Kimberlitos são rochas vulcânicas que, frequentemente, contêm diamante, grafite e/ou carbonato, sendo a presença destes componentes diretamente influenciada pela variabilidade da fugacidade de oxigênio (fO2) do magma durante a sua ascenção. Segundo Chakhmouradian and Mitchell (2000), CaTiO3-perovskitas podem ser usadas para revelar as condições de alguns dos múltiplos estágios de cristalização da história magmática destas rochas. No intuito de estabelecer a fugacidade de oxigênio de magmas kimberlíticos naturais, CaTiO3-perovskitas foram cristalizadas experimentalmente em equilíbrio com um líquido kimberlítico sintético em altas temperaturas e diferentes condições de pressão e de fugacidade de oxigênio. Os experimentos mostraram que a perovskita incorporou maiores quantidades de Fe3+ com o aumento da fO2. A equação do oxigênio barômetro desenvolvida neste estudo pode ser aplicada em rochas kimberlíticas de diferentes condições de fO2, que contêm CaTiO3-perovskita e olivina. Na presente pesquisa, nós aplicamos este oxigênio barômetro em amostras do kimberlito Rosário do Sul, que é um kimberlito transicional localizado no limite sudoeste da Bacia do Paraná. Os dados de minerais deste kimberlito sugerem que sua fonte é um produto da reação de um líquido silicático-carbonatítico com o manto. Idades U-Pb de ~ 128Ma em CaTiO3-perovskitas (Conceição et al., in prep.) revelam que o kimberlito Rosário do Sul provavelmente entrou em erupção logo após o vulcanismo da Província Paraná-Etendeka. Temperaturas de cristalização, pressões e fO2 dos kimberlitos Rosário do Sul e Alfeu-I, outro importante kimberlito situado no sul do Brasil, foram calculadas. As condições de suas fontes foram estimadas usando diferentes métodos a partir das composições de olivinas, espinélios, CaTiO3-perovskitas, granadas, ortopiroxênios e clinopiroxênios. As temperaturas, pressões e condições de fO2 dos kimberlitos Rosário do Sul e Alfeu-I sugerem que eles foram transportados para a superfície em condições nas quais fluidos ricos em CO2 podem reagir com o manto silicático e produzir carbonatos. A composição mineral e as condições de formação do kimberlito Rosário do Sul indicam que a sua fonte pode ter sido metassomatizada por fluidos provenientes da reciclagem de uma placa oceânica subductada durante a quebra do Gondwana e abertura do Atlântico Sul, logo depois do vulcanismo da Província Paraná-Etendeka. As condições de formação dos kimberlitos Rosário do Sul e Alfeu-I são usadas também para estimar o potencial destes kimberlitos em preservar diamantes. / Kimberlites are volcanic rocks which often contain diamonds, graphite and/or carbonate, and the stability of these minerals is directly influenced by the variability of oxygen fugacity (fO2) of the magma during its ascent. Second Chakhmouradian and Mitchell (2000), CaTiO3-perovskites may be used to unravel the conditions of some of the multiple stages of crystallization in the magmatic history of these rocks. In order to establish oxygen fugacities of natural kimberlititic magmas, we experimentally equilibrated CaTiO3-perovskites with synthetic kimberlitic melts at high temperatures, different oxygen fugacities and different pressures. The experiments show that perovskite incorporates increasing amounts of Fe3+ with increasing fO2. The oxygen barometer equation developed in this study can be applied in kimberlite rocks that contain CaTiO3-perovskite and olivine from different fO2 conditions. In the present research, we applied this oxygen barometer in the Rosário do Sul kimberlite samples, which is a transitional kimberlite located in the southwestern edge of the Paraná Basin. The mineral data of this kimberlite suggest that its source is a product of the reaction of a silicate-carbonate liquid in the mantle. U-Pb ages of ~ 128 Ma on CaTiO3-perovskites (Conceição et al., in prep.) reveal that the Rosário do Sul kimberlite probably erupted just after the volcanism of Paraná-Etendeka Province. We calculated crystallization temperatures, pressures and oxygen fugacities (fO2) of Rosário do Sul and Alfeu-I kimberlites, another important kimberlite situated in the South of Brazil. Their source conditions are estimated using different methods from olivines, spinels, CaTiO3-perovskites, garnets, orthopyroxenes and clinopyroxenes compositions. The calculated temperature, pressure and fO2 values of Rosário do Sul and Alfeu-I kimberlites suggest that they were transported to the surface under fO2 conditions in which CO2-rich fluids may react with mantle silicates to produce carbonates. The mineral composition and fO2 conditions of Rosário do Sul kimberlite indicate that its source may have been metasomatized by fluids generated from the recycling of a subducted oceanic plate during the Gondwana breakup and the South Atlantic opening, just after the Paraná-Etendeka Province volcanism. The source conditions of Rosário do Sul and Alfeu-I kimberlites are also used to estimate the potential of these kimberlites to preserve diamonds.

Kimberlitos são rochas vulcânicas que, frequentemente, contêm diamante, grafite e/ou carbonato, sendo a presença destes componentes diretamente influenciada pela variabilidade da fugacidade de oxigênio (fO2) do magma durante a sua ascenção. Segundo Chakhmouradian and Mitchell (2000), CaTiO3-perovskitas podem ser usadas para revelar as condições de alguns dos múltiplos estágios de cristalização da história magmática destas rochas. No intuito de estabelecer a fugacidade de oxigênio de magmas kimberlíticos naturais, CaTiO3-perovskitas foram cristalizadas experimentalmente em equilíbrio com um líquido kimberlítico sintético em altas temperaturas e diferentes condições de pressão e de fugacidade de oxigênio. Os experimentos mostraram que a perovskita incorporou maiores quantidades de Fe3+ com o aumento da fO2. A equação do oxigênio barômetro desenvolvida neste estudo pode ser aplicada em rochas kimberlíticas de diferentes condições de fO2, que contêm CaTiO3-perovskita e olivina. Na presente pesquisa, nós aplicamos este oxigênio barômetro em amostras do kimberlito Rosário do Sul, que é um kimberlito transicional localizado no limite sudoeste da Bacia do Paraná. Os dados de minerais deste kimberlito sugerem que sua fonte é um produto da reação de um líquido silicático-carbonatítico com o manto. Idades U-Pb de ~ 128Ma em CaTiO3-perovskitas (Conceição et al., in prep.) revelam que o kimberlito Rosário do Sul provavelmente entrou em erupção logo após o vulcanismo da Província Paraná-Etendeka. Temperaturas de cristalização, pressões e fO2 dos kimberlitos Rosário do Sul e Alfeu-I, outro importante kimberlito situado no sul do Brasil, foram calculadas. As condições de suas fontes foram estimadas usando diferentes métodos a partir das composições de olivinas, espinélios, CaTiO3-perovskitas, granadas, ortopiroxênios e clinopiroxênios. As temperaturas, pressões e condições de fO2 dos kimberlitos Rosário do Sul e Alfeu-I sugerem que eles foram transportados para a superfície em condições nas quais fluidos ricos em CO2 podem reagir com o manto silicático e produzir carbonatos. A composição mineral e as condições de formação do kimberlito Rosário do Sul indicam que a sua fonte pode ter sido metassomatizada por fluidos provenientes da reciclagem de uma placa oceânica subductada durante a quebra do Gondwana e abertura do Atlântico Sul, logo depois do vulcanismo da Província Paraná-Etendeka. As condições de formação dos kimberlitos Rosário do Sul e Alfeu-I são usadas também para estimar o potencial destes kimberlitos em preservar diamantes. / Kimberlites are volcanic rocks which often contain diamonds, graphite and/or carbonate, and the stability of these minerals is directly influenced by the variability of oxygen fugacity (fO2) of the magma during its ascent. Second Chakhmouradian and Mitchell (2000), CaTiO3-perovskites may be used to unravel the conditions of some of the multiple stages of crystallization in the magmatic history of these rocks. In order to establish oxygen fugacities of natural kimberlititic magmas, we experimentally equilibrated CaTiO3-perovskites with synthetic kimberlitic melts at high temperatures, different oxygen fugacities and different pressures. The experiments show that perovskite incorporates increasing amounts of Fe3+ with increasing fO2. The oxygen barometer equation developed in this study can be applied in kimberlite rocks that contain CaTiO3-perovskite and olivine from different fO2 conditions. In the present research, we applied this oxygen barometer in the Rosário do Sul kimberlite samples, which is a transitional kimberlite located in the southwestern edge of the Paraná Basin. The mineral data of this kimberlite suggest that its source is a product of the reaction of a silicate-carbonate liquid in the mantle. U-Pb ages of ~ 128 Ma on CaTiO3-perovskites (Conceição et al., in prep.) reveal that the Rosário do Sul kimberlite probably erupted just after the volcanism of Paraná-Etendeka Province. We calculated crystallization temperatures, pressures and oxygen fugacities (fO2) of Rosário do Sul and Alfeu-I kimberlites, another important kimberlite situated in the South of Brazil. Their source conditions are estimated using different methods from olivines, spinels, CaTiO3-perovskites, garnets, orthopyroxenes and clinopyroxenes compositions. The calculated temperature, pressure and fO2 values of Rosário do Sul and Alfeu-I kimberlites suggest that they were transported to the surface under fO2 conditions in which CO2-rich fluids may react with mantle silicates to produce carbonates. The mineral composition and fO2 conditions of Rosário do Sul kimberlite indicate that its source may have been metasomatized by fluids generated from the recycling of a subducted oceanic plate during the Gondwana breakup and the South Atlantic opening, just after the Paraná-Etendeka Province volcanism. The source conditions of Rosário do Sul and Alfeu-I kimberlites are also used to estimate the potential of these kimberlites to preserve diamonds.

In the James Bay Lowlands of northern Ontario, kimberlite pipes are concealed by peat, thick layers of till, and Tyrell sea sediments. Studies have shown that buried ore bodies produce geochemical signatures in surface media. This thesis explores the geochemistry of near-surface groundwater above concealed kimberlite pipes using factor analysis to determine whether (1) a factor analysis can reveal an underlying structure (factors) in a multivariate groundwater geochemical dataset, and whether (2) those factors are related to the presence of concealed kimberlite. Factor analysis was performed on two datasets of nearsurface groundwater, collected at 0.2 m and 1.1 m below ground surface in peat. Results revealed that (1) there is a significant difference in the behaviour of elements in groundwater near the surface compared to those in deeper groundwater, which is sheltered from the effects of the atmosphere; (2) for both datasets, the first factor is dominated by elements known to be enriched in kimberlite, notably rare earth elements (REE), U, Th, Ti – the composition of factor one is consistent with their derivation from kimberlite in a limestone background where such elements are in very low concentration; (3) high-valence and lowvalence kimberlite indicator elements (KIE) are found separated into distinct factors suggesting that once released from the kimberlite after weathering, KIE are subjected to various geochemical processes to be differentiated as they migrate upward to the surface; and (4) Fe and Mn load on a factor distinct from other metals, suggesting that in this environment Fe-Mn-O-OH is not a significant controller of metal mobility in groundwater. Overall, this research has further highlighted the multivariate nature of geochemical processes in groundwater. Compared with previous work in geochemical exploration where often only univariate or bivariate statistics or single element profiles over concealed ore bodies were used, this thesis has shown that factor analysis, as a multivariate data analysis technique, is a robust exploration tool, able to shed light on relevant geochemical processes hidden within geochemical datasets. This thesis shows that high-valence KIE, notably U,V, Th, Ti and the REE, as a group, are better indicators of the presence of kimberlites than other well-known KIE. Single element concentration profiles such as Ni or Cr (known KIE) show similar anomalies over a concealed kimberlite as a factor score profile for factor one (U, V, Th, Ti, REE, Ni) would; however, it is the peculiar assemblage of elements in factor one that makes it unique to kimberlites, a feature that can be used in future exploration work for concealed kimberlites in similar surficial environments, such as the Siberian wetlands. The results suggest that future geochemical exploration work involving groundwater should focus on the more stable groundwater located below the zone of oxidation, sheltered from the effects of the atmosphere.

Temperature (T), Pressure (P) and Oxygen fugacity (fO2) conditions were established for the Três Ranchos IV (diamond-bearing) and Limeira I (sterile) kimberlites of the Coromandel-Três Ranchos kimberlite field (Minas Gerais and Goiás, Brazil), Alto Paranaíba Alkaline Province (APAP), in order to draw a possible correlation between these intensive crystallization parameters and diamond instability. Both Três Ranchos IV and Limeira I are classified as coherent macrocrystic kimberlites, with an inequigranular texture formed by partially-to-fully altered olivine, phlogopite megacrysts up to 1 cm wide, macrocrysts (0.5-10 mm-sized), and crustal xenoliths set in a very fine groundmass composed mainly by perovskite, olivine, phlogopite, spinel, serpentine and carbonates identified in both intrusions. Apatite, ilmenite and monticellite are also present, but only in LM-I. Garnet macrocrysts and centimetric pyroxene xenocrysts phases are also present in Três Ranchos IV and Limeira I, respectively. The samples, strongly enriched in incompatible elements, are all MgO-rich, with high Mg# content. In order to apply different geotherm-and-oxybarometers in the calculation of P-T-fO2 conditions and to characterize the compositional variation of TR-IV and LM-I kimberlites, major, minor and trace-element concentrations of the main mineral phases were obtained by electron microprobe and LA-ICP-MS. Olivine cores of Limeira I present higher NiO, CaO and lower Cr2O3 contents than those from Três Ranchos IV. Mg# [(Mg/Mg+FeT), mol.%) ranges from 87 to 92 mol.% in TR-IV and from 83 to 92 mol.% in LM-I. The trace-element contents of olivine are similar in both kimberlites, the concentrations of Li, Zn and Mn appearing to be higher at olivine rims. In olivines from both intrusions, a pattern of enrichment in Zr, Ga, Nb, Sc, V, P, Al, Ti, Cr, Ca, and Mn in rims regions, is observed in the \"melt trend\" whereas enrichment in Zn, Co, Ni and possibly Na in cores regions, is found in the \"mantle trend.\" In monticellite specimens from Limeira I, Mg# ranges from 72 to 93.8, while Ca/(Ca+Mg) ratios range from 35 to 58 mol.%. The perovskite composition in both LM-I and TR-IV remains close to the ideal CaTiO3, perovskite, but a variation from core endmembers (average Lop16 and Prv78) towards the rims (average Lop13 and Prv81) can be noticed in TR-IV samples. The highest concentrations of light rare earth elements (LREE), Nb, and Fe3+ are also observed in perovskites from the TR-IV kimberlite. Macrocrystic spinels of TR-IV kimberlite are Al-rich, whereas the groundmass crystals range from magnesiochromite to chromite. Ilmenites from LM-I are characterized by high MgO values at a given TiO2, with a large variation in Cr2O3. Pyrope garnets (62 to 73 mol.%) are present only in TR-IV, with Mg# ranging from 72 to 79 mol.%, being classified as lherzolitic (G9) and pyroxenitic (G4, G5). Diopside occurs as xenocrysts in LM-I and as microphenocrysts in TR-IV, with Mg# ranging from 85 to 91 and from 87 to 92, respectively. Xenocrystic diopsides from LM-I present higher MgO and FeO concentrations with monticellite grains along crystal rims and fractures. Temperature estimates for the LM-I kimberlite, obtained from the composition of diopside xenocrysts and Al-in olivine concentrations, ranging from 718 to 985 °C. Pressure ranges from 34 to 47 Kbar, as calculated using an empirical curve from a 37-mW/m2 geotherm proposed in the literature for Alto Paranaíba magmas. For TR-IV, temperature values ranging from 975 to 1270°C were obtained from Al-in olivine and Ni-in garnet concentrations. Pressures in the range from 18 to 34 Kbar were obtained from major element composition of garnet samples from TR-IV kimberlite. The fO2 of the TR-IV constrained by perovskite (kimberlite cognate phase) oxygen barometry ranges from NNO-7 to NNO+4, while for LM-I values range from NNO+6 to NNO-4. For the LM-I intrusion, monticellite, another cognate phase used as an oxybarometer, yielded a value range of NNO-4 to NNO+2. A change in the oxygen fugacity from cores towards rim recorded in the perovskites and the monticellite crystals is also noticed. The oxygen fugacity estimates of this work are the first ever calculated for magmas of the Alto Paranaíba Alkaline Province. All P-T-fO2 values obtained are consistent with literature data on the APAP. Clinopyroxene xenocrysts from LM-I were classified as garnet-facies clinopyroxene, according to the compositions obtained in this work. Such results, along with pressure, and temperature data from and the presence of Mg-ilmenite in LM-I (known to be sterile), indicate that the kimberlite magma might have at least crossed the diamond stability field. The variation in oxygen fugacity observed in both kimberlites possibly reflects the instability of diamonds in these magmas since LM-I presents slightly higher oxidation conditions. / Foram estabelecidas as condições de fugacidade de temperatura (T), pressão (P) e fugacidade de oxigênio (fO2) para os kimberlitos Três Ranchos IV (diamantífero) e Limeira I (LM-I, estéril) do supercampo kimberlítico Coromandel-Três Ranchos (Minas Gerais e Goiás, Brasil), da província alcalina Alto Paranaíba (APAP), com o intutito de determinar uma possível correlação entre tais parâmetros intensivos de cristalização e a instabilidade de diamante daqueles magmas. As intrusões Três Ranchos IV e Limeira I foram classificados como kimberlitos macrocrísticos coerentes, com textura inequigranular evidenciada por megacristais de olivina de até 1 cm parcialmente alterados, macrocristais de flogopita (0.5-10 mm) e xenólitos crustais dispostos em uma matriz muito fina composta principalmente por perovskita, olivina, flogopita, espinélio, serpentina e carbonatos em ambas as intrusões, com adição de apatita, ilmenita e monticelita apenas em LM-I. Macrocristais de granada e xenocristais centimétricos de piroxênio e também são fases minerais presentes em Três Ranchos IV e Limeira I, respectivamente. As amostras são todas ricas em MgO, com alto teor de Mg# e são fortemente enriquecidas em elementos incompatíveis. Concentrações de elementos maiores, menores e traços das principais fases minerais foram obtidas por análises de Microssonda Eletrônica e LA-ICP-MS, com o objetivo de aplicar diferentes geotermo-e-oxibarômetros no cálculo das condições de P-T-fO2 e caracterizar a variação composicional dos kimberlitos TR-IV e LM-I. Núcleos de olivina de Limeira I apresentam maiores teores de NiO, CaO e menores teores de Cr2O3 que os dos cristais de olivina de Três Ranchos IV. O Mg# [(Mg/Mg+FeT), em prop.mol.] calculado a partir das olivinas analisadas varia de 87 a 92 mol.% para TR-IV e de 83 a 92 mol.% para LM-I. O conteúdo de elementos-traço da olivina é semelhante para ambos os kimberlitos, sendo que as concentrações de Li, Zn e Mn parecem ser maiores nas bordas dos cristais de olivina. Nas olivinas das duas intrusões, foram observados tanto um padrão de enriquecimento em Zr, Ga, Nb, Sc, V, P, Al, Ti, Cr, Ca e Mn nas porções de borda, característico do \"melt trend\", quanto um enriquecimento em Zn, Co, Ni e possivelmente Na nas porções de núcleo, notável no \"mantle trend\". Os cristais de monticelita de LM-I apresentam Mg # variando de 72 a 93.8 mol.%, com o índice Ca/(Ca + Mg) variando entre 35-58 mol%. A composição dos cristais de perovskita de LM-I e TR-IV analisados permanece próxima do ideal CaTiO3, mas é notável uma variação dos membros finais dos núcleos (Lop16 e Prv78 médios) às bordas (Lop13 e Prv81 médios) nas amostras de TRIV. As maiores concentrações de elementos terras raras leves (ETRL), Nb e Fe3+ também são observadas nas perovskitas de TR-IV. Os macrocristais de espinélios em amostras de TR-IV são ricos em Al, enquanto os cristais da matriz variam de magnesiocromita a cromita. Cristais de ilmenita são identificados somente em LM-I, sendo caracterizados pelo alto teor de MgO, com grande variação nas concentrações de Cr2O3. As granadas são tipo piropo (62 a 73 mol.%) e estão presentes apenas em TR-IV, com Mg# variando de 72 a 79 mol.%, classificadas como lherzolíticas (G9) e piroxeníticas (G4, G5). O diopsídio ocorre como xenocristais em LM-I e como microfenocristais em TR-IV, com Mg# variando de 85 a 91 mol.% e de 87 a 92 mol.%, respectivamente. Os xenocristais de diopsídio presentes em LM-I apresentam maior concentração de MgO e FeO e são envoltos por coroa de monticelita. As estimativas de temperatura do kimberlito LM-I foram obtidas utilizando as composições dos xenocristais de diopsídio e as concentrações de Al presentes em cristais de olivina, resultando em um intervalo entre 718 e 985 °C. Enquanto que a pressão varia de 34 a 47 Kbar e foi calculada utilizando uma curva empírica de uma geoterma de 37 mW/m2 proposta na literatura para magmas da Província Alcalina do Alto Paranaíba. Para TR-IV foram obtidas temperaturas a partir das concentrações de Al em olivina e de Ni em granada, variando de 975 a 1270 °C. O intervalo de pressão de 18 a 34 Kbar foi obtido a partir da composição dos principais elementos em granada amostrada de TR-IV. A fugacidade de oxigênio registrada em perovskitas (fase cognata de kimberlito) de TR-IV varia de NNO-7 a NNO + 4, e de NNO + 6 a NNO-4 em LM-I. A monticelita, outra fase cognata, também foi utilizada como oxibarômetro, resultando em um intervalo de NNO-4 a NNO + 2 para a intrusão LM-I, onde está presente. Também é notável uma mudança na fugacidade de oxigênio dos núcleos para a borda em perovskitas e em cristais de monticelita. As estimativas de fO2 obtidas neste trabalho foram as primeiras calculadas para magmas da província alcalina do Alto Paranaíba. Todos os resultados de P-T-fO2 obtidos são consistentes com dados da APAP reportados na literatura. Os xenocristais de clinopiroxênio em LM-I foram classificados como clinopiroxênio de fácies granada de acordo com as composições obtidas neste trabalho. Essa informação, juntamente com os dados de pressão e temperatura, além da presença de Mg-ilmenita em LMI (conhecido por ser estéril), indica que este magma kimberlítico pode ter ao menos cruzado o campo de estabilidade do diamante, e que é possível que a variação na fugacidade de oxigênio observada em ambos TR-IV e LM-I pode ter-se refletido na instabilidade destes xenocristais nestes magmas, uma vez que Limeira I apresenta condições de oxidação levemente mais altas.

Il est difficile d'explorer et d'estimer des gisements secondaires de diamants en raison du manque de fiabilité des données et/ou de leur rareté. Des efforts soutenus sont nécessaires pour maintenir une bonne compréhension de ces types de dépôts lors de leur exploration, leur échantillonnage et leur exploitation. Cette thèse traite des sujets suivants : - L'existence de regroupements entre cheminées kimberlites est établie, et leur extension moyenne déterminée. - Des données d'exploration d'indicateurs minéraux sont analysées par arbre de classification. Un modèle est ensuite bâti à partir de sites kimberlitiques connus pour identifier de nouveaux sites. - Les milieux maritimes comportent des mécanismes de piégeage complexes, ce qui les rend difficiles à échantillonner. Dans certaines situations, on dispose de peu, voire d'aucune information de qualité, alors qu'une étude d'optimisation de l'échantillonnage est nécessaire. Dans ce cas, une esquisse au crayon est utilisée pour construire des simulations, lesquelles servent à une première optimisation de l'échantillonnage. - Dans les dépôts sous-marins profonds, les échantillons doivent dépasser une taille minimale critique pour être représentatifs. L'établissement de cette taille passe par une modélisation selon un processus de Cox, bien adapté à la nature discrète de la minéralisation. L'impact de l'échantillonnage sur la qualité de l'estimation par blocs ou par panneaux peut ainsi être testé par simulation. - Ces dernières années, certains terrils sont redevenus économiquement viables. Pour en obtenir une estimation locale par blocs, une procédure de détermination de la taille optimale des échantillons et de leur espacement a été développée et mise en oeuvre sur un terril de kimberlite.

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