background image

GEOLOGICA CARPATHICA, 49, 3, BRATISLAVA, JUNE 1998

151–160

ZIRCON IN HIGHLY EVOLVED HERCYNIAN HOMOLKA GRANITE,

MOLDANUBIAN ZONE,  CZECH REPUBLIC: INDICATOR OF

MAGMA SOURCE AND PETROGENESIS

PAVEL UHER

1

, KAREL BREITER

2

, MILAN KLEÈKA

3

 and EDVÍN PIVEC

4

              1

Geological Institute, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská cesta 9, 842 26 Bratislava, Slovak Republic;

geoluher@savba.savba.sk

    2

Czech Geological Survey, Geologická 6, 152 00 Praha 5, Czech Republic

   3

Bohemian Geological  Corporation, V Holešovièkách 41, 182 09 Praha 8, Czech Republic

 4

Geological Institute, Czech Academy of Sciences, Rozvojová 135, 165 00 Praha 6, Czech Republic

(Manuscript received November 12, 1997; accepted in revised form March 24, 1998)

Abstract: The Homolka granite stock (southern Bohemia, Czech Republic) is a highly evolved topaz-bearing and phos-

phorus-rich intrusion penetrating the Lásenice and Èímìø S-type granites of the late-Variscan South-Bohemian

(Moldanubian) pluton, subvolcanic dykes of microgranite to granite porphyries are also widespread. Study of accessory

zircon revealed an extensive amount of old inherited zircon in the Homolka granites. On the basis of back-scattered elec-

tron images and microprobe study, the inherited zircon of the Homolka Granite is identical to the zircon from the Lásenice

and Èímìø granites. This older zircon forms transparent crystals with oscillatory zoning and low Hf, Y, U and P contents.

Younger zircon of  the highly evolved Homolka Granite exhibits transparent crystals with oscillatory to irregular zon-

ing and metamict grains with high Hf (up to 12.3 wt. % HfO

2

), often also Y, U and P. If 30 to 50 vol. % of zircon is esti-

mated to be inherited,  the calculation of zircon saturation temperature gives T

S

 = 720–760 

o

C for the Èímìø and 640–

680 

o

C for the Lásenice zircon, and 610–650 

o

C for the Homolka zircon. The subvolcanic microgranite-porphyry dyke

gave T

S

 = 690–730 

o

C. These zircon data indicate that the Homolka Granite is a product of advanced fractional crystal-

lization from a magmatic source similar to the Èímìø Member of the Eisgarn Suite.

Key words: Czech Republic, South-Bohemian (Moldanubian) pluton, Homolka Granite, zircon saturation temperature,

electron microprobe, BSE, zircon typology, zircon.

Introduction

Accessory zircon of granitic rocks has been used as petroge-

netic  indicators  for  a  long  time.  Its  informative  value  lies

mainly  in  the  relatively  high  chemical  stability  of  zircon

during subsolidus stages, the dependence of between crystal

morphology and genetic type of parental magma (zircon ty-

pology;  Pupin  1980),  the  variety  of  internal  crystal  zoning

as  revealed  by  back-scattered  electron  images  (BSE)  and

cathodoluminescence (Vavra 1990), Zr/Hf ratio as a princi-

pal indicator of magmatic fractionation (Fleischer 1955; Ly-

akhovich  1968;  Èerný  et  al.  1985);  distribution  of  other

trace elements, such as Y, REE‘s, P, U; a possibility to cal-

culate  zircon  saturation  temperature  (Watson  &  Harrison

1983); numerous U-Pb isotope and FT dating, etc.

The aim of this paper is to demonstrate the ability of ac-

cessory zircon to indicate the possible magma source of  the

granite  using  the  example  of  the  Homolka  highly  evolved

rare-element and phosphorus-rich granite.

Geological setting

The  studied  area  is  situated  in  the  NW  part  of  the  late-

Variscan South-Bohemian or Moldanubian pluton between the

towns  of  Tábor  and  Gmünd.  The  pluton  is  represented  here

mainly by the  two-mica Lásenice and Èímìø granites (Fig. 1).

The fine-grained, mostly equigranular two-mica Lásenice

Granite (represented here by sample HO-1) is relatively old-

er  and  affected  by  the  latest  Variscan  tectonic  movements

(Kleèka  &  Rajlich  1984).  The  Lásenice  Granite  occurs

along  the  NW  contact  of  the  pluton  and  also  forms  small

bodies  in  the  Moldanubian  paragneisses.  The  accessory

minerals,  represented  by  andalusite,  monazite-(Ce)  and  il-

menite  (Table  1)  as  well  as  chemical  compositions,  very

poor in HFSE and REE (Table 2), both classify the Lásenice

Granite  as  a  typical  slightly  fractionated  metasedimentary

S-type granite.

The  younger,  post-tectonic  Èímìø  Granite  (HO-3)  forms

the  major  part  of  the  area.  The  Èímìø  Granite  is  medium-

grained  porphyritic,  two-mica  and  relatively  older  subtype

of  the  Eisgarn  granite  group.  The  ilmenite+monazite-(Ce)

accessory  assemblage  (Table  1)  and  chemical  composition

(Table 2) indicate their high K-calc-alkaline S-type nature.

Both  the  Lásenice  and  Èímìø  granites  are  cut  by  a  ca.

20 km  long,  N-S  trending  swarm  of  more  than  30  dykes  of

granite porphyries and microgranites (HO-2). The individual

dykes are 2–20 m thick and up to 1.5 km long. Some thicker

dykes are zoned and exhibit fluidal rhyolitic texture along the

contact,  which  passes  gradually  into  granite  porphyry  to-

wards the centre of the dyke.

In the central part of the dyke swarm, close to the Czech-

Austrian  border,  a  stock  of  leucocratic  Homolka  Granite

crops out. Its surface of 6 km

2

 is slightly elongated in the N-S

background image

  152                                                                        UHER, BREITER, KLEÈKA and PIVEC

direction and forms a morphological elevation of the Homol-

ka Hill. Several xenoliths of the Èímìø Granite and granite

porphyry up to a few hundred square metres in area are found

in the central part of the granite body.

The  Homolka  stock  (HO-4  to  8)  is  composed  mainly  of

equigranular  medium-grained  leucocratic  alkali  feldspar

granite. Only some schlieren of porphyritic variety are devel-

oped in the western part of the body, and they contain up to 1

cm large quartz and K-feldspar phenocrysts in a fine-grained

groundmass.  Schlieren  and/or  dykes  of  fine-grained  aplitic

variety  are  found  in  several  places.  A  marginal  pegmatite,

“stockscheider” (HO-7) with large K-feldspars floating in a

Fig. 1. Geological map of the Homolka granite area.

background image

ZIRCON IN HIGHLY EVOLVED HERCYNIAN HOMOLKA GRANITE, MOLDANUBIAN  ZONE                     153

fine-grained groundmass, develops in some parts of the SE,

W and N contact of the stock. It forms a rim around the ma-

jor xenoliths in the central part of the body.

All  textural  varietes  of    the  Homolka  Granite  contain

quartz,  albite  (An

00-05

),  P-rich  K-feldspar  and  Li,  Rb,  Zn-

and  F-rich  muscovite.  Topaz  is  frequent,  apatite,  children-

ite-eosphorite, cassiterite, Nb,Ta-rich rutile, titanian ixiolite

and ferrocolumbite are the main accessory minerals (Breiter

&  Scharbert  1995;  Frýda  &  Breiter  1995;  Uher  et  al.  in

prep.) — Table 1. Post-magmatic processes are restricted to

rare quartz veinlets with greisen rims, patchy chloritization,

veinlets of a barren milky quartz and flakes of U-micas in

fissures (Litochleb et al. 1991; Lochman 1992). The Homol-

ka Granite belongs to the rare type of ore-bearing P-rich per-

aluminous  magmatites,  highly  enriched  in  Li,  Rb,  Cs,  Sn,

Nb, Ta and F (Table 2) and with a high initial Sr isotopic ra-

tio  I

Sr

=0.716±0.010  (Breiter  &  Scharbert  1995).  It  repre-

sents one of the youngest Variscan magmatic events within

the  Moldanubian;  the  Rb/Sr  whole-rock  isochrone  gave  an

age  of  319±7  Ma,  the  muscovite  Ar-Ar  plateau  ages  are

317±2  and  315±3  Ma,  which  indicate  a  relatively  rapid

cooling of the intrusion (Breiter & Scharbert 1995).

Experimental methods

We studied zircon from eight rock samples — for their de-

scription see Appendix.  Zircon concentrates were obtained

from 5–10 kg of solid rocks by standard methods: crushing,

sieving,  heavy  liquid  (bromophorm)  and  electromagnetic

separation.

Back-scattered electron images (BSE) were performed on

the  JEOL  JSM-840  scanning  electron  microscope  at  the

Geological Survey of the Slovak Republic, Bratislava, Slo-

vakia, under an accelerating potential of 25 kV.

Electron  microprobe  analyses  (EMPA)  of  separated  and

polished  zircon  crystals  were  carried  out  on  the  Cameca

Table 1: Accessory minerals of the Lásenice Granite (HO-1), microgranite-

porphyry dyke (HO-2) Èímìø Granite (HO-3), and Homolka granites (HO-

4 to HO-8). For petrographic types, see Appendix. XX: very abundant, xx:

abundant, x: rare accessory mineral.

HO-1 HO-2 HO-3 HO-4 HO-5 HO-6 HO-7 HO-8

ZIRCON

x

x

x

x

x

x

x

x

APATITE

XX

XX

XX

 xx

x

 xx

XX

xx

MONAZITE-(Ce)

x

xx

xx

x

-

x

x

x

XENOTIME-(Y)

-

-

-

x

-

-

x

-

CHILDRENITE

-

-

-

XX

-

XX

-

XX

ANDALUSITE

xx

-

-

-

-

-

-

-

SCHORL

xx

x

-

-

-

xx

-

x

TOPAZ

-

-

-

xx

XX

-

-

xx

CASSITERITE

-

-

-

xx

xx

x

-

x

COLUMBITE

-

-

-

xx

x

x

-

xx

Nb,Ta RUTILE

-

-

-

-

-

xx

-

-

RUTILE

-

-

x

-

-

-

x

x

ANATASE

x

x

-

-

-

x

-

-

ILMENITE

xx

XX

XX

-

-

x

-

x

GAHNITE

-

x

-

x

-

x

x

-

URANINITE

-

-

-

-

x

x

-

x

PYRITE

x

x

x

-

-

x

x

-

MOLYBDENITE

x

-

-

-

-

-

x

-

LÖLLINGITE

-

-

-

-

x

x

xx

x

Table 2: Chemical analyses of the Lásenice (HO-1), microgranite-por-

phyry dyke (HO-2), Èímìø (HO-3) Granite, and Homolka granites (HO-4

to HO-8). For petrographic types, see Appendix. Main oxides are in weight

%, trace elements in ppm. Determined by XRF (main oxides, Rb, Sr, Y, Zr,

Nb, Ga, Sn and Pb) and INAA (Cs, Ce, Hf, Th, U, Ta and Zn).

  HO-1   HO-2   HO-3   HO-4   HO-5   HO-6  HO-7   HO-8

SiO

2

74.36

73.61

72.46

73.95

73.30

74.67

69.57

73.73

TiO

2

0.11

0.17

0.24

0.03

0.02

0.06

0.04

0.00

Al

2

O

3

14.43

14.43

14.90

15.19

15.18

14.67

17.07

15.16

Fe

2

O

3

t

0.94

1.36

1.61

0.74

0.66

0.88

1.08

0.32

MnO

0.04

0.05

0.04

0.11

0.06

0.07

0.04

0.07

MgO

<0.10

<0.10

<0.10

<0.10

<0.10

<0.10

<0.10

<0.10

CaO

0.54

0.57

0.14

0.41

0.51

0.36

0.34

0.40

Na

2

O

3.36

2.87

2.88

3.59

4.47

3.69

2.71

5.32

K

2

O

4.71

5.12

5.55

4.00

3.50

3.98

7.14

2.92

P

2

O

5

0.24

0.28

0.25

0.58

0.76

0.47

0.60

0.65

Total

98.73

98.46

98.07

98.60

98.46

98.85

98.59

98.57

Rb

249.0

338.0

343.0 1156.0 1312.0

814.0

962.0 1052.0

Cs

6.4

14.2

18.6

56.0

69.6

49.4

101.2

53.4

Sr

60.0

46.0

60.0

32.0

21.0

13.0

26.0

103.0

Ce

23.8

74.3

97.8

5.5

5.3

12.3

6.7

<3.4

Y

13.0

19.0

18.0

27.0

24.0

22.0

22.0

19.0

Zr

39.0

76.0

105.0

26.0

<5.0

21.0

27.0

<5.0

Hf

1.1

2.7

3.6

2.4

1.0

1.2

0.5

<0.4

Th

2.9

11.1

17.6

2.1

0.5

1.9

1.1

0.7

U

1.5

7.4

4.3

3.4

5.3

4.1

3.4

10.0

Nb

14.0

22.0

17.0

45.0

65.0

34.0

48.0

61.0

Ta

1.4

2.5

1.6

16.0

24.1

12.2

11.2

41.0

Zn

25.0

146.0

108.0

161.0

190.0

144.0

140.0

134.0

Ga

14.0

21.0

19.0

29.0

23.0

24.0

30.0

23.0

Sn

<10.0

<10.0

<10.0

114.0

89.0

58.0

59.0

39.0

Pb

36.0

30.0

31.0

16.0

10.0

22.0

16.0

<10.0

SX50 wavelength dispersion instrument at the Department of

Geological  Sciences,  University  of  Manitoba,  Winnipeg,

Canada. A beam diameter of 1–2 

µ

m was used. An acceler-

ating potential of 15 kV, beam current of 20 nA and count-

ing time of 20 s were applied for P, Si, Zr, Hf, Al, Fe, Sc, Y,

Ca, F and Cl; 20 kV, 30 nA and 40 s, for Th, U, Ce, Sm, Tb,

Dy, Er and Yb. The following standards were used: mona-

zite (for P K

α

), zircon (Si K

α

, Zr L

α

), metallic Hf (Hf M

α

),

kyanite  (Al  K

α

),  almandine  (Fe  K

α

),  NaScSiO

4

  (Sc  K

α

),

YAG  (Y  L

α

),  diopside  (Ca  K

α

),  fluor-riebeckite  (F  K

α

),

tugtupite (Cl K

α

), ThO

2

 (Th M

α

), UO

2

 (U M

β

), REE3 (Ce

L

α

), REE2 (Sm L

α

, Yb L

α

), REE1 (Tb L

α

) and REE4 (Dy

L

β

,  Er  L

α

).  The  data  were  reduced  according  to  the  PAP

routine (Pouchou & Pichoir 1985).

Results

Zircon typology

Zircon typology (Pupin 1980) clearly subdivided the stud-

ied rocks into two clusters (Figs. 2, 3):

(1) The Èímìø and Lásenice Granite as well as subvolca-

nic  microgranite-porphyry  shows  a  relatively  low  I.A  as

well  as  I.T  values  which  correspond  to  the  peraluminous

continent-related  S-type  granites.  These  values  indicate

high Al-activity of the parental magma and a moderate tem-

perature of 650–700±50 

o

C.

background image

  154                                                                        UHER, BREITER, KLEÈKA and PIVEC

(2) The Homolka granite stock reveals similar patterns char-

acterized  by  medium  to  high  I.A = 520–700  and  very  low

I.T = 190–240. All samples lie in the field of Sn-W-F granites

(Pupin 1980) and typology indicates high alkalinity and low

temperature of the parental magma (~600±50 

o

C). However,

some samples show a slighly different pattern with bimodal

subtype distribution (G

1

 vs. L

1-3

, S

1-2

) — Fig. 2. This fact can

be explained by contamination of the magma with inherited

older zircon.

Internal texture and zoning

The internal texture of zircon crystals evaluated by BSE

clearly reveal their complex growth history and at least two

different parts in both the older Lásenice and Èímìø, and the

younger  Homolka  granites  (Figs.  4,  5):  a  core  or  inherited

zircon and an outer zircon zone.

The  Lásenice  and  Èímìø  granites  as  well  as  the  granite

porphyry dyke have a typical concentric oscillatory zonality

often  with  a  visibly  different  central  part  (Fig.  4).  These

central  parts  of  oval  shape  are  probably  remnants  of  older

inherited zircon or they represent a partly magmatic corrod-

ed (melted) primary zircon. Locally, inclusions of monazite-

(Ce) appear near the rims of the crystals.

Zircon from the Homolka stock reveals more complicated

textural patterns. All petrographic types in BSE have  clear-

Fig. 2. Zircon typological diagrams (Pupin 1980) of the studied granitic rocks, for sample description (bottom left corners) see Appendix.

I.A — alkalinity index; I.T — temperature index. The two values at the bottom right corners are the coordinates of the mean typological

point, I.A; I.T.

Fig.  3.  Zircon  typological  diagram  of  the  mean  typological  points

(Pupin 1980) of the studied granitic rocks. I.A, I.T values  explana-

tion,  see  Fig.  2.  PAL  —  peraluminous  anatectic  collision  related

granites;  CA  —  calc-alkaline  mainly  subduction  related  granites;

ALK — alkaline post- to anorogenic granites; Sn-W-F field (shad-

ed) — granites with Sn, W, F-mineralization; Ab — albitized gran-

ites. The numbers correspond to the HO samples, see Appendix.

I.A

 

"

$

 

"

I.T

$

&

HO-1

300; 365

HO-2

311; 322

HO-3

284; 328

HO-4

678; 200

HO-5

700; 191

HO-6

626; 216

HO-7

523; 213

HO-8

700; 200

0

1

2-5

6-10

11-20

>20

Z irco n freq ue ncy (in %):

background image

ZIRCON IN HIGHLY EVOLVED HERCYNIAN HOMOLKA GRANITE, MOLDANUBIAN  ZONE                     155

ly visible cores of inherited nature. They are always darker

and with lower electron density, mainly due to their higher

Zr/Hf ratio and lower U content (see next paragraph), over-

rimed by lighter rim (Fig. 5A–D).

The cores exhibit either homogeneous, diffuse or oscilla-

tory zoning and are often oval in shape (Fig. 5A, B). In oth-

er  cases,  cores  show  primary  crystal  shape  but  are  clearly

incorporated in the outer parts of zircon (Fig. 5C, D). We es-

timate the proportion of the inherited zircon cores to be be-

tween 10 to 80 vol. %, 30 to 50 vol. % on average. Locally,

the inherited zircon cores or whole crystals exhibit oscilla-

tory zoning similar to that of zircons from the Lásenice and

especially Èímìø Granite (cf. Fig. 4A, B and Fig. 5D). Zir-

con  of  the  Homolka  medium-grained  granite,  porphyritic

granite and marginal pegmatite (HO-4, 6 and 7) is transpar-

ent and homogeneous to oscillatory zoned (Fig. 5A, B). On

the  contrary,  the  Homolka  aplite  and  fine-grained  granite

zircon (HO-5 and 8) is usually non-transparent and metam-

ict (Fig. 5C–F). Small anhedral to euhedral inclusions (up to

20 

µ

m in size) of monazite-(Ce), rarely xenotime-(Y), ferro-

columbite  and  uraninite  occur  in  both  oscillatory  and

metamict  zircon  (Fig.  5).  Monazite-(Ce)  and  xenotime-(Y)

from the Homolka granites occur only as tiny (up to 30 

µ

m

large) inclusions in zircon, often in or near inherited cores (Fig.

5A,  C,  D),  which  also  indicates  their  possible  partial  inherit-

ance  into  the  Homolka  rocks.  In  addition,  very  similar  tiny

monazite-(Ce) inclusions in zircon but also separate monazite-

(Ce) crystals (0.1–0.3 mm large) occur in the Èímìø Granite.

Chemical  composition

Representative  microprobe  compositions  of  zircon  are

given  in  Table  3.  The  Lásenice  and  Èímìø  granite  zircon

(HO-1 and 3) both show relatively uniform Hf contents in

their core (1.1 to 1.4 wt. % HfO

2

). Their P, U and Y contents

are  negligible.  The  outer  parts  of  zircon  show  generally

higher Hf contents than the cores: 1.4 to 1.6 and 1.9 to 2.6

wt.% HfO

2

 for the Lásenice and Èímìø granites respective-

ly, other trace elements are again low, only uranium of the

Èímìø zircon reaches up to 0.7 wt.% UO

2

. Zircon from the

subvolcanic  microgranite-porphyry  dykes  has  a  chemical

composition similar to that found in the host Lásenice and

Èímìø granites in Hf (1.1 to 2.1 wt.% HfO

2

), but with slight-

ly higher contents of P, U and Y at the margin of crystals.

The two different parts of Homolka zircon which are visi-

ble  under  BSE,  were  also  well  confirmed  by  EMPA.  The

Fig. 4. BSE microphotographs of zircon, locally with monazite-(Ce), rarely  xenotime-(Y) inclusions (white): A — Lásenice Granite, B

—  Èímìø Granite, C-D — microgranite–porphyry dyke.

background image

  156                                                                        UHER, BREITER, KLEÈKA and PIVEC

cores show generally low Hf (1.1–1.5 wt.% HfO

2

) and other

elements,  which  are  strikingly  similar  to  the  Lásenice  and

Èímìø  zircon.  On  the  other  hand,  the  outer  zone  could  be

characterized  by  extensive  enrichment  in  Hf,  and  locally

also P, U and Y. The fine-grained granite (HO-8) and aplite

(HO-5)  zircon  crystals  reach  the  maximum  Hf  contents:

4.8–12.3  and  4.1–6.4  wt.%  HfO

2

,  respectively  (Table  3).

The medium-coarse grained granite (HO-4), porphyric gran-

ite  (HO-6)  and  marginal  pegmatite  (HO-7)  display  lower

values: up to 3.5 wt.% HfO

2

. High uranium content is also

characteristic  for  the  outer  zircon  zone  of  the  Homolka

stock, and reaches 0.3 to 2.8 wt.% UO

2. 

 The maximal val-

ues are found again within crystals of the fine-grained gran-

ite and aplite.

Fig. 5. BSE microphotographs of zircon from the Homolka stock. A–D—older inherited zircon cores overrimed by younger Hf-rich zir-

con with monazite-(Ce), rarely  uraninite inclusions (white). E—metamict zircon with ferrocolumbite and uraninite inclusions (white).

F—detail of E: inclusions of ferrocolumbite (grey) and uraninite (white) in the host zircon (black).

background image

ZIRCON IN HIGHLY EVOLVED HERCYNIAN HOMOLKA GRANITE, MOLDANUBIAN  ZONE                     157

Zircon saturation temperature

Zircon saturation temperature (T

S

) was calculated according

to the partly modified formula of  Watson & Harrison (1983):

T

S

  [

o

C]  =  {12900/[ln(493000/(Zr

Σ

  –  Zr

i

)

ROCK

)  +  0.85M  +

2.95]} – 273,

where M = molar [(2Ca + Na + K)/(Si.Al)]

ROCK

, and Si + Al

+ Fe + Mg + Ca + Na + K + P = 1,

Zr

Σ

 

[ppm] — total concentration of Zr in the host rock,

Zr

i

 [ppm] — concentration of Zr in old inherited zircon of

the host rock.

The Zr

i

 value is estimated on the basis of  the proportion

of  inherited  zircon  (core  zone)  on  the  BSE  microphoto-

graphs, assuming that 100 % of the Zr in the host rock is in-

corporated into zircon and Zr concentrations in biotite, mus-

covite and feldspars are negligible. Thus, the (Zr

Σ

–Zr

i

)

ROCK

value  indicates  the  concentration  of  Zr  in  the  melt,  as  re-

quired in the equation of Watson & Harrison (1983). A simi-

lar  calculation  and  suggestion  was  used  by  Broska  et  al.

(1995) for the Southern Bohemian Batholith.

The calculated T

S

 are given in Table 4. On the basis of the

BSE observations, we have estimated the amount of inherit-

ed  and/or  core  zircon  to  be  30  to  50  %  for  the  Homolka

Granite. The presence of older inherited zircon is less evi-

dent for the Lásenice and Èímìø Granite and microgranite-

porphyry; we evaluate their amount between 20 to 50 % on

average. If we accept these ranges of amounts of inherited

zircon, T

S

 are following: 720 to 760 

o

C for the Èímìø and

640 to 680 

o

C for the Lásenice zircon, the subvolcanic mi-

crogranite-porphyry dykes gave T

= 690 to 730 

o

C and 610

to 650 

o

C for the Homolka stock.

Discussion and conclusions

The  zircon  typology  indicates  the  crystallization  of  the

Lásenice  and  Èímìø  granites  from  an  aluminium-rich  and

relatively low-temperature magma, which is also confirmed

by their saturation temperature interval (Table 4). Zircon ty-

pology  and  accessory  mineral  assemblage  with  monazite-

(Ce) + ilmenite ± andalusite (Table 1) agree well with their

S-type  geochemical  trend  (Liew  et  al.  1989;  Vellmer  &

Wedepohl  1994).  Their  chemical  composition,  especially

the weight Zr/Hf ratio near 40 is also characteristic for the

orogenic and calc-alkaline granite suites (Pupin 1992). The

zircon cores (up to 50 vol.%), interpreted as the remnants of

older  inherited  zircon,  are  in  accordance  with  crustal  pro-

toliths. Broska et al. (1995) estimated the amount of inherit-

ed  zircon  from  the  Eisgarn  Granite,  a  continuation  of  the

Èímìø type in Austria, at 40 to 60 % and T

S

 = 710–750 

o

C,

which is in a good agreement with our results.

The  zircon  typology,  internal  zonality  and  chemical

composition as well as the geochemical and mineralogical

characteristics  of  the  microgranite  to  granite  porphyry

dykes  are  similar  to  those  of  the    adjacent  Èímìø  and

Lásenice  granites.  They  do  not  belong  genetically  to  the

Homolka granites.

The  granitic  rocks  of  the  Homolka  stock  intruded  older

Lásenice and Èímìø granites. In addition, the latter type also

occurs as xenoliths up to 200 m in size in the Homolka me-

dium  to  coarse-grained  granite  (sample  HO-3).  Zircon  ty-

pology,  internal  texture  and  chemistry  clearly  document

some mass contribution of the older adjacent granitic mate-

rial to the younger Homolka magma. The zircon typology of

the Homolka granites also reveals the presence of “exotic”

zircon  types (L

1-2

, S

1-2

), which are practically identical to

the zircon typology of the Lásenice and Èímìø granites (Fig.

2). The Zr/Hf ratio of the inherited zircon in Homolka Gran-

ite  is  also  very  similar  to  the  Zr/Hf  zircon  ratio  of  the

Lásenice and Èímìø granites (Table 3). The common pres-

ence of older inherited zircons overrimed by younger rims is

a  widely  accepted  idea,  documented  recently  by  numerous

BSE,  electron  and  ion  microprobes  as  well  as  SHRIMP

data, where inherited partly dissolved cores gave apparently

older U-Pb ages than rims (Miller et al. 1992; Paterson et al.

1992). A very similar case of wall-rock derived zircon xe-

nocrysts has been documented in the neighbouring Freistadt

granodiorite in Austria (Finger et al. 1991) and the amount

of inherited zircon from the South-Bohemian pluton varies

between 10 and 70 % (Broska et al. 1995). The BSE study

of  the internal texture of the Homolka zircon revealed small

to large inherited cores (10 to 80, 30 to 50 vol.% on aver-

age),  often  oval  in  shape,  which  could  indicate  their  mag-

matic dissolution (Fig. 5), locally also discrete zircon xenoc-

rysts  occur  (HO-6,  7).  The  oscillatory  zoning,  presence  of

monazite-(Ce)  inclusions  and  chemical  composition  of  the

cores,  especially  their  low  Hf-content,  are  conspicuously

similar  to  the  zircon  of  the  Lásenice  and  especially  Èímìø

granites  (Table  3).  Thus,  we  suggest  that  zircon  cores  are

partly  dissolved  xenocrysts  inherited  from  the  mentioned

source  rocks.  In  addition,  it  is  not  excluded  that  at  least  a

part of the monazite-(Ce) and rarely xenotime-(Y) were also

incorporated  into  the  Homolka  magma  from  the  Èímìø

source.  A  possibility  of  the  inherited  nature  of  monazite-

(Ce)  and  xenotime-(Y)  cores  in  granites  is  a  less  common

phenomenon  than  in  the  case  of  zircon,  due  to  the  higher

solubility  of  these  phosphates  in  granitic  melt,  however

some BSE and discordant U-Pb data indicate this possibility

(Miller et al. 1992).

Consequently, our zircon study shows that the most prob-

ably  source  rocks  for  the  Homolka  zircon  cores  were  the

Lásenice and/or Èímìø-like granite, however a source from

some  older  metamorphic  rocks  of  the  Moldanubian  Unit

(gneisses,  granulites)  is  not  excluded.  The  field  and

geochemical  evidence  reveals  spatial  and  genetic  links  be-

tween the Èímìø and Homolka intrusions and the inherited

nature  of  the  Homolka  zircon  cores  corresponds  to  granite

evolution  in  the  South-Bohemian  (Moldanubian)  pluton.

The oldest Lásenice granite represents the first “minimum”

melt, very poor in accessory minerals, chemically expressed

by very low contents of HFSE and REE, it did not play a di-

rect genetic role in the origin of the Homolka Granite. The

younger Eisgarn Granite Suite was melted at a higher tem-

perature and fractionated according to the sequence: (1) Eis-

garn Granite s.s. with Èímìø type, (2) moderately fractionat-

ed  muscovite  granite  (Galthof  and  Lembach  types),  (3)

background image

  158                                                                        UHER, BREITER, KLEÈKA and PIVEC

strongly fractionated Homolka Granite (Breiter & Scharbert

1995).

Two basic processes could be suggested to explain the ori-

gin of the Homolka magma: (1) the partial low-degree dise-

quilibrium  melting  of  the  adjacent  Èímìø  Granite  with  un-

melted portions represented by zircon cores, or (2) advanced

magmatic  fractionaction  of  some  Èímìø-like  member  of  the

Eisgarn Granite Suite, eventually with some contamination of

the  magma  from  the  already  solidified  Èímìø  s.s.  Granite.

Both mechanisms could explain the presence of inherited zir-

con cores in the Homolka Granite.

We  prefer  the  advanced  magmatic  fractionaction  as  the

process leading to the origin of the Homolka Granite for the

following reasons:

(1)  The  origin  of  REE-depleted  S-type  leucogranites  via

disequilibrium dehydration melting of metapelites with mus-

Table 3: Representative compositions of zircon form the Lásenice Granite (HO-1), microgranite-porphyry dyke (HO-2), Èímìø (HO-3) Granite, and

Homolka granites (HO-4 to HO-8). For petrographic types, see Appendix. Oxides are in weight %, c:  cores, r: rims (HO-1 to 3), C: inherited cores in the

Homolka zircon, R: Hf-rich mainly rim parts of the Homolka zircon. Zr/Hf

w

: weight ratio, Hf #: atomic 100Hf/(Hf+Zr). Note the compositional identity

between c, r and C.

HO-1r

HO-2c

HO-3c

HO-4C

HO-4R

HO-6C

HO-6R

HO-8C

HO-8R

    HO-8R

P

2

O

5

0.11

0.08

0.01

0.00

0.75

0.08

0.71

0.65

0.16

0.75

SiO

2

31.87

31.83

32.48

32.39

31.42

32.30

31.71

31.32

31.82

30.78

ZrO

2

65.48

64.95

65.47

66.04

60.55

66.29

61.53

63.37

59.45

52.94

HfO

2

1.46

1.11

1.43

1.30

5.29

1.37

3.51

1.29

7.60

12.33

ThO

2

0.02

0.01

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.04

0.00

0.00

UO

2

0.07

0.00

0.06

0.06

0.83

0.00

0.31

0.29

0.43

0.56

Al

2

O

3

0.00

0.00

0.01

0.00

0.01

0.00

0.00

0.00

0.05

0.05

Fe

2

O

3

0.02

0.00

0.03

0.00

0.02

0.00

0.00

0.02

0.00

0.00

Sc

2

O

3

0.01

0.00

0.00

0.00

0.03

0.01

0.31

0.17

0.03

0.02

Y

2

O

3

0.04

0.00

0.00

0.00

0.58

0.00

0.18

0.54

0.00

0.44

Ce

2

O

3

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.03

0.00

0.00

0.01

0.01

Sm

2

O

3

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.03

0.00

0.00

0.00

Tb

2

O

3

0.01

0.05

0.00

0.00

0.03

0.01

0.00

0.00

0.02

0.00

Dy

2

O

3

0.02

0.05

0.00

0.04

0.06

0.03

0.01

0.00

0.02

0.00

Er

2

O

3

0.05

0.00

0.00

0.02

0.05

0.00

0.02

0.05

0.05

0.03

Yb

2

O

3

0.03

0.00

0.03

0.00

0.06

0.01

0.04

0.04

0.01

0.02

CaO

0.00

0.02

0.01

0.01

0.00

0.00

0.01

0.02

0.02

0.04

F

0.10

0.01

0.00

0.06

0.00

0.00

0.20

0.01

0.06

0.00

Cl

0.01

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Total

99.26

98.11

99.54

99.89

99.68

100.13

98.49

97.81

99.70

97.97

Formulae based on 16 oxygens

P

5+

0.012

0.008

0.001

0.000

0.080

0.008

0.075

0.069

0.017

0.083

Si

4+

3.953

3.982

4.005

3.984

3.943

3.968

3.964

3.932

4.016

4.017

Zr

4+

3.961

3.962

3.937

3.961

3.705

3.971

3.751

3.879

3.658

3.369

Hf

4+

0.052

0.040

0.050

0.046

0.189

0.048

0.125

0.046

0.274

0.459

Th

4+

0.001

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.001

0.000

0.000

U

4+

0.002

0.000

0.002

0.002

0.023

0.000

0.009

0.008

0.012

0.016

Al

3+

0.000

0.000

0.001

0.000

0.001

0.000

0.000

0.000

0.007

0.008

Fe

3+

0.002

0.000

0.003

0.000

0.002

0.000

0.000

0.002

0.000

0.000

Sc

3+

0.001

0.000

0.000

0.000

0.003

0.001

0.034

0.019

0.003

0.002

Y

3+

0.003

0.000

0.000

0.000

0.039

0.000

0.012

0.036

0.000

0.031

Ce

3+

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.001

0.000

0.000

0.000

0.000

Sm

3+

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.001

0.000

0.000

0.000

Tb

3+

0.000

0.002

0.000

0.000

0.001

0.000

0.000

0.000

0.001

0.000

Dy

3+

0.001

0.002

0.000

0.002

0.002

0.001

0.000

0.000

0.001

0.000

Er

3+

0.002

0.000

0.000

0.001

0.002

0.000

0.001

0.002

0.002

0.001

Yb

3+

0.001

0.000

0.001

0.000

0.002

0.000

0.002

0.002

0.000

0.001

Ca

2+

0.000

0.003

0.001

0.001

0.000

0.000

0.001

0.003

0.003

0.006

F

-

0.039

0.004

0.000

0.023

0.000

0.000

0.079

0.004

0.024

0.000

Cl

-

0.002

0.002

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

O

2-

15.959

15.994

16.000

15.977

16.000

16.000

15.921

15.996

15.976

16.000

å cat.

7.989

7.999

8.002

7.995

7.993

7.999

7.975

7.998

7.995

7.993

Zr/Hf

w

39.1

51.1

40.0

  44.3

  10.0

  42.2

  15.3

42.9

  6.83

  3.75

Hf #

  1.30

  1.00

  1.25

    1.15

    4.85

    1.19

    3.22

 1.17

  6.97

   12.0

Table  4:  Zircon saturation temperatures of studied granites,  cal-

culated for 20 and 50 % (HO-1 to 3) or 30 and 50 % (HO-4 to 7) of

inherited  zircon.  For details see the text.

 

  Lásenice

HO-1

640-680 °C

   felsic dyke

HO-2

690-730 °C

   Èímìø

HO-3

720-760 °C

   Homolka

HO-4

620-650 °C

HO-6

610-630 °C

HO-7

620-640 °C

covite and/or biotite breakdown is suggested by some authors

(e.g.  Nabelek  &  Glascock  1995)  but  these  granites  do  not

reach  a  geochemical  specialization  (extreme  Li,  Rb,  Cs,  Ta

and P contents) similar to that of Homolka. On the contrary,

magmatic fractionaction is suggested as the main process for

background image

ZIRCON IN HIGHLY EVOLVED HERCYNIAN HOMOLKA GRANITE, MOLDANUBIAN  ZONE                     159

highly evolved P-rich albite-Li-mica-topaz granites (Cuney et

al.  1992;  Breiter  et  al.  1997)  with  mineralogical  and

geochemical analogies to the Homolka Granite (Tables 1, 2).

The Hf-content of zircon from some Homolka members, es-

pecially  from  the  fine-grained  granite  locally  reached  very

high values, up to 12.3 wt.% HfO

2

 (Table 3). These unusually

high Hf values and low Zr/Hf ratios reflect an extreme frac-

tionation level of the Homolka granites, similar Hf concentra-

tions are typical only for extremely fractionated rare-element

granitic pegmatites (Èerný et al. 1985) or for highly evolved

rare-element granites. For example, zircon from the Beauvoir

Granite,  France,  contains  up  to  19  wt.%  HfO

2

  (Wang  et  al.

1992), zircon from Ta-rich granite related felsic dykes from

the  Central  Eastern  Desert,  Egypt,  also  contains  up  to  25

wt.% HfO

2

 (Renno 1995) and zircon from the apical part of

the  Suzhou  granite,  China,  reaches  up  to  35  wt.%  HfO

2

(Wang et al. 1996). In contrast, zircon from the marginal peg-

matite  (stockscheider)  of  the  Homolka  stock  is  surprisingly

Hf-poor: only 1.7–2.5 wt.% HfO

2

 in the outer part of the crys-

tals. We explain this fact by the extensive influence of sec-

ondary contamination and the resulting dilution of Hf-richer

pegmatite magma by the adjacent Hf-poor Èímìø Granite.

(2) The zircon typology and saturation temperature (T

S

) of

the Homolka stock indicate highly alkaline and low tempera-

ture, volatile-rich magma. Calculated T

S

 between ca. 600 and

650 

o

C is interpreted as the temperature of magmatic zircon

saturation from the parental magma. These temperatures are

too  low  for  disequilibrium  melting  of  source  rock  of

metapelite  or  similar  composition  by  muscovite  or  biotite

breakdown,  where  a  temperature  around  850–875 

o

C  is  re-

quired for extensive fluid-absent melting and a melt propor-

tion below 850 

o

C is too small to move and form an indepen-

dent pluton (Vielzeuf & Holloway 1988). On the other hand,

low magmatic temperatures are easily compatible with exper-

imental data on the highly evolved P, F, B-rich felsic magmas,

e.g.  Macusani  glass,  Peru,  rare-element  pegmatites  (Picha-

vant et al. 1988; London et al. 1989; London 1992) and high-

ly  evolved  granites,  such  as  the  Beauvoir  Granite,  France

(Cuney et al. 1992).

Acknowledgements: The autors thank B. Bonin, I. Broska

and  an  anonymous  referee  for  helpful  comments  that  im-

proved  the  manuscript.  The  study  was  supported  by  a

NSERC Scientific Grant (Canada) to P. Èerný during PDF

of P.U. and a VEGA Grant No. 4078 (Slovakia) to I. Petrík.

The paper is a contribution to the IGCP Project No. 373.

Appendix: sample description

HO-1: Muscovite-biotite granite, Lásenice type.

HO-2:  Felsic granite porphyry dyke, Terezský Dvùr.

HO-3: Muscovite-biotite porphyritic granite, Èímìø type, xenolith in

            the Homolka body.

HO-4: Muscovite granite, Homolka type.

HO-5: Aplite dyke, Homolka type.

HO-6: Porphyritic granite, Homolka type.

HO-7: Marginal pegmatite (stockscheider), Homolka type.

HO-8: Fine-grained muscovite granite, Homolka type.

The location of all samples (with the exception of HO-2) is the Homolka
Hill area, 5 km SSE from Lásenice village (Fig. 1).

References

Breiter K. & Scharbert S., 1995: The Homolka magmatic centre —

an  example  of  Late  Variscan  ore  bearing  magmatism  in  the

Southbohemian Batholith (Southern Bohemia, Northern Aus-

tria). Jb. Geol. B.-A., 138, 9–25.

Breiter K., Frýda J., Seltmann R. & Thomas R., 1997: Mineralogical

evidence  for  two  magmatic  stages  in  the  evolution  of  an  ex-

tremely fractionated P-rich rare-metal granite: the Podlesí stock,

Krušné Hory, Czech Republic. J. Petrology, 38, 1723–1739.

Broska I., Gerdes A., Haunschmid B., Schindlmayr A. & Finger F.,

1995:  Magma  temperatures  in  the  Southern  Bohemian

Batholith estimated on the basis of zircon solubility. EUG 8,

Strasbourg–Abstracts, 143.

Èerný P., Meintzer R.E. & Anderson A.J., 1985: Extreme fraction-

action in rare-element granitic pegmatites: selected examples

of data and mechanisms. Canad. Mineralogist, 381–421.

Cuney  M.,  Marignac  C. &  Weisbrod  A.,  1992:  The  Beauvoir  to-

paz-lepidolite albite granite (Massif Central, France): the dis-

seminated  magmatic  Sn-Li-Ta-Nb-Be  mineralization.  Econ.

Geol., 87, 1766–1794.

Finger  F.,  Friedl  G.  &  Haunschmid  B.,  1991:  Wall-rock-derived

zircon  xenocrysts  as  important  indicator  minerals  of  magma

contamination  in  the  Freistadt  granodiorite  pluton,  Northern

Austria. Geol. Carpathica, 42, 67–75.

Fleischer M., 1955: Hafnium content and hafnium-zirconium ratio

in minerals and rocks. U. S. Geol. Surv. Bull., 1021A, 1–13.

Frýda J. & Breiter K., 1995: Alkali feldspars as a main phosphorus

reservoirs in rare metal granites: three examples from the Bo-

hemian Massif (Czech Republic). Terra Nova, 7, 315–320.

Kleèka  M.  &  Rajlich  P.,  1984:  Subhorizontal  shear  zones  at  the

mantle  and  western  periphery  of  the  Central  massif  of  the

Moldanubian Pluton. Vìst. ÚÚG, 59, 275–282 (in Czech).

Liew T.C., Finger F. & Höck V., 1989: The Moldanubian granitoid

plutons  of  Austria:  chemical  and  isotopic  studies  bearing  on

their environmental setting. Chem. Geol., 76, 41–55.

Litochleb J., Holovka D. & Èerný P., 1991: New results about fluo-

rite mineralization in surrounding of Jindøichùv Hradec. Sbor.

Jihoèes. Muz., Pøír. Vìdy, 31, 105–117 (in Czech).

Lochmann V., 1992: Investigation of a Sn-W mineralization in the

SE surroundings of Lásenice near Jindøichùv Hradec. Unpubl.

MSc.  Thesis,  Faculty  of  Sci.,  Charles  Univ.,  Praha,  1–74  (in

Czech).

London D., 1992: The application of experimental petrology to the

genesis  and  crystallization  of  granitic  pegmatites.  Canad.

Mineralogist, 30, 499-540.

London D., Morgan G.B. & Hervig R.L., 1989: Vapor-undersatu-

rated  experiments  with  Macusani  glass  +  H

2

O  at  200  MPa,

and the internal differentiation of granitic pegmatites. Contr.

Mineral. Petrology, 102, 1–17.

Lyakhovich V.V., 1968: Accessory minerals. Nauka, Moscow, 1–

276 (in Russian).

Miller  C.F.,  Hanchar  J.M.,  Wooden  J.L.,  Bennett  V.C.,  Harrison

T.M.,  Wark  D.A.  &  Foster  D.A.,  1992:  Source  region  of  a

granite  batholith:  evidence  from  lower  crustal  xenoliths  and

inherited  accessory  minerals.  Trans.  Roy.  Soc.  Edinburgh:

Earth Sci., 83, 49–62.

Nabelek  P.I.  &  Glascock  M.D.,  1995:  REE-depleted  leucogranites,

Black Hills, South Dakota: a consequence of disequilibrium melt-

ing of monazite-bearing schists. J. Petrology, 36, 1055–1071.

Paterson  B.A.,  Stephens  W.E.,  Rogers  G.,  Williams  I.S.,  Hinton

R.W. & Herd D.A., 1992: The nature of zircon inheritance in

two granite plutons. Trans. Roy. Soc. Edinburgh: Earth Sci.,

83, 459–471.

Pichavant M., Kontak D.J., Herrera J.V. & Clark A.H., 1988: The

Miocene-Pliocene Macusani volcanics, SE Peru. I. Mineralogy

background image

  160                                                                        UHER, BREITER, KLEÈKA and PIVEC

and magmatic evolution of a two-mica aluminosilicate-bearing

ignimbrite suite. Contr. Mineral. Petrology, 100, 300–324.

Pouchou J.L. & Pichoir F., 1985: “PAP” procedure for improved

quantitative microanalysis. Microbeam Anal., 20, 104–105.

Pupin  J.-P.,  1980:  Zircon  and  granite  petrology.  Contr.  Mineral.

Petrology,73, 207–220.

Pupin J.-P., 1992: Les zircons des granites océaniques et continen-

taux:  couplage  typologie-géochimie  des  éléments  en  traces.

Bull. Soc. Géol. France, 163, 495–507.

Renno  A.D.,  1995:  The  albite  granites  of  the  Central  Eastern

Desert (Egypt): The evolution of a hot and dry granulite-de-

rived melt to a pegmatoid intrusion. In: The origin of granites

and  related  rocks.  Third  Hutton  Symposium,  Abstracts.  U.S.

Geol. Survey Circular, 1129, 125.

Vavra G., 1990: On the kinematics of zircon growth and its petro-

genetic  significance:  a  cathodoluminescence  study.  Contr.

Mineral. Petrology, 106, 90–99.

Vellmer C. & Wedepohl K.H., 1994: Geochemical characterization

and  origin  of  granitoids  from  the  South  Bohemian  Batholith

in Lower Austria. Contr. Mineral. Petrology, 118, 13–32.

Vielzeuf D. & Holloway J.R., 1988: Experimental determination of

the fluid-absent melting relations in the pelitic systems. Con-

sequences for crustal differentiation. Contr. Mineral. Petrolo-

gy, 98, 257–276.

Wang R.C., Fontan F. & Monchoux P., 1992: Minéraux disséminés

comme  indicateurs  du  caractére  pegmatitique  du  granite  de

Beauvoir, massif  ïÉchassiéres, Allier, France. Canad. Miner-

alogist, 30, 763–770.

Wang R.C., Fontan F., Xu S.J., Chen X.M. & Monchoux P., 1996:

Hafnian  zircon  from  the  apical  part  of  the  Suzhou  granite,

China. Canad. Mineralogist, 34, 1001–1010.

Watson  E.B.  &  Harrison  T.M.,  1983:  Zircon  saturation  revisited:

temperature  and  composition  effects  in  a  variety  of  crustal

magma types. Earth Planet. Sci. Lett., 64, 295–304.