Metallogeny of the geodynamic systems of the pulsating expanding earth

108 
     The next stage of magma layering probably occurs at plutonic stage. The 
primary  process  at  this  stage  is  the  separation  of    ilmenite  rich magma from  the 
silicate melt.  
     The  third  and  final  step  of    magmatic  evolution  occurs  during  the 
hypabyssal  stage.  At  this  stage,  after  the  separation  of    heavy mineral,  the  melts 
enriched by carbonate, is squeezed and apparently it is resulting in generation two 
types of magmas:  kimberlite and carbonatite  (Marakushev et al., 1995). 
 
 
 
Figure  8.  Compositions  of  fluids  typical  to  eclogitic  (1)  and  peridotitic  (2) 
diamonds  (  Marakushev  et  al.,  1995).  Reprinted  with  the  permission  of  the 
Doklady Russian Academy of Science. 

---

109 
 
Figure 9.   Types of diamond recognized at garnet and clinopyroxene inclusions, 
which  characterize  composition  of  original  rocks:  I  –  dunite-harzburgite,  II  – 
lherzolite-wehrlite,  III  –  pegmatite  (  recognized  by  garnets  from  megacrysts  ),     
IV – clinopyroxene-eglogites,  V – kyanite-eclogites.  Shaden band – changing of 
composition  within  zonal  garnet  from  the  core  (C)  toward  the  rim  (R),  which 
characterizes  the  transition  from  peridotites  to  enstatite  pegmatites.    Legend:          
1  –garnet,  2  –  clinopyroxene  (  Marakushev  et  al.,  1995).    Reprinted  with 
permission of A.A.Marakushev. 
     
 
Figure  10.  The  increasing  O
2
  activity  with  the  decrease  of  pressure  and 
approximate  parameters  of  diamond  formation  within  the  system  C-H-O-S 
(Portnov,  1982).  Reprinted  with  the  permission  of  Doklady  of  the  Russian 
Academy of Sciences. 
       

---

110 
     Probably the most important change in physico-chemical conditions in the 
ascending kimberlite column is related to self-oxidation of volatile “bubble”. It is 
commonly accepted that kimberlite magmas are being initiated by the process of 
fluid  diapirism.  This  fluid  is  chiefly  composed  of  hydrogen  methane  that  was 
accumulated  in  the  mantle  under  the  platform  plates.  During  the  ascent  of  the 
magmatic  column,  if  the  pressure  of  magmatic  system  drops  below  20  kbar,  the 
oxygen  fugacity  will  increase,  that  resulting  in  the  oxidation  of  the  fluid  to  CO, 
CO
2
 and H
2
O  (Figure10; Portnov, 1982). 
     However, the rapid movement of the magma at the pressure lower than 20 
kbar  may  preserve  diamonds.  Near  the  surface,  water  is  absorbed  by  the 
kimberlite  magma  at  the  serpentinization.  Due  to  hydrogen  and  methane 
oxidation, the initial volume of the kimberlite rocks may vastly decrease. 
 
 
 
                          8.  PETROCHEMISTRY OF KIMBERLITES AND  FACTORS  
                                                           OF  DIAMONDIFEROUS 
 
 
 
      It  is  necessary  to  note  the  importance  of  establishing  the  dependence  of 
grade  diamond-bearing    from  the  chemical  composition  of  kimberlites  and 
paragenic  minerals  of  the  megacrysts  and  nodules.  For  example,  some  specific 
kimberlite  minerals  with  favorable  geochemistry  (high-Cr,  low-Ca  pyropes  and  
picroilmenite  )  can  be  used  as  direct  indicators of the presence diamond. To the 
same  lines    concerns  the  idea  of  correlating  the    chemical  composition  of  the 
kimberlite to the diamond content.  
      So V.N. Milashev (1965) suggested, that the polymorphs transformation 
of diamond into graphite within an ultramafic melt is a form of catalytic process. 
The catalyst is related to metatitanium acid ions, which are constantly present in 
ultramafic  magma  and  later  result  in  the  formation  of  titanium  acid  salts 
(titanates): ilmenite  (FeTiO
3
) and perovskite ( CaTiO
3
 ).     The catalyst follows 
this chemical reaction:  
                      diamond 
                                C + [ Ti
 4+
 O
3
 ] 
2-
  =  CO + [Ti 
3+
O
2
]
-
 + e . 
                              graphite 
   
      The  action  of  the  catalyst  tears  carbon atoms  from  diamond and return them 
back  to  the  diamond.  If  the  pressure  in  the  melt  remains  high  the  diamond  is 
stable, the anions of the metatitanic acid may support the growth of large crystals. 
But when the pressure decreases, diamond is unstable and the carbon atoms will 
tear  off  under  the  influence  of  metyatitanic  acid  [  Ti
4+
  O
3
] 
2-
  and  will  form 
graphite, which is stable under the lower P-T   conditions. 
 
      The economic value of diamond deposits are determined not only by weights 
content,  but  also  by  the  quality  of  diamond  crystals,  digital  expression  of  which 
serves the price in money ($) for 1 (one) carat. The weights content of diamonds 

---

111 
(D)  in  kimberlites  is  the  function  of  chemical  (CD)  and  facial  (thermodynamic)  
(FD) factors of diamond-bearing: 
                                                         
                                                    D= f (CD, FD) 
 
      V.A.Milashev  (1965)  determined  the  formula  for  calculating  the  coefficient 
potential  of  diamond-bearing  kimberlites  (CPD),  that  allows  on  the  date  of 
chemical  analysis  define  the  rate  of  favorable  alkaline-ultramafic  magmas  for 
diamond  crystallization.  The  chemical  composition  of  various  kimberlites  was 
compared  to  the  sampling results  of different  pipes for diamond content and the 
chemistry  showed  a  correlation  with  diamond  content.  The  dependence  between 
these two parameters was noted and it can be calculated using the content of Ti, 
Fe,  Al  and  K.  The  data  permits  one  to  determine  the  degree  of  a  melt’s 
favorability for diamond’s crystallization and consequent preservation of diamond 
crystals. 
 
                                                            Fe / Ti 
                           CPD = ------------------------------------------------- 
                                        log ( Fe + Ti ) + 0.5 log ( Al + K+ Na ) 
 
    Another  formula  provides  a  measure  of  volatiles  in  the  diamond  formation 
process.    It  is  based  on  the  idea  that  shapes  of  diamond  crystals  depend  on  the 
combination  of  two  processes:    growth  and  dissolution.  If  the  degree  of  the 
diamond’s crystal preservation (DPC) depends on the P-T conditions of formation 
kimberlite,  the  quantitative  proportion  of  flat-facet  transitional  and  curver-facet 
crystals can serve as an indicator of the P-T conditions of diamond preservation. 
In order to calculate the DPC using a simplified formula, it is sufficient to know 
the ratio (in %% ) between octahedral (o), dodecahedral (d) and transitional (od) 
forms diamond crystals in the deposit under consideration: 
 
                                                                     0.45 D 
                           DPC =  O + 0.45 OD +  ----------------    
                                                                    1 + log D 
 
     The  sense  of  factor  DPC  consists  that  at  idial  facial  (thermodynamic) 
conditions all generated crystals of diamond are completely preserved, remain flat 
facet and DPC = 100. In the process of change facial conditions the increasingly 
amounts of diamond crystals become curved facet and are dissolved, down to full 
disappearance, and DPC decreases up to zero. 
    The weight contents of diamonds (D
k
) in kimberlites ( mg / m
3
 ) is determined  
by the formula :                                               ____________                               
  
                         CPD
3
           ____    DPC
2
   
3
√ G  (100 – Xe) 
      D
k
=(CPD+------- –1.75√CPD  ----------------------------                                                                                                                               
                          120                                 13750   
 
 
 

---