publisher,  Elsevier  Science  Publishers  B.V.,  P.O.  Box  330,  1000  AH  Amsterdam,  The  Netherlands  Printed  in The  Netherlands 

ν  

THIRD  INTERNATIONAL  KIMBERLITE  CONFERENCE 

Clermont  F e r r a n d ,  September  1982 

Sponsors 

Centre  National  de  l a  Recherche  S c i e n t i f i q u e  I n t e r n a t i o n a l  A s s o c i a t i o n  o f  Volcanology  and  Chemistry  o f  the  E a r t h   I n t e r i o r  1

European  Union  o f  Geosciences  S o c i e t e  Geologique  de  France  U n i v e r s i t e  de  Clermont  I I  M u n i c i p a l i t e  de  Clermont  Ferrand  Banque  Nationale  de  P a r i s 

Conveners: 

A.  N i c o l a s 

and  J .  Kornprobst 

O r g a n i z i n g  Committee:  F.  B o u d i e r ,  J . C .  M e r c i e r  and  C.  A l l e g r e 

E x c u r s i o n  Leaders  Moho  T r i p  :  F.  B o u d i e r ,  A.  N i c o l a s  R.  Compagnoni,  J . C .  H u n z i k e r ,  G.  Lensch,  A.  Steck  Volcano  T r i p  :  E .  Berger  F.  Conquere,  P.M.  V i n c e n t 

Proceedings  o f  the  Conference  :  Volume  I  :  K i m b e r l i t e s  and  r e l a t e d  rocks  ­  C o n t r i b u t i o n  t o  a  b e t t e r  knowledge  o f  the  e v o l u t i o n  o f  the  mantle.  J .  K o r n p r o b s t ,  e d . ,  E l s e v i e r ,  Development  i n  P e t r o l o g y  S e r i e s  ( t h i s  volume).  Volume  I I  :  The  mantle  and  c r u s t / m a n t l e  r e l a t i o n s h i p s  ­  M i n e r a l o g i c a l ,  P e t r o l o g i c a l  and  Geodynamic  Processes.  J .  K o r n p r o b s t ,  e d . ,  E l s e v i e r ,  Development  i n  P e t r o l o g y  S e r i e s .  Volume  I I I  :  K i m b e r l i t e  I I I  :  Documents.  J .  K o r n p r o b s t ,  e d . ,  Ann.  U n i v .  Clermont  F d .  E d i t i o n  S e c r e t a r y :  M . C  Kornprobst 

This page intentionally left blank

VII 

PREFACE 

To  convene  the  j u s t i f i e d 

f u l l y 

more  than  smaller 

t h a t  South  A f r i c a  and  Bostwana  t o g e t h e r  p r o v i d e 

38%  o f 

the 

present  w o r l d  p r o d u c t i o n  o f  diamond.  With  c o n s i d e r a b l y 

the 

U n i t e d  States 

on 

diamond­bearing 

Colorado­Wyoming  l o c a l i t i e s , 

next 

I n t e r n a t i o n a l  K i m b e r l i t e  Conference  i n  Cape  Town  i s  f a c t 

r e s o u r c e s , 

o b s e r v a t i o n s 

Arizona 

1 s t . 

by  the 

a r e a , 

o f  America  c o u l d  ( i n  1977)  present  new 

k i m b e r l i t e s 

and  so  Santa 

r e c e n t l y 

Fe  s i t u a t e d 

d i s c o v e r e d 

near 

these 

i n 

the 

k i m b e r l i t e 

and  even  c l o s e r  t o  the  c l a s s i c a l  lamproites  f i e l d s  o f  New  M e x i c o , 

and  Utah  was  a  reasonable  choice  f o r  the  2nd.  meeting.  C e r t a i n l y  the 

meeting 

scheduled  f o r  1986  i n  Perth  ( A u s t r a l i a )  w i l l  a l s o  demonstrate  new 

as  w e l l  as  g i v e  the  o p p o r t u n i t y  t o  v i s i t  the  f i r s t  diamond­bearing 

l o c a l i t i e s , 

lamproites  ever  d i s c o v e r e d .  In 

1982, 

the 

C l e r m o n t ­ F e r r a n d ,  i n 

I n t e r n a t i o n a l 

K i m b e r l i t e 

Conference 

met 

i n 

f i e l d ,  i n  F r a n c e ,  nor  were  any  k i m b e r l i t e ­ 1 i k e  diatremes  ever  r e p o r t e d . 

the 

T h i s 

3rd 

France.  From  h i s t o r i c a l  r e c o r d s ,  no  diamonds  were  e v e r  found, 

absence  o f  diamonds  i s  i n  keeping  w i t h  the  e x i s t e n c e ,  i n  t h i s  c o u n t r y ,  o f 

a  r e l a t i v e l y 

young  basement 

(mostly 

dated 

from  the 

time  o f  the  hercynian 

orogeny: 

300­500  m . y . ) ; 

g r a n i t i c 

and  g n e i s s i c  rocks  ( I c a r t i a n :  1800­2000  m . y . ) ,  the  surface  o f  which  i s 

i n s u f f i c i e n t  not 

be  ever  considered  as  a  precambrian  s h i e l d .  K i m b e r l i t e s  c o u l d 

consequently 

important  the 

t o 

o n l y  a  few  acres  o f  the  french  s o i l  are  made  o f  o l d e r 

be  shown  t o 

miocene­quaternary 

Massif 

C e n t r a l : 

the 

p a r t i c i p a n t s 

o f 

the 

3rd  c o n f e r e n c e .  An 

b a s a l t i c  volcanism  n e v e r t h e l e s s  o c c u r s ,  mainly  i n 

a  few  o f  the  s t r o n g l y  undersaturated  basic  rocks  (mostly 

n e p h e l i n i t e s 

w i t h  r a r e  m e l i l i t i t e s )  c o u l d  have  some  a f f i n i t i e s  w i t h  lavas  found 

i n 

the 

some  o f 

s e c t i o n s  o f 

the 

occur 

i n 

f a c i e s 

x e n o l i t h s 

v o l c a n i c 

l o c a l i t y 

f o r 

u p l i f t e d 

blocks 

r e l a t i o n s h i p s 

C e n t r a l , 

a  number  o f  the  volcanoes  e x h i b i t  c r o s s 

scavenged  from  shallow  mantle  o r  deep  c r u s t  l e v e l s 

a r e a s .  On  the  o t h e r  hand,  mantle  d e r i v e d  u l t r a m a f i c  bodies 

f r e n c h  northern  Pyrenees,  c l o s e l y  a s s o c i a t e d  w i t h  wedges  o f  g r a n u l i t e 

metamorphic 

the 

f i e l d s ; 

a t  d i f f e r e n t  l e v e l s  o f  the  maar­diatreme  s t r u c t u r e s  and  a  l a r g e  number 

them  c o n t a i n 

below 

are 

k i m b e r l i t e 

r o c k s . 

and  a s s o c i a t e d 

p e r i d o t i t e s 

( t h e  type 

and  can  be  construed  as  g i v i n g  a  p i c t u r e  o f  the  c r u s t ­ m a n t l e 

a t  depth,  as  does  the  Ivrea­Verbano  zone  o f  northern  I t a l y .  These 

reasons  why  the 

G r a n u l i t e s 

I h e r z o l i t e  i s  s i t u a t e d  i n  t h i s  p a r t  o f  France)  are  i n t e r p r e t e d  as 

outcrops 

i t  of 

was  thought  t h a t  the  v o l c a n i c  p r o v i n c e  o f  the  Massif  the  northern  Pyrenees  and  the  Ivrea­Verbano  zone  o f 

VIII  n o r t h e r n 

I t a l y 

g e n e r a l l y 

c o u l d  p r o v i d e  k i m b e r l i t e ­ g e o l o g i s t s  w i t h  a  new  look  a t  problems 

considered  w i t h i n 

the 

frame 

o f 

an  o l d  and  s t a b l e  craton  on  which 

k i m b e r l i t e s  are  found.  The  o r i e n t a t i o n  were 

not 

t o p i c s 

such  as 

sample"  160 

o f  the  papers  presented  i n  Clermont­Ferrand 

" K i m b e r l i t e s , 

diatremes 

and  diamonds"  as  well  as  "The  mantle 

were  l a r g e l y  debated  i n  a  number  o f  sessions  t h a t  represented  more  than 

communications 

d i s c o v e r i e s  gave 

and  content 

however  v e r y  d i f f e r e n t  from  those  d e l i v e r e d  i n  Cape  Town  o r  Santa  F e : 

o f 

r i s e 

diamonds 

t o 

whose  a b s t r a c t s 

K i m b e r l i t e s ,  s p e c i f i c 

and  t h e i r 

are  t o  be  found  i n  T e r r a  C o g n i t a .  The  new 

and  diamonds 

i n  lamproites  i n  Western  A u s t r a l i a 

d i s c u s s i o n s  as  d i d  new  data  r e p o r t e d  on  i n c l u s i o n s  i n 

thermodynamic 

s i g n i f i c a n c e . 

P a r t i c i p a n t s  alone  can  judge 

whether  o r  not  the  Clermont  Ferrand  meeting  was  a  s u c c e s s .  Seventy  coming  550 

up  t o 

pages 

reduce 

n e a r l y 

lengths 

f o r  p u b l i c a t i o n  i n  the  Proceedings, 

1600  s t a n d a r t  pages.  The  p u b l i s h e r  had  i n i t i a l l y 

o f f e r e d 

o f 

t h e i r 

papers,  second  t o  convince  the  p u b l i s h e r  o f  the 

o f  the  a r t i c l e s .  Reviewers  were  most  h e l p f u l  t o  achieve  the  f i r s t  o f 

g o a l s . 

d i s c o v e r i e s ,  lamproites 

papers  were  submitted 

so  t h a t  mighty  arguments  had  t o  be  used  f i r s t  to  convince  authors  t o 

the 

e x c e l l e n c e  these 

f i v e 

Given 

the 

a  l a r g e 

i n t e r e s t 

s e c t i o n 

t h a t 

o f 

the 

arose 

from 

the 

a u s t r a l i a n 

diamond 

proceedings  are  devoted  t o  a u s t r a l i a n 

and  k i m b e r l i t e s .  A  r e l a t i v e l y  l a r g e  amount  o f  the  a v a i l a b l e  space  i s 

a l s o  devoted  to  A l p i n e  type  u l t r a m a f i c  b o d i e s .  The  The 

l a s t  stage  was  t o  prepare  a  m u l t i p l e  authors  camera­ready  p u b l i c a t i o n . 

present 

e d i t o r 

would  r a t h e r 

f o r g e t 

about 

t h i s 

episode  as  q u i c k l y  as 

p o s s i b l e ,  and  w i l l  l e t  a  poet  summarize  some  o f  the  d i f f i c u l t i e s  encountered:  'He  thought  he  saw  a Coach­and­Four  t h a t  stood  beside  h i s  bed  He  looked  a g a i n ,  and  found  i t  was  a  Bear  w i t h o u t  a  Head  "Poor  t h i n g " ,  he  s a i d ,  "Poor  S i l l y  t h i n g  !  I t ' s  w a i t i n g  to  be  f e d "   1

S u r r e a l i s m  c e r t a i n l y  t h i s 

volume 

w i l l 

(Lewis  C a r r o l l ) 

not  permeate  f u r t h e r  the  s c i e n t i f i c  content  o f 

and  i t  i s  my  hope  and  b e l i e f  t h a t  the  f o l l o w i n g  papers  w i l l  serve 

to  improve  our  knowledge  o f  the  processes  o p e r a t i v e  a t  depths  i n  the  mantle. 

Jacques  Kornprobst  e d i t o r 

I X 

CONTENTS 

Academician  V l a d i m i r  Stepanovitch  S o b o l e v ,  by  J . B .  Dawson 

1 

I  ­  DETECTION  OF  KIMBERLITIC  OCCURRENCES  (1)  A  T e l e d e t e c t i v e  study  of  k i m b e r l i t e  regions  i n  North  America  (Colorado­Wyoming),  E a s t  A f r i c a  (Mwadui),  and  S i b e r i a  ( M i r ) ,  by  T . L .  Woodzick  and  M.E.  McCallum  5  (2)  E v a l u a t i o n  o f  Geophysical  Techniques  f o r  diatreme  d e l i n e a t i o n  i n  the  Colorado­Wyoming  K i m b e r l i t e  P r o v i n c e ,  by  J . A .  C a r l s o n ,  R.B.  Johnson,  M.E.  McCallum,  D.L.  Campbell  and  J . P .  Padgett  21  (3)  Geobotanical  e x p r e s s i o n  o f  a  b l i n d  k i m b e r l i t e  p i p e ,  Central  I n d i a ,  by  P . O .  Alexander  and  V . K .  S h r i v a s t a v a  33  I I  ­  NATURAL  OCCURRENCES  OF  KIMBERLITES  AND  RELATED  ROCKS:  GEOLOGY,  PETROLOGY,  MINERALOGY  AND  GEOCHEMISTRY  (1)  The  Geology  o f  the  Mayeng  K i m b e r l i t e  s i l l  complex,  South  A f r i c a ,  by  D.B.  A p t e r ,  F . J .  Harper,  B.A.  Wyatt  and  B . H . S .  Smith  43  (2)  The  o x i d e  minerals  o f  the  Wesselton  Mine  K i m b e r l i t e ,  Kimberley,  South  A f r i c a ,  by  S . R .  Shee  59  (3)  P e t r o l o g y  o f  carbonate  t u f f  from  M e l k f o n t e i n ,  E a s t  G r i q u a l a n d ,  Southern  A f r i c a ,  by  N . Z .  B o c t o r ,  P . H .  N i x o n ,  F.  Buckley  and  F . R .  Boyd  75  (4)  The  Koidu  K i m b e r l i t e  Complex,  S i e r r a  Leone:  G e o l o g i c a l  S e t t i n g ,  P e t r o l o g y  and  Mineral  c h e m i s t r y ,  by  L . A .  Tompkins  and  S . E .  Haggerty  83  (5)  P e t r o g r a p h y ,  Geochemistry  and  Strontium  i s o t o p i c  composition  o f  the  Mbuji­Mayi  and  Kundelungu  K i m b e r l i t e s  ( Z a i r e ) ,  by  M.  Fieremans,  J .  Hertogen  and  D.  Demaiffe  107  (6)  K i m b e r l i t e s  near  O r r o r o o ,  South  A u s t r a l i a ,  by  B . H .  S c o t t  Smith,  R.V.  Danchin,  J . W .  H a r r i s  and  K . J .  Stracke  121  (7)  The  Lake  E l l e n  K i m b e r l i t e ,  M i c h i g a n ,  U . S . A . ,  by  E . S .  McGee  and  B . C .  Hearn  J r  143  (8)  P e t r o l o g y  o f  Megacrysts,  mafic  and  u l t r a m a f i c  x e n o l i t h s  from  the  Pipe  o f  E g l a z i n e s ,  Causses,  F r a n c e ,  by  E . T .  Berger  and  M.  Vannier  155  (9)  Oceanic  c a r b o n a t i t e s ,  by  M . J .  Le  Bas  169  I I I  ­  KIMBERLITES  AND  LAMPROITES:  GENERAL  SYNTHESES  (1)  K i m b e r l i t e s  i n  China  and  t h e i r  major  components:  a  d i s c u s s i o n  on  the  physico­chemical  p r o p e r t i e s  o f  the  upper  mantle,  by  He  Guan­Zhi  (2)  A  review  o f  the  k i m b e r l i t i c  rocks  o f  western  A u s t r a l i a ,  by  W . J .  A t k i n s o n ,  F . E .  Hughes  and  C B .  Smith  (3)  The  Diamond­bearing  u l t r a p o t a s s i c  ( l a m p r o i t i c )  rocks  o f  the  West  Kimberley  r e g i o n ,  Western  A u s t r a l i a ,  by  A . L .  J a q u e s ,  J . D .  L e w i s ,  C B .  Smith,  G . P .  G r e g o r y ,  J .  Ferguson,  B.W.  Chappell  and  M.T.  McCulloch 

181  195 

225 

χ  l 4 )  A  New  Look  a t  P r a i r i e  Creek,  Arkansas,  by  B . H .  S c o t t  Smith  and  E.M.  W.  Skinner  .  (5)  Spanish  and  Western  A u s t r a l i a n  l a m p r o i t e s :  aspects  o f  whole  rock  geochemistry,  by  P . H .  N i x o n ,  M.F.  T h i r l w a l l ,  F.  Buckley  and  C . J .  Davies 

255 

285 

IV  ­  KIMBERLITES:  PHYSICAL  AND  CHEMICAL  PROCESSES  (1)  E x p l o s i v e  volcanism  o f  the  West  E i f e l  v o l c a n i c  f i e l d / G e r m a n y ,  by  V ·  Lorenz  299  (2)  P h y s i c s  o f  the  k i m b e r l i t e  magmatism,  by  E . V .  Artyushkov  and  S . V .  Sobolev  .  309  (3)  K i m b e r l i t e :  "The  Mantle  Sample"  formed  by  ultrametasomatism,  by  D.K.  B a i l e y  323  (4)  Subsolidus  r e a c t i o n s  i n  k i m b e r l i t i c  i l m e n i t e s :  e x s o l u t i o n ,  r e d u c t i o n  and  the  redox  s t a t e  o f  the  mantle,  by  S . E .  Haggerty  and  L . A .  Tompkins  335  (5)  An  experimental  and  t h e o r e t i c a l  a n a l y s i s  o f  p a r t i a l  melting  i n  the  system  KAlSi04­  CaO­ MgO­  Si02­  C02  and  a p p l i c a t i o n s  to  the  genesis  o f  p o t a s s i c  magmas,  c a r b o n a t i t e s  and  k i m b e r l i t e s ,  by  R . F .  Wendlandt  359  (6)  The  formation  o f  k e l y p h i t e  and  a s s o c i a t e d  s u b ­ k e l y p h i t i c  and  s c u l p t u r e d  surfaces  on  pyrope  from  k i m b e r l i t e ,  by  0.  G.  G a r v i e  and  D.N.  Robinson  371  (7)  Compositions  o f  f l u i d s  i n  e q u i l i b r i u m  w i t h  p e r i d o t i t e :  i m p l i c a t i o n s  f o r  a l k a l i n e  magmatism­metasomatism,  by  M.E.  Schneider  and  D.H.  E g g l e r  383  (8)  K i m b e r l i t e  and  the  e v o l u t i o n  o f  the  M a n t l e ,  by  D . L .  Anderson  395  (9)  Volume  i n s t a b i l i t i e s  i n  the  mantle  as  a  p o s s i b l e  source  f o r  k i m b e r l i t e  f o r m a t i o n ,  by  F.  Freund  405  (10)  K i m b e r l i t i c  magmatism  i n  the  eastern  u n i t e d  s t a t e s :  r e l a t i o n s h i p s  t o  m i d ­ a t l a n t i c  t e c t o n i s m ,  by  L . A .  T a y l o r  417  (11)  K i m b e r l i t e s  o f  southern  A f r i c a  ­  Are  they  r e l a t e d  t o  subduction  p r o c e s s e s ,  by  H.  Helmstaedt  and  J . J . Gurney  425 

References 

435 

X I 

ACKNOWLEDGEMENTS 

The  75  manuscripts  submitted  to  the  Proceedings  have  been  c a r e f u l l y  read  and  most  g e n e r a l l y  improved  by  a  number  o f  Reviewers.  The  f o l l o w i n g  Referees  are  g r e a t l y  acknowledged:  F .  A l b a r e d e ,  C . J .  A l l e g r e ,  D.K.  B a i l e y ,  R.  Basu,  J .  B e r n a r d ­ G r i f f i t h s ,  Y .  B o t t i n g a ,  F.  B o u d i e r ,  F . R .  Boyd,  D.A.  C a r s w e l l ,  C R .  Clement,  F .  Conquere,  R.V.  Danchin,  L.R.M.  D a n i e l s ,  J . B .  Dawson,  P.  Deines,  J .  D i c k e y ,  C .  Dupuy,  P.  Duvigneaud,  D.H.  E g g l e r ,  A . J .  E r l a n k ,  G .  E r n s t ,  J .  F a b r i e s ,  J .  F e r g u s o n ,  P.W.  F r a n c i s ,  F.  Freund,  O . G .  G a r v i e ,  M.  G i r o d ,  W.L.  G r i f f i n ,  J . J . Gurney,  S . E .  Haggerty,  B.  H a r t e ,  C . J .  Hawkesworth,  J . B .  Hawthorne,  C B .  Hearn,  H.  Helmstaedt,  J . C  H u n z i k e r ,  B.B.  J a h n ,  A . J . A .  J a n s e ,  A . L .  J a q u e s ,  A . P .  J o n e s ,  J .  K e l l e r ,  P.D.  Kempton,  M.B.  K i r k l e y ,  B . L .  Lago,  B.  L a s n i e r ,  M . J .  Le  Bas,  R.W.  Le  M a i t r e ,  V .  L o r e n z ,  M.  Loubet,  M.E.  McCallum,  E . S .  McGee,  R.M.  M c l n t y r e ,  L . G .  Medaris,  M.  Menzies,  J .  M e r c i e r ,  J . C .  M e r c i e r ,  H.O.A.  Meyer,  R.M.  M i t c h e l l ,  A . E .  Moore,  J . P .  Mosnier,  A.  N i c o l a s ,  P . H .  N i x o n ,  A .  P e r s e i l ,  M.  P i b o u l e ,  G . P .  Pooley,  M.  P r i n z ,  A.M.  R e i d ,  S . H .  Richardson,  J . V . A .  Robey,  M.G.  S c h a r b e r t ,  B . H .  S c o t t  Smith,  E . M . V .  S k i n n e r ,  D . C  Smith,  Douglas  Smith,  P.  Suddaby,  F . L .  S u t h e r l a n d ,  E .  Takahashi,  A . B .  Thompson,  L . A .  Tompkins,  J .  T o u r e t ,  B . J .  Upton,  D . V e l d e ,  P.  V i d a l ,  D.  V i e l z e u f ,  P.M.  V i n c e n t ,  S . Y .  Wass,  K . H .  Wedepohl,  R . F .  Wendlandt,  E.  Woermann,  B . J .  Wood,  B.A.  Wyatt.  Valuable  suggestions  have  been  p r o v i d e d  by  F.  B o u d i e r ,  A.  N i c o l a s ,  B.  Velde  and  D.  V e l d e .  Considerable  help  was  f u r n i s h e d  by  D.  V i e l z e u f  a l l  along  the  r e a l i z a t i o n  o f  the  books.  The  whole  s t a f f  o f  the  Department  o f  G e o l o g y ,  Clermont  Ferrand  experienced  the  c o h a b i t a t i o n  t o g e t h e r  w i t h  an  e x c i t e d  e d i t o r  during  one  f u l l  y e a r .  Thank  you  v e r y  much  to  a l l  o f  them. 

J .  Kornprobst  e d i t o r 

M . C  Kornprobst  E d i t i o n  S e c r e t a r y 

XII 

LIST  OF  CONTRIBUTORS 

ALEXANDER  P.O.  ­  Department  o f  A p p l i e d  Geology,  U n i v e r s i t y  o f  Sagar,  Sagar,  470.003,  I n d i a  :  ( 1 . 3 ) .  ANDERSON  D . L .  ­  Seismological  L a b o r a t o r y ,  C a l i f o r n i a  I n s t i t u t e  o f  Technology,  Pasadena,  C a l i f o r n i a  91125,  U . S . A .  :  ( I V . 8 ) .  APTER  D.B.  ­  Anglo  American  2025,  South  A f r i c a  :  ( I I . l ) .  ARTYUSHKOV  E . V .  ­  I n s t i t u t e  D.242,  U . S . S . R .  :  ( I V . 2 ) . 

Research  L a b o r a t o r i e s ,  P . O .  Box 106,  Crown  Mines 

o f  Physics  o f  the  E a r t h ,  B.Gruzinskaya  10,  Moscow 

ATKINSON  W . J .  ­  CRA  E x p l o r a t i o n  P t y .  L t d . , 21  Wynyard  S t r e e t ,  Belmont,  Western  A u s t r a l i a  6104  :  ( I I I . 2 ) .  BAILEY  D.K.  ­  Department  o f  Geology,  U n i v e r s i t y  o f  Reading,  W h i t e k n i g h t s ,  Reading  RG6 2AB, UK  :  ( I V . 3 ) .  BERGER  E . T .  ­  Ecole  Nationale  des  Mines  de  P a r i s ,  L a b o r a t o i r e  de  P e t r o l o g i e  e t  Thermochimie,  33  rue  S a i n t  Honore,  77305  F o n t a i n e b l e a u ,  France  :  ( I I . 8 ) .  BOCTOR  N . Z .  ­  Carnegie  I n s t i t u t i o n  o f  Washington,  Geophysical  L a b o r a t o r y ,  2801  Upton  S t r e e t  NW,  Washington  DC 20008,  U . S . A .  :  ( I I . 3 ) .  BOYD  F . R .  ­  Carnegie  I n s t i t u t i o n  o f  Washington,  Geophysical  L a b o r a t o r y ,  2801  Upton  S t r e e t  NW, Washington  DC 20008,  U . S . A .  :  ( I I . 3 ) .  BUCKLEY  F .  ­  Department  o f  E a r t h  S c i e n c e s ,  The  U n i v e r s i t y ,  Leeds  LS2 9 J T , UK  :  ( I I . 3 ) ,  ( I I I . 5 ) .  CAMPBELL  D . L .  ­  Department  o f  E a r t h  Resources,  Colorado  State  U n i v e r s i t y ,  F o r t  C o l l i n s ,  Colorado  80523,  U . S . A .  :  ( 1 . 2 ) .  CARLSON  J . A .  ­  The  S u p e r i o r  O i l  Company,  Minerals  D i v i s i o n ,  2020  Airway  Avenue,  S u i t e  1,  F o r t  C o l l i n s ,  Colorado  80524,  U . S . A .  :  ( 1 . 2 ) .  CHAPPELL  B.W.  ­  Department  o f  Geology,  A u s t r a l i a n  National  U n i v e r s i t y ,  Canberra,  ACT  2600,  A u s t r a l i a  :  ( I I I . 3 ) .  DANCHIN  R . V .  ­  Stockdale  A u s t r a l i a  :  ( I I . 6 ) . 

Prospecting 

L t d . ,  60  Wilson 

S t r e e t ,  South  Y a r r a , 

DAVIES  C . J .  ­  Department  o f  Earth  S c i e n c e s ,  The  U n i v e r s i t y ,  Leeds  LS2 9 J T , UK  :  ( I I I . 5 ) .  DAWSON  J . B .  ­  Department  o f  Geology,  U n i v e r s i t y  o f  S h e f f i e l d ,  Mappin  S t r e e t ,  S h e f f i e l d  S I  3JD,  UK.  DEMAIFFE  D.  ­  L a b o r a t o i r e s  Associes  de  G e o l o g i e ­ P e t r o l o g i e ,  U n i v e r s i t e  L i b r e  de  B r u x e l l e s ,  Avenue  F . D .  Roosevelt  50,  B­1050  B r u x e l l e s ,  Belgium  :  ( I I . 5 ) .  EGGLER  D . H .  ­  Department  o f  Geosciences,  The Pennsylvania  State  U n i v e r s i t y ,  U n i v e r s i t y  Park,  Pennsylvania  16802,  U . S . A .  :  ( I V . 7 ) . 

XIII 

FERGUSON  J .  ­  Bureau  A u s t r a l i a  :  ( I I 1 . 3 ) . 

o f 

Mineral 

Resources.  GPO Box  378,  Canberra,  ACT  2601, 

FIEREMANS  C .  ­  Laboratorium  voor  S t r u c t u r e l e  G e o l o g i e ,  U n i v e r s i t e i t  Leuven,  Redingenstraat  16,  B­3000,  Leuven,  Belgium  :  ( 1 1 . 5 ) .  FREUND  F.  ­  Mineralogische  R . F . A .  :  ( I V . 9 ) . 

I n s t i t u t e , 

Z u l p i c h e r 

S t r a s s e 

49,  D­5000  K o l n ­ 1 , 

GARVIE  O . G .  ­  Anglo  American  Research  L a b o r a t o r i e s ,  P . O .  Box  106,  Crown  Mines  2025,  South  A f r i c a  :  ( I V . 6 ) .  GREGORY  G . P .  ­  S e l t r u s t  Mining  C o r p .  P t y .  L t d . ,  200  Adelaide  T e r r a c e ,  P e r t h ,  Western  A u s t r a l i a  6000  :  ( I I 1 . 3 ) .  GURNEY  J . J .  ­  Department  o f  Geochemistry,  U n i v e r s i t y  o f  Cape  Town,  Rondebosch  7700,  South  A f r i c a  :  ( I V . 1 1 ) .  HAGGERTY  S . E .  ­  Department  o f  G e o l o g y ,  U n i v e r s i t y  o f  Massachusetts,  Amherst,  Massachusetts  01003,  U . S . A .  :  ( I I . 4 ) ,  ( I V . 4 ) .  HARPER  F . J .  ­  Anglo  American  Research  L a b o r a t o r i e s ,  P . O .  Box  106,  Crown  Mines  2025,  South  A f r i c a  :  ( I I . l ) .  HARRIS  J . W .  ­  Department  o f  A p p l i e d  Geology,  U n i v e r s i t y  o f  S t r a t h c l y d e ,  James  Weir  B l d g ,  75  Montrose  S t r e e t ,  Glasgow  Gl  1 X J ,  UK  :  ( 1 1 . 6 ) .  HEARN  B . C .  J r .  ­  U . S .  G e o l o g i c a l  S u r v e y ,  951  National  C e n t e r ,  Reston,  V i r g i n i a  22092,  U . S . A .  :  ( I I . 7 ) .  HE  GUAN­ZHI  ­  I n s t i t u t e  o f  G e o l o g y ,  State  Seismological  Bureau,  B e i j i n g ,  China  :  ( I I I . l ) .  HELMSTAEDT  H.  ­  Department  o f  G e o l o g i c a l  S c i e n c e s ,  Queen's  U n i v e r s i t y ,  K i n g s t o n ,  O n t a r i o ,  Canada  K7L  3N6  :  ( I V . 1 1 ) .  HERTOGEN  J .  ­  A f d e l i n g  Fysico­chemische  G e o l o g i e ,  C e l e s t i j n e n l a a n  200C,  B­3030  Leuven,  Belgium  :  ( I I . 5 ) .  HUGHES  F . E .  ­  CRA  E x p l o r a t i o n  A u s t r a l i a  6104  :  ( I I I . 2 ) .  JAQUES  A . L .  ­  Bureau  A u s t r a l i a  :  ( 1 1 1 ­ 3 ) . 

o f 

U n i v e r s i t e i t 

Leuven, 

P t y .  L t d . ,  21  Wynyard  S t r e e t ,  Belmont,  Western 

Mineral 

Resources,  GPO Box  378,  C a n b e r r a ,  ACT  2601, 

JOHNSON  R.B.  ­  Department  o f  E a r t h  Resources,  Colorado  State  U n i v e r s i t y ,  F o r t  C o l l i n s ,  Colorado  80524,  U . S . A .  :  ( 1 . 2 ) .  LE 

BAS  M . J .  ( I I . 9 ) . 

­ 

Department 

o f  G e o l o g y ,  The  U n i v e r s i t y ,  L e i c e s t e r  L E I  7RH,  UK  : 

LEWIS  J . D .  ­  G e o l o g i c a l  Survey  o f  Western  A u s t r a l i a  6000  :  ( I I I . 3 ) .  LORENZ  V .  ­  Department  o f  Mainz,  R . F . A .  :  ( I V . 1 ) . 

Western 

A u s t r a l i a ,  Mineral  House,  P e r t h , 

Geology,  U n i v e r s i t a t  Mainz,  Saarstrasse  21,  D­6500 

McCALLUM  M.E.  ­  Department  o f  Earth  Resources,  Colorado  State  U n i v e r s i t y ,  F o r t  C o l l i n s ,  Colorado  80523,  U . S . A .  :  ( 1 . 1 ) ,  ( 1 . 2 ) . 

XIV  McCULLOCH  Μ .Τ .  ­  Research  School  o f  E a r t h  S c i e n c e s ,  U n i v e r s i t y ,  Canberra,  ACT 2600,  A u s t r a l i a  :  ( I I I . 3 ) .  McGEE  E . S .  ­  U . S .  Geological  22092,  U . S . A .  :  ( I I . 7 ) . 

S u r v e y , 

951 

A u s t r a l i a n 

National 

National  C e n t e r ,  Reston,  V i r g i n i a 

NIXON  P . H .  ­  Department  o f  E a r t h  S c i e n c e s ,  The  U n i v e r s i t y ,  Leeds  LS2  9 J T ,  UK  :  ( I I . 3 ) ,  ( I I I . 5 ) .  PADGETT  J . P .  ­  Department  o f  E a r t h  Resources,  Colorado  State  U n i v e r s i t y ,  F o r t  C o l l i n s ,  Colorado  80523,  U . S . A .  :  ( 1 . 2 ) .  ROBINSON  D.N.  ­  Anglo  American  Research  L a b o r a t o r i e s ,  P.O.  Box  106,  Crown  Mines  2025,  South  A f r i c a  :  ( I V . 6 ) .  SCHNEIDER  M.E.  ­  Department  o f  Geosciences,  The  Pennsylvania  State  U n i v e r s i t y ,  U n i v e r s i t y  Park,  Pennsylvania  16802,  U . S . A .  :  ( I V . 7 ) .  SCOTT  SMITH  B . H .  ­  Anglo  American  Research  L a b o r a t o r i e s ,  P.O.  Box  106,  Crown  Mines  2025,  South  A f r i c a  :  ( I I . 6 ) ,  ( I I I . 4 ) .  SHEE  S . R .  ­  Department  o f  Geochemistry,  7700,  South  A f r i c a  :  ( I I . 2 ) .  SHRIVASTAVA  V . K .  ­  Department  470.003,  I n d i a  :  ( 1 . 3 ) . 

o f 

U n i v e r s i t y  o f  Cape  Town,  Rondebosch 

A p p l i e d  G e o l o g y ,  U n i v e r s i t y  o f  Sagar,  Sagar 

SKINNER  E.M.V.  ­  Department  o f  Geology,  De  Beers  C o n s o l i d a t e d  Mines  L t d . ,  P.O.  Box  47,  Kimberley,  South  A f r i c a  :  ( I I I . 4 ) .  SMITH  C . B .  ­  CRA  E x p l o r a t i o n  P t y .  A u s t r a l i a  6104  :  ( I I I . 2 ) ,  ( I I I . 3 ) .  SOBOLEV  S . V .  ­  I n s t i t u t e  o f  D.242,  U . S . S . R .  :  ( I V . 2 ) . 

L t d . ,  21  Wynyard  S t r e e t ,  Belmont,  Western 

Physics 

o f  the  E a r t h ,  B.  Gruzinskaya  10,  Moscow 

STRACKE  K . J .  ­  Stockdale  Prospecting  L t d . ,  60  Wilson  S t r e e t ,  South  Yarra  3141,  A u s t r a l i a  :  ( I I . 6 ) .  TAYLOR  L . A .  ­  Department  o f  Geological  S c i e n c e s ,  The  U n i v e r s i t y  o f  Tennessee,  K n o x v i l l e ,  Tennessee  37916,  U . S . A .  :  ( I V . 1 0 ) .  THIRLWALL  M.F.  ­  Department  o f  E a r t h  S c i e n c e s ,  The  U n i v e r s i t y ,  UK  :  ( I I I . 5 ) . 

Leeds 

LS2  9 J T , 

TOMPKINS  L . A .  ­  Department  o f  Geology,  U n i v e r s i t y  o f  Massachusetts,  Amherst,  Massachusetts  01003,  U . S . A .  :  ( I I . 4 ) ,  ( I V . 4 ) .  VANNIER  M.  ­  E c o l e  Nationale  des  Mines  de  P a r i s ,  L a b o r a t o i r e  de  P e t r o l o g i e  e t  Thermochimie,  33  rue  S a i n t  Honore,  77305  F o n t a i n e b l e a u ,  France  :  ( I I . 8 ) .  WENDLANDT  R . F .  ­  Exxon  Production  Texas  77001,  U . S . A .  :  ( I V . 5 ) . 

Research  Company,  P.O.  Box  2189,  Houston, 

WOODZICK  T . L .  ­  Department  o f  E a r t h  Resources,  Colorado  State  U n i v e r s i t y ,  F o r t  C o l l i n s ,  Colorado  80523,  U . S . A .  :  ( 1 . 1 ) .  WYATT  B.A.  ­  Anglo  American  2025,  South  A f r i c a  :  ( I I . l ) . 

Research  L a b o r a t o r i e s ,  P.O.  Box  106,  Crown  Mines 

ACADEMICIAN  VLADIMIR  STEPANOVICH  SOBOLEV  1908  ­  1982 

by  J . B .  DAWSON 

The  T h i r d  I n t e r n a t i o n a l  K i m b e r l i t e  Conference  a t  Clermont  Ferrand  began  w i t h  the 

delegates  standing  i n  t r i b u t e  to  the  memory  o f  the  l a t e  V l a d i m i r  Sobolev  who 

had  died  i n  Moscow  several  days  e a r l i e r ,  on  September  1 s t ,  1982.  Sobolev 

was  born 

Leningrad  Mining  I n s t i t u t e  f l o o d  time 

he 

I n s t i t u t e 

i n 

1930  and  during  the  1930's  taught  a t  the  Mining 

i n  Leningrag  where  he  c a r r i e d  out  a  d e t a i l e d  p e t r o l o g i c a l  study  on  the 

b a s a l t s 

s i m i l a r 

i n  1908  a t  Lugansk,  i n  the  U k r a i n e ,  He  graduated  from  the 

and  a s s o c i a t e d 

i d e n t i f i e d  t o 

the 

a u g i t i t e , 

rocks 

v o l c a n i c s 

of  the  S i b e r i a n  p l a t f o r m ;  during  t h i s 

l i m b u r g i t e  and  o l i v i n e  m e l i l i t i t e  which  are  very 

a s s o c i a t e d  w i t h 

the 

k i m b e r l i t e s 

of  South  A f r i c a .  The 

2  r e c o g n i t i o n 

o f 

these 

t e c t o n i c 

resemblance 

s u g g e s t , 

i n 

t h a t 

the 

i n t r u s i o n . 

T h i s 

was 

i n 

found 

found 

the 

r o c k s ,  t o g e t h e r  w i t h  the  o v e r a l l 

S i b e r i a n  p l a t f o r m  to  South  A f r i c a ,  l e d  Sobolev  to 

a  paper  to  the  I n t e r n a t i o n a l  G e o l o g i c a l  Congress  i n  Moscow  i n  1937 

northern 

p a r t  o f  the  S i b e r i a n  p l a t f o r m  might  be  an  area  o f  k i m b e r l i t e 

p r e d i c t i o n  was  proved  to  be  c o r r e c t  when,  i n  1954,  a  k i m b e r l i t e 

the 

T h i s 

o p e r a t i o n s . 

p e t r o l o g i c a l l y ­ d i s t i n e t  o f 

head  waters  o f  the  Daldyn  r i v e r  a f t e r  i n t e n s i v e  p r o s p e c t i n g 

was  the 

subsequently 

i n 

f i r s t  o f  the  hundreds  o f  k i m b e r l i t e  i n t r u s i o n s  t o  be 

the  Yakutia  k i m b e r l i t e  p r o v i n c e  w h i c h ,  t o g e t h e r  w i t h  the 

South  A f r i c a n  c r a t o n ,  i s  one  o f  the  most  i n t e n s e  area  o f  k i m b e r l i t e  i n t r u s i o n  i n  the 

w o r l d . 

From  1945­1958  he  was  a  P r o f e s s o r  a t  Lvov  U n i v e r s i t y  and  during  t h i s 

time  he  s t u d i e d 

general  problems  o f  mineralogy  but  was  i n t e r e s t e d  p a r t i c u l a r l y 

i n 

o f 

the 

problems 

s t u d i e s 

h i g h ­ p r e s s u r e  mineralogy 

e c l o g i t e s 

p a r t i c u l a r l y  i n  connection  w i t h 

and  p e r i d o t i t e s  from  the  k i m b e r l i t e  pipes  i n  Y a k u t i a .  I n 

he  became  the  Deputy  D i r e c t o r  o f  the  I n s t i t u t e  o f  Geology  and  Geophysics  o f 

1958  the  of 

o f 

S i b e r i a n  branch  o f  the  Academy  o f  Sciences  o f  the  U . S . S . R .  a t  the  U n i v e r s i t y  N o v o s i b i r s k . 

continued  both 

Here  h i s  work  on  high  p r e s s u r e  metamorphic  and  igneous  minerals 

and  he  made  numerous 

t h e o r i t i c a l 

was 

important  c o n t r i b u t i o n s  to  the  development  o f 

and  experimental 

mineralogy  and  p e t r o l o g y .  Some  o f  t h i s  work 

i n c o r p o r a t e d  i n  the  "Map  o f  Metamorphic  F a c i e s  o f  the  U . S . S . R . "  p u b l i s h e d  i n 

1966.  For  c o u n t r y  of 

s c i e n t i f i c 

achievements 

he  r e c e i v e d  many  honours  both  i n  h i s  own 

and  abroad.  I n  1951  he  was  e l e c t e d  a  corresponding  member  o f  the  Academy 

Science  o f 

Academy  h i s 

h i s 

o f 

Ukraine 

Science  o f 

c o u n t r y , 

r e c o g n i t i o n  p u b l i s h e d 

the 

i n c l u d i n g 

o f 

U . S . S . R .  and  1958  was  e l e c t e d  a  f u l l  member  o f  the 

the  U . S . S . R . :  he  was  a l s o  awarded  the  h i g h e s t  awards  o f  both 

the 

Lenin 

and  the 

State  p r i z e s ,  the  l a t t e r  i n 

h i s  book  " I n t r o d u c t i o n  t o  the  Mineralogy  of  S i l i c a t e s "  which  was 

i n  1949.  He  was  a l s o  an  honorary  member  o f  the  m i n e r a l o g i c a l  s o c i e t i e s 

o f 

A u s t r i a , 

o f 

I n t e r n a t i o n a l 

Great  B r i t a i n  and  France.  I n  the  p e r i o d  1974­1978  he  was  P r e s i d e n t  M i n e r a l o g i c a l  A s s o c i a t i o n  and  i n  1978  was  the  host  t o  the  11th 

General  Meeting  o f  the  I n t e r n a t i o n a l  A s s o c i a t i o n  a t  N o v o s i b i r s k .  However,  upper 

mantle 

F e r r a n d . 

Sobolev 

p e t r o l o g y 

provinces 

f o r 

which  he  was  remembered  by  h i s  f r i e n d s  a t  Clermont 

i n 

1959 

but 

heralded 

the 

book 

f o r 

f i n d i n g 

one  o f  the  w o r l d ' s  major 

"The  Diamond  F i e l d s  o f  Y a k u t i a "  e d i t e d  by 

a  renaissance  i n  the  study  o f  k i m b e r l i t e s  and  upper 

rocks  both  i n  the  U . S . S . R .  and  i n  the  West.  He  i s  a l s o  remembered  f o r  h i s 

good  company  wonder 

was  f o r  h i s  major  c o n t r i b u t i o n s  to  the  f i e l d  o f  k i m b e r l i t e  and 

Not  o n l y  was  he  r e s p o n s i b l e 

k i m b e r l i t e 

mantle 

i t 

t h a t 

and  f o r  h i s  tremendous  enthusiasm  f o r  h i s  chosen  s c i e n c e .  I t  i s  no  two 

o f  h i s  c h i l d r e n  N i k o l a i  and  Stefen  have  f o l l o w e d  him  i n  making 

t h e i r  c a r e e r s  i n  the  g e o l o g i c a l  s c i e n c e s . 

I  ­  DETECTION  OF  KIMBERLITIC  OCCURRENCES 

This page intentionally left blank

A  TELEDETECTIVE  STUDY  OF  KIMBERLITE  REGIONS  IN  NORTH  AMERICA  (COLORADO­WYOMING),  EAST  AFRICA  (MWADUI),  AND  SIBERIA  (MIR)  by  T . L .  WOODZICK  and  M.E.  McCALLUM  A b s t r a c t  ­  T e l e d e t e c t i v e  a n a l y s i s  r e f e r s  to  the  coordinated  i n t e r p r e t a t i o n  o f  remote  s e n s i n g ,  geomorphological,  and  geophysical  data  to  d e f i n e  the  s u r f a c e  and  subsurface  c h a r a c t e r  o f  k i m b e r l i t e  regions  t h a t  occur  i n  extremely  d i f f e r ­ ent  environments.  Study  areas  i n  Colorado­Wyoming,  T a n z a n i a ,  and  Yakutia  were  chosen  on  the  basis  o f  t h e i r  d i v e r s i t y :  e . g .  e l e v a t i o n  (2400m,  1200m,  300m,  r e s p e c t i v e l y ) ,  climate  (temperate,  e q u a t o r i a l ,  s u b a r c t i c ) ,  c o u n t r y  rock  ( g r a n ­ i t e ,  g r a n i t e ,  l i m e s t o n e ) ,  and  v e g e t a t i v e  cover  (montane  f o r e s t ,  g r a s s l a n d ,  t a i g a ) .  The  a n a l y s i s  o f  s i m i l a r l y  scaled  Landsat  images,  drainage  networks,  and  geophysical  maps  permits  the  composite  c h a r a c t e r  o f  a  given  k i m b e r l i t e  province  to  be  considered  and  compared  to  o t h e r  k i m b e r l i t e  p r o v i n c e s ,  p a r t i c ­ u l a r l y  i n  terms  o f  t e x t u r a l  p a t t e r n s .  The  t e l e d e t e c t i v e  technique  i n d i c a t e s  t h a t  a l l  three  k i m b e r l i t e  study  areas  are  c h a r a c t e r i z e d  by  some  type  o f  c r o s s ­ c u t t i n g  t e x t u r a l  p a t t e r n  where  the  regional  t r e n d  i s  i n t e r r u p t e d  o r  i n t e r s e c t e d  by  another  t r e n d .  In  n o t i n g  the  a s s o c i a t i o n  o f  such  t r a n s v e r s e  t e x t u r e s  with  o t h e r  k i m b e r l i t e  r e g i o n s ,  previous  i n v e s t i g a t o r s  have  f r e q u e n t l y  c i t e d  the  i n t e r s e c t i o n  o f  deep­seated  zones  of  s t r u c t u r a l  weakness,  e . g .  i n t e r s e c t i n g  f a u l t  systems,  as  p r o v i d i n g  conduits  f o r  the  ascent  o f  k i m b e r l i t e  magma.  The  same  argument  can  be  made  f o r  the  regions  s t u d i e d  h e r e .  The  present  study  demonstrates  t h a t  t r a n s v e r s e  t e x t u r a l  patterns  are  a  common  c h a r a c t e r i s t i c  o f  w i d e l y  separated  k i m b e r l i t e  p r o v i n c e s ,  and  may  t h e r e f o r e  have  value  as  a  t e x t u r a l  s i g n a t u r e  i n  d e l i n e a t ­ ing  f a v o r a b l e  t a r g e t  areas  during  the  reconnaissance  phase  o f  k i m b e r l i t e  e x ­ p l o r a t i o n  programs. 

1 

INTRODUCTION  The  sketches  o f  t e r r a i n  i n c l u d e d  i n  T a v e r n i e r ' s  account  o f  the  diamondfields 

o f  seventeenth  c e n t u r y  I n d i a  ( L e g r a n d ,  1980)  document  an  e a r l y  example  o f  using  two­dimensional  data  to  describe  the  environment  o f  diamond  d e p o s i t s . 

More  r e ­

c e n t l y ,  B a r y g i n  (1962)  r e p o r t e d  the  use  o f  low  a l t i t u d e  a e r i a l  photographs  i n  d e f i n i n g  k i m b e r l i t e  t a r g e t s  i n  S i b e r i a ,  and  Barthelemy  and  Dempster  (1975)  used  Landsat  images  to  study  the  t e c t o n i c  s e t t i n g  o f  k i m b e r l i t e s  i n  Lesotho.  The  aim  o f  the  present  paper  i s  to  compare  three  k i m b e r l i t e  regions  t h a t  occur  i n  v e r y  d i f f e r e n t  t e r r a n e s ,  using  the  t e l e d e t e c t i v e  approach.  l o c a t i o n  o f  the  three  study  a r e a s . 

F i g .  1  d e p i c t s  the 

Both  the  Mir  and  Mwadui  provinces  c e n t e r 

on  a  major  diatreme  t h a t  has  been  mined  f o r  diamonds  f o r  decades;  the  C o l o r a d o ­ Wyoming  State  Line  K i m b e r l i t e  D i s t r i c t  and  i t s  more  than  40  diatremes  have  be­ gun  to  be  developed  o n l y  r e c e n t l y . 

The  o b j e c t i v e  o f  the  study  i s  to  determine 

i f  any  s i m i l a r i t i e s  can  be  observed  in  the  data  planes  t h a t  were  used  to  de­ p i c t  these  three  r e g i o n s ,  towards  the  end  o f  d e f i n i n g  a  s i g n a t u r e  t h a t  may  be  c h a r a c t e r i s t i c  o f  k i m b e r l i t e  regions  i n  g e n e r a l . 

F i g .  1.  Index  map  showing  l o c a t i o n  o f  Colorado­Wyoming  State  Line  K i m b e r l i t e  D i s t r i c t  ( C )  i n  the  Western  United  S t a t e s ,  the  Mwadui  r e g i o n ,  Tanzania  ( W ) ,  and  Mir  r e g i o n ,  S i b e r i a  ( M ) .  Shaded  areas  denote  Precambrian  platforms.  Precambrian  boundaries  i n  N.  America,  Europe,  Asia  and  A u s t r a l i a  from  Ferguson  (1979).  Precambrian  boundaries  i n  A f r i c a  from  Dawson  (1980).  Precambrian  boundaries  i n  S.  America  from  Legrand  (1980).  2 

PROCEDURE  Using  l i t e r a t u r e  l o c a t i o n s  as  a  g u i d e ,  Landsat  images  were  previewed  a t  a 

browse  f i l e  maintained  by  the  National  Cartographic  Information  Center  i n  Den­ v e r ,  Colorado,  and  1 :1 ,000,000  black  and  white  p r i n t s  were  acquired  f o r  the  areas  o f  i n t e r e s t  from  the  EROS  Data  Center  i n  Sioux  F a l l s ,  South  Dakota. 

The 

i n f r a r e d  p o r t i o n  o f  the  electromagnetic  spectrum  was  chosen  because  o f  i t s  high  s e n s i t i v i t y  to  v e g e t a t i v e  and  moisture  v a r i a t i o n s . 

Two  Landsat  Band  7  (0.8  ­

1.1  urn)  images  from  1  October  1976  were  acquired  f o r  the  Colorado­Wyoming  r e ­ g i o n ,  one  Landsat  Band  7  image  from  25  A p r i l  1979  was  obtained  f o r  the  Mir  r e ­ g i o n ,  and  two  Landsat  Band  6  (0.7  ­  0.8  urn)  images  from  5  March  1979  were  ob­ tained  f o r  the  Mwadui  r e g i o n . 

Two  images  were  acquired  when  the  feature  o f 

i n t e r e s t  o c c u r r e d  near  the  border  between  the  images  ( i . e .  the  Mwadui  pipe  and  the  Colorado­Wyoming  State  Line  D i s t r i c t ) . 

Then,  0NC  1:1,000,000  aeronautical 

charts  were  obtained  from  a  l o c a l  a i r p o r t ;  these  provided  gross  t o p o g r a p h i c ,  drainage  and  geographic  data  about  the  surface  o f  the  three  regions  i n  a  format  t h a t  could  be  d i r e c t l y  compared  to  the  Landsat  images  on  a  l i g h t  t a b l e . 

At 

t h i s  p o i n t ,  geophysical  data  ( g r a v i t y ,  magnetics)  were  acquired  from  the  l i t e r ­ ature  i n  order  to  appreciate  the  subsurface  patterns  o f  the  three  r e g i o n s . 

A 

zoom  t r a n s f e r  scope  was  used  to  c o n v e r t  the  e x i s t i n g  s c a l e s  to  1:1  ,000,000  to  match  the  o t h e r  data  planes. 

F i n a l l y ,  a  v i s u a l  i n t e r p r e t a t i o n  o f  the  t e x t u r a l 

patterns  i n  the  surface  and  subsurface  data  planes  was  conducted,  and  i n t e g r a ­

7  ted  w i t h  published  g e o l o g i c a l  and  s t r u c t u r a l  3 

i n f o r m a t i o n . 

STUDY  AREAS 

3.1 

Colorado­Wyoming  Region,  Western  United  States  F i g .  2a  c o n s i s t s  o f  p o r t i o n s  o f  two  Landsat  Band  7  images  t h a t  have  been 

j o i n e d  to  d e p i c t  the  r e g i o n  surrounding  the  Colorado­Wyoming  State  Line  Kimber­ l i t e  D i s t r i c t . 

The  N­S  t r e n d  o f  the  Front  Range  i n  Colorado  i s  expressed  by 

the  darker  tone  o f  the  montane  f o r e s t s  t h a t  extend  south  from  the  Wyoming  b o r ­ der  at  41°N,  105°25'W. 

A  l i g h t e r  tone  from  a g r i c u l t u r e  and  rangeland  flanks 

the  Front  Range  to  the  e a s t ;  the  r e g i o n  from  Denver  (D)  to  Fort  C o l l i n s  ( F )  has  a  much  lower  e l e v a t i o n  and  i n c l u d e s  many  r e s e r v o i r s  (black  a r e a s ) . 

S i m i l a r l y 

the  Laramie  Basin  i n  Wyoming  west  o f  the  c i t y  o f  Laramie  ( L )  i s  a  l i g h t e r ­ t o n e d  area  o f  rangeland  and  r e s e r v o i r s . 

The  spine  o f  the  Southern  Rocky  Mountains 

above  t r e e l i n e  i s  expressed  as  the  narrow  l i g h t e r ­ t o n e d  s t r i p  t h a t  s t r e t c h e s  southward  from  40°40'N,  105°40'W. 

On  F i g .  2a,  the  white  arrow  (VD)  i n d i c a t e s 

the  c i r c u l a r  p a t t e r n  o f  the  V i r g i n i a  Dale  r i n g  dike  complex,  a  Precambrian  c o l ­ lapsed  c a l d e r a  ( E g g l e r ,  1968)  which  has  a  diameter  o f  9  miles  (14.5  km). 

The 

l o c a t i o n  o f  the  Colorado­Wyoming  State  Line  K i m b e r l i t e  D i s t r i c t  i n  the  same  general  area  i s  i n d i c a t e d  by  the  small  r e c t a n g l e  ( h e a v i e r  l i n e ) . 

I t  i s  10 

miles  (16  km)  wide  and  extends  3  miles  (5  km)  i n t o  Wyoming  and  12  miles  (19  km)  i n t o  C o l o r a d o ;  i t  i n c l u d e s  more  than  40  occurrences  o f  k i m b e r l i t e ,  none  o f  which  i s  d e t e c t a b l e  on  F i g .  2a.  The  drainage  o f  the  region  was  e x t r a c t e d  from  ONC a e r o n a u t i c a l  c h a r t  CF­17  and  i s  shown  i n  F i g .  2b  at  a  smaller  s c a l e . 

The  dominant  p a t t e r n  i s  o f  streams 

f l o w i n g  east  from  the  N­S  t r e n d i n g  mountain  ranges. 

The  State  Line  D i s t r i c t 

northwest  o f  the  V i r g i n i a  Dale  area  i n c l u d e s  a  p o r t i o n  o f  the  i n t e r f l u v e  be­ tween  streams  t h a t  flow  north  to  the  Laramie  R i v e r  and  streams  t h a t  flow  s o u t h ­ east  to  the  Poudre  R i v e r .  f t  (4300  m).  m). 

The  h i g h e s t  peaks  i n  the  Front  Range  exceed  14,000 

The  p l a i n s  between  F o r t  C o l l i n s  and  Denver  are  at  5,000  f t  (1500 

A  r e p r e s e n t a t i v e  e l e v a t i o n  i n  the  V i r g i n i a  Dale  area  i s  7,500  f t  (2300  m). 

The  c o u n t r y  rock  i n  the  Colorado­Wyoming  State  Line  K i m b e r l i t e  D i s t r i c t  c o n s i s t s  o f  g r a n i t e . 

The  V i r g i n i a  Dale  r i n g  dike  complex  has  a f f i n i t i e s  w i t h 

both  the  Sherman  b a t h o l i t h  to  the  north  (1.41  b . y . )  and  the  Log  Cabin  b a t h o l i t h  to  the  south  (1.42  b . y , ) . 

Metamorphic  rocks  in  the  area  are  approximately  1.75 

b . y .  o l d  and  c o n s i s t  o f  q u a r t z o ­ f e l d s p a t h i c  and  a m p h i b o l i t i c  gneisses  and  s c h i s t s  (Precambrian  ages  from  Peterman  e t  a l . ,  1968). 

Lower  P a l e o z o i c  s e d i ­

mentary  rocks  are  preserved  o n l y  as  blocks  and  fragments  i n  some  o f  the  d i a ­ tremes  ( C h r o n i c  e t  a l . ,  1969);  e r o s i o n  has  removed  a l l  traces  o f  the  o r i g i n a l  i n  s i t u  formations  i n  the  immediate  a r e a . 

F i s s i o n  track  dating  o f  z i r c o n s 

(Naeser  and  McCallum,  1977)  and  Rb­Sr  dates  on  p h l o g o p i t e s  ( S m i t h ,  1979),  as  w e l l  as  c o n s i d e r a t i o n  o f  the  probable  age  o f  the  i n f a l l e n  sedimentary  fragments 

F i g .  2a.  Landsat  Band  7  image  o f  Colorado­Wyoming  r e g i o n .  V i r g i n i a  Dale  r i n g  dike  complex  i n d i c a t e d  by  white  arrow  ( V D ) .  Colorado­Wyoming  State  Line  K i m b e r l i t e  D i s t r i c t  shown  by  r e c t a n g l e  ( h e a v i e r  l i n e )  be­ tween  F o r t  C o l l i n s  ( F )  and  Laramie  ( L ) .  Denver  at  ( D ) .  Image  d a t e :  1  October  1976.  Path  36,  Rows  31  and  32. 

9 

F i g .  2b.  Drainage  map  o f  Colorado­ Wyoming  r e g i o n  from  ONC c h a r t  CF­17  Colorado­Wyoming  State  Line  Kimber­ l i t e  D i s t r i c t  shown  by  r e c t a n g l e  ( h e a v i e r  l i n e ) .  Shading  denotes  l a r g e r  r e s e r v o i r s .  L a b e l s ,  c o v e r ­ age,  and  o r i e n t a t i o n  as  i n  F i g .  2a.  Scale  has  been  reduced. 

F i g .  2 c  Aeromagnetic  map  o f  Colorado­ Wyoming  r e g i o n  from  Z i e t z  and  o t h e r s  (1969).  Contour  i n t e r v a l :  hundreds  o f  gammas.  A­A'  and  B­B'  are  n o r t h ­ east  trending  f e a t u r e s .  C ­ C  i s  an  east­west  trending  f e a t u r e .  L a b e l s ,  coverage,  and  o r i e n t a t i o n  as  i n  F i g .  2a.  Scale  has  been  reduced. 

on  p a l e o n t o l o g i c a l  grounds,  i n d i c a t e  a  Devonian  age  o f  emplacement  f o r  the  State  Line  k i m b e r l i t e s . 

The  o l d e s t  i n  s i t u  Paleozoic  sedimentary  rocks  i n  the 

area  are  a r k o s i c  sediments  o f  the  Fountain  Formation  o f  Pennsylvanian  age  which  occur  2  miles  (3.2  km)  n o r t h  o f  the  D i s t r i c t  (McCallum  and  Mabarak,  1976b).  Information  about  subsurface  patterns  i n  the  Colorao­Wyoming  r e g i o n  i s  presented  i n  F i g   2c,  p a r t  o f  an  aeromagnetic  i n v e s t i g a t i o n  f o r  an  e a s t ­ w e s t  Q

s t r i p  across  the  western  United  States  ( Z i e t z  e t  a l . ,  1969). 

The  f l i g h t  l i n e s 

were  approximately  5  miles  (8  km)  apart  and  the  a i r c r a f t  maintained  a  b a r o ­ metric  f l i g h t  a l t i t u d e  o f  approximately  16,000  f e e t  (4900  m). 

Two  n o r t h e a s t 

trends  are  e v i d e n t  i n  the  mountainous  regions  o f  F i g .  2c,  one  i n  Colorado  ( Α ­ Α ' )  and  one  i n  Wyoming  ( B ­ B ) .  1

These  are  i n t e r r u p t e d  by  an  e a s t ­ w e s t  t r e n d 

( C ­ C )  t h a t  seems  to  be  centered  j u s t  south  o f  the  Colorado­Wyoming  b o r d e r .  1

The  V i r g i n i a  Dale  r i n g  dike  (VD)  and  the  Colorado­Wyoming  State  Line  Kimber­ l i t e  D i s t r i c t  are  l o c a t e d  i n  t h i s  zone  o f  i n t e r r u p t i o n . 

Z i e t z  e t  a l . ( 1 9 6 9 ) 

a t t r i b u t e d  the  magnetic  trends  to  Precambrian  shear  zones,  suggesting  t h a t  the  northeast  trend  i s  p a r t  o f  a  200  mile  (320  km)  wide  en  echelon  p a t t e r n  o f 

10  shear  zones  t h a t  extends  from  the  Grand  Canyon  i n  A r i z o n a  to  the  Black  H i l l s  o f  South  Dakota. 

They  suggested  t h a t  the  e a s t ­ w e s t  trend  i s  p a r t  o f  a  fundamental 

f r a c t u r e  system  t h a t  includes  the  Uinta  Mountains  i n  Utah  and  s t r e t c h e s  west­ ward  to  the  P a c i f i c  Ocean  and  perhaps  i n t o  the  oceanic  c r u s t . 

In  a  l a t e r  study 

Warner  (1978)  i n d i c a t e d  that  the  northeast  t r e n d  may  extend  as  f a r  east  as  Lake  S u p e r i o r .  3.2 

Mir  Region,  S i b e r i a  F i g .  3a  i s  a  p o r t i o n  o f  the  Landsat  Band  7  image  o f  the  region  s u r r o u n d ­

ing  the  Mir  pipe  i n  S i b e r i a . 

The  white  arrow  i n d i c a t e s  a  dark  f e a t u r e  which  i s 

assumed  to  r e f l e c t  mining  a c t i v i t y  associated  w i t h  the  diamond  r e c o v e r y  p r o ­ c e s s ,  e . g .  mining  benches  and  t a i l i n g s  p i l e s . 

The  V i l y u y  R i v e r  trends  g e n e r a l ­

l y  eastward  at  63°N;  the  black  c o l o r  west  o f  113°20'E  i s  b e l i e v e d  to  be  caused  by  open  water  below  the  dam  at  Chernyshevski  which  i s  l o c a t e d  j u s t  o f f  the  im­ age  to  the  w e s t . 

The  v e r y  l i g h t  tone  o f  the  r i v e r  east  o f  113°20 E  i s  a t t r i b u ­ ,

ted  to  snow  cover  and  ( o r )  a  f r o z e n  s u r f a c e . 

The  other  areas  o f  the  image  ap­

pear  to  f a l l  i n t o  three  tonal  c a t e g o r i e s :  dark  g r a y ,  medium  g r a y ,  and  l i g h t  g r a y . 

Suslov  (1961)  i n d i c a t e d  t h a t  the  western  Yakutsk  d i s t r i c t  has  f o r e s t s 

t h a t  are  predominantly  Dahurian  l a r c h  intermixed  with  p i n e ,  b i r c h ,  and  aspen.  A  t y p i c a l  i n f r a r e d  response  would  be  g r e a t e s t  ( l i g h t e s t )  from  the  broadleaf  s p e c i e s ,  intermediate  from  l a r c h ,  and  l e a s t  ( d a r k e s t )  from  p i n e . 

However,  at 

the  season  o f  the  image  date  ( A p r i l )  the  b r o a d l e a f  and  l a r c h  would  not  have  t h e i r  f o l i a g e . 

Part  o f  the  tonal  d i f f e r e n t i a t i o n  may  be  caused  by  permafrost 

v a r i a t i o n s ;  Suslov  (1961)  depicted  t h i s  as  a  region  o f  permafrost  with  i s l a n d s  o f  thawing  ground.  The  drainage  o f  the  Mir  r e g i o n  was  e x t r a c t e d  from  ONC aeronautical  c h a r t  D­7  Two  n o r t h ­ f l o w i n g  major  t r i b u t a r i e s  to  the  V i l y u y 

and  i s  shown  in  F i g .  3b. 

R i v e r  c o n s t i t u t e  the  dominant  p a t t e r n . 

The  Mir  pipe  (M)  i s  located  on  a  t r i b u ­

t a r y  o f  the  Botuobuya  (the  I r e l y a k h )  which  makes  up  part  o f  a  s u b t l e  e a s t ­ n o r t h e a s t  trend  ( Β ­ Β ' ) . 

In  the  n o r t h e r n  p a r t  o f  F i g .  3b,  the  Botuobuya  d e f i n e s 

a  major  northwest  trend  ( A ­ A ) .  4

The  Mir  pipe  occurs  s l i g h t l y  west  o f  the  i n ­

t e r s e c t i o n  o f  these  two  t r e n d s .  The  topography  o f  the  Mir  r e g i o n  v a r i e s  from  500  to  1000  f t  (150  to  300  m)  according  t o  c h a r t  D­7  and  e x h i b i t s  the  lowest  e l e v a t i o n  and  the  l e a s t  r e l i e f  o f  the  three  regions  s t u d i e d .  Bardet  (1973)  r e p o r t e d  t h a t  the  country  rock  i s  composed  o f  O r d o v i c i a n  lime­ stones  and  d o l o m i t e s ,  with  some  exposures  o f  Permian  and  J u r a s s i c  c o n t i n e n t a l  d e p o s i t s ;  N a l i v k i n  (I960)  a t t r i b u t e d  the  traprocks  o f  the  area  to  Permian  and  Lower  T r i a s s i c  i n f l u e n c e s . 

Sobolev  (1980)  i n d i c a t e d  the  pipes  o f  the  Mir  r e ­

gion  to  be  o f  Late  Devonian  age. 

Bardet  (1973)  reported  that  the  k i m b e r l i t e s 

o f  t h i s  region  may  approach  the  composition  o f  q u a r t z i t e s ,  due  to  s i l i c i f i c a ­

11 

F i g .  3a.  Landsat  Band  7  Image  o f  Mir  r e g i o n ,  S i b e r i a .  Arrow  (M)  i n d i c a t e s  darker  tone  o f  mining  a c t i v i t y  i n  v i c i n i t y  o f  Mir  p i p e .  Image  d a t e :  25  A p r i l  1979.  Path  143,  Row  16. 

12 

F i g .  3b.  Drainage  map  o f  Mir  r e g i o n  from  ONC c h a r t  D­7.  Mir  pipe  l o c a ­ t i o n  i n d i c a t e d  by  arrow  ( M ) .  A­A and  B­B   are  major  alignments.  Coverage  and  o r i e n t a t i o n  as  i n  F i g .  3aο   Scale  has  been  reduced. 

F i g .  3c.  Magnetic  map  o f  Mir  r e g i o n  (from  M i n i s t r y  o f  G e o l o g y ­ U . S . S . R . ,  1974,  Magnetic  Map,  sheet  10).  Con­ t o u r  i n t e r v a l  i n  m i l l i ­ o e r s t e d s .  Shading  denotes  p o s i t i v e  magnetic  a r e a s .  A­A   and  B­B   are  l i n e a r  trends  in  v i c i n i t y  o f  Mir  pipe  ( M ) .  Coverage  and  o r i e n t a t i o n  as  i n  F i g .  3a.  Note  scale  change. 

1 

1

1

1

t i o n  f o l l o w i n g  an  i n t e n s e ,  t e c h n i c a l l y  induced  b r e c c i a t i o n .  F i g .  3c  represents  the  subsurface  t e x t u r e  o f  the  Mir  region  i n  terms  o f  a  p o r t i o n  o f  a  magnetic  survey  o r i g i n a l l y  presented  a t  a  s c a l e  o f  1:2,500,000  ( M i n i s t r y  o f  Geology­  U . S . S . R . ,  1974). 

A  s u b t l e  e a s t ­ n o r t h e a s t  trend  ( Β ­ Β ' ) 

and  a  major  northwest  trend  ( A ­ A )  occur  i n  the  subsurface  a t  n e a r l y  the  same  1

l o c a t i o n  as  the  alignments  noted  f o r  the  drainages  i n  F i g .  3b. 

As  observed 

p r e v i o u s l y ,  the  Mir  pipe  occurs  near  the  i n t e r s e c t i o n  o f  the  A­A   and  B­B'  1

t r e n d s . 

The  shaded  areas  i n  F i g .  3c  are  magnetic  h i g h s . 

Several  northwest 

trends  i n  a d d i t i o n  to  A ­ A   are  expressed  both  by  magnetic  highs  and  lows.  1

In  terms  o f  r e l a t i n g  the  patterns  i n  F i g .  3c  to  s t r u c t u r a l  f e a t u r e s ,  Krasnov  and  Masaitis  (1955)  i d e n t i f i e d  three  major  f a u l t  zones  bordering  the  Tunguska  S y n e c l i s e  ( T )  which  occurs  west  o f  the  Mir  r e g i o n  (see  F i g .  4 ) . 

The  f a u l t 

zones  are  r e p o r t e d  to  be  30  to  90  miles  (50  to  150  km)  wide  and  are  associated  with  p o s i t i v e  magnetic  anomalies. 

The  A­A   trend  i n  F i g .  3c  may  be  r e l a t e d  to  1

the  V i l y u y ­ K o t u i  Zone  ( I I I ) ,  which  trends  to  the  n o r t h w e s t . 

The  A n g a r a ­ V i l y u y 

Zone  ( I I )  trends  n o r t h e a s t ,  and  the  B­B   trend  i n  F i g .  3c  may  r e p r e s e n t  a  r e ­ 1

l a t e d ,  s l i g h t l y  r o t a t e d  e x p r e s s i o n  o f  t h i s  major  s t r u c t u r e . 

The  B­B'  trend 

a l s o  i s  roughly  p a r a l l e l  to  the  a x i s  o f  the  V i l y u y  S y n e c l i s e  ( V )  to  the  east  (Dawson,  1980). 

13 

Fault  Zones  I  I I  I I I 

Angara­Yenesei  Zone  A n g a r a ­ V i l y u y  Zone  V i l y u y ­ K o t u i  Zone  Other  Features 

AN  AL  Τ   V 

Precambrian  Anabar  S h i e l d  Precambrian  Aldan  S h i e l d  A x i s  o f  Tunguska  S y n e c l i s e  A x i s  o f  V i l y u y  S y n e c l i s e 

F i g .  4.  S t r u c t u r e  map  o f  East  S i b e r ­ ian  P l a t f o r m .  P o s i t i o n  o f  Mir  r e g i o n  i n d i c a t e d  by  arrow  ( M ) .  F a u l t  zones  and  map  p r o j e c t i o n  a f t e r  Krasnov  and  Masaitis  (1955).  Other  f e a t u r e s  a f ­ t e r  Dawson  (1980)·  Lake  Baikal  i s  roughly  400  miles  (640  km)  l o n g . 

More  r e c e n t l y ,  Milashev  and  Rozenberg  (1974)  developed  a  method  f o r  d e t e r ­ mining  c r u s t a l  s t r u c t u r e  from  g r a v i t y  and  seismic  data  and  demonstrated  t h a t  the  Mohorovicic  d i s c o n t i n u i t y  and  thickness  o f  the  c o n s o l i d a t e d  c r u s t  could  be  r e l a t e d  to  k i m b e r l i t e  occurrence  on  the  S i b e r i a n  P l a t f o r m . 

T h e i r  sketch  map 

o f  c r u s t a l  s t r u c t u r e  shows  a  major  e a s t ­ n o r t h e a s t  trend  i n  the  v i c i n i t y  o f  the  Mir  pipe  t h a t  p a r a l l e l s  the  B­B*  t r e n d  i n  F i g .  3b  and  F i g .  3c. 

The  Russian 

l i t e r a t u r e  thus  provides  several  examples  o f  s t r u c t u r a l  trends  t h a t  appear  to  c o i n c i d e  w i t h  the  alignments  noted  i n  t h i s  s t u d y .  3.3 

Mwadui  Region,  Tanzania  F i g .  5a  c o n s i s t s  o f  p o r t i o n s  o f  two  Landsat  Band  6  images  t h a t  have  been 

j o i n e d  to  d e p i c t  the  r e g i o n  surrounding  the  Mwadui  pipe  in  n o r t h e r n  T a n z a n i a .  Dixon  (1979)  d e s c r i b e d  the  region  as  a  g e n t l y  undulating  high  plateau  w i t h  a  seasonal  drainage  t h a t  g e n t l y  descends  to  Lake  V i c t o r i a  to  the  n o r t h w e s t . 

A 

small  p o r t i o n  o f  the  Speke  G u l f ,  the  southeast  e x t e n s i o n  o f  the  Lake,  i s  e x ­ pressed  by  the  black  area  i n  the  l e f t  top  corner  o f  the  f i g u r e . 

The  annual 

r a i n f a l l  i s  about  24  inches  (600  mm)  and  occurs  f o r  the  most  p a r t  i n  autumn.  Dixon  (1979)  i n d i c a t e d  t h a t  the  dominant  v e g e t a t i v e  cover  i s  t a l l  grass  savan­ nah,  w i t h  wooded  areas  where  there  i s  more  w a t e r . 

The  tonal  v a r i a t i o n s  i n  F i g . 

5a  may  r e f l e c t  t h i s  dichotomy  i n  p a r t ;  i n f r a r e d  r e f l e c t a n c e  i s  a l s o  s e n s i t i v e  to  s o i l  moisture  v a r i a t i o n s  which  are  accentuated  during  prolonged  d r y  p e r i o d s . 

F i g .  5a.  Landsat  Band  6  image  o f  Mwadui  r e g i o n ,  n o r t h e r n  T a n z a n i a ,  Arrow  (MW)  i n d i c a t e s  l i g h t e r  tone  o f  mining  a c t i v i t y  i n  v i c i n i t y  o f  Mwadui  p i p e .  Image  d a t e :  5  March  1979.  Path  182,  Rows  62  and  63. 

15  L.  VICTORIA 

34°* 

F i g .  5b.  Drainage  map  o f  Mwadui  Re­ gion  from  ONC c h a r t  M­5.  P o s i t i o n  o f  Mwadui  pipe  shown  by  arrow  (MW).  Shading  i n d i c a t e s  l a r g e r  lakes  and  r e s e r v o i r s .  F  i n d i c a t e s  i n t e r f l u v e ,  Coverage  and  o r i e n t a t i o n  as  i n  F i g .  5a.  Scale  has  been  reduced. 

F i g .  5c.  P a r t i a l  g r a v i t y  coverage  o f  Mwadui  region  from  D a r r a c o t t  (1974).  Contour  i n t e r v a l :  50  g r a v i t y  u n i t s .  G r a v i t y  low  at  B.  Arrow  (MW)  shows  p o s i t i o n  o f  Mwadui  p i p e .  L i n e a r  trends  from  F i g .  5a  shown  as  number­ ed  dashed  l i n e s  1,  2,  3.  Hypothe­ s i z e d  trend  a t  X.  Coverage  and  o r i e n t a t i o n  as  i n  F i g .  5a.  Scale  has  been  reduced. 

The  l o c a t i o n  o f  the  mining  a c t i v i t y  a s s o c i a t e d  w i t h  the  Mwadui  pipe  i s  i n d i c a ­ ted  by  the  a r r o w ;  the  l i g h t  tone  o f  these  features  c o n t r a s t s  s h a r p l y  w i t h  the  dark  tone  o f  those  from  the  Mir  pipe  i n  S i b e r i a  ( F i g .  3 a ) . 

In  t h i s  r e g a r d , 

Bruton  (1978)  suggested  t h a t  the  r i g o r o u s  climate  o f  S i b e r i a  prevents  o x i d a t i o n  from  o c c u r r i n g  at  the  rate  i t  does  i n  A f r i c a ,  w i t h  the  r e s u l t  t h a t  " y e l l o w  ground"  i s  not  encountered  as  f r e q u e n t l y  i n  S i b e r i a n  k i m b e r l i t e s  as  i t  i s  i n  A f r i c a n  o c c u r r e n c e s .  Other  features  in  F i g .  5a  i n c l u d e  three  small  lakes  o r  r e s e r v o i r s  j u s t  west  o f  the  Mwadui  pipe  and  a  l a r g e r  lake  ( K i t a n g i r i )  i n  the  southeast  p a r t  o f  the  image;  a l l  have  black  s i g n a t u r e s . 

A  s e r i e s  o f  n o r t h ­

t r e n d i n g  l i n e a r  tonal  d i s c o n t i n u i t i e s  are  expressed  i n  the  southwest  p a r t  o f  the  image. 

On  the  o r i g i n a l  Landsat  image  several  c l o s e l y ­ s p a c e d ,  n o r t h e a s t ­

trending  lineaments  could  be  detected  to  the  southeast  o f  Lake  K i t a n g i r i .  The  drainage  p a t t e r n  o f  the  Mwadui  region  was  taken  from  ONC  a e r o n a u t i c a l  chart  M­5  (see  F i g .  5 b ) . 

The  Manonga  R i v e r  and  Lake  K i t a n g i r i  are  the  p r i n c i ­

pal  features  o f  the  southern  p a r t  o f  the  region  whereas  the  Simiyu  R i v e r  domi­

16  nates  the  n o r t h e r n  p a r t , 

A  f a i r l y  e x t e n s i v e  east  t o  e a s t ­ n o r t h e a s t  trending 

i n t e r f l u v e  ( F )  occurs  between  the  two  systems  and  i s  s i t u a t e d  n o r t h e a s t  o f  the  Mwadui  p i p e .  T o p o g r a p h i c a l l y ,  c h a r t  M­5  shows  highlands  exceeding  5,000  f t  (1500  m)  i n  the  northeast  and  southeast  corners  o f  the  Mwadui  r e g i o n ,  and  lowlands  below  4,000  f t  (1200  m)  i n  the  northwest  corner  near  Lake  V i c t o r i a  and  i n  the  Manonga­Kitangiri  d r a i n a g e . 

The  Mwadui  pipe  occurs  j u s t  n o r t h  o f  a  c l u s t e r  o f 

i s o l a t e d  highs  o f  4,000  f t  (1200  m)  w i t h i n  the  southern  l o w l a n d . 

The  Mwadui 

region  i s  intermediate  i n  e l e v a t i o n  to  the  Colorado­Wyoming  r e g i o n  a t  8,000  f t  (2400  m)  and  the  Mir  r e g i o n  at  1,000  f t  (300  m).  Dixon  (1979)  c h a r a c t e r i z e d  the  Mwadui  r e g i o n  as  c o n s i s t i n g  mainly  o f  A r c h ­ ean  g r a n i t e s ,  g n e i s s e s ,  and  g r a n u l i t e s . 

Cenozoic  sediments  occupy  the  t o p o g r a ­

phic  depression  to  the  south  o f  3°40 S  .  I

The  Mwadui  pipe  and  hundreds  o f  o t h e r 

k i m b e r l i t e  pipes  southeast  o f  Lake  V i c t o r i a  are  thought  to  be  Cretaceous  i n  age  ( D i x o n ,  1979).  Subsurface  data  d e s c r i b i n g  the  Mwadui  r e g i o n  were  d i f f i c u l t  t o  obtain  i n  terms  o f  complete  coverage. 

F i g .  5c  shows  p a r t  o f  a  g r a v i t y  survey  conducted 

over  the  Speke  G u l f  r e g i o n  to  the  north  ( D a r r a c o t t ,  1974). 

A  major  high  e x ­

tends  southeastward  from  the  northwest  corner  o f  the  f i g u r e . 

A  narrow  g r a v i t y 

low  (B)  trends  southwest  near  the  r i g h t  margin  o f  the  f i g u r e ,  near  Lake  K i t a n ­ g i r i ,  but  i t s  e x t e n t  i s  undetermined. 

Surface  features  observed  on  the  Landsat 

image  ( f i g .  5a)  have  been  added  to  F i g .  5c  to  supplement  the  l i m i t e d  g e o p h y s i ­ cal  coverage.  Three  lineaments  w i t h  a  N­S  t r e n d  t h a t  were  observed  on  the  Landsat  image  as  tonal  d i s c o n t i n u i t i e s  have  been  t r a n s f e r r e d  to  F i g .  5c  as  dashed  patterns  1,  2 ,  3;  these  may  r e f l e c t  f a u l t s  a t  depth. 

The  Mwadui  pipe 

(MW)  occurs  near  the  i n t e r s e c t i o n  o f  dashed  p a t t e r n  3  and  a  h y p o t h e t i c a l  trend  ( X ) . 

The  l o c a t i o n  o f  X  was  based  on  the  g r a v i t y  saddle  t h a t  i s  expressed  on 

the  eastern  edge  o f  F i g .  5c;  the  t r e n d  o f  X  i s  r o u g h l y  p a r a l l e l  to  the  t r e n d  observed  a t  B.  Support  f o r  the  e x i s t e n c e  o f  t r e n d  X  i s  p r o v i d e d  i n  F i g .  6. 

Faults  o f  the 

East  A f r i c a n  r i f t  system  are  depicted  i n  the  v i c i n i t y  o f  the  study  a r e a ,  and  they  express  the  northeast  trend  p o s t u l a t e d  f o r  X. 

The  n o r t h e r l y  trend  o f 

lineaments  1,  2,  3  ( F i g .  5c)  i s  a l s o  supported  by  f a u l t  t r a c e  p a t t e r n  D  i n  F i g .  6. 

The  n o r t h ­ t r e n d i n g  and  n o r t h e a s t ­ t r e n d i n g  alignments  noted  i n  F i g .  5  t h e r e ­

f o r e  appear  to  have  s t r u c t u r a l  s i g n i f i c a n c e .  Dixon  (1979)  pointed  out  t h a t  the  f a u l t s  o f  the  East  A f r i c a n  R i f t  system  are  Neogene  i n  age,  which  postdates  the  p o s t u l a t e d  Cretaceous  age  o f  the  kimber­ l i t e s  o f  the  Mwadui  r e g i o n . 

However,  Baker  and  others  (1972)  mention  the  l o c a l 

p a r a l l e l i s m  between  the  r i f t  f a u l t s  and  the  s t r u c t u r a l  g r a i n  o f  Precambrian  metamorphic  rocks  and  Paleozoic  f a u l t  t r o u g h s ,  which  suggests  the  concept  o f 

17 

32  Ε  

34°  Ε  

36Έ  

Cenozoic  sediments  Precambrian  g r a n i t e ,  gneiss  and  metamorphics  Faults 

F i g .  6.  Geology  o f  Mwadui  Region  ( p a t ­ terned  i n s e t  r e c t a n g l e )  and  f a u l t  zones  east  o f  Lake  V i c t o r i a ,  Tanzania  ( a f t e r  D i x o n ,  1979  and  Baker,  1971).  F a u l t  D  i n  s i m i l a r  p o s i t i o n  to  l i n e a r  trend  number  2 ,  F i g .  5c.  X  and  F  mark  p o s i t i o n  o f  trends  shown  on  F i g .  5c  and  F i g .  5b.  Location  o f  Mwadui  pipe  i n d i c a t e d  by  W. 

r e s u r g e n t  t e c t o n i c s . 

The  Neogene  f a u l t s  may  be  the  most  recent  e x p r e s s i o n  o f 

zones  o f  weakness  t h a t  e x i s t e d  a t  the  time  o f  k i m b e r l i t e  emplacement. 

With 

these  q u a l i f i c a t i o n s ,  the  Mwadui  k i m b e r l i t e  r e g i o n  can  be  c h a r a c t e r i z e d  as  an  area  o f  i n t e r s e c t i n g  n o r t h e r l y  and  n o r t h w e s t ­ t r e n d i n g  s t r u c t u r a l  t r e n d s .  4  4.1 

DISCUSSION  I n t e r p r e t a t i o n  Although  located  i n  d i v e r s e  t e r r a n e s ,  the  Colorado­Wyoming  State  Line  Kim­

b e r l i t e  D i s t r i c t ,  the  Mir  pipe  and  the  Mwadui  pipe  a l l  occur  near  the  i n t e r ­ s e c t i o n  o r  i n t e r r u p t i o n  o f  major  s t r u c t u r a l  trends  t h a t  may  be  i n t e r p r e t e d  as  deep­seated  f a u l t s . 

Such  an  a s s o c i a t i o n  suggests  t h a t  these  features  may  have 

provided  the  zones  o f  weakness  t h a t  allowed  k i m b e r l i t e  magma  to  ascend  from  up­ per  mantle  depths. 

The  present  study  demonstrates  t h a t  a s s o c i a t e d  t r a n s v e r s e 

patterns  are  detectable  on  a  s m a l l ­ s c a l e  data  base  composed  o f  remote  s e n s i n g ,  geomorphological,  and  geophysical  i n p u t s ,  and  may  p r o v i d e  a  t e x t u r a l  s i g n a ­ t u r e  t h a t  i s  e x p l o i t a b l e  i n  the  search  f o r  new  k i m b e r l i t e  o c c u r r e n c e s .  The  coincidence  o f  t r a n s v e r s e  t e x t u r a l  patterns  and  k i m b e r l i t e  provinces  i s  well­documented. 

P a r r i s h  and  Lavin  (1982)  termed  such  patterns  " c r o s s ­

s t r u c t u r a l  lineament  i n t e r s e c t i o n s "  and  r e l a t e d  them  to  k i m b e r l i t e  l o c a t i o n s  i n  New  York  and  P e n n s y l v a n i a .  Koldaev  (1976)  l i n k e d  the  occurrence  o f  S i b e r ­ ian  k i m b e r l i t e s  to  deep­seated  f a u l t s  and  t h e i r  i n t e r s e c t i o n s ;  he  suggested 

18  t h a t  such  features  are  not  always  obvious  a t  the  surface  but  can  be  r e f l e c t e d  i n  g r a v i t y  and  magnetic  anomalies  and  o t h e r  i n d i c a t o r s . 

In  an  i n n o v a t i v e  model 

t h a t  includes  c u r v i l i n e a r  as  well  as  s t r a i g h t ­ l i n e  f e a t u r e s ,  P r e t o r i u s  ( p e r s .  commun.,  1981),  on  the  basis  o f  smoothed  regional  g r a v i t y  d a t a ,  suggested  t h a t  diamond!ferous  k i m b e r l i t e s  i n  southern  A f r i c a  tend  to  occur  at  the  i n t e r s e c t i o n  o f  e x t e n s i v e  a n t e d i s a l  and  r a d i a l  p a t t e r n s . 

He  hypothesized  s i m i l a r 

in  R u s s i a ,  A u s t r a l i a ,  and  N.  America  ( P r e t o r i u s ,  1979). 

patterns 

The  present  study  p r o ­

vides  a  few  a d d i t i o n a l  examples  o f  t r a n s v e r s e  t e x t u r a l  patterns  to  support  an  idea  t h a t  appears  to  be  f i n d i n g  i n c r e a s i n g  acceptance  and  expression  i n  the  c o n t e x t  o f  t a r g e t i n g  k i m b e r l i t e s  a t  megascopic  s c a l e s .  At  a  f i n e r  f o c u s ,  the  study  demonstrates  t h a t  k i m b e r l i t e  regions  w i t h  a  long  h i s t o r y  o f  production  present  a  p a t t e r n  on  Landsat  images  t h a t  i s  q u i t e  d i f f e r ­ ent  from  t h a t  shown  by  a  r e l a t i v e l y  undeveloped  r e g i o n . 

Mwadui  ( F i g .  5 a ) ,  d i s ­

covered  i n  1940,  and  Mir  ( F i g .  3 a ) ,  d i s c o v e r e d  i n  1955,  both  e x h i b i t  e x t e n s i v e  i n d i c a t i o n s  o f  surface  mining  a c t i v i t y ,  r e p r e s e n t i n g  many  years  o f  r e c o v e r y  op­ e r a t i o n s . 

Diamonds  were  not  recognized  i n  Colorado­Wyoming  u n t i l  1975  (McCal­

lum  and  Mabarak,  1976a  and  1976b),  and  c o n s e q u e n t l y ,  the  Landsat  image  o f  t h i s  r e g i o n  ( F i g .  2a)  shows  no  evidence  o f  a s s o c i a t e d  mining  a c t i v i t y .  4.2 

Methodology  Although  Mwadui  and  Mir  are  exceptions  (see  F i g .  7 ) ,  k i m b e r l i t e  occurrences 

are  g e n e r a l l y  r e l a t i v e l y  small  f e a t u r e s ; 

Mannard  (1968)  reckoned  t h a t  most  are 

smaller  than  500  f t  (150  m)  i n  diameter. 

Some  workers  ( e . g .  N i x o n ,  1980)  t h e r e ­

f o r e  c o n s i d e r  Landsat  1,  2,  and  3  images  w i t h  a  r e s o l u t i o n  o f  approximately  200  χ   260  f t  (60  χ   80  m),  to  be  o f  l i m i t e d  value  i n  d e t e c t i n g  i n d i v i d u a l  l i t e s  d i r e c t l y . 

kimber­

F i g .  7  d e p i c t s  the  r a t i o n a l e  f o r  t h i s  b e l i e f  by  comparing  the 

surface  e x p r e s s i o n  o f  well­known  k i m b e r l i t e  occurrences  to  a  r e p r e s e n t a t i v e  Landsat  g r i d  at  the  same  s c a l e . 

Smaller  p i p e s ,  such  as  the  F e r r i s  1  and  Kimber­

l e y ,  could  e a s i l y  be  missed  on  a  s u i t a b l y  enlarged  Landsat  image;  o n l y  over  the  l a r g e s t  pipes  are  enough  p i c t u r e  elements  ( p i x e l s )  included  to  form  a  r e c o g n i z ­ able  p a t t e r n . 

Nixon  (1980)  recommended  t h a t  a  more  a p p r o p r i a t e  f u n c t i o n  o f 

Landsat  images  i s  to  express  the  r e g i o n a l  s t r u c t u r a l  s e t t i n g . 

The  present  study 

shows  t h a t  Landsat  images  at  a  s c a l e  o f  1:1,000,000  are  w e l l ­ s u i t e d  to  regional  s t u d i e s ,  p a r t i c u l a r l y  when  c o r e g i s t e r e d  w i t h  o t h e r  two­dimensional 

d a t a . 

However,  t e l e d e t e c t i v e  a n a l y s i s  i s  not  l i m i t e d  to  a  r e g i o n a l  scale  nor  to  the  types  o f  data  employed  i n  t h i s  s t u d y . 

Longman  (1980)  showed  t h a t  computer­

enhanced  Landsat  data  at  a  scale  o f  1:35,000  could  be  r e l a t e d  to  i n d i v i d u a l  k i m b e r l i t e  occurrences  i n  northwestern  A u s t r a l i a . 

Landsat  4 ,  launched  i n  J u l y 

o f  1982,  produced  images  composed  o f  p i x e l s  t h a t  were  c o n s i d e r a b l y  smaller  (100  χ   100  f t ,  o r  30  χ   30  m)  than  those  making  up  the  Landsat  images  used  i n  t h i s  s t u d y . 

I n  comparison,  the  area  covered  by  the  20  p i x e l s  shown  i n  F i g .  7  would 

be  covered  by  more  than  100  p i x e l s  w i t h  the  newer  system,  p e r m i t t i n g  much  f i n e r 

19 

AFRICA 

SIBERIA 

COLORADO­WYOMING 

SLOAN  1  MIR  FERRIS  1 

0  MWADUI 

>^ 

]  KIMBERLEY 

Ο   ZARNITZA 

PREMIER 

5 0 0  Μ  

1  ι   ι   ι   I  1 

5 x 5  GRID  OF  LANDSAT  PIXELS  (EACH ^ 6 0  χ   80  M) 

F i g .  7.  Comparison  o f  s i z e  o f  surface  e x p r e s s i o n  o f  well­known  k i m b e r l i t e  occurrences  and  a  g r i d  o f  p i x e l s  from  Landsat  1,  2,  o r  3.  Surface  plans  from  Bardet  (1973)  and  McCallum  and  Mabarak  (1976b).  Note  t h a t  the  scale  o f  t h i s  f i g u r e  i s  c o n s i d e r a b l y  l a r g e r  than  previous  Landsat  images.  d i s t i n c t i o n s  to  be  made  and,  i n  p r i n c i p l e ,  smaller  k i m b e r l i t e s  to  be  s t u d i e d .  When  launched,  the  French  SPOT  system  w i l l  o f f e r  even  f i n e r  r e s o l u t i o n . 

Other 

data  sets  t h a t  might  be  c o r e g i s t e r e d  are  l i m i t e d  o n l y  by  imagination  and  a v a i l ­ Guinness  e t  a l .  (1983)  demonstrated  t h a t  d i g i t a l  processing  and  the 

a b i l i t y ; 

s u p e r p o s i t i o n  o f  such  d i v e r s e  inputs  as  Bouguer  g r a v i t y  and  a i r b o r n e  gamma­ray  data  on  Landsat  images  can  generate  v a l u a b l e  questions  regarding  c r u s t a l  s t r u c t u r e .  5 

CONCLUSIONS  1. 

Through  the  a n a l y s i s  o f  c o r e g i s t e r e d  surface  and  subsurface  data  planes­  i n c l u d i n g  both  t r a d i t i o n a l  and  s a t e l l i t e  p e r s p e c t i v e s ­ the  t e l e d e t e c t i v e  approach  provides  an  e f f e c t i v e  means  o f  a s s e s ­ sing  the  composite  c h a r a c t e r  o f  w i d e l y  separated  study  a r e a s . 

2. 

Transverse  t e x t u r a l  patterns  appear  to  be  a s s o c i a t e d  w i t h  w e l l ­ known  k i m b e r l i t e  regions  i n  N.  America,  E.  A f r i c a ,  and  S i b e r i a ,  and  may  have  value  i n  t a r g e t i n g  new  occurrences  o f  k i m b e r l i t e . 

ACKNOWLEDGMENTS­  We  would  l i k e  to  acknowledge  useful  d i s c u s s i o n s  w i t h  f r i e n d s  and  colleagues  at  Colorado  State  U n i v e r s i t y ,  the  Wyoming  Geological  S u r v e y ,  the  U n i v e r s i t y  o f  Wyoming,  the  U . S .  Geological  Survey­  Denver,  and  Cominco  America­  F o r t  C o l l i n s .  Support  was  p r o v i d e d  by  the  Mining  and  Mineral  Resour­ ces  I n s t i t u t e ,  Colorado  School  o f  Mines,  Golden. 

This page intentionally left blank

EVALUATION  OF  GEOPHYSICAL  TECHNIQUES  COLORADO­WYOMING  KIMBERLITE  PROVINCE 

FOR  DIATREME 

DELINEATION 

IN  THE 

by  J . A .  CARLSON,  R.B.  JOHNSON,  M.E.  McCALLUM,  D . L .  CAMPBELL  AND  J . P .  PADGETT 

A b s t r a c t  ­  K i m b e r l i t e  diatremes  i n  northern  Colorado  and  southern  Wyoming  are  g e n e r a l l y  c h a r a c t e r i z e d  by  poor  exposure  due  to  t r u n c a t i o n  by  e r o s i o n  surfaces  and  presence  of  u b i q u i t o u s  c o l l u v i a l  and/or  s o i l  c o v e r .  Ground  geophysical  methods  may  be  used  i n  c o n j u n c t i o n  w i t h  g e o l o g i c a l  mapping  to  d e l i n e a t e  diatreme  c o n t a c t s .  Magnetic  surveys  reveal  t h a t  most  diatremes  are  charac­ t e r i z e d  by  small  p o s i t i v e  d i p o l a r  anomalies.  C o n v o l u t i o n  of  magnetic  data  and  removal  o f  r e g i o n a l  magnetic  gradients  allow  f o r  d e l i n e a t i o n  of  diatreme  b o u n d a r i e s .  E l e c t r i c a l  r e s i s t i v i t y  and  c o n d u c t i v i t y  ( e l e c t r o m a g n e t i c )  surveys  show  t h a t  k i m b e r l i t i c  s o i l s  are  g e n e r a l l y  5  t o  10  times  more  conductive  than  l o c a l  g r a n i t i c  s o i l s .  A  "low­induction­number"  EM  method  was  e f f e c t i v e  f o r  l o c a t i n g  k i m b e r l i t e  contacts  i n  areas  of  modest  s o i l  cover  whereas  k i m b e r l i t e  covered  by  as  much  as  20  meters  of  s u r f i c i a l  material  could  be  detected  using  the  VLF  method.  R a d i o a c t i v i t y  surveys  were  e f f e c t i v e  o n l y  i n  areas  where  s o i l  c o v e r  i s  t h i n  to  absent.  G r a v i t y  and  r e f r a c t i o n  seismic  methods  were  i n e f f e c ­ t i v e  i n  determining  diatreme  contacts  because  of  a  common  lack  of  appreciable  c o n t r a s t s  i n  d e n s i t y  and  e l a s t i c i t y  o f  k i m b e r l i t e  and  host  g r a n i t e s .  Magnetic,  e l e c t r i c a l  r e s i s t i v i t y  and  electromagnetic  methods  c l e a r l y  are  the  most  e f f e c t i v e  geophysical  techniques  tested  f o r  d e l i n e a t i n g  k i m b e r l i t e  con­ t a c t s  i n  the  Colorado­Wyoming  k i m b e r l i t e  p r o v i n c e . 

INTRODUCTION  Over  90  k i m b e r l i t e  occurrences  have  been  recognized  i n  the  F r o n t  Range  of  northern  Colorado  and  the  Laramie  Range  of  southern  Wyoming. 

The  k i m b e r l i t e s 

are  d i s t r i b u t e d  along  a  n o r t h ­ s o u t h  trend  extending  from  1.6  kilometers  west  of  B o u l d e r ,  Colorado  176  k i l o m e t e r s  northward  to  F a r t h i n g ,  Wyoming.  K i m b e r l i t e  diatremes  and  plugs  i n  the  Colorado­Wyoming  k i m b e r l i t e  p r o v i n c e  range  from  l e s s  than  3  meters  to  n e a r l y  600  meters  i n  plan  length  (Smith  e t  a l ,  1979).  l a t e 

The  diatremes  g e n e r a l l y  have  n e g l i g i b l e  r e l i e f  due  to  t r u n c a t i o n  by  a  T e r t i a r y 

to 

P l e i s t o c e n e 

e r o s i o n 

s u r f a c e 

(McCallum  e t 

a l , 

1975). 

K i m b e r l i t e ­ h o s t  rock  (mostly  g r a n i t e  and  g r a n o d i o r i t e )  contacts  are  r a r e l y  seen  because  of  the  common  presence  of  g r a n i t i c  g r u s ,  c o l l u v i u m  and/or  a l l u v i u m .  Ground  geophysical  methods  may  be  used  i n  c o n j u n c t i o n  with  mapping  to  d e l i n e a t e  diatreme  c o n t a c t s . 

g e o l o g i c a l 

Geophysical  methods  f o r  k i m b e r l i t e 

d e l i n e a t i o n  depend  on  c o n t r a s t s  in  s p e c i f i c  g r a v i t y ,  magnetic  s u s c e p t i b i l i t y ,  e l e c t r i c a l 

p r o p e r t i e s ,  r a d i o a c t i v i t y , 

and  e l a s t i c i t y 

e n c l o s i n g  host  rock  (Paterson  e t  a l ,  1977). 

of  k i m b e r l i t e  and  the 

A  number  of  geophysical  techniques 

have  been  t e s t e d  i n  the  Colorado­Wyoming  p r o v i n c e  i n c l u d i n g  g r a v i t y ,  magnetic,  e l e c t r i c a l  r e f r a c t i o n . 

r e s i s t i v i t y ,  e l e c t r o m a g n e t i c ,  gamma  ray  spectrometry  and  seismic 

22  GRAVITY  SURVEYS  G e n e r a l l y ,  the  g r a v i t y  method  was  i n e f f e c t i v e  i n  determining  diatreme  con­ t a c t s  because  of  a  common  lack  of  appreciable  c o n t r a s t s  i n  d e n s i t i e s  of  kim­ b e r l i t e  and  host  r o c k s .  several 

State 

L i n e 

unpublished  d a t a ) .  i n 

p r e p . ) 

of 

the 

No  s i g n i f i c a n t  g r a v i t y  anomalies  were  recognized  over 

k i m b e r l i t e s 

t e s t e d 

p r i o r 

t o 

t h i s 

study 

(McCallum, 

R e s u l t s  from  a  gravimeter  survey  reported  by  Padgett  (1983,  Green  Mountain 

k i m b e r l i t e 

near  B o u l d e r ,  Colorado  were 

i n c o n c l u s i v e ,  p o s s i b l y  because  of  topographic  e f f e c t s .  A  small  negative  g r a v i t y  anomaly  was  detected  o v e r  the  Maxwell  1  k i m b e r l i t e ,  which  i s  l o c a t e d  near  the  S c h a f f e r  pipe  c l u s t e r  i n  the  western  p o r t i o n  of  the  State  L i n e  d i s t r i c t . 

G r a v i t y  r e s i d u a l s  were  c a l c u l a t e d  by  applying  Bouguer  and 

Free  A i r  c o r r e c t i o n s . 

Standard  l i n e a r 

remove  regional  g r a v i t y  t r e n d s . 

r e g r e s s i o n  techniques  were  used  to 

The  r e s u l t i n g  p r o f i l e 

( F i g .  1)  i n d i c a t e s  a 

small  negative  g r a v i t y  anomaly  (about  ­0.8  mgal)  centered  above  the  diatreme.  The  g r a v i t y  anomalous  curve  c l o s e l y  approximates  the  p a r a b o l i c  shaped  curve  obtained  by  G e r r y t s  (1967,  g r a n i t e . 

p.  441)  f o r  a  Tanzanian  k i m b e r l i t e  emplaced  i n 

According  to  G e r r y t s  (1967),  the  margin  of  the  k i m b e r l i t e  occurs  a t 

the  h a l f  maximum  anomaly  a f t e r 

removal  of  regional  e f f e c t s . 

The  estimated 

western  margin  of  the  Maxwell  1  k i m b e r l i t e  pipe  based  on  g r a v i t y  r e s u l t s  i s  i n  c l o s e  accord  with  the  contact  e s t a b l i s h e d  by  mapping  changes  i n  eluvium  ( F i g .  1 ) .  O v e r a l l ,  the  g r a v i t y  method  probably  has  l i t t l e  p o t e n t i a l 

f o r  the  d e l i n e ­

a t i o n  of  k i m b e r l i t e  diatremes  i n  the  Colorado­Wyoming  p r o v i n c e  because  g r a v i t y  anomalies  are  small  or  absent  i n  most  cases. 

G r a v i m e t r i c  surveys  may  be  of 

some  value  i n  e s t a b l i s h i n g  margins  of  l a r g e  diatremes,  p a r t i c u l a r l y  i n  areas  where  foundered  blocks  and/or  c o l l u v i u m  may  obscure  actual  pipe  boundaries. 

Ε   0.50  r 

K I M B E R L I T E 

F i g u r e  1. 

Bouguer  g r a v i t y  r e s i d u a l  p r o f i l e  of  Maxwell  1  k i m b e r l i t e  p i p e :  e a s t ­

west  b a s e l i n e . 

S o l i d  p a t t e r n  represents  i d e n t i f i e d  k i m b e r l i t e ,  s t i p p l e d  p a t ­

t e r n  corresponds  to  suspected  k i m b e r l i t e . 

23  MAGNETIC  SURVEYS  The  magnetic  method  g e n e r a l l y  has  been  e f f e c t i v e  i n  determining  c o n t a c t s  i n  the  Colorado­Wyoming  k i m b e r l i t e  p r o v i n c e . 

diatreme 

Most  diatreme  contacts 

are  n e a r l y  v e r t i c a l ,  which  r e s u l t s  i n  pronounced  magnetic  edge  e f f e c t s .  Ground  magnetic  surveys  (proton  magnetometer)  were  used  by  Smith  (1977)  to  e s t a b l i s h  contacts  of  the  IM­21  k i m b e r l i t e  of  the  I r o n  Mountain  d i s t r i c t  of  Wyoming.  The  IM­21  i s  c h a r a c t e r i z e d  by  extreme  (up  to  2000  gamma)  p o s i t i v e  and  n e g a t i v e  magnetic  peaks. 

However,  deeply  buried  contacts  of  the  k i m b e r l i t e 

c o u l d  not  be  e s t a b l i s h e d  as  v a r i a b i l i t y  i n  magnetite  content  of  the  enclosing  g r a n i t e  l i k e l y  masks  the  magnetic  e f f e c t  of  the  buried  k i m b e r l i t e  (Smith,1977).  The  l o c a t i o n  of  the  Green  Mountain  diatreme  near  B o u l d e r ,  Colorado  was  reasonably  a c c u r a t e l y  determined  u t i l i z i n g  a  proton  magnetometer. 

F i g u r e  2  i s 

a  t o t a l  magnetic  contour  map  of  the  Green  Mountain  k i m b e r l i t e  and  surrounding  a r e a .  The 

The  k i m b e r l i t e  i s  c h a r a c t e r i z e d  by  a  200  t o  1600  gamma  p o s i t i v e  anomaly.  o v e r a l l 

a p p r o p r i a t e . 

p a t t e r n 

model 

i s 

C o m p l e x i t i e s  of  the  magnetic  s i g n a t u r e  may  be  a t t r i b u t e d 

suggests 

t h a t 

a 

s t e e p l y 

dipping 

d i p o l e 

to 

topographic  v a r i a t i o n s . 

L 

I 

M E T E R S 

F i g u r e  2. 

T o t a l  magnetic  f i e l d  contour  map  of  Green  Mountain  k i m b e r l i t e 

diatreme  (thousands  of  gammas).  k i m b e r l i t e  i s  shown  by  heavy  l i n e . 

Contour  i n t e r v a l  i s  200  gammas. 

O u t l i n e  of 

24  Small  d i p o l a r  ground  magnetic  anomalies  have  been  detected  over  a  number  of  State  L i n e  diatremes  ( r a n g e :  ­150  to  +1000  gammas)  and  these  have  been  useful  i n  e s t a b l i s h i n g  pipe  c o n t a c t s . 

Magnetic  i n c l i n a t i o n  i n  the  State  Line  area  i s 

about  71  d e g r e e s ,  which  causes  a  s l i g h t  s o u t h e r l y  displacement  of  magnetic  peaks. 

F o r  example,  the  Aultman  1  and  2  diatremes  show  weak  magnetic  highs  of 

50  t o  60  gammas  and  20  t o  30  gammas,  r e s p e c t i v e l y ,  which  are  located  over  the  e n c l o s i n g  g r a n i t e  a t  the  southern  boundaries  of  the  pipes  (Hausel  e t  a l ,  1979).  The  Nix  2  k i m b e r l i t e  plug  shows  magnetic  highs  up  to  1000  gammas  but  g e n e r a l l y  averages  about  200  gammas. 

K i m b e r l i t e s  of  the  S c h a f f e r  c l u s t e r  are  charac­

t e r i z e d  by  p o s i t i v e  magnetic  anomalies  i n  the  range  60  t o  200  gammas. 

F i g u r e  3 

i s  a  t o t a l  f i e l d  magnetic  p r o f i l e  f o r  the  Maxwell  2  k i m b e r l i t e  of  the  State  L i n e  d i s t r i c t . 

Several  State  L i n e  k i m b e r l i t e s 

are  c h a r a c t e r i z e d  by  magnetic 

p r o f i l e s  e x h i b i t i n g  a  broad  p o s i t i v e  d i p o l a r  anomaly  w i t h  a  superimposed  nega­ t i v e  c e n t e r ,  p o s s i b l y  r e s u l t a n t  from  d i f f e r e n t i a l 

weathering  w i t h i n  the  p i p e s . 

A  v e r t i c a l  magnetometer  survey  conducted  by  Puckett  (1971)  e s t a b l i s h e d  t h a t  the  Sloan  1  k i m b e r l i t e  pipe  o f  northern  Colorado  has  a  negative  magnetic  ano­ maly  r e l a t i v e  to  the  enclosing  country  r o c k s . 

The  eastern  h a l f  o f  the  pipe  i s 

c h a r a c t e r i z e d  by  a  ­30  t o  ­40  gamma  low  whereas  the  western  h a l f  shows  a  l a r g e r  n e g a t i v e  magnetic  anomaly  i n  the  range  of  ­50  to  ­140  gammas  ( P u c k e t t ,  1971).  G e n e r a l l y ,  i n  the  Colorado­Wyoming  k i m b e r l i t e  p r o v i n c e ,  hypabyssal  kim­ b e r l i t e  bodies  y i e l d  g r e a t e r  magnetic  anomalies  than  diatremes  c h a r a c t e r i z e d  by  b r e c c i a . 

C o n v o l u t i o n  of  magnetic  data  (3  p o i n t  f i l t e r  element)  and  removal  of 

r e g i o n a l  magnetic  gradients  allows  f o r  d e l i n e a t i o n  of  most  Colorado­Wyoming  k i m b e r l i t e  p i p e s .  magnetic 

surveys 

E a s e ,  speed  of  operation  and  o v e r a l l  e f f e c t i v e n e s s  make  p a r t i c u l a r l y 

useful 

i n 

d e l i n e a t i n g 

k i m b e r l i t e s 

i n 

the 

Colorado­Wyoming  k i m b e r l i t e  p r o v i n c e . 

30  45  60  S T A T I O N  NO.  K I M B E R L I T E 

F i g u r e  3.  S t i p p l e d 

T o t a l  magnetic  f i e l d  p r o f i l e  of  Maxwell  2  p i p e :  p a t t e r n 

shows 

l a t e r a l 

e x t e n t 

of 

N35W  b a s e l i n e . 

suspected 

k i m b e r l i t e . 

25  ELECTRICAL  RESISTIVITY  SURVEYS  R e s i s t i v i t y  surveys  c a r r i e d  out  i n  the  State  L i n e  d i s t r i c t 

of  northern 

Colorado  and  southern  Wyoming  have  been  successful  i n  d i s t i n g u i s h i n g  k i m b e r l i t e  versus  g r a n i t e  d e r i v e d  s o i l s  i n  areas  of  modest  c o l l u v i a l  and/or  a l l u v i a l  s o i l  c o v e r . 

In  these  areas  k i m b e r l i t i c  s o i l s  are  a t  l e a s t  5  to  10  times  more 

c o n d u c t i v e  than  g r a n i t i c  s o i l s .  Both  h o r i z o n t a l 

and  v e r t i c a l 

p r o f i l i n g  techniques  have  been  applied 

d i s t i n g u i s h i n g  k i m b e r l i t i c  s o i l s  from  g r a n i t i c  s o i l s . 

i n 

H o r i z o n t a l  r e s i s t i v i t y 

p r o f i l i n g  was  e f f e c t i v e l y  used  by  Puckett  (1971)  and  Hausel  e t  al  (1979)  to  determine  contacts  of  the  Sloan  1  diatreme  of  northern  Larimer  C o u n t y ,  Colorado  and  the  Aultman  1  and  2  pipes  of  southern  Albany  C o u n t y ,  Wyoming,  r e s p e c t i v e l y .  Puckett  (1971)  r e p o r t s  r e s i s t i v i t y  values  ranging  from  24  t o  30  ohm­meters  f o r  weathered  k i m b e r l i t e  at  the  Sloan  1  s i t e . 

Weathered  k i m b e r l i t e  present  w i t h i n 

the  Aultman  1  and  2  diatremes  showed  apparent  r e s i s t i v i t y  ranges  between  24  t o  76  ohm­meters  whereas  nearby  g r a n i t e  ranged  from  152­2256  ohm­meters  (Hausel  e t  a l ,  1979).  V e r t i c a l 

e l e c t r i c a l 

p r o f i l e s  of  apparent  r e s i s t i v i t y  versus  Schlumberger 

a r r a y  e l e c t r o d e  spacings  f o r  the  Maxwell  1  k i m b e r l i t e  pipe  and  surrounding  g r a ­ Apparent  r e s i s t i v i t i e s  of  k i m b e r l i t e  and  kim­

n i t e  are  shown  i n  F i g u r e  4.  b e r l i t e 

d e r i v e d  s o i l s 

range  from  85  to 

158  ohm­meters 

whereas  apparent 

r e s i s t i v i t i e s  of  g r a n i t i c  materials  range  from  180­1000  ohm­meters. 

The  kim­

b e r l i t e  v e r t i c a l  r e s i s t i v i t y  p r o f i l e  ( F i g .  4)  i s  U­shaped  which  i s  suggestive  o f  three  l a y e r s  whereas  the  v e r t i c a l  p r o f i l e  of  the  g r a n i t e  i s  n e a r l y  l i n e a r  w i t h  a  s l i g h t  i n f l e c t i o n 

suggesting  a  simple  two  l a y e r  case  with  i n c r e a s i n g 

apparent  r e s i s t i v i t y  with  depth. 

I000

F 

Ε  

ο  

° o

ΙΟ Ο  

 

( 

0

Δ   PC  SHERMAN 

G R A N I T E 

Ο   M A X W E L L  I  D I A T R E M E  • 

•5 

•  • 

ι   ι   n u n 

3.5 

1—L_ 

35 

SCHLUMBERGER  L  SPACING  (meters) 

F i g u r e  4. 

V e r t i c a l  r e s i s t i v i t y  (ohm­meters)  p r o f i l e s  of  Maxwell  1  k i m b e r l i t e 

diatreme  and  surrounding  Precambrian  g r a n i t e . 

26 

The  e l e c t r i c a l 

r e s i s t i v i t y  method  i s  useful  i n  d i s t i n g u i s h i n g  k i m b e r l i t e 

and  g r a n i t e  i n  areas  of  l i m i t e d  wet  s o i l  c o v e r . 

Weathered  k i m b e r l i t e  has  a 

c h a r a c t e r i s t i c a l l y  low  r e s i s t i v i t y  t h a t  i s  a t t r i b u t e d  to  i t s  great  capacity  to  r e t a i n  water  due  to  p e r v a s i v e  f r a c t u r i n g  and  high  c l a y  content  (Mannard,  1968).  Complications  i n  i n t e r p r e t a t i o n  of  r e s i s t i v i t y  data  a r i s e  from  l a t e r a l  changes  i n  s o i l  thickness  and  rock  type  w i t h i n  spread  dimensions. 

V e r t i c a l  r e s i s t i v i t y 

p r o f i l i n g  can  be  used  to  gain  information  regarding  thickness  and  average  con­ d u c t i v i t y  of  subsurface  k i m b e r l i t e  l a y e r s . 

H o r i z o n t a l  p r o f i l i n g  appears  to  be 

most  e f f e c t i v e  i n  l o c a t i n g  k i m b e r l i t e ­ h o s t  rock  c o n t a c t s . 

ELECTROMAGNETIC  SURVEYS  As 

i n 

e l e c t r i c a l 

r e s i s t i v i t y 

s u r v e y s , 

d e l i n e a t i o n 

of 

diatremes 

using 

electromagnetic  methods  depends  upon  c o n t r a s t s  i n  c o n d u c t i v i t y  of  k i m b e r l i t e  and  the  enclosing  host  rock. 

C o n t r a s t s  i n  e l e c t r i c a l  p r o p e r t i e s  of  k i m b e r l i t e 

and  the  surrounding  rocks  may  r e s u l t  from  weathering  of  k i m b e r l i t e  to  " y e l l o w  g r o u n d " ,  t e s t e d 

a  h i g h l y  conductive  c l a y ­ r i c h  l a y e r .  f o r 

diatreme 

d e l i n e a t i o n 

i n 

the 

Electromagnetic  techniques 

S t a t e 

L i n e 

d i s t r i c t 

"low­induction­number"  and  VLF  ( v e r y  low  frequency)  methods.  number  electromagnetic  systems  have  small  t r a n s m i t t e r 

i n c l u d e 

Low­induction­

to  r e c e i v e r  distances 

and  use  frequencies  i n s u r i n g  r e l a t i v e l y  l a r g e  s k i n ­ d e p t h s . 

A  t r a n s m i t t e r  c o i l 

induces 

Each  c u r r e n t 

c i r c u l a r 

eddy  c u r r e n t  loops  i n t o 

the  e a r t h . 

generates  a  magnetic  f i e l d  which  i s  p r o p o r t i o n a l  f l o w i n g  w i t h i n  t h a t  l o o p . 

loop 

to  the  amount  of  c u r r e n t 

The  r e c e i v e r  c o i l  i n t e r c e p t s  p a r t  of  the  magnetic 

f i e l d  from  each  loop  r e s u l t i n g  i n  an  output  v o l t a g e  which  i s  also  proportional  t o  the  t e r r a i n  c o n d u c t i v i t y .  EM­31  (Geonics  L t d .  Trademark)  system  f u r n i s h e s  c o n d u c t i v i t y  readings  i n  u n i t s  o f  millimhos  per  meter. 

T r a n s m i t t e r  to  r e c e i v e r  distance  i s  3.7  meters 

and  the  operating  frequency  i s  9.8  k i l o h e r t z .  (meters)  versus  c o n d u c t i v i t y  material 

P r o f i l e s  of  s t a t i o n  distances 

(mmhos/m)  show  t h a t  c o n d u c t i v i t y  of 

s u r f i c i a l 

o v e r l y i n g  k i m b e r l i t e  i s  about  3  t o  5  times  g r e a t e r  than  the  conduc­

t i v i t y  o f  g r a n i t i c  residuum  ( F i g .  5 ) . 

Comparisons  o f  e a s t ­ w e s t  and  north­south 

o r i e n t a t i o n s  of  the  low­induction­number  system  measured  over  the  same  s t a t i o n s  reveal  t h a t  c o n d u c t i v i t y  i s  n e a r l y  i s o t r o p i c  f o r  both  g r a n i t i c  and  k i m b e r l i t i c  m a t e r i a l s . 

High  c o n d u c t i v i t y  values  encountered  over  swamps  ( s i m i l a r  to  those 

measured  o v e r  k i m b e r l i t e )  systems 

are 

not 

s u i t a b l e 

suggest  t h a t  low­induction­number  f o r 

use 

i n 

marshes 

and 

electromagnetic 

a c t i v e 

d r a i n a g e s . 

A d d i t i o n a l l y ,  " f a l s e "  readings  may  occur  over  l a r g e  foundered  blocks  of  host  rocks  w i t h i n  diatremes. 

8 5.01  4

£ 

ε   w

 

>­

30.01 

>  I5.0h  α   § 

1  ι  0.0 — I  90  60  30  Ο ι — ι — 1 3 0 m .  ! 

Ο   ο  

ι  0 

ι  30 

ι  60 

ι  90 

ι   Π   120  150  180  S T A T I O N  NO.   

t

K I M B E R L I T E 

F i g u r e  5. 

C o n d u c t i v i t y  (mmhos/meter)  p r o f i l e  of  Maxwell  1  p i p e : 

b a s e l i n e . 

S o l i d  p a t t e r n 

shows  l a t e r a l 

e x t e n t 

of 

n o r t h ­ s o u t h 

i d e n t i f i e d 

k i m b e r l i t e , 

s t i p p l e d  p a t t e r n  i n d i c a t e s  suspected  k i m b e r l i t e . 

The  VLF  ( v e r y  low  frequency)  method  a l s o  was  e f f e c t i v e  i n  d e l i n e a t i n g  kim­ b e r l i t e  c o n t a c t s . 

EM­16­R  (Geonics  L t d .  trademark)  i s  a  VLF  system  t h a t  y i e l d s 

values  of  apparent  r e s i s t i v i t y  and  phase  a n g l e .  show  marked  peaks  a t  k i m b e r l i t e ­ g r a n i t e 

Apparent  r e s i s t i v i t y  p r o f i l e s 

contacts 

( F i g . 

6 ) . 

Phase  angle 

measurements  are  somewhat  d e f i n i t i v e  ( g e n e r a l l y  0  >45°  over  k i m b e r l i t e 

indi­

c a t i n g  the  presence  of  a  conductor  at  depth)  but  may  be  ambiguous  p o s s i b l y  due  t o  topographic  e f f e c t s  and/or  presence  of  mafic  x e n o l i t h s  w i t h i n  the  g r a n i t e .  Average  values  of  apparent  r e s i s t i v i t y  are  65  ohm­meters  and  1000  ohm­meters  f o r  k i m b e r l i t e 

and  g r a n i t e  r e s p e c t i v e l y . 

Depth  of  p e n e t r a t i o n  of  the  VLF 

system  i s  dependent  on  the  frequency  of  the  chosen  broadcast  s t a t i o n  and  the  c o n d u c t i v i t y 

of 

subsurface  m a t e r i a l s 

i n v o l v e d . 

Average  p e n e t r a t i o n 

i n t o 

Maxwell  1  k i m b e r l i t e  was  about  20  meters.  W 

Ε  

_  4 . 0 r 

ο   ο  

ο .ο ϋ ­

150 

120  90  60  Ο  t—ι —130 m. 

30 

Ο  

30 

60 

9 0  120  150  S T A T I O N  NO. 

K I M B E R L I T E 

F i g u r e  6 ·  diatreme: 

Apparent  r e s i s t i v i t y  e a s t ­ w e s t  b a s e l i n e . 

i d e n t i f i e d  k i m b e r l i t e , 

(ohm­m) 

p r o f i l e 

of  Maxwell 

1 

k i m b e r l i t e 

Data  from  VLF  s u r v e y .  S o l i d  p a t t e r n  represents 

s t i p p l e d  p a t t e r n  corresponds  to  suspected  k i m b e r l i t e . 

28  GAMMA  RAY  SPECTROMETRY  R a d i o a c t i v i t y  surveys  were  c a r r i e d  out  over  two  State  L i n e  diatremes  and  surrounding  Precambrian  g r a n i t e  to  t e s t  the  p o s s i b i l i t y  of  d e l i n e a t i n g  diatreme  contacts  based  upon  d i f f e r e n c e s  outcrops 

and  s o i l s . 

i n  r a d i o a c t i v i t y 

C a l i b r a t i o n 

equations 

of  k i m b e r l i t e  and  g r a n i t e 

were  applied 

to 

c o n v e r t 

raw 

c o r r e c t e d  readings  to  % K,  ppm  ell  and  ppm  e T h .  T o t a l  count  (counts  per  second)  r a d i o a c t i v i t y  p r o f i l e s  ( F i g .  7)  are  e f f e c t i v e  f o r  d e l i n e a t i o n  of  diatreme  con­ t a c t s  o n l y  i n  areas  where  s o i l  cover  i s  t h i n  or  absent. 

K I M B E R L I T E 

F i g u r e  7. 

T o t a l  count  r a d i o a c t i v i t y  p r o f i l e  of  Maxwell  1  k i m b e r l i t e  diatreme: 

east­west  b a s e l i n e . 

S o l i d  p a t t e r n  represents  i d e n t i f i e d  k i m b e r l i t e , 

s t i p p l e d 

p a t t e r n  i n d i c a t e s  suspected  k i m b e r l i t e . 

P r o f i l e s  of  percentage  potassium  may  help  d i s t i n g u i s h  shallow  k i m b e r l i t e  from  g r a n i t i c  s o i l s  i n  areas  where  s o i l s  are  r e s i d u a l  ( F i g .  8 ) .  s o i l s 

t e s t e d  average  about  1.25 

to 

2.5 

K i m b e r l i t i c 

percentage  potassium  whereas  the 

surrounding  g r a n i t i c  s o i l s  average  2.5  t o  3.5  percentage  potassium. 

N.35W. 

S.35E. 

3.0 

30  45  60  S T A T I O N  NO.  K I M B E R L I T E 

F i g u r e  8.  b a s e l i n e . 

Potassium  r a d i o a c t i v i t y 

(%  K)  p r o f i l e 

of  Maxwell  2  p i p e : 

N35W 

S t i p p l e d  p a t t e r n  i n d i c a t e s  l a t e r a l  e x t e n t  of  suspected  k i m b e r l i t e . 

29  P r o f i l e s 

o f  e q u i v a l e n t  uranium 

i n c o n c l u s i v e .  o f 

(ppm)  and  e q u i v a l e n t  thorium 

E r r a t i c  concentrations  of  eU  and  eTh  may  r e f l e c t 

isotopes  by  surface  p r o c e s s e s . 

O v e r a l l ,  i t 

(ppm)  are 

r e d i s t r i b u t i o n 

i s  apparent  t h a t  gamma  ray 

spectrometry  i s  not  v i a b l e  f o r  d e l i n e a t i n g  Colorado­Wyoming  k i m b e r l i t e  contacts  because  of 

i t s 

A d d i t i o n a l l y , 

l i m i t e d 

depth  p e n e t r a t i o n 

( g e n e r a l l y 

l e s s 

than 

1  m e t e r ) . 

radioelement  d i s p e r s i o n  and/or  s o i l  movement  may  s i g n i f i c a n t l y 

a l t e r  o r i g i n a l  r a d i o a c t i v i t y  p a t t e r n s . 

SEISMIC  REFRACTION  SURVEYS  Seismic  r e f r a c t i o n  surveys  of  several  State  L i n e  diatremes  are  reported  by  Puckett  (1971),  Puckett  e t  al  (1972),  Hausel  e t  al  (1979)  and  C a r l s o n  (1983).  Puckett  (1971)  r e p o r t s  seismic  v e l o c i t i e s  of  457  meters  per  second  and  1983  meters  per  second  f o r  k i m b e r l i t i c  s o i l  and  weathered  k i m b e r l i t e  r e s p e c t i v e l y  of  the  Sloan  1  diatreme  of  northern  Larimer  County,  C o l o r a d o . 

Seismic  survey 

r e s u l t s  of  the  Aultman  1  diatreme  i n d i c a t e  three  dipping  l a y e r s  of  subsurface  k i m b e r l i t e  (Hausel  e t  a l ,  1979). 

The  top  l a y e r  has  an  average  seismic  v e l o c i t y 

o f  6570  meters  per  second,  the  intermediate  l a y e r  has  an  average  seismic  v e l o ­ c i t y  of  1590  meters  per  second,  and  the  lowest  detectable  l a y e r  averages  about  3530  meters  per  second  (Hausel  e t  a l ,  1979).  Seismic  v e l o c i t i e s  determined  f o r  the  materials  present  w i t h i n  the  Maxwell  1  and  2  k i m b e r l i t e  diatremes  tend  to  group  the  subsurface  materials  i n t o  two  c a t e g o r i e s :  k i m b e r l i t e 

k i m b e r l i t i c  s o i l ­ a l l u v i u m  mixture  ( " y e l l o w  ground")  and  weathered  ( " b l u e 

g r o u n d " ) . 

The  v e l o c i t y 

ranges  corresponding 

to 

these 

m a t e r i a l s  are  339  meters  per  second  f o r  k i m b e r l i t i c  s o i l  and  2450  meters  per  second  f o r  weathered  k i m b e r l i t e . 

Seismic  v e l o c i t i e s  obtained  f o r  an  area 

u n d e r l a i n  by  Precambrian  g r a n i t e  average  about  436  meters  per  second  and  1543  meters  per  second  f o r  the  c o l l u v i u m  and  u n d e r l y i n g  weathered  g r a n i t e  bedrock  r e s p e c t i v e l y .  Comparison  of 

seismic  r e f r a c t i o n 

p r o f i l e s 

of  k i m b e r l i t e 

( F i g .  9a)  and 

Precambrian  g r a n i t e  ( F i g .  9b)  reveal  t h a t  seismic  r e f r a c t i o n  does  not  u n i q u e l y  d i f f e r e n t i a t e  k i m b e r l i t e  and  host  g r a n i t e s . 

E r r o r s  i n  seismic  data  i n t e r p r e t a ­

t i o n  may  a r i s e  because  of  d i v e r s i t y  of  rock  types  near  diatremes,  presence  of  l a r g e  x e n o l i t h s  w i t h i n  k i m b e r l i t e  and  g r a n i t e ,  weathering  and  f r a c t u r i n g  g r a n i t e ,  and  f a u l t s . 

of 

Use  of  seismic  r e f r a c t i o n  surveys  i n  the  Colorado­Wyoming 

p r o v i n c e  i s  probably  l i m i t e d  to  modeling  subsurface  l a y e r i n g  and  i r r e g u l a r i t i e s  o f  s o i l / w e a t h e r e d  k i m b e r l i t e  i n t e r f a c e s  of  r e l a t i v e l y  l a r g e  ( a t  l e a s t  50  meters  i n  diameter)  k i m b e r l i t e  diatremes. 

30 

DISTANCE  (meters)  F i g u r e  9 · 

Seismic  r e f r a c t i o n  p r o f i l e s , 

east­west  survey  l i n e . 

a . 

Maxwell  1  k i m b e r l i t e  diatreme: 

b.  Precambrian  Sherman  g r a n i t e : 

Western  State  Line 

d i s t r i c t . 

CONCLUSIONS  K i m b e r l i t e  diatremes  i n  the  Colorado­Wyoming  p r o v i n c e  are  g e n e r a l l y  charac­ t e r i z e d  by  poor  exposure  due  to  t r u n c a t i o n  by  e r o s i o n  surfaces  and  presence  of  u b i q u i t o u s  c o l l u v i a l  and/or  s o i l  c o v e r . 

Some  k i m b e r l i t e ­ h o s t  rock  contacts  may 

be  p a r t l y  defined  by  the  presence  of  k i m b e r l i t i c  e l u v i a l  i n d i c a t o r s ;  however,  ground  geophysical  methods  may  be  used  to  more  a c c u r a t e l y  d e l i n e a t e 

diatreme 

boundaries  or  to  l o c a t e  them  i n  areas  of  s i g n i f i c a n t  c o v e r .  Magnetic  surveys  have  been  r e l a t i v e l y  c o n t a c t s . 

successful  i n  determining 

diatreme 

Enhancement  of  magnetic  edge  e f f e c t s  i s  accomplished  by  c o n v o l u t i o n 

o f  magnetic  data  (3  p o i n t  f i l t e r  element)  and  removal  of  regional 

magnetic 

g r a d i e n t s . 

magnetic 

Most 

diatremes 

are 

c h a r a c t e r i z e d 

by 

small 

d i p o l a r 

31  anomalies. 

Hypabyssal  k i m b e r l i t e  bodies  apparently  y i e l d  g r e a t e r  magnetic  ano­

malies  than  diatremes  c h a r a c t e r i z e d  by  i n t r u s i v e  b r e c c i a .  E l e c t r i c a l  r e s i s t i v i t y  and  electromagnetic  surveys  were  e f f e c t i v e  i n  d i f ­ f e r e n t i a t i n g 

k i m b e r l i t e , 

host  g r a n i t e , 

and  o v e r l y i n g  s u r f i c i a l 

m a t e r i a l . 

Average  ranges  of  apparent  r e s i s t i v i t y  f o r  k i m b e r l i t i c  and  g r a n i t i c  s o i l s  are  about  10  t o  30  ohm­meters  and  150  t o  500  ohm­meters  r e s p e c t i v e l y . 

Marked  peaks 

occur  at  k i m b e r l i t e / g r a n i t e  contacts  f o r  both  VLF  and  low­induction­number  s u r ­ veys  but  VLF  has  the  advantage  of  g r e a t e r  depth  of  p e n e t r a t i o n  ( g r e a t e r  than  20  m e t e r s ) . 

VLF  system  phase  angle  measurements  were  reasonably 

( g e n e r a l l y  g r e a t e r  than  45°  over  k i m b e r l i t e ) . 

Although  e l e c t r i c a l 

d e f i n i t i v e  r e s i s t i v i t y 

and  electromagnetic  surveys  both  e a s i l y  d i s t i n g u i s h  k i m b e r l i t e ,  EM  surveys  are  favored  because  of  g r e a t e r  speed  and  ease  of  o p e r a t i o n .  G r a v i t y 

and  seismic 

r e f r a c t i o n 

surveys  were  r e l a t i v e l y 

i n e f f e c t i v e 

i n 

determining  diatreme  contacts  because  of  a  common  lack  of  appreciable  c o n t r a s t s  i n  density  and  e l a s t i c i t y  of  k i m b e r l i t e  and  host  g r a n i t e s . 

However,  r e f r a c t i o n 

seismic  p r o f i l e s  along  with  v e r t i c a l  e l e c t r i c a l  soundings  (VES)  may  be  useful  i n  determining 

h o r i z o n t a l 

f e a t u r e s 

( e . g .  l a y e r i n g )  w i t h i n  k i m b e r l i t e  p i p e s . 

R a d i o a c t i v i t y  surveys  were  e f f e c t i v e  only  i n  areas  of  t h i n  to  absent  s o i l  c o v e r . 

Average  c o n c e n t r a t i o n s  of  thorium  ( e T h ) ,  uranium  (ell)  and  potassium  f o r 

k i m b e r l i t i c  s o i l s  are  about  9.3  ppm,  3.8  ppm  and  1.9%  r e s p e c t i v e l y .  T o t a l  count  readings  were  not  l o c a l l y  d e f i n i t i v e  and  the  method  does  not  appear  to  have  much  p o t e n t i a l  i n  the  Colorado­Wyoming  k i m b e r l i t e  p r o v i n c e .  M a g n e t i c ,  e l e c t r i c a l 

r e s i s t i v i t y  and  electromagnetic  methods  c l e a r l y  are 

the  most  e f f e c t i v e  geophysical  techniques  tested  f o r  diatreme  d e l i n e a t i o n  the  Colorado­Wyoming  k i m b e r l i t e  p r o v i n c e . 

i n 

Ease,  speed  of  operation  and  general 

e f f e c t i v e n e s s  make  magnetic  and  electromagnetic  surveys  p a r t i c u l a r l y  useful  i n  d e l i n e a t i n g  k i m b e r l i t e  bodies  i n  the  F r o n t  Range  of  Colorado  and  Laramie  Range  o f  Wyoming. 

ACKNOWLEDGEMENTS  The  authors  wish  to  extend  s i n c e r e  a p p r e c i a t i o n  to  the  students  at  Colorado  State  U n i v e r s i t y  and  employees  a t  the  U n i t e d  States  Geological  Survey  Denver,  Colorado  who  a s s i s t e d  i n 

geophysical 

data 

c o l l e c t i o n . 

i n 

James  L. 

Puckett  was  instrumental  i n  i n i t i a t i n g  geophysical  s t u d i e s  of  k i m b e r l i t e  i n  the  Colorado  F r o n t  Range  and  i n  suggesting  ideas  f o r  f u r t h e r  r e s e a r c h . 

Thomas  L. 

Woodzick  i s  g r a t e f u l l y  acknowledged  f o r  p r o v i d i n g  numerous  h e l p f u l 

comments. 

F i n a n c i a l  support  f o r  the  work  reported  h e r e i n  was  provided  by  grants  from  the  Rocky  Mountain  Energy  Company  of  B r o o m f i e l d ,  Colorado  and  the  Geological  S o c i e t y  of  America. 

This page intentionally left blank

GEOBOTANICAL  EXPRESSION  OF A  BLIND  KIMBERLITE  P I P E ,  CENTRAL  INDIA  by  P . O . ALEXANDER  and  V . K . SHRIVASTAVA 

A b s t r a c t  ­  The p o s i t i v e  geobotanical  e x p r e s s i o n  recorded  over  the  Hinota  pipe  i n  C e n t r a l  I n d i a  i s  o f  such  magnitude  so  as  t o  be  apparent  on  a i r  photographs.The  pipe  supports  more  l u x u r i a n t  growth  o f  both  the  t r e e  l a y e r  and  the  undergrowth;  they  are  h e a l t h i e r  and  t a l l e r  i n  c o n t r a s t  t o  the  sparse  and  t h i n l y  developed  v e g e t a t i o n  o u t s i d e  the  pipe  boundary  comprising  quartz  a r e n i t e .  T h i s  d i f f e r e n c e  i s  a t t r i b u t e d  t o  the  s t r i k i n g l y  d i f f e r i n g  chemistry  o f  the  k i m b e r l i t e  and  the  c o u n t r y  r o c k ,  i n  p a r t i c u l a r  t o  the  g r e a t e r  a v a i l a b i l i t y  o f  p o t a s h ,  phosphorous,  m i c r o n u t r i t i e n t s  and  a l s o  water  i n  the  pipe  r o c k .  The  r o l e  o f  geobotany  f o r  k i m b e r l i t e  p r o s p e c t i n g ,  i n  p a r t i c u l a r  w i t h i n  the  e n t i r e  Panna  Diamond  b e l t  o f  C e n t r a l  I n d i a  i s  recommended. 

1 

INTRODUCTION  Even 

though 

d i s t i n t i v e 

q u i t e 

chemical 

markedly 

d i f f e r e n t 

s e t t i n g . 

T h i s 

w o r l d 

i n 

s u r f a c e 

e x p r e s s i o n , 

k i m b e r l i t e s 

have  such  a 

composition  t h a t  the  v e g e t a t i o n  growing  on  them  ought  t o  be  from  the  surrounding 

host 

rocks 

i n  an  average  c r a t o n i c 

has  indeed  been  observed  i n  a  number  o f  k i m b e r l i t i c  areas  o f  the 

and  i t s 

useful 

small 

a p p l i c a t i o n 

f o r 

searching 

b u r i e d 

k i m b e r l i t e  pipes  c o n s i d e r e d 

(Buks,  1965;  C o l e ,  1980).  I n  I n d i a ,  u l t r a m a f i c s  o f  Sukinda  v a l l e y ,  O r i s s a 

have  w i t n e s s e d  geobotanical  s c r u t i n y  ( R o y , 1974)  but  not  the  k i m b e r l i t e s . 

HINOTA  P I P E ,  CENTRAL  INDIA 

2 

The  Hinota  magnetic  C e n t r a l 

I n d i a n 

Q u a r t z i t e  t h r e e  the 

o n l y 

e l l i p t i c a l  I t 

forms 

pipe  (24°39'  Ν   :  80°02'  E ) ,  d i s c o v e r e d  as  a  r e s u l t  o f  r e s i s t i v i t y 

p e n i n s u l a r 

formation) 

o f 

km  northwest 

(Mathur, 

rock 

K i m b e r l i t e 

and  e l e c t r i c a l 

s h i e l d 

surveys 

i n t r u d i n g 

(Kailasam, 

1970)  occurs  i n  the 

the  Kaimur 

sandstone  (Dhandraul 

the  Vindhyan  Supergroup  ( F i g .  1 ) .  T h i s  diatreme  l i e s 

o f  the  more  famous  Majhagawan  pipe  (19  km  from  Panna  T o w n ) , 

k i m b e r l i t e  i n  I n d i a  which  i s  being  mined  f o r  diamonds.  The Hinota  pipe  1961;  Paul 

e t  a l . ,  1976;  Kresten  and  P a u l , 

1976)  i s  r o u g h l y  an 

body  measuring  215  X  180  m.  A t  d e p t h ,  the  pipe  i s  i n c l i n e d  eastward.  a  s l i g h t  depression  i n  the  f l a t ­ l y i n g  sandstone  c o u n t r y  r o c k .  The  pipe 

(predominantly  micaceous  k i m b e r l i t e )  weathered  up  t o  several  metres,  occurs 

under  a  mantle  o f  r e s i d u a l  s o i l ,  about  two  metres  t h i c k .  I t  i s  exposed  o n l y  i n  a  small 

stream 

t h i c k 

bedded  quartz  a r e n i t e ,  g e n e r a l l y  f i n e ­ g r a i n e d ,  o f f ­ w h i t e  i n  c o l o u r  w i t h  a 

s i l i c i o u s  o v e r 

t h a t 

cuts 

f e r r u g i n o u s 

the  c o u n t r y 

across 

cement. 

rock 

i t . 

The c o u n t r y  rock  i s  a  hard  and  i n d u r a t e d , 

The  r e s i d u a l  r e d d i s h  brown  sandy  s o i l  developed 

has  a  pH o f  6.2  i n  c o n t r a s t  t o  pH o f  7.7  o f  the  darker 

34  c l a y e y  s o i l  developed  on  the  p i p e .  The 

climate  o f  the  r e g i o n  i s  o f  the  extreme  t y p e .  During  the  summer  months  o f 

May­June  C  i n 

the  maximum  day  temperature  r i s e s  to  about  46°  C ,  but  f a l l s  as  low  as  5° 

December­January  during  the  w i n t e r  n i g h t s .  The  annual  r a i n f a l l  v a r i e s  from 

1250 

mm  to 

1500  mm mostly  during  the  southwest  monsoon  (June­September)  w i t h  a 

m i l d e r  p r e c i p i t a t i o n  during  the  w i n t e r . 

\  ">^" | So/7 cover 

Ν  

>.|  Kaimur 

.: : : >  ^  S

^ 

^ 

Ι ° ^ ­ > < L X  X 

­ V  ^ 

" V  " V  " V  x ' ^ V  X 

. · q P  χ   ;

•­JbboV  Χ  

• Ν / '  Χ  

­ χ  

'θ  

X 

"V 

" V  Χ  

oo  ν  

^ 

% 

 £ < > 0 s e 

quartzite  fragments  of 

* ^  inferred  kimberlite 

ss*  o o 

> ^ r y 

­" V \ " V  N 

Χ

"  Χ  

χ   χ   ν   > A χ   χ   χ  

P%/­ 

° v * % x  v

Χ  

V 

V v . ° o  ^  X>X.  ­"·:ο ο   * ;:­.oo  r  χ   χ   Ο   '  V V : °  Χ   Χ   ο   ; 5

χ

 

v l v 

 

V / V 

Χ  

> ^ 

X 

Χ  

X 

χ

Χ  

X _ V '  Χ  

Χ  

Ν Λ " 

X  X 

X" 

"V 

Χ  

Shield 

,  1 0 0  m  , 

Χ  

Kimberlites 

F i g .  1.  S i m p l i f i e d  g e o l o g i c a l  map  o f  Hinota  pipe  b u r i e d  under  a  mantle  o f  s o i l  c o v e r .  Majhagawan  and  Hinota  pipes  ( 1 ) ,  K i m b e r l i t e s  o f  Jungel  (2)  and  South  I n d i a n  k i m b e r l i t e s  (3)  are  shown  i n  the  i n s e t .  GEOBOTANICAL  STUDIES 

3 

Host 

rock 

composition  p a r t i c u l a r l y  e f f e c t 

i n 

r e s u l t s  case 

o f 

both 

s i g n i f i c a n t 

on  p l a n t 

b o t a n i c a l  l e s s 

f o r 

s t r i c k i n g l y 

the 

w i t h 

n u t r i t i o n 

s t u d i e s . 

Majhagawan  and  the 

Hinota 

pipes  has  a  chemical 

d i f f e r e n t  from  the  pipe  rock  ( T a b l e  1 ) .  The  c o n t r a s t  i s  r e s p e c t 

t o  such  elements  t h a t  have  c o n s i d e r a b l e 

and  perhaps  presents  an  i d e a l  s i t u a t i o n  f o r  a p p l i e d 

The  choice 

o f  the  Hinota  pipe  was  obvious  as  i t  i s  more  o r 

i t s  natural  s t a t e  and  the  s u r f a c e  s o i l  has  not  been  much  d i s t u r b e d .  The  t h e r e f o r e  the 

and  recent 

are  expected  t o  be  more  unbiased,  u n l i k e  they  would  be  i n  the 

Majhagawan  diatreme  which  has  been  e x t e n s i v e l y  churned  over  by  o l d 

workings 

e x t e n t . 

Geobotanical 

and  i s 

being 

and  the 

natural 

v e g e t a t i o n 

regime  d i s t u r b e d  to  a  g r e a t 

f i e l d  work  was  conducted  during  the  month  o f  J a n u a r y ,  1981 

continued 

f o r 

o b s e r v a t i o n 

o f 

f i n e r  geobotanical  responses  and 

biogeochemical  a s p e c t s ,  p a r t i c u l a r l y  of  shrub  and  grass  l a y e r s .  To  pipe 

begin  w i t h ,  i t  was  aimed  to  e x p l o r e  l o c a l  i n d i c a t o r  p l a n t s ,  i f  any  on  the  area  as  a g a i n s t  those  on  the  surrounding  sandstone.  However,  we  f a i l e d  t o 

35  pick 

o u t  any  p a r t i c u l a r  i n d i c a t o r  p l a n t  on the  k i m b e r l i t e  ground.  But we  found 

t h a t 

t h e r e 

o u t s i d e 

i s 

t h e  pipe 

" k i m b e r l i t i c  Thus 

d i f f e r e n c e 

v e g e t a t i o n 

abundance  o f  some  species  on  and 

a r e a .  S i g n i f i c a n t l y ,  v i s i b l e  e f f e c t s  o f  high  c o n c e n t r a t i o n  o f 

elements" 

the  work 

i n  the  r e l a t i v e 

on  t h e  p l a n t 

i s  b a s i c a l l y 

on  a  b u r i e d 

a  study 

growth  h a b i t s  c o u l d  be  c l e a r l y  observed.  o f  anomaly 

growth 

c h a r a t e r i s t i e s 

o f 

k i m b e r l i t e  pipe  as  compared  t o  i t s  surrounding  t e r r a i n 

having  a  s t r i k i n g l y  d i f f e r i n g  c h e m i s t r y . 

TABLE  1  C o n t r a s t i n g  geochemistry  o f  the  q u a r t z  a r e n i t e  country  rock  (1)  and the  Hinota  k i m b e r l i t e  pipe  rock  ( 2 ) .  Major  element  data  f o r  average  k i m b e r l i t e  and  the  general  range  o f  t r a c e  elements  i n  k i m b e r l i t i c  rocks  are  a l s o  given  ( 3 ;  Dawson,  1980).  ( + )  =  as FeO.  1 

2 

3 

Si0

2 

96.71 

Ti0

2 

0.13 

6.92 

2.32 

0.95 

3.51 

4.4 

0.92 

8.20 

9.8^' 

0.01 

0.12 

0.11 

MgO 

0.34 

23.95 

2 ° 3 

A1

2°3  MnO  Fe

36.5 

35.2 

27.9 

CaO 

0.07 

5.2 

7.6 

Na 0 

0.15 

0.13 

0.32 

κ ο  

0.19 

1.65 

0.98 

2°5  1.0.1. 

0.45 

10.2 

10.7 

t o t a l 

99.93 

99.17 

100.03 

2

2

0.01 

P

1  Ba  Co  Cu  Cr  Pb  Ni  Nb  Rb  Sr  Th  U  V  Z r 

­

5  50  40 

­

15  5  8  20  2  2  50  205 

2  800  50  90  1250  85  900  150  75  900  18  4  180  800 

3  137­ 1970  35­ 130  10­ 300  550­ 2900  . 9 ­ 50  710­ 1600  32­ 450  0­ 350  40­ 1900  4­ 54  . 6 ­ 18.3  21­ 250  84­ 700 

0.7 

2.79 

The  Tree  Layer  The 

e n t i r e 

t r e e 

l a y e r  o v e r  the  pipe  area  i s  c h a r a c t e r i s e d  by  a  more  h e a l t h y 

growth  o f  several  species  than  o v e r  t h e  c o u n t r y  r o c k .  I n  f a c t  t h i s  d i f f e r e n c e  i s  so  conspicuous  t h a t  the  pipe  area  can w e l l  be  picked  o u t  from  a  d i s t a n c e  by the  presence  o f  t a l l 

and  healthy  t r e e s ,  whereas  the  c o u n t r y  rock  i n  general  shows 

poor 

development  o f  the  t r e e  l a y e r .  A  t r e e  and shrub  d e n s i t y  map o f  some  o f  the 

more 

important 

dominant  h e a l t h y  t o 

species 

( F i g .  2)  c l e a r l y  d i s t i n g u i s h e s  the  pipe  area  from  the 

sandstone  t e r r a i n .  The diatreme  n o t  o n l y  supports  a  more  l u x u r i a n t  and  growth  o f  v e g e t a t i o n  b u t  a l s o  d i s p l a y s  more  numerous  species  i n  c o n t r a s t 

t h e  c o u n t r y 

r o c k . 

(Table  3)  the  most  T e r m i n a l i a  s i g n i f i c a n t 

tomentosa, 

Out o f  a  t o t a l  o f  27  species  recorded  over  t h e  pipe  area 

dominant, 

however,  are  Butea  monosperma,  Madhuca  i n d i c a , 

Tectona  grandis 

d i f f e r e n c e s 

and  Lannea  g r a n d i s .  F u r t h e r ,  t h e r e  i s 

i n  the  r e l a t i v e  h e i g h t s  o f  t h e  same  species  growing  on 

36  and  o u t s i d e 

the 

i n d i c a , 

example, 

f o r 

r e s p e c t i v e l y , 

pipe 

a r e a .  Tectona  g r a n d i s ,  Diospyres  melanoxylon  and  Madhuca  a t t a i n 

a  general 

h e i g h t 

o f  11.0,  8.6  and  11.1  metres, 

on  the  pipe  a r e a ,  but  reach  o n l y  7.6,  5.6  and  5.0  m,  r e s p e c t i v e l y , 

on  the  sandstone  ( F i g .  3 ) · 

TABLE  2  More  important  C e n t r a l  I n d i a . 

species 

Family 

from  k i m b e r l i t e  pipe  and  the  surrounding  a r e a ,  H i n o t a , 

Species 

A u t h o r i t y 

Lannna  comwdzlica  Roxb.  TiiAminaJLioL  bzZ&Uca  W & A  T.  tomentooa  W a l l .  Anogzlb6u6  Zcuti^otLa  Compositae  Xan&Uum  AthumatiLum  Ebenaceae  Roxb.  Vio&pysiO*  moZayioxylon  Euphorbliaceae  Bmbttca  o^ZcUnatU  Gaertn  F l a c o u r t i a c e a e  flacousutia  indica  Leguminosae  W i l l d .  Acacia  caXzchu  O.Ktze  Botea  mono&pznmoL  L i n n .  Ccu>Aia  tana  Mimosoideae  Wcmaoa  Zndica  Lythraceae  LageJUtAoemia  paAvifplia.  OiotolasUa  juncm  Papilionaceae  Indigo&VUJL  g&anduZoAa  VtoAacLonpuA  mate upturn  Rhamnaceae  Lamk.  lizyphuA  jhujuba  M i l l .  Z.  owoplla  Lamk.  1.  Aatundi^otia  Rubiaceae  Roxb.  GatidzYiLa  tuAgZda  A i t .  G.  lati&olia  MWiagyna  pan\)l{fitia  Rutaceae  Correa  feAonia  eZzphantum  Sapotaoeae  Roxb.  Uadhuca  indica  Sapinelaceae  CaAxUoAp&tmum  heLtcacabum  L i n n .  Tzctona  ghandU  Vltu  Ι α £ί £ο Ι ί α   Anacardiaceae  Combretaceae 

Common  name  ( i f  any)  Gunja  Bah era  Saj 

Tendu  Aon  l a  Katai  K h a i r  Palas  Panwar  Si jwa 

B i j o  Ber  Makor  J h a r b e r i  Phera  Papra  Kema  Kaith  Mahua  Sagon  Ifllaoa 

The  Undergrowth  The  are 

undergrowth  o v e r  the  sandstone  c o u n t r y  rock  i s  s c a n t y ;  grasses  and  shrubs 

s p a r s e . 

a r e a , 

The  grasses  have  a  general  h e i g h t  o f  o n l y  10­20  cm  o u t s i d e  the  pipe 

w h i l e  50­100  cm  on  the  pipe  ( F i g .  4 ) .  The  shrub  l a y e r  on  the  k i m b e r l i t e  i s 

much  more  dense,  healthy  and  t a l l ,  and  c o n t a i n s  more  species  than  on  the  c o u n t r y  r o c k . 

The  Combined  E f f e c t  P o s i t i v e  grass 

geobotanical 

l a y e r 

and  magnitude  d e f i n i t e l y 

on  the  as  t o 

e x p r e s s i o n  o f 

both 

the  t r e e  l a y e r  and  the  shrub  and 

pipe  rock  i n  c o n t r a s t  t o  i t s  surrounding  i s  o f  such  a  s i z e  be  apparent 

on  a i r 

photographs. 

The  k i m b e r l i t e  pipe 

has  a  darker  tone  and  can  be  picked  up  i n  c o n t r a s t  to  i t s  surrounding 

37 

F i g .  2.  Vegetation  d e n s i t y  map  i n c o r p o r a t i n g  10  common  species  f o r  the  pipe  and  the  surrounding  area  (ca  330  X  275  m).  The  denser  patch  i n  the  middle  r e ­ presents  the  p i p e .  F i l l e d  t r i a n g l e  =  Mitragyna  p a r v i f o l i a ;  open  square  w i t h  a  dot  =  Gardenia  t u r g i d a ;  open  square=  F l a c o u r t i a  i n d i c a :  f i l l e d  square  =  Zizyphus  x y j p p y r a ;  cross  =  Zizyphus  oenoplia  ;  open  c i r c l e  =  Tectona  q r a n d i s ;  f i l l e d  c i r ­ c l e  =  Butea  monosperma;  cross  w i t h i n  a  c i r c l e  =  Lagerstroemia  p a r v i f o l i a  ;  open  t r i a n g l e  =  Diospyros  melanoxylon  ;  h a l f  f i l l e d  square  =  Emblica  o f f i c i n a l i s ;  dot  w i t h i n  a  c i r c l e  =  Madhuca  i n d i c a . 

15  metres 

On  pipe  rock  On  country  rock 

CD  L U 

I 

F i g .  3.  R e l a t i v e  heights  o f  the  s i x  species  from  pipe  and  the  surrounding  q u a r t z i t i c  t e r r a i n .  1=  Madhuca  i n d i c a ;  2=  Tectona  qrandis  ;  3=  Diospyros  melano­ x y l o n ;  4=  Butea  monosperma;  5=  Lannea  coromendelica;  6=  Emblica  o f f i c i n a l i s . 

38  which  i s  p a l e r  i n  tone  due  t o  t h i n n e r  t r e e  stand  and  undergrowth.  Examination 

o f 

t o x i c i t i e s 

l i k e 

r e f l e c t i n g 

h i g h e r 

c o u n t r y  other 

rock 

p l a n t s 

i s 

and  white 

dead  patches 

on  leaves  o f  few  s p e c i e s , 

C r  and  Ni  contents  i n  s o i l s  over  the  pipe  area  as  a g a i n s t  the 

( T a b l e  3;  Mathur  and  A l e x a n d e r ,  i n  p r e s s ) .  D e t a i l e d  examination  o f 

morphological 

f l o w e r s 

growing  o v e r  pipe  area  a l s o  r e v e a l e d  e f f e c t s  o f  metal 

c h l o r o s i s 

and  mutational  changes  i s  under  p r o g r e s s .  Colour  changes  i n 

l i k e l y 

to 

e i t h e r 

r a d i o a c t i v i t y 

1972); 

both 

o f 

be  a  rewarding  study  s i n c e  i t  i s  u s u a l l y  the  r e s u l t  o f 

o r 

e x c e s s i v e  l e v e l s  o f  c e r t a i n  elements  i n  s o i l s  (Brooks, 

these  are  extremely  high  i n  the  pipe  rock  i n  comparison  to  the 

background. 

Co  Cu  Cr  Pb  Ni  Mn  T i  V  Z r 

4 

a 

b 

25  40  140  18  105  580  4300  129  200 

15  10  40  10  30  300  2000  30  400 

TABLE  3  Trace  elements  i n  s o i l  covering  the  Hinota  diatreme  (a)  and  the  surrounding  country  rock  (b)  ;  a l l  values  i n  ppm.  From  Mathur  and  Alexander  ( i n  p r e s s ) . 

DISCUSSION  p l a n t 

The 

k i m b e r l i t e  o f 

the 

c o v e r , 

i s 

thus 

t r e e 

under 

on  s o i l s 

l a y e r 

and  the  undergrowth,  on  the  Hinota 

d i s t i n c t i o n 

geobotanical 

t o  the  surrounding  r o c k s .  T h i s 

e x p r e s s i o n  cannot,  however,  be  considered 

a  term  which  i s  g e n e r a l l y  used  f o r  v e g e t a t i o n  w i t h  abnormal  r i c h 

i n 

e x p l a i n e d 

under 

n u t r i e n t s 

among  which 

s i g n i f i c a n t . 

t r e e 

and  c o v e r  i n 

p o s i t i v e 

" g i g a n t i s m " , 

growth 

the 

c h a r a c t e r i s e d  by  g r e a t e r  h e i g h t ,  and  t h i c k e r  trunk  diameter 

l a y e r 

s i g n i f i c a n t l y 

both 

bitumen 

s t i m u l a t o r y 

The  Hinota 

o r  b o r o n .  The  present  case  should  b e t t e r  be 

e f f e c t s 

potash 

produced  from  an  abundance  o f 

and  phosphorous  are 

k i m b e r l i t e 

countains 

considered  to 

p l a n t 

be  most 

generous  amounts  o f  p h l o g o p i t e 

(source 

f o r  potash)  and  a p a t i t e  (source  f o r  phosphorous)  and  t h i s  r e s u l t s  i n  the 

o v e r a l l 

h i g h e r 

the 

c o u n t r y 

ammonical  o f 

bedrock 

e f f e c t 

2

( K   0  =  0.19%  2

; 

P  0  2

5

=  0.01%  ;  Table  1 ) .  Nitrogen  (both 

and  n i t r a t e )  has  the  same  l e v e l  o f  c o n c e n t r a t i o n  i n  s o i l s  i r r e s p e c t i v e 

elements 

produce 

abundance  o f  K 0  and  P2O5  (1.65%  and  2.79%  r e s p e c t i v e l y )  than  i n 

rock 

chemistry 

than 

on  the 

the 

development 

favourable 

a d d i t i o n a l 

but 

the 

surrounding  o f 

pipe 

rock  has  enriched  l e v e l s  o f  s e v e r a l  t r a c e 

q u a r t z i t e  which  a l s o  p o s s i b l y  have  a  favourable  v e g e t a t i o n . 

R a d i o a c t i v i t y 

i s  a l s o  b e l i e v e d  to 

s t i m u l a t o r y  e f f e c t  ( B r o o k s ,  1972)  and  perhaps  t h i s  may  be  an 

cause  f o r  a  h e a l t h i e r  development  o f  v e g e t a t i o n  over  the  pipe  than  i n 

39  i t s 

s u r r o u n d i n g s , 

r a d i o a c t i v e  ppm) 

elements 

and  the 

Another 

since 

there 

between 

q u a r t z i t i c 

i s  f a i r  d i f f e r e n c e  i n  the  r e l a t i v e  abundance  o f 

the 

c o u n t r y 

k i m b e r l i t e 

( K 0  =  1.65%,  Th  =  18  ppm,  U  =  4  2

( K   0  =  0.19%,  Th  =  2  ppm,  U  =  2  ppm). 

rock 

2

s i g n i f i c a n t  f a c t o r  i s  the  abundance  o f  water  and  which  i s  r e l a t e d  to  the 

type 

and  amount  o f  c l a y  w i t h i n  the  s o i l s  o f  the  two  c o n t r a s t i n g  u n i t s .  The  s o i l 

over 

the 

the 

h i g h e r 

c o v e r 

pipe  i s  c l a y e y  w i t h  predominance  o f  montmorillonites  which  account  f o r  water 

l a c k i n g 

c o n t e n t . 

not 

o n l y 

I n 

c o n t r a s t ,  the  q u a r t z  a r e n i t e s  have  a  sandy  s o i l 

m o n t m o r i l l o n i t e  but  a l s o  the  e s s e n t i a l  macro  and  micro 

n u t r i t i e n t s .  K i m b e r l i t e 

as  a  s p e c i a l  type  o f  u l t r a m a f i c  rock  seems  to  e x h i b i t  a  p o s i t i v e 

geobotanical  v e g e t a t i o n  (Hawkes  where 

e x p r e s s i o n ,  i n  i s 

g e n e r a l l y 

o t h e r 

u l t r a m a f i c 

rocks 

on  which 

T h i s 

i s  t r u e  o f  the  Sukinda  V a l l e y ,  O r i s s a  ( I n d i a ) , 

v e g e t a t i o n  i s  stunted  and  t h i n l y  developed  on  the  nickel  i f e r o u s  u l t r a m a f i c  and  some  o f  the  species  which  are  l u x u r i a n t  and  abundant  on  the  o t h e r 

rocks 

t o t a l l y 

being 

one 

disappear 

t h e i r 

by  sparseness  o f  v e g e t a t i o n  and  shortage  o f  species  i n  r e l a t i o n  t o 

surroundings 

( B r o o k s , 

d e f i c i e n c y 

o f 

which 

extremely 

are 

e f f e c t s 

on  the  u l t r a m a f i c  p o r t i o n s  (Roy,  1974),  Shorea  robusta 

such  s p e c i e s .  Many  o t h e r  u l t r a m a f i c  b e l t s  o f  the  w o r l d  are  s i m i l a r l y 

c h a r a c t e r i s e d 

o f 

v e g e t a t i o n 

o f 

t o 

r e p o r t e d  as  c o n s p i c u o u s l y  stunted  and  t h i n l y  developed 

and  Webb,  1962). 

h o r i z o n s , 

not 

o p p o s i t i o n 

1972). 

T h i s 

m a c r o n u t r i e n t s ­ n i t r o g e n , 

h i g h e r 

r i c h 

i n 

amounts 

has 

r i g h t l y 

been  a t t r i b u t e d  t o  the 

p o t a s h ,  phosphorous  ( u n l i k e  k i m b e r l i t e s 

phosphorous  and  p o t a s h ) ,  and  Ca  and  Mo  and  t o x i c 

o f  C r ,  C o ,  F e ,  Mg  and  N i .  C o n s i d e r i n g  the  l u x u r i a n t 

on  the  Hinota  pipe  i t  would  thus  appear  t h a t  these  t o x i c  elements  do 

have  adverse  e f f e c t  on  the  p l a n t  growth  perhaps  because  o f  h i g h e r  a v a i b i l i t y  Ρ , 

Κ   and  H 0  i n  the  k i m b e r l i t i c  s o i l .  T h i s  t h e r e f o r e  i s  the  most  s i g n i f i c a n t  2

d i f f e r e n c e 

between 

u l t r a m a f i t e s  p a r a l l e l 

the 

and  the 

geobotanical 

were 

f u t i l e . 

( a l l 

i n 

stunted 

p a t t e r n 

d i s t r i c t , 

Archean  Complex  comprising  There 

i s 

general 

rock 

due 

t r a n s p o r t e d  a r e a , 

i n 

The  k i m b e r l i t e 

Anantpur 

black 

f l o r a 

developed  on  the 

o t h e r 

to 

the 

Andhra  Pradesh)  are  i n t r u s i v e  i n t o  the  P e n i n s u l a r  a  v a r i e t y  o f  g n e i s s e s ,  g r a n u l i t e s  and  m e t a b a s i t e s .  v e g e t a t i o n  c o v e r  i r r e s p e c t i v e  o f  pipe  o r  c o u n t r y 

i n d i s c r i m i n a t e 

c o t t o n 

South  I n d i a n  k i m b e r l i t i c  f i e l d  ( F i g .  1) 

pipes  a t  Wajrakarur,  Lattavaram  and  M u l i g i r i p a l l i 

absence  o f 

mainly 

s e r p e n t i n e 

l u x u r i a n t  " k i m b e r l i t i c  f l o r a " .  However,  attemps  to  f i n d  a 

s o i l 

d e f o r e s t a t i o n 

i n 

the 

a r e a .  Moreover, 

has  u n i f o r m l y  and  completely  covered  the  e n t i r e 

and  thus  hampered  whatever  c o n t r a s t i n g  v e g e t a t i o n  p a t t e r n  t h a t  c o u l d  have 

developed  on  and  o u t s i d e  however, 

are 

e x p r e s s i o n . 

s i m i l a r 

From  the 

the 

v e g e t a t i o n 

the 

surrounding 

g r e a t e r 

trunk 

t o 

the 

p i p e . 

Some  o f 

the 

k i m b e r l i t e s  O f  the  w o r l d , 

the  Hinota  pipe  i n  p r e s e n t i n g  a  p o s i t i v e  geobotanical 

Yakutian  p o l a r  r e g i o n  i n  USSR,  Buks  (1965)  has  shown  t h a t 

cover  i s  more  i n t e n s i v e l y  developed  on  k i m b e r l i t i c  pipes  than  on  r o c k s . 

T h i s  i s  expressed  by  t h e i r  g r e a t e r  h e i g h t  o f  t r e e s  (and 

d i a m e t e r ) ,  shrubs  and  denser  grasses  and  shrub  l a y e r  and  a  b e t t e r 

40  m o s s / l i c h e n  t o 

c o v e r  on  the  pipe  r o c k .  I n  view  o f  t h i s ,  geobotanical  s t u d i e s  seems 

have  played  important  r o l e  t h e r e  i n  searching  f o r  b u r i e d  k i m b e r l i t e  p i p e s .  I n 

the 

s e m i ­ a r i d 

e a s t e r n 

Orapa  c o n t r a s t s  t h i s 

enables 

K i m b e r l i t e 

markedly 

the 

pipe 

pipe 

i n 

geomorphological  grass 

Bostwana, 

c i r c u l a r 

be  deciphered  from  a e r i a l  photographs  ( C o l e ,  1980). 

Maluti 

mountains  o f  L e s o t h o ,  s i m i l a r l y ,  have  d i s t i n c t 

and  geobotanical 

covered  b a s a l t i c 

e x p r e s s i o n  on  k i m b e r l i t e s  near 

s i n c e  i t  has  more  species  than  the  surrounding  r o c k s ; 

t o 

the 

geobotanical 

t e r r a i n 

e x p r e s s i o n .  Here,  the 

k i m b e r l i t e s 

are 

i n 

c o n t r a s t  t o  s p a r s e l y 

r e v e a l e d  by  t h e i r  boggy 

depressions  which  have  l u x u r i a n t  s p e c i e s ­ r i c h  undergrowth  o f  herbs  and 

shrubs  ( C o l e ,  1980). 

CONCLUDING  REMARKS 

5 

H i s t o r i c a l 

accounts 

reasoning  c a l l s  The 

e x i s t i n g 

a l s o 

g e n e r a l l y 

p r o s p e c t i n g  study 

a t 

d i s t u r b e d  u s e f u l 

t h e r e f o r e 

o r 

t o o l 

are 

not 

devoid  o f 

Hinota 

Diamond  mining 

i n 

I n d i a 

together  w i t h  g e o l o g i c a l 

f a r  more  k i m b e r l i t e  occurences  i n  the  Indian  s h i e l d  a r e a s . 

f o r 

pipes 

o f 

w i l l 

o n l y  much  smaller  from  the  w o r l d  standard  but  are 

i n d i c a t o r  m i n e r a l s .  Recognised  methods  o f  k i m b e r l i t e  have  l i m i t a t i o n s 

suggests  t h a t 

where 

natural 

i n 

the  I n d i a n  c o n t e x t .  The  case 

s o i l ­ v e g e t a t i o n 

c o v e r 

i s  not 

d e s t r o y e d ,  a e r i a l  and  ground  geobotanical  s t u d i e s  may  be  f a r  more  i n 

l o c a t i n g 

b u r i e d 

k i m b e r l i t e s  i n  areas  o f  known  p o t e n t i a l .  T h i s 

should  be  t r u e  f o r  p o t e n t i a l  areas  i n  p a r t s  o f  the  w o r l d  w i t h  s i m i l a r  g e o l o g i c a l  setup 

and  i n 

Biogeochemistry  A u s t r a l i a n 

p a r t i c u l a r  t o  the  e n t i r e  Panna­Diamond  b e l t  o f  the  C e n t r a l  I n d i a .  o f 

t r e e 

l a y e r  which  i s  i n  progress  f o r  the  Indian  and  the  West 

K i m b e r l i t e  areas  can  be  expected  t o  be  useful  even  i n  areas  where  the 

pipes  have  a  t r a n s p o r t e d  overburden. 

Ackowledgements  ­  We  are  thankful  t o  the  C h i e f  Conservator  o f  F o r e s t s ,  M.P.  Bhopal  and  the  N.M.D.C.  Panna  f o r  a l l o w i n g  us  t o  c a r r y  out  f i e l d  work  i n  the  Hinota  area  and  a l s o  f o r  extending  f a c i l i t i e s .  We  are  g r a t e f u l  to  P r .  S.M.  Mathur  f o r  d i s c u s s i o n  and  s c r u t i n y  o f  the  manuscript. 

NATURAL  OCCURRENCES  OF  KIMBERLITES  AND  RELATED  ROCKS  GEOLOGY,  PETROLOGY,  MINERALOGY  AND  GEOCHEMISTRY 

This page intentionally left blank

THE  GEOLOGY  OF  THE MAYENG  KIMBERLITE  SILL  COMPLEX,  SOUTH  AFRICA  by  D.B.  APTER,  F . J ·  HARPER,  B.A.  WYATT  and  B . H . S .  SMITH  A b s t r a c t  ­  The  r e c e n t l y  d i s c o v e r e d  Mayeng  k i m b e r l i t e  s i l l  complex,  approximately  70  km  north  o f  Kimberley,  South  A f r i c a  p r e f e r e n t i a l l y  i n t r u d e s  the  P r o t e r o z o i c  Ventersdorp  L a v a ,  u n l i k e  o t h e r  l o c a l  k i m b e r l i t e  s i l l s  which  i n t r u d e  the  younger  Carboniferous  Dwyka  s h a l e s .  M a c r o c r y s t  and  a p h a n i t i c  k i m b e r l i t e  v a r i e t i e s  are  p r e s e n t ,  but  both  are  b r o a d l y  m i n e r a l o g i c a l l y  and  c o m p o s i t i o n a l l y  s i m i l a r  and  are  c l a s s i f i e d  as  hypabyssal  f a c i e s ,  i l m e n i t e ­ r i c h ,  p h l o g o p i t e  k i m b e r l i t e .  The  t e x t u r a l  m o d i f i c a t i o n  i s  probably  an  imposed  f e a t u r e  p o s s i b l y  by  a  process  such  as  f i l t e r  p r e s s i n g .  The  mineral  chemistry  o f  m a c r o c r y s t i c  and  m a t r i x  phases  as  w e l l  as  i l m e n i t e ­ s i l i c a t e  x e n o l i t h s  has  been  examined.  Groundmass  p h l o g o p i t e  occurs  as  ( i )  a  dark  c o l o u r e d  v a r i e t y  r i c h  i n  T i 0   (4­6  wt%),  and  ( i i )  a  l a t e  stage  p a l e ­ c o l o u r e d  mica,  c o n t a i n i n g  i n c l u s i o n s  o f  C r ­ r i c h  t i t a n o m a g n e t i t e ,  poor  i n  T i 0   (2­3  wt%),  which  i s  dominant  i n  the  a p h a n i t i c  k i m b e r l i t e .  P h l o g o p i t e  i n  i l m e n i t e ­ p h l o g o p i t e  x e n o l i t h s  i s  c h a r a c t e r i s e d  by  1­1.5  wt%  T i 0   c o n t e n t s .  Most  o f  the  abundant  i l m e n i t e  occurs  e i t h e r  as  anhedral  g r a i n s  l a r g e r  than  0.5mm  i n  s i z e  (MgO=  9­15  wt%,  C r   0   =  0.1­2  wt%)  o r  as  smaller  anhedral  chromium­rich  g r a i n s  l e s s  than  0.5mm  (MgO=  14­15  wt%,  C r 0 =  1.5­7  wt%)  which  are  termed  ' m a t r i x   i l m e n i t e .  I l m e n i t e ,  s i m i l a r  i n  composition  t o  the  m a t r i x  v a r i e t y ,  mantles  m a c r o c r y s t i c  g r a i n s  and  a l s o  occurs  as  i n c l u s i o n s  i n  the  dark  c o l o u r e d  p h l o g o p i t e  and  o l i v i n e .  The  l a t t e r  a s s o c i a t i o n  g i v e s  e q u i l i b r a t i o n  temperatures  o f  1150°  ­  1180°  C  assuming  50  kb.  I l m e n i t e  from  the  x e n o l i t h s  span  the  m a c r o c r y s t i c  and  matrix  compositional  ranges.  M a t r i x  i l m e n i t e  c r y s t a l l i s a t i o n ,  which  i s  i n t i m a t e l y  r e l a t e d  to  matrix  o l i v i n e  c r y s t a l l i s a t i o n ,  appears  t o  be  r e s t r i c t e d  to  an  e a r l y  mantle  phase  o f  k i m b e r l i t e  formation  and  preceeded  the  i n c o r p o r a t i o n  o f  m a c r o c r y s t i c  i l m e n i t e .  The  dark  c o l o u r e d  T i 0 ­ r i c h  p h l o g o p i t e  probably  c r y s t a l l i z e d  over  a  wide  time  i n t e r v a l  o v e r l a p p i n g  the  m a t r i x  i l m e n i t e ,  and  was  f o l l o w e d  by  l a t e  phase,  pale  c o l o u r e d ,  T i 0 ­ p o o r  p h l o g o p i t e .  A t  l e a s t  some  o f  the  m a c r o c r y s t i c  i l m e n i t e  and  i l m e n i t e ­ s i l i c a t e  x e n o l i t h s  may  r e l a t e  t o  a  metasomatic  f r o n t  emanating  from  a  p r o t o ­ k i m b e r l i t e  e v e n t .  2

2

2

2

3

2

3

1

2

2

1. 

INTRODUCTION  The  Mayeng  s i l l s , 

A f r i c a , 

r e p r e s e n t 

Bellsbank­Frank  (1914). 

l o c a t e d  a 

Smith 

approximately 

r e c e n t 

70  km  north 

d i s c o v e r y  w i t h i n 

k i m b e r l i t e 

p r o v i n c e , 

the 

o f  K i m b e r l e y ,  South 

otherwise 

o r i g i n a l l y 

w e l l 

known 

d e s c r i b e d  by  Wagner 

The  s i l l s ,  t e n t a t i v e l y  dated  at  117  m.y.  ( J . B .  Hawthorne  pers.comm.)  are 

non­diamondiferous 

and  are 

p a r t i c u l a r 

s e t t i n g , 

the  presence  o f  unusual  x e n o l i t h s ,  as  w e l l  as  v a r i o u s  p o p u l a t i o n s  o f  and  i l m e n i t e . 

M a t e r i a l 

the 

geology  o f 

from  two 

Over 

o f 

d i f f e r e n t 

because  o f  t h e i r  unusual 

g e o l o g i c a l 

concerning 

development 

i n t e r e s t 

k i m b e r l i t e ,  p h l o g o p i t e 

the 

o f 

t e x t u r a l 

one  hundred  boreholes 

v a r i e t i e s 

s u p p l i e d 

o f 

information 

the  complex  but  only  t h r e e  s u p p l i e d  c o r e  specimens. 

such  h o l e s , 

boreholes 

180 

and  209,  was  s e l e c t e d  f o r  the 

d e t a i l e d  p e t r o g r a p h i c  and  geochemical  i n v e s t i g a t i o n  presented  i n  t h i s  s t u d y . 

2 . 

GEOLOGY  AND  SETTING  OF  THE  MAYENG  COMPLEX  I n i t i a l 

p r o s p e c t i n g 

l o c a t e d  a  narrow  ( l e s s  than  20  cm)  n o r t h e a s t ­ s o u t h w e s t 

44  t r e n d i n g 

k i m b e r l i t e  f i s s u r e 

at 

s u r f a c e  and  subsequent  d r i l l i n g  d e l i n e a t e d 

FIGURE 1:  SCHEMATIC  SECTION  SHOWING THE  GEOLOGICAL  SETTING OF THE MAYENG  KIMBERLITE  SILLS 

t e d , 

a  s i m i l a r l y 

orien­

o v a l  shaped  (1250  χ   500m) 

s i l l  complex  at  d e p t h .  The  s i l l s  are  a p p a r e n t l y  r e l a t e d  f i s s u r e 

to 

the 

and  as  i l l u s t r a t e d 

i n 

F i g u r e  1  are  l e n s o i d  i n  shape,  o f  v a r i a b l e  t h i c k n e s s  (up  t o  2m)  and  occur  at  d i f f e r e n t  depths.  The 

c o u n t r y 

Precambrian 

rocks 

Lava 

o v e r l a i n 

by 

unconformably  Palaeozoic 

comprise 

Ventersdorp 

Karroo 

sediments, 

which  are  i n t r u d e d  by  younger 

FISSURE 

Karroo 

d o l e r i t e 

s i l l s . 

Mayeng  k i m b e r l i t e  s i l l s 

KEY 

The  prefe­

KARROO  DOLERITE  SILLS 

r e n t i a l l y 

KARROO  fOWYKA)  SHALES 

Ventersdorp 

i n t r u d e 

j o i n t e d 

PORPHYRITIC  VENTERSDORP LAVA 

r a r e l y ,  the  contacts  o f  c o u n t r y 

Lava, 

or 

more 

MASSIVE , JOINTED  VENTERSDORP  LAVA 

rock  u n i t s .  The  j o i n t i n g  o f  the 

AMYGDALOIDAL  VENTERSDORP  LAVA 

Ventersdorp  Lava  has  presumably 

KIMBERLITE 

acted  as  the  s t r u c t u r a l 

c o n t r o l 

which  produced  a  s t o c k w o r k ­ l i k e 

SECTION  BASED ON COMPOSITE BOREHOLE  DATA  NO SCALE ASSUMED 

complex 

o f 

tinuous 

s i l l s . 

l a r g e l y  In 

o t h e r  k i m b e r l i t e 

discon­ c o n t r a s t , 

s i l l s 

in 

the 

Kimberley  area  ( e . g .  B e n f o n t e i n ,  Wesselton  f l o o r s )  i n t r u d e  Karroo  sediments  at  the 

base  o f 

the 

Kimberley  d o l e r i t e 

sheet 

and  i n 

consequence,  e x t e n s i v e , 

r e l a t i v e l y  t h i c k  s i l l s  are  produced  (Hawthorne,  1968).  3.  3.1 

PETROGRAPHY  K i m b e r l i t e s  Two  extreme  t e x t u r a l  v a r i e t i e s  o f  k i m b e r l i t e  are  represented  at  Mayeng.  ( i ) 

The  coarse  g r a i n e d  k i m b e r l i t e 

contains 

abundant  macrocrysts 

generate 

a  d i s t i n c t i v e 

i s 

described  as  m a c r o c r y s t i c 

(as  defined  by  Clement  e t 

i n e q u i g r a n u l a r 

t e x t u r e . 

a l . , 

1977) 

i . e .  which 

The  term  m a c r o c r y s t i c 

i s 

i n t r o d u c e d ,  as  suggested  by  McCullum  (1982  p u b l .  comm.),  i n  p r e f e r e n c e  to  the  p r e v i o u s l y  used  term  m a c r o p o r p h y r i t i c .  Modal  analyses  o f  t h i s  k i m b e r l i t e  ( T a b l e  1)  i l l u s t r a t e  v a r i a t i o n 

i n 

macrocryst 

content 

between 

s i l l s , 

as 

w e l l 

t h a t  t h e r e  i s  a  as 

an 

e r r a t i c 

45  TABLE  1:  Modal  Analyses  o f  M a c r o c r y s t i c  and  A p h a n i t i c  K i m b e r l i t e s  (expressed  as  volume  %)  A p h a n i t i c  S i l l  S i l l  1 8 0 ( i i )  1 8 0 ( i i  )  macrocryst  f r e e 

M a c r o c r y s t i c  S i l l  2 0 9 ( i i ) 

Average  s i l l  S i l l  180(i)  180(i)  macro­ Base  c r y s t  f r e e  Top 

OLIVINE  macrocryst 

24 

35.2 

12.2 

15.2 

OLIVINE  phenocryst 

29.5 

29.6 

22.8 

29.4 

ILMENITE  macrocryst 

8.1 

0.6 

2.2 

0.4 

0 

0.4 

0 

ILMENITE  m a t r i x 

2.0 

2.6 

3.0 

3.6 

3.9 

2.6 

2.7 

16.2 

15.0 

26.2 

18.6 

26.3 

25.8 

26.4 

CALCITE 

9.2 

7.6 

12.0 

9.6 

12.7 

12.6 

12.9 

PHLOGOPITE  groundmass 

0  30.5 

1.8 

0 

39.2 

40.1 

SERPENTINE 

2.6 

3.6 

14.2 

10.2 

14.4 

7.8 

7.9 

APATITE 

1.3 

0.4 

2.4 

8.8 

6.6 

3.8 

3.9 

PEROVSKITE 

2.0 

1.2 

2.4 

1.6 

2.4 

0.6 

0.6 

OXIDES  groundmass 

5.1 

4.2 

2.6 

2.6 

3.1 

5.4 

5.5 

d i s t r i b u t i o n 

o f 

these 

coarse 

c o n s t i t u e n t s 

w i t h i n 

i n d i v i d u a l 

s i l l s . 

Some 

c o n c e n t r a t i o n  of  macrocrysts  t o  the  base  o f  s i l l s 

i s  apparent  and  l o c a l i s e d 

zones  o f  macrocryst  poor  k i m b e r l i t e 

f l o w 

suggest  t h a t 

d i f f e r e n t i a t i o n 

has 

o c c u r r e d .  O l i v i n e s 

i n 

the 

m a c r o c r y s t i c 

k i m b e r l i t e 

occur 

in 

the 

two 

p o p u l a t i o n s 

d i a g n o s t i c  o f  k i m b e r l i t e  (Clement  et  a l . ,  1977);  namely  anhedral  macrocrysts  ( g e n e r a l l y  g r e a t e r 

than  0.5mm  in 

s i z e ) 

and  smaller 

subhedral 

t o 

euhedral 

phenocrysts  ( l e s s  than  0.5mm).  The  l a t t e r  p o p u l a t i o n  o n l y ,  c o n t a i n  a n h e d r a l ,  'bleb­like   1

i n c l u s i o n s  o f  i l m e n i t e  ( l e s s  than  0.05mm).  Ilmenite 

i s  u n u s u a l l y 

abundant,  3­10  volume  per  cent  ( T a b l e  1 ) ,  compared  to  other  k i m b e r l i t e s  and,  as  i l l u s t r a t e d 

i n 

Table 

1, 

forms 

two  p o p u l a t i o n s ; 

a n h e d r a l , 

p o l y c r y s t a l l i n e 

macrocrysts  (0.5  t o  4mm)  and  smaller  ( l e s s  than  0.5mm),  anhedral  g r a i n s .  The  paragenesis  o f  t h i s  l a t t e r  p o p u l a t i o n  cannot  be  determined  p e t r o g r a p h i c a l l y  and  i n  order  t o  d i s t i n g u i s h  them  from  the  macrocryst  p o p u l a t i o n ,  these  small  g r a i n s  have  been  termed  matrix  i l m e n i t e s .  Both  the  m a c r o c r y s t i c  and  matrix 

i l m e n i t e s 

are  e i t h e r  mantled  by  or  replaced  by  complex  rims  o f  p e r o v s k i t e  and  euhedral  s p i n e l s ,  s i m i l a r  to  those  d e s c r i b e d  by  Shee  (1979)  i n  the  Wesselton  k i m b e r l i t e .  Phlogopite  occurs  r a r e l y  as  l a r g e ,  anhedral  macrocrysts  (+  0.5mm)  which  are  p a l e  c o l o u r e d ,  normally  p l e o c h r o i c  and  s t r a i n e d ,  s t r o n g l y  resembling  the  deformed  mica  o f  the  p h l o g o p i t e ­ i l m e n i t e  x e n o l i t h s  d e s c r i b e d  below.  These  coarse  c o n s t i t u e n t s  are  set  i n  a  groundmass  o f  p h l o g o p i t e , 

c a l c i t e , 

46  s e r p e n t i n e ,  a p a t i t e ,  p e r o v s k i t e  and  euhedral  opaque  minerals  (Table  1 ) .  Phlogopite  i s  the  c h a r a c t e r i s t i c 

groundmass  mineral 

i n  the  m a c r o c r y s t i c 

k i m b e r l i t e  and  two  p e t r o g r a p h i c a l l y  d i s t i n g u i s h a b l e  types  are  present  namely;  ( i )  dark  coloured  (orange  to  pale  y e l l o w )  p l e o c h r o i c  mica  which  forms  e u h e d r a l ,  equant  g r a i n s  l e s s  than  0.4mm  i n  s i z e .  Rounded  ' b l e b ­ l i k e   i l m e n i t e  i n c l u s i o n s  1

s i m i l a r  to  those  in  the  o l i v i n e  p h e n o c r y s t s ,  are  noted  in  t h i s  p o p u l a t i o n  o n l y .  ( i i )  Pale  coloured  l a t e r  c r y s t a l l i z i n g  mica,  w i t h  abundant  s p i n e l  i n c l u s i o n s ,  occurs  as  overgrowths  on  the  dark  mica  and  as  small  l a t h s  s c a t t e r e d  throughout  the  groundmass.  I n d i v i d u a l  m a c r o c r y s t i c  k i m b e r l i t e  s i l l s  assemblages  o f  groundmass  p h l o g o p i t e . 

have  v e r y 

For  example,  s i l l 

d i f f e r e n t 

209  contains 

both 

populations  o f  p h l o g o p i t e ,  the  dark  mica  ( t y p e  ( i ) )  being  the  most  abundant.  In  c o n t r a s t ,  the  pale  mica  ( t y p e  ( i i ) )  i s  completely  absent  in  s i l l  180(i)  and  the  dark  p h l o g o p i t e s  are  rimmed  by  deep  red/brown  rims  o f  r e v e r s e d  p l e o c h r o i c  mica.  S i n g l e ,  euhedral  c r y s t a l s  o f  p e r o v s k i t e  and  s p i n e l  are  u b i q u i t o u s ,  and  i n  a d d i t i o n  to  the  p e r o v s k i t e ­ s p i n e l  mantles  on  i l m e n i t e ,  these  two  minerals  form  c l u s t e r s  and  aggregates  throughout  the  groundmass.  A p a t i t e  i s  present  i n  a l l  m a c r o c r y s t i c  k i m b e r l i t e s  b u t ,  as  shown  i n  Table  1,  i s  c o n s i d e r a b l y  more  abundant  i n  some  s i l l s  than  o t h e r s .  Pools  o f  s e r p e n t i n e  and  rhombic  c a l c i t e ,  p r o b a b l y  p r i m a r y ,  occur  throughout  the  groundmass  and  a p a t i t e  i s  p r e f e r e n t i a l l y  associated  w i t h  these  segregations  o f  l a t e  stage  m i n e r a l s .  In  summary,  the  m a c r o c r y s t i c  s i l l s  at  Mayeng,  apart  from  v a r i a t i o n s  in  the  p r o p o r t i o n s  o f  macrocrysts  and  groundmass  phases  (Table  1 ) ,  are  m i n e r a l o g i c a l l y  s i m i l a r  and  can  be  c l a s s i f i e d  as  hypabyssal  f a c i e s ,  i l m e n i t e ­ r i c h , 

p h l o g o p i t e 

k i m b e r l i t e s  ( a f t e r  Clement  et  a l . ,  1977;  Clement  and  S k i n n e r ,  1979;  Skinner  and  Clement,  1979).  ( i i ) 

The  term  ' a p h a n i t i c ' 

g r a i n e d ,  p o r p h y r i t i c 

k i m b e r l i t e 

as  applied  to  k i m b e r l i t e s  in 

which  m a c r o c r y s t s , 

d e s c r i b e s  a  f i n e 

l a r g e r 

than 

o l i v i n e 

p h e n o c r y s t s ,  are  absent.  The  second  and  v o l u m e t r i c a l l y  most  abundant  t e x t u r a l  v a r i e t y  o f  k i m b e r l i t e  at  Mayeng  i s  e s s e n t i a l l y  a p h a n i t i c ,  d e s p i t e  the  f a c t  t h a t  some 

r a r e 

o l i v i n e 

and 

i l m e n i t e 

macrocrysts 

are 

present 

(Table 

1 ) . 

M i n e r a l o g i c a l l y  t h i s  a p h a n i t i c  k i m b e r l i t e  i s  v i r t u a l l y  i d e n t i c a l  to  the  m a t r i x  or  macrocryst  f r e e  p o r t i o n s  of  the  m a c r o c r y s t i c  k i m b e r l i t e  (Table  1 ) , 

i . e . 

c h a r a c t e r i z e d  by  abundant  p h l o g o p i t e ,  i l m e n i t e  and  a p a t i t e .  The  two  types  o f  p h l o g o p i t e  described  in  the  m a c r o c r y s t i c  k i m b e r l i t e  are  also  present  i n  the  a p h a n i t i c  t y p e ,  except  i n  the  l a t t e r  case  they  are  f i n e r  grained  and  the  p a l e  coloured  s p i n e l  r i c h  mica  i s  by  f a r  the  most  abundant.  The  a p h a n i t i c  are  also  c l a s s i f i e d  as  hypabyssal  f a c i e s ,  i l m e n i t e ­ r i c h ,  p h l o g o p i t e 

k i m b e r l i t e s  k i m b e r l i t e . 

3.2  X e n o l i t h s  The  r a r e  i l m e n i t e ­ s i l i c a t e 

x e n o l i t h s  present  at  Mayeng  are  m i n e r a l o g i c a l l y 

v a r i a b l e .  P h l o g o p i t e ­ i l m e n i t e  x e n o l i t h s  appear  t o  be  the  most  common  and  range 

47  5  ­15  mm  in  s i z e .  The  p h l o g o p i t e  occurs  as  h i g h l y  deformed  p l a t e s  which  are  separated  by  granulated  and  p a r t i a l l y 

r e c r y s t a l l i z e d  zones  of  f i n e 

grained 

c h l o r i t i z e d  p h l o g o p i t e .  The  i l m e n i t e  i s  p o l y c r y s t a l l i n e  and  the  c o n t a c t  between  the  p h l o g o p i t e  p l a t e s  and  i l m e n i t e  i s  sharp  suggesting  t h a t  they  are  a  s t a b l e ,  p o s s i b l e 

c o g e n e t i c , 

assemblage. 

The 

two 

i l m e n i t e ­ c l i n o p y r o x e n e 

l a m e l l a r 

i n t e r g r o w t h s  examined  are  t y p i c a l  of  those  r e p o r t e d  in  the  l i t e r a t u r e .  A  s i n g l e  i l m e n i t e ­ o r t h o p y r o x e n e 

x e n o l i t h  was  i d e n t i f i e d 

and  comprises  p o l y c r y s t a l l i n e 

i l m e n i t e  and  r e l i c  orthopyroxene  i s l a n d s  in  secondary  s e r p e n t i n e .  4. 

BULK­ROCK  GEOCHEMISTRY  Table  I I  g i v e s  X ­ r a y  f l u o r e s c e n c e  bulk­rock  analyses  o f  the  m a c r o c r y s t i c  and 

a p h a n i t i c  k i m b e r l i t e s .  The  m i n e r a l o g i c a l  s i m i l a r i t y  o f  the  two  t e x t u r a l  types  o f  k i m b e r l i t e  i s  r e f l e c t e d 

i n  s i m i l a r 

bulk  compositions.  These  k i m b e r l i t e s 

are 

c o n s i d e r a b l y  enriched  i n  T i 0   as  compared  to  others  r e p o r t e d  by  Dawson  (1980)  2

and  Fesq  et  a l .  (1976),  which  i s  c o n s i s t e n t  with  t h e i r  i l m e n i t e  r i c h  n a t u r e .  V a r i a t i o n s  i n  MgO  r e f l e c t  the  marked  v a r i a t i o n  in  the  p r o p o r t i o n s  o f  o l i v i n e  macrocrysts  noted  in  the  m a c r o c r y s t i c  k i m b e r l i t e .  CaO,  K 0 ,  P2O5  and  to  2

some  e x t e n t  MgO  r e l f e c t 

Furthermore,  v a r i a t i o n s 

in 

the  v a r y i n g  p r o p o r t i o n s 

o f 

groundmass,  c a l c i t e ,  p h l o g o p i t e ,  a p a t i t e  and  s e r p e n t i n e  noted  in  s e c t i o n  3. 

TABLE  I I :  Bulk  Rock  Analyses  o f  A p h a n i t i c  and  M a c r o c r y s t i c  K i m b e r l i t e  M a c r o c r y s t i c  S i l l  209  wt  % 

Top 

Si0   Ti0   AI2O3  Fe 03  MnO  MgO  CaO  Na 0  K 0  P 0  LOI  TOTAL 

27.32  5.42  2.47  10.78  0.25  22.60  12.70  0.09  1.43  1.28  12.98  97.32 

2

2

2

2

2

2

5

Base  29.2  4.7  2.03  11.85  0.18  31.11  7.47  0.13  0.88  0.69  9.94  98.18 

A p h a n i t i c  S i l l  180(11)  Centre  26.57  5.12  2.30  11.54  0.18  25.02  11.2  0.10  1.32  1.19  14.50  99.00 

Analyses  r e p o r t e d  on  a  d r i e d  basis  (110°C)  T o t a l  Fe  r e p o r t e d  as  Fe 03  2

5. 

MINERAL  CHEMISTRY  Analyses  were  obtained  u t i l i z i n g  the  ARL­SEMQ  e l e c t r o n  microprobe  at  AARL. 

A l l  p h l o g o p i t e s  were  analysed  using  a  defocused  beam  w i t h  an  e x c i t a t i o n  area  o f  20­30  u .  Fe 03  values  are  c a l c u l a t e d  s t o i c h i o m e t r i c a l l y  ( F i n g e r ,  1972).  2

48  5.1  Phlogopite  5.1.1 

Groundmass  Phlogopites 

Selected  analyses  o f  groundmass  p h l o g o p i t e s  in  both  the  m a c r o c r y s t i c  and  a p h a n i t i c  k i m b e r l i t e s  are  presented  in  Table  I I I .  The  p e t r o g r a p h i c 

d i s t i n c t i o n 

i n t o  two  v a r i e t i e s ,  namely  ( i )  a  dark  coloured  mica  and  ( i i )  l a t e r  c r y s t a l l i z i n g  pale  coloured  mica  w i t h  s o i n e l 

i n c l u s i o n s ,  i s  c l e a r l y  s u b s t a n t i a t e d  by  the 

mineral  chemistry  o f  these  g r a i n s . 

TABLE  I I I :  Selected  Analyses  o f  Groundmass  and  X e n o l i t h i c  Phlogopites 

Phlogopite  Type 

Dark  Coloured  Mica 

Pale  C o l o u r e d ,  ! S pinel  Rich  Phlogopite 

P h l o g o p i t e  P l a t e s  i n  Ph l o g o p i t e ­

TFP 

l l  men i t e  K i m b e r l i t e  MK  S i l l  MK  S i l l  AK  S i l l  AK  S i l l  MK  S i l l  AK  S i l l  MK  S i l l  X e n o l i t h s  Type  180(i)  209  209  180(11)  180(1)  180(11)  180(11)  A n a l y t i c a l  Centre  P o s i t i o n  A n a l y s i s  Si0 T i 0 2  AI2O3  Ο 2 Ο 3  FeO MnO  NiO  MgO  CaO  Na20  K20  TOTAL  2 

Centre 

Centre 

Edge  o f  Edge  o f  Centre  Rim  o f  Β   of  l a t h  C  A 

A 

Β  

C 

38.95  5 . 2 1  13.94 

39.09 

39.04 

3 5 . 7 4 

4.63 

4.66 

2.32 

14.19 

14.62 

15.79 

0.63 

0.32 

5 . 1 1 

4 . 9 4 

0.31  4.87 

0.03 

0.02  0.17 

0.15 

0.02  5.16  0.04  0.07 

T 

0 . 1 1  21.42 

0.02  0.19  10.13  9 5 . 7 4 

D* 

Ε * 

F 

G 

Η  

35.48  2 . 5 7  14.98  nd  6.96 

38.35 

42.51  0 . 3 3  0 . 5 7  0.01  1 1 . 9 9 

41.44  1 . 2 2  12.19 

0.06  0.04 

0.08  0.03 

22.19 

22.78 

2 2 . 9 5 

0.03  0.15  9.19 

0.08  0.14  9.50 

0.09  0.13 

90.70 

92.59 

0.01 

21.41  nd 

21.42  nd 

0.14 

0.17 

9.94  94.85 

10.28  9 5 . 5 3 

MK  =  m a c r o c r y s t i c  k i m b e r l i t e  AK  =  A p h a n i t i c  k i m b e r l i t e  TFP  ­  t e t r a f e r r i p h l o g o p i t e 

2.69  13.75 

0.04  5 . 9 3 

0.05  5.27  0.02 

0.14  0.01  27.39  0 . 1 2 

0 . 1 0  24.20  0.01  0 . 1 2  10.05  95.20 

0.26 

10.08  9 4 . 1 2 

10.18  93.52 

nd  =  not  detected  F e O   =  t o t a l  Fe  reported  as  FeO  *  =  low  t o t a l  due  to  a l t e r a t i o n  T

As  i l l u s t r a t e d  i n  F i g u r e  2  the  dark  coloured  micas  p r e s e n t  i n  both  t e x t u r a l  v a r i e t i e s 

o f 

k i m b e r l i t e , 

c h a r a c t e r i s t i c a l l y  contents 

are 

t i t a n i f e r o u s , 

c o m p o s i t i o n a l l y 

TiOz 

s i m i l a r . 

T h i s 

ranging  4­6  wt%,  w i t h 

mica 

v a r i a b l e 

(0­1  wt%)  and  v i r t u a l l y  constant  FeO  ( 4 . 5 ­ 5 . 3  wt%).  AI2O3  i n 

i s 

Ο 2 Ο 3  t h i s 

p h l o g o p i t e  ranges  13.27­15.60  wt%.  In  the  case  o f  m a c r o c r y s t i c  s i l l  1 8 0 ( i )  these  t i t a n i f e r o u s 

p h l o g o p i t e s 

are  mantled 

by  dark 

red­brown 

rims 

o f 

r e v e r s e d 

p l e o c h r o i c  t i t a n i u m  poor  mica  (0.3­0.68  wt%  T i O ? ) ,  which  has  high  FeO  (10­13.3  wt%)  contents  and  c h a r a c t e r i s t i c a l l y  ( F i g u r e  2 ) .  These  rim  compositions 

low  Al2Ο 3  (  2  wt%)  and  Ο 2 Ο 3  contents  correspond  to 

the 

t e t r a f e r r i p h l o g o p i t e s 

r e p o r t e d  by  Hogarth  et  a l . ( 1 9 7 0 ) .  The 

pale 

c o l o u r e d ,  s p i n e l ­ b e a r i n g 

m a c r o c r y s t i c  s i l l 

mica 

(which 

i s 

p o o r l y  developed 

in 

209  but  abundant  i n  a p h a n i t i c  1 8 0 ( i ) )  occurs  as  overgrowths 

49 

(A)  Dork  coloured  phlogopite:  •  ­  Macrocrystic  sill  180 (i)  a  ­  Macrocrystic  sill  209  Δ ­  Aphanitic  sill  180(H) 

(B)  Rale  coloured  spinel  bearing  phlogopife:  •  ­  Macrocrystic  sill  209  A  ­  Aphanitic  sill  180 (ii) 

f  ­  Red brown, tetraferriphlogopite  manttes  on dark  coloured  mica sill  180 (i)  Cone and mantle analysis  of a single grain  Core to edge trends  in zoned phlogopites 

50  on  the  dark  coloured  mica  and  i s  markedly  d i f f e r e n t  in  composition  ( F i g u r e  2 ) .  With  r a r e  exceptions  the  "Π Ο 2  and  Ο 2 Ο 3  contents  are  constant  and  low:  2.5­2.92  and  0.04­0.12  wt%  r e s p e c t i v e l y ,  presumably  the  r e s u l t  o f  c o c r y s t a l l i z a t i o n  o f  the  p h l o g o p i t e  and  the  i n c l u s i o n s  o f  C r ­ r i c h  t i t a n o m a g n e t i t e .  5.1.2 

P h l o g o p i t e  in  P h l o g o p i t e ­ I l m e n i t e  X e n o l i t h s 

The  l a r g e  deformed  p h l o g o p i t e  p l a t e s  i n  the  p h l o g o p i t e ­ i l m e n i t e 

x e n o l i t h s 

are  r e s t r i c t e d  i n  composition  w i t h  Mg/(Mg+Fe)  r a t i o s  ranging  0.89­0.907,  low  T i O 

contents  (1.21­1.4  wt%),  v e r y  low  Ο 2 Ο 3  contents  and  intermediate  to  high 

FeO  (5.10­5.90  wt%)  ( T a b l e  I I I ) .  In  terms  o f  C r 0 ,  T i 0   and  FeO  ( F i g u r e  3)  2

3

2

these  micas  are  most  s i m i l a r  to  the  MARID  and  megacryst  s u i t e s  as  defined  by  Delaney  et  a l .  (1980).  FIGURE  3 :    ­j  5

Τ 1Ό 7 AND  C r 0   VS. FeO  FOR THE  DEFORMED  PHLOGOPITE  PLATES  IN THE  ILMENITE /PHOGOPITE  2

3

XENOLITHS  PRIMARY  "PERiDOTiTIC  PRIMARY  METASOMATIC,  MARIO 

5 i * 

/ 

•M&ACRYST 

•  CZ3­  CD"  I  C~"V 

­ 

PHLOGOPITE  PLATES  IN  XENOLITHS  PRMARf  METASOMATIC  PHLOGOPITE  (HARTE  AND  GURNEY  1975)  F'ELD  OF PRIMARY  PERiDOTiTE  PHLOGOPITE  (DELANEY  ET. AL., 19Θ 0  ) 

I ­  MEGACRYST  PHLOGOPITES  (DAWSON  ET.AL,  1977  )  MARID  SUITE  PHLOGOPITES  (DAWSON  ET.AL.,  1977) 

5.2  I l m e n i t e  The  v a r i o u s  i l m e n i t e  v a r i e t i e s  o c c u r r i n g  at  Mayeng  are  also  c o m p o s i t i o n a l l y  d i s t i n c t i v e .  Representative  i l m e n i t e  a n a l y s e s ,  and  associated  s i l i c a t e s  where  a p p l i c a b l e , 

are  given  i n  Table  I V .  F i g u r e  4  i s 

a  MgO  vs  Ο 2 Ο 3  p l o t 

and 

51  i l l u s t r a t e s  the  i n t e r ­ r e l a t i o n s h i p  between  the  i l m e n i t e  t y p e s .  E s s e n t i a l l y  t h r e e  major  chemical  p o p u l a t i o n s  are  apparent;  the  low  MgO m a c r o c r y s t s ,  the  low  Ο 2 Ο 3  l a m e l l a r  i n t e r g r o w t h  types  and  c o m p o s i t i o n a l l y  a s s o c i a t e d  m a c r o c r y s t s ,  and  the  high  MgO,  high  Ο 2 Ο 3  matrix  and  b l e b ­ t y p e  i l m e n i t e s .  No  chemical 

d i f f e r e n c e 

between  any  i l m e n i t e s  from  the  m a c r o c r y s t i c  and  a p h a n i t i c  k i m b e r l i t e s  was  found  and  i l m e n i t e  data  from  both  t e x t u r a l  types  are  t h e r e f o r e  considered  t o g e t h e r .  TABLE  I V :  I l m e n i t e  and  Some  A s s o c i a t e d  S i l i c a t e  Analyses  Si0  

Ti0  

1  2  3  4  5 

0.00  0.00  0.00  0.00  0.00 

49.95  51.84  52.97  55.24  53.60 

0.32  0.40  0.74  0.23  0.48 

6  7  8  9  10 

0.00  0.00  0.00  0.00  0.00 

48.16  51.81  54.30  53.06  54.16 

1.58  0.45  0.16  0.44  0.30 

2

2

A1 0  

Fe 0  

MnO 

NiO 

MgO 

0.90  1.02  0.13  1.53  2.47 

27.44  12,10  26.33  9.99  9.15  24.89  5.45  22.64  7.16  22.20 

0.26  0.28  0.20  0.49  0.41 

nd  nd  nd  nd  nd 

9.61  11.19  12.61  14.78  14.08 

0.06  0.04  0.05  0.15  0.38 

100.64  101.09  100.74  100.51  100.78 

6.40  4.14  1.99  2.97  2.05 

17.63  12,80  21.04  8.97  18.99  8.00  22.21  6.95  21.30  7.06 

0.36  0.45  0.58  0.44  0.46 

0.18  nd  nd  0.13  0.14 

14.10  13.96  16.10  13.91  14.71 

0.06  0.16  0.43  0.20  0.56 

101.24  100.98  100.55  100.31  100.74 

0.21  0.10  0.11  0.28 

14.79  49.05 

0.15  99.87  0.05  100.36 

nd  0.52  0.01  0.18 

15.57  22.21 

0.28  0.01 

0.20  0.12 

nd  0.05 

12.60  18.66 

0.05  101.19  17.14  97.99 

0.51  1.58  24.86  10.57  5.88  0.76  2.10  23.29  0.83  0.07  6.09  ­

0.23  0.26  0.10 

nd  nd  0.08 

11.67  13.99  35.11 

0.04  100.56  0.05  100.33  0.55  100.66 

0.21  0.40 

U.5U  U.14  nd  0.26 

lb.68  11.19 

0.16  100.54  0.05  100.56 

2

3

Cr 0   2

3

FeO 

0.63  1.95  21.72  0.01  0.00  11.23 

2

3

6.92 

11  12 

0.00  54.03  36.61  0.02 

13  14 

0.00  39.67 

53.82  0.28  4.26  13.19 

2.26  19.75  0.26  4.70 

7.43 

15  16 

0.00  54.22 

52.84  0.44 

0.32  24.79  0.03  5.13 

9.52 

17  18  19 

0.00  51.10  0.00  54.00  57.63  0.20 

20  21 

0.00  0.00 

54.13  51.92 

Analyses  1  ­ 

6  ­  11  ­  13  ­  15  ­  17  ­  20  ­ 

0.87  2.20 

1.52  1.07 

19.91  26.25 

­ ­ ­

8.29  9.42 

3  :  4  :  5  :  9  :  10  :  12  :  14  :  16  :  19  : 

CaO  T o t a l 

99.91  94.55 

Cores  o f  m a c r o c r y s t i c  i l m e n i t e  Rim o f  a n a l y s i s  1  Rim o f  a n a l y s i s  3  Cores  o f  matrix  i l m e n i t e  Rim o f  a n a l y s i s  9  I l m e n i t e  bleb  and  idiomorphic  o l i v i n e  host  Ilmenite  bleb  and p h l o g o p i t e  (Na?0  *  0.19,  K 0  =  9.87)  host  I l m e n i t e  and d i o p s i d e  (Na20  *  l . b O ) from  l a m e l l a r  i n t e r g r o w t h  I l m e n i t e  ( m i n .  and max. MgO and  C r 0 3 )  and orthopyroxene  from  I l m ­ O p x ­ S e r p e n t i n e  x e n o l i t h  21  :  I l m e n i t e  from  I l m e n i t e ­ P h l o g o p i t e  x e n o l i t h s  IP1  and IP2  2

2

FeO  and  Fe2U3  c a l c u l a t e d  s t o i c h i o m e t r i c a l l y  f o r  i l m e n i t e  analyses  FeO  i s  t o t a l  Fe f o r  s i l i c a t e s ;  nd  =  not  determined 

The 

macrocrysts 

e x h i b i t 

c o n s i d e r a b l e 

chemical 

v a r i a t i o n 

e s p e c i a l l y 

52 

O 

MACROCRYSTS 

* 

LAMELLAR 

• 

MATRIX 

• 

PHLOGOPITE  /  ILMENITE  XENOLITHS 

Β  

BLEBS  IN  OLIVINE 

m 

BLEBS  IN  PHLOGOPITE 

ARROWS  SHOW  CORE  TO  RIM 

χ  

COMPOSITION 

INTERGROWTHS 

ORTHOPYROXENE  / 

ILMENITE  XENOLITH 

5 3  n o t i c e a b l e  f o r  Ο 2 Ο 3  ( r a n g e :  0.14­2.23,  mean  1.3  wt),MgO  ( r a n g e :  9.4­14.7,  mean  13.0  wt%),  and  AI2O3  which  v a r i e s  s y m p a t h e t i c a l l y  w i t h  MgO  between  0.2  and  0.8  wt%.  Fe2U3  i s  g e n e r a l l y  l e s s  than  10  wt%  and  has  a  p o s i t i v e  r e l a t i o n s h i p  w i t h  FeO  (range  20­27  wt%).  The  m a j o r i t y  o f  these  i l m e n i t e s  have  MgTi03  l e s s  than  50  mole  %.  A  f e a t u r e  o f  the  macrocrysts  i s  t h a t  w h i l e  cores  are  homogeneous,  MgO,  Ο 2 Ο 3 ,  MnO  and  CaO  enrichment  and  A12U3  d e p l e t i o n  occurs  on  r i m s .  These  r i m s ,  which  are  r e s t r i c t e d  to  extreme  edges  o f  g r a i n s ,  approach  matrix  type  i l m e n i t e  compositions.  The  macrocrysts  may  be  s u b d i v i d e d  i n t o  two  g r o u p s ,  those  w i t h  low  MgO  and  those  w i t h  low  Ο 2 Ο 3  core  compositions.  The  l a t t e r  are  comparable  w i t h  i l m e n i t e  from  i l m e n i t e ­ c l i n o p y r o x e n e  l a m e l l a r  M a t r i x  i l m e n i t e s 

i n t e r g r o w t h s . 

are  c h a r a c t e r i s e d  by  high  MgO  (mean:  14.6  wt%)  and  high 

Ο 2 Ο 3 ·  The  l a t t e r  shows  a  c o n s i d e r a b l e  range  (1.6  t o  6.8  wt%)  but  the  m a j o r i t y  o f  the  data  occur  between  2  and  3  wt%.  AI2O3  i s  a l s o  v a r i a b l e  ( r a n g e :  0.16­2.19  wt%)  but  most  g r a i n s  have  0.2  t o  0.6  wt%.  Fe2U3  ( r a n g e :  5.2­14.3  wt%) 

i s 

i n v e r s e l y  r e l a t e d  to  FeO  which  i s  g e n e r a l l y  low  ( r a n g e :  16.4­22.9  wt%).  The  matrix  i l m e n i t e s  mostly  have  MgTi03  g r e a t e r  than  50  mole  %.  Chemical  v a r i a t i o n s  were  found  between  matrix  core  and  r i m s ;  t h i s  i s  e s p e c i a l l y  e v i d e n t  f o r 

the 

matrix  g r a i n s  w i t h  high  0 ^ 0 3  c o n t e n t s .  Core  to  rim  v a r i a t i o n s  show  an  i n c r e a s e  in  MgO,  a  decrease  in  ^ 0 3 

and  AI2O3  ( s l i g h t l y ) 

c o n s t a n t .  Increases  in  CaO  are  o n l y  e v i d e n t  when  ^ 0 3 

w h i l e  MnO  i s 

reaches  i t s  lower  l i m i t . 

O v e r a l l ,  the  c r y s t a l l i z a t i o n  t r e n d  f o r  matrix 

i l m e n i t e s 

i n c r e a s i n g  MgO  associated  w i t h  decreasing  ^ 0 3 

( F i g .  4 ) . 

The  small 

b l e b ­ l i k e 

i n c l u s i o n s 

o c c u r r i n g 

i n 

r e l a t i v e l y 

appears  to  be  one  o f 

o l i v i n e 

and,  more 

r a r e l y , 

p h l o g o p i t e  are  c o m p o s i t i o n a l l y  s i m i l a r  to  the  bulk  o f  the  matrix  i l m e n i t e  d a t a .  I l m e n i t e  blebs  i n  o l i v i n e  tend  to  have  a  much  wider  compositional  range  than  those  o c c u r r i n g  i n  p h l o g o p i t e  where  0 ^ 0 3  contents  are  c o n s i s t e n t l y  low.  Two  o f  the  l a t t e r  were  f o u n d ,  however,  having  h i g h e r  MgO  than  recorded  f o r  any  o f  the  former  ( F i g .  4 ) .  S i m i l a r  i l m e n i t e  i n c l u s i o n s  in  o l i v i n e  have  p r e v i o u s l y  been  r e p o r t e d  from  the  Benfontein  s i l l s  near  Kimberley  (Dawson  and  Hawthorne,  1973)  and  from  the  temperatures 

I son  Creek  k i m b e r l i t e ,  o f  e q u i l i b r i u m 

Kentucky 

(Boyd  and  N i x o n , 

o f  the  Mayeng  i l m e n i t e ­ o l i v i n e 

1973) .  The  b

p a i r s  have  been 

estimated  using  the  r e v i s e d  method  o f  Anderson  and  L i n d s l e y  (1982)  v a r i o u s 

p r e s s u r e s 

o f 

e q u i l i b r a t i o n . 

Table 

V  g i v e s 

minimum 

and 

assuming  maximum 

temperatures  obtained  although  the  m a j o r i t y  o f  the  data  occur  i n  the  range  1150  t o  1180°C  at  50  kb.  I l m e n i t e 

from 

the 

i l m e n i t e ­ s i l i c a t e 

x e n o l i t h s 

v a r i e s 

c o m p o s i t i o n a l l y 

according  to  the  associated  s i l i c a t e s ,  ( i )  I l m e n i t e  o c c u r r i n g  w i t h  p h l o g o p i t e  i s  e s s e n t i a l l y  homogeneous  f o r  each  o f  the  t h r e e  x e n o l i t h s  examined,  but  v a r i a t i o n s  between  x e n o l i t h s  occur  and  edges,  where  i n  c o n t a c t  w i t h  k i m b e r l i t e ,  are  a l t e r e d  t o  h i g h e r  MgO.  In  one  case  the  i l m e n i t e  has  moderate  Cr2U3  and  MgO  (1.1  and  11.2  wt%  r e s p e c t i v e l y )  another  has  h i g h e r  Cr2U3  and  MgO  (1.5  and  14.7  core  t o 

15.7 

54  TABLE  V :  Temperatures  o f  E q u i l i b r a t i o n  o f  Selected  I l m e n i t e / O l i v i n e  P a i r s  Mole % 

Temp.  °C 

I l m . 

G e i k . 

Fo 

10  kb 

30  kb 

50  kb 

43.01  46.26  42.26  42.60  43.78  43.90  42.20 

51.22  49.27  51.51  51.80  51.32  51.17  52.81 

90.7  88.3  88.5  88.6  88.1  88.0  8/.9 

768  884  949  945  968  971  1044 

853  980  1047  1046  1020  1075  1155 

937  1076  1146  1147  1176  1179  1267 

edge  wt%  r e s p e c t i v e l y ) ,  see  Table  I V .  The  composition  o f  the  former  matches  t h a t  o f  the  low  MgO  macrocryst  cores  w h i l e  the  o t h e r s  are  c o m p o s i t i o n a l l y  s i m i l a r  to  low  MgO  macrocryst  rim  compositions  and  appears  to  approximate  the  low  MgO  macrocryst  c o r e / r i m  trends  in  terms  o f  Ο 2 Ο 3  and  MgO  as  shown  i n  F i g u r e  4.  ( i i )  I l m e n i t e 

associated  w i t h  the  o r t h o p y r o x e n e ­ s e r p e n t i n i z e d  s i l i c a t e  x e n o l i t h 

c o m p o s i t i o n a l l y  heterogeneous  w i t h  v a r i a b l e  MgO  (12­14  wt%)  and  C r 0   2

wt%). 

The  low  MgO  and  0*203  compositions 

m a c r o c r y s t s ,  the  h i g h e r  compositions 

approaches  t h a t 

being  t y p i c a l 

3

i s 

( 1 . 6 ­ 2 . 2 

o f  the  low  MgO 

o f  matrix 

i l m e n i t e 

and 

o c c u r r i n g  towards  edges.  The  orthopyroxene  ( T a b l e  I V )  i s  both  Ή Ο 2  (0.2  wt%)  and  MgO  (35.1  wt%,  Mg/(Mg+Fe)  =  91.1%)  r i c h  w h i l e  Ο 2 Ο 3  i s  poor  (0.1  wt%).  T h i s  x e n o l i t h  shares  s i m i l a r i t i e s  w i t h  the  p o l y m i c t  p e r i d o t i t e s  d e s c r i b e d  by  Lawless  et  a l . 

(1979) 

and  p o s s i b l y  has  a  s i m i l a r 

c l i n o p y r o x e n e  lamellar 

o r i g i n , 

( i i i ) 

The  two 

ilmenite­

i n t e r g r o w t h s  examined  are  c h e m i c a l l y  s i m i l a r  to  those 

d e s c r i b ed  by  P a s t e r i s  e t  a l .  (1979)  and  M i t c h e l l 

(1977)  from  the  nearby  Frank 

Smith  k i m b e r l i t e .  The  i l m e n i t e s  from  these  i n t e r g r o w t h s  a r e ,  however,  d i s t i n c t l y  more  magnesian  than  those  from  the  Monastery  k i m b e r l i t e 

(Gurney  et  a l . ,  1973). 

The  i n t e r g r o w t h  d i o p s i d e  (Ca/(Ca+Mg)  =  39.7  %)  corresponds  w i t h  t h a t  r e p o r t e d  by  P a s t e r i s  e t  a l .  (1979)  from  Frank  Smith  which  a p p a r e n t l y  e q u i l i b r a t e d  at  1200  to  1250°C.  In  a d d i t i o n  to  the  i l m e n i t e s  analysed  in  t h i n  s e c t i o n  (as  d e s c r i b e d  a b o v e ) ,  macrocrysts  (0.5­1.0mm)  from  concentrate  from  both  m a c r o c r y s t i c  and  a p h a n i t i c  k i m b e r l i t e 

specimens  were  also  examined.  These  g r a i n s  were  obtained  from  each 

sample  by  crushing  core  specimens  t o  5mm  s i z e  p a r t i c l e s  which  were  acid  d i g e s t e d  and  the  heavy  minerals 

s e p a r a t e d .  No  geochemical  d i f f e r e n c e s  were  observed 

between  the  i l m e n i t e s  from  the  two  t e x t u r a l  types  o f  k i m b e r l i t e .  Consequently  the 

data 

(more  than  400  a n a l y s e s )  were  pooled  and  grouped  using 

c l u s t e r 

a n a l y s i s .  The  m a j o r i t y  o f  these  data  (95%)  resemble  the  low  Ο 2 Ο 3  ( 0 . 5 ­ 1 . 5  wt%)  low  MgO  (9­11  wt%)  d i s c r e t e  macrocryst  types  analysed  i n  t h i n  s e c t i o n .  The  remainder  o f  the  concentrate  data  are  s i m i l a r  to  both  matrix  (3%)  and  l a m e l l a r  i n t e r g r o w t h  (2%)  type  c o m p o s i t i o n s . 

55 

5.3  Garnet  Garnet  x e n o c r y s t s  (0.5­1.Omm)  were  obtained  from  the  same  concentrate  as  the  i l m e n i t e s .  These  g r a i n s  were  c l a s s i f i e d  using  the  scheme  of  Danchin  and  Wyatt  (1979); 

no  d i f f e r e n c e s  were  found  between  g r a i n s  from  the  m a c r o c r y s t i c  and 

a p h a n i t i c  samples.  A l l  the  garnets  are  p e r i d o t i t i c  being  mostly  C r 0 3  (1­5  wt%)  2

and  CaO  (4­6  wt%)  r i c h  w i t h  approximately  equal  p r o p o r t i o n s  o f  these  g r a i n s  being  T i 0   poor  ( l e s s  than  0.1  wt%)  and  T i 0   r i c h .  A  few  (10%  o f  data)  o f  the  2

2

garnets  are  C r 0 3  poor  ( l e s s  than  1.0  wt%)  but  these  have  high  T i 0   (more  than  2

2

1.0  wt%).  5.4  O l i v i n e  E x t e n s i v e  s e r p e n t i n i z a t i o n  o f  the  o l i v i n e s  l i m i t e d  a n a l y s i s  i n  most  cases  t o  r e l i c s  o n l y .  Macrocrysts  are  v a r i a b l e  in  composition  w i t h  f o r s t e r i t e  (Fo)  values  ranging  87  to  93%  and  NiO  ranging  0.2  t o  0.38  wt%.  Phenocrysts  a l s o  have  v a r y i n g  Fo  contents  but  w i t h  a  more  r e s t r i c t e d  range  o f  88  to  90%.  A  general  t r e n d  o f  i n c r e a s i n g  NiO  (0.19­0.38  wt%)  w i t h  i n c r e a s i n g  Fo  i s  noted.  Both  macrocrysts  and  phenocrysts  show  FeO  enrichment  and  NiO  d e p l e t i o n  o f  r i m s , 

to  a  r e s t r i c t e d 

composition  o f  Fo  (87.9­88.2%)  and  NiO  (0.15­0.18  wt%).  The  chemistry  o f  o l i v i n e  phenocrysts  w i t h  i l m e n i t e  b l e b ­ i n c l u s i o n s  ( T a b l e  I V )  are  s i m i l a r  to  o l i v i n e s  i n  which  no  i l m e n i t e  was  o b s e r v e d .  6 

DISCUSSION  AND  CONCLUSIONS  The  s t o c k w o r k ­ l i k e ,  d i s c o n t i n u o u s  nature  o f  the  Mayeng  s i l l s  i s  d i f f e r e n t  t o 

o t h e r  k i m b e r l i t e  s i l l s  i n  the  Kimberley  area  and  i s  considered  a  consequence  o f  the 

unique 

s t r u c t u r a l 

c o n t r o l 

imposed 

by  j o i n t i n g 

i n 

the 

c o u n t r y 

rock 

Ventersdorp  Lava.  Two 

p e t r o g r a p h i c a l l y 

d i s t i n c t 

t e x t u r a l 

v a r i e t i e s 

o f 

k i m b e r l i t e 

are 

r e c o g n i z e d  at  Mayeng;  a  m a c r o c r y s t i c  and  a p h a n i t i c  t y p e ,  and  apart  from  obvious  d i f f e r e n c e s  i n  macrocryst  content  and  minor  v a r i a t i o n s  i n  the  p r o p o r t i o n s  o f  groundmass 

phases 

these 

k i m b e r l i t e s 

are 

m i n e r a l o g i c a l l y 

s i m i l a r 

and 

c l a s s i f i e d  as  hypabyssal  f a c i e s ,  i l m e n i t e  r i c h ,  p h l o g o p i t e  k i m b e r l i t e s  Clement  et  a l . ,  1977;  Clement  and  S k i n n e r ,  1979).  T h i s  m i n e r a l o g i c a l 

are 

( a f t e r 

s i m i l a r i t y 

implies  d e r i v a t i o n  from  a  common  magma  and  the  t e x t u r a l  v a r i a t i o n s  t h e r e f o r e  are  considered  to 

r e s u l t 

from  some  imposed  p h y s i c a l 

p r o c e s s ,  p o s s i b l y 

f i l t e r 

p r e s s i n g .  The  p e t r o g r a p h i c a l l y  defined  p o p u l a t i o n s  o f  phenocrysts  and  x e n o c r y s t s  are  c o m p o s i t i o n a l l y 

d i s t i n c t 

and  the 

chemistry 

o f 

these  phases  expresses 

the 

p o s s i b l e  p a r a g e n e t i c  h i s t o r y  o f  the  k i m b e r l i t e .  M a t r i x  i l m e n i t e s ,  some  o f  which  are  zoned  w i t h  Cr  r i c h  cores  and  Cr  poorer  r i m s ,  d e f i n e  a  t r e n d  o f  decreasing  Cr  w i t h  s l i g h t  Mg  enrichment 

( F i g u r e  4 ) .  The  reason  f o r  the  Mg  enrichment 

unknown  but  a  s i m i l a r  s i t u a t i o n  i s  noted  in  the  Wesselton  k i m b e r l i t e , 

i s 

Kimberley 

56  ( S .  Shee  p e r s .  comm.).  S i g n i f i c a n t l y ,  i l m e n i t e  blebs  included  i n  p h e n o c r y s t a l  o l i v i n e  have  the  same  composition  as  the  Cr  poor  m a t r i x  ilmenites  and  p a r a l l e l  the  Cr­Mg  t r e n d .  The  anhedral  matrix  ilmenites  may  t h e r e f o r e  be  i n t e r p r e t e d  as  p h e n o c r y s t s .  T h i s  being  the  case, 

i t 

would  seem  t h a t  the  high  Cr  matrix 

ilmenites  c r y s t a l l i z e d  f i r s t ,  f o l l o w e d  by  the  c o c r y s t a l l i z a t i o n  o f  o l i v i n e  and  the  bulk  o f  the  matrix  i l m e n i t e s .  Ilmenite  blebs  included  i n  T i  r i c h  p h l o g o p i t e  are  also  r e s t r i c t e d  t o  Cr  poor  matrix  i l m e n i t e  compositions  and  t h i s  shows  an  overlap  i n  c r y s t a l l i z a t i o n  o f  o l i v i n e ,  C r ­ p o o r  matrix 

i l m e n i t e  and  T i  r i c h 

p h l o g o p i t e .  A  subsequent  c e s s a t i o n  in  o l i v i n e  c r y s t a l l i z a t i o n  i s  then  implied  by  the  u n u s u a l l y  high  Mg  contents  o f  some  low  Cr  matrix  ilmenites  and  some  blebs  i n  p h l o g o p i t e .  While 

matrix 

c r y s t a l l i z a t i o n 

ilmenites 

p r o v i d e 

information 

h i s t o r y  o f  the  k i m b e r l i t e , 

the 

concerning 

e a r l y 

t h *  chemistry  o f  the  groundmass 

p h l o g o p i t e s  extend  t h i s  examination  t o  the  l a t e r  stages  o f  magma  e v o l u t i o n .  Dark  c o l o u r e d ,  t i t a n i f e r o u s 

micas  o f  i d e n t i c a l  composition  occur  i n  both 

t e x t u r a l 

v a r i e t i e s  o f  k i m b e r l i t e  and  c r y s t a l l i z a t i o n  from  a  common  magma  i s 

i m p l i e d . 

However,  f o l l o w i n g  the  c r y s t a l l i z a t i o n  o f  t h i s  p a r t i c u l a r  p h l o g o p i t e ,  the  magma  o f  i n d i v i d u a l  s i l l s  evolved  s e p a r a t e l y  t o  produce  unique  assemblages  o f  l a t e r  groundmass  p h l o g o p i t e , 

mica,  w h i l s t 

e . g . 

m a c r o c r y s t i c 

m a c r o c r y s t i c 

s i l l 

s i l l 

180(i) 

c r y s t a l l i z e d 

209  and  a p h a n i t i c 

s i l l 

tetraferri­ 1 8 0 ( i i ) 

both 

c r y s t a l l i z e d  pale  coloured  s p i n e l  bearing  mica.  By  f a r  the  m a j o r i t y  o f  the  p h l o g o p i t e  i n  the  a p h a n i t i c  k i m b e r l i t e  i s  t h i s  pale  coloured  mica  and  s i n c e  these  micas  c r y s t a l l i z e d  l a t e ,  the  a p h a n i t i c  k i m b e r l i t e  could  r e p r e s e n t  a  l a t e  stage  f r a c t i o n  o f  the  m a c r o c r y s t i c  k i m b e r l i t e .  In  a d d i t i o n  to  the  phases  c r y s t a l l i z i n g  d i r e c t l y  from  the  k i m b e r l i t e  magma,  x e n o c r y s t i c  minerals 

are  also  present 

i n c l u d i n g 

i l m e n i t e , 

garnet  and  some 

o l i v i n e .  Two  p o p u l a t i o n s  o f  m a c r o c r y s t i c  i l m e n i t e  are  i d e n t i f i e d ,  a  Iow­Cr203  type  and  a  low­MgO  type  ( F i g u r e  4 ) ,  both  o f  which  are  zoned.  The macrocryst  core  compositions  are  t o t a l l y  d i f f e r e n t  t o  the  matrix  i l m e n i t e ,  t h e r e b y  suggesting  a  paragenesis  other  than  i n  the  Mayeng  k i m b e r l i t e  l i q u i d .  I n  a d d i t i o n  macrocryst  p o p u l a t i o n s 

are  chemically  d i f f e r e n t 

parageneses  f o r  each  m a c r o c r y s t i c  p o p u l a t i o n . 

which  would  imply  Rim  compositions 

i n d i v i d u a l  separate 

o f  the  two 

p o p u l a t i o n s  are  d i f f e r e n t ,  i . e .  rims  o f  the  low  0*203  macrocrysts  are  i d e n t i c a l  to  and  p a r a l l e l  the  Cr­Mg  trend  o f  the  matrix  i l m e n i t e s ,  w h i l s t  the  low­MgO  macrocryst  rims  are  marked  by  increased  MgO contents  ( F i g u r e  4 ) .  The  i m p l i c a t i o n  i s  t h a t  the  low  0*203  macrocrysts  were  i n c o r p o r a t e d  i n t o  the  k i m b e r l i t e  during  m a t r i x  i l m e n i t e  c r y s t a l l i z a t i o n ,  i . e .  e a r l y  i n  the  e v o l u t i o n  o f  the  k i m b e r l i t e  magma,  w h i l s t  the  low  MgO macrocrysts  were  i n c o r p o r a t e d  l a t e r .  The 

Iow­Cr203 

macrocrysts 

c l i n o p y r o x e n e  lamellar 

are 

c h e m i c a l l y 

s i m i l a r 

t o 

i l m e n i t e 

from 

i n t e r g r o w t h s  and  a  r e l a t e d  paragenesis  i s  p r o b a b l e .  A 

57  s i m i l a r 

s i t u a t i o n 

i s  noted  i n  the  Frank  Smith  k i m b e r l i t e s 

1979),  where  the  e q u i l i b r a t i o n 

( P a s t e r i s  et  a l . , 

temperature  o f  the  i n t e r g r o w t h s 

i s  quoted  as 

1200°C  C a l c u l a t e d  e q u i l i b r a t i o n  temperatures  f o r  the  bleb  i l m e n i t e  included  in  o l i v i n e  i n  the  Mayeng  k i m b e r l i t e  are  s i m i l a r  ( i . e .  1150­1180°C)  at  50  kb.  Since  these  i n t e r g r o w t h s 

are  a p p a r e n t l y  i n c o r p o r a t e d  i n t o  the  magma  during 

i l m e n i t e  c r y s t a l l i z a t i o n ,  a  deep  mantle  o r i g i n  ( a p p r o x .  the  l a m e l l a r 

matrix 

50  kb)  i s  suggested  f o r 

i n t e r g r o w t h s ,  t h e i r  a s s o c i a t e d  i l m e n i t e  m a c r o c r y s t s ,  the 

matrix 

ilmenites  as  w e l l  as  t h e i r  g e n e t i c a l l y  associated  phases,  the  euhedral  o l i v i n e s  and  some  T i  r i c h  p h l o g o p i t e s .  Not 

o n l y 

are 

the 

low 

MgO  i l m e n i t e 

macrocrysts 

v o l u m e t r i c a l l y 

most 

s i g n i f i c a n t ,  but  these  g r a i n s  and  t h e i r  rim  compositions  match  the  i l m e n i t e  from  the  i l m e n i t e ­ p h l o g o p i t e  x e n o l i t h s .  T e x t u r a l  evidence  i n d i c a t e s  t h a t  the  i l m e n i t e  and  p h l o g o p i t e 

i n 

these 

x e n o l i t h s 

are 

a  s t a b l e 

and  presumably 

c o g e n e t i c 

assemblage.  The  p h l o g o p i t e s  i n  question  correspond  c o m p o s i t i o n a l l y  t o  n e i t h e r  primary  mantle  nor  metasomatic  p h l o g o p i t e s  as  defined  to  date  and  are  s i m i l a r ,  although  not  i d e n t i c a l , 

t o  the  " n o n ­ p e r i d o t i t i c " 

megacryst  and  p o s s i b l e  the 

MARID  s u i t e s  as  defined  by  Dawson  (1980).  Whatever  the  o r i g i n  o f  these  x e n o l i t h s  i t  does  not  appear  to  be  d i r e c t l y  r e l a t e d  t o  the  Mayeng  magma  but  would  be  most  s i m i l a r  t o  t h a t  o f  the  low­MgO  m a c r o c r y s t s .  The  i l m e n i t e  i n  the  i l m e n i t e ­ o p x  x e n o l i t h ,  although  v a r i a b l e  i n  c o m p o s i t i o n ,  i s  the  most  s i m i l a r  to  the  m a t r i x  i l m e n i t e s  o f  a l l  the  x e n o c r y s t i c  i l m e n i t e s  the  k i m b e r l i t e . 

i n 

A  paragenesis  c l o s e l y  associated  w i t h  the  Mayeng  magma  i s 

t h e r e f o r e  a  p o s s i b i l i t y .  Furthermore,  the  s i m i l a r i t y  between  t h i s  i l m e n i t e  and  t h a t  o f  veined  p o l y m i c t  p e r i d o t i t e s 

may  suggest  t h a t  t h i s 

x e n o l i t h 

i s 

the 

product  o f  i n f i l t r a t i o n  metasomatism  by  f l u i d s  emanating  as  a  " f r o n t "  from  the  Mayeng  k i m b e r l i t e  magma.  I t  can  be  speculated  t h a t  a  s i m i l a r  p r o t o  k i m b e r l i t e  e v e n t ,  as  discussed  by  M i t c h e l l 

(1973) ,  may  account  f o r  the  low­Mg  i l m e n i t e  b

macrocrysts  and  associated  i l m e n i t e ­ p h l o g o p i t e  7. 

x e n o l i t h s . 

ACKNOWLEDGEMENT S 

We  acknowledge  P h i l  Dobbs  f o r  the  i n i t i a l  f i e l d  work  and  would  l i k e  t o  thank  Graham  Hutchinson  and  B r i a n  Lowry  f o r  t h e i r  a n a l y t i c a l  a s s i s t a n c e .  We  thank  the  s t a f f  o f  Anglo  American  Research  L a b o r a t o r i e s  and  De  Beers  C o n s o l i d a t e d  Mines  Geology  Department,  i n  p a r t i c u l a r  Paddy  Lawless  and  Mike  Skinner  f o r 

h e l p f u l 

d i s c u s s i o n .  The  Anglo  American  C o r p o r a t i o n  and  De  Beers  Consolidated  Mines  are  g r a t e f u l l y  acknowledged  f o r  permission  to  p u b l i s h  t h i s  p a p e r . 

This page intentionally left blank

THE  OXIDE  MINERALS  OF  THE  WESSELTON  MINE  KIMBERLITE,  KIMBERLEY,  SOUTH  AFRICA 

by 

Simon  R.  SHEE 

A b s t r a c t  :  The  compositions  o f  the  c o n s t i t u e n t  s p i n e l s ,  i l m e n i t e s ,  r u t i l e s  and  p e r o v s k i t e s  have  been  determined  i n  s i x  k i m b e r l i t e  i n t r u s i o n s  at  Wesselton.  Groundmass  s p i n e l s  show  a  normal  magmatic  t r e n d  o f  C r ­ r i c h ,  T i ­ p o o r  chromite  cores  and  T i ­ r i c h ,  C r ­ p o o r  t i t a n o m a g n e t i t e  r i m s .  S p i n e l s  from  p e r i d o t i t e  x e n o l i t h s  are  c o m p o s i t i o n a l l y  d i s t i n c t  from  groundmass  s p i n e l s .  I l m e n i t e s  occur  as  ( a )  macrocrysts  ( b )  i n  metasomatised  p e r i d o t i t e s  ( c )  as  i n c l u s i o n s  i n  o l i v i n e  phenocrysts  and  ( d )  as  groundmass  g r a i n s  i n  the  k i m b e r l i t e .  Despite  some  o v e r l a p  these  groups  can  be  d i s t i n g u i s h e d  c o m p o s i t i o n a l l y .  The  o r i g i n  and  c r y s t a l l i s a t i o n  sequence  o f  oxide  minerals  a t  Wesselton  i s  :  PREINTRUSION  :  Chromites  ( x e n o c r y s t s ) ,  r u t i l e  macrocrysts  ( x e n o c r y s t s ) ,  i l m e n i t e  macrocrysts  (  phenocrysts  o r  x e n o c r y s t s  ?  ) ,  groundmass  c h r o m i t e ,  r u t i l e  and  i l m e n i t e  i n c l u s i o n s  i n  o l i v i n e  p h e n o c r y s t s ,  groundmass  i l m e n i t e  ( m i c r o p h e n o c r y s t s ) .  POSTINTRUSION  :  groundmass  t i t a n o m a g n e t i t e s ,  p e r o v s k i t e s  and  magnetites  ( m i c r o p h e n o c r y s t s ) . 

1. 

INTRODUCTION  Oxide  minerals  i n  the  Wesselton  k i m b e r l i t e s  have  been  s t u d i e d  i n  an  attempt 

to  monitor  the  changing  composition  and  p h y s i c a l  c o n d i t i o n s  o f  k i m b e r l i t e  magmas  as  they  e v o l v e . 

A  t e n t a t i v e  c r y s t a l l i s a t i o n  sequence  f o r  the  oxide  minerals  has 

been  e s t a b l i s h e d  and  chemical  parameters  between  chosen 

x e n o c r y s t i c  and  p h e n o c r y s t i c  f o r 

d e t a i l e d 

study 

have  been  suggested  to 

s p i n e l s 

because 

and  i l m e n i t e s . 

mining 

o p e r a t i o n s 

d i s t i n g u i s h 

Wesselton  was 

have  exposed 

f r e s h 

hypabyssal  f a c i e s  k i m b e r l i t e s  i n  the  r o o t  zone  o f  the  p i p e . 

2. 

LOCATION  AND  PETROGRAPHY  The  Wesselton  mine  i s  one  o f 

i n  K i m b e r l e y . 

In  1982  i t  y i e l d e d  314  000  c a r a t s  o f  diamonds  a t  an  average  grade 

o f  22,66  c a r a t s  per  The  pipe  has 

f o u r  k i m b e r l i t e s  c u r r e n t l y  mined  f o r  diamonds 

100  tons  (De  Beers  C o n s o l i d a t e d  Mines 

been  mapped  by  De  Beers  g e o l o g i s t s 

Annual  Report  1982). 

( C R .  Clement,  L.  K l e i n j a n  and 

P.  B a r t l e t t )  who  have  shown  t h a t  i t  has  a  complex  g e o l o g i c a l  h i s t o r y .  minor  dykes  and  s i l l s ,  ten  d i f f e r e n t 

between  the  435  and  1020  metre  l e v e l s .  b r e c c i a s  occur  below  been  designated  162°)  across 

In  a d d i t i o n  two 

the  600  metre  l e v e l . 

Wl  to 

W10  (Clement,  1983). 

the  pipe  showing  the 

E x c l u d i n g 

k i m b e r l i t e  i n t r u s i o n s  have  been  r e c o g n i z e d  major  areas  o f  c o n t a c t 

The  ten  main  i n t r u s i v e 

bodies  have 

F i g u r e  1  i s  a  s e c t i o n  ( s t r i k i n g 

c r o s s c u t t i n g 

r e l a t i o n s h i p s  o f  some  o f  these 

60  i n t r u s i o n s . 

S i x 

d i f f e r e n t 

k i m b e r l i t e 

p e t r o g r a p h i c a l l y  i n  t h i s  s t u d y . 

i n t r u s i o n s 

have 

been 

These  are  the  Wesselton  s i l l s ;  the 

examined  W2,  W3,  W7 

and  W8  k i m b e r l i t e s  and  an  a p h a n i t i c  dyke  (W3a)  a s s o c i a t e d  w i t h  the  W3  i n t r u s i o n .  The  Wesselton  s i l l s  and  associated  dykes  are  exposed  i n  tunnels  s i t u a t e d  on  the  40  metre  l e v e l  i n  the  country  the  c o n t a c t 

rock  surrounding  the  mine. 

The  s i l l s  i n t r u d e 

zone  between  the  upper  Dwyka  shales  (upper  C a r b o n i f e r o u s ,  310­280 

F i g u r e  1.  S e c t i o n  ( s t r i k i n g  a t  162°)  across  the  Wesselton  mine  showing  the  (Geology  by  r e l a t i o n s h i p s  between  the  d i f f e r e n t  k i m b e r l i t e  i n t r u s i o n s .  C R .  Clement,  De  Beers  Geology  Department,  K i m b e r l e y ) .  Note  t h a t  the  W7  and  W8  i n t r u s i o n s  occupy  a  ' b l i n d  dome   which  does  not  reach  the  s u r f a c e .  1

my)  and  a  Karoo  d o l e r i t e  s i l l  (195­135  m y ) . 

They  have  a  maximum  thickness  o f 

f i v e  metres  but  are  g e n e r a l l y  l e s s  than  one  metre  t h i c k  ( H i l l ,  1977).  extend  o v e r  a  minimum  area  o f  the  s i l l s 

predate  the 

70  h e c t a r e s . 

pipe  (E.M.W.  Skinner 

F i e l d  r e l a t i o n s h i p s  p e r s .  comm.). 

i n t r u s i o n s  s t u d i e d  have  been  c l a s s i f i e d  t e x t u r a l l y 

The  s i l l s 

i n d i c a t e  t h a t 

The  s i x  k i m b e r l i t e 

using  the  scheme  proposed  by 

Clement  and  Skinner  (1979)  ­  see  Table  1.  In  general  the  k i m b e r l i t e s  have  m a c r o c r y s t i c  presence 

o f 

( t y p i c a l l y 

anhedral 

o l i v i n e ,  i l m e n i t e , 

g r e a t e r  than 

phenocrysts 

0.5  mm) 

s e t  i n 

(  50wt%  Ο 2 Ο 3 )  w i t h 

and  low 

t i t a n i u m  contents 

moderate 

chromium­rich  and  have  compositions  which  chromites  orange 

o c c u r r i n g  as 

f i n g e r p r i n t 

r e l a t i v e l y  common  chromium  s p i n e l s 

i n c l u s i o n s 

chromites  i n  the 

contents 

the 

o t h e r 

i n 

(0.5mm) 

i n  euhedral  c o n t a i n i n g 

The  i n c l u s i o n s 

R u t i l e 

i n c l u s i o n s  i n 

the  Wesselton  k i m b e r l i t e s  and  are  a l s o 

Snowden  (1981)  and  Clement  (1983). 

are 

t i n y 

are  arranged  z o n a l l y  w i t h i n 

o l i v i n e  p h e n o c r y s t s . 

Kimberley  area 

o l i v i n e  o r i e n t e d 

the 

o l i v i n e 

present  i n 

as  documented  by  P a s t e r i s 

(1980), 

S i m i l a r  i n c l u s i o n s  have  been  r e p o r t e d  from 

the  Tunraq  k i m b e r l i t e ,  Somerset  I s l a n d ,  Canada,  ( M i t c h e l l  ,1979) . 

Representative 

b

r u t i l e  analyses  are  presented  i n  Table  5.  TABLE  5.  REPRESENTATIVE  ANALYSES  OF  RUTILES  AND  PEROVSKITES,  WESSELTON  MINE.  1  Si0 Ti0 2

3 

2

3 

Cr 0 FeO  MnO  MgO  Cao 

3 

4 

ND  ND  ND  ND  96.64  99.29  93.63  94.11  ND  0.07  ND  ND  2.34  0.77  2.98  2.38  0.55  0.12  0.45  0.55  ND  ND  ND  ND  0.12  0.13  0.15  0.21  0.05  MD  0.04  ND 

2  2 

Al 6

2 

5 

6 

7 

0.30  ND  93.74  91.89  ND  0.37  2.51  3.13  0.44  0.72  ND  ND  0.62  0.22  0.04  0.11 

8 

9 

10 

ND  0.34  ND  ND  55.44  51.67  55.75  55.48  0.27  0.52  0.27  0.24  ND  ND  0.06  ND  0.99  2.14  1.45  1.07  0.04  ND  ND  ND  0.08  0.22  0.19  0.05  35.64  38.40  38.92  36.80 

99.78  100.38  97.29  97.26  97.67  96.46  92.45  93.31 

96.69  93.67 

1­3  R u t i l e  M a c r o c r y s t  C o r e s ,  W2.  4­6  R u t i l e  I n c l u s i o n s  i n  Euhedral  O l i v i n e  P h e n o c r y s t s ,  W2.  7­8  Groundmass  P e r o v s k i t e  Core  and  Rim,  W7.  9  P e r o v s k i t e  I n c l u s i o n  i n  Euhedral  O l i v i n e  P h e n o c r y s t s ,  S i l l .  10  Groundmass  P e r o v s k i t e ,  W3. 

The  compositions  o f  the  r u t i l e  i n c l u s i o n s  are 

s i m i l a r  i n 

0^03). 

t h a t 

The  main 

both  types 

i n  o l i v i n e  and  the  r u t i l e  macrocrysts 

have  high  chromium  contents 

compositional  d i f f e r e n c e 

between  the 

(up  to  3  wt% 

r u t i l e  macrocrysts 

70 

and  the  r u t i l e  i n c l u s i o n s  i n  o l i v i n e  phenocrysts  the  former  are  around  and  98  wt%).  r u t i l e . 

100  wt%  and  the  t o t a l s  o f  the  l a t t e r 

The  low 

t o t a l s  could  be  due  to  the 

The  presence  o f 

study  but 

i s  t h a t  the  a n a l y s i s  t o t a l s  o f 

niobium  i n  the 

are  low  (between  96 

presence  o f  niobium 

r u t i l e s  was  not  e s t a b l i s h e d 

has  been  r e p o r t e d  i n  k i m b e r l i t i c 

r u t i l e s  elsewhere 

i n  the  i n  t h i s 

( M i t c h e l l  1979

b 

E l t h o n  and  R i d l e y ,  1979).  4.4  P e r o v s k i t e  P e r o v s k i t e  i s  a  u b i q u i t o u s  groundmass  mineral  i n  the  Wesselton  k i m b e r l i t e s .  I t  occurs  as  (1)  d i s c r e t e ,  subhedral  to  euhedral  g r a i n s  i n  the  groundmass  (2)  as  aggregates 

w i t h 

groundmass 

phenocrysts  i n  the 

and  groundmass  i l m e n i t e s .  i n 

p e r o v s k i t e . 

been  n o t e d . 

(3) 

as 

r a r e 

i n c l u s i o n s 

i s 

o f t e n 

observed  t o 

i n 

o l i v i n e 

on  i l m e n i t e  macrocrysts 

T i n y  i n c l u s i o n s  o f  t i t a n o m a g n e t i t e 

P e r o v s k i t e 

t i t a n o m a g n e t i t e s . 

s p i n e l s , 

s i l l  k i m b e r l i t e s  and  (4)  as  mantles 

f r e q u e n t l y  occur 

mantle 

c o a r s e r 

grained 

A  s i n g l e  instance  o f  a  p h l o g o p i t e  i n c l u s i o n  i n  p e r o v s k i t e  has 

The  above  t e x t u r a l 

o b s e r v a t i o n s 

i n d i c a t e  t h a t 

p e r o v s k i t e  i s 

a 

r e l a t i v e l y  l a t e  c r y s t a l l i s i n g  mineral  i n  the  k i m b e r l i t e  groundmass.  R e p r e s e n t a t i v e  p e r o v s k i t e  analyses  are  g i v e n  i n  Table  5. 

They  c o n t a i n  some 

i r o n  (1­2  vit% FeO)  and  some  p e r o v s k i t e s  are  zoned  w i t h  r e s p e c t  to  i r o n  w i t h  rims  being  i r o n ­ r i c h  compared 

t o  the  c o r e s .  The  analyses  have  low  t o t a l s 

thought  to  be  due  to  the  presence  o f  niobium  and  r a r e 

which  i s 

e a r t h  elements. 

Boctor 

and  Boyd  (1980)  r e p o r t  the  presence  o f  Nb­bearing  p e r o v s k i t e  from  the  Liqhobong  k i m b e r l i t e . 

The  Liqhobong  p e r o v s k i t e s 

are  e n r i c h e d  i n 

l i g h t  REE  r e l a t i v e  to 

heavy  REE  (up  t o  6  vtt% REE o x i d e s ) . 

5. 

DISCUSSION  AND  CONCLUSIONS  S p i n e l s 

i n 

p e r i d o t i t e 

groundmass  s p i n e l s .  are  mantled 

x e n o l i t h s 

by  euhedral 

t i t a n o m a g n e t i t e s . 

e a r l y  c r y s t a l l i s i n g  microphenocrysts  euhedral 

are 

The  l a t t e r  f r e q u e n t l y 

t i t a n o m a g n e t i t e s 

are 

c o m p o s i t i o n a l l y 

d i s t i n c t 

have  rounded,  anhedral 

The  groundmass  chromite 

(deep  s e a t e d , 

r e l a t i v e l y 

p r e ­ i n t r u s i o n ? ) 

s h a l l o w , 

l a t e r 

from 

cores  which  cores  are  w h i l s t  the 

c r y s t a l l i s i n g 

( p o s t ­ i n t r u s i o n ? )  phases.  The  abrupt  t r a n s i t i o n  between  cores  and  rims  seen  i n  r e f l e c t e d  l i g h t 

implies  a  break  i n 

which  may  correspond  to  groundmass  s p i n e l s  d e f i n e  decrease  i n 

mantle 

s p i n e l  c r y s t a l l i s a t i o n  to 

surface 

between  these 

two 

Chemically 

the 

emplacement. 

a  magmatic  c r y s t a l l i s a t i o n  sequence  which  i n v o l v e d  a 

C r  and  an  i n c r e a s e  i n 

T i ,  Mg,  t o t a l  i r o n , 

and  F e

3 +

/ F e   r a t i o  as  2 +

c r y s t a l l i s a t i o n  proceeds  and  as  oxygen  f u g a c i t y  i n c r e a s e s .  The  occurrence  o f  i l m e n i t e 

f o l l o w e d 

phenocrysts  and  and  p e r o v s k i t e 

( 1 )  chromites 

mantled 

by  t i t a n o m a g n e t i t e , 

( 3 )  anhedral  groundmass 

( 2 ) 

s e q u e n t i a l l y  by 

i l m e n i t e 

i l m e n i t e s  mantled 

a l l  show  t h a t  p i c r o i l m e n i t e 

magnesium­rich 

i n c l u s i o n s 

i n 

o l i v i n e 

by  titanomagnetites 

i s  a  r e l a t i v e l y  e a r l y 

groundmass 

71  phase. 

O l i v i n e  phenocrysts  i n  the  main  k i m b e r l i t e  i n t r u s i o n s  a t  Wesselton  range 

i n  composition 

from  F094_87* 

phenocrysts  a t  the  the 

The  i l m e n i t e 

l e s s  f o r s t e r i t i c 

end  o f  o l i v i n e 

end  o f  t h i s  range  (F08g 7­88.4^

 

· · Ί

Θ

#

Once  o l i v i n e  stops 

c r y s t a l l i s a t i o n . 

a v a i l a b l e  magnesium  i n 

i n c l u s i o n s  tend  to  occur  i n  o l i v i n e 

the  melt  i s  p a r t i t i o n e d  i n t o 

 

n

c r y s t a l l i s i n g 

e

a

r 

any 

groundmass  i l m e n i t e s  which 

could  e x p l a i n  why  the  groundmass  i l m e n i t e s 

are  more  magnesian  than  the  i l m e n i t e 

i n c l u s i o n s 

i l m e n i t e 

i l m e n i t e s  which 

i n  o l i v i n e  are 

p h e n o c r y s t s .  Both 

chromium­rich 

i m p l i e s  t h a t 

these 

(means  4.48 

phases  d i d 

i n c l u s i o n s  and  groundmass 

and  2.77 

not 

wt%  Ο 2 Ο 3  r e s p e c t i v e l y ) 

c r y s t a l l i s e  contemporaneously 

s p i n e l  because  chromium  would  be  p r e f e r e n t i a l l y  p a r t i t i o n e d  than 

i n t o 

i l m e n i t e 

compositions  o f  a  t e r n a r y  are 

from 

p l o t  the 

i f 

both  were  p r e s e n t . 

the  Wesselton  i l m e n i t e s  o f 

Fe203­FeTi03­MgTi03. 

experimental 

the 

Log  fU2 

i s o b a r s 

diagram 

are  two  b u f f e r s  which  are  a p p l i c a b l e  to 

upper  mantle  c o n d i t i o n s . 

These  are  the 

w u s t i t e ­ m a g n e t i t e  (WM)  b u f f e r  (Eugster 

and  Wones,  1962)  and  the  EMOG 

Haggerty 

There  i s  a  l a r g e  s o l v u s  i n 

extends  from  the 

and  Tomkins 

compositions  o f 

Woermann  e t  a l . , 

on  t h i s 

A l s o  shown 

c l a r i t y )  which 

o f 

between 

i s  shown  i n  F i g u r e  5  which  i s 

(1969). 

( E g g l e r  and  Baker,  1981). 

work 

The  r e l a t i o n s h i p 

and  f02 

w i t h 

i n t o  spinel  r a t h e r 

(1983) 

Fe203­MgTi03  s i d e l i n e 

suggest  t h a t 

k i m b e r l i t i c  i l m e n i t e s  i s 

the 

f i g u r e  5 

b u f f e r 

(omitted  f o r 

towards  FeTi03. 

dominant 

i n f l u e n c e 

on 

the 

the  presence  o f  t h i s  s o l v u s  and  the 

f02  environment  o f  f o r m a t i o n .  Examination 

o f 

f i g u r e 

5  shows 

phenocrysts  and  groundmass  i l m e n i t e s  cuts  the 

l o g  f02 

i s o b a r s . 

t h a t 

i l m e n i t e 

i n c l u s i o n s 

i n 

o l i v i n e 

d e f i n e  a  c r y s t a l l i s a t i o n  sequence  which 

T h i s  implies 

t h a t  the 

groundmass  i l m e n i t e s  have 

c r y s t a l l i s e d  a t  r e l a t i v e l y  higher  oxygen  f u g a c i t e s  than  the  i l m e n i t e  i n c l u s i o n s .  The  p o s i t i o n  o f  the  s o l v u s  ( F i g u r e  5)  changes  w i t h  temperature  but  the  magnitude  and  d i r e c t i o n s 

o f  these 

s h i f t s 

have  not  y e t 

been  deturmined 

e x p e r i m e n t a l l y 

(Haggerty  pers.comm.).  However  i t  i s  tempting  t o  p o s t u l a t e  t h a t  the  compositions  o f  the  Wesselton  i l m e n i t e 

i n c l u s i o n s  i n  o l i v i n e  and  groundmass  i l m e n i t e s  d e f i n e 

the  g e i k i e l i t e ­ r i c h  limb  o f  the  t e r n a r y  s o l v u s .  The  o r i g i n  o f  the  c o u l d 

i l m e n i t e 

have  c r y s t a l l i s e d 

macrocrysts  i s  p r o b l e m a t i c a l . 

i n  a  p r o t o k i m b e r l i t e 

melt  as 

The  macrocrysts 

suggested  by 

M i t c h e l l 

(1977)  i n  which  case  they  c o u l d  be  regarded  as  e a r l y  c r y s t a l l i s i n g  p r e i n t r u s i o n  phenocrysts  i n  the  k i m b e r l i t e  magma.  A l t e r n a t i v e l y  l i q u i d  d e r i v e d  from 

a  p a r t i a l  melt  o f 

they  c o u l d  have  formed  i n  a 

mantle  p e r i d o t i t e  which  i s 

u n r e l a t e d  to 

k i m b e r l i t e  ( P a s t e r i s ,  1980)  and  are  hence  x e n o c r y s t s .  No  matter  what  the  o r i g i n  o f  the 

i l m e n i t e  m a c r o c r y s t s ,  they  are  mantled  by  t h i n  rims  o f 

groundmass 

i l m e n i t e . 

e q u i l i b r a t e  I l m e n i t e s  i n 

w i t h 

T h i s 

i n d i c a t e s 

the  more  magnesian 

heavy  mineral  concentrates 

i n t r u s i o n s  ( w i t h  the 

t h a t 

the 

macrocrysts 

k i m b e r l i t e 

l i q u i d 

from  the  v a r i o u s 

e x c e p t i o n  o f  the  s i l l ) 

more  magnesian  are 

t r y i n g 

( P a s t e r i s , 

to 

1980). 

Wesselton  k i m b e r l i t e 

are  s i m i l a r  to  one  another  and  t o 

72 

F e

2 ° 3 

F i g u r e  5.  T e r n a r y  p l o t  o f  hematite  ^ 2 0 3 )  ­  i l m e n i t e  (FeTiU3)  ­  g e i k i e l i t e  ( M g T i O j )  f o r  the  Wesselton  i l m e n i t e s .  Symbols  as  i n  f i g u r e  4.  A  s o l v u s  extending  from  the  Fe?03­MgTi03  s i d e  l i n e  towards  FeTi03  i n  the  t e r n a r y  diagram  has  been  omitted  so  as  not  t o  confuse  the  diagram.  Oxygen  f u g a c i t y  i s o b a r s  are  from  Woermann  e t  a l . ,  (1969);  the  w u s t i t e  magnetite  (WM)  b u f f e r  i s  from  E u g s t e r  and  Wones  (1962)  w h i l s t  the  EMOG  b u f f e r  i s  from  E g g l e r  and  Baker  (1981).  T h i s  diagram  i s  s i m i l a r  to  t h a t  used  by  Haggerty  and  Tomkins  (1983). 

the  i l m e n i t e  m a c r o c r y s t s .  are 

d e r i v e d  from 

d i s a g g r e g a t e d 

because  the  metasomatic  i l m e n i t e . 

I t  i s  u n l i k e l y  t h a t  the 

macrocrysts  and  concentrate 

i l m e n i t e ­ b e a r i n g 

metasomatised 

i l m e n i t e s  are  more  chromium­rich 

p e r i d o t i t e s 

than  the  m a c r o c r y s t i c 

F i g u r e  5  shows  t h a t  most  o f  the  metasomatic  i l m e n i t e  and  m a c r o c r y s t i c 

i l m e n i t e s  appear  t o  have  formed  a t  s i m i l a r  oxygen  f u g a c i t e s  probably  between W­M  and  EMOG. 

An  i n t e r e s t i n g  f e a t u r e 

the  l o g  f 0   2

values 

i s o b a r s  r i s e  up  to 

o f  F e 0 3 .  2

contents  c o u l d  i n f e r 

T h i s 

o f  F i g u r e 

5  i s  t h a t  towards  the  FeTi03  apex 

i n t e r e s e c t  the 

i m p l i e s 

t h a t 

F e 0 3 ­ F e T i 0 3  s i d e l i n e  a t  higher  2

i l m e n i t e s 

have  formed  under  i d e n t i c a l  f02 

t h a t  an  F e 2 0 3 ­ r i c h 

w i t h 

v e r y 

d i f f e r e n t 

Fe2U3 

c o n d i t i o n s  and  t h a t  one  cannot 

i l m e n i t e  has  formed  under  more  o x i d i s i n g  c o n d i t i o n s 

than  a  F e 0 3 ­ p o o r  i l m e n i t e  j u s t  on  the  b a s i s  o f  t h e i r  Fe 03  c o n t e n t s .  2

The 

2

r u t i l e  macrocrysts  are 

i d e n t i c a l  i n 

appearance  and  composition 

to 

r u t i l e  i n  r u t i l e ­ i l m e n i t e  i n t e r g r o w t h s  i n  m a r i d ­ s u i t e  nodules  r e p o r t e d  by  Dawson  and  Smith  (1977).  p o l y m i c t 

p e r i d o t i t e 

They 

are  a l s o 

x e n o l i t h s 

s i m i l a r 

(Lawless 

t o 

e t  a l , 

r u t i l e ­ i l m e n i t e  aggregates  1979) 

and  i n 

i n 

metasomatised 

73  p e r i d o t i t e s 

from  Wesselton  ( t h i s 

s t u d y ) . 

The  r u t i l e  macrocrysts 

c o u l d  be 

d e r i v e d  from  any  o f  these  s o u r c e s .  The 

s i l l  k i m b e r l i t e s 

f e a t u r e s 

i n d i c a t e  t h a t 

h i s t o r y . 

These 

p e r o v s k i t e 

the  s i l l 

are  (1) 

i n 

predate  the 

c r y s t a l l i s a t i o n  o f  +

k i m b e r l i t e s 

i n t r u s i o n s  and  a  number 

have  had  a  d i f f e r e n t 

the  presence  o f  i n c l u s i o n s 

o l i v i n e 

F e 3   and  T i ­ r i c h 

main  pipe 

p h e n o c r y s t s . 

these  m i n e r a l s . 

compositions 

T h i s 

o f  groundmass  i n d i c a t e s 

(2)  The  groundmass  s p i n e l s  e v o l v e  to  more 

than  do  s p i n e l s  i n  the 

c o n t a i n 

i n  concentrates 

from  k i m b e r l i t e s . 

more  chromium­rich 

(  mean:  4.19 

i l m e n i t e 

c o n c e n t r a t e 

i s 

abundant  magnetite 

o t h e r  k i m b e r l i t e s . 

unusual 

magnetite 

i n t r u s i o n  spinel  and 

contemporaneous 

Heavy  mineral  c o n c e n t r a t e s  to  f i n d 

o f 

and 

i l m e n i t e . 

I t 

(4)  The 

wt%  0 ^ 0 3 ) 

(3)  i s  s i l l  than 

i l m e n i t e  c o n c e n t r a t e s  from  the  o t h e r  i n t r u s i o n s  (mean:  1.83  wt%  0 2 0 3 ) .  In  summary 

the  o x i d e  mineral  c r y s t a l l i s a t i o n 

k i m b e r l i t e s  as  deduced  by  petrographic 

sequence  f o r 

the  Wesselton 

o b s e r v a t i o n s  and  mineral  compositions  i s 

as  f o l l o w s :  P r e i n t r u s i o n : 

Chromite  ( x e n o c r y s t i c )  R u t i l e  macrocrysts  ( x e n o c r y s t i c )  I l m e n i t e  macrocrysts  (phenocrysts  o r  x e n o c r y s t s ? )  groundmass  chromite,  r u t i l e  and  i l m e n i t e  i n c l u s i o n s  i n  o l i v i n e  p h e n o c r y s t s ,  groundmass  i l m e n i t e  (microphenocrysts) 

P o s t i n t u s i o n : 

groundmass  t i t a n o m a g n e t i t e s ,  p e r o v s k i t e s  and  magnetites,  (microphenocrysts) 

The  exac t  timing 

and  sequence  o f  c r y s t a l l i s a t i o n  i s  d i f f i c u l t 

the  c r y s t a l l i s a t i o n  p e r i o d s 

o f  many  o f  the  oxide  minerals 

t o  e s t a b l i s h  and 

probably  o v e r l a p  one 

another  to  some  e x t e n t .  Acknowledgements  I  am  indebted  to  the  Anglo  American  C o r p o r a t i o n  o f  South  A f r i c a  and  to  De  Beers  C o n s o l i d a t e d  Mines  Limited  f o r  f i n a n c i a l  a s s i s t a n c e  and  f o r  permission  to  p u b l i s h  t h i s  paper.  G .  Hutchinson  o f  the  Anglo  American  Research  L a b o r a t o r i e s  i s  thanked  f o r  h i s  t e c h n i c a l  a s s i s t a n c e  on  the  e l e c t r o n  microprobe  and  f o r  the  analyses  o f  i l m e n i t e  concentrate  g r a i n s .  An  e a r l i e r  v e r s i o n  o f  t h i s  manuscript  has  b e n e f i t e d  g r e a t l y  from  comments  and  suggestions  by  J . J . Gurney,  C.  R.  Clement,  E.M.W.  S k i n n e r ,  B.  Wyatt,  D.  A p t e r ,  J .  P a s t e r i s ,  F .  R.  Boyd  S.  Haggerty  and  R.O.  Moore.  To  a l l  o f  the  above  mentioned  people  I  extend  my  thanks. 

This page intentionally left blank

PETROLOGY  OF  CARBONATE  T U F F  FROM  M E L K F O N T E I N ,  EAST  GRIQUALAND,  SOUTHERN  A F R I C A  by  N . Z .  BOCTOR,  P . H .  N I X O N ,  F .  BUCKLEY  and  F . R .  BOYD 

A b s t r a c t  ­  T h e  M e l k f o n t e i n  c a r b o n a t e  t u f f  i n  t h e  E a s t  G r i q u a l a n d  k i m b e r l i t e  f i e l d ,  T r a n s k e i ,  SE  L e s o t h o ,  and  n e i g h b o r i n g  S o u t h  A f r i c a ,  i s  much  y o u n g e r  i n  age  ( 6 3 . 4  M . Y . )  i n  c o m p a r i s o n  t o  a s s o c i a t e d  k i m b e r l i t e s  ( 1 5 0 ­ 1 9 0  M . Y . )  and  has  e r u p t e d  i n  an  e d g e  c r a t o n i c  e n v i r o n m e n t  c h a r a c t e r i z e d  by  l i t h o s p h e r i c  t h i n n i n g .  T h e  c a r b o n a t e  t u f f  i s  composed  o f  c a l c i t e  t h a t  e n c l o s e s  x e n o c r y s t s  o f  g a r n e t ,  c l i n o p y r o x e n e ,  a m p h i b o l e ,  m i c a ,  and  p l a g i o c l a s e .  A p a t i t e  and  m a g n e t i t e  a r e  p r e s e n t  b o t h  as  x e n o c r y s t s  and  as  c o g n a t e  p h a s e s .  T h e  m i n e r a l  c h e m i s t r y  o f  c l i n o p y r o x e n e ,  g a r n e t ,  a m p h i b o l e ,  and  m i c a  i n  t h e  M e l k f o n t e i n  t u f f  i s  d i f f e r e n t  f r o m  t h a t  r e p o r t e d  f o r  t h e s e  k i n d s  o f  m i n e r a l s  i n  k i m b e r l i t e s  o r  c a r b o n a t i t e s .  I t  i s  s i m i l a r ,  h o w e v e r ,  t o  t h e  m i n e r a l  c h e m i s t r y  o f  g a r n e t  g r a n u l i t e  x e n o l i t h s  f r o m  L e s o t h o  k i m b e r l i t e s .  T h i s  s i m i l a r i t y  s u g g e s t s  t h a t  t h e  x e n o c r y s t s  a r e  d e r i v e d  b y  d i s a g g r e g a t i o n  o f  g a r n e t  g r a n u l i t e  x e n o l i t h s  f r o m  t h e  l o w e r  c r u s t .  X e n o c r y s t i c  m a g n e t i t e  i s  more  e n r i c h e d  i n  T i  and  d e p l e t e d  i n  Mg  and  Mn  t h a n  c o g n a t e  m a g n e t i t e ;  t h e  c o m p o s i t i o n  o f  t h e  l a t t e r  o v e r l a p s  t h a t  o f  c a r b o n a t i t e s .  M i c a ,  a m p h i b o l e ,  and  c l i n o p y r o x e n e  show  l i g h t ­ r a r e ­ e a r t h ­ e l e m e n t  ( L R E E ) ­ e n ­ r i c h e d  p a t t e r n s  t h a t  a r e  s i m i l a r  t o  t h o s e  o f  some  g a r n e t  g r a n u l i t e  x e n o l i t h s  f r o m  L e s o t h o  k i m b e r l i t e s .  T h e  LREE  e n r i c h m e n t  i n  t h e  x e n o c r y s t s  s u g g e s t s  t h a t  t h e y  a r e  d e r i v e d  f r o m  a  m e t a s o m a t i z e d  g a r n e t  g r a n u l i t e  s o u r c e  o r  h a v e  e q u i l i ­ b r a t e d  w i t h  a  L R E E ­ e n r i c h e d  v a p o r  a f t e r  t h e i r  i n c o r p o r a t i o n  i n  t h e  c a r b o n a t e  m e l t .  T h e  l o w  t o t a l  REE  c o n t e n t  and  t h e  h i g h  LREE  e n r i c h m e n t  o f  a p a t i t e  f r o m  t h e  t u f f  i n  c o m p a r i s o n  t o  t h a t  f r o m  c a r b o n a t i t e s  i s  a t t r i b u t e d  t o  a  d i l u t i o n  e f f e c t  b y  a p a t i t e  x e n o c r y s t s  d e r i v e d  f r o m  a  m e t a s o m a t i z e d  g a r n e t  g r a n u l i t e  s o u r c e .  I t  may  a l s o  be  due  t o  t h e  l o w  c o n c e n t r a t i o n s  o f  REE  i n  t h e  c a r b o n a t e  m e l t  f r o m  w h i c h  c o g n a t e  a p a t i t e  c r y s t a l l i z e d  r e l a t i v e  t o  c a r b o n a t i t e  m e l t s .  The  M e l k f o n t e i n  c a r b o n a t e  t u f f  a p p e a r s  t o  be  g e n e t i c a l l y  u n r e l a t e d  t o  t h e  k i m ­ b e r l i t e  i n t r u s i o n s  i n  E a s t  G r i q u a l a n d . 

1 

INTRODUCTION  T h e  E a s t  G r i q u a l a n d  k i m b e r l i t e  f i e l d  i n  s o u t h e r n  A f r i c a  c o m p r i s e s  a  number 

o f  k i m b e r l i t e  d i k e s  and  p i p e s  t h a t  a r e  o u t s i d e  b u t  m a r g i n a l  t o  t h e  K a a p v a a l  c r a t o n . 

A t  M e l k f o n t e i n ,  t h e r e  i s  an  o c c u r r e n c e  o f  c a r b o n a t e  t u f f  ( F i g .  1) 

t h a t 

p r e v i o u s l y  was  t h o u g h t  t o  be  a  k i m b e r l i t e  and  was  p r o s p e c t e d  f o r  d i a m o n d s . 

I t 

o c c u p i e s  a  s p u r  on  t h e  n o r t h  bank  o f  an  e a s t ­ f l o w i n g  t r i b u t a r y  o f  t h e  r i v e r  U m z i m v u b u . 

T h e  t u f f  i s  a b o u t  50  m  t h i c k ,  has  a  s h a l l o w  SSW  d i p ,  and  o v e r l i e s 

t h e  s o u t h e r n  s l o p e s  o f  a  r i d g e  o f  B e a u f o r t  s a n d s t o n e s  c u t  b y  K a r r o o  d o l e r i t e  i n t r u s i o n s  ( N i x o n  e t  a l . ,  1 9 8 3 ) .  M . Y . , 

T h e  M e l k f o n t e i n  t u f f  has  a  z i r c o n  age  o f 

6 3 . 4 

w h i c h  i n d i c a t e s  t h a t  i t  i s  much  y o u n g e r  t h a n  t h e  s u r r o u n d i n g  E a s t  G r i q u a ­

l a n d  k i m b e r l i t e s  1977,  1 9 7 8 ) . 

( R a m a t s e l i s o  p i p e ,  150  M . Y . ;  C l a r k t o n  p i p e ,  190  M . Y . ;  D a v i s , 

No  c a r b o n a t e  d i k e s  o r  l a v a s  a r e  p r e s e n t . 

76 

2 

PETROGRAPHY  AND  MINERAL  CHEMISTRY  T h e  M e l k f o n t e i n  t u f f  c o n s i s t s  o f  c r e a m ­ c o l o r e d  c a l c i t e  w i t h  v a r y i n g  p r o p o r ­

t i o n s  o f  a n g u l a r  x e n o l i t h s  o f  K a r r o o  s h a l e s  and  s a n d s t o n e s  up  t o  s e v e r a l  c e n t i ­ m e t e r s  i n  s i z e ,  as  w e l l  as  basement  and  g a r n e t  g r a n u l i t e  x e n o l i t h s .  b e a r s  s i m i l a r i t i e s 

t o  t h e  t u f f s  a t  F o r t  P o r t a l ,  Uganda  ( N i x o n , 

T h e  t u f f 

1 9 7 5 ) . 

T h e  t u f f  e n c l o s e s  x e n o c r y s t s  o f  g a r n e t ,  c l i n o p y r o x e n e ,  a m p h i b o l e ,  and  p l a g i o c l a s e . 

M a g n e t i t e  and  a p a t i t e  o c c u r  as  d i s s e m i n a t e d  c r y s t a l s  i n  t h e 

c a r b o n a t e  m a t r i x . 

Z i r c o n  was  r e c o v e r e d  f r o m  a  c o n c e n t r a t e ,  b u t  was  n o t  o b ­

s e r v e d  i n  a n y  o f  t h e  t h i n  s e c t i o n s .  G a r n e t  ( F i g .  2 ,  T a b l e  1)  i s  p r e s e n t  as  e q u a n t  c r y s t a l s  o r  f r a q m e n t s 

o f 

c r y s t a l s  [ ( M g / ( M g  +  F e )  =  0 . 3 0 9 ­ 0 . 5 6 5 ) ]  and  has  v e r y  low  C r  ( < 0 . 0 1 ­ 0 . 0 4  w t .  %  C ^ O ^ ) .  C l i n o p y r o x e n e  ( F i g .  2 ,  T a b l e  1)  o c c u r s  as  p a l e  g r e e n  x e n o c r y s t s  [ M g / ( M g  +  F e )  =  0 . 4 4 2 ­ 0 . 6 0 8 ,  C a / ( C a  +  Mg)  =  0 . 5 4 0 ­ 0 . 5 7 3 ]  and  c o n t a i n s  3 . 2 ­ 6 . 5  w t .  %  Na20  i n  s o l i d  s o l u t i o n . 

T h e  a t o m i c  p r o p o r t i o n  o f  s o d i u m  i n  t h e  c l i n o ­

p y r o x e n e  e x c e e d s  t h e  sum  o f  t h e  a t o m i c  p r o p o r t i o n s  o f  C r  +  A l . 

T h i s 

r e s u l t 

s u g g e s t s  t h a t  t h e  c l i n o p y r o x e n e  c o n t a i n s  s i g n i f i c a n t  amounts  o f  a c m i t e  c o m p o n e n t . 

Thfc  c l i n o p y r o x e n e  i s  e n r i c h e d  i n  t h e  l i g h t  r a r e  e a r t h  e l e m e n t s 

( L R E E )  and  has  a  L a / L u  o f  58  ( F i g .  3 a ) .  M i c a  i s  i r o n  r i c h  [ M g / ( M g  +  F e )  =  0 . 5 1 3 ­ 0 . 5 3 4 ] ,  i s  commonly  k i n k e d ,  and  some  i s  p a r t i a l l y  o r  t o t a l l y  a l t e r e d  t o  c h l o r i t e . 

M i c a  shows  a  L R E E ­ e n r i c h e d 

p a t t e r n  ( L a / L u  =  1 5 1 ) . 

F i g .  1.  Map  s h o w i n g  t h e  l o c a t i o n  o f  t h e  M e l k f o n t e i n  c a r b o n a t e  t u f f  and  a s s o c i a t e d  k i m b e r l i t e s  i n  E a s t  G r i q u a l a n d ,  S o u t h e a s t  L e o s t h o  ( a f t e r  N i x o n ,  1 9 7 5 ) . 

77 

S o d i c  h o r n b l e n d e  ( T a b l e  1)  f o r m s  as  s u b h e d r a l  c r y s t a l s  o r  a n g u l a r  and  c o n t a i n s  4 . 3 ­ 4 . 5  w t .  %  N a 0  and  1 . 1 ­ 1 . 4  w t .  %  Κ ,,Ο .  2

b e t w e e n  1.2  and  2.0  w t .  %. 

f r a g m e n t s 

T h e  T i 0   c o n t e n t 

v a r i e s 

2

A m p h i b o l e  i s  r i c h  i n  LREE  w i t h  a  L a / L u  o f  115  ( F i g . 

3 a ) .  Two  v a r i e t i e s  o f  p l a g i o c l a s e  w e r e  f o u n d  ( T a b l e  2 ) .  x e n o c r y s t s  ( A b g g  g_gg  ^ 2  c a l c i t e  m a t r i x . 

A l b i t e  o c c u r s  as  t w i n n e d 

Q )  t h a t  a r e  c o r r o d e d  and  r e p l a c e d  b y  t h e 

gOr^ 

A n d e s i n e  ( A b g g  ^ _ J Q  2 ^ 2 7  5­29  4 ^ l  n

r

7­2  3^

 

1

  P

S

r

e

s

e

n

t 

a

s 

f

r

a

9 " 

ments  o f  c r y s t a l s  a t t a c h e d  t o  g a r n e t  o r  c l i n o p y r o x e n e  x e n o c r y s t s .  A p a t i t e  ( T a b l e  2)  o c c u r s  as  d i s s e m i n a t e d ,  r o u n d e d  o r  s u b h e d r a l  c r y s t a l s  t h e  c a r b o n a t e  t u f f  and  r a r e l y  as  i n c l u s i o n s  i n  g a r n e t . 

A  f e w  o f  t h e 

c r y s t a l s  i n  t h e  c a l c i t e  m a t r i x  d i s p l a y  d r o p l e t ­ s h a p e d  i n c l u s i o n s  o f  w h i c h  may  r e p r e s e n t  t h e  o r i g i n a l  T h e  a p a t i t e 

c a r b o n a t e  m e l t  f r o m  w h i c h  a p a t i t e 

i n c l u s i o n s  i n  g a r n e t  x e n o c r y s t s  a r e  s i m i l a r  i n  t h e i r 

c h e m i s t r y  t o  t h e  a p a t i t e 

c a l c i t e ,  c r y s t a l l i z e d . 

m a j o r ­ e l e m e n t 

i n  t h e  c a r b o n a t e  b u t  h a v e  l o w e r  c h l o r i n e 

(