background image

GEOLOGICA CARPATHICA, 52, 2, BRATISLAVA, APRIL 2001

67—78

EARLY PALEOZOIC METABASALTS AND METASEDIMENTARY ROCKS

FROM THE MALÉ KARPATY MTS (WESTERN CARPATHIANS):

EVIDENCE FOR RIFT BASIN AND ANCIENT OCEANIC CRUST

PETER IVAN

1

, ŠTEFAN MÉRES

1

, MARIÁN PUTIŠ

 and  MILAN KOHÚT

3

1

Department of Geochemistry, Faculty of Science, Comenius University, Mlynská dolina G, 842 15 Bratislava, Slovak Republic;

ivan@fns.uniba.sk

2

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

3

Geological Survey of Slovak Republic, Mlynská dolina 1, 817 04 Bratislava, Slovak Republic

(Manuscript received October 12, 2000; accepted in revised form March 15, 2001)

Abstract:  Most  of  the  Malé  Karpaty  Mts,  which  form  a  geographical  connecting  link  between  the  Eastern  Alps  and
Western Carpathians, consists of an Early Paleozoic low-grade metamorphic complex intruded by Lower Carboniferous
granitoid plutons. Metamorphic recrystallization connected with granite emplacement led to the formation of a crystal-
line complex metamorphosed under greenschist to amphibolite facies conditions. Major and trace element contents of
metabasalts and clastic metasedimentary rocks have been studied in this crystalline complex. Distribution of relatively
immobile trace elements (REE, HFSE) was unaffected by metamorphism and reflects original magmatic or sedimentary
compositions. Two geochemical types of metabasalts have been indentified in relation to their geological position: (1)
metabasalts occurring in association with metagabbros, metadolerites and small amounts of black shales and metacherts
are  of  N-MORB  type  and  (2)  small  metabasalt  bodies  in  clastic  metasedimentary  rocks  with  sporadic  carbonates  are
close to E-MORB/OIT or CT in composition. The clastic sedimentary rocks are represented by alternating metapsammitic
rocks with variable admixture of pelitic component and organic  matter together with a smaller amount of metapelitic
rocks  and  black  shales.  Relatively  uniform  major  and  trace  element  distribution  in  the  clastic  metasedimentary  rocks
indicates uniformity of the composition and source area of protolith. The protolith of the metasedimentary rocks were
close to greywackes from the ensialic back-arc basin depositional setting, with a source comprising mostly a mixture of
acid  and  intermediate  magmatic  rocks  in  the  upper  continental  crust.  A  new  lithostratigraphical  division  of  the  Early
Paleozoic complex of the Malé Karpaty Mts is proposed. We define here two groups: (1) the Pernek Group – a meta-
morphosed incomplete (dismembered) ophiolite sequence representing a relic of the upper part of the oceanic crust Pre-
Lower Carboniferous in age and (2) the Pezinok Group composed of clastic metasedimentary rocks with a small amount
of metacarbonates and metabasalts with E-MORB/OIT or CT signature Silurian—Devonian in age which represents a part
of the rift basin fill probably inboard of an ensialic island arc. Both groups came into contact during strong shortening
and nappe formation processes in the Pre-Early Carboniferous (Late Devonian?) time.

Key  words:  Western  Carpathians,  Early  Paleozoic,  rift  basin,  oceanic  crust,  metabasalts,  metasedimentary  rocks,
geochemistry.

Introduction

The Malé Karpaty Mts form a link between the Western Car-
pathians  and  the  Alps.  The  geological  structure  of  the  Malé
Karpaty Mts bears several specific features concerning both its
main elements – pre-Alpine and also Alpine rock complexes.
The pre-Alpine complex, generally designated as a crystalline
complex: in contrast to the majority of West-Carpathian crys-
talline complexes, is distinct in: (1) the presence of relatively
lower-grade metamorphic rocks, (2) a clearly intrusive relation
of  the  granitoids  to  the  overlying  rocks  and  (3)  widespread
contact metamorphism. Although numerous studies have been
made during recent decades, there are many crucial problems
of this complex, which remain still unsolved such its tectonic
position, lithostratigraphy, geodynamic setting and sedimenta-
ry environment and source of sediments. The aim of this work
is an attempt to solve the above mentioned problems using the
geochemical data obtained by study of two most widespread
rock types of the Malé Karpaty Mts crystalline complex (MK-
MCC) – metabasalts and metasedimentary rocks.

Geology

The MKMCC forms the westernmost part of the Tatric Unit

of  the  Central  Western  Carpathians.  It  comprises  metasedi-
mentary rocks and metamorphosed basic rocks intruded by the
Bratislava and Modra granitoid massifs (Fig. 1). In relation to
both massifs, the metasedimentary rocks and metabasites are
located by several ways as follows: (1) a relatively thin strip of
these rocks fringing the NW margin of the Bratislava Massif,
(2) a similar strip fringing the SE side of the Modra Massif, (3)
a  relatively  compact  area  between  both  massifs  (Pezinok-
Pernek area), (4) inliers in the Modra Massif and (5) small en-
claves in the Bratislava Massif between the Bratislava suburbs
of Lamač and Rača or near the village of Jur (Fig. 1). This lo-
calization results from a combination of: (1) primary relations
between Variscan granitoid massifs and their mantle, (2) Al-
pine tectonism and nappe forming and (3) present-day erosion
level. In practically all the above-mentioned positions the sedi-
mentary and basic magmatic rocks were variably intruded by
small  granitoid  bodies  and  experienced  metamorphic  recrys-

background image

68                                                                                              IVAN et al.

tallization  related  to  the  emplacement  of  granitoid  massifs.
The prevailing rock types include various types of psammitic
and to a lesser extent also pelitic metasedimentary rocks, lo-
cally with organic matter as well as metabasites – massive
magmatogenic  amphibolites,  actinolite  schists  and  coarse-
grained  amphibolites.  There  are  obvious  spatial  differences
in  the  original  character  of  sedimentation.  Although  psam-
mitic  sedimentation  was  dominant,  around  Harmónia—
Dubová villages (N of the Modra town) frequently alternated
various  types  of  pelitic  sediments  predominat  and  sporadic
small bodies of organogenic limestones have also been found

Fig. 1. Schematic geological map of the Malé Karpaty Mts illustrating the extent of Early Paleozoic metabasite and metasedimentary com-
plexes. Explanations: 1 – Metabasite complex (Pernek Fm), 2 – Metasedimentary complex (Pezinok Fm), (1—2 – Early Paleozoic), 3 –
Granitoids (BM – Bratislava Massif, MM – Modra Massif, both Lower Carboniferous), 4 – Mesozoic formations of the Malé Karpaty
Mts. Blank areas represent the Tertiary cover.

here  (Cambel  1962).  Moreover  rhythmic  flysch  sedimenta-
tion has been identified at some places (Putiš 1986, 1987).

The studied metamorphosed basic rocks occur in two sepa-

rate settings. Most of them form a compact whole enclosing
several  belts  of  black  shales  and  stratiform  sulphide  bodies
(so called “productive zones”). Only a small part of metaba-
sic rocks occurs as small bodies (up to several tens of meters)
in  the  formation  containing  metamorphosed  pelitic  sedi-
ments,  black  shales  and  rare  carbonates  in  the  Harmónia-
Dubová area. In areas where psammitic sediments are domi-
nant no metabasic rocks have been found.

background image

EARLY  PALEOZOIC  METABASALTS  AND  METASEDIMENTARY  ROCKS                                     69

Palynological  research  in  the  Harmónia  area  determined

the  age  of  the  MKMCC  as  Late  Silurian  to  Devonian  (An-
drusov  1959;  Cambel  &  Čorná  1974;  Planderová  &  Pahr
1983; Cambel & Planderová 1985). This age is also support-
ed by the results of the whole-rock Rb-Sr dating of gneisses
which  revealed  the  whole-rock  isochron  age  380±20  My
(minimal  age  of  the  isotopic  homogenization  interpreted  as
the  age  of  the  first  metamorphic  alteration;  Cambel  et  al.
1990).

The MKMCC experienced a multi-staged metamorphic al-

teration. Cambel (1962) described them as a combination of
the  regional  pre-granite  metamorphic  episode,  deep  contact
(periplutonic) and contact metamorphism. Korikovsky et al.
(1984)  suppose  that  during  the  intrusion  of  the  Bratislava
Massif, metamorphic zones were created around it, from the
thermally lowest biotite, through garnet and staurolite-chlo-
rite,  to  the  highest  temperature  staurolite-sillimanite  zone.
Contact  metamorphism  occurred  mainly  at  the  contact  be-
tween the Modra granitoids and the overlying rocks. Overlap-
ping  of  contact  metamorphism  and  zones  of  regional  meta-
morphism  led  to  various  types  of  contact  hornfelses
(Korikovsky et al. 1985).

Several schemes of lithostratigraphic division of the MK-

MCC have been developed. The complex was originally de-
fined  as  a  single  lithostratigraphic  unit:  the  Pezinok-Pernek
Crystalline  Complex  with  the  Harmónia  Series  as  its  local
member (Cambel 1962). Putiš (1986, 1987) defined this com-
plex as “the Malé Karpaty Group” which he divided into two
formations:  a  lower  A  formation  –  a  rhythmic  flysch  with
thin layers of basic volcanics and volcanoclastics in its upper
part, and an upper B formation originally composed of dark
quartzites and schists with a limestone layer, over which lie
voluminous  extrusive  basalts  with  accompanying  tuffs  and
dykes of gabbrodiorites. Later this scheme was modified by
the definition of the four local members taking into account
regional  differences  in  lithology  and  tectonic  position
(Plašienka & Putiš 1987). A different scheme was proposed
by  Hovorka  (in  Grecula  &  Hovorka  1987)  who  discerned
three formations in the MKMCC as follows: (1) Pernek Fm,
formed  mostly  by  metabasites,  (2)  Pezinok  Fm,  containing
mainly  clastic  sediments  and  (3)  Harmónia  Fm,  identical
with the Harmónia Series defined by Cambel (1962).

The present-day position of the whole MKMCC including

the  intrusive  granitoids  is  thought  to  be  tectonic  forming  a
part of the Alpine nappe structure (Plašienka & Putiš 1987;
Plašienka et al. 1991; Putiš 1991, 1992).

Petrography

Metamorphosed basic magmatic rocks (mostly basalts) and

clastic  sedimentary  rocks  form  the  main  rock  types  in  the
Early Paleozoic MKMCC. Subordinate black shales and oc-
casional limestones are also present.

Detailed  petrography  of  all  the  above-mentioned  rocks

(Cambel  1962  and  references  therein)  showed  variability  in
petrographic  rock  types,  particularly  in  metabasites,  which
was correctly ascribed by the author to the differences in (1)
protolith and (2) metamorphic evolution.

No  primary  magmatic  minerals  have  been  found  in  the

metabasites and original magmatic textures are only sporadi-
cally preserved. On the basis of these textural relics, grain-
size  and  pseudomorphs  after  magmatic  plagioclase  grains
and phenocrysts, various types of gabbros, dolerites, basalts
and basaltic volcaniclastics have been identified.

Basaltic  rocks  were  transformed  by  metamorphism  into

rocks with petrographic characteristics ranging from green-
stones (greenschists) to amphibolites. Badly preserved relics
of doleritic, ophitic, intersertal, porphyric, amygdaloidal and
hyaloclastite textures were locally found. Oriented acicular
amphibole  is  a  most  widespread  constituent  in  the  mineral
composition of all these rocks. In textures and mineral asso-
ciation they resemble rocks described in Alpine literature as
prasinites  (e.g.  Eskola  1939).  Differences  in  metamorphic
evolution resulted in variable chemical composition (and co-
lour) of amphibole and also small changes of the mineral as-
sociation  and  textures.  On  the  basis  of  these  petrographic
features the metabasalts of the MKMCC can be tentatively
divided  into  the  following  petrographic  types:  (1)  green-
stones  (greenschists),  (2)  lower  temperature  amphibolites,
(3) higher temperature amphibolites and (4) hornfelsed am-
phibolites.

Greenstones (greenschists) are light green massive or foli-

ated  rocks  composed  mainly  of  actinolite,  albitic  plagio-
clase, prehnite or clinozoisite formed in its place or less fre-
quently  epidote.  They  also  contain  accessory  carbonate,
titanite and pyrite. All other petrographic types originated as
a result of further progressive greenstone transformation.

Lower  temperature  amphibolites  contain  blue-green  am-

phibole  (mostly  magnesiohornblende  or  tschermakite)  and
albitic  plagioclase.  Actinolite  is  locally  preserved  in  the
form of relic cores in some amphibole porphyroblasts. Small
relics of prehnite or clinozoisite and epidote are also sporad-
ically preserved. Disseminated small grains of magnetite or
pyrite rimmed by magnetite are common. Textural patterns
are almost identical to greenstones.

Higher temperature amphibolites are composed of brown-

green amphibole (magnesiohornblende or pargasite) and al-
bitic  plagioclase.  In  some  larger  amphibole  grains  blue-
green  amphibole  cores  are  preserved.  Original  small
epigenetic  carbonate  veins  have  been  transformed  to  meta-
morphic  diopside.  Textures  originally  inherited  from  the
greenstone  stage  have  been  modified  by  metamorphic  re-
crystallization,  which  led  to  a  grain  coarsening  and  also  to
more perfect evolution of amphibole crystals.

Hornfelsed amphibolites are grey-brown in colour as a re-

sult  of  the  presence  of  light  brown  amphibole  and  a  small
amount of Mg-biotite. They occur only occasionally in pelit-
ic metasedimentary rocks of the Harmónia-Dubová area and
display  well  preserved  textures  of  original  greenstone  with
typical prismatic amphibole. A partial recrystallization, co-
lour  changes  in  amphibole  and  locally  also  formation  of  a
small amount of Mg-biotite are the only results of the ther-
mal effect of the Modra granitoid massif.

Metasedimentary rocks of the MKMCC were petrographi-

cally described by Cambel (1962) and Cambel et al. (1990).
Various types of phyllite and gneiss are especially common.
According to Korikovsky et al. (1984) the almandine isograd

background image

70                                                                                              IVAN et al.

Geochemistry

Major  and  trace  element  analyses  of  metabasalts  of  the

Early  Paleozoic  MKMCC  are  summarized  in  Table  1.  The
distribution of the major elements in the studied rocks is rela-
tively  uniform  and  compatible  with  original  character  of
these rocks. Low contents of titanium, alkalies and phospho-
rus are characteristic. Low loss on ignition (LOI) is a result
of an absolute dominance of amphiboles over other rock hy-
drosilicates in the rocks. The reliability of petrographic crite-
ria for identification metabasalts in the whole group of meta-
morphosed basic rocks was verified by testing in the diagram
Al

2

O

3

 vs. TiO

2

 (Pearce 1984 in Miller & Thoni 1997; Fig. 2).

The  subalkalic  (tholeiitic)  character  of  these  metabasalts  is
indicated by diagrams SiO

vs. Zr/TiO

and Zr/TiO

vs. Nb/Y

(Winchester & Floyd 1977).

Two geochemically different groups of metabasalts can be

distinguished,  based  on  the  distribution  of  REE  and  other
trace elements. The first group is represented by metabasalts
forming a complex unit with metagabbros, metadolerites and
black shales with stratiform pyrite deposits, the second one
by  small  metabasaltic  bodies  in  clastic  metasedimentery
rocks.  The  flat  chondrite  normalized  REE  patterns  (La

N

/

Yb

N

= 0.87—1.39) for metabasalts of the former group (Fig. 3)

are  similar  to  oceanic  basalts  of  N-MORB  (normal  mid-
ocean ridge basalt) type including of typical LREE (light rare
earth  element)  depletion  (La

N

/Sm

N

=  0.66—0.89).  Observed

differences among the individual samples (total REE concen-
tration, small Eu-anomaly) seem to be unrelated to the char-
acter of metamorphic alteration, but they are caused by frac-
tionation  effects.  Actinolitic  rocks  with  an  admixture  of
organic matter, thought to be metamorphosed volcaniclastic

represents  the  boundary  between  phyllites  and  gneisses.
Black shales, contact hornfelses, skarns and marbles are also
typical for the MKMCC.

Greenschist  facies  metapelites,  classified  as  phyllites,  are

light grey to dark grey in colour, and banded. An augen texture
is  characteristic  of  associated  metapsammites.  The  eyes  are
mostly composed of plagioclase and quartz, clastic in origin.
Alternating metapelitic and metapsammitic layers millimetres
to centimetres in thickness are relatively common. The most
frequent minerals in the phyllites are chlorite, sericite, quartz,
plagioclase  and  biotite.  Zircon,  apatite,  tourmaline  and  ore
minerals  represent  the  most  widespread  accessory  minerals.
Also organic matter usually in the form of tiny pigment is fre-
quently preserved in these rocks.

Mid-amphibolite  facies  metapelitic  and  metapsammitic

gneisses of the MKMCC display oriented and often also band-
ed textures. They contain biotite, muscovite, garnet, staurolite,
sillimanite, plagioclase and quartz with accessory zircon, apa-
tite, tourmaline, pyrite and pyrrhotite.

Areally-widespead  metamorphism  of  the  sediments  was

overprinted at the contacts of granitoid plutons (mainly Modra
pluton) by local contact metamorphism, which led to the for-
mation of contact hornfelses (Cambel 1962; Korikovsky et al.
1985;  Cambel  et  al.  1989)  composed  of  biotite,  muscovite,
cordierite,  andalusite,  plagioclase  and  quartz.  The  contact
hornfelses frequently have well preserved relicts of the origi-
nal textures and structures of the metapelites and metapsam-
mites.  Impure  carbonatic  sediments  were  transformed  to
skarns containing clinopyroxene, garnet, zoisite, wollastonite
and vesuvianite (Cambel 1962; Cambel et al. 1989).

Analytical methods

The distribution of major and trace elements has been stud-

ied in selected samples of metabasaltic and metasedimentary
rocks chosen for their variety of petrographic type, metamor-
phic alteration, lithostratigraphic relations and geographic lo-
calization.  For  the  reconstruction  of  the  protoliths,  their
geochemical  type  and  geodynamic  setting  or  petrographic
type, provenance and source material, we used trace elements.
We  concentrated  on  petrologically  significant  elements
thought  to  be  “immobile”  in  metamorphic  and  hydrothermal
fluid as the high-field strength elements (HFSE – Zr, Nb, Hf,
Th), the rare earth elements (REE), and also Y, Sc, Ti and Cr
(e.g. Taylor & McLennan 1985; Bhatia & Crook 1986; Grauch
1989;  Schlaegel-Blaut  1990;  Verma  1992;  McLennan  et  al.
1993; Rollinson 1993; Bach & Irber 1998).

All major elements, as well as Nb, Zr, Y, Ni, Rb and Sr were

determined by XRF method, by the company Gematrix, Pra-
gue-Černošice (Czech Republic) in metabasalt samples and by
the UNIGEO Company, Brno (Czech Republic) in samples of
metasedimentary rocks. CO

2

 in metabasalt samples were de-

termined coulometrically, sulphur by the LECO method, H

2

O

and loss on ignition (LOI) gravimetrically also by the Gema-
trix. The analyses of other elements in all samples were per-
formed  by  the  INAA  using  the  slightly  modified  method  by
Kotas & Bouda (1983) in laboratories of the company MEGA,
Stráž pod Ralskem (Czech Republic).

Fig.  2.  Early  Paleozoic  metabasalts  from  the  Malé  Karpaty  Mts  in
the  diagram  Al

2

O

vs.  TiO

(Pearce  1984  in  Miller  &  Thöni  1997).

No  sample  is  projected  into  cumulate  field  which  indicate  the  reli-
ability of their petrographic identification as volcanic rocks. Expla-
nations:
 – Greenstones, – Lower temperature amphibolites, 3
–  Higher  temperature  amphibolites,  (1—3  –  metabasite  complex/
Pernek Fm), – Hornfelsed amphibolites from the metasedimenta-
ry complex (Pezinok Fm).

background image

EARLY  PALEOZOIC  METABASALTS  AND  METASEDIMENTARY  ROCKS                                     71

Fig.  3.  Chondrite  normalized  REE  patterns  of  the  metabasalts
from  the  metabasite  complex  of  the  Malé  Karpaty  Mts  (Pernek
Fm). Normalization by Evensen et al. (1978). Explanation of sym-
bols – see Fig. 2.

More specific identification of both geochemical types of

metabasalts was made by study of the distribution of further
trace elements. In the Cr-Y and TiO

2

-Zr diagrams (Pearce et

al. 1981; Fig. 5) both groups of metabasalts are projected in

Table 1: Representative chemical analyses of metabasalts of the Malé Karpaty Mts. Explanations: Samples VMK-15 to VMK-30 are from
the Pernek Group, the others from the Pezinok Group, sample RMK-66 is metamorphosed basic volcaniclastic rock. A – greenstones, 
lower temperature amphibolites, – higher temperature amphibolites of a relatively upper level, – hornfelsed amphibolite; Fe

2

O

= total

Fe as Fe

2

O

3

, major oxides in wt. %, trace elements in ppm. LOI = loss on ignition. * – elements determined with a relative standard devia-

tion of 20 to 30 %, ** – over 30 %.

VMK-15

VMK-48

VMK-45

VMK-41

VMK-52

VMK-33

VMK-1

VMK-30

VMK-19

VMK-26

VMK-21

VMK-22

RMK-66

B

A

A

B

A

B

C

C

D

D

D

D

B

SiO

2

45.52

46.48

48.95

50.31

47.21

48.05

46.48

47.38

50.50

47.13

47.07

46.70

50.72

TiO

2

1.23

1.74

1.99

1.98

1.75

1.49

2.61

1.56

2.32

2.20

2.25

1.49

2.14

Al

2

O

3

16.31

15.08

14.69

14.29

15.04

15.09

14.01

16.34

14.52

14.52

12.12

12.81

14.22

Fe

2

O

3

10.21

11.78

11.47

10.98

12.53

10.88

14.17

10.73

12.50

13.32

14.45

13.77

12.61

MnO

0.17

0.18

0.22

0.18

0.21

0.17

0.22

0.17

0.19

0.19

0.21

0.26

0.13

MgO

9.19

6.66

7.11

6.14

6.98

8.21

5.73

6.88

6.60

6.20

14.16

12.25

7.88

CaO

13.09

12.02

9.25

8.97

10.46

11.68

11.44

11.94

8.03

11.24

6.68

7.71

5.56

Na

2

O

1.47

2.11

2.52

3.06

2.22

2.66

2.91

2.76

3.63

2.57

1.47

1.23

3.01

K

2

O

0.29

0.90

1.08

0.44

0.88

0.33

0.11

0.12

0.35

0.64

0.08

0.46

0.46

P

2

O

5

0.09

0.16

0.18

0.19

0.14

0.09

0.22

0.13

0.24

0.31

0.30

0.13

0.35

H

2

O

0.43

0.22

0.10

0.19

0.27

0.19

0.30

0.18

0.22

0.18

0.13

0.17

0.53

LOI

2.14

2.62

2.28

2.18

2.15

1.09

1.77

0.88

0.85

1.41

0.91

1.78

3.15

Total

100.14

99.95

99.84

98.91

99.84

99.93

99.97

99.07

99.95

99.91

99.83

98.86

100.76

CO

2

0.12

0.44

0.04

0.05

0.14

0.06

1.38

0.10

0.02

0.17

0.03

0.03

SO

3

0.02

0.04

0.02

1.08

0.57

0.02

0.04

0.86

<0.01

0.42

0.02

1.16

Cr

425

231

146

98.5

176

330

70.5

300

292

435

620

925

415

Ni

157

58

50

40

46

61

40

51

61

100

290

293

115

Co

47.5

44.5

49.5

46.5

55.5

50.5

46.0

48.0

41.0

49.5

69.0

94.0

50.0

Sc

36.5

44.5

46.5

45.0

48.0

45.0

48.0

42.5

27.9

25.4

23.4

25.1

26.2

Rb

22

45

49

32

50

24

19

25

24

34

15

36

20

Sr

177

282

206

166

179

212

230

533

212

397

70

527

189

Ba

179*

173*

455

217

380

130

Zr

67

105

124

129

102

88

152

115

88

153

134

92

193

Y

20

25

31

29

27

23

37

22

23

19

14

12

24

Nb

14

16

7

18

Ta

0.078*

0.299

0.236*

0.35

0.126**

0.158*

0.42

0.154*

0.89

1.10

1.25

0.59

0.95

Hf

1.95

2.90

3.3

3.3

2.70

2.40

4.2

2.90

3.6

4.2

3.5

2.15

3.9

Th

<0.077

<0.096

0.34*

<0.082

<0.10

<0.084

0.42

<0.087

1.40

2.95

1.95

0.97

2.70

La

3.2

5.1

5.4

6.1

4.1

3.9

6.6

4.2

13.0

18.2

15.6

8.6

16.8

Ce

8.7

15.0

17.0

18.0

12.6

10.9

21.2

13.3

31.5

43.0

38.5

22.1

39.0

Nd

7.5*

11.6*

17.5

11.8

10.8*

11.4

16.7

10.3

20.7*

24.3*

19.9*

12.1

31.0

Sm

2.75

3.8

4.3

4.3

3.5

3.1

5.6

3.6

5.0

5.8

5.1

3.1

5.4

Eu

1.05

1.30

1.50

1.30

1.25

1.10

1.85

1.30

1.60

1.85

1.50

0.98

1.95

Tb

0.64

0.88

0.99

1.05

0.88

0.68

1.30

0.73

0.92

0.95

0.75

0.64

0.77

Tm

0.40

0.42*

0.54

0.55

0.60

0.44

0.63

0.47

0.38*

0.44

0.286*

0.255

0.282

Yb

2.50

3.0

3.5

3.2

3.00

2.60

4.4

2.75

1.75

1.65

1.10

1.20

1.85*

Lu

0.40

0.52

0.54*

0.60

0.54

0.39

0.66

0.50

0.36

0.31

0.256

0.265

0.38

rocks, display a comparable pattern. REE patterns of the lat-
ter group of metabasalts are relatively steeply sloping as a re-
sult  of  LREE  enrichment  (La

N

=  35.2—74.8)  and  LREE/

HREE fractionation (La

N

/Yb

N

= 4.83—9.58; Fig. 4).

Fig.  4.  Chondrite  normalized  REE  patterns  of  the  metabasalts
from  the  complex  of  metasediments  (Pezinok  Fm)  of  the  Malé
Karpaty Mts. Normalization by Evensen et al. (1978).

background image

72                                                                                              IVAN et al.

the MORB field although where it overlaps with WPB (with-
in plate basalt) field. Hf/3-Th-Ta diagram (Wood 1980; Fig.
6)  identified  the  metabasalts  from  the  complex  of  metaba-
sites  as  the  N-MORB  type,  while  the  metabasalts  from  the
metasediments  correspond  to  the  E-MORB/OIT  type.  The
same  results  followed  from  the  diagram  Th/Yb  vs.  Ta/Yb
(Pearce et al. 1981). The transitional tholeiitic/alkali charac-
ter of metabasalts from metasediments is also supported by
discrimination in diagram 2Nb-Zr/4-Y (Meschede 1986) and
also in diagram 3Tb-Th-2Ta (Cabanis & Thieblemont 1988)
which  shows  their  conformity  with  continental  tholeiites
(CT). Taking into account relative immobility of all chemical

Fig. 8. Diagram Na

2

O/K

2

O vs. SiO

2

/Al

2

O

 (Pettijohn et al. 1973) for

the Early Paleozoic metasedimentary rocks of the Malé Karpaty Mts
which indicate greywackes as a probable protolith of these rocks.

Fig. 7. Early Paleozoic metabasalts of the Malé Karpaty Mts in the
diagram  Y  vs.  Zr  (Le  Roex  et  al.  1983)  discriminated  N-MORB
from  other  basalt  types.  The  trend  following  the  boundary  of  the
field is a result of relative depletion in Y. Explanation of symbols
– see Fig. 2.

Fig.  6.  Hf/3-Th-Ta  diagram  (Wood  1980)  for  the  Early  Paleozoic
metabasalts  from  the  Malé  Karpaty  Mts.  Presence  of  two  different
geochemical types is evident. Explanations: symbols – see Fig. 2;
fields in the diagram: A – N-MORB (normal mid-ocean ridge ba-
salt), – E-MORB (enriched mid-ocean ridge basalt), – within
plate  alkaline  basalt,  D  –  basalts  of  the  destructive  margins  of
lithosphere  plates.

Fig. 5. Diagram TiO

vs. Zr (Pearce et al. 1981) for the Early Pale-

ozoic metabasalts from the crystalline complexes of the Malé Kar-
paty  Mts.  Explanations:  symbols  –  see  Fig.  2,  MORB  –  mid-
ocean ridge basalt, WPB – within plate basalt.

elements  in  the  above-mentioned  diagrams,  a  redistribution
of these elements in the thermal aureole of granitoid massif
and possible effect on the discrimination can be excluded.

The metabasalts from the complex of metabasites display

some  differences  in  comparison  with  typical  N-MORB.  A
low  Th  and  higher  Zr/Y  ratio  are  present  in  the  more  frac-
tionated types, as seen in the Y-Zr diagram (Le Roex et al.
1983; Fig. 7).

Major  and  trace  element  analyses  of  the  metasedimentary

rocks of the MKMCC are presented in Table 2. Metasedimen-
tary rocks from various local members (in the sense of Putiš
1987) and metamorphic zones were included.

A SiO

2

/Al

2

O

3

 vs. Na

2

O/K

2

O diagram (Pettijohn 1973; Fig.

8) indicates a possible greywacke protolith. A clear dominance
of Na

2

O over K

2

O in most analysed samples and high content

of  Na

2

O  are  a  characteristic  feature  of  such  immature  sedi-

ments.  As  follows  from  Na

2

O/K

2

O  ratio  (diagram  by  Crook

1974) original greywackes might belong to the types with an
average content of quartz, which are typical for back-arc ba-

background image

EARLY  PALEOZOIC  METABASALTS  AND  METASEDIMENTARY  ROCKS                                     73

Fig. 9. TiO

2

-Ni diagram for the Malé Karpaty Mts. metasedimen-

tary rocks testifying their derivation from a magmatic precursor of
predominantly  acidic  composition.  Trends  and  fields  were  taken
from Floyd et al. (1989).

sins.  The  distribution  of  TiO

and  Ni  in  these  greywackes

display  magmatic  trend  and  fall  on  magmatogenic
greywacke  field  (Floyd  et  al.  1989;  Fig.  9).  This  indicates
derivation from a magmatic source probably of acidic com-
position, and this is confirmed by the distribution of La/Th
vs. Hf (Floyd & Laveridge 1987; Fig. 10). On the other hand
these rocks in Th/Sc-La/Sc diagram (Totten et al. 2000; Fig.
11) or in Th/Sc-Zr/Sc diagram (McLennan et al. 1993) plot
as rather mixed acid-intermedial arc source. Elevated Cr/Th
ratios,  in  comparison  to  acid  magmatic  rocks,  also  indicate
the presence of other material in the sediment source.

The chondrite normalized REE patterns of metasedimenta-

ry  rocks  from  the  MKMCC  are  practically  identical  (Fig.
12). There is no relevant influence of the type and intensity
of  metamorphism  on  REE  patterns.  Some  moderate  differ-
ences  in  total  REE  contents  (REE

tot

)  and  intensity  of  Eu-

anomaly  are  probably  caused  by  original  variation  in  sedi-
ment granularity and quartz contents. The effect of the quartz
content on REE

tot

 is manifested by close correlation between

REE

tot

 and SiO

in these metasedimentary rocks. The metap-

sammite  patterns  are  practically  parallel  and  also  display
negative  Eu-anomalies,  typical  for  greywacke  (Eu/Eu*=
0.75—0.8).  Elevated  REE

tot 

and  lower  negative  Eu-anomaly

(Eu/Eu*= 0.6—0.7) in the metapelites (located mostly in the
Harmónia-Dubová area) are a geochemical result of the sedi-
mentologically more mature character of their protolith con-

Table 2: Representative chemical analyses of metasedimentary rocks of the Malé Karpaty Mts. Explanations: Fe

2

O

= total Fe as Fe

2

O

3

, ma-

jor oxides in wt. %, trace elements in ppm. LOI = loss on ignition. * – elements determined with a relative standard deviation of 20 to 30 %.

RMK-1

RMK-3

RMK-10

RMK-28

RMK-33

RMK-39

RMK-41

RMK-45

RMK-47

RMK-53

RMK-61

RMK-64

RMK-65

SiO

2

55.88

63.80

59.80

61.38

62.25

70.04

65.55

66.85

64.31

66.68

64.13

60.92

64.79

TiO

2

0.85

0.79

0.85

0.09

0.75

0.35

0.54

0.78

0.60

0.67

0.68

0.89

0.86

Al

2

O

3

18.09

17.44

17.42

17.66

17.43

14.07

15.59

14.68

15.76

14.68

16.03

17.75

16.53

Fe

2

O

3

8.12

6.00

7.97

7.46

7.51

4.62

5.52

5.64

5.35

4.94

5.61

7.19

6.51

MnO

0.11

0.09

0.09

0.11

0.12

0.05

0.07

0.10

0.08

0.07

0.10

0.13

0.10

MgO

3.47

2.05

3.88

2.73

2.88

1.89

2.24

2.32

2.88

2.40

2.83

2.26

2.11

CaO

3.58

1.78

2.81

1.29

1.71

1.26

1.98

2.18

2.78

1.08

1.84

0.57

0.90

Na

2

O

3.13

3.46

3.02

2.73

2.89

2.91

4.02

3.64

3.63

3.68

3.04

1.90

2.08

K

2

O

2.44

2.49

1.89

2.12

2.28

2.09

1.72

1.32

2.55

1.86

1.89

3.93

3.29

P

2

O

5

0.18

0.17

0.20

0.18

0.17

0.07

0.19

0.18

0.19

0.16

0.19

0.20

0.30

H

2

O

0.47

0.49

0.52

0.44

0.26

0.41

0.46

0.54

0.43

0.60

0.56

0.90

0.48

LOI

1.69

1.65

1.65

3.56

1.69

2.31

2.45

2.10

1.57

2.97

2.85

3.42

2.06

Total

100.68

100.21

100.10

100.56

99.94

100.07

100.33

100.33

100.13

99.79

99.75

100.06

100.01

SO

3

0.23

0.01

0.36

0.01

0.01

0.58

0.21

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

Cr

116

62.5

106

98

95.5

67

74

71

72

68.5

133

106

91.5

Ni

56

20

64

44

48

39

30

22

35

22

48

52

40

V

141

112

153

165

145

130

131

103

105

102

127

162

142

Co

27.3

16.7

28.1

20.6

24.9

26.1

17.7

15.8

18.8

5.5

20.9

25.7

20.9

Sc

20.1

16.5

18.7

19.7

20.7

14.4

15.5

13.8

14.7

14.7

16.4

20.6

17.2

Rb

81

82

80

74

84

62

60

48

79

51

65

109

121

Sr

294

206

257

173

230

155

250

226

201

215

211

121

124

Ba

960

830

690

650

670

610

770

500

680

930

610

1060

1430

Zr

166

233

145

213

180

135

211

287

173

279

182

249

125

Y

27

36

26

32

32

22

26

29

19

18

22

23

35

Nb

14

18

15

16

13

12

17

13

11

11

9

16

15

Ta

0.75

0.81

0.74

0.77

0.75

0.53

0.65

0.63

0.54

0.65

0.59

0.90

0.87

Hf

4.2

5.7

4.0

4.9

4.7

3.5

5.0

6.8

3.9

5.4

3.7

5.0

5.0

Th

7.4

9.1

7.1

8.4

8.1

5.6

6.7

10.5

4.7

8.5

5.3

10.2

10.6

La

25.6

27.4

29.0

27.9

26.6

16.0

24.0

26.8

21.9

31.5

21.0

33.5

52.0

Ce

59.0

65.8

64.0

62.5

61.0

39.5

56.0

63.0

49.5

68.0

50.0

77.0

113.0

Nd

28.5

33.0

29.2

33.0

30.5

18.2

26.7

30.5

23.2*

32.0*

26.4

31.5

58.5*

Sm

5.1

6.0

5.4

5.7

5.7

3.7

4.8

5.3

4.2

5.2

4.2

6.1

9.2

Eu

1.3

1.4

1.35

1.35

1.30

0.94

1.2

1.25

1.15

1.35

1.15

1.35

1.9

Tb

0.77

0.89

0.81

0.81

0.83

0.52

0.68

0.71

0.54

0.73

0.58

0.76

1.30

Tm

0.39*

0.36

0.36

0.39*

0.29*

0.29

0.22*

0.30

0.30*

0.28

0.24*

0.31*

0.51

Yb

2.55

2.90

2.45

2.55

2.90

1.85

2.45

2.40

1.85*

2.20*

1.70*

2.65

3.1

Lu

0.47

0.55

0.44

0.48

0.53

0.39

0.44

0.45

0.38

0.44

0.34

0.44

0.49

taining  more  of  a  clayey  component  (highest  values  for
Al

2

O

3

/SiO

and K

2

O/Na

2

O).

According to the discriminant diagram of Bhatia & Crook

(1986), the low and stable ratio of La/Sc and the broad vari-

background image

74                                                                                              IVAN et al.

Fig.  14.  Chemical  discrimination  of  the  geodynamic  setting  in  the
La-Sc-Zr/10  diagram  for  the  Malé  Karpaty  Mts  metasedimentary
rocks. Fields after Bhatia & Crook (1986). Explanations: see Fig. 13.

Fig.  13.  Chemical  discrimination  of  the  geodynamic  setting  in  the
diagram La/Sc vs. Ti/Zr for the Malé Karpaty Mts metasedimentary
rocks. Fields after Bhatia & Crook (1986): A – oceanic island arc;
B  –  continental  island  arc;  C  –  active  continental  margin;  D  –
passive margin.

Fig. 12. Chondrite normalized REE patterns of the Early Paleozoic
metasedimentary  rocks  from  the  Malé  Karpaty  Mts.  Despite  their
various  metamorphic  recrystallization  (see  Appendix:  Petrographic
description  of  samples)  identical  or  very  similar  patters  testify  to
immobility of REE during metamorphism.

Fig. 11. Diagram Th/Sc vs. La/Sc (Totten et al. 2000) for the Early
Paleozoic metasedimentary rocks from the Malé Karpaty Mts.

Fig. 10. Discrimination diagram Hf vs. La/Th for the Malé Karpaty
Mts metasedimentary rocks indicating derivation from an acidic arc
source (fields after Floyd & Leveridge 1987).

ability  in  the  ratio  of  Ti/Zr  in  the  Early  Paleozoic  metasedi-
ments  of  the  Malé  Karpaty  Mts  are  compatible  with  the
greywackes  of  continental  island  arc  provenance  (Fig.  13).
The  identical  result  follows  from  diagram  La-Th-Zr/10  (Fig.
14) by the same authors which testifies to the geochemically
relatively  homogeneous  protoliths  of  these  metasediments,
and the same source area.

Discussion

Previously  published  papers  (Miklóš  1989;  Cambel  et  al.

1990) using major element distribution demonstrated that the
protolith of the metasedimentary rocks of the MKMCC were

background image

EARLY  PALEOZOIC  METABASALTS  AND  METASEDIMENTARY  ROCKS                                     75

greywackes or subgreywackes with local admixture of pelitic,
carbonatic, bituminous and volcaniclastic components. On the
basis of REE and other trace element studies Cambel & Khun
(1983,  1985)  found  geochemical  differences  between  black
shales from the complex of basic rocks and the metasedimen-
tary  complex.  Cambel  &  Spišiak  (1979)  and  Cambel  &  Ka-
menický  (1982)  established  the  original  tholeiitic  character
of metamorphosed basic rocks and their similarity to oceanic
basalts.

Our  geochemical  study  of  the  metabasalts  and  metasedi-

mentary rocks shows that primary concentrations and ratios of
the  most  petrogenetically  important  elements  in  these  rocks
were  not  changed  during  multi-stage  metamorphism,  which
reached amphibolite facies. This fact allows us to use distribu-
tion  of  these  elements  for  geodynamic  and  sedimentological
reconstructions.

Major and particularly trace element distribution including

REEs in metasedimentary rocks indicates that their clastic pro-
tolith was petrographically close to the greywackes with pla-
gioclase as a main component, with average content of quartz
and a locally small admixture of organic matter. The identical
source area and homogeneous composition of the protoliths of
the  metapelites  and  metapsammites  is  documented  by  the
small variation in most of the discrimination graphs. The ob-
served fractionation of some elements is caused mainly by the
variation of granularity and quartz content in the protolith. No
significant chemical differences exist between phyllitic rocks
and  gneisses.  The  REE  patterns  of  the  metasediments  of  the
Malé Karpaty Mts crystalline complexes as well as the results
of  discrimination  based  on  other  elements  with  limited  frac-
tionation during weathering, transport and sedimentation, indi-
cate an acid or acid/intermedial magmatic source and ensialic
island arc provenance of sedimentation. The age of the source
is  unknown,  but  the  low  initial 

87

Sr/

86

Sr  ratio  (0.7101±4)  in

the detritic material indicates rather a short geological life of
the source in the crust as well as low probability of its multi-
stage magmatic reworking (Cambel et al. 1990).

The results of the geochemical study of metabasalts reveal

the existence of two different geochemical types in the MKM-
CC. One type is represented by metabasalts from the complex
of basic rocks in which they are associated with metadolerites,
metagabbros and also with black shales and small amounts of
metacherts  accompanied  by  sulphide  deposits.  The  associa-
tion, and badly preserved relic textures indicate rather non-ex-
plosive  lava  outflow  in  a  deep-sea  environment.  Primitive
chondrite  normalized  REE  patterns  and  specific  HFSE  con-
tents are consistent with N-MORB type. A moderately elevat-
ed Zr/Y ratio caused by small depletion in Y is relatively com-
mon in some N-MORB formed in back-arc basins (c.f. Sinton
& Fryer 1987) and might reflect complex evolution in a mantle
source. The complex of basic rocks as a whole can be inter-
preted as an incomplete (dismembered) ophiolite sequence –
a relict of upper part of ancient oceanic crust.

Another  metabasalt  type  occurs  as  small  (tens  of  meters

across)  bodies  in  the  metasedimentary  complex.  Relic
amygdaloidal  textures  preserved  in  effusive  volcanics  and
original  hyaloclastites  and  volcaniclastic  bands  associated
with the metacarbonate lenses indicate a shallow-water sedi-
mentary  environment.  REE  patterns  and  the  distribution  of

other relatively immobile incompatible elements in these me-
tabasalts reveal their geochemical similarity to E-MORB/OIT
or more exactly to the CT. Metabasalts of the E-MORB/OIT
type occur not only in places of coincidence hot spots and oce-
anic ridges or over hot spots (Saunders 1984), but also in back-
arc basins of convergent zones, where they appear in the initial
stages  of  their  formation  (Volpe  et  al.  1988;  Ikeda  &  Yuasa
1989; Hochstaedter et al. 1990; Wever & Storey 1992; Ford et
al.  1996;  Márquez  et  al.  1999).  The  CT  signature  shown  by
some part of them seems to be a result of the continental crust
contamination.

The results of the geochemical study of the metabasalts and

metasedimentary rocks are not fully compatible with existing
schemes  of  the  lithostratigraphic  division  of  the  MKMCC.
Strictly different geodynamic setting of magma generation for
basalts occurring in metabasic and metasedimentary complex-
es, together with differences in lithology, sedimentary environ-
ment  and  provenance  of  sediments  suggest  that  two  main
lithostratigraphic units are present in the Early Paleozoic MK-
MCC,  which  we  refer  to  as  the  Pezinok  and  the  Pernek
Groups.

The Pezinok Group mostly comprises metagreywackes with

variable  admixture  of  pelitic  and  organic  matter  and  less
amounts of metaquarzites, metapelitic rocks and black shales.
The  last  two  mentioned  rock  types  are  locally  developed  to-
gether with some metacarbonates, metabasalts and their volca-
niclastics  (Harmónia-Dubová  area)  and  are  thought  to  be  a
consequence  of  lateral  or  vertical  variability  in  the  Pezinok
Group and are considered as members of the group. The age of
the  whole  group  is  supposed  to  be  contemporary  with  the
Harmónia Member – Late Silurian to Devonian. Metabasalt
chemistry (continental tholeiites) together with the source and
provenance  of  metasediments  (magmatic  source,  ensialic  is-
land  arc  provenance)  indicate  that  Pezinok  Group  originated
as a rift basin fill inboard of an ensialic island arc. The Pernek
Group, composed of metabasalts, metadolerites, metagabbros
with small amount of black shales, metacherts and pyrite stra-
tabound  mineralization  at  the  top  of  the  section  represents  a
metamorphosed incomplete (dismembered) ophiolite. The ab-
sence  of  gabbroic  cumulates  and  ultramafic  rocks  suggests
they  originated  by  obduction  of  the  upper  part  of  an  ancient
oceanic crust, most probably belonging to a back-arc basin in
its mature stage of opening. The age of the Pernek Group is
unknown but it predates the Early Carboniferous. The Pernek
Group  corresponds  in  previous  lithostratigraphic  schemes  to
the  upper  part  of  Formation  B  of  Putiš  (1986,  1987)  and  is
close to the Pernek Formation of Grecula & Hovorka (1987).

Although  the  Pezinok  and  Pernek  Groups  were  formed  in

very different tectonic settings, both they are intruded by the
Bratislava  and  Modra  granitoid  massifs  (Rb-Sr  isochron  age
348±4 My, Cambel et al. 1990). This shows that both forma-
tions  were  already  close  together  by  that  time  and  hence  a
strong  spatial  shortening  and  nappe  formation  were  realized
before the Early Carboniferous. Fan-like tectonic structure ob-
served in these formations in the area between the two grani-
toid massifs may be a result of deformation during their em-
placement.

The  lack  of  reliable  geochronological  dating  is  a  serious

handicap when correlating the Early Paleozoic groups of the

background image

76                                                                                              IVAN et al.

Malé Karpaty Mts with other similar Variscan complexes of
surrounding  regions.  Possible  relations  of  the  Pezinok  and
Pernek Groups exist with the so called fossiliferous Paleozoic
units of the Eastern Alps, because the Western Carpathian Tat-
ric  Unit  is  usually  correlated  with  Austroalpine  unit  of  the
Eastern  Alps  (e.g.  Häusler  et  al.  1993).  Silurian-Devonian
complexes with rift-related volcanism similar to that in Pezi-
nok  Group  are  known  from  the  Northern  Greywacke  Zone
(NGZ), Paleozoic of Graz or the Gurktal Nappe (Loeschke &
Heinisch  1993).  Geochemically  identical  metabasalts  to  the
CT-type  of  the  Pezinok  Group  were  found  in  lower  part  of
Saalach Valley (eastern part of NGZ; Schlaegel-Blaut 1990).
The Pernek Group, with its clear oceanic affinity has no close
equivalent  in  the  above-mentioned  units,  although  volcanics
with  a  back-arc  basin  basalt  (BABB)  signature  occur  in  the
eastern  part  of  NGZ  (Admont-Selztal  area;  Schlaegel-Blaut
1990). In the Western Carpathians metabasalts of both CT and
BABB types occur in the Ordovician-Silurian Gelnica Group
of  the  Gemeric  Unit  but  their  exact  age  is  unknown  (Ivan
1994).  In  the  Western  European  Variscides  most  Devonian
volcanics  display  a  rift-related  affinity  (e.g.  Wedepohl  et  al.
1983; Werner et al. 1987; Pin & Paquette 1997) but also some
relics  of  Devonian  oceanic  crust  with  true  N-MORB  were
found (Pin 1990). Interpretation of the geodynamic setting in
all the above-mentioned areas is generally the same as in the
Malé Karpaty Mts – back-arc rifting.

Conclusions

Geochemical study of the metabasalts and metasediments

from  the  Early  Paleozoic  crystalline  complex  of  the  Malé
Karpaty Mts led to the following conclusions:
–  Abundances  of  relatively  immobile  elements  (REE,
HFSE) in both metabasalts and metasediments reflects their
original  distribution  in  the  magmatic  or  sedimentary  pro-
tolith.  No  significant  chemical  change  caused  by  metamor-
phic processes has been found.
–  Two  geochemical  types  of  metabasalts  have  been  identi-
fied: (1) N-MORB type in the complex of metabasites and (2)
E-MORB/OIT or CT type in the metasedimentary complex.
–  The  protolith  of  the  metasedimentary  rocks  were
greywackes  of  the  ensialic  island  arc  provenance  derived
from an acidic/intermedial magmatic source.
–  The  Early  Paleozoic  MKMCC  can  be  divided  into  two
lithostratigraphic  units:  (1)  the  Pezinok  Group  and  (2)  the
Pernek Group.
– The Silurian-Devonian Pezinok Group represents a rift ba-
sin fill probably formed inboard of an ensialic magmatic arc.
– The Pernek Group is an incomplete (dismembered) ophio-
lite complex – a relic of the upper part of Pre-Lower Car-
boniferous oceanic crust.
–  The  Pezinok  and  the  Pernek  Groups  experienced  major
shortening and nappe formation before the Early Carbonifer-
ous intrusion of granitoid massifs.

Acknowledgements: Authors are grateful to Dr. John A. Win-
chester (Keele University), Prof. Volker Höck (University of
Salzburg), Dr. Péter Horváth (Laboratory for Geochemical Re-

search of Hungarian Academy of Sciences) and Dr. Ján Spi-
šiak (Geological Institute of Slovak Academy of Sciences) for
their constructive and critical reviews which significantly im-
proved the manuscript. This research was supported by project
“Geodynamic  model  and  deep  structure  of  the  Western  Car-
pathians” and VEGA Grant 1/6000/99.

References

Andrusov  D.  1959:  Geology  of  the  Czechoslovak  Carpathians.  II.

Veda, Bratislava, 1—375 (in Slovak).

Bhatia M.R. & Crook K.A.W. 1986: Trace element characteristics of

greywackes  and  tectonic  setting  discrimination  of  sedimentary
basin. Contr. Mineral. Petrology 92, 181—193.

Cabanis B. & Thieblemont D. 1988: La discrimination des tholeiites

continentales et des basaltes arriere-arc. Proposition d’un nou-
veau  diagramme,  le  triangle  Th-3xTb-2xTa.  Bull.  Soc.  Géol.
France
 4, 927—935.

Cambel  B.  1962:  Pre-Mesozoic  complexes  of  the  Malé  Karpaty

Mts. In: Explanations to the geological map of Czechoslovakia
1 : 200,000, sheet Wien—Bratislava. Geofond Publ.,  28—73.

Cambel  B.  &  Čorná  O.  1974:  Stratigraphy  of  the  crystalline  base-

ment of the Malé Karpaty Mts. in the light of the palynological
investigations.  Geol.  Zbor.  Geol.  Carpath.  25,  2,  231—241  (in
Russian).

Cambel B. & Kamenický L. 1982: Geochemistry of metamorphosed

basic  magmatites  of  West  Carpathians  Tatroveporides.  Veda,
Bratislava, 1—514 (in Slovak with English summary).

Cambel  B.,  Krá   J.  &  Burchart  J.  1990:  Isotopic  geochronology  of

the  Western  Carpathian  crystalline  complex  with  catalogue  of
data. Veda,  Bratislava, 1—183 (in Slovak).

Cambel  B.  &  Khun  M.  1983:  Geochemical  characteristics  of  black

shales  from  ore-bearing  complex  of  the  Malé  Karpaty  Mts.
Geol. Zbor. Geol. Carpath. 34, 3, 359—382.

Cambel B. & Khun M. l985: Rare earth elements in metamorphosed

black shales of the Malé Karpaty Mts.  Geol. Zbor. Geol. Car-
path.
 35, 1, 3—16.

Cambel B., Korikovsky S.P., Miklóš J. & Boronichin V.A. 1989: Ca-

silicate  hornfelses  (erlans  and  Ca-skarns)  in  the  Malé  Karpaty
Mts. region. Geol. Zbor. Geol. Carpath. 40, 3, 281—304.

Cambel B., Miklóš J., Khun M. & Veselský J. 1990: Geochemistry

and  petrology  of  the  clayey-quartzy  metamorphic  rocks  of  the
Malé Karpaty Mts. crystalline schists. Geol. Inst. SAV, Bratisla-
va, 1—267 (in Slovak with English summary).

Cambel  B.  &  Planderová  E.  1985:  Biostratigraphic  evaluation  of

metasediments  in  the  Malé  Karpaty  Mts.  region.  Geol.  Zbor.
Geol. Carpath
. 36, 6, 683—701.

Cambel B. & Spišiak J. 1979: Geochemistry of rare earth in metaba-

sites of the West Carpathians. Geol. Zbor. Geol. Carpath. 30, 4,
413—431.

Crook  K.A.W.  1974:  Lithogenesis  and  geotectonics:  the  signifi-

cance of compositional variation in flysch arenites (greywack-
es). Soc. Econ. Paleontol. Mineral., Spec. Publ. 19, 304—310.

Čorná  O.  1968:  Sur  la  trouvaille  de  restes  d´organisme  dans  les

roches  graphitique  du  cristallin  des  Petites  Carpathes.  Geol.
Zbor. Geol. Carpath
. 19, 303—309.

Evensen  N.M.,  Hamilton  P.J.  &  O’Nions  R.K.  1978:  Rare  earth

abundances  in  chondritic  meteorites.  Geochim.  Cosmochim.
Acta
 42, 1199—1212.

Floyd P.A. & Leveridge B.E. 1987: Tectonic environment of the De-

vonian  Gramscatho  basin,  south  Cornwall:  framework  mode
and  geochemical  evidence  from  turbiditic  sandstones.  J.  Geol.
Soc.
 144, 531—542.

Floyd  P.A.,  Winchester  J.A.  &  Park  R.G.  1989:  Geochemistry  and

background image

EARLY  PALEOZOIC  METABASALTS  AND  METASEDIMENTARY  ROCKS                                     77

tectonic  setting  of  Lewisian  clastic  metasediments  from  the
early Proterozoic Loch Maree Group of Gairloch, N. W. Scot-
land. Precambrian Res. 45, 203—214.

Ford  A.B.,  Palmer  C.A.  &  Brew  D.A.  1996:  Geochemistry  of  the

andesitic Admiralty Island Volcanics, an Oligocene rift-related
basalt  to  rhyolite  volcanic  suite  of  southeastern  Alaska.  U.S.
Geol. Survey
 Bull. 2152, 177—204.

Fralick P.W. & Kronberg B.I. 1997: Geochemical discrimination of

elastic sedimentary rock sources. Sed. Geol. 113, 111—124.

Grauch  R.I.  1989:  Rare  earth  elements  in  metamorphic  rocks.  In:

Lipin B.R. & McKay G.A. (Eds.): Geochemistry and mineralo-
gy of rare earth elements. Rev-s Mineral., Mineral. SocAmer.
Vol. 21, 147—167.

Grecula  P.  &  Hovorka  D.  1987:  Early  Paleozoic  volcanism  of  the

Western Carpathians. In: Flügel H.W., Sassi F.P. & Grecula P.
(Eds.):  Pre-Variscan  and  Variscan  events  in  the  Alpine-Medi-
terranean mountain belts.  Alfa Publ., Bratislava, 251—270.

Häusler H., Plašienka D. & Polák M. 1993: Comparison of Mesozo-

ic successions of the Central Eastern Alps and Central Western
Carpathians. Jb. Geol. Bundesanst. 136, 715—739.

Hochstaedter A.G., Gill J.B. & Morris J.D. 1990: Volcanism in the

Sumisu  Rift.  2.  Subduction  and  non-subduction  components.
Earth Planet. Sci. Lett. 100, 195—209.

Ikeda  Y.  &  Yuasa  M.  1989:  Volcanism  in  nascent  back-arc  basins

behind  the  Shichito  Ridge  and  adjacent  areas  in  the  Izu-
Ogasawara  arc,  northwest  Pacific:  evidence  for  mixing  be-
tween E-type MORB and island arc magmas at the initiation of
back-arc rifting. Contr. Mineral. Petrology 101, 377—393.

Ivan P. 1994: Early Paleozoic of Gemeric unit (inner Western Car-

pathians):  Geodynamic  setting  as  inferred  from  metabasalt
geochemistry data. Mitt. Österr. Geol. Gesell. 86, 23—31.

Korikovsky S.P., Cambel B., Boronichin V.A., Putiš M. & Miklóš J.

1985:  Phase  equilibria  and  geothermometry  of  metapelitic
hornfelses  around  the  Modra  granitoid  Massif  (Malé  Karpaty
Mts.). Geol. Zbor. Geol. Carpath. 36, 1, 51—74 (in Russian).

Korikovsky S.P., Cambel B., Miklóš J. & Janák M. 1984: Metamor-

phism  of  the  crystalline  basement  of  the  Malé  Karpaty  Mts.:
stages,  zonality  and  relation  to  granitoid  rocks.  Geol.  Zbor.
Geol. Carpath
. 35, 4, 437—462 (in Russian).

Kotas P. & Bouda T. 1983: Gamaspectroscopic methods in the Cen-

tral  laboratories  of  C.S.U.P.    Radioisotopy  24,  5,  725—773  (in
Czech).

Le Roex A.P., Dick H.J.B., Erlank A.J., Reid A.M., Frey F.A. & Hart

S.R.  1983:  Geochemistry,  mineralogy  and  petrogenesis  of  la-
vas erupted along the southwest Indian Ridge between Bouvet
Triple Junction and 11-degrees east. J. Petrology 24, 267—318.

Loeschke  J.  &  Heinisch  H.  1993:  Palaeozic  volcanism  of  the  East-

ern  Alps  and  its  palaeotectonic  significance.  In:  von  Raumer
J.F.  &Neubauer  F.  (Eds.):  Pre-Mesozoic  geology  in  the  Alps.
Springer Verlag, Berlin—New York,  441—455.

Márquez  A.,  Oyarzun  R.,  Doblas  M.  &  Verma  S.P.  1999:  Alkalic

(ocean-island  type)  and  calc-alkalic  volcanism  in  the  Mexican
Volcanic Belt: A case for plume related magmatism and propa-
gating rifting at an active margin? Geology 27, 51—54.

McLennan  S.M.,  Hemming  S.,  McDaniel  S.K.  &  Hanson  G.N.

1993:  Geochemical  approaches  to  sedimentation,  provenance
and  tectonics.  In:  Johnson  M.J.  &  Basu  A.  (Eds.):  Processes
controlling  the  composition  of  clastic  sediments.  Geol.  Soc.
Amer. Spec. Pap.
 284, 21—40.

Meschede  M.  1986:  A  method  of  discriminating  between  different

types of mid-ocean ridge basalts and continental tholeiites with
the Nb-Zr-Y diagram. Chem. Geol. 56, 3—4, 207—218.

Miklóš J. 1989: Protolith of crystalline schists of the Malé Karpaty

Mts. In: Cambel B., Broska I. & Vrana K. (Eds.): Geochemistry
of  geological  processes  and  environmental  geochemistry.  D.
Štúr Geol. Inst., 
Bratislava, 61—64 (in Slovak).

Miller  C.  &  Thoni  M.  1997:  Eo-Alpine  eclogitisation  of  Permian

MORB-type  gabbros  in  the  Koralpe  (Eastern  Alps,  Austria):
new  geochronological,  geochemical  and  petrological  data.
Chem. Geol. 137, 283—310.

Pearce  J.A.,  Alabaster  T.,  Shelton  A.W.  &  Searle  M.P.  1981:  The

Oman  ophiolite  as  a  Cretaceous  arc-basin  complex:  evidence
and implications. Phil. Trans. Roy. Soc., Ser. A 300, 299—317.

Pettijohn  F.J.,  Potter  P.E.  &  Siever  R.  1973:  Sands  and  Sandstone.

Wiley, New York, 1—618.

Pin C. 1990: Variscan oceans: Ages, origins and geodynamic impli-

cations  inferred  from  geochemical  and  radiometric  data.  Tec-
tonophysics 
177, 215—228.

Pin C. & Paquette J.L. 1997: A mantle-derived bimodal suite in the

Hercynian  Belt:  Nd  isotope  and  trace  element  evidence  for  a
subduction-related  rift  origin  of  the  Late  Devonian  Brevenne
metavolcanics. Contr. Mineral. Petrology 129, 222—238.

Planderová  E.  &  Pahr  A.  1983:  Biostratigraphical  evaluation  of

weakly metamorphosed sediments of Wechsel Series and their
possible  correlation  with  Harmónia  Group  in  Malé  Karpaty
Mts. Miner. Slovaca 15, 385—436.

Plašienka D. & Putiš M. 1987: Geological structure of the Tatricum

in  the  Malé  Karpaty  Mts.  In:  Structural  development  of  the
Carpathian-Balkan Orogenic Belt. Guide to excursions. D. Štúr
Geol. Inst.,
 Bratislava 47—82.

Plašienka D., Michalík J., Kováč M., Gross P. & Putiš M. 1991: Pa-

leotectonic evolution of the Malé Karpaty Mts. – an overview.
Geol. Carpathica 42, 4, 195—208.

Putiš  M.  1986:  Cataclastic  metamorphism  of  metapelitic  and  me-

tabasic rocks in the Malé Karpaty Mts. Geol. Zbor. Geol. Car-
path
. 37, 2, 225—243.

Putiš  M.  1987:  Geology  and  tectonics  in  the  southwestern  and

northern  part  of  the  Little  Carpathians  crystalline.  Miner.  Slo-
vaca
 19, 2, 135—157 (in Slovak with English summary).

Putiš M. l99l: Tectonic styles and Late Variscan—Alpine evolution of

the  Tatric-Veporic  crystaline  basement  in  the  Western  Car-
pathians. Zbl. Geol. Paläont. T.1, H.1, 181—204.

Putiš  M.  l992:  Variscan  and  Alpine  nappe  structures  of  the  West

Carpathian crystalline basement. Geol. Carpathica 43, 6, 369—
380.

Roser B.P. & Korsch R.J. 1986: Determination of tectonic setting of

sandstone-mudstone  suites  using  SiO

2

  content  and  K

2

O/Na

2

O

ratio. J. Geol. 635—650.

Saunders A.D. 1984: The rare earth element characteristics of igne-

ous  rocks  from  the  ocean  basin.  In:  Henderson  P.  (Ed.):  Rare
earth element geochemistry. Elsevier, Amsterdam, 205—231.

Schlaegel-Blaut  P.  1990:  Der  basische  Magmatismus  der  Nördli-

chen  Grauwackenzone  (Oberostalpines  Paläozoikum).  Abh.
Geol. Bundesanst.
 43, 1—149.

Sinton J.M. & Fryer P. 1987: Mariana Trough lavas from 18° N: Im-

plications  for  the  origin  of  back  arc  basin  basalts.  J.  Geophys.
Res.
 92, B12, 12782—12802.

Taylor S.R. & McLennan S.M. 1985: The continental crust: its com-

position and evolution. Blackwell Sci. Publ., 1—312.

Totten M.W., Hanan M.A. & Weaver B.L. 2000: Beyond the whole-

rock geochemistry of shales: The importance of assessing min-
eralogic  controls  for  revealing  tectonic  discriminants  of
multiple  sediment  sources  for  the  Ouachita  Mountain  flysch
deposits. Geol. Soc. Amer. Bull. 112, 1012—1022.

Volpe A.M., MacDougall J.D. & Hawkins J.W. 1988: Lau Basin ba-

salts (LBB) – Trace element and Sr-Nd isotopic evidence for
heterogeneity  in  backarc  basin  mantle.  Earth  Planet.  Sci.  Lett.
90, 174—186.

Wedepohl K.H., Meyer K. & Muecke G.K. 1983: Chemical compo-

sition  and  genetic  relations  of  meta-volcanic  rocks  from  the
Rhenohercynian  belt  of  northwest  Germany.  In:  Martin  H.  &
Eder  F.W.  (Eds.):  Intracontinental  fold  belts.  Springer  Verlag,

background image

78                                                                                              IVAN et al.

Berlin, 231—256.

Werner  C.D.,  Loos  G.  &  Niese  S.  1987:  Seltene  Elemente  in  Initi-

aliten der DDR. Chem. Erde 47, 129—156.

Wever H.E. & Storey B.C. 1992: Bimodal magmatism in northeast

Palmer  Land,  Antarctic  Peninsula:  geochemical  evidence
for  a  Jurassic  ensialic  back-arc  basin.  Tectonophysics  205,
239—259.

Winchester J.A. & Floyd P.A. 1977: Geochemical discrimination of

different magma series and their differentiation products using
immobile elements. Chem. Geol. 20, 325—343.

Wood  D.A.  1980:  The  application  of  a  Th-Hf-Ta  diagram  to  prob-

lems  of  tectonomagmatic  clasification  and  to  establishing  the
nature  of  crustal  contamination  of  basaltic  lavas  of  the  British
Tertiary Volcanic Province. Earth Planet. Sci. Lett, 50, 11—30.

Localization of the analysed samples included in Table 1 and Table 2:

VMK-15, metabasalt, Pernek village, level point Dubník, upper part.
VMK-33, metabasalt, Bratislava, Dúbravka suburb, the western slope of

Dúbravská  Hlavica  hill,  outcrop  in  the  slope  above  the  fork  of  a
stream.

VMK-52, metabasalt, Borinka village, Svätý vrch hill, ca. 300 m to the

W of the summit.

VMK-41, metabasalt, Borinka village, Svätý vrch hill, hillside placer in

the upper part.

VMK-45,  metabasalt,  Borinka  village,  Svätý  vrch  hill,  ca.  150  m  W  of

the summit.

VMK-48, metabasalt, Borinka village, Svätý vrch hill, ca. 250 m SW of

the summit.

VMK-1, metabasalt, Kuchyňa village, Modranský potok valley, ca. 500

m N from boundary of Kuchyňa village, placer outcrop.

VMK-30, metabasalt, Modranská Baba hill, upper part, placer outcrop.
VMK-26,  metabasalt,  Dubová  village,  ridge  of  Dolinkovský  vrch  hill,

NE slope, placer outcrop.

VMK-22,  metabasalt,  Harmónia  village,  valley  SW  of  Dolinkovský

vrch hill, NE slope ca. 1 km from the edge of the forest.

VMK-21,  metabasalt,  Harmónia  village,  valley  on  the  SW  slope  of

Dolinkovský vrch hill, placer outcrop above a road cutting, ca. 200 m
from the edge of the forest.

VMK-19,  metabasalt,  Dubová  village,  ridge  of  Dolinkovský  vrch  hill,

edge of the NE slope, outcrop.

RMK-66,  basic  metavolcaniclastic  rock,  Harmónia  village,  valley  SW  of

the summit of Dolinkovský vrch hill, dump from an old mine gallery.

RMK-1,  garnet-biotite  gneiss,  Kuchyňa  village,  N  slope  of  the  Vývra

valley, 500 m above sea level, outcrop by a road.

RMK-3,  biotite  gneiss,  Kuchyňa  village,  N  slope  of  the  Vývra   valley,

500 m above sea level, outcrop in a road cutting.

RMK-10, garnet-biotite gneiss, Kuchyňa, Modranský potok valley, road

cutting in a fork.

RMK-28,  garnet-biotite  gneiss,  Pernek-Baba  road,  200  m  S  of  Mäsiar-

ský Ostrovec, below a bend.

RMK-33,  garnet-staurolite-biotite  gneiss,  300  m  NW  of  Baba  settle-

ment, road cutting in a bend.

RMK-39,  contact  chert-metapelite,  Častovská  dolina  valley,  300  m  SE

of the two quarries, 335 m above sea level.

RMK-41,  biotite  metapsammite,  Častovská  dolina  valley,  300  m  SE  of

two quarries, 335 m above sea level, outcrop on the right side of the
crossroads.

RMK-45,  biotite-sericite  metapsammite,  Dubová  village,  E  of  the

gamekeeper  house  Fúgelka.

RMK-47,  biotite-sericite  metapsammite,  Dubová  village,  E  of  the

gamekeeper  house  Fúgelka.

RMK-53,  muscovite-sericite  metapsammite,  NW  of  Pezinok,  Šalátová,

390 m above sea level.

RMK-61,  sericite  metapsammite,  Píla  village,  Kobylská  dolina  valley,

Papiernička settlement, 300 m to the N, contact with granite.

RMK-64, contact hornfels - metapelite, Harmónia village, Dolinkovský

vrch hill, ca. 300 M SW of the summit, placer outcrop.

RMK-65, contact hornfels - metapelite, Harmónia village, Dolinkovský

vrch  hill,  valley  on  SW  slope,  mouth  of  the  third  small  side  valley
from the NE, scree.

Appendix