background image

GEOLOGICA  CARPATHICA,  51,  2,  BRATISLAVA,  APRIL  2000

121–129

METAMORPHIC  EVOLUTION  OF GABBROIC  ROCKS  OF THE

BÓDVA  VALLEY  OPHIOLITE  COMPLEX,  NE  HUNGARY

PÉTER HORVÁTH

Laboratory for Geochemical Research, Hungarian Academy of Sciences, Budaörsi út 45., H-1112 Budapest, Hungary;

phorvath@sparc.core.hu

(Manuscript received June 22, 1999; accepted in revised form December 8, 1999)

Abstract: The Alpine polyphase metamorphic evolution path of the Bódva Valley Ophiolite Complex was recon-

structed using mineral paragenetic observations, mineral chemical and thermobarometric data obtained on metagabbroic

samples from boreholes in the Rudabánya Mts., NE Hungary. The dismembered ophiolite complex forms part of the

Meliata Unit of the Inner Western Carpathians. The recognizable, first blueschist facies event (min. 700–800 MPa,

350–500 °C)  was  followed  by  a  nearly  isothermal  decompression  to  400–600  MPa  in  the  greenschist  facies.  The

following metamorphic event was characterized by temperature increase up to 500–600 °C in isobaric conditions to

the albite-epidote-amphibolite facies. The P-T path is best explained by subduction, which was followed by uplift

without  any  significant  change  in  the  temperature  conditions.  The  late  temperature  increase  might  be  caused  by

thermal relaxation following subduction.

Key words: Inner Western Carpathians, Rudabánya Mts., ophiolite complex, gabbro, metamorphism.

Introduction

Metamorphic features of ophiolites provide an effective tool

for reconstructing the tectonic conditions of closure of paleo-

ceanic branches. Rocks of mafic composition predominate in

ophiolite suites, and their intrusive members (mainly gabbros)

may form huge sequences up to a few hundred of meters in

thickness.  Blueschists  and  other  high-pressure  metamorphic

rocks — described as features of subduction zones — occur

within two tectonic zones of the Western Carpathians: south of

the  Pieniny  Klippen  Belt  as  pebbles  in  Cretaceous

conglomerates (e.g. Dal Piaz et al. 1995 and Faryad 1997) and

in the Meliata Unit (e.g. Kamenický 1957; Faryad 1995 and

Mello et al. 1998). Recent studies revealed that the metabasic

rocks occurring in the Meliata Unit in NE Hungary also show

blueschist  facies  metamorphism  and  a  greenschist  facies

overprint (Horváth 1997).

The aim of the present paper is to characterize the petrolo-

gy  and  the  metamorphic  P-T  conditions  of  the  gabbroic

rocks of the Bódva Valley Ophiolite Complex (BVOC), on

the  basis  of  the  metamorphic  petrological  results  obtained

from  representative  sections  of  these  rocks  cored  by  the

boreholes  Bódvarákó  Br-4,  Komjáti  Ko-11  and  Szögliget

Szö-4. These boreholes are located in the Rudabánya Moun-

tains along the Darnó Fault Zone, NE Hungary (Fig. 1).

Geological outline

The  dismembered  BVOC  is  related  to  the  Meliata  Unit

(Fig. 1),  which  is  supposed  to  represent  an  oceanic  suture

zone of the Vardar (s.l.)-Meliata ocean of Triassic–Jurassic

age in the Neotethyan realm, in the southern part of the In-

ner  Western  Carpathians  (Mahe¾  1986).  Apart  from  the

blueschist facies metabasic and metasedimentary rocks, the

Meliata Unit consists of low grade, very low grade and un-

metamorphosed  limestones,  sandstones,  phyllites,  slates

and  shales,  which  were  mapped  as  a  single  tectonic  unit

(Mock 1978). Structural investigations indicate that the var-

iously  metamorphosed  rocks  are  in  tectonic  contact  within

the unit (Neubauer et al. 1992). Recently, Mock et al. (1998)

described the type locality of the Meliata Unit, near the vil-

lage  of  Meliata,  as  a  tectonic  half-window  with  repeated

discontinous  tectonic  slices.  These  slices  are  composed  of

Jurassic deep-water shales with various large blocks of old-

er (mainly) Triassic rocks. The shales were most likely ac-

cumulated in an accretionary wedge.

The  oceanic  slivers  of  the  Meliata  Unit  in  NE  Hungary

represent slices and small (from dm to 100 m in scale) frag-

ments  embedded  in  the  ductile  Upper  Permian  Perkupa

Evaporite  Formation  found  in  the  basal  part  of  the  non-

metamorphic Silica Nappe that forms the uppermost nappe

in the area studied (Fig. 1). The Silica Nappe is underlain by

the intermediate-high pressure/low temperature metamorphic

Torna Nappe (Árkai & Kovács 1986 and Kovács et al. 1996–

97) and the Paleozoic rocks of the Gemeric Superunit. The

Silica and Torna Nappes and the Meliata Unit built up the

South Gemer nappe system of the Gemer-Bükk units of the

Pelsonia  composite  terrane  (Kovács  et  al.  1996-97),  also

known  as  the  North  Pannonian  or  ALCAPA  (Alpine-Car-

pathian-Pannonian)  Unit  (Balla  1982;  Csontos  et  al.  1992

and Csontos 1995) which was assembled with other West-

Carpathian  units  during  the  Miocene  (Csontos  1995).

Plašienka et al. (1997) infer that these nappes form the Meli-

ata Belt of the Inner Western Carpathians.

On the basis of sporadic biostratigraphic data from radiolar-

ites synchronous with pillow basalts the age of the magmatism

in  the  BVOC  is  thought  to  be  Middle  Triassic  (Dosztály  &

Józsa 1992). The main concern with the K/Ar data from the

BVOC (256 ± 26 Ma on amphibole, 233 ± 10 Ma on biotite,

background image

122                                                                                               HORVÁTH

115 ± 5 Ma on feldspar and 210 ± 12 Ma on whole rock, Árva-

Sós et al. 1987) is that the mineral chemical compositions (and

consequently, the eventual magmatic or metamorphic nature)

of the analyzed phases were not checked before the measure-

ments, so this may be the reason why there is a large scatter

between the results (from 110 Ma to 270 Ma). The blueschist

facies metamorphism occurred in middle Jurassic times (150–

165 Ma, K/Ar and 

40

Ar/

39

Ar ages on phengite from the Slovak

part of the Meliata Unit, see Maluski et al. 1993 and Faryad &

Henjes-Kunst 1997). Such middle Jurassic data have not been

obtained from the BVOC rocks so far, notwithstanding that a

comparison between the Alpine metamorphic evolution of the

two areas is assumed (Horváth 1997).

Fig. 1. a — Tectonic sketch map of the Alpine-Carpathian area. Box indicates the investigated area. b — Geological map of the Agg-

telek-Rudabánya Mts. and adjacent areas with the localition of the boreholes investigated.

The boreholes studied are located in the Rudabánya Moun-

tains along the Darnó Fault Zone in NE Hungary. The profiles

of the boreholes where samples were collected are shown in

Fig. 2. Major element analyses are given in Table 1. Compre-

hensive  studies  of  the  geochemical  character  of  the  BVOC

rocks were performed by Réti (1985), Harangi et al. (1996)

and Horváth (1997), who all confirmed the MORB character

of the ophiolite complex in question, therefore we do not dis-

cuss this problem in detail in this paper.

Under a ca. 150 m thick Tertiary and Quaternary cover the

borehole  Komjáti  Ko-11  cut  through  an  approximately

200 m thick metamafic complex which is built up predomi-

nantly of metagabbro and its finer-grained variant (metadol-

background image

METAMORPHIC  EVOLUTION  OF  GABBROIC  ROCKS                                                        123

metagabbros and metadolerites, the latter being present in a

smaller  proportion,  while  the  lower  part  is  dominated  by

metadolerites  cut  by  several  metabasalt  veins.  After  a  tec-

tonic contact at a depth of ca. 280 m, dolomite and evaporite

represent the Silica Nappe.

Among  the  boreholes  studied,  the  borehole  Bódvarákó

Br-4 displays the most complex geological profile. In the up-

per part, two serpentinite slices separated by thin (ca. 30 m)

dolomite  and  dolomitic  marl  layers  are  found.  Below  the

serpentinites,  coarse-grained  metagabbro  and  metabasalt

occur. The lower part of the section consists of sedimentary

rocks of the Silica Nappe, with 200 meters of Upper Permi-

an evaporite and a few tens of meters of Anisian Gutenstein

Dolomite.

Summarizing the comprehensive description of the bore-

holes we can say that the metamafic rocks of the BVOC do

not form a single tectonic unit at present, as they are imbri-

cated with the unmetamorphosed sedimentary sequences of

the Silica Nappe, and the profiles of the studied boreholes

are quite different from each other.

Analytical methods

In addition to macro- and microscopic investigations bulk

chemical and electron microprobe analyses were performed

to check the chemical composition of the major rock-form-

ing  minerals  and  the  eventual  effects  of  the  whole-rock

chemistry on them.

The major element chemical analyses were done by a Per-

kin-Elmer 5000 AAS, using lithium metaborate digestion in

the Laboratory for Geochemical Research, Hungarian Acade-

my of Sciences. Other methods such as gravimetric for SiO

2

and H

2

O, permanganometric for FeO and volumetric for CO

2

were also applied.

Qualitative and quantitative chemical analyses of minerals

were carried out by a JEOL JXCA-733 electron microprobe

equipped with 3 WDS, using the measuring program of Nagy

(1984) in the Laboratory for Geochemical Research, Hungari-

an  Academy  of  Sciences.  The  measuring  conditions  were

15 kV, 40 nA, defocused electron beam with a diameter of 5–

10 

µ

m, measuring time 5 s. Matrix effects were corrected by

Fig. 2.  Geological  profiles  of  the  studied  boreholes  Bódvarákó

Br-4, Komjáti Ko-11 and Szögliget Szö-4.

Borehole

Szõ-4

Br-4

Ko-11

Depth

(m)

190

202

209

94

204

235

318

SiO

2

45.46

46.37

44.81

45.72

46.35

45.46

43.71

TiO

2

2.25

2.34

3.69

4.13

3.22

4.28

4.81

Al

2

O

3

14.78

15.29

13.41

14.40

12.78

12.80

10.41

Fe

2

O

3

4.82

5.99

7.54

6.82

8.59

7.74

7.63

FeO

5.82

4.64

3.61

5.80

6.05

6.56

7.49

MnO

0.17

0.17

0.14

0.21

0.19

0.32

0.36

MgO

7.26

6.98

6.12

3.88

6.10

4.88

7.08

CaO

10.90

9.62

11.11

8.87

9.20

8.67

11.21

Na

2

O

2.77

3.22

3.02

4.86

3.70

4.31

2.88

K

2

O

0.57

0.75

0.50

1.29

0.68

0.70

0.25

P

2

O

5

0.34

0.37

0.32

0.55

0.36

1.19

0.52

H

2

O

+

2.74

2.66

2.28

1.59

2.23

2.17

2.12

H

2

O

-

0.38

0.33

0.64

0.27

0.09

0.11

0.14

CO

2

0.93

0.86

1.95

0.62

0.27

0.29

0.54

Total

99.19

99.59

99.14

99.01

99.81

99.48

99.15

Table  l:  Representative  bulk  rock  compositions  from  the  BVOC

gabbros.

erite), described earlier by Réti (1985) as albite-gabbro and

-dolerite. The contact between this complex and the underly-

ing Upper Permian Perkupa Evaporite Formation belonging

to the Silica Nappe is tectonic. The metamafic complex is cut

by several, thin (ca. 30–50 cm thick) albitite veins and a 50

cm thick metabasalt vein. Albitites represent metamorphosed

intermediate-acidic rocks which form small portion in com-

plete ophiolite sequences (see e.g. Coleman 1977).

The borehole Szögliget Szö-4 is located close to the only

surface exposure of the BVOC, at the Tilalmas-tetõ (-hill),

where  Vitális  (1909)  described  a  strongly  weathered  met-

agabbro believed to be occurring as diorite dyke. The upper

portion  of  the  metamafic  complex  is  composed  of  mainly

background image

124                                                                                               HORVÁTH

using  the  method  of  Bence  &  Albee  (1968).  The  following

standards were used for quantitative analysis: orthoclase (K,

Al, Si), synthetic glass (Fe, Mg, Ca), spessartine (Mn), rutile

(Ti) and albite (Na). Statistical (absolute) errors expressed as

σ

 are as follows: SiO

2

 — ±0.3, TiO

2

 — ±0.05, Al

2

O

3

  —

±0.05, FeO — ±0.2, MgO — ±0.1, MnO — ±0.05, CaO —

±0.1, Na

2

O — ±0.03, and K

2

O — ±0.02 %. Some analyses

were done at the Department of Petrology and Geochemistry

of the Eötvös University, Budapest, using an AMRAY 1830 I/

T6 scanning electron microscope, under operating conditions

of 15 kV accelerating voltage and 1–2 nA specimen current. In

order to avoid the effects of the different measuring systems,

repeated analyses of the same measuring points of some of the

samples were performed by both electron microprobe analy-

sers. The calculations of cation numbers for amphiboles fol-

low the scheme of Robinson et al. (1982).

Petrography

Thin  section  studies  reveal  that  despite  the  strong  meta-

morphic  effects  most  of  the  investigated  metagabbro  sam-

ples  preserved  their  original  magmatic  textures.  Neither

schistosity nor lineation could be observed. The investigated

samples can be divided into three main types, namely: met-

agabbros (and -dolerites), metabasalts and albitites.

Fig. 3. BSE images of textural features in the BVOC samples. Ab-

brevations are after Bucher & Frey (1994). a — The stable associ-

ation  of  hornblende-chlorite-epidote  in  metagabbro,  b  —  relic

magmatic  clinopyroxene  rimmed  by  biotite  and  albite,  c  —  bi-

otite-epidote assemblage in metagabbro, d — relic crossite in acti-

nolite, e — actinolite core rimmed by zoned hornblende (Hbl

1

 and

Hbl

2

)  with  chlorite  (arrow  marks  the  chemical  compositions  pre-

sented in Fig. 4a).

background image

METAMORPHIC  EVOLUTION  OF  GABBROIC  ROCKS                                                        125

The dominant rock type of the studied boreholes is coarse-

grained (>5 mm)  metagabbro. Its variants exhibit ophitic to

subophitic  texture,  and  sometimes  grade  into  finer-grained

(1–3 mm) metadolerite. Metagabbros and metadolerites con-

sist of actinolite, hornblende, epidote, albite, chlorite, quartz ±

clinopyroxene, blue amphibole, biotite, titanite, Fe-Ti-oxides,

apatite  and  zircon.  In  these  rocks  the  association  actinolite

and/or hornblende, epidote, chlorite, albite and quartz is the

dominant  mineral  assemblage  (Fig. 3a).  Clinopyroxene  is  a

relic magmatic mineral in the Szögliget and Bódvarákó gab-

bros. It shows pinkish pleochroism and is rimmed by amphib-

ole or biotite (Fig. 3b). Blue amphibole shows blue-violet ple-

ochroism,  usually  rims  the  brownish  hornblende  and  occurs

also  as  fissure  fillings.  Actinolite  with  pale  brown-green  or

green pleochroism is abundant and rims both the hornblende

and  the  blue  amphibole  and  contains  them  as  relics  as  well

(Fig. 3d) or is rimmed by hornblende (Fig. 3e). Actinolite is

sometimes sprinkled with an aggregate of small, green euhe-

dral biotites. The other type of occurrence of biotite is brown

flakes together with epidote rimming clinopyroxene (Fig. 3b

and  3c).  Biotite  was  found  only  in  the  Szögliget  and  Bód-

varákó gabbroic bodies, where relic clinopyroxene was pre-

served as well. Epidote is also abundant and shows euhedral

and subhedral forms. Two types of epidote can be seen: big

(up to 5 mm) crystals and smaller crystal aggregates, which

sometimes  rim  the  bigger  ones.  Albite  commonly  displays

subhedral forms and is twinned occasionally. Chlorite is found

in  the  matrix  and  forms  pseudomorphs  after  clinopyroxene.

Apatite, titanite, zircon and Fe-Ti-oxides were found as acces-

sory minerals. In some cases apatite and titanite form cm large

crystals.

Metabasalts show intergranular or intersertal texture, with

matrix consisting of chlorite, albite, epidote and opaque min-

erals.  Replacing  phenocrysts  and  filling  amygdules  we  can

find  abundant  actinolite,  chlorite,  calcite,  minor  albite,  epi-

dote and biotite. The metabasalts are cut by numerous veins

filled usually by actinolite, calcite, and rarely calcite-epidote-

chlorite assemblage is found as well. The metabasalt complex

sometimes grade into metadolerites or cut them.

Albitites  are  present  only  in  the  Komjáti-11  borehole.

Phengite and chloritoid were found with apatite as an accesso-

ry phase in the albitite veins additionally to albite and chlorite

(Horváth 1997). Aggregates of chloritoid and matrix phengite

seem to be in equilibrium with each other, while chlorite was

found in the albite-rich matrix. Albite and apatite contain vary-

ing amounts of fluid inclusions, which may be the target of fu-

ture investigations.

Mineral chemistry

Results only from the gabbros and their diagnostic metamor-

phic mineral assemblages containing amphibole, biotite, chlo-

rite  and  epidote,  are  presented  in  this  paper.  The  mineral

chemistry of preserved magmatic phases and the other meta-

morphic rocks (metabasalts and albitites) and their role in the

magmatic and/or metamorphic evolution of the BVOC will be

discussed separately. Cation numbers are calculated for 23 ox-

ygens for amphibole, 22 for biotite, 20 for chlorite and 12.5 for

epidote.

Amphibole  shows  a  wide  range  of  chemical  compositions

even in the same sample, and it looks heterogeneous locally in

some BSE images with varying Fe/Mg (Fig. 3a,d). Represen-

tative analyses of amphiboles are given in Table 2. Horváth

(1997) found evidence for the existence of several generations

of  amphiboles:  namely  a  magmatic,  and  two  metamorphic

ones. The subdivision of Ca-amphiboles is based on the fact

that magmatic Ca-amphiboles are enriched in Ti, Al and Na,

and depleted in Si as compared to metamorphic amphiboles

(Mével 1988 and Sadek Ghabrial et al. 1996). Relic Na-am-

phiboles [riebeckite, according to the nomenclature of Leake

et  al.  (1997),  Fig.  4c]  and  Ca-Na-amphiboles  (winchite)  to-

gether  with  actinolite  and  magnesiohornblende  were  found,

which formed the first evidence of polyphase metamorphism

in the BVOC (Horváth 1997). The preservation of relic mag-

matic or metamorphic amphiboles is a common phenomenon

in metabasic rocks. However we have to emphasize that mag-

matic amphiboles were not found in the Szögliget and Bód-

varákó samples. Beside these data new mineral chemical data

published in this paper reveals a systematic change in the min-

eral chemistry of metamorphic Ca-amphiboles depending on

the various P-T conditions experienced by the rock samples.

The metamorphic Ca-amphiboles from the Szögliget samples

are edenite-pargasite or magnesiohornblende according to the

nomenclature of Leake et al. (1997), while the Komjáti am-

phiboles fall into the actinolite or magnesiohornblende field

(Fig. 4a,b).  Some  relic  barroisite  and  winchite  (Na-Ca-am-

phiboles), with intermediate Na

M4

 (around 0.7) and Al

IV

 (0.8–

0.9) compared relatively to Na-amphiboles and hornblendes,

were also found (Fig. 5) in the Komjáti and Szögliget samples.

Two generations of metamorphic Ca-amphiboles were found

in the Komjáti samples, as was also shown by Horváth (1997).

This  fact  could  also  be  the  result  of  differences  in  the  bulk

Na-amphibole

Na-Ca-

amphibole

Actinolite

Hornblende

SiO

2

54.24

53.81

48.20

48.36

55.14

52.98

46.47

51.17

TiO

2

0.00

0.00

2.63

2.86

0.31

0.53

0.33

1.09

Al

2

O

3

4.48

4.14

4.33

4.40

1.18

1.79

7.61

4.76

FeO

*

23.42

23.65

17.72

17.71

11.33

14.21

14.71

10.62

MnO

0.00

0.00

0.32

0.36

0.18

0.29

0.19

0.23

MgO

7.34

7.40

12.06

12.05

17.26

14.05

13.96

16.93

CaO

2.39

2.68

8.10

8.32

11.92

11.45

12.05

11.47

Na

2

O

5.46

5.18

2.89

2.99

0.57

1.04

2.10

1.93

K

2

O

0.00

0.00

0.59

0.65

0.05

0.15

0.45

0.15

Total

97.33

96.86

96.84

97.70

97.94

96.49

97.87

98.35

Si

7.831

7.816

7.093

7.082

7.782

7.777

6.791

7.238

Al

IV

0.169

0.184

0.751

0.759

0.196

0.223

1.209

0.762

Al

VI

0.593

0.525

0.000

0.000

0.000

0.087

0.102

0.031

Ti

0.000

0.000

0.291

0.315

0.033

0.058

0.036

0.116

Fe

3+

1.308

1.365

0.992

0.865

0.404

0.093

0.582

0.466

Mg

1.579

1.602

2.645

2.630

3.631

3.074

3.041

3.569

Fe

2+

1.519

1.508

1.189

1.304

0.933

1.652

1.216

0.791

Mn

0.000

0.000

0.040

0.045

0.022

0.036

0.023

0.028

Ca

0.370

0.417

1.277

1.305

1.802

1.801

1.887

1.738

Na

1.528

1.459

0.825

0.849

0.156

0.296

0.595

0.529

K

0.000

0.000

0.111

0.121

0.009

0.028

0.084

0.027

Total

14.897 14.876 15.214 15.275 14.968 15.155 15.566 15.451

Table  2:  Representative  chemical  compositions  of  amphiboles

from the BVOC.

background image

126                                                                                               HORVÁTH

chemistry of the samples occurring on the microdomain scale.

Taking into account that we found zoned Ca-amphiboles with

an  actinolitic  core  rimmed  by  magnesiohornblende  (Fig. 3e

and 4a) this interpretation is not supported by the author. We

think that the systematic change from actinolite to magnesio-

hornblende (Fig. 4a) is a result of changing P-T conditions and

can  be  used  for  geothermobarometric  calculations.  Horn-

blendes are usually richer in Al and poorer in Si compared to

actinolites (Table 2),  while  their  Na

M4

  content  is  almost  the

same (Fig. 5). These changes are reflected in the chemistry of

chlorites as well, but in the opposite order, as chlorites found

in equilibrium with hornblende have lower Al and higher Si

content than chlorites in equilibrium with actinolite (Table 3).

Fig.  4.  Chemical  compositions  of  Ca-amphiboles  (a,  b)  and  Na-

amphiboles (c). The arrow indicates the change in chemical com-

position observed in the Komjáti samples (Fig. 3e).

Fig. 5. Al

IV

-Na

M4

 diagram for Na-Ca- (triangles) and Ca-amphib-

oles  from  Komjáti-11  (squares  and  circles)  and  Szögliget-4  (dia-

monds).  Note  that  actinolites  have  lower  Al

IV

,  but  relatively  the

same Na

M4

 content compared to hornblendes.

Biotite

C hlorite

Epidote

SiO

2

36.49

39.22

23.96

25.38

37.94

37.21

TiO

2

4.36

3.28

0.08

0.17

0.07

0.04

Al

2

O

3

13.75

14.31

17.8

16.68

24.27

26.03

FeO

*

22.56

15.66

22.14

20.96

12.22

9.59

M nO

0.26

0.29

0.37

0.49

0.07

0.03

M gO

10.5

16.03

18.13

19.67

0.09

0.06

CaO

0.04

0.01

0.03

0.04

23.26

23.92

Na

2

O

0.36

0.25

0.02

0.01

0.00

0.02

K

2

O

8.73

9.94

0.37

0.44

0.01

0.01

Total

97.05

98.99

82.90

83.84

97.93

96.91

Si

5.554

5.658

5.339

5.548

3.198

3.079

Ti

0.499

0.356

0.013

0.028

0.004

0.002

Al

2.467

2.433

4.675

4.297

2.411

2.539

Fe

2+

2.872

1.889

4.126

3.831

0.000

0.000

M g

0.034

3.447

6.022

6.408

0.011

0.007

Fe

3+

0.000

0.000

0.000

0.000

0.861

0.597

M n

2.382

0.035

0.070

0.091

0.005

0.002

Ca

0.007

0.002

0.007

0.009

2.101

2.121

Na

0.106

0.070

0.009

0.004

0.000

0.003

K

1.695

1.829

0.105

0.123

0.001

0.001

Total

15.614

15.719

20.366

20.339

8.592

8.352

Table 3:  Representative  chemical  compositions  of  minerals  from

the BVOC.

Biotite is the dominant mafic mineral in the Bódvarákó gab-

bros and it occurs in the Szögliget rocks as well. X

Mg

 ranges

from 0.45 to 0.65 while the Ti content is up to 0.73 p.f.u. in

some  analyses  (average  Ti  content  is  between  0.5  and  0.6).

There is no chemical difference between the various textural

occurrences of biotite.  Chlorite is a common mineral in the

studied rocks. It has X

Mg

 values between 0.58 to 0.65 in all

rock samples. Epidote has a restricted chemical composition

with the pistacite content ranging from 20 % to 30 %. Plagio-

clase was found as pure albite. Representative analyses of bi-

otite, chlorite and epidote are listed in Table 3.

Thermobarometry

Amphibole-bearing assemblages have often been proposed

as  potential  geothermobarometers,  because  the  paragenesis

of  amphibole-plagioclase  is  very  common  in  metabasic

rocks, and is stable over a very wide P-T range (e.g. Spear

1993). There are several potential geothermobarometers used

background image

METAMORPHIC  EVOLUTION  OF  GABBROIC  ROCKS                                                        127

in metamorphic petrology involving various Ca-amphiboles

and Ca-bearing plagioclase (e.g. Plyusnina 1982 and Holland

& Blundy 1994). However, only a few can be applied to albi-

te-bearing  metabasic  rocks.  Albite  may  be  in  equilibrium

with Ca-amphibole even at 600 °C at low pressures as shown

by Spear (1993).

In  this  study  the  empirically  calibrated  (Na,Ca)-amphib-

ole-albite-chlorite-epidote-quartz  geothermobarometer  of

Triboulet (1992) was used in the system SiO

2

–Al

2

O

3

–FeO–

MgO–CaO–Na

2

O–H

2

O.  It  considers  two  equilibria  with

tremolite-edenite  and  tremolite-(pargasite,  hastingsite)  end

members, respectively. The results of mineral chemical anal-

yses  obtained  from  amphiboles  and  coexisting  epidote  and

chlorite  give  way  to  the  calculation  of  two  arrays  of  lnK

D

(distribution coefficience) isopleths. The calculation proce-

dure of lnK

D

 values follows the scheme described by Tribou-

let (1992). The isopleths for these equilibria intersect at high

angles and define a P-T value for the end-member composi-

tions of amphibole in the above mentioned assemblage. Ad-

ditionally the geothermobarometer of Gerya et al. (1997) was

also used. It requires only the chemical compositions of am-

phiboles in P-T calculations using the isopleths of the Al and

the Si contents of amphiboles.

The P-T conditions for the earliest blueschist facies event is

poorly constrained, because the assemblage Na-amphibole +

epidote + albite + quartz is stable over a wide range in the P-T

field.  Minimum  pressure  of  700–800  MPa  at  temperatures

around  350–500 °C  were  obtained  using  the  experimental

work of Maruyama et al. (1986) for the blueschist-greenschist

transition. For actinolites from the Komjáti-11 samples we ob-

tained pressures of 400–600 MPa from the Na

M4

 content of the

actinolites (0.4–0.7) which is an empirical geobarometer pro-

posed by Brown (1977), and temperatures between 350 and

400 °C with the same pressure range using the geothermoba-

rometer of Triboulet (1992). This is in good agreement with

the results of Horváth (1997). The Na

M4

 content of the meta-

morphic hornblende is between 0.4 and 0.7 for the Szögliget

and Komjáti amphiboles. For these assemblages the P-T con-

ditions are 400–600 MPa and 500–600 °C for Komjáti-11, and

500–700 MPa and 550–600 °C for the Szögliget-4 gabbros. In

the Szögliget samples there is only a trace for the earlier blue-

schist  and  greenschist  facies  event  observed  and  better  pre-

served in the Komjáti-11 gabbros. For the Bódvarákó samples

the P-T conditions are poorly constrained. The occurrence of

biotite-epidote assemblage replacing magmatic clinopyroxene

implies  temperatures  around  400–450 °C  at  400–600  MPa

(Bucher & Frey 1994). In some samples small, green biotite

can  be  seen  on  large  actinolite  crystals  as  a  newly  formed

phase which confirms the results stated above. The results of

the thermobarometric calculations and the inferred P-T path

for the BVOC gabbros are given in Fig. 6.

Discussion

The  metamorphic  evolutionary  path  and  the  petrological

features of the BVOC gabbros were determined using repre-

sentative  samples  from  3  boreholes  from  the  Rudabánya

Mountains, NE Hungary. The obtained metamorphic petrolog-

ical results are partly in good agreement with the earlier state-

ments of Horváth (1997), and in some places amplify them.

The first part of the P-T path (Fig. 5) shows clockwise shape

and is a general feature of P-T paths from subduction zones

with a high-medium pressure low-temperature blueschist fa-

cies event followed by greenschist facies with nearly isother-

mal decompression. This fact is supported by the occurrence

of some Na-Ca-amphiboles, which formed after the Na-am-

phiboles, but before the greenschist facies overprint. The tem-

perature increase from greenschist facies to albite-epidote-am-

phibolite facies (according to Evans 1990), well documented

by  the  continous  chemical  changes  in  Ca-amphiboles  (from

actinolite  to  magnesiohornblende),  can  be  explained  by  two

solutions: 1 — a separate metamorphic event caused by intru-

sion of a hot magmatic body, or 2 — a thermal relaxation fol-

lowing subduction. There is no evidence for a major magmatic

event after subduction which could have caused contact meta-

morphism in this area, so the first solution is thought to be in-

appropriate.  The  second  solution  is  heavily  favoured  by  the

author, because various rates of uplift for different portions of

the downgoing slab even in the same subduction zone seem to

be a reasonable feature. This interpretation is supported by the

continuous change in amphibole chemistry from the Komjáti

samples and the microtextural observation of hornblende re-

placing actinolite in various samples. Similar changes in am-

phibole chemistry were reported by Dobmeier (1998) from the

western Alps, where actinolite was found in the cores of some

amphiboles which were replaced at the rims by hornblende. In

that case the temperature increase was accompanied by a pres-

sure increase as well, which was not observed in the BVOC.

Fig. 6. Inferred P-T path of metamorphosed gabbroic rocks from

the  BVOC  (broken  arrow  represents  an  alternative  P-T  path).  A:

amphibolite  facies,  AEA:  albite-epidote-amphibolite  facies,  EBS:

epidote-blueschist  facies,  GS:  greenschist  facies  (facies  bound-

aries  after  Evans  1990),  Gln/Act:  glaucophane-actinolite  transi-

tion  after  Maruyama  et  al.  (1986),  Gln/Bar:  glaucophane-bar-

roisite  transition  after  Ernst  (1979),  Bio:  biotite-in  reaction  after

Bucher  &  Frey  (1994),  Actinolite-hornblende  transition  after

Spear (1993).

background image

128                                                                                               HORVÁTH

The timing of the metamorphic events outlined above are

slightly controversial in the BVOC. Sporadic K/Ar measure-

ments (Árva-Sós et al. 1987) yield widely scattered ages be-

tween 270 and 110 Ma. The main concern with the K/Ar data

is  that  the  mineral  chemical  compositions  of  the  analyzed

phases  were  not  checked  before  the  measurements,  and  the

formation conditions of the minerals were not cleared (mag-

matic,  metamorphic  events  or  even  weathering).  The  oldest

ages were obtained on amphiboles from the Szögliget Szö-4

borehole (256 ± 26 Ma) or on whole rock specimens (200–225

Ma) from the Bódvarákó gabbros. Biotite K/Ar age from a sam-

ple from the Bódvarákó Br-4 borehole yields 233 ± 10 Ma, and

Ar/Ar data from the same sample shows 240 ± 2 Ma (Balogh,

pers. comm.). This age data provides evidence for an Late Per-

mian-Early Triassic metamorphic event in the BVOC, which

is in contradiction to the Middle Triassic opening of the Melia-

ta ocean proposed by various authors (e.g. Kovács et al. 1996–

97  and  Plašienka  et  al.  1998)  and  the  Middle-Late  Jurassic

subduction of the Meliata oceanic basin (Maluski et al. 1993;

Faryad & Henjes-Kunst 1997). Further isotope geochronologi-

cal data on minerals, the magmatic or metamorphic origin of

which is well constrained, are needed to solve this controver-

sy. The other major question is the exact timing of the imbri-

cation of the BVOC into the basal part of the Silica Nappe. It

is certain that this event took place after the complex meta-

morphic evolution of the BVOC, because the Silica Nappe is

not  effected  by  regional  metamorphic  events  (Árkai  &

Kovács  1986).  The  author  believes  that  the  new  metamor-

phic  petrological  data  presented  in  this  paper  will  help  to

clarify some parts of the tectonic evolution of the North Hun-

garian area still in obscurity, even though that it raises more

questions about the affinity of the BVOC nowadays related

to the Meliata Unit.

Conclusions

The  Alpine  polyphase  metamorphic  evolution  path  of  the

Bódva  Valley  Ophiolite  Complex  was  reconstructed  using

mineral paragenetic, mineral chemical and thermobarometric

results obtained on metagabbroic samples from boreholes in

the  Rudabánya  Mts.,  NE  Hungary.  The  first  recognizable,

blueschist  facies  event  (min.  700–800 MPa,  350–500 °C)

was  followed  by  nearly  isothermal  decompression  to  400–

600 MPa in the greenschist facies. The following metamor-

phic  event  was  characterized  by  temperature  increase  up  to

500–600 °C in isobaric conditions. This means that the meta-

morphism reached even the albite-epidote-amphibolite facies

of Evans (1990). The P-T path outlined above can be best de-

scribed  by  a  subduction  to  at  least  25  km  of  crustal  depth,

which  was  followed  by  an  uplift  without  any  significant

change in the temperature conditions. The late temperature in-

crease was caused by thermal relaxation following subduction.

Acknowledgements: This paper forms part of the PhD work

of  the  author  performed  in  the  Laboratory  for  Geochemical

Research, Hungarian Academy of Sciences. Prof. Péter Árkai

provided  knowledge  about  metamorphic  petrology  and  sup-

ported  me  throughout  this  study.  Reviews  and  critical  com-

ments by F. Koller (University of Vienna) and two anonymous

referees  are  greatfully  acknowledged.  Discussions  with  Dr.

S.W. Faryad (University of Košice) were constructive and im-

proved the presentation. The author is indebted to Mr. S. Józsa

(Department of Petrology and Geochemistry, Eötvös Universi-

ty, Budapest) for the sampling and to Dr. S. Kovács (Academ-

ic Research Group, Department of Geology, Eötvös Universi-

ty, Budapest) for his valuable advice. Thanks are due to V.

Varga for the whole rock analyses and Dr. K. Gál-Sólymos

(Department of Petrology and Geochemistry, Eötvös Universi-

ty, Budapest) for some of the electron microprobe analyses.

The field work and the sampling were supported by Grant No.

T 019431 given by the Hungarian Scientific Research Fund

(OTKA), Budapest to S. Kovács. The study received financial

help from the Grant No. T 022773 given by the Hungarian Sci-

entific Research Fund (OTKA), Budapest to P. Árkai.

References

Árkai P. & Kovács S. 1986: Diagenesis and regional metamorphism

of  the  Mesozoic  of  the  Aggtelek-Rudabánya  Mountains

(Northeast Hungary). Acta Geol. Hung. 29, 349–373.

Árva-Sós E., Balogh K., Ravasz-Baranyai L. & Ravasz Cs. 1987: K-

Ar dates of Mesozoic igneous rocks in some areas of Hungary.

A. r. Hung. Geol. Inst. 1985, 295–307 (in Hungarian with En-

glish summary).

Balla  Z.  1982:  Development  of  the  Pannonian  basin  basement

through  the  Cretaceous-Cenozoic  collision:  a  new  synthesis.

Tectonophysics 88, 61–102.

Bence A.E. & Albee A. 1968: Empirical correction factors for elec-

tron microanalysis of silicates. J. Geol. 76, 382–403.

Brown E.H. 1977: The crossite content of Ca-amphibole as a guide

to pressure of metamorphism. J. Petrology 18, 53–72.

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

Springer, Berlin, 1–318.

Coleman R.G. 1977: Ophiolites. Springer, Berlin, 1–229.

Csontos L., Nagymarosy A., Horváth F. & Kováè M. 1992: Tertiary

evolution of the Intra-Carpathian area: a model. Tectonophys-

ics 208, 221–241.

Csontos L. 1995: Tertiary evolution of the Intra-Carpathian area: a

review. Acta Vulcanol. 7, 1–13.

Dal  Piaz  G.V.,  Martin  S.,  Villa  I.G.,  Gosso  G.  &  Marschalko  R.

1995: Late Jurassic blueschist facies pebbles from the Western

Carpathian orogenic wedge and palestructural implications for

Western Tethys evolution. Tectonophysics 14, 874–885.

Dobmeier C. 1998: Variscan P-T deformation paths from the south-

western  Aiguilles  Rouges  massif  (external  massif,  western

Alps)  and  their  tectonic  implication  for  its  tectonic  evolution.

Geol. Rdsch. 87, 107–123.

Dosztály L. & Józsa S. 1992: Geochronological evaluation of Meso-

zoic formations of Darnó Hill at Recsk on the basis of radiolar-

ias and K-Ar data. Acta Geol. Hung. 35, 371–394.

Ernst  W.G.  1979:  Coexisting  sodic  and  calcic  amphiboles  from

high-pressure metamorphic belts and the stability of barroisitic

amphibole. Mineral. Mag. 43, 269–278.

Evans  B.W.  1990:  Phase  relations  of  epidote-blueschists.  Lithos

25, 3–23.

Faryad  S.W.  1995:  Phase  petrology  and  P-T  conditions  of  mafic

blueschists from the Meliata unit, Western Carpathians, Slova-

kia. J. Metamorphic Geol. 13, 701–714.

Faryad  S.W.  1997:  Petrology  and  geologic  significance  of  high-

pressure metamorphic rocks occurring as pebbles in the Creta-

ceous  conglomerates  of  the  Klippen  Belt  (West  Carpathians,

background image

METAMORPHIC  EVOLUTION  OF  GABBROIC  ROCKS                                                        129

Slovakia). Eur. J. Mineralogy 9, 547–562.

Faryad  S.W.  &  Henjes-Kunst  F.  1997:  Petrological  and  K-Ar  and

40

Ar-

39

Ar  age  constraints  for  the  tectonothermal  evolution  of

the  high-pressure  Meliata  Unit,  Western  Carpathians  (Slova-

kia). Tectonophysics 280, 141–156.

Gerya  T.V.,  Perchuk  L.L.,  Triboulet  C.,  Audren  C.  &  Sez’ko  A.I.

1997:  Petrology  of  the  Tumanshet  zonal  metamorphic  com-

plex, Eastern Sayan. Petrology 5, 503–533.

Harangi Sz., Szabó Cs., Józsa S., Szoldán Zs., Árva-Sós E., Balla M.

& Kubovics I. 1996: Mesozoic igneous suites in Hungary: Im-

plications  for  genesis  and  tectonic  setting  in  the  northwestern

part of Tethys. Int. Geol. Rev. 38, 336–360.

Holland  T.J.B.  &  Blundy  J.  1994:  Non-ideal  interactions  in  calcic

amphiboles  and  their  bearing  on  amphibole-plagioclase  ther-

mometry. Contr. Mineral. Petrology 16, 433–447.

Horváth P. 1997: High-pressure metamorphism and P-T path of the

metabasic  rocks  in  the  borehole  Komjáti-11,  Bódva  Valley

area, NE Hungary. Acta Mineral. Petrogr. 38, 151–163.

Kamenický  J.  1957:  Triassic  serpentinites,  diabases  and  glau-

cophanic  rocks  from  Spišsko-Gemerské  Rudohorie.  Geol.

Práce, Zoš. 45, 1–57 (in Slovak).

Kovács S., Szederkényi T., Árkai P., Buda Gy., Lelkes-Felvári Gy. &

Nagymarosy  A.  1996–97:  Explanation  to  the  terrane  map  of

Hungary. Ann. Géol. pays Hellén. 37, 271–330.

Leake B.E., Woolley A.R., Arps C.E.S., Birch W.D., Gilbert M.C.,

Grice J.D., Hawthorne F.C., Kato A., Kisch H.J., Krivovichev

V.G., Linthout K., Laird J., Mandarino J., Maresch W.V., Nick-

el E.H., Rock N.M.S., Schumacher J.C., Smith D.C., Stephen-

son N.C.N., Ungaretti L., Whitaker E.J.W. & YouzhiI G. 1997:

Nomenclature of Amphiboles: Report of the subcommittee on

Amphiboles  of  the  International  Mineralogical  Association

Commission  on  New  Minerals  and  Mineral  Names.  Mineral.

Mag. 61, 295–321.

Mahe¾ M. 1986: Geological structure of Czechoslovak Carpathians.

VEDA, Bratislava, 1–503 (in Slovak).

Maluski H., Rajlich P. & Matte Ph. 1993: 

40

Ar-

39

Ar dating of the In-

ner Carpathian Variscan Basement and Alpine mylonitic over-

printing. Tectonophysics 223, 313–337.

Maruyama  S.,  Cho  M.  &  Liou  J.G.  1986:  Experimental  investiga-

tions  of  blueschist-greenschist  transition  equilibria:  Pressure

dependence  of  Al

2

O

3

  contents  in  sodic  amphiboles  —  a  new

geobarometer. Geol. Soc. Amer. Mem. 164, 1–16.

Mello J., Reichwalder P. & Vozárová A. 1998: Bôrka Nappe: high-

pressure relic from the subduction-accretion prism of the Meli-

ata ocean (Inner Western Carpathians, Slovakia). Slovak Geol.

Mag. 4, 261–274.

Mével C. 1988: Metamorphism in oceanic layer 3, Gorringe Bank,

Eastern Atlantic. Contr. Mineral. Petrology 100, 496–509.

Mock  R.  1978:  Some  new  knowledge  about  southern  part  of  the

West  Carpathians.  In:  Vozár  J.  (Ed.):  Paleogeographic  devel-

opment of the West Carpathians. Geol. Inst. Dionýz Štúr, Brat-

islava, 322–341.

Mock  R.,  Sýkora  M.,  Aubrecht  R.,  Ožvoldová  L.,  Kronome  B.,

Reichwalder  P.  &  Jablonský  J.  1998:  Petrology  and  stratigra-

phy of the Meliaticum near the Meliata and Jaklovce villages,

Slovakia. Slovak Geol. Mag. 4, 223–260.

Nagy G. 1984: Computer programs for quantitative electron micro-

probe  analysis  developed  for  geological  applications.  EU-

REM’84:  Proc.  8th  Eur.  Congr.  on  Electron  Microscopy,

Budapest, 1041–1042.

Neubauer  F.,  Fritz  H.,  Boja  A.V.,  Janák  M.,  Putiš  M.  &  Reich-

walder  P.  1992:  Kinematics  of  the  blueschist-bearing  nappe:

The  Meliata  Unit  of  the  Western  Carpathians.  Terra  Abstr.,

Terra Nova 4, 77.

Plašienka D., Grecula P., Putiš M., Kováè M. & Hovorka D. 1997:

Evolution  and  structure  of  the  Western  Carpathians:  an  over-

view. In: Grecula P., Hovorka D. & Putiš M. (Eds.): Geological

evolution of the Western Carpathians. Miner. Slovaca—Mono-

graph, 1–24.

Plyusnina L.P. 1982: Geothermometry and geobarometry of plagio-

clase-hornblende bearing assemblages. Contr. Mineral. Petrol-

ogy 80, 140–146.

Réti  Zs.  1985:  Triassic  ophiolite  fragments  in  an  evaporitic  me-

lange, Northern Hungary. Ofioliti 10, 411–422.

Robinson  P.,  Spear  F.S.,  Schumacher  J.C.,  Laird  J.,  Klein  C.,

Evans B.W. & Doolan B.L. 1982: Phase relations of metamor-

phic  amphiboles:  natural  occurrence  and  theory.  In:  Veblen

D.R. & Ribbe P.H. (Eds.): Amphiboles: Petrology and Experi-

mental  Phase  relations,  Rewiews  in  Mineralogy  9B.  Miner.

Soc. Amer. 1–27.

Sadek  Ghabrial  D.,  Árkai  P.  &  Nagy  G.  1996:  Alpine  polyphase

metamorphism  of  the  ophiolitic  Szarvaskõ  complex,  Bükk

Mountains, Hungary. Acta Mineral. Petrogr. 35, 99–128.

Spear F.S. 1993: Metamorphic phase equlibria and pressure-temper-

ature-time paths. Miner. Soc. Amer., 1–799.

Triboulet  C.  1992:  The  (Na-Ca)  amphibole-albite-chlorite-epidote-

quartz geothermobarometer in the system S-A-F-M-C-N-H

2

O. 1.

An empirical calibration. J. Metamorphic Geol. 10, 545–556.

Vitális I. 1909: Geologic outline of the Bódva-Rónaköz region.A. r.

Hung. Geol. Inst. 1907, 45–58 (in Hungarian).