background image

GEOLOGICA CARPATHICA, 49, 4, BRATISLAVA, AUGUST 1998

271–287

PECULIAR TYPES OF THIN VEINS IN THE MESOZOIC

CARBONATES AND SILICITES OF THE WESTERN CARPATHIANS

MILAN  MIŠÍK

Department of Geology and Paleontology, Faculty of Science, Comenius University, Mlynská dolina,

842 15 Bratislava, Slovak Republic

(Manuscript received  March 9, 1998; accepted in revised form June 16, 1998)

Abstract: Many veinlets in carbonate rocks considered as open crack fillings, are the result of recrystallization (dashed

veinlets formed by the shear, whitened veinlets). Synsedimentary and early diagenetic veinlets may be folded in a soft

sediment deformation or deformed by brittle fragmentation. They may also fill desiccation cracks, bedding – parallel

joints and synsedimentary cracks with internal sediment (microdykes). Synaeretic cracks in bedded silicites and nodular

cherts can be filled with calcite partially infiltrating the still reactive silica mass (pearl-string type veinlets, bordered

veinlets), filled by chalcedony, or can disappear being healed by neighbouring silica mass. Relative dating of veinlets

with  regard  to  the  formation  of  authigenic  minerals,  formation  of  chert  nodules,  conglomerate  deposition,  calcite

twinning, microstylolites etc. is possible. Authigenic quartz, feldspars, pyrite, illite, baryte, fluorite and galena found

in calcite veinlets are mentioned. From the commonly occurring dedolomitized saddle dolomite in calcite veinlets, the

burial depth of the Krížna Nappe was estimated.

Key words: Western Carpathians, Mesozoic, silicites, limestones, dolomites diagenesis, synsedimentary cracks, veinlets.

Introduction

Veinlets register a lot of the geological history of carbonate and

silicite complexes since their deposition through early diagene-

sis and deep burial up to their final uplift to subsurface depth.

They reflect strain field, tectonic events, render possible the es-

timation of the burial depth, record changes in the composition

of fluids. This contribution is focused upon the types of vein-

lets  derived  from  thin-section  study  and  the  perspectives  for

further investigations. The types of veinlets recognized in the

following paper are summarized in the Fig. 1.

Questions  concerning    veins  are  dispersed  in  many  pa-

pers. A review of them can be found in Groshong (1988).

Types of veinlets

Recrystallization  veinlets.  According  to  the  current

opinion thin veins in limestones originated by the filling of

opened cracks that is by filling of an empty space. In an older

contribution (Mišík 1971) I demonstrated that a considerable

part of these veinlets of millimetres thickness was formed by

recrystallization.  That  is  clear  mainly  in  such  cases  when

fossils  (bioclasts)  cross  the  veinlet  without  being  torn  and

both their ends put off, e.g. the aptychus at the Pl. I: Fig. A.

The upper veinlet seems to be formed still in the unlithified

sediment and the fossil could have been torn off the matrix.

Relics of echinoderm plates are frequently preserved in the

recrystallized veinlets (Pl. I: Fig. B). They originated mostly

as so-called dashed veinlets (see in the further text). The pen-

etration  of  the  echinoderm  plate  into  the  veinlet  on  Pl.  I:

Fig. C is clearly visible, the recrystallization (removal of in-

clusions) was perfect and the dashed structure totally disap-

peared. Another veinlet (Pl. I: Fig. D) also seems to repre-

sent  a  normal  filled  crack  but  it  branches  by  entering  the

crinoidal plate and so betrays its origin by the coalescence

of thin veinlet array.

Several veinlets caused only lightening of the crossed part

of  fossil  (aptychus  —  Pl.  I:  Fig.  E,  echinoderm  plates  and

ooids — Pl. I: Fig. F), see further as whitened veinlets. The

fibrous  calcite  aggregate  of  the  veinlet  crossed  by  undis-

turbed juvenile bivalves (Pl. II: Fig. A) also belong to the re-

crystallization veinlets.

Dashed veinlets (definition by Mišík 1971) originated by

recrystallization, by amalgamation of an array of subparallel

hair-thin veinlets formed by the shear. Their origin was later

explained by Ramsay (1980) by the crack-seal-mechanism (re-

peated cracking and sealing). Bons & Jessell (1997) suggested

an alternative explanation of fibrous veins, formed by diffu-

sional  transport,  by  dissolution-precipitation  creep,  without

fracturing. Our cases indicate the origin of dashed  veins from

an  array  of  thin  subparallel  cracks  which  is  not  compatible

with the process supposed by Bons & Jessell (1997).

A considerable part of the thickness of dashed veins pro-

ceeds from the recrystallization of the micritic host rock. The

remnants of micrite dividing former subparallel veinlets are

concentrated in stripes or only as inclusion trails parallel to

the vein (Pl. II: Figs. B–E; Pl. III: Fig. A). Some larger cal-

cite grains were totally cleaned of  these remnants during the

recrystallization (aggrading neomorhism, Folk 1965), while

they are well preserved in the neighbouring grains(Pl. II: Fig.

C). The new-formed aggregates use to have a columnar or fi-

brous structure with fibres normal to the veinlet walls. The

origin of the asbestos-like calcite aggregate could  probably

have  been  initiated  by  the  process  of  forming  the  array  of

very thin veinlets as can be seen in Pl. III: Figs. B, C. Some

background image

272                                                                                                   MIŠÍK

of  dashed,  originally  fibrous  veinlets  can  acquire  after  re-

crystallization an aspect of elongated-blocky veins of Fisher

& Brantley (1992).

The mutually cut dashed veinlets register the change in the

direction of extension (Pl. II: Fig. F). The dashed veinlets are

sometimes  folded  (Pl.  III:  Fig.  D),  perhaps  contraction  af-

fected still semiconsolidated and later compacted sediment.

The dashed veinlets also occur in dolomites. In the two fol-

lowing cases the remnants of dashed structure were preserved

due to authigenic quartz replacing a part of the veinlet before

its final recrystallization (e.g. in a Carboniferous dolomite —

Pl.  II:  Fig.  E  and  the  Triassic  dolomite  —  Pl.  III:  Fig.  F).

These examples again show that the recrystallized veinlets are

much more wide spread than was estimated before, because

frequently no phantoms of their dashed nature were preserved.

Recrystallized  dashed  veinlets  also  occur  in  silicites,  e.g.

quartz veinlet in Triassic radiolarites (Pl. IV: Figs.  A, B), cal-

cite veinlet in Oxfordian radiolarites (Pl. IV: Figs. C–E). An

albitic dashed veinlet was exceptionally found in the acid tuf-

fites.  Similar  veinlets  were  illustrated  by  Ramsay  &  Huber

from greywackes (1987, Fig. 25.16) and calcareous phyllites

(Fig. 25.17). Augustithis (1973, Fig. 12.12) illustrated dashed

veinlets from granites; he explained them surprisingly as col-

loform structures.

Bordered veinlets belong to a rare type. They represent a

combination of normal veinlet with recrystallization veinlet.

Their  central  part  originated  by  filling  of  an  empty  space

(open crack) and lacks inclusions. The recrystallization part

was developed along both sides by replacement of the sedi-

ment  and  therefore  is  full  of  inclusions.  Bordered  veinlets

were found in limestones (Pl. IV: Fig. F), radiolarites (Pl. IV:

Fig. G), and chert nodules (Pl. V: Fig. A).

Whitened veinlets. In these cases the recrystallization is

manifested by whitening (removal of inclusions during the

recrystallization) of the matrix, ooids and bioclasts crossed

by the veinlet in limestone (Pl. I: Fig. F). In another case the

recrystallization veinlet cleared an aptychus by removing of

its pigment without tearing it (Pl. I: Fig. E).

Limpid phantom veinlets occur very frequently in the do-

lomites (Pl. V: Fig. B). They possess sharp boundaries but

pass  independently  of  the  new-formed  mosaic  of  larger

grains (aggrading neomorphism). They are phantoms of nor-

mal  veinlets  filled  with  clear  dolomite  cement  which  lost

their  individuality  during  the  recrystallization  of  the  dolo-

mite  rock.  The  same  explanation  was  suggested  by  Bose

(1979, p. 690, Fig. 8F).

Granulation veinlets in dolomites, in contrast to the pre-

ceding category, originated by degrading neomorphism (Folk

1965). They represent thin zones of the tectonic trituration of

a coarser-grained dolomite (Pl. V: Fig. C). The pseudodolo-

micritic  matrix  of  dolomite  tectonic  breccias  originated  by

increasing the amount of their products.

Syngenetic (or very early diagenetic) veinlets deserve spe-

cial attention. Five types of them will be described.

Veinlets folded by compaction are frequent in marls and

marly limestones (Pl. III: Fig. D), but also occur in rapidly

accumulated silicites. Two examples will be mentioned. Tri-

Plate  I:  Thin-section  microphotographs  in  plane-polarized  light.

Fig. A. Aptychus crosses the upper recrystallization veinlet without

being disturbed; it was partly dislocated in the lower one. Upper Ti-

thonian  limestone,  Manín  Unit,  klippe  Butkov,  6.  gallery.  Magn.

43

×

. Fig. B. Recrystallization veinlet formed by the coalescence of

parallel hairline cracks shown by the remnants of dashed structure

in the place where it is crossed by the crinoidal plate. Liassic lime-

stone,  Krížna  Nappe,  Donovaly,  Nízke  Tatry  Mts.  Magn.  55

×

.

Fig. C.  Partial  penetration  of  an  echinoderm  plate  in  a  calcite  re-

crystallization veinlet shows that it did not originate  from an open

crack.  Upper  Tithonian  limestone,  Manín  Unit,  Butkov,  borehole

LC-5, 25 m. Magn. 55

×

. Fig. D. Recrystallization veinlet penetrat-

ing the crinoidal plate. The ghosts of its pore structure and preced-

ing  thin  veinlets  array  are  visible  inside  the  veinlet.  Liassic  lime-

stone,  Krížna  Nappe,  Donovaly,  Nízke  Tatry  Mts.  Magn.  43

×

.

Fig. E. Recrystallization veinlet crossed by aptychus. At the cross-

ing the aptychus lost pigment during the recrystallization (whitened

veinlet). Tithonian limestone, Krížna Nappe, Padlá Voda near Smo-

lenice,  Malé  Karpaty  Mts.  Magn.  43

×

.  Fig.  F.  Whitened  veinlets

with  phantoms  of  crossed  ooids  and  bioclasts  (their  pigment  was

partly  removed  during  the  recrystallization).  Rhaetian  limestone,

Krížna Nappe, loc. 114 near Rajec, Malá Fatra Mts. Magn. 20

×

.

Fig. 1. Described types of veinlets.

background image

PLATE I                                                                                                    273

background image

274                                                                                                 PLATE II

background image

PECULIAR TYPES OF THIN VEINS IN THE MESOZOIC CARBONATES AND SILICITES                             275

assic radiolarites of the Meliata Unit are sometimes associ-

ated with hematite and baryte deposits proceeding from hy-

drotherms penetrating through the ocean bottom. Deforma-

tions  of  the  net  of  chalcedony  veinlets  caused  by  the

movement of non-consolidated mass have been found at the

locality Bradlo (Pl. V: Fig. D). Another case is represented

by the Oxfordian radiolarites (Pl. V: Fig. E), from the locali-

ty Trstená bowling alley (Mišík et al. 1991a). The participa-

tion  of  hydrotherms  in  the  silica  accumulation  was  docu-

mented  there  by  rare  baryte  crystals,  roof-like  lifting  of

radiolarite  laminae  by  ascending  fluids  (Pl.  V:  Fig.  F)  and

large  spheroids  (their  sole  locality  in  Slovakia).  From  the

folded vertical veinlet (Pl. V: Fig. E) compaction at least 20

% can be deduced. In other localites radiolarites were depos-

ited  slowly  (about  5  mm/1000  y)  and  do  not  contain  such

compactional deformations.

Extremely folded calcite veinlets were found in a Mn-crust

from the Oxfordian limestone (Pl. VI: Figs. A, B). It is an ex-

ceptional  case  for  Mn-crust.  The  early  filled  dehydratation

cracks  were  deformed  by  the  movement  of  semiconsolidated

colloidal mass rapidly accumulated by supposed hydrotherms.

Fragmented  veinlets  originated  by  breaking  of  a  rigid

veinlet  within  the  semiconsolidated  mass.  The  doubling  of

part of a veinlet may be documented from the above men-

tioned radiolarite locality Bradlo (Pl. VI: Fig. C). The second

locality  for  radiolarites  at  Trstená  bowling-alley  also  con-

tains fragmented syngenetic veinlets (Pl. VI: Fig. E). Such

broken  veinlets  also  illustrated  Soták  &  Ožvoldová  (1993,

pl.  XXXII:  Figs.  1–2)  from  the  radiolarites  of  the  Car-

pathian Flysch Belt and Hattori et al. (1996, Fig. 6A, p. 169)

from the Japanese Miocene silicites.  Fragmented syngenet-

ic  veinlets  rarely  occurred  in  spiculite  limestone  (Pl.  VI:

Fig. D) and fresh-water Upper Cretaceous limestone (Pl. VI:

Fig. E — with imbricated fragments).

Desiccation veinlets were formed during temporary emer-

sion,  e.g.  circular  veinlets  from  dehydratation  cracks  in

fresh-water limestone (Pl. VI: Fig. G), or from cracked litho-

clasts in the Keuper Dolomite (Pl. VII: Fig. C). Veins paral-

lel to the bedding filled with prismatic or fibrous calcite ag-

gregate were named sheet cracks by Fischer (1964, p.114).

In the Western Carpathians they occur in dolomites (Pl. VII:

Fig. D); the cases of their partial erosion support their origin

near the surface.

Dewatering veinlets and voids may be formed within the

covered sediment, e.g. circular cracks in a coal fragment (Pl.

VII:  Fig.  A),  in  limestone  (Pl.  VII:  Fig.  B  —    perhaps

formed  due  to  fluid  overpressure).  Subaqueous  shrinkage

cracks were described Donovan & Foster (1972).

Veinlets  from  the  dehydratation  of  opal-chalcedony

mass. Shrinkage cracks sealed usually by chalcedony occur

in radiolarites (Pl. V: Fig. D) or chert nodules (Pl. VII: Fig.

E —  some parts of the veinlets are filled with calcite, others

with chalcedony). More examples will be demostrated fur-

ther by discussing syngenetic veinlets in chert nodules.

Syngenetic neptunic microdykes also represent the prod-

ucts of syngenetic cracking of sediment. If such cracks were

partly filled by sediment and the remaining space by calcite,

a  polarity  structure  originated  (Pl.  VII:  Fig.  F).  Neptunian

microdykes filled with sediment of a different age (Pl. VIII:

Fig. A) are not the subject of this contribution. A special case

was registered in  Pl. VII: Fig. G where the infilling of a mi-

crodyke  was  repeatedly  cracked  forming  an  array  of  very

thin veinlets parallel to the microdyke walls.

Timing of veinlet formation

Timing of veinlets in the conglomerates. It is possible to

discern three groups of veinlets: (1) preconglomerate veinlets

occur only in the pebbles, they reflect older tectonic process-

es (Pl. VIII: Fig. D), (2) synchronous with the deposition —

these veinlets proceed from the cracking of pebbles under the

load (Mišík et al. 1991a,b,c), the matrix was entrained in the

cracks  and  the  rest  eventually  filled  by  calcite  cement  (Pl.

VIII: Figs. A, C), (3) post-depositional veinlets formed after

the  solidification  of  the  conglomerate;  they  cross  not  only

pebbles but also the matrix in parallel systems.

Timing  of    veinlets  formation  in  chert  nodules.  Three

groups  can  be  defined:

(1)  Pre-chert  calcite  veinlets  limit  in  straight  lines  the

chert nodules in thin sections; they represented an obstacle to

the growth of the nodule and stopped the migrating silica so-

lutions (Pl. VIII: Figs. E, F). They are very frequent. The op-

posite  case  of  pre-chert  shear  joints  serving  for  the  small

chert accumulations was observed only once (Pl. IX: Fig. A).

It might be a case of diastasis cracks (Cowan & James 1992)

originated by differential mechanical behaviour of interlay-

ered stiff mud under stress.

(2) Syngenetic veinlets, already mentioned (Pl. VII: Fig.

E), were formed in the stage when silica accumulation con-

tained a considerable amount of water and was still reactive.

Solutions of calcium bicarbonate penetrated in the submicro-

scopic synaeretic cracks, calcite rhombs grew from them as

if hanging on a string (Pl. IX: Figs. C, E) — pearl-string

type of veinlets (Mišík 1971, 1993). Radiolarians were filled

by  calcite  monocrystal  but  only  in  their  immediate  neigh-

bourhood (Pl. IX: Fig. D).

Plate II: Fig. A. Shells of juvenile bivalves cross the recrystalliza-

tion  veinlet,  formed  by  fibrous  calcite,  without  being  torn  in  two

pieces. Middle Triassic limestone, Choè Nappe, quarry near Èierna,

Strážovské vrchy Mts. Magn. 43

×

. Fig. B. Dashed veinlets with par-

allel  inclusions  of  the  marly  micritic  limestone,  originated  by  re-

crystallization  from  parallel  hairline  fractures  (crack-seal  mecha-

nism).  Neocomian  limestone,  Manín  Unit,  Butkov.  Magn.  43

×

.

Fig. C.  Vestige  of  dashed  structure;  the  impurities  were  partly  re-

moved by aggrading crystallization. The same locality. Magn. 43

×

.

Fig.  D.  Rare  remnants  of  the  dashed  structure  make  it  possible  to

identify  a  recrystallization  veinlet.  Thin  section  from  a  pebble  of

Barremian – Lower Aptian limestone in the Cenomanian conglom-

erate. Shear cracks with the following recrystallization veinlet were

formed  in  the  time  span  Upper  Aptian  –  Albian.  Manín  Unit,

Praznov. Magn. 43

×

.  Fig. E. Remnants of dashed structure near the

lower margin of the veinlet and neighbouring parallel hairline vein-

lets betray the recrystallization. Neocomian marly limestone, Kysu-

ca Unit of the Klippen Belt, Horné Sànie. Magn. 43

×

. Fig. F. Array

of  subparallel  veinlets  penetrated  by  a  dashed  veinlet.  Neocomian

limestone, Manín Unit, Butkov, gallery 6, 32 m. Magn. 23

×

.

background image

276                                                                                                   PLATE III

background image

PLATE IV                                                                                                   277

background image

278                                                                                                   PLATE V

background image

PLATE VI                                                                                                   279

background image

280                                                                                              PLATE VII

background image

PECULIAR TYPES OF THIN VEINS IN THE MESOZOIC CARBONATES AND SILICITES                             281

Plate III: Fig. A. Another thin vein which did not originate by the filling of an open crack. The true extension was only about half the thick-

ness of this dashed veinlet. Pebble of the Upper Tithonian limestone from the Eocene Strihovce Conglomerate, Magura Unit of the Flysch

Belt. Starina. Magn. 30

×

. Fig. B. New-formed calcite fibres approximately perpendicular to the array of hairline veinlets. Pebble of the Se-

nonian limestone from the Lower Miocene Jablonica Conglomerate. Prievaly. Magn. 30

×

.  Fig. C. Calcite fibres (pseudosparite) grown per-

pendicularly to the array of hairline cracks. Norian Hallstatt Limestone, Silica Nappe, Silická Brezová. Magn. 55

×

. Fig. D. Folded dashed

veinlet indicates that the crack-and-seal mechanism took place still in a non-consolidated sediment. Lower Tithonian marly limestone, up-

permost nappe, quarry in Šipkovský Haj near Krajné, Èachtické Karpaty Mts. Magn. 30

×

. Fig. E. Thin calcite vein partially replaced by au-

thigenic quartz (white). Remnants of the dashed structure are preserved only in quartz due to the early replacement. Upper Visean – Lower

Namurian dolomite, Gemeric Superunit, Ochtiná. Magn. 30

×

. Fig. F. Part of a carbonate veinlet in dolomite was early replaced by the authi-

genic quartz; its dashed structure was preserved only there. Pebble of Triassic dolomite in the Albian Ludrová Conglomerate, Tatric Super-

unit, Malá Magura Succession. Èavoj-20. Strážovské vrchy Mts. Magn. 95

×

.

Plate IV: Fig. A. Quartz dashed veinlet in the radiolarite. Ladinian-Carnian of the Meliata Unit, Bradlo, South-Slovak Karst. Magn. 55

×

. Fig.

B. The same in cross-polarized light; perpendicularly recrystallized quartz grains are clearly visible. Fig. C. Dashed calcite veinlet in the ra-

diolarite, formed by coalescence of hairline cracks. Oxfordian radiolarites of the Pieniny Succession, Klippen Belt, Dúbrava near Stará Turá.

Magn. 48

×

. Fig. D. Dashed calcite veinlet in the radiolarite. Oxfordian of the Pieniny Succession, Klippen Belt, Trstená bowling alley. Magn.

48

×

. Fig. E. Calcite dashed veinlet in a radiolarite. Recrystallization of hairline veinlets to perpendicular calcite fibres and prismatic grains

eliminated the dashed structure except for some remnants of host rock in the calcite vein. The same locality. Magn. 30

×

. Fig. F. Bordered

veinlet in dolomitic limestone. Its pigmented margins were formed by syntaxial growth of calcite grains from the veinlet at the expense of the

host rocks, partially dolomitized limestone. Anisian Gutenstein Limestone, Tatric Succession, Ve¾ký Kriváò, Malá Fatra Mts. Magn. 25

×

.

Fig. G. Bordered calcite veinlet in radiolarite. Its clear middle part was formed by the filling of an open fracture with chalcedony. Grey pig-

mented borders were formed by calcite replacing the host Oxfordian radiolarite. Pieniny Klippen Belt. Trstená, bowling alley. Magn. 48

×

.

Plate V: Fig. A. Bordered veinlets in the chert nodule are syngenetic with the chert forming process. Their middle limpid parts had been

open cracks filled by calcite. Its grains grew syntaxially through the walls into the surrounding silica mass with high content of water. The

replaced margins are grey, filled by inclusions. Chert nodule in the Upper Tithonian limestones of the Kysuca Succession, Peniny Klippen

Belt, quarry near Brodno. Magn. 55

×

. Fig. B. Lightened veinlets in dolomite do not disturb the grain mosaic. They are ghosts of normal vein-

lets (open cracks filled by limpid dolomite) in the completely recrystallized dolomitic rocks with grains full or inclusions. Ladinian dolomite

of the Krížna Nappe, Demänová, Pod Lúèkami, Nízke Tatry Mts. Magn. 136

×

. Fig. C. Network of granulation veinlets in dolomite repre-

senting  fine  cracks  filled  by  cataclastic  pseudodolomicrite.  Triassic  dolomite  breccia.  Vojtová  Valley  near  Rajec,  Strážovské  vrchy  Mts.

Magn. 13

×

. Fig. D. Synsedimentary folded network of chalcedony veinlets in  radiolarite. After the filling of thin synaeretic cracks, sliding

of non-consolidated silica mass took place. The hydrothermal activity caused the rapid accumulation of silica. Ladinian-Carnian radiolarite

of the Meliata Unit, Tri Peniažky, Bradlo, South Slovak Karst. Magn. 14

×

. Fig. E. Compactional deformation of the chalcedony veinlet in

distal turbidite intercalation within the Oxfordian radiolarites. Pieniny Succession, Klippen Belt, Trstená bowling alley. Magn. 30

×

. Fig. F.

Vertical veinlet filled with chalcedony penetrating  laminated radiolarite. The filling proceeds from a hydrothermal source at the bottom; the

ascending fluids heaved the uppermost part of the sediment which was not yet consolidated. The same locality. Polished section, slightly

magnified (1.7

×

).

Plate VI: Fig. A. „Ptygmatic“ folding of calcite veinlets in a hardground Mn-crust occurred during the Albian. Early filled dehydratation

cracks were deformed by the movement of semiplastic colloidal manganese mass. Czorsztyn Succession, Vršatec-castle klippe. Magn. 48

×

.

Fig. B. The same. Magn. 16

×

. Fig. C. Fragmented chalcedony veinlet formed by the breaking of its consolidated filling within still semiplas-

tic silica mass; fragments are partially overthrust. Ladinian-Carnian radiolarites of the Meliata Unit, Bradlo — Tri Peniažky. Magn. 43

×

. Fig.

D. Early vertical calcite veinlet (perpendicular to the lamination) fragmented during compaction. Liassic limestone pebble from the Eggen-

burgian conglomerate, quarry near Podbranè (material of I. Baráth). Magn. 14

×

. Fig. E. Fragmented veinlet with early consolidated chalce-

dony filling, broken by extension of the still semiplastic silica sediment. Oxfordian radiolarites, Trstená, bowling alley, Pieniny Succession.

Magn. 30

×

. Fig. F. Syngenetic fragmented calcite veinlet with partial imbrication of its fragments, diagonally crossed by a set of thin young-

er veinlets. Fresh-water Coniacian limestone, pebble in the Santonian-Campanian conglomerate. Dobšinská ¼adová jaskyòa. Magn. 30

×

. Fig.

G. Circular veinlets originated by the calcite filling of desiccation cracks in fresh-water Lower Coniacian limestone. Betlanovce, Stratenská

hornatina Mts. Magn. 7

×

.

Plate VII: Fig. A. Dewatering circular calcite veinlets (filled desiccation cracks) in a coal fragment. Senonian marlstone with silt lami-

nae. Borehole Gajary G-125, 4842 m, basement of the Vienna Basin. Magn. 13

×

. Fig. B. Dewatering veinlets — synsedimentary cracks

filled with calcite cement and partly by younger micrite. Upper Berriasian limestone of the Horná Lysá Succession, Pieniny Klippen Belt,

Vršatec. Magn. 22

×

. Fig. C. Desiccation veinlets (thin cracks formed during temporary emersion) with dolomitic infilling in a dolomite

intraclast. Norian Keuper dolomite of the Krížna Nappe, quarry between Ždiar and Tatranská Kotlina. Magn. 11

×

. Fig. D. Desiccation

veins of the sheet-crack type. Stratabound joints filled by asbestos-like calcite fibres, locally affected by the erosion. Ladinian Wetter-

stein Limestone, quarry near Krásna Ves, Strážovské vrchy Mts. Polished section, natural size. Fig. E. Network of  syngenetic dehydrata-

tion veinlets in a chert nodule. Synaeretic cracks were partially filled with calcite and partially refilled with silica mass. Chert from the

Upper Tithonian limestone of the Kysuca Succession, Pieniny Klippen Belt, quarry near Brodno. Magn. 20

×

. Fig. F. Neptunic veinlets

(microdykes) — syngenetic cracks filled partially by internal micritic sediment; the remaining empty space was sealed by calcite cement.

Polarity  structure  shows  inclination  with  regard  to  the  laminated  infilling  of  a  void,  larger  than  the  figure.  Callovian-Oxfordian  lime-

stone, klippe Kostelec. Magn. 6

×

.  Fig. G. Neptunic microdyke formed as an open vertical fracture in Berriasian limestones with tintin-

nids which was filled by red Albian marl with Hedbergella and Ticinella. The microdyke filling was later disturbed by a set of hairline

veinlets subparallel to the fracture. Czorsztyn Succession, Klippen Belt, quarry near Kamenica. Magn. 30

×

.

background image

282                                                                                              PLATE VIII

background image

PECULIAR TYPES OF THIN VEINS IN THE MESOZOIC CARBONATES AND SILICITES                             283

(3)  Post-chert  veinlets  represent  younger  tectonic  phe-

nomena. They originated by cracking of already non-reactive

solidified chert nodules. These open joints were filled with

clear calcite aggregates. Due to the higher plasticity of the

limestone compared to  the silicite, the veinlets in chert nod-

ules are always thicker and more frequent (Pl. IX: Fig. B).

Timing of veinlets with regard to authigenic minerals

and other diagenetic phenomena. If the authigenic quartz

or feldspar is younger than the veinlet, it extends from the

rock into the veinlet (Pl. X: Figs. C, D). The veinlet is cut by

the younger stylolite (Pl. IX: Fig. F). A younger vein filled

an opened stylolite after the change of compression into ex-

tension (Pl. X: Fig. A); the opposite explanation is impossi-

ble, because the coarse-grained filling of the veinlet would

not render possible the formation of a stylolite. Similar solu-

tions exist in relation to veinlets and microslickensides. If the

grains of a limestone were affected by pressure twinning, the

veinlets older than twinning will also be affected; the calcite

filling of the younger veinlets would not  be disturbed.

Influence of veinlets on the colour of limestones. Calcite

veinlets formed an obstacle to the late diagenetic migration

of  pigments  (Pl.  X:  Fig.  B).  On  the  other  hand,  veinlets

younger  than  the  pigment  of  the  red  limestones  cause  the

well-known decoloration (or green coloration) in their imme-

diate surrounding, due to the reducing nature of fluids.

Some other minerals from veinlets

 Veinlet minerals other than calcite were not the subject of

this  contribution,  therefore  only  some  examples  from  the

Western Carpathians will be presented. Authigenic quartz lim-

ited to the calcite veinlets is not rare; macroscopic crystals oc-

cur in the Liassic Borinka limestones (Turan & Vavro 1970),

Liassic limestone of the Orešany Succession, quarry NW from

Dolany,  Malé  Karpaty  Mts.  and  in  Paleogene  sandstones

(„Marmarosch  diamonds“  —  Hurai  et  al.  1995).  Authigenic

feldspar  (microscopic  size)  is  exceptional,  e.g.  Neocomian

limestones, locality Butkov. Pyrite is frequent, baryte rare (e.g.

in  Keuper  Dolomite,  Zázrivá),  fluorite  exceptional  (e.g.  Car-

nian  Opponitz  Limestone,  basement  of  the  Vienna  Basin,

borehole Závod-93, in the depth 5306 m), galena occurred only

once in a calcite veinlet from Liassic limestones of the Malá

Fatra Mts. (Mišík 1964, p. 85). Albite veinlets in radiolarites

are probably connected with  postvolcanic activity (Triassic ra-

diolarites of the Meliata Unit, Jaklovce — Pl. X: Fig. E, and in

a pebble of Jurassic radiolarites from Strihovce conglomerates,

Flysch Belt — Mišík et al. 1991b, p. 23, Pl. III: Fig. 1).

Illite veinlets do not attract due attention in spite of their

frequency. In the Western Carpathians they occur mainly in

Liassic and Tithonian-Neocomian limestones. They consist

of large light-brown aggregates with uniform extinction, ori-

ented parallel to the walls of veinlets; their birefringence is

comparable with that of the illite. The material from a vein-

let about 1 mm thick from Neocomian limestones was iden-

tified (V. Šucha personal communication) by X-ray analysis

as a mixture of illite and chlorite. It is probable that at least

some of the illite veinlets represent microslickensides. The

material for the new-formed illite probably originates from

the tiny submicroscopic clastic illite in limestone, mobilized

during pressure solution.

Veinlets with dedolomitized saddle dolomite. They of-

fer  possibility  of    approximate  estimation  of  temperature.

The temperatures from isotopic study of host limestones are

much lower than those from the calcite of veinlets, for exam-

ple the red nodular Hallstatt Limestone, locality Silická Bre-

zová (Kantor & Mišík 1992) had 

δ

18

0 = –0.87 ‰, the calcite

from a veinlet of the same specimen  

δ

18

0 = –7.38 ‰ corre-

sponding to the temperature of about 60 

o

C.

The  Jurassic  and  Cretaceous  limestones  of  the  Krížna

Nappe frequently contain veins (up to 2 cm in thickness) filled

by a mixture of  white calcite and brown carbonate grains. In

all the analyzed cases the brown grains belonged to the dedo-

lomitized baroque dolomite (Pl. X: Figs. F, G). The saddle or

baroque  dolomite  originated  under  temperatures  mostly  be-

tween 90 and 160 

0

C (Spötl & Pitman 1992) which reflects

the minimum burial depth. Supposing an average value of 33

m/1 

o

C  the  burial  depth  could  be  estimated  as  2.3–4.6  km.

The  baroque  dolomite  with  characteristic  curved  crystal

planes  and  sweeping  exctinction    was  in  all  cases  „dedolo-

mitized“, and replaced by secondary calcite. The brown co-

lour proceeds from Fe

2+

 isomorphe admixture in Mg

2+

 which

was liberated by the calcification and oxidized. The dedolo-

mitization  was  caused  by  groundwaters  charged  with  sul-

phate ions during the erosional uprise to subsurface level.

Summary

The modern methods for studying thin veins such as stable

isotope analyses, cathodoluminiscence, microprobe analyses

of calcite, study of inclusions and structural measurements

must  be  preceded  by  a  serious  thin-section  study.  Various

Plate VIII: Fig. A. Neptunic microdykes — cracks in the Oxford-

ian limestone filled with Albian limestone sediment with Hedber-

gella  and  Ticinella.  Czorsztyn  Succession,  Vršatec-castle  klippe.

Magn. 43

×

. Fig. B. Veins in synsedimentary cracked pebble filled

with  the  matrix  of  the  conglomerate.  Limestone  pebble  from  the

Paleocene  Proè  Conglomerate,  Pieniny  Klippen  Belt,  Beòatina.

Natural size. Fig. C. Synsedimentary cracks in a limestone pebble

were  filled  with  the  not  yet  consolidated  matrix.  These  „clastic“

veinlets, synchronous with the deposition of conglomerate, are pe-

culiar  for  the  abundant  quartz  grains  totally  absent  in  the  sur-

rounding limestone. Their distal wedging-out parts were filled by

calcite cement. Pebble of the Paleocene biohermal limestone in the

Eocene  Strihovce  Conglomerate,  Flysch  Belt.  Matiaška.  Magn.

30

×

. Fig. D. Pre-conglomerate veinlet in the pebble of Middle Tri-

assic  limestone  from  the  Coniacian  „Upohlav“  Conglomerate  of

the  Kysuca  Succession,  Pieniny  Klippen  Belt.  The  calcite  veinlet

was formed in the time span Upper Triassic – Middle Cretaceous

probably  during  the  Cretaceous  tectonics  in  the  accretionary

wedge.  Zádubnie.  Magn.  20

×

.  Fig.  E.  Pre-chert  calcite  veinlets

originated in the micritic radiolarian limestone before the forming

of  chert  nodules.  They  acted  as  obstacles  for  the  migrating  silica

and  limit  the  chert  nodule  in  straight  lines.  Neocomian  cherty

limestone, Manín Unit, quarry Butkov. Magn. 23

×

. Fig. F. Another

pre-chert  veinlet.  Berriasian-Valanginian  Horná  Lysá  Limestone,

Kysuca Succession, Vršatec. Magn. 13

×

.

background image

284                                                                                                PLATE IX

background image

PLATE X                                                                                                 285

background image

286                                                                                                     MIŠÍK

Plate X: Fig. A. The calcite veinlet is younger than the stylolite. During the compressional phase the stylolite was formed. In the course

of the following extension the stylolite was opened and the crack sealed by coarse-grained calcite aggregate. Tithonian limestone of the

Kysuca Succession, quarry near Brodno. Polished section, natural size. Fig. B. The vertical calcite veinlet was an obstacle for the late di-

agenetic migration of pigment-bearing solutions. Stromatolitic limestone (loferite) with desiccation pores partly filled with internal sedi-

ment. The right side and the left side of the same layer are differently coloured. Norian limestone from the basement of the Vienna Basin.

Borehole Studienky-95, 4195 m. Magn. 30

×

. Fig. C. The authigenic idiomorph quartz is younger than the calcite veinlet. Ladinian Rei-

fling Limestone of the Choè Nappe. Hradkovo, Choè Mts. Magn. 136

×

. Fig. D. The authigenic feldspar is younger than the calcite vein-

let. Rhaetian limestone pebble from the Cenomanian-Turonian conglomerate of the Klape Unit. Oravský Podzámok. Magn. 136

×

. Fig. E.

Albite veinlet in the Carnian radiolarite of the Meliata Unit, probably formed by post-volcanic activity of near by diabase (basalt) bodies,

approximately of the same age. Jaklovce. Magn. 30

×

, crossed polars. Fig. F. Dedolomitized (calcified) grains of saddle dolomite with

curved crystal planes, pigmented by iron hydroxides. They partially replaced the older calcite filling of the veinlet. Liassic limestone of

the Krížna Nappe, Kraviarske, Malá Fatra Mts. Magn. 27

×

. Fig. G. Dedolomitized saddle dolomite grains (dark) replacing the older cal-

cite filling of the vein. Neocomian limestone, Krížna Nappe, Motyèky, Nízke Tatry Mts. Magn. 26

×

.

Plate IX: Fig. A. Pre-chert veinlets filled with silica. Tensional cracks inclined to the stratification were probably formed in the not yet

consolidated calcareous sediment and immediately used by the migrating silica solutions. Upper Tithonian limestone of the Choè Nappe,

Šipkovský háj near Krajné. Polished slab, natural size. The photo is rotated 90

o

. Fig. B. Set of post-chert calcite veinlets is limited to the

chert nodule. The rigid chert was disturbed by extensional fractures in difference to the more plastic host limestone. Neocomian cherty

limestone, Hradská Valley near Podhradie, Ve¾ká Fatra Mts. Polished slab, natural size. Fig. C. Veinlet of the string-pearl type syngenetic

with the chert. The solutions of calcium bicarbonate penetrated through the synaeretic cracks in the time when the silica mass rich in wa-

ter was still reactive. Calcite grains usually of rhombic shape grew from the cracks replacing the silica mass. Upper Jurassic cherty lime-

stone, Pieniny Succession, Klippen Belt, Lubina. Magn. 55

×

. Fig. D. Another veinlets syngenetic with the chert nodule. Molds of radi-

olarians in their immediate neighbourhood were also filled by calcite; other radiolarians in the chert were dissolved mostly without any

trace. Tithonian cherty limestone of Kysuca Succession, Klippen Belt, quarry near Brodno. Magn. 43

×

. Fig. E. Pearl-string type veinlets

syngenetic with the chert nodule in dolomite. They consist of a row of calcite rhombs replacing silica (their calcitic nature was verified

by the staining with alizarine). Red chert nodule in Norian Keuper dolomite. Magn. 95

×

. Fig. F. Microstylolite is younger than the veinlet

in Middle Jurassic radiolarites of the Meliata Unit. Meliata, near the mill. Magn. 45

×

.

types of veinlet are described in this contribution (Pls. I–X

and  Fig. 1).

It was shown that a lot of veinlets regarded as „normal“

(open cracks originated by extension) are really the recrystal-

lized  veinlets formed by shear. Recrystallized veinlets can

be identified by fossils traversing them without being torn,

by remnants of an array of coalescing hairline shear veinlets

(dashed or crack-and-seal veinlets), by whitening — removal

of inclusions during the recrystallization.

Synsedimentary  veinlets  in  carbonate  and  silicic  rocks

may be deformed in the semiplastic state of sediment („duc-

tile“  deformation)  or  by  brittle  fragmentation.  Syngenetic

and  very  early  diagenetic  veinlets  fill  desiccation  cracks,

bedding–parallel joints (sheet cracks), neptunic microdykes

(partly filled with internal sediment), subaqueous dewatering

cracks, synaeretic cracks in silicites (bordered veinlets with

replacement margins and pearl-string type).

We are handicapped by the impossibility of calcite radio-

metric dating (except of Quaternary calcites), therefore nu-

merous  possibilities  for  relative  dating  of  veinlets  must  be

used: with regard to authigenic minerals, formation of nodu-

lar cherts, deposition of conglomerates, calcite twinning, for-

mation of microstylolites etc.

The large extension of dedolomitized saddle dolomite in

calcite  veinlets  within  the  Mesozoic  limestones  of  Krížna

Nappe shows the burial depth about 2.3–4.6 km. The abun-

dance of thin illite veinlets in the studied limestones is su-

prising. The formation of albite veinlets in Triassic radiolar-

ites are considered to be a post-volcanic feature.

A team study of thin veins can substantially contribute to

the  deciphering  of  the  diagenesis,  subsidence,  fluid  migra-

tion and tectonic history of carbonate and silicite complexes.

Acknowledgements: The author is indepted to Prof. Franz

Neubauer  (University  Salzburg)  and  Doc.  RNDr.  Dušan

Plašienka,CSc. (Geological Institute of Slovak Academy of

Science) for many improvements of the manuscript.

References

Augustithis  S.S.,  1993:  Atlas  of  the  textural  patterns  of  granites,

gneisses  and  associated  rock  types.  ELSEVIER,  Amsterdam-

London-New York, 1–378.

Bons P.D. & Jessell M.W., 1997: Experimental simulation of the

formation of fibrous veins by localised dissolution-precipita-

tion creep. Mineral. Mag., 61, 53–63.

Bose P.D., 1979: Penecontemporaneous dolomitization in the Pre-

cambrian  Bhander  Limestone,  Rajasthan,  India  -  a  petro-

graphic attestation. Geol. Rdsch., 68, 680–695.

Cowan C.A. & James N.P., 1992: Diastasis cracks: mechanically gen-

erated  synaeresis-like cracks in Upper Cambrian shallow water

oolite and ribbon carbonate. Sedimentology, 39, 6, 1101–1118.

Donovan R.N. & Foster R.J., 1972: Subaqueous shrinkage cracks

from  the  Caithness    Flagstone  Series  (Middle  Devonian)  of

northeast Scotland. J. Sed.  Petrology, 42, 309–450.

Fischer A., 1964: The Lofer cyclothems of the Alpine Triassic. In:

Merriam  D.  F.  (Ed.)    Symposium  on  cyclic  sedimentation.

Kansas Geol. Survy Bull., 169, 107–149.

Fisher  D.M.  &  Brantley  S.L.,  1992:  Models  of  quartz  overgrowth

and vein formation:  deformation and episodic fluid flow in an

ancient subduction zone. J. Geophys.  Res., 97, B13, 20043–61.

Folk  R.L.,  1965:  Some  aspects  of  diagenetic  recrystallization  in

ancient limestones. In: Pray L.C. & Murray R.C. (Eds.): Do-

lomitization and limestone diagenesis, a symposium. S.E.P.M.

Spec. Publ., 13, 14–48.

Groshong  R.H.  Jr.,  1988:  Low-temperature  deformation  mechanisms

and their  interpretation. Geol. Soc. Amer. Bull., 100, 9, 1329–1360.

background image

PECULIAR TYPES OF THIN VEINS IN THE MESOZOIC CARBONATES AND SILICITES                             287

Hattori I., Umeda M., Nakagawa T. & Yamamoto H., 1996: From

chalcedonic chert  to quartz chert: diagenesis of chert hosted

in  a  Miocene  volcanic-sedimentary    succession,  Central  Ja-

pan. Journ. Sedim. Res. Sect. A, 66, 1, 163–174.

Hurai P., Širáòová V., Marko F. & Soták J., 1995: Hydrocarbons in

fluid  inclusions    from  quartz-calcite  veins  hosted  in  Paleo-

gene  Flysch  sediments  of  the  Central    Western  Carpathians.

Miner. Slovaca, 27, 6, 383–396.

Kantor J. &  Mišík M., 1992: Isotopic compositions of oxygen and

carbon in selected  Mesozoic and Tertiary limestones and do-

lomites in Slovakia. Západ. Karpaty,  Sér. Min. Petr.Geoch.

Metal., 15, 7–27.

Mišík M., 1964: Lithofazielles Studium des Lias der Grossen Fatra

un des Westteils  der Niederen Tatra. Sborn. Geol. Vied, rad

ZK, 1, 9–92.

Mišík  M.,  1971:  Observations  concerning  calcite  veinlets  in  car-

bonate rocks. J.  Sed. Petrology, 41, 2, 450–460.

Mišík M., 1993: Carbonate rhombohedra in nodular cherts: Mesozoic

of the West  Carpathians. J. Sed. Petrology, 63, 2, 275–281.

Mišík M., Jablonský J., Ožvoldová L. & Halásová E., 1991a: Dis-

tal turbidites with  pyroclastic material in Malmian radiolar-

ites of the Pieniny Klippen Belt  (Western Carpathians). Geol.

Carpathica, 42, 6, 341–360.

Mišík M., Sýkora M. & Jablonský J., 1991b: Strihovce Conglomer-

ates and South- Magura Exotic Ridge (West Carpathians). Zá-

pad.  Karpaty,  Sér.  Geol.,  14,  7–72  (in    Slovak,  English

summary).

Mišík M., Sýkora M., Mock R. & Jablonský J., 1991c: Paleogene

Proè  conglomerates  of  the  Klippen  Belt  in  the  West  Car-

pathians, material from  Neopieninic Exotic Ridge. Acta geol.

geogr. Univ. Comenianae, Geol., 46, 9–101.

Ramsay J.G., 1980: The cracks-seal mechanism of rock deforma-

tion. Nature, 284,  135–139.

Ramsay J.G. & Huber M.I., 1983, 1987: The technique of modern

structural geology,  vol. 1,2. London, ACADEMIC PRESS, 1-

307, 1–700.

Soták J.& Ožvoldová L., 1993: Occurrence of the Upper Jurassic

radiolarites in the  Outer Flysch Carpathians. Západ. Karpaty,

Sér. Paleont.,18, 117–128.

Spötl Ch. & Pitman J.K., 1997: Saddle dolomite — a deep-burial di-

agenetic index  mineral? Abstracts, 18

th

 IAS Reg. Europ. Meet-

ing of Sedimentol., Heidelberg,  319–320.

Turan J. & Vavro L., 1970: Occurrence of the authigenic feldspars

and  quartz  in  the    Borinka  Limestone  in  Malé  Karpaty  Mts.

Acta geol. geogr. Univ. Comenianae,  Geol., 19, 165–175 (in

Slovak, German summary).