GEOLOGICA  CARPATHICA,  51,  2,  BRATISLAVA,  APRIL  2000

83–89

K/Ar  DATING  OF NEOGENE  CALC-ALKALINE  VOLCANIC ROCKS

FROM  TRANSCARPATHIAN  UKRAINE

ZOLTÁN PÉCSKAY

1

,

 

 IOAN SEGHEDI

2

,  HILARY DOWNES

3

,

MICHAIL PRYCHODKO

4

  and  BOGDAN MACKIV

4

1

Institute of Nuclear Research of the Hungarian Academy of Sciences, Bem tér 18/c, 4026 Debrecen, Hungary

2

Geological Institute of Romania, Caransebes Str. 1, RO-78344 Bucharest, Romania

3

Department of Geology Birkbeck College, Malet St., London WC1E 7HX, U.K.

4

ZGRE, Geologov 10, UR-295510 Beregovo, Ukraine

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

Abstract:  The  Neogene  Carpathian  arc  is  a  complex  magmatic  arc,  extending  from  Slovakia  into  Romania.  The

Transcarpathian region in SW Ukraine comprises the central part of this arc and was active in the Middle-Late Mi-

ocene. The volcanic structures of the Transcarpathian region can be divided into three major areas: a—Outer Arc; b—

Intermediate zone; c—Inner Arc. This division reflects the basic tectonic features of the Ukrainian Carpathians, but

differs  from  other  parts  of  the  Carpathian  arc.  The  Outer  Arc  consists  of  a  number  of  overlapping  stratovolcanic

structures,  generally  composed  of  lava  flows,  domes,  dykes/sills,  volcanic  necks  and  lahars  of  basaltic  andesite,

andesite and dacite composition. In the Inner Arc, tuffs, ignimbrites and ash deposits of dacite, rhyodacite and rhyo-

lite  are  abundant.  Lava  flows  of  andesitic  and  basaltic-andesitic  composition  are  present,  together  with  domes  of

dacite  and  rhyolite.  The  Intermediate  zone  is  composed  of  lava  domes  and  small  andesitic  shield  volcanoes.

New K/Ar data obtained from 57 volcanic rock samples has yielded K/Ar ages of 13.4–9.1 Ma. This time interval

(~4.5 million years) is similar to that of the neighbouring Carpathian volcanic regions to the west (Tokaj Mts., Hun-

gary)  and  to  the  east  (Cãlimani,  Romania).  Badenian  rhyolitic  tuffs  buried  within  the  Transcarpathian  area  repre-

sented the earlier phases of magmatism, but they have been dated only by biostratigraphic methods. Thus, there is no

evidence in this area for any along-arc migration of volcanism, unlike in the Eastern Carpathians of Romania. Forma-

tion of volcanic structures started simultaneously in both Outer Arc and Inner Arc volcanic areas (13.4 Ma). Different

peaks of volcanic activity were observed: (a) between 13.0–11.5 in the Inner Arc, interpreted as the major period of

generation of a complex of resurgent domes related to formation of a caldera, probably situated toward the central part

of the Transcarpathian depression, and (b) between 11.2–10.5 Ma in the Outer Arc, representing the main period of

volcano generation. The end of the volcanic activity (9.5–9.1 Ma) was scattered and less voluminous.

Key  words:  SW  Ukraine,  Transcarpathia,  Neogene  volcanic  activity,  calc-alkaline  volcanic  rocks,  K/Ar  dating,

volcanology.

Introduction

Neogene calc-alkaline volcanic rocks from the south-western

part  of  the  Ukraine  (Transcarpathia)  form  part  of  the  Car-

pathian magmatic arc, which extends from Slovakia into Ro-

mania,  via  Hungary  and  the  Ukraine.  The  Transcarpathian

volcanic  area  is  an  integral  part  of  a  continuous  ~120  km

long chain which starts in Slovakia (Vihorlat Mts.) and con-

tinues to Romania (Oaº volcanic area).

Previous  investigations  reviewed  by  Lyashkevich  (1995)

recognized two Neogene  magmatic formations in Transcar-

pathia: (1) Rhyodacitic; and (2) Andesitic. The former is lo-

cated  close  to  and  inside  the  Transcarpathian  depression,

whereas the latter consists of a volcanic chain closer to the

Flysch area. Further west, in Slovakia three types of volcan-

ism were distinguished by Lexa et al. (1993) and Kalièiak &

Žec (1995): 1. Rhyolite-rhyodacite areal volcanism (Eggen-

burgian–Badenian);  2.  Andesite  areal  volcanism  (Middle

Badenian–Sarmatian);  3.  Volcanic  arc  andesite  volcanism

(Sarmatian–Pannonian).  The  first  two  types  correspond

roughly  to  the  Rhyodacitic  magmatic  formation,  and  the

third one is equivalent to the Andesitic magmatic formation

of Lyashkevich (1995). Previous K/Ar data suggested an age

of 12.6 Ma for the Rhyodacitic formation and 12.3–10.6 Ma

for  the  Andesitic  formation  (Danilovich  1976  fide  Lyash-

kevich 1995; Bagdasaryan & Danilovich 1968). K/Ar dating

was performed on alunite related to hydrothermal activity in

the Beregovo region of Transcarpathia (Rakovits et al. 1981)

in  which  two  different  events  were  distinguished:

15.21±0.84 Ma and 12.65±0.56 Ma.

In our study new K/Ar ages were measured for 57 samples,

covering most of the Transcarpathian volcanic centers. We

sampled  massive,  non-vesicular  rocks  from  both  outcrops

and boreholes drilled by the Transcarpathian Geological Ex-

ploration Company (Beregovo). Although we have not un-

dertaken detailed geological mapping of the eruptive succes-

sion,  our  new  data  will  considerably  improve  the

understanding of the space-time evolution of the volcanic ac-

tivity in the Transcarpathian region of the Carpathian arc.

Experimental methods

K/Ar age determinations were done at the Institute of Nu-

clear  Research  of  the  Hungarian  Academy  of  Sciences  in

Debrecen, Hungary. The freshness of specimens was evalu-

84                                                                                            PÉCSKAY  et al.

ated  by  microscopic  investigation  of  thin  sections  and

strongly  altered  specimens  were  eliminated.  Conventional

experimental methods were used in the determination of the

argon  content.  K/Ar  dating  was  carried  out  on  whole  rock

samples, except for one dacitic rock (UA-3), from which bi-

otite was dated.

Argon was extracted from 0.1–0.3 mm sized whole rock

samples by RF fusion in Mo crucibles, in previously backed

glass  and  stainless  steel  vacuum  system. 

38

Ar  spike  was

added from pipette system, and the evolved gases were pu-

rified using Ti and SAES getters and liquid nitrogen traps.

The purified argon was measured in the static mode, using a

15 cm radius magnetic sector type mass-spectrometer built

in  Debrecen.  Recording  and  evaluation  of  argon  spectrum

was  controlled  by  a  microcomputer.  Details  of  the  instru-

ments,  the  applied  methods  and  results  of  calibration  have

been described elsewhere (Balogh 1985; Odin 1982).

Approximately 0.1 g of finely ground sample was digested

in acids and finally dissolved in 0.2 M HCl. Potassium was

determined by flame photometry with a Na buffer and Li

internal  standard.  The  inter-laboratory  standards  Asia1/65,

LP-6,  HD-B1,  GL-O  and  atmospheric  Ar  were  used  for

checking the measurements. Atomic constants suggested by

Steiger & Jäger (1977) were used for calculating the age. All

analytical errors represent one standard deviation (68 % ana-

lytical confidence level). For stratigraphic classification, the

time-scale of Central Paratethys (Vass & Balogh 1989) has

been used.

Volcanic geology

Geological setting

In the geological context, the Transcarpathian volcanic re-

gion is located approximately on the boundary between the

Pieniny Klippen Belt and the Carpathian flysch belt in the

north, and the Neogene East Slovak and Transcarpathian ba-

sin in the south (Fig. 1). The volcanism is in part related to

the  development  of  the  Transcarpathian  depression  from

Badenian until Pannonian times (Vass et al. 1988; Kalièiak

& Pospíšil 1990). A NW–SE longitudinal fault system was

significant  in  the  evolution  of  the  Transcarpathian  depres-

sion, and the faults acted as pathways through which mag-

mas  reached  the  surface.  During  the  Late  Miocene  to

Pliocene, these fault systems were arranged in regional left

lateral  transtensional  corridors,  along  which  several  pull-

apart basins were formed (Csontos 1995). Conjugate NE-SW

faults  were  active  mainly  during  Sarmatian–Pannonian

times,  when  important  extension  and  sedimentation  took

place (Kalièiak & Pospíšil 1990).

From  the  geotectonic  point  of  view,  the  Transcarpathian

volcanics are situated on the northern margin of the Zemplín

block,  the  north-easternmost  part  of  the  major  ALCAPA*

block in the Intracarpathian area, at its contact with the Eur-

asian plate (Csontos 1995; Haas et al. 1995). There is a sig-

nificant difference in the crustal structure between the AL-

CAPA  block  (~20  km  thickness)  and  the  Eurasian  plate

(~40  km  thickness),  according  to  the  seismic  profile  HSS-

III, which suggests that the suture zone is situated just below

the accretionary flysch belt in the Ukraine. Seismic and mag-

netotelluric data suggest an asthenospheric upwelling in the

central  part  of  Transcarpathian  depression,  where  the  as-

thenosphere-lithosphere boundary is considered to be situat-

ed at a depth of ~60 km (Babuska et al. 1986).

Volcanological overview

The volcanic activity in the SW Ukraine is very complex

and strongly related to the development of sedimentary ba-

sins (mainly the Transcarpathian depression which forms a

part  of  the  much  larger  Pannonian  Basin)  since  Badenian

times. A huge volume of volcanic products (mainly volcani-

clastics) is buried within the sedimentary pile. Their thick-

ness varies between several tens of meters and several hun-

dred meters. They are buried below the outcropping volcanic

areas as a consequence of tectonic movements (Kalièiak &

Pospíšil 1990).

From the distribution of  the outcropping volcanic rocks in

the SW Ukraine, three volcanic areas can be defined. These

are oriented ~NW–SE (Fig. 2), strongly suggesting that, their

orientation was controlled by major tectonic lines:

1. The Outer Arc volcanic area is composed of a row of

eight adjacent and partially overlapping composite andesitic

volcanoes  (Poprieèny,  Antalovski,  Hotar,  Obavski-Kamen,

Demianov, Martinski-Kamen & Tolstoi-Tupoi) (Fig. 2). The

Tolstoi-Tupoi volcano forms a link towards the SE with the

complex  shield  volcanoes  and  lava  dome  structures  of  the

Oaº area (Romania). In the westernmost part Poprieèny vol-

cano forms a link with another row (NW–SE oriented) of ad-

jacent overlapping volcanoes belonging to the Vihorlat Mts.

All  eight  volcanoes  are  similar  in  size,  and  evenly  spaced

(~15 km apart). Much of the following volcanological inter-

Fig. 1. General map of the Carpathian-Pannonian area showing the

study area (quadrangle) in Transcarpathian Ukraine and NE Hun-

gary. 1 — Carpathian Units; 2 — Outcropping intermediate calc-

alkaline volcanic rocks; 3 — Buried acidic calc-alkaline volcanic

rocks; 4 — Outcropping acidic calc-alkaline volcanic rocks; 5 —

Alkali-basaltic volcanic rocks.

*Alpine-Carpathian-Pannonian  system

K/Ar  DATING  OF NEOGENE  CALC-ALKALINE  VOLCANIC  ROCKS                                              85

pretation of the Outer Arc area is based on the unpublished

data of Zobkov & Titov (1977). The volcanic activity was

dominantly effusive. The central cone facies is strongly erod-

ed and besides lava flows and lava domes, intrusive dykes or/

and  necks  and  different  volcanic  breccias  can  be  found,

sometimes  affected  by  hydrothermal  alteration.  Numerous

porphyritic and aphanitic lava flows were distributed around

the source area of each volcano, with their eastern and west-

ern slopes buttressed against lavas of the neighbouring vol-

cano. The longest lava flows (~15–20 km) are distributed to-

wards the south, indicating a lower initial topography in this

direction. Some lithic-rich debris flows can also be found in

distal areas. In the sedimentary basement in the north-eastern

part  of  Obavski-Kamen  volcano  several  sills  were  also

found.

Poprieèny  volcano  seems  to  be  the  most  complex  in  the

chain, and can be characterized as a stratovolcano. Based on

lithofacial  observations  made  mainly  in  Slovakia,  Kalièiak

et  al.  (1995a)  pointed  out  the  existence  of  two  proximal

“structural levels”: the lower one is characterized by the pre-

dominance of pyroclastic deposits whereas the upper one is

dominated by lava flows. The distal volcanic area, fringing

the volcano along its western edge, is characterized by flu-

vio-lacustrine  deposits.  The  petrography  is  similar  in  both

“levels”, consisting of pyroxene-bearing andesites and/or ba-

saltic  andesites.  The  Poprieèny  stratovolcano  has  on  its

northern periphery a rhyolitic dome, which is not considered

to  belong  to  the  edifice  (Kalièiak  et  al.  1995b).  A  dacitic

dyke was observed in the central part of the volcano, intrud-

ed into pyroxene-bearing andesites.

2. An Intermediate zone is represented by lava domes and

small shield volcanoes (mostly andesitic) in two isolated ar-

eas (Drisinsko and Shalanski) (Fig. 2). The whole intermedi-

ate area also contains abundant buried acid volcaniclastic de-

posits of Badenian and Sarmatian age.

3. The Inner Arc, around Beregovo town, is a cluster of

dacite and rhyolite domes. According to borehole data, the

compositional spectrum of the rocks is wider, including ba-

salts,  basaltic  andesites  and  andesites,  along  with  the  pre-

dominant  dacites  and  rhyolites.  Furthermore,  boreholes

drilled  in  Hungary,  close  to  the  Ukrainian  border  (e.g.

Gelénes-1)  and  near  Beregovo  (Derekaszeg-8)  (Fig.  3)  re-

vealed, in addition to older sedimentary and volcanic depos-

its (Lower to Upper Badenian), a thick buried pile (>600 m)

of  rhyodacitic  volcaniclastic  deposits  (mainly  ignimbrites),

Sarmatian  in  age  (Kulcsár  1968).  The  cluster  of  domes

around Beregovo could be interpreted as a resurgent dome-

complex related to caldera formation (Pantó 1966). The cen-

tre of the caldera was probably situated near the central part

of the Transcarpathian depression.

Fig. 2. Volcanological sketch map of the Transcarpathian Neogene volcanics.

86                                                                                            PÉCSKAY  et al.

The  analyzed  Transcarpathian  volcanic  rocks  consist  of

plagiophyric pyroxene basaltic andesites, andesites and dac-

ites, and relatively plagioclase phenocryst-poor to aphanitic

andesites,  dacites  and  rhyolites.  The  volume  of  aphanitic

rocks is larger in the eastern part of the Outer Arc (Tolstoi-

Tupoi  volcanic  cone,  Oaº)  and  also  for  the  rhyolites  from

the  Inner  Arc.  Andesites  are  the    dominant  volcanic  prod-

ucts of the  Outer Arc, but some rare dacites and rhyolites

can  be  found.  In  contrast,  in  the  Inner  Arc,  rhyolites  and

dacites  are  dominant,  but  basalts,  basaltic  andesites  and

andesites can also be found.

Eruptive history based on K/Ar data

Although numerous age determinations have been carried

out in our study (Table 1), the data are insufficient to recon-

struct the evolution of each individual volcanic edifice.

According  to  our  data  the  oldest  volcanic  edifice  is  Po-

prieèny (13.4 Ma), the western volcano in the Outer Arc. A

long time interval (13.4–10.2 Ma) has been determined for

the  Poprieèny  volcano.  Based  on  the  borehole  data  (C11

reached the Mesozoic metamorphic basement at 590 m) and

geophysical data, this volcano is tilted southward (Kalièiak

et al. 1995b). Consequently the oldest volcanic rocks (Lower

Sarmatian) are exposed only in the northern part of the volca-

nic edifice. Much younger volcanic rocks were taken from

the  southern  slopes  of  the  Poprieèny  (Lower  Pannonian),

(Kalièiak et al. 1995a). A similar age (13.3 Ma) was mea-

sured  on  a  sill  (UA-13)  intruded  into  the  flysch  deposits

north  of  the  Obavski-Kamen  volcano  but  the  geological

meaning  of  this  radiometric  age  is  questionable  due  to  the

large analytical error (>1 Ma).

In  the  Outer  Arc  the  most  detailed  analytical  work  has

been made in the Obavski-Kamen volcano (15 samples). The

samples were collected not only from outcrops, but also from

several massive rocks pierced by borehole C-30T, located on

the western slope of the volcano, from borehole 260, on the

southern slope and borehole 7T in the eastern part of the vol-

cano (Table 1). After drilling more than 1100 m of volcanic

deposits borehole C-30T reached the sedimentary basement

at 1150 m. In a continuous drilling interval (553–1167 m) the

volcanic structure was shown to be typical of a stratovolca-

no, with intervals of thick massive lava flows and thin inter-

calations of volcaniclastic deposits (mainly tuffs). However,

some intrusions (dykes or sills) are also present. In the east-

ern and southern slopes of the volcano the boreholes (265,

7T) reached the oldest volcanic rocks (12.9–12.2 Ma). The

ages  obtained  in  the  C-30T  borehole  in  the  depth  interval

819–1148 m are slightly younger (11.6–11.3 Ma). The out-

cropping  lava  flows,  close  to  the  vent  area,  yield  ages  of

10.7–10.3  Ma.  The  youngest  ages  were  determined  on  the

core samples taken from C-30T borehole (9.8–9.3 Ma) from

two  intervals  at  different  levels:  660 m  and  910  m.  These

younger ages are probably related to an intrusive origin. This

database makes it possible to consider the 3.6 million years in-

terval of volcanic activity of the Obavski-Kamen volcano as

being representative for the entire Outer Arc volcanic area.

The  rest  of  the  samples  from  the  other  volcanoes  of  the

Outer Arc (Poprieèny, Antalovski, Hotar, Demianov, Martin-

ski-Kamen, Tolstoi-Tupoi, Oaº) were collected mostly from

outcrops,  or  shallow  drillholes.  In  Poprieèny,  where  the

whole succession was dated, the interval of volcanic activity

is very similar to Obavski-Kamen (13.4–10.0 Ma) (Kalièiak

et al. 1995a and this work). For the rest of the volcanic struc-

tures  in  the  Outer  Arc,  where  mostly  the  upper  lava  flows

were sampled, the ages correspond to the younger activity of

Obavski-Kamen  (11.2–9.1  Ma).  In  this  interval  we  have  a

higher volume of erupted products between 11.2 and 10.5 Ma

(Fig. 4 and Fig. 5). We would expect a similar eruptive vol-

ume for each volcano during this interval of activity, as the

volcanoes have almost identical dimensions and show obvi-

ous lateral symmetry (Fig. 2).

In the Intermediate volcanic area andesitic rocks are domi-

nant  on  the  surface.  There  are  only  a  few  outcrops  in  this

area and, with one exception (UA-31), all the samples were

taken  from  different  boreholes.  The  age  of  the  andesitic

rocks ranges between 12.6 and 11.6 Ma, with one exception

(UA-23, K/Ar age: 9.5 Ma). A pyroxene-bearing dacite from

Drisinsko area has a similar petrography to the Tarpa dacite

(T-96, K/Ar age:10.5 Ma) from the Inner Arc, but yielded a

different age (UA-37, K/Ar age:11.4 Ma).

On the basis of borehole data (Fig. 3), it has been estab-

lished that in the Inner Arc, significant acid volcanic activity

took  place  during  Badenian  and  Sarmatian  times  (Maleev

Fig.  3.  Borehole  stratigraphy  in  the  Transcarpathian  depression

(location: Gelénes and Derekaszeg) showing the relationships be-

tween Badenian and Sarmatian tuff layers.

K/Ar  DATING  OF NEOGENE  CALC-ALKALINE  VOLCANIC  ROCKS                                              87

1964;  Kulcsár  1968;  Rakovits  et  al.  1981).  The  Gelénes

borehole (NE Hungary) penetrated about 700 m of Badenian

rhyolite ignimbrites (14.7 Ma) and another 700 m of Sarma-

tian  rhyodacitic  ignimbrites  (13.0–11.0  Ma)  (Széky-Fux  et

al.  1987).  Close  to  Beregovo,  the  borehole  Derekaszeg-8

shows 376 m of rhyolitic Badenian tuffs and 80 m of Sarma-

tian  acid  tuffs  (Kulcsár  1968).  The  outcropping  volcanic

rocks  are  dominantly  acidic  in  composition  (rhyolites  and

dacites), and pierce the acid volcaniclastic rocks. In addition,

basaltic andesites and andesites of 13.8–11.5 Ma were found

in boreholes in the eastern part of the Inner Arc area.

On the basis of the radiometric dating the basaltic andesite

(408, K/Ar age: 13.8 Ma) is the oldest volcanic product anal-

ysed in the Inner Arc, and agrees well with the age of the

oldest volcanic product from the Outer Arc (13.4 Ma). How-

ever the great analytical error (1.2 Ma) suggests that this ba-

Table 1: Analytical data of the Neogene volcanic rock of Transcarpathian region, SW Ukraine and NE Hungary. Abbreviation: Apx (py-

roxene andesite), Bapx (pyroxene basaltic andesite), Dpx (pyroxene dacite), R (rhyolite), D (dacite), Dam,bi (amphibole biotite dacite).

Sample

Locality

Volcanic structure

Rock type

K

(%)

40

Ar

rad

(ccSTP/g)

40

Ar

rad

(%)

K-Ar age

(Ma)

UA-1

Suroy V.

Poprieèny

Apx

lava flow

1.376.402.10

-7

40.8

12.0±0.6

UA-2

Suroy V.

Poprieèny

BApx

lava flow

1.29

6.587.10

-7

39.1

13.1± 0.6

UA-3

Suroy V.

Poprieèny

Dam,bi

dyke

5.8

2.962.10

-6

51.2

13.1± 0.6

UA-4

Suroy V.

Poprieèny

Apx

lava flow

1.55

7.3337.10

-7

51.5

12.1± 0.5

153

Novoselitsa

Poprieèny

Apx

lava flow

1.19

5.724.10

-7

44.2

12.3± 0.5

341

NW Perecin

Poprieèny

R

dome

2.59

1.228.10

-6

50.8

12.2± 0.5

546

Kamianitsa

Poprieèny

Diorite

intrusion

1.14

5.963.10

-7

58.8

13.4± 0.6

361

Veliki Lazi

Antalovski

Apx

lava flow

1.22

5.225.10

-7

23.2

11.0±0.7

349

Nevitske

Antalovski

Apx

lava flow

1.22

4.513.10

-7

27.2

  9.5±0.6

756

Visnica V.

Hotar

R

dome

4.31

1.916.10

-6

80.3

11.4±0.4

UA-16

Kolchino Quarry

Obavski Kamen

Apx

intrusion

2.91

1.166.10

-6

51.8

10.3±0.4

UA-17Obava Quarry

Obavski Kamen

Apx

lava flow

1.82

7

.594.10

-7

37.4

10.7±0.5

UA-14

Chinadieva

Obavski Kamen

BApx

lava flow

1.24

5.142.10

-7

41.9

10.6±0.5

UA-15

Chinadieva

Obavski Kamen

BApx

lava flow

1.26

5.585.10

-7

67.5

11.4±0.4

UA-21

Bh. 7T/396m

Obavski Kamen

Apx

intrusion

1.97

9.881.10

-7

16.1

12.9±1.1

UA-13

Golubina

Obavski Kamen

BApx

sill

1.24

6.475.10

-7

12.6

13.3±1.5

75

Zarnina

Obavski Kamen

D

lava flow

1.99

9.013.10

-7

70.5

11.6±0.5

976

Kolchino

Obavski Kamen

BApx

lava flow

1.32

5.501.10

-7

61.1

10.7±0.4

265

Lahova, Bh 265/330m

Obavski Kamen

Apx

lava flow

1.47

5.977.10

-7

34.3

12.2±0.6

30-1

Siniak,Bh C-30T/660m

Obavski Kamen

Apx

intrusion

1.83

6.621.10

-7

25.6

  9.3±0.6

30-2

Siniak,Bh C-30T/819m

Obavski Kamen

BApx

lava flow

1.85

8.096.10

-7

19.9

11.5±0.8

30-3

Siniak,Bh C-30T/910m

Obavski Kamen

BApx

intrusion

1.49

5.628.10

-7

20.7  9.8±0.7

30-4

Siniak,Bh C-30T/976m

Obavski Kamen

Apx

lava flow

1.48

6.482.10

-7

36.9

11.2±0.5

30-5

Siniak,Bh C-30T/1145m

Obavski Kamen

Apx

lava flow

1.68

7.080.10

-7

41.4

10.8±0.5

UA-33

Siniak,Bh C-30T/1148m

Obavski Kamen

Apx

lava flow

1.76

7.792.10

-7

34.2

11.6±0.6

476

Olghavica

Demianov

Apx

lava flow

0.88

3.115.10

-7

10.2

  9.1±1.3

886

Soyva

Demianov

Apx

intrusion

1.978.607

.10

-7

19.6

11.2±0.8

UA-12

Pidhirne Quarry

Martinski Kamen

BApx

lava flow

1.33

5.529.10

-7

40.2

10.7±0.5

UA-11

Siltse Quarry

Martinski Kamen

BApx

neck

1.46

6.285.10

-7

27.4

11.0±0.6

997

Irshava,Bh. 997/51m

Martinski Kamen

BApx

lava flow

1.70

7.301.10

-7

22.711.0±0.7

UA-9

Rokosov Quarry

Tolstoi Tupoi

Dpx

lava flow

2.04

8.442.10

-7

42.4

10.6±0.5

UA-7Wereyatsa Quarry

Oaº

Dpx

lava flow

2.49

1.045.10

-6

45.6

10.8±0.5

UA-8

Ciorni Hill

Oaº

Dpx

lava flow

2.60

1.036.10

-6

64.8

10.2±0.4

UA-10

Vischova Village

Oaº

Apx

sill

1.50

6.253.10

-7

26.9

10.7±0.6

UA-5

Koshini Quarry

Beregovo

R

lava flow

2.52

1.239.10

-6

61.8

12.6±0.5

UA-6

Began Quarry

Beregovo

R

lava flow

2.41

1.185.10

-6

34.8

12.6±0.6

UA-30

Ardov Quarry

Beregovo

R

lava flow

2.81

1.341.10

-6

28.3

12.2±0.7

304

Bh.304/243m

Beregovo

R

lava flow

2.75

1.237.10

-6

43.4

11.5±0.5

435

Bh.435/213m

Beregovo

D

lava flow

2.84

9.308.10

-7

43.711.7

±0.5

B-96

Barabas

Beregovo

R

lava flow

2.46

1.219.10

-6

57.4

12.7±0.5

T-96

Tarpa

Beregovo

Dpx

dome

2.10

8.690.10

-7

60.0

10.5±0.5

UA-26

Haiesh Quarry

Kalimen

R

dome

2.71

1.308.10

-6

21.9

12.4±0.8

UA-31

Fogosh Quarry

Kalimen

R

lava flow

4.06

1.900.10

-6

23.1

12.0±0.8

UA-28

Pelikan Quarry

Kalimen

R-perlite

lava flow

3.08

1.539.10

-6

50.0

12.8±0.5

UA-22

Borijava Bh.4T/510m

Kalimen

Apx

lava flow

1.33

6.001.10

-7

  9.5

11.6±1.7

UA-20

Chopivko Bh 423/391m

Kalimen

Apx

lava flow

1.77

8.361.10

-7

25.4

12.1±0.7

UA-41

Bh.320/306m

Kalimen

BApx

lava flow

0.99

4.967.10

-7

27.2

12.9±0.7

409

Bh.409/151m

Kalimen

BApx

lava flow

0.74

3.712.10

-7

35.1

12.9±0.6

408

Bh.408/283m

Kalimen

BApx

lava flow

1.05

5.646.10

-7

15.8

13.8±1.2

295

Bh. 295/154m

Kalimen

Apx

lava flow

1.01

5.018.10

-7

16.9

12.7±1.1

UA-37

Gat, Bh.407/195m

Drisinsko

Dpx

dome

2.06

9.171.10

-7

45.3

11.4±0.5

UA-18

Drisino, Bh. 327/587m

Drisinsko

Apx

sill

1.07

5.218.10

-7

22.6

12.5±0.8

327Drisino, Bh. 327

/588m

Drisinsko

Apx

sill

1.21

5.929.10

-7

34.2

12.6±0.6

UA-24

Shalanki

Shalanki

Apx

lava flow

1.48

6.755.10

-7

56.6

11.7±0.5

UA-39

Bh.316/125m

Shalanki

BApx

lava flow

1.28

6.154.10

-7

52.1

12.3±0.5

UA-40

Bh.316/286m

Shalanki

BApx

lava flow

1.28

5.882.10

-7

19.8

11.8±0.9

UA-23

Bh.438/228m

Shalanki

Apx

lava flow

1.68

6.255.10

-7

16.7  9.5±0.8

88                                                                                            PÉCSKAY  et al.

saltic andesite was probably affected by secondary alteration.

On the other hand, the presence of some excess argon cannot

be excluded. Consequently, we may relate the open question

of  the  geological  age  of  the  oldest  intermediate  volcanic

rocks to the lack of suitable sample for radiometric dating in

the Inner Arc. The acid rocks in the Inner Arc (mainly rhyo-

lites) are slightly younger and show a longer interval of vol-

canic activity (12.8–11.5 Ma). This latter period corresponds

to the climax of volcanic activity in the Inner Arc, and possi-

bly suggests that the end of the volcanic activity was related

to a large caldera situated further south. If we consider that

the Inner Arc volcanic area was related to caldera formation

documented as starting around 13 Ma ago, then the interval

of volcanic activity during which the caldera, Outer Arc and

Inner Arc were all active was between 13.4–11.5 Ma.

On the basis of radiometric data, the Neogene volcanic ac-

tivity  in  E  Slovakia,  NE  Hungary  and  NW  Romania  took

Fig. 4. Histogram of the new K/Ar age data in the Transcarpathian

region.

Fig. 5. Individual K/Ar measurements (showing the analytical er-

ror  bars)  for  different  volcanic  structures.  Acidic  rocks  in  black,

intermediate rocks in white.

place in the same time interval (approx. 15.5–9.0 Ma) (Péc-

skay et al. 1995; Széky-Fux et al. 1987). Volcanic activity

constrained by biostratigraphy started with eruption of acidic

tuffs in the Badenian. The location of the source of this vol-

canic activity is unknown. These tuffs contain andesitic lithic

fragments which must represent an older phase of eruptive

activity. In SE Slovakia, older rhyolite tuffs were also recog-

nized  (Eggenburgian)  (Orlický  et  al.  1974).  In  the  Tokaj-

Slánske  mountains,  the  peak  of  intermediate  volcanism  is

slightly older (12.5 Ma) than in the Vihorlat–Gutinsky area

(Vass et al. 1978; Kalièiak & Repèok 1987; Pécskay et al.

1986). It is significant that the stratovolcanoes and the ex-

tended  andesitic  lava  flows  of  the  Vihorlat–Poprieèny–

Gutinsky–Oaº–Gutîi  range  were  all  formed  contemporane-

ously  during  Sarmatian  and  Early  Pannonian  times  (13–9

Ma) (Durièa et al. 1978; Kalièiak et al. 1995a,b; Kovács et

al. 1997; Pécskay et al. 1994).

Conclusions

Our present data set has extended our understanding of the

evolution  of  the  Neogene  calc-alkaline  volcanoes  of  Tran-

scarpathia and adjacent areas. After eruption of the Badenian

K/Ar  DATING  OF NEOGENE  CALC-ALKALINE  VOLCANIC  ROCKS                                              89

rhyolite  tuffs,  voluminous  andesitic  magmas  were  erupted

mostly  in  the  Outer  Arc  area.  Andesitic  volcanic  activity

started simultaneously in both the Outer Arc and Inner Arc

areas in Transcarpathia (13.8 Ma and 13.4 Ma, respectively),

but ceased around 11.5 Ma ago in the Inner Arc (except for

the Tarpa dacite dome (10.5 Ma) formed within the assumed

caldera) and around 9.0 Ma in the Outer Arc. In the Inner

Arc, eruption of acidic and intermediate volcanics alternated

during the Sarmatian. The most vigorous interval of volcanic

activity was 11.2–10.5 Ma in the Outer Arc and 13.0–11.5

Ma in the Inner Arc.

The lifetime of the volcanic activity was between 13.8 and

9.1 Ma, similar in all the range from the Vihorlat (Slovakia) to

Cãlimani (Romania), as pointed out by Pécskay et al. (1995).

Taking into account the K/Ar data obtained in the Vihorlat and

Oaº-Gutîi volcanic regions, a significant peak can be observed

in  the  histogram  which  reflects  the  contemporaneity  of  the

volcanism along the arc from the Vihorlat to the Gutîi.

Acknowledgements: We thank the Royal Society for their

financial  support,  the  Beregovo  Geological  Expedition  for

making  our  fieldwork  possible  and  for  access  to  borehole

material, and the Geological Institute of Romania for support

of  fieldwork  by  its  scientists.  The  Institute  of  Nuclear  Re-

search of the Hungarian Academy of Sciences is thanked for

making the analytical work possible and for support for the

field work. We are grateful to Kadosa Balogh for his helpful

reviews  of  the  manuscript.  The  authors  thank  J. Lexa,

A. Varitchev  and  K. Balogh  for  their  helpful  comments.

Many thanks are due to Éva Svingor for her kind assistance

during the drafting the manuscript.

References

Babuska V., Plomerová J. & Silený J. 1986: The thickness of lithos-

phere  in  the  Central  Europe  derived  from  seismologic  and

magnetotelluric  observations.  In:  Sb.  referatu  8.  celost.  konf.

geofyziku, sekce SG. Brno, Geofyzika 26–32 (in Slovak).

Bagdasaryan G.P. & Danilovich L.G. 1968: New data on the abso-

lute  age  of  the  Transcarpathian  volcanic  rocks.  Izv.  AN  SSR,

Ser. Geol.  9, 15–23 (in Russian).

Balogh K. 1985: K/Ar dating of Neogene volcanic activity in Hun-

gary.  Experimental  technique,  experiences  and  methods  of

chronological studies. ATOMKI Reports D/1, 277–288.

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

area: a review. Acta Vulcanol. 7, 2, 1–13.

Danilovich L.G. 1976: The acid volcanism of Carpathians. Naukova

dumka, Kiev, 1–146 (in Russian).

Durièa D., Kalièiak M., Kreuzer H., Müller P., Slávik J., Tõzsér J. &

Vass D. 1978: Sequence of volcanic events in eastern Slovakia

in the light of recent radiometric age determinations. Vìst. Ústr.

Úst. Geol. 53, 75–88.

Haas  J.,  Kovács  S.,  Krystyn  L.  &  Lein  R.  1995:  Significance  of

Late Permian-Triassic facies zones in terrane reconstructions

in  the  Alpine-North  Pannonian  domain. Tectonophysics  242,

19–40.

Kalièiak M. & Repèok I. 1987: Reconstruction of time development

of  volcanoes  in  the  northern  part  of  the  Slanské  vrchy  Mts.,

Eastern Slovakia. Miner. Slovaca 19, 5, 401–415.

Kalièiak M. & Pospíšil L. 1990: Neogene magmatism in Transcar-

pathian  depression:  geological  and  geophysichal  evaluation.

Miner. Slovaca 22, 481–498 (in Slovak).

Kalièiak M., Pécskay Z., Koneèný V. & Lexa J. 1995a: Evolution of

the  Vihorlat  Neogene  volcanic  range  based  on  K/Ar  dating.

Geol. Soc. Greece, Spec. Publ. 4, 523–526.

Kalièiak M., Koneèný V., Lexa J. & Koneèný P. 1995b: Geological

structure of the Vihorlat Mts. Západ. Karpaty, Sér. Geol. 18, 1–

93 (in Slovak).

Kalièiak M. & Žec B. 1995: Review of Neogene volcanism of East-

ern Slovakia. Acta Vulcanol. 7, 2, 87–95.

Kovács  M.,  Pécskay  Z.,  Crihan  M.,  Edelstein  O.,  Gábor  M.  &

Bernád A. 1997: K/Ar study of Neogene volcanic rocks from

the  Oaº  Mts.  (East  Carpathians,  Romania).  Rev.  Roum.  Geol.

41, 19–28.

Kulcsár L. 1968: A magyar-szovjet határmenti vulkánosság a legú-

jabb szovjet és hazai kutatások tükrében. Acta Geograph. De-

brecina 14, 7, 143–160 (in Hungarian).

Lexa J., Koneèný V., Kalièiak M. & Hojstrièová V. 1993: Distribu-

tion of volcanites of the Carpatian-Pannonian region in time–

space.  In:  Rakús  M.  &  Vozár  J.  (Eds.):  Geodynamical  model

and  deep  structure  of  the  Western  Carpathians.  GÚDŠ,  Brat-

islava, 57–69.

Lyashkevich Z.M. 1995: Neogene volcanic rocks of the Ukrainian

Carpathians: a brief review. Acta Vulcanol. 7, 2, 79–85.

Maleev E.F. 1964: Neogene volcanism of Transcarpathia. Nauka, 1–

250 (in Russian).

Odin G.S. et al. 1982: Interlaboratory standards for dating purposes.

In: Odin G.S. (Ed.): Numerical Dating  in Stratigraphy. Wiley

and Sons. Chichester, New York, Brisbane, 123–149.

Orlický O., Slávik J. & Tõzsér J. 1974: Paleomagnetism of volca-

nics  of  the  Slánske  vrchy,  Velky  Milic  Mts.  and  Zemplínske

Pahorky  hills  and  its  geological  interpretation.  Geol.  Zbor.

Geol. Carpath. 25, 2, 209–226.

Pantó  G.  1966:  Geological  data  of  Gelónes-1  borehole.  Arch.  of

Hung Geol. Survey. Manuscript, 1–160 (in Hungarian).

Pécskay Z., Balogh K., Székyné-Fux V. & Gyarmati P. 1986: Geo-

chronological investigations on the Neogene volcanism of the

Tokaj Mts. Geol. Zbor. Geol. Carpath. 37, 635–655.

Pécskay Z., Edelstein O., Kovács M., Bernád A. & Crihan M. 1994:

K/Ar age determination of Neogene volcanic rocks from Gutîi

Mts. (Eastern Carpathians, Romania). Geol. Carpathica 45, 6,

357–363.

Pécskay Z., Lexa J., Szakács A., Balogh Kad., Seghedi I., Koneèný

V., Kovács M., Márton E.,  Kalièiak M., Széky-Fux V., Póka T.,

Gyarmati P., Edelstein O., Rosu E. & Žec B. 1995: Space and

time distribution of Neogene-Quaternary volcanism in the Car-

patho-Pannonian Region. Acta Vulcanol. 7, 2, 15–28.

Rakovits  Z.,  Balogh  K.  &  Szaszin  G.G.  1981:  K/Ar  dating  of

alunites  from  Transcarpathia.  Bull.  Hung.  Geol.  Soc.  111,  2,

205–220 (in Hungarian).

Steiger  R.H.  &  Jäger  E.  1977:  Subcomission  on  Geochronology:

Convention on the use of decay constants in geology and geo-

chronology. Earth Planet. Sci. Lett. 36, 3, 359–362.

Széky-Fux  V.,  Pécskay  Z.  &  Balogh  K.  1987:  Miocene  volcanic

rocks from boreholes in Transtibiscia (Hungary) and their K/Ar

chronology.  Bull.  Acad.  Serbe  Sci.,  Arts  Classe  Sci.  Nat.  92,

109–128.

Vass  D.,  Tõzsér  J.,  Bagdasaryan  G.P.,  Kalièiak  M.,  Orlický  O.  &

Durièa D. 1978: Chronology of volcanic events in Eastern Slo-

vakia on the grounds of isotopical-paleomagnetical researches.

Geol. Práce, Spr. 71, 77–88.

Vass D., Kováè M., Koneèný V. & Lexa J. 1988: Molasse basins and

volcanic activity in West Carpathian Neogene — its evolution

and  geodynamic  character.  Geol.  Zbor.  Geol.  Carpath.  39,  5,

539–561.

Vass D. & Balogh K. 1989: The period of main and late Alpine mo-

lasses. Z. Geol. Wissen. 17, 849–858.