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Diamanten der Lac-de-Gras-Kimberlite (Ekati),
Canada
Exploration mittels Schwermineralien, basierend auf den
Arbeitshypothesen:
- Regionalgeologische Verhältnisse: Voraussetzung für Kimberlite
gegeben
- Indikatorminerale liegen auf sekundärer Lagerstätte >
Rekonstruktion der Transportwege der glazialen Sedimente
Nach Auffinden der
primären Lagerstätte
erfolgt die Untersuchung
mittels Kern- und
Spülbohrungen und
Haufwerksbeprobung (bulk
sampling, <5000 to). Siehe
Bunder Diamond Project
der Rio Tinto in Indien.
Anreicherung des
zerkleinerten Erzes mittels
Schwereflüssigkeit,
Ermittlung des Anteils bzw.
der Qualität der
kommerziell verwertbaren
Diamanten (Steine >0.85
mm)
Kimberlit: neben Lamproit Trägergestein (Transportmedium) für
Diamanten
Ultrabasische Zusammensetzung mit hohem Anteil an flüchtigen
Komponenten und inkompatiblen Elementen
Zumeist porphyrische Struktur; Einsprenglinge >>Olivin, Phlogopit,
Klinopyroxen, Granat, Ilmenit und Chromit; Grundmasse Olivin,
Phlogopit, Monticellit, Serpentin, Karbonat, Perovskit, Apatit, Melilit
Genese nach Laborversuchen: partielles Aufschmelzen von
karbonatführendem Granatlherzolit bei P > 5 GPa (Aufschmelzrate
~0.3%: Karbonatit, bei ~1%: Kimberlit, bei etwas höherem
Wassergehalt Lamproit)
Kimberlite treten meist in Form von Explosionsröhren (Diatreme,
pipes) auf, die in der Tiefe in vertikale Dykes und horizontale Sills
zusammenlaufen
In Nordamerika auch seichte, breite Krater, mit Pyroklastika verfüllt
Dominion Diamond Corp. 2013
Muttergesteine der Diamanten
Pyroxenite von Beni Bousera (Marokko) und Ronda (Spanien) mit
Graphitpseudomorphosen nach Diamant: 15%, mit Kristallen von
10 mm Kantenlänge; Obduktion der Pyroxenite im Miozän und
Graphitisierung bei 1200°C
Syngenetische Minerale in den ältesten Teilen der kontinentalen
Lithosphäre; Untergrenze der Lithosphäre im Kapvaal-Kraton und
Sibirien ~200km. „Ultratiefe“ Diamanten (nach Einschlüssen z.T.
>670km Tiefe) ohne wirtschaftliche Bedeutung
Datierung von Einschlüssen in Diamanten mittels Isotopen,
ergänzt durch N-Aggregation: harzburgitische Diamanten stets
archäisch; eklogitische und lherzolitische Diamanten auch jünger
Begleitminerale bzw. Einschlüsse in
Diamanten
Nature vom 12. März 2014: Diamant aus Juina (Brasilien) aus 400 km Tiefe und einem 40 µm großen Einschluß von Ringwoodit mit 1.5% Wasser
Richard Siemens, University of Alberta
Bildungsalter von Diamanten (GURNEY et al. 2005, Tab. 2)
Alter (Ga) Paragenese Kapvaal Sibirien Slave Province Australien
3,57 Harzburgit Panda
3,2 Harzburgit Kimberley Udachnaya
Finsch
Premier
2,9 Eklogit Kimberley Udachnaya
Bobbejaan
Jwaneng
Koffiefontein
Orapa
2,7 Eklogit Klipspringer
1,9-2,0 Lherzolit Premier Udachnaya
1-2 Eklogit Premier Argyle
Jwaneng
Koffiefontein
Orapa
Finsch
Alter ausgewählter Kimberlite (GURNEY et al 2005, TACHIBANA et al 2006)
Vorkommen Land Alter (Ma)
Turkey Well (Lamproit) Australien 2188
Kuruman Group Südafrika 1600-1700
Premier Südafrika 1200
Argyle (Lamproit) Australien 1100
AK-Hearne, -Tuzo, -Tesla Canada 542
Venetia Südafrika 519
23rd Congress, International, Mir Russland 360
Udachnaya Russland 353-367
Sytykanskaya Russland 344
Jwaneng Botswana 240
Pyramidefjeld Grönland 200
Jericho Canada 173
Finsch Südafrika 118
Letseng Südafrika 93
Orapa Botswana 93
De Beers, Kimberley, Wesselton Südafrika 90-92
M´buji Mayi Congo 71
Misery, Koala, Panda Canada 70-47
West Kimberley (Lamproit) Australien 17-25
Kimberlit-Vulkanismus ab Archäikum: Gabon (2.8 Ga, metamorpher
Kimberlit); südafrikanische Central Rand Sequenz (2.89-2.82 Ga)
mit alluvialen Diamanten, die 3.1-3.5 Ga alt sind
Kimberlitvulkanismus i.allg. auf stabile kontinentale Schilde
beschränkt, die seit Präkambrium nicht mehr deformiert worden sind
(„Clifford´s rule“); höffigste Gebiete in Südafrika und Sibirien in den
ältesten Teilen des Kratons
Nach Entdeckung eines Kimberlites (bzw. eines Clusters):
wirtschaftliche Bewertung – sind Diamanten vorhanden? Welche
Qualität haben die Steine? Real gem quality vs. near gem quality
Parameter für Abschätzung des Tiefganges der Lithosphäre
(GRIFFIN & RYAN 1995):
Ni-Gehalt in Chrom-Pyrop-Granaten nimmt mit Temperatur zu
(Ni-Thermometer)
Cr-Verteilung zwischen Granat und Orthopyroxen im
Gleichgewicht mit Chromit: Druckindikator (Cr-Barometer)
Zn-Gehalt in Chromit ist T-abhängig (Zn-Thermometer)
Y vs. Ni-Thermometer ergibt Unterkante der Lithosphäre
Granate mit hohen Gehalten an Zr, Ti und Y weisen auf starke
metasomatische Prozesse im Mantel hin (Resorption der
Diamanten)
Erste Erwähnung von Diamanten im 4.Jh v.Ch. (Indien)
Erste geschliffene Steine in Venedig (14. Jh)
Herkunft bis 1700 aus Indien, ab 1725 auch Brasilien
1751: im „kaiserlichen Experiment“ versucht Franz Stephan I kleine
Diamanten zu größeren zu verschmelzen
1793 Bestimmung der chem. Zusammensetzung durch Lavoisier
1866 erster Fund von primären Diamanten (Südafrika)
2.1.1905: Fund des 3106 ct schweren Cullinan; 1908 Spaltung in
neun Stücke
Alluviale Diamanten <25% der Produktion, aber nach wie vor
intensiv gesucht (einfache Gewinnungstechnologie, sehr hohe
Qualität der Steine)
Diamanten aus kontinentalen Kollisionszonen
1972 Koktchatev-Massiv im nördlichen Kasachstan; Diamanten
<100 μm als Einschluss in Granat, Disthen, Zirkon, Quarz,
Klinopyroxen und Biotit
Weitere Diamantvorkommen in kontinentalen Kollisionszonen:
China, Norwegen, sächsisches Erzgebirge, Canada
Ophiolith: Luobusa (Paläozän, Yarlung-Zangbo-Sutur, Tibet)
Pyroklastischer Komatiit: Guyana, 2.15 Ga
Lamprophyrdike (Xenolithe) des südwestlichen Japan
Nanodiamanten im Chondriten Murchison: älter als
Sonnensystem
Younger Dryas Boundary Sediment Layer in Nordamerika mit
Nanodiamanten
Popigai-Krater, NW Sibiriens (35 Ma), mit Impakt-Diamanten
(<5ct/t)
LITASOV et al. 2013
Kimberlite der Northwest Territories, Canada
Vor Entdeckung des Point-Lake Kimberlites waren (kretazische)
Kimberlite (Dykes) von der Somerset-Insel bekannt, Fund zweier
Mikrodiamanten in den 70er-Jahren
Alberta: Diamantfund 1958
Diatreme von Mountain und Coates (westlich des Mackenzie-
Flusses): Hinweise auf Diamanten
Regionale Geologie des Point-Lake-Kimberlites (Lac de Gras):
liegt im Zentrum der Slave-Provinz (Magmatite und Sedimente,
3.96-2.18 Ga, in Kenoran-Orogenese zweiphasig deformiert, bis
Amphibolitfazies); NNW-streichende mafische Gänge des
Proterozoikums
Alter der Kimberlite der
Slave-Province (HEAMAN et
al. 2003)
Domain I: Silur-Ordovic
Domain II: Kambrium
Domain III: Kreide-Eozän
Domain IV: Jura + Perm
Datiert wurden 25 von 326
Kimberliten
HEAMAN et al 2003
Geologische Karte des Slave-Kratons (nach TAPPE et al. 2013). Lac-de-Gras-Feld strichliert (Dominion Diamond Corp. 2013)
Dominion Diamond Corp. 2013
Dominion Diamond Corp. 2013
Abbau obertags 2003-2007, untertags seit 2007
Entdeckungsgeschichte des Point-Lake-Kimberlites
1940-1960: Glaziale Sedimente des Lac de Gras mit Granaten und
Pyroxenen
1970-1980: Geological Survey of Canada stellt Ni- und Cr-
Anomalien fest
Ende 70er-Jahre: Diapros (De Beers) prospektiert 800 km westlich
des Lac de Gras in den Mackenzie-Bergen
1981 Beginn Exploration durch Chuck Fipke, Hugo Dummet, Chris
Jennings und Stu Blusson in den Mackenzie-Bergen
80er-Jahre: Fipke und Sohn verfolgen Indikatorminerale nach E fort
1989 Frische Indikatorminerale im Lac de Gras-Gebiet, Gründung
des JV DiaMet + BHP Billiton zur Erkundung des Lac de Gras (29%
DiaMet, 51% BHP Billiton, je 10% C. Fipke und H. Dummet)
1991 zwei Diamanten in Esker-Proben (davon einer Ø 0.83mm, in
Edelsteinqualität) und Erbohrens eines Kimberlites unter dem Point
Lake: 59 kg Kimberlit enthalten 81 Diamanten
Anfang 1992 Systematisches Abbohren des Kimberlites, 150 m
Tiefe: 160 t Kimberlit mit 101 ct Diamanten (63ct/100t), 25% der
Steine in Edelsteinqualität, max. 3 ct
November 1996 genehmigt canadische Regierung Errichtung des
Bergbaues Ekati; Aufschließungskosten USD687m, Lebensdauer 17
Jahre. Produktion 2001 2.6m ct zu USD170/ct (USD442m).
Produktion 2004 7m ct; Diavik (Rio Tinto) erzeugt weitere 7m ct
(12% der Weltproduktion). Victor und Snap Lake (De Beers) haben
2012 1.7m ct/a erzeugt; Gahcho Kué (De Beers/Mountain Province
Diamonds) soll ab 2016 über 11 Jahre 4.5 m ct/a erzeugen
Bis Mitte 1998 wurden in den NW Territories >200 Kimberlite
entdeckt, in Alberta 23 Kimberlite
Explorationslogistik
Baumlose, arktische Tundra (T im Winter –26°C, min. –53°C;
Sommer bis 32°C) mit zahlreichen glazialen Seen.
Strassenverbindungen nur im Winter; Versorgung mit
Kleinflugzeugen bzw. Helikoptern
Explorationstechniken
Regionale Schwermineralbeprobung im Abstand von 10-15km,
Absieben von 45kg Galzialtill. Kimberlit-Prospektion mit 10-30kg aus
Esker, Strandkies und Flußseife pro 10-25km2; Absiebung auf <3mm.
Kosten pro Probe inkl. Aufbereitung und Auswertung USD 500
SM-Exploration erstmals 1902 bei Premier-Pipe (Südafrika)
erfolgreich angewendet
Dominion Diamond Corp. 2013
Lokalisierung von Kimberlit-Pipes in der Slave-Provinz
Sehr wenige Kimberlite sind aufgeschlossen; bilden meist
Vertiefungen / Seen mit einigen Metern Sedimentbedeckung
Lokalisierung erfolgte anfangs durch Kombination von SM-
Beprobung und Geophysik: einige Pipes mit gut entwickelten
Fahnen von Indikatormineralen in glazialen Sedimenten und/oder
magnetischen Anomalien (hoch oder niedrig) bzw. niedrigen
Widerstandswerten; einige Pipes respondieren nicht bzw. kaum
auf Geophysik (Lokalisierung durch SM-Beprobung)
Im Lauf der Jahre wurde die Geophysik perfektioniert: „ …
outstanding resolutione of known kimberlite pipes …“ 2006 mittels
Helikopterflügen im Abstand von 50 m, in 60 m Höhe, ausgerüstet
mit einem Schwere-Gradiometer, einem horizontalen
Magnetometer-Gradientenpaar und hochauflösenden Resolve-
EM-Spulen führten zur Entdeckung einiger weiterer Kimberlite
(insgesamt 150 im Ekati-Konzessionsgebiet)
Dominion Diamond Corp. 2013
Mountain Province DIAMONDS 2013
Mountain Province DIAMONDS 2013
Sibirische Diamanten (EBERLÉ 2002)
1898: erste Diamantfunde im Jenissei-Becken
1945: Stalin ordnet Suche an. Intensive Exploration in der
sibirischen Taiga
1953: Erste Indikatorminerale
1955: Erster Kimberlit (Udachnaya; Abbau ab 1967)
1959: 120 Kimberlite lokalisiert
Synthetische Diamanten
Industrielle Produktion ca. 400m ct/a – keine Verwendung in
Schmuckindustrie
Zur Geschichte der Diamantsynthese siehe HAZEN, R.M., The
Diamond Makers. – Cambridge University Press, 1999, 244S.
1954 gelingt erstmals Synthese (T. Hall von General Electric)
1957 Man-made diamonds noch doppelt so teuer wie
Industriediamanten von De Beers
1959 Egalisierung der Preise, mit besseren Eigenschaften der
synthetischen Diamanten
Niedrig-Drucksynthese mittels CVD (chemical vapour deposition)
GICQUEL & SILVA 2002
CVD (Chemical Vapor Deposition) Synthese von Diamant
Marktvolumen der Rohsteine USD ca. 20bn, geschliffene Steine
USD ca. 30bn, Diamantschmuck USD 80bn
De Beers verteilte bis Mitte der 90er-Jahre die Rohsteine an 150
sightholders („take it or leave it“)
Marktanteil von De Beers inzwischen nur noch 33%, weil neben
Dominion Diamond (ehemals BHP Billiton), Rio Tinto und Argyle
auch ehemalige sightholders in Abbau eingestiegen sind („from
mine to mistress“)
Berühmte Steine:
Golden Star (101ct, USD12m, verkauft von Graff 2005)
Star of the Season (100.1ct, im Mai 1995 von Sotheby´s um
USD16.5m versteigert )
Paragon (137.8ct, Graff, zu haben)
Millenium Star (203ct, De Beers, zu haben)
Ekati technical report 2015
Ekati technical report 2015
DDC presentation 2016
Sind Diamanten wirklich so einträglich?
Oktober 2011: Fam. Oppenheimer verkauft 40%-Anteil an De Beers
an Anglo American, weil ihr das Geschäft zu zyklisch war
März 2012: Rio Tinto will Diamantsparte um 1.3 - 2 Mrd USD
verkaufen. Juni 2013: Rio Tinto behält die Sparte, weil sich kein
Käufer findet. April 2013: BHP Billiton verkauft Ekati samt
Verkaufsgesellschaften in Yellowknife und Antwerpen um 680 Mio
CAD an Dominion Diamond Corp.
Sortieren der
Diamanten in
Antwerpen
Brillantschliff
Farbe und Einschlüsse von Diamanten