background image

GEOLOGICA CARPATHICA, 49, 5, BRATISLAVA, OCTOBER 1998

369–376

PHASE RELATIONS IN OLIVINE-ORTHOPYROXENE-CHLORITE-

SPINEL-HORNBLENDE METAULTRAMAFICS

FROM THE MALÁ FATRA MTS., WESTERN CARPATHIANS

SERGEY P. KORIKOVSKY

1

, MARIAN JANÁK

2

 and BRANISLAV LUPTÁK

3

1

Institute of Geology, Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry, Russian Academy of Sciences,

Staromonetny per. 35, 109 017 Moscow, Russia

2

Geological Institute, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská 9, 842 26 Bratislava, Slovak Republic; geolmjan@savba.savba.sk

3

Department of Mineralogy and Petrology, Comenius University Bratislava, Mlynská dolina, 842 15 Bratislava, Slovak Republic

(Manuscript received June 19, 1997; accepted in revised form September 1, 1998)

Abstract: Metaultramafic rocks from the Malá Fatra Mts. (Western Carpathians) preserve mineral assemblages char-

acterized by coexistence of  hercynitic spinel, Ca-amphibole (Mg-hornblende), Mg-rich chlorite, olivine (forsterite)

and  orthopyroxene  (enstatite).  A  large  amount  of  hercynite  and  Ca-amphibole  (up  to  30–40  %)  is  characteristic.

Prograde metamorphism reached P-T conditions close to the equilibrium chlorite = forsterite + enstatite + spinel +

H

2

O and the upper stability of Ca-amphibole which corresponds to the temperature of about  700–800 

o

C in the model

system CMASH.  Retrograde reactions lead to the replacement of spinel by secondary chlorite, orthopyroxene by talc

and olivine by serpentine. Metaultramafic rocks in the Malá Fatra Mts. reached the conditions of  the upper amphibo-

lite facies. They most probably represent the fragments of metaperidotites,  attached to the lower continental crust

during Variscan tectonometamorphic events.

Key words: Western Carpathians,  Malá Fatra Mts., Variscan orogeny, high-grade metamorphism, phase equilibria,

metaultramafic  rocks.

Introduction

Metaultramafic rocks occur only sporadically in the  pre-Me-

sozoic  basement  complexes  of  the  Western  Carpathians

(Hovorka et al. 1985; Hovorka 1994).

 Among occurrences in the Tatric Unit—one of the major

tectonic units of the Western Carpathians, the metaultramafic

rocks    in    the  Malá  Fatra  Mts.  have  been  investigated  by

Ivanov & Kamenický (1957), Hovorka (1965, 1977), Hovorka

& Spišiak (1985) and Hovorka et al. (1985).

According to Hovorka & Spišiak (1985) and Hovorka et

al.  (1985),  the  hornblende  peridotites  from  the  Malá  Fatra

Mts. are composed of olivine, clinopyroxene, orthopyroxene,

tremolite  and  spinel  whose  microprobe  analyses  were  pre-

sented.  According  to  the  above  mentioned  authors,  these

rocks  represent so called “deuteroperidotites” whose miner-

al assemblage has been generated at 640–680 

o

C by  contact-

metamorphic recrystallization of serpentinite (tremolite + an-

tigorite + talc + Mg-chlorite + magnetite), due  to the thermal

effect of  granite intrusion.  Retrogression at lower tempera-

ture led to the formation of lizardite (serpentine), chlorite and

talc (Hovorka et al. 1985).

  The  aim  of    this  paper  is  to  present  additional  data  on

mineral compositions together with paragenetic analysis of

co-existing  minerals.  Metamorphic  conditions  have  been

estimated  using  mineral activity-composition relationships

together  with  internally  consistent  thermodynamic  data  of

Berman  (1988).  Phase  equilibria  were  calculated  using  the

computer program GEO-CALC.

  We  suggest  that  the  metamorphic  evolution  of  the  me-

taultramafics in the Malá Fatra Mts. is consistent with high

grade, upper-amphibolite facies regional metamorphism and

not contact metamorphism. The investigated metaultramafics

are isofacial with the surrounding metamorphic crustal rocks,

i.e. high-grade  metapelites and metabasites, as demonstrated

by previous studies (Perchuk et al. 1984; Korikovsky et al.

1987;  Krist  et  al.  1992;  Hovorka  &  Méres  1991;  Lupták

1996; Janák & Lupták 1997).

Geological setting

 The Malá Fatra Mts. (Fig. 1) belong to the Tatric Unit of

the Western Carpathians and represent a typical core com-

plex located in the northwestern part of Slovakia.  In general,

the pre-Mesozoic basement of the Malá Fatra Mts. is com-

posed of high-grade metamorphic rocks and granitoids, over-

lain by Mesozoic and Cenozoic sedimentary cover sequences

and nappes.

  The  granitoids  consist  of    the  so  called  “hybrid”  and

“Magura”  types  according  to  Ivanov  &  Kamenický  (1957)

and Kamenický et al. (1987), which correspond to the I- and

S-  types,  respectively  (Broska  et  al.  1997).  They  are

crosscut  by    lamprophyric  dykes  (Ivanov  &  Kamenický

1957).  The  U-Pb  zircon  age  of  a  tonalite  is  353 Ma,

according to Scherbak et al. (1990).

Metamorphic rocks are exposed in the southern part of the

Malá Fatra Mts., i.e. “Ve¾ká Lúka Massif” (Fig. 1) and con-

background image

370                                                                          KORIKOVSKY, JANÁK and LUPTÁK

tain  several lithologies. Among them, metapelites are most

abundant. They are represented by biotite-, garnet- and silli-

manite-bearing  paragneisses,  affected  by    migmatitization.

Orthogneisses with characteristic augen texture and mylonit-

ic fabric are thought to be former (pre-Variscan?) granitoids.

Metabasites  correspond  to    several  rock  types:  fine-  to

coarse-grained  amphibolites and amphibole gneisses, mas-

sive  garnet    and  garnet-clinopyroxene  metabasites  (retro-

Fig. 1. Schematic geological map of the southern part of the Malá Fatra Mts. — “Ve¾ká Lúka” Massif.

graded  eclogites),  banded  and  migmatized  amphibolites.

Calc-silicates occur only sporadically.

 The investigated metaultramafic rocks are only poorly ex-

posed and they were described as “hornblende peridotites”

by Hovorka et al. (1985). The largest ultramafic body is ex-

posed near the top of the Ve¾ká Lúka (Fig. 1), where it is sur-

rounded by  “hybrid” granodiorites and tonalites, which are

rather diatexitic migmatites (Janák & Lupták 1997). The ex-

background image

PHASE RELATIONS IN OLIVINE-ORTHOPYROXENE-CHLORITE-SPINEL-HORNBLENDE METAULTRAMAFICS       371

act size and shape of metaultramafic body is not known, but

it may range up to several tens of metres. Smaller blocks and

lenses  of  several m to dm occur  sporadically also  on the

south-eastern slopes of Ve¾ká Lúka (Fig. 1),  intimately asso-

ciated with migmatized paragneisses and amphibolites.

 Metamorphic P-T conditions in  the Malá Fatra Mts. have

been  estimated  by  thermobarometry  in  the  metapelites  and

metabasites  (Perchuk  et  al.  1984;  Korikovsky  et  al.  1987;

Krist et al. 1992; Hovorka & Méres 1991; Lupták 1996; Ja-

nák & Lupták 1997). According to these studies,  peak meta-

morphic  conditions    reached  medium-pressure,  upper  am-

phibolite  to  granulite  facies.  However,    symplectitic  and

kelyphitic textures in some garnet-clinopyroxene metabasites

indicate  also  a  higher-pressure,  eclogite  facies  metamor-

phism,  strongly overprinted by lower-pressure and high tem-

perature recrystallization (Hovorka et al. 1992; Lupták 1996;

Janák & Lupták 1997). Most of metamorphic rocks exhibit

widespread  migmatization  due  to  partial  melting,  dehydra-

tion-melting  during  decompression  has  been

suggested by Janák & Lupták (1997). Although

the timing of metamorphism in the Malá Fatra

Mts. is not well constrained by geochronologi-

cal data,  regional metamorphism and granitoid

magmatism  are  generally  thought  to  be

Variscan, with only very weak Alpine overprint

(e.g. Krist et al. 1992).

Petrography and mineral compositions

  Metaultramafics  from  the  Malá  Fatra  Mts.

are  dark-grey,  medium-grained  rocks,  massive

or  only  weakly  foliated.  Their  texture  is  nem-

atogranoblastic.

Mineral  compositions  were  analyzed  by

CAMSCAN–Link EDS microprobe with a point

beam  at  operating  conditions  of  10nA  and  15

kV  using  synthetic  and  natural  standards.  The

data were reduced by the ZAF method.

Amphibole  is  pale-green and occurs as small

inclusions  in  olivines  and  orthopyroxenes,  as

well as large prismatic grains in the matrix.  The

compositions of amphibole inclusions and larg-

er matrix grains are similar (Table 1). Both cor-

respond to Mg-hornblende according to Leake

(1978; 1997) with low Na (Na

2

O  =  0.24–0.88

wt.  %),    Ti    and  relatively  high  Al  (Al

2

O

3

  =

8.79–10.61 wt. %) contents.  The hornblendes

are sometimes replaced by tremolite at the rims,

which is attributed to retrogression.

Orthopyroxene  is present in the form of rath-

er subhedral, pale-green to brownish porphyro-

blasts, sometimes enclosing amphiboles. Some

orthopyroxenes are replaced by talc at the rims.

The compositions of orthopyroxenes (Table 2)

correspond  to enstatite,  containing 1.83–2.49

wt. % Al

2

O

3

 and 0.19–0.28 % CaO; the ratio of

Fe/Fe+Mg is 0.16–0.18.

Olivine  forms  mostly  euhedral,  colourless

Hornblende inclusions in opx (1, 2, 3) and olivine (4, 5)

large hornblendes in matrix (6, 7, 8, 9)

Sample

MF12

MF16

MF4 MF12a

MF16

MF12 MF12a

MF16

MF4

Anal. no.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

 SiO

2  

50.58

50.00

49.23

49.47

50.16

50.33

48.99

49.86

50.51

 Al

2

O

8.86

10.12

9.62

10.44

9.52

9.1

10.61

9.73

9.44

 TiO

2  

0.65

0.76

0.80

0.67

0.76

0.59

0.92

0.61

0.68

 Cr

2

O

0.05

0.18

0.28

0.07

0.09

0.09

0.17

0.12

0.15

 MgO   

19.23

18.37

19.06

18.16

18.98

18.82

17.86

18.86

18.72

 FeO   

6.07

5.94

6.20

6.51

5.75

6.51

6.71

5.77

5.97

 MnO   

0.00

0.07

0.16

0.03

0.19

0.12

0.11

0.08

0.17

 CaO   

11.89

12.13

11.92

11.92

12.01

12.06

12.03

11.88

11.98

 Na

2

O  

0.67

0.40

0.77

0.70

0.70

0.39

0.64

0.63

0.61

 K

2

O   

0.13

0.26

0.22

0.28

0.22

0.12

0.25

0.17

0.14

 Total 

98.13

98.23

98.26

98.25

98.38

98.13

98.29

97.71

98.37

Formulas based on 23 oxygens and 15 cations excluding Na, K

 Si       

7.023

6.941

6.844

6.893

6.957

6.984

6.833

6.950

7.006

 Al

VI     

0.977

1.059

1.156

1.107

1.043

1.016

1.167

1.050

0.994

 Al total 

1.450

1.656

1.577

1.715

1.556

1.489

1.745

1.599

1.544

 Al

VI     

0.473

0.597

0.421

0.608

0.514

0.473

0.578

0.549

0.550

 Ti       

0.068

0.079

0.084

0.070

0.079

0.062

0.097

0.064

0.071

 Fe

3+     

0.160

0.131

0.288

0.111

0.134

0.283

0.159

0.160

0.097

 Cr

3+     

0.005

0.020

0.031

0.008

0.009

0.010

0.019

0.013

0.016

 Mg       

3.980

3.801

3.949

3.771

3.924

3.892

3.713

3.918

3.870

 Fe

2+     

0.545

0.560

0.433

0.648

0.533

0.473

0.624

0.513

0.596

 Mn

0.000

0.008

0.019

0.004

0.022

0.014

0.013

0.009

0.020

 Ca       

1.769

1.805

1.775

1.780

1.785

1.793

1.798

1.774

1.781

 Na(M

4

)   

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

 Na(A)    

0.180

0.107

0.208

0.190

0.189

0.105

0.173

0.170

0.164

 K        

0.023

0.046

0.039

0.050

0.039

0.021

0.044

0.030

0.025

 Fe/Fe+Mg 

0.120

0.128

0.099

0.147

0.120

0.108

0.144

0.116

0.133

Table 1: Representative microprobe analyses of amphiboles.

grains, only slightly serpentinized. In some places, the oliv-

ine porphyroblasts enclose small hornblendes. The  composi-

tion of olivine (Table 3) corresponds largely to forsterite and

the individual grains are very homogeneous. The Fe/Fe+Mg

ratio (0.18–0.21) is higher than that in the coexisting ortho-

pyroxenes.

 Spinel occurs as small subhedral grains of green colour,

intergrown  with  amphiboles,  orthopyroxenes  and  olivines.

According to their compositions, the  spinels are  hercynites

(Table  4)  with  1.35  to  4.1  wt.  %  Cr

2

O

3

,    the  ratio  of  Fe/

Fe + Mg is 0.38–0.40. Individual grains are homogeneous, no

relics of chromite were identified. Consequently, the absence

of chromite as well as Cr-magnetite indicates that hercynitic

spinel has not originated from chromite but  most probably

from  chlorite,  i.e.  during  prograde  metamorphism  as  dis-

cussed below.

Chlorite  forms pale-green, mostly  scattered flakes, which

tend to concentrate in the interstices between olivine, ortho-

background image

372                                                                          KORIKOVSKY, JANÁK and LUPTÁK

pyroxene  and  spinel.  Such  chlorite  is  clinochlore  with  Fe/

Fe + Mg  =  0.1–0.12  (Table  5)  and  it  is  considered  to  be  a

relict phase, being  partially consumed by olivine, spinel and

orthopyroxene during prograde metamorphism. On the other

hand,  chlorites  whose Fe/Fe + Mg and Al contents are lower

than  those  of  primary  ones  (Table  5)  form  reaction  rims

around spinels and are considered to be retrograde phases, as

discussed below.

Serpentine  commonly replaces olivines in the rims. It also

occurs in the veinlets crosscutting the matrix,  in some cases

it contains minor inclusions of magnetite. The composition

of serpentine (Table 6)  corresponds to antigorite.

Talc  mostly replaces orthopyroxenes, or together with oth-

er retrograde phases—serpentine and magnesite—it fills the

crosscutting veinlets.

 

Textural relationships in the Malá Fatra Mts. metaultra-

mafics as described above suggest that  olivine, orthopyrox-

ene, spinel and Ca-amphibole form a stable assemblage, gen-

erated  close  to  the  peak  of  prograde  metamorphism.  The

preservation of a small amount of primary chlorite coexisting

with olivine, orthopyroxene and spinel  indicates that  the re-

action chlorite

1

  =  olivine  +  orthopyroxene  +  spinel  +  H

2

O

took place during temperature increase. This is similar to ob-

servations in the amphibolite facies metaultramafics, where

Mg-rich chlorite coexists with forsterite, enstatite and spinel

(Bucher-Nurminen 1988; Bucher & Frey 1994). The retro-

grade overprint of peak metamorphic assemblages was only

weak, and is manifested by replacement of spinel by second-

ary chlorite, orthopyroxene by talc and olivine by serpentine.

Phase equilibria

On the basis of mineral compositions, the phase  relation-

ships in the Malá Fatra Mts. ultramafics can be described in

the system CM(F)ASH (C = CaO, M = MgO, F = FeO, A =

Al

2

O

3

, S = SiO

2

, H = H

2

O). Phase equilibria of selected re-

actions  were  calculated  using  the  thermodynamic  data  of

Berman (1988, updated in June 1993) and the computer pro-

gram GEO-CALC (Berman et al. 1987). The activity-compo-

sition relationships of analysed mineral phases assuming ide-

al  two-site  mixing  (olivine,  orthopyroxene),  ideal  on-sites

mixing (chlorite, talc) and unity activity of antigorite have

been  calculated  by  the  program  AX  of  T.J.B.  Holland,  in-

Sample

MF12

MF12a

MF16

MF4

Sample

MF12

MF12a

MF16

MF4

Anal. no.

1

2

3

4

Anal. no.

1

2

3

4

SiO

2   

54.30

54.22

54.65

54.11

SiO

2   

38.29

38.34

38.77

38.56

TiO

2    

0.09

0.15

0.08

0.15

TiO

2    

0.01

0.00

0.03

0.08

Al

2

O

3   

2.36

2.12

2.30

2.13

Al

2

O

3   

0.00

0.00

0.00

0.00

Cr

2

O

3    

0.00

0.03

0.00

0.14

Cr

2

O

3    

0.00

0.09

0.03

0.00

Fe

2

O

3

1.58

2.06

1.42

2.25

Fe

2

O

3

1.66

1.32

0.73

1.30

FeO    

11.70

11.33

10.76

10.55

FeO    

18.84

19.25

18.40

16.80

MnO    

0.27

0.32

0.35

0.29

MnO    

0.34

0.35

0.23

0.39

MgO  

29.54

29.72

30.27

30.14

MgO  

40.92

40.74

41.78

42.48

CaO   

0.26

0.20

0.28

0.22

CaO   

0.00

0.00

0.02

0.04

Na

2

O    

0.00

0.00

0.00

0.00

Na

2

O    

0.00

0.02

0.00

0.00

K

2

O    

0.02

0.03

0.00

0.00

K

2

O    

0.06

0.00

0.00

0.00

Total  

100.12

100.19

100.11

99.98

Total  

100.13

100.11

99.99

99.65

                          

Formulas based on 4 cations for 6 oxygens

                  

Formulas based on 3 cations for 4 oxygens

Si   

1.928

1.924

1.931

1.920

Si   

0.985

0.987

0.992

0.986

Ti    

0.002

0.004

0.002

0.004

Ti    

0.000

0.000

0.001

0.002

Al   

0.099

0.089

0.096

0.089

Al   

0.000

0.000

0.000

0.000

Cr

3+    

0.000

0.001

0.000

0.004

Cr

3

+    

0.000

0.002

0.001

0.000

Fe

3+

0.042

0.055

0.038

0.060

Fe

3+

0.032

0.026

0.014

0.025

Fe

2+   

0.347

0.336

0.318

0.313

Fe

2+   

0.405

0.414

0.394

0.359

Mn   

0.008

0.010

0.010

0.009

Mn   

0.007

0.008

0.005

0.008

Mg  

1.563

1.572

1.594

1.593

Mg  

1.568

1.563

1.593

1.619

Ca   

0.010

0.008

0.011

0.008

Ca   

0.000

0.000

0.001

0.001

Na   

0.000

0.000

0.000

0.000

Na   

0.000

0.001

0.000

0.000

K    

0.001

0.001

0.000

0.000

K    

0.002

0.000

0.000

0.000

Fe/Fe+Mg

0.182

0.176

0.166

0.164

Fe/Fe+Mg

0.205

0.209

0.198

0.181

Table 2: Representative microprobe analyses of orthopyroxenes.

Table 3: Representative microprobe analyses of  olivines.

background image

PHASE RELATIONS IN OLIVINE-ORTHOPYROXENE-CHLORITE-SPINEL-HORNBLENDE METAULTRAMAFICS       373

Sample

MF12

MF12   MF12a

MF16

MF16

MF4

MF4

Anal.no.

1-core

2-rim

3

4

5

6

7

SiO

2   

0.00

0.00

0.00

0.00

0.07

0.00

0.05

TiO

2    

0.03

0.00

0.10

0.00

0.06

0.00

0.00

Al

2

O

3   

60.38

60.63

60.45

61.92

60.69

60.77

57.97

Cr

2

O

3    

1.61

1.44

2.47

1.70

2.71

2.00

4.10

Fe

2

O

3

4.91

4.81

4.04

3.24

3.16

4.41

4.88

FeO    

17.93

17.89

17.25

17.36

17.85

18.33

17.66

MnO    

0.13

0.29

0.05

0.11

0.16

0.27

0.07

MgO  

15.44

15.37

15.96

15.94

15.57

15.22

15.34

CaO   

0.00

0.00

0.02

0.02

0.00

0.03

0.04

Na

2

O    

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

K

2

O    

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Total  

100.45

100.45

100.34

100.29

100.28

101.02

100.11

                   Formulas based on 3 cations for 4 oxygens                          

Si   

0.000

0.000

0.000

0.000

0.002

0.000

0.001

Ti    

0.001

0.000

0.002

0.000

0.001

0.000

0.000

Al   

1.868

1.875

1.865

1.901

1.875

1.872

1.814

Cr

3+    

0.033

0.030

0.051

0.035

0.056

0.041

0.086

Fe

3+

0.097

0.095

0.080

0.064

0.062

0.087

0.098

Fe

2+   

0.394

0.393

0.378

0.378

0.391

0.400

0.392

Mn   

0.003

0.006

0.001

0.002

0.004

0.006

0.002

Mg  

0.605

0.601

0.623

0.619

0.609

0.593

0.607

Ca   

0.000

0.000

0.001

0.001

0.000

0.001

0.001

Na   

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

K    

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

Fe/Fe+Mg

0.394

0.395

0.378

0.379

0.391

0.403

0.392

 Fig. 2.  Chemography of the prograde reaction  chlorite

1

 = olivine

+ orthopyroxene + spinel in  the system (Mg, Fe)–Si–Al. Chemog-

raphy  of  retrograde  replacement  of  olivine,  orthopyroxene  and

spinel    by  secondary  assemblage  serpentine  +  chlorite

2

  +  talc  is

shown by dashed lines. Note the shift of the retrograde assemblage

towards the Si corner.

Fig. 3.  Chemography between coexisting Ca-amphibole, olivine,

orthopyroxene  and chlorite  in  the system  (Mg, Fe)–Si–Ca; pro-

jection from spinel.

Table 4: Representative microprobe analyses of spinels.

cluded  in    THERMOCALC  and  described  in    Holland  &

Powell (1990) and Will et al. (1990). The phase equilibria

have  been  calculated  assuming  water-saturated  conditions,

i.e. pure water (X

H2O = 1

) in the fluid and H

2

O pressure = total

pressure. Consequently, the calculated dehydration equilibri-

um curves may be regarded as the maximum  stability limits,

which would be shifted towards a lower temperature in the

presence of additional fluid components, mainly CO

2

, as in-

dicated by the presence of a small amount of magnesite.

The prograde phase equilibria between coexisting chlorite,

orthopyroxene,  olivine,  amphibole  and  spinel  are  demon-

strated by several diagrams. Fig. 2 shows the chemography

of the reaction:

    chlorite

1

 = olivine + orthopyroxene + spinel            (R1)

in  the system (Mg, Fe)–Si–Al, reflecting the replacement of

Mg-rich chlorite by hercynitic spinel, forsterite and enstatite.

An equilibrium curve of this reaction (R1) plots  bettween

700–800 

o

C and 2–10 kbars (Fig. 4).

Chemography    between  coexisting  Ca-amphibole  (Mg-

hornblende),  olivine  (forsterite),  orthopyroxene  (enstatite)

and  Mg-rich  chlorite    is  expressed  by  the  projection  from

spinel  in    the  system    (Mg,  Fe)–Si–Ca    on  Fig.  3.  This

chemography also shows that clinopyroxene is not stable in

the  assemblage  with  Ca-amphibole,  olivine,  orthopyroxene

and  chlorite.  The  microprobe  analyses  of  clinopyroxene  in

Hovorka & Spišiak (1985, Table 1) as well as Hovorka et al.

(1985, Table 1) correspond to amphibole and not clinopyrox-

ene. They are similar to our  analyses of hornblende in this

paper  (Table  1).  Consequently,  the  absence  of  Ca-clinopy-

roxene  (diopside)  suggests  that    a)  peak  conditions  were

above low-temperature stability of diopside, i.e. 8 diopside +

antigorite = 18 forsterite + 4 tremolite + 27 H

2

O (e.g. Spear

1993; Bucher & Frey 1994),  b) the peak conditions were be-

low equilibrium reaction Ca-amphibole + olivine = Ca-cli-

nopyroxene + orthopyroxene + H

2

O (Fig. 4). As pointed out

above,  the amphibole is Mg-hornblende, indicating  its high-

background image

374                                                                          KORIKOVSKY, JANÁK and LUPTÁK

Fig. 4. Phase equilibria  of the Malá Fatra Mts. metaultramafics in

the system CMASH (P

H2O

 = P

total

). Reactions R1, R2 and R3 were

calculated  from the thermodynamic data of Berman (1988, updat-

ed in June 1993) and activity-composition relationships of  analy-

sed  mineral  phases  (Tables  1–6)  using  the  computer  program

GEO-CALC.  The  equilibria  involving  diopside,  tremolite  and

anthophyllite  as  well  as  the  upper  stability  of  Ca-amphibole  are

adopted  from  Bucher  &  Frey  (1994).  The  tentative  P-T  path    is

shown by  arrows.

Prograde (1, 2, 3) and retrograde (4) chlorites

Sample

MF12

MF12a

MF16

MF12

Sample

MF12a

MF16

MF12

Anal. no.

1

2

3

4

Anal. no.

1

2

3

SiO

2   

29.73

29.91

30.32

31.81

SiO

2   

56.82

57.23

42.26

TiO

2    

0.06

0.04

0.16

0.00

TiO

2    

0.06

0.00

0.03

Al

2

O

3   

22.04

21.63

20.47

18.15

Al

2

O

3   

4.67

3.20

0.76

Cr

2

O

3    

0.13

0.12

0.19

0.00

Cr

2

O

3    

0.08

0.05

0.05

Fe

2

O

3

0.000

0.000

0.000

0.000

Fe

2

O

3

0.54

0.82

0.00

FeO    

7.18

6.99

5.71

3.55

FeO    

4.34

6.66

2.69

MnO    

0.15

0.01

0.11

0.14

MnO    

0.11

0.03

0.00

MgO  

28.75

29.71

30.34

32.53

MgO  

28.30

26.71

40.42

CaO   

0.07

0.04

0.11

0.00

CaO   

0.04

0.07

0.00

Na

2

O    

0.00

0.00

0.00

0.07

Na

2

O    

0.36

0.31

0.00

K

2

O    

0.00

0.00

0.01

0.04

K

2

O    

0.01

0.27

0.00

Total  

88.11

88.45

87.42

86.29

Total  

95.32

95.35

86.21

    

 Formulas based on 10 cations for 14 oxygens

                            7 cations for 11 oxygens                        

Si   

2.817

2.821

2.878

3.022

Si   

3.699

3.768

1.993

Ti    

0.004

0.003

0.011

0.000

Ti    

0.003

0.000

0.001

Al   

2.462

2.405

2.290

2.033

Al   

0.358

0.248

0.042

Cr

3+    

0.010

0.009

0.014

0.000

Cr

3+    

0.004

0.003

0.002

Fe

3+

0.000

0.000

0.000

0.000

Fe

3+

0.026

0.041

0.000

Fe

2+

0.569

0.551

0.453

0.282

Fe

2+

0.236

0.367

0.106

Mn   

0.012

0.001

0.009

0.011

Mn   

0.006

0.002

0.000

Mg  

4.060

4.176

4.291

4.605

Mg  

2.745

2.621

2.841

Ca   

0.007

0.004

0.011

0.000

Ca   

0.003

0.005

0.000

Na   

0.000

0.000

0.000

0.013

Na   

0.045

0.040

0.000

K    

0.000

0.000

0.001

0.005

K    

0.001

0.023

0.000

Fe/Fe+Mg

0.123

0.117

0.095

0.058

Fe/Fe+Mg

0.079

0.123

0.036

er-temperature stability  than that of  pure tremolite end-member

(Fig. 4),  i.e. close to the amphibolite to granulite facies transi-

tion in ultramafic rocks (Spear 1993; Bucher & Frey 1994).

The  pressure  conditions  cannot  be  constrained  precisely

because of steep dP/dT slopes of equilibrium reactions in the

system  CMASH  (Fig.  4).  However,  the  absence  of  antho-

phyllite may indicate that the pressure was above the stabili-

ty field of anthophyllite + olivine in the Fig. 4.

  Retrograde  reactions  in  the  Malá  Fatra  Mts.  metaultra-

mafics are indicated by replacement of spinel by secondary

chlorite,  orthopyroxene  by  talc  and  olivine  by  serpentine.

This is demonstrated by chemographic phase relations in the

system (Mg, Fe)–Al–Si on the Fig. 2. This projection, how-

ever, shows that the secondary assemblage Srp + Chl

2

+ Tlc

is slightly shifted towards the Si corner,  probably indicating

some  metasomatic input of silica during retrogression. This

assumption may be supported by the slightly silica-enriched

bulk  composition  of    the  Malá  Fatra  Mts.  metaultramafics

(Table 7) with respect to the majority of the mantle rocks, as

illustrated  in the Fig. 5. Despite possible metasomatic influ-

ence, the bulk composition of the Malá  Fatra Mts. metaultra-

mafics  approach  that  of  the  garnet  or  spinel  peridotite  and

websterite.

Talc could have originated according to the reaction:

 orthopyroxene + H

2

O = talc + olivine                        (R 2)

Table 5: Representative microprobe analyses of chlorites.

Table 6: Representative microprobe  analyses of talc (1, 2) and
antigorite (3).

background image

PHASE RELATIONS IN OLIVINE-ORTHOPYROXENE-CHLORITE-SPINEL-HORNBLENDE METAULTRAMAFICS       375

at  higher temperature than antigorite during retrogression,

the latter being formed by the reaction:

 talc + olivine + H

2

O = antigorite                                (R 3)

at  temperatures below ca. 450 

o

C (Fig. 4).

  The  estimated  peak  temperature  in  the  Malá  Fatra  Mts.

metaultramafics is  similar to that   in the  surrounding  silli-

manite + K-feldspar bearing metapelites as well as  garnet-

clinopyroxene metabasites, which have equilibrated at 700–

750 

o

C  and  6–10 kbar  according  to  the  geothermometric

calculations of  Korikovsky et al. (1987); Hovorka & Méres

(1991); Lupták  (1996); Janák & Lupták (1997). Such P-T

conditions are higher than those of contact-metamorphism by

granitoid magma, i.e. 640–680 

o

C, proposed by Hovorka et

al. (1985). On the other hand, possible metamorphic evolu-

tion from serpentinite to metaperidotite as well as the weak

retrograde overprint of the Malá Fatra Mts. metaultramafics

are consistent with previous observations of Hovorka et al.

(1985).

Conclusions

The  metaultramafic  rocks  from  the  Malá  Fatra  Mts.  are

characterized by coexistence of prograde assemblages contain-

ing  hercynitic  spinel,  Ca-amphibole  (Mg-hornblende),  Mg-

rich chlorite, olivine (forsterite) and orthopyroxene (enstatite).

A large amount of hercynite and Ca-amphibole (up to 30–40

%) is characteristic.

 Prograde metamorphism of the Malá Fatra Mts. metaultra-

mafics  reached  the  P-T  conditions  close  to  the  equilibrium

chlorite = olivine + orthopyroxene + spinel + H

2

O, which cor-

responds to temperature of  700–800 

o

C in the upper amphibo-

lite facies condition. This is also corroborated by the stability

of Ca-amphibole  with olivine and the absence of clinopyrox-

ene. The retrogression was only weak,  leading to the origin of

talc, serpentine (antigorite) and secondary chlorite.

The metaultramafic rocks in the Malá Fatra Mts. may be

regarded as isofacial and  completely equilibrated with  the

surrounding  high-grade  crustal  rocks.  They  most  probably

represent fragments of metaperidotites or garnet and spinel

websterite (e.g. Medaris & Carswell 1990), attached to the

lower continental crust during the Variscan tectonometamor-

phic events (mantle upwelling after delamination or slab de-

tachment of the subducted lithosphere).

Acknowledgements: We thank Olga Unanova and Ján Spi-

šiak for providing wet chemical analyses of the metaultrama-

fic rocks.

References

Berman R.G., 1988: Internally-consistent thermodynamic data for

minerals  in  the  system:  Na

2

O–K

2

O–CaO–MgO–FeO–Fe

2

O

3

–

Al

2

O

3

–SiO

2

–TiO

2

–H

2

O–CO

2

. J. Petrology, 29, 445–522.

Berman  R.G.,  Brown  T.H.  &  Perkins  E.H.,  1987:  GEO-CALC:

software for calculation and display of pressure-temperature-

composition phase diagrams. Amer. Mineralogist, 72, 861.

Broska I., Petrík I. & Benko P., 1997: Petrology of the Malá Fatra

granitoid  rocks  (Western  Carpathians,  Slovakia).  Geol.

Carpathica, 48, 27–37.

Bucher K. & Frey M., 1994: Petrogenesis of metamorphic rocks.

Springer-Verlag, 1–318.

Bucher-Nurminen K., 1988: Metamorphism of ultramafic rocks in

the  Central  Scandinavian  Caledonides.  Nor.  Geol.  Unders.

Spec. Publ., 3, 86–95.

Holland T.J.B. & Powell R., 1990: An enlarged and updated internally

consitent thermodynamic dataset with uncertainties and correla-

tions:  the  system  K

2

O–Na

2

O–CaO–MgO–MnO–FeO–Fe

2

O

3

–

Al

2

O

3

–TiO

2

–SiO

2

–C–H

2

–O

2

. J. Metamorph. Geol., 8, 89–124.

Hovorka D., 1965: Ultrabasische Gesteine der Westkarpaten in der

Slowakei. Geol. Sbor. Geol. Carpath., 16, 129–143.

Hovorka D., 1977: Geochemistry of the West Carpathian Alpine-

type Ultramafites. Náuka o Zemi, Sér. Geol., (Bratislava), 12,

1–148.

Fig. 5. Chemography of the Malá Fatra Mts. metaultramafics bulk

composition  in  the  CMS-HC  system,  projected  onto  the  plane

CaO-MgO-SiO

2

. The bulk compositions are from Table 7 and were

recalculated to mol. %. Note a slight SiO

2

  enrichment of the Malá

Fatra  Mts.  metaultramafics    with  respect  to  the  composition  of

majority of mantle rocks as adopted from Bucher & Frey (1994).

Table 7: Chemical compositions of the Malá Fatra Mts. metaultra-

mafic rocks.

SAMPLE

MF-4

MF-12

MF-16

SiO

2

43.80

43.80

44.13

TiO

2

0.55

0.55

0.50

Al

2

O

3

10.05

10.40

9.80

Fe

2

O

3

2.82

3.33

3.09

FeO

8.63

8.59

8.80

MnO

0.21

0.23

0.19

MgO

24.65

23.86

24.74

CaO

5.94

5.94

6.26

Na

2

O

0.44

0.35

0.05

K

2

O

0.10

0.10

0.07

H

2

O

-

0.21

0.30

0.34

H

2

O

+

2.03

2.09

1.85

Cr

2

O

3

0.24

0.22

n.d.

NiO

0.10

0.08

n.d.

Total

99.77

99.84

99.82

background image

376                                                                          KORIKOVSKY, JANÁK and LUPTÁK

Hovorka D., Ivan P., Jaroš J., Kratochvíl M., Reichwalder P., Roj-

koviè I., Spišiak J. & Turanová L., 1985: Ultramafic rocks of

the Western Carpathians, Czechoslovakia. GÚDŠ, Bratislava,

1–258.

Hovorka D. & Spišiak J., 1985: Deutero-peridotites of the Western

Carpathians. Proc. Repts. XIIIth Congr. CBGA. Cracow, 377–

380.

Hovorka D. & Méres Š., 1991: Pre-Upper Carboniferous gneisses

of the Strážovské vrchy Upland and the Malá Fatra Mts. Acta

geol. geogr. Univ. Comen., Geol., 46, 103-170.

Hovorka D., Méres Š. & Caòo F., 1992: Petrology of the garnet-

clinopyroxene  metabasites  from  the  Malá  Fatra  Mts.  Miner.

slovaca, 24, 45–52.

Hovorka  D.,  1994:  Meta-ultramafite  bodies  within  the  pre-

Carboniferous complexes of the Western Carpathians central

zone: Geodynamic setting. Geol. Carpathica, 45, 145–149.

Ivanov  M.  &  Kamenický  L.,  1957:  Contributions  to  geology  and

petrology of the Malá Fatra crystalline. Geol Práce, Zoš., 45,

180–216.

Janák  M.  &  Lupták  B.,  1997:  Pressure-temperature  conditions  of

high-grade  metamorphism  and  migmatitization  in  the  Malá

Fatra  crystalline  complex,  Western  Carpathians.  Geol.  Car-

pathica, 48, 287–302.

Kamenický  L.,  Macek  J.  &  Krištín  J.,  1987:  Contribution  to  pe-

trography  and  geochemistry  of  granitoids  in  the  Malá  Fatra.

Miner. slovaca, 19, 311–324.

Korikovsky  S.P.,  Kamenický  L.,  Macek  J.  &  Boronikhin  V.A.,

1987:  PT  conditions  of  metamorphism  of  the  crystalline

schists in the Malá Fatra (in the profile of the Mlynský Potok

area). Geol. Zbor. Geol. Carpath., 38, 409–427.

Krist  E.,  Korikovsky  S.P.,  Putiš  M.,  Janák  M.  &  Faryad  S.W.,

1992:  Geology  and  petrology  of  metamorphic  rocks  of  the

Western Carpathian crystalline complexes. Comenius Univer-

sity Press., Bratislava, 1–324.

Leake B.E., 1978: Nomenclature of amphiboles. Amer. Mineralo-

gist, 63, 1023–1052.

Leake B.E., 1997: Nomenclature of amphiboles; report of the Sub-

committee  on  amphiboles  in  the  International  Mineralogical

Association  Commission  on  New  Minerals  and  Minerals

Names. European J. Mineralogy, 3, 623–651.

Lupták B., 1996: Petrological and petrotectonic study of metamor-

phic rocks in the Malá Fatra (Velká Lúka massif). M.Sc. the-

sis.  Department  of  Mineralogy  and  Petrology,  Comenius

University, Bratislava, 1–81.

Medaris L.G. & Carswell D.A., 1990: The petrogenesis of Mg-Cr

garnet  peridotites  in  European  metamorphic  belts.  In:

Carswell D.A. (Ed.): Eclogite Facies Rocks, 260–290.

Perchuk L.L., Lavrentieva I.V., Aranovich L.J. & Petrík I., 1984:

Comparative  characteristics  of  thermodynamic  regimes  of

metamorphic  rocks  from  Caucasus  ridge  and  Western  Car-

pathians. Geol. Zbor. Geol. Carpath., 37, 3, 33–363.

Scherbak  N.P.,  Cambel  B.,  Bartnitsky  E.N.  &  Stepanyuk  L.M.,

1990:  U-Pb  age  of  granitoids  rock  from  the  quarry  Dubná

Skala-Malá  Fatra  Mts.  Geol.  Zbor.  Geol.  Carpath.,  41,  4,

407–414.

Spear F.S., 1993: Metamorphic phase equilibria and pressure-tem-

perature-time  paths.  Mineralogical    Society  of  America,

Washington D.C., 1–799.

Will T.M., Powell R. & Holland T.J.B., 1990: A calculated petro-

genetic  grid  for  ultramafic  rocks  in  the  system  CaO–FeO–

MgO–Al

2

O

3

–SiO

2

–CO

2

–H

2

O at low pressures. Contr. Mineral.

Petrology, 105, 347–358.