background image

GEOLOGICA CARPATHICA, 52, 2, BRATISLAVA, APRIL 2001

79—90

WHOLE-ROCK CHEMISTRY AND GENETIC TYPOLOGY

OF THE WEST-CARPATHIAN VARISCAN GRANITES

IGOR BROSKA  and  PAVEL UHER

Geological Institute, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská cesta 9, 842 26 Bratislava, Slovak Republic

(Manuscript received June 9, 2000; accepted in revised form March 15, 2001)

Abstract:  The  geochemistry  of  166  new  whole-rock  analyses  from  West-Carpathian  Variscan  granitic  rocks  are  pre-
sented on the basis of their division into four principal groups: S-, I-, A- and specialized S-type (S

S

). The contribution

shows some discrimination diagrams which are useful for the recognition of these principal granite groups and also give
a possible outline of the geodynamic scenario of their origin. All studied groups belong to mainly crustal aluminic (S

S

-,

S-type) and aluminocafemic (I-, A-, partly S-type) associations, mantle-derived cafemic dioritic rocks are rare. Gener-
ally, the S- and I-type groups show predominantly Na

2

O/K

2

O ratio > 1, whereas A- and S

S

-type granites usually exhibit

Na

2

O/K

2

O < 1. I-types are more Si-poor and Fe, P-rich than other groups, however, a part of the S

S

-type group belongs

to the P-rich evolved granites (>0.2 wt. % P

2

O

5

) and the A-types are generally very poor in P. The Zr vs. SiO

2

 diagram

clearly discriminates Zr and Si-rich hypersolvus A-type from other groups, similarly the A-types show the highest Zr/Hf-
ratio and Y contents (>20 ppm). Ba-Sr and Sr-Rb diagrams successfully divide plagioclase-rich I-type from S-, A-type
and especially from K,Na-feldspar-rich S

S

-type. The newly modified Rb-Ba-Sr diagram reliably discriminates the  groups:

poorly  (I,  S),  mildly  (S,  A,  rarely  I)  and  strongly  evolved  granites  (S

S

,  rarely  S  and  A)  were  recognized.  REE  rock/

chondrite normalized diagram discriminate all groups: REE-rich I-type without Eu-anomaly, from REE-rich A-type with
negative Eu-anomaly and REE-poor S- and especially S

S

-type with pronounced negative Eu-anomaly. In this sense of the

geotectonic  position,  the  S-  and  I-type  can  be  considered  as  orogenic  granites,  in  contrast,  the  A-type  and  S

S

-type

granites are post-orogenic members.

Key words: Western Carpathians, geochemistry, granitic rocks, S-, I-, A-, S

S

- types.

Introduction

New analytical data, for the most part unpublished have been
gathered in chemical laboratories at Ottawa University, Cana-
da and in Memorial St. John’s University, Canada. These data
permit a new study of the chemical variability of granitic rocks
in  the  Western  Carpathians.  A  subset  of  the  samples  which
were analysed and published previously (mainly “ZK” series,
Cambel & Walzel 1982; “BP” series, Uher et al. 1994) were
re-analysed. Consequently, this set is the first complete large
database of major and trace elements of all principal genetic
types of West Carpathian Variscan granitic rocks.

Geochemical studies of the West-Carpathian granites until

now, usually did not take into account variations between the
genetic groups of the granites but they were based mainly on
the  investigation  of  granitic  groups  according  to  the  IUGS
classification  and  composition  variations  between  granites,
granodiorites  and  tonalites.  The  West-Carpathian  Variscan
granitic rocks were considered as genetically more-or-less co-
herent  group  which  shows  primary  differentiation  caused
mainly  by  fractional  crystallization.  Tonalite,  granodiorite  to
granite  sequences  were  regarded  as  common  differentiation
trend characterized by the decreasing of compatible elements,
such as P, Zr, Hf, Cr, Ni, Co, V, and by the increasing of in-
compatible  elements,  such  as  Rb,  Sn    (e.g.  Cambel  &  Vili-
novičová  1981;  Cambel  &  Vilinovič  1987;  Jacko  &  Petrík
1987; Hovorka & Petrík 1992; Kohút & Janák 1994). Occa-
sionally, besides the crystal fractionation, wall-rock assimila-
tion has been emphasized (Jacko & Petrík 1987). In the past,

the  granite  rock-forming  minerals  (feldspars,  micas)  were
studied  in  detail  (e.g.  Macek  et  al.  1979,  1982;  Petrík  1980,
1982b; Vilinovičová 1989). Later geochemical granite subdi-
vision  into  I-  and  S-types  were  realized  (Klomínský  et  al.
1981; Cambel & Petrík 1982; Cambel et al. 1985), the subdivi-
sion of the Ve ká Fatra granites into two separate independent
groups on the basis of bulk rock compositions was proposed
(Kohút 1992).

Using the fundamental mineralogical criteria, especially ac-

cessory  mineral  assemblages,  zircon  typology  and  allanite-
monazite dichotomy, together with geochemical and isotopic
data led to a subdivision of the West-Carpathian granites, into
monazite-ilmenite  and  allanite-magnetite  group  (Broska  &
Uher  1991;  Broska  &  Gregor  1992;  Petrík  &  Broska  1994).
Later,  the  identification  of  post-orogenic  A-type  granites
mainly  on  the  basis  of  zircon  typology  and  trace-element
chemistry (Uher & Gregor 1992; Uher & Broska 1996) shed a
new light on the understanding of granite development in the
Western Carpathians. It resulted to the division of the West-
Carpathian  granites  into  S-,  I-,  A-type  groups  (Petrík  et  al.
1994).

The aim of this paper is to characterize Variscan West-Car-

pathian granites on the basis of 166 new analyses in terms of
recently used genetic classification, based on S, I, A typology
(Chappell & White 1974; Whalen et al. 1987), except the De-
vonian metagranites (orthogneisses), which were not included
into  the  sample  set.  For  this  purpose,  we  subdivided  studied
set of West-Carpathian granite analyses into the four geochem-
ical  groups:  (1)  S-type  granites,  meso-Variscan  (2)  I-type,

background image

80                                                                                       BROSKA and UHER

meso- + late-Variscan, (3) A-type, post-Variscan and (4) post-
Variscan specialized rare-element S-type granites (S

S

-type).

Despite  plotting  of  numerous  discrimination  diagrams  of

granitic rocks, we present only the most distinctive ones in or-
der  to  demonstrate  the  chemical  variability  of  the  granite
groups. The contribution also illustrates an outline of the pos-
sible  geotectonic  scenario  of  the  West-Carpathian  Variscan
granites in sense of their time and spatial relationship.

Occurrences of the West-Carpathian

Variscan granitic rocks

Variscan  magmatic  activity  is  manifested  by  intrusions  of

several granitoid plutons, separated tectonically in the princi-
pal  West-Carpathian  Alpine  superunits:  Tatric,  Veporic  and
Gemeric (Plašienka et al. 1997) Fig. 1. The granites often oc-
cur  as  sheet-like  bodies  (Kohút  &  Janák  1994)  or  laccoliths
(Lexa & Bezák 1996) and they are emplaced into metapelites
to metapsammites of amphibolite facies, locally contact ther-
mal metamorphism caused by granitoid intrusions occurs (e.g.
Krist et al. 1992).  The protolith of the granites was represent-
ed mostly by the metapelites, metagreywackes or older meta-
granites (Petrík 2000). The inhomogeneties in Sm/Nd system

are interpreted as the evidence of contamination and/or mag-
ma mixing (Kohút et al. 1996, 1999a) and a Proterozoic recy-
cling component in granite protoliths  is supposed (Kohút et
al. 1995, 1999a). At the present tectonic position, relatively
large granitic plutons crop out in the Tatric and Veporic Su-
perunits, in contrast to small and mostly hidden granitic bod-
ies  in  the  Gemeric  Superunit.  The  Velence  granites  in  the
Trans-Danubian Superunit (Hungary), occur to the N of the
Balaton  lineament  and  belong  to  the  Western  Carpathians
(cf. Plašienka et al. 1997). U-Pb and Rb-Sr isotope dating of
the  West-Carpathian  granitic  rocks  reveal  a  relatively  wide
time span of their origin, around 150 Ma (e.g. Cambel et al.
1990;  Petrík  &  Kohút  1997;  Petrík  2000;  Uher  &  Broska
2000; Poller et al. 2000).

Typology of the West-Carpathian

Variscan granitic rocks

S-type granites

They represent peraluminous biotite and two-mica granites

to granodiorites locally accompanied by numerous pegmatites.
They  are  characterized  by  the  dominance  of  monazite-(Ce)

Fig. 1. Schematized geological map of the distribution of Variscan West-Carpathian granites.  Explanations: MK – Malé Karpaty Mts, T –
Tribeč Mts, PI – Považský Inovec Mts, SMM Suchý and Malá Magura Mts, MF – Malá Fatra Mts, VF – Ve ká Fatra Mts, NT – Nízke
Tatry Mts, VT – Vysoké Tatry Mts, V – Velence Mts (Hungary).

background image

WHOLE-ROCK CHEMISTRY AND GENETIC TYPOLOGY OF VARISCAN GRANITES                                81

over allanite-(Ce) or absence of allanite accompanied with xe-
notime-(Y).  The  allanite-monazite  dichotomy  or  antagonism
has  been  observed  in  the  West-Carpathian  granitic  rocks  for
over three decades (e.g. Hovorka & Hvož ara 1965; Chovan &
Határ 1978; Hvož ara 1979; etc.), and together with zircon ty-
pology, and presence of almandine and ilmenite, it became one
of  the  basic  criteria  for  the  genetic  subdivision  of  the  West-
Carpathian granites into the S- and I-type granite groups (Bros-
ka  &  Uher  1991;  Broska  &  Gregor  1992;  Petrík  &  Broska
1994).  Zircon  typology  of  the  S-type  granites  (mainly  S

1-2

,

S

6-7

, L

1-2

, G

1

 subtypes) indicates low-temperature crustal alu-

minous character of the granites according to the Pupin (1980)
classification. Apatite locally show a dusky brown (smoky) co-
lour due to minute carbon-bearing inclusions, which indicates
low  fO

2

  conditions  of  crystallization  (Broska  et  al.  1992).

These  features  are  typical  for  peraluminous  granitic  rocks
which represent the most abundant granite type in the Western
Carpathians. They have been  formed probably by biotite and/
or  muscovite  dehydration  melting  of  upper  crustal  quartzo-
feldspathic rocks, such as greywackes, due to crustal thicken-
ing  and  prograde  metamorphism  during  Carboniferous  colli-
sion  (Petrík  et  al.  1994).  In  accordance  with  isotopic  dating
(e.g.  Cambel  et  al.  1990;  Krá   et  al.  1997),  the  monazite-(il-
menite)-bearing  granites  formed  during  the  Meso-Variscan,
Lower Carboniferous period with the culmination of formation
at about 350 Ma.

I-type granites

I-type, allanite-bearing granites are metaluminous to slightly

peraluminous  biotite  (leuco)tonalites  to  granodiorites,  rarely
biotite to muscovite-biotite granites, locally with pink K-feld-
spar phenocrysts. Except of allanite-(Ce), the typical primary
accessory mineral assemblage is represented by magnetite and
titanite. Zircon typology (mainly S

12

, S

16

 subtypes) indicates a

medium-temperature  crustal  to  crustal-mantle  character.  The
U-Pb zircon and Rb-Sr wall-rock dating show a wide age span
of  I-type  group  granite  formation,  from  meso-Variscan,  Late
Devonian—Early  Carboniferous  (~370—340  Ma)  to  late-
Variscan, Late Carboniferous (~310—290 Ma) – Broska et al.
(1990), Bibikova et al. (1990), Cambel et al. (1990), Michalko
et al. (1998). On the basis of recent data, their origin is con-
nected with lower crustal continental melting with a contribu-
tion of infracrustal or mantle material (Petrík et al. 1994; Ko-
hút  et  al.  1999).  Locally  abundant  microgranular  mafic
enclaves  in  these  granites,  which  are  products  of  mixing  of
melts, as well as the bulk chemistry is evidence for such pro-
cesses (Broska & Petrík 1993).

A-type granites

The recognition of the zircon typology with dominant high-

temperature  and  high-alkaline  P-  and  D-  zircon  subtypes  in
granites  was  the  first  impulse  for  the  determination  of  these
post-orogenic A-type granites (Uher & Gregor 1992; Uher et
al. 1994). They form small intrusions of biotite leucogranites
to granite porphyries with hypersolvus, transsolvus to subsol-
vus textures (Uher & Broska 1996). The accessory mineral as-

semblage includes allanite-(Ce), magnetite or ilmenite, rarely
monazite-(Ce) (Uher & Broska 1996). U-Pb isotopic geochro-
nology of zircon showed the Permian to Triassic age of the A-
type granites (Uher & Pushkarev 1994; Putiš et al. 2000).

Specialized S-type granites

Specialized  tin-bearing  biotite-muscovite  to  muscovite

leucogranites,  and  rare  granite  porphyries  from  the  Gemeric
Superunit (the Spiš-Gemer type) are the most evolved S-type
granites in the Western Carpathians. Locally greisen and albi-
tite cupolas with disseminated rare element Li, Sn, Nb, Ta, W,
F mineralization occur (Malachovský 1992 in Grecula 1995).
Accessory minerals of the Spiš-Gemer granites comprise tour-
maline (schorl to foitite), almandine, topaz, zircon, apatite, lo-
cally also rare monazite-(Ce), cassiterite, wolframite and Nb-
Ta  phases  (e.g.  Faryad  &  Dianiška  1993).  Zircon  of  S

8

subtype predominate. The character of zircon typology is dis-
tinct  and  distinguished  these  granites  from  the  rest  of  the
West-Carpathian granites (Jakabská & Rozložník 1989; Bros-
ka & Uher 1991). The granites show Permian Rb-Sr WR and
mineral ages and they are characterized by very high initial Sr
isotope ratios, I

Sr 

above 0.720 (Kovách et al. 1986; Cambel et

al. 1990). The Permian age was also constrained by monazite
probe dating (Finger & Broska 1999) and single-grain isotopic
dating of zircon (Poller et al. 2000).

Analytical methods

All 166 analyzed samples were obtained from the crushed

homogenized rocks of 3—12 kg in weight. Major elements and
Rb, V, Cr, Co, Ni, Zn, Sr, Ba, Th and U of the rocks were de-
termined by XRF at Ottawa University (Canada), and REE, Y,
Nb,  Ta,  Zr  and  Hf  by  ICP-MS  in  Memorial  University  of
Newfoundland (Canada). The analytical procedure of ICP-MS
was as follows: (1) sintering of a 0.2 g sample aliquot with so-
dium  peroxide,  (2)  dissolution  of  the  sinter  cake,  separation
and  dissolution  of  REE  hydroxide-bearing  precipitate,  (3)
analysis by ICP-MS using the method of internal standardiza-
tion to correct for matrix and drift effects. Natural rocks and
pure quartz reagent (blank) were used as reference standards.
For detailed information on the ICP-MS method see Jenner et
al. (1990) and Longerich et al. (1990).

Results

Major element geochemistry

Representative chemical analyses of the major elements of

all four geochemical granite groups are presented in Table 1,
statistical parameters are shown in the Table 2. The complete
data  used  for  the  construction  of  diagrams  are  available  as
Table  3  on  request  in  the  Editorial  Office  or  from  the  au-
thors.

The chemical analogue of the modal IUGS classification

by Streckeisen & Le Maitre (1979) using the Mielke & Win-
kler  mesonormative  calculation  (1979),  shows  the  preva-

background image

82                                                                                       BROSKA and UHER

lence  of  tonalites  and  granodiorites  in  the  I-type  granite
group, the S-type type of granitic rocks are granites, grano-
diorites, rarely tonalites and the A- as well as the S

S

-type be-

long to feldspar granites and syeno- as well as monzo-granites
(Fig. 2).

Another rock classification diagram expressing the balance

between characteristic peraluminous minerals (e.g. micas, gar-
nets) and metaluminous Al-poor, Ca-rich minerals (e.g. horn-
blende, epidote, titanite) after Debon & Le Fort (1983) shows
the  distinct  peraluminous  character  of  practically  all  studied
West-Carpathian  rocks  except  part  of  the  subaluminous  and
metaluminous  I-type  tonalites  and  diorites.  The  diagram  re-
veals their dominantly crustal origin, with aluminic to alumi-
nocafemic associations (Fig. 3). Cafemic association (field IV)
is represented almost only by amphibole-biotite-bearing dior-
ites as well as microgranular mafic enclaves of tonalite-diorite
composition in I-type granites, which indicate their mantle ori-
gin (cf. Debon & Le Fort 1983). Amphibole-bearing tonalites
are very rare in this region, and the majority of granitic rocks
belong to biotite and two-mica types. S-type and specialized
S-type granites are plotted in field I (Ms>Bt), which is in ac-
cordance  with  the  petrographic  data.  Biotite-bearing  A-type
leucogranites  (~4—5  vol.  %  Bt)  and  especially  biotite-rich  I-
type granites (~5—10 vol. % Bt) lie in the Bt>Ms (II) and Bt
(III) fields (Fig. 3).

A  Na

2

O/K

2

O  vs.  SiO

2

  diagram  is  plotted  in  Fig.  4.  The

prevalence of Na

2

O over K

2

O is dominant for the S- and I-type

granites as was described earlier (e.g. Hovorka & Petrík 1992),
on  the  contrary,  the  A-type  and  S

S

-type  granites  show  the

prevalence of K

2

O. The I-type granitic group shows a regular

trend of decreasing  Na

2

O/K

2

O vs. SiO

2

 content, whereas the

S-types exhibit distinctly scattered Na

2

O/K

2

O values and the

A- and S

S

-type granites are almost invariably below the value

of 1 (Fig. 4). Locally, high albite content, especially in the S-
type,  cause  the  shift  of  Na

2

O/K

2

O  ratio  over  3.  Other  litho-

phile  elements,  as  Mg,  Ti  and  Mn  do  not  discriminate  the
West-Carpathian granite types distinctly.

The  iron  content  is  slightly  higher  in  the  A-type  granites

than in the I- and S-type granites, whereas the specialized S-
type granites show generally low iron (Fig. 5).

Decreasing of P

2

O

5

 content during the differentiation pro-

cess,  caused  mainly  by  apatite  fractionation,  is  well  docu-
mented  for  the  I-  and  A-type  granites  while  P

2

O

5

  vs.  SiO

2

distribution in both S- and S

S

-type granites show large irreg-

ularities (Fig. 6). The P

2

O

5

 content in S-type decreases with

SiO

2

 only in early less fractionated members (<70 % SiO

2

),

whereas  the  more  fractionated  and  peraluminous  granites
(>70 % SiO

2

) reveal scattered to increased content of P

2

O

5

(Fig. 6). The A-type granites form a distinct group with the
lowermost P

2

O

5

 and apatite contents in comparison to the I-

and S-type granites.

Trace element geochemistry

Although  zirconium  and  hafnium  systematically  decrease

with increasing of SiO

2

, there are a significant differences in

the distribution of these elements for A-type granites in com-
parison to the other granite groups (Fig. 7). The Hf vs. Zr dia-
gram shows a high positive correlation (R = 0.98, Fig. 8), how-

Fig. 3. A-B multicationic diagram (Debon & Le Fort 1983) of the
Variscan West-Carpathian granitic rocks.

Fig.  2.  Mesonormative  Q’-ANOR  diagram  of  the  Variscan  West-
Carpathian  granitic  rocks.  Explanations:  aG  –  alkali-feldspar
granite;  sG – syenogranite; mG – monzogranite; Grnd – gra-
nodiorite; T– tonalite; D – diorite (without BMF-8).

Fig.  4.  Na

2

O/K

2

O  vs.  SiO

2

  plot  of  the  Variscan  West-Carpathian

granitic rocks documenting the discrimination of the A-type gran-
ites. Na

2

O/K

2

O ratio below 1 is characteristic for the post-orogenic

granites.

ever,  the  diagram  reveals  a  different  trend  for  the  A-type  in
comparison with the rest of granite groups due to the higher
Zr/Hf ratio.

background image

WHOLE-ROCK CHEMISTRY AND GENETIC TYPOLOGY OF VARISCAN GRANITES                                83

Binary Ba vs. Rb and Sr vs. Rb and the ternary Rb-Ba-Sr

diagram (modified after El Bouseily & Sokkary 1975) clear-
ly discriminate relatively poorly evolved I- and S-type group
from mildly to highly evolved S-, A- and especially S

S

-type

granite groups (Figs. 9—11).

Chondrite-normalized rare earth element data show distinct

differences among S-, I- and A-type granites. The average pat-
terns of the normalized values show the highest value of the
REE and especially HREE for the A-type group (Fig. 12). The
HREE enrichment of the A-type group is documented also by
high  yttrium  concentrations  –  more  than  20  ppm  (Fig.  13).
The  higher  contents  of  the  LREE  are  characteristic  of  the  I-
types in comparison with both S-types, nevertheless the HREE
average  content  is  almost  identical  for  both  granite  groups
(Fig. 12). The similar slope of the rock/chondrite normalized
plot indicate similar differentiation tendencies of the S- and I-
type granites: Ce

N

/Yb

N

 is 11.4 and 16.7, respectively. On the

contrary,  the  S

S

-  and  A-type  granite  groups  clearly  reveal

HREE enrichment: Ce

N

/Yb

N

 is 2.8 and 5.6, respectively. The

more  pronounced  Eu-negative  anomaly  is  typical  of  special-
ized  S-type  granites  (Eu/Eu*  =  0.2)  and  for  the  A-type  (Eu/
Eu*  =  0.4),  on  the  other  hand  it  is  only  0.6  for  the  S-type
group, and the I-type group has an insignificant Eu-anomaly
(Eu/Eu* = 0.8).

 Discussion

Geochemistry

The  results  show  differences  between  all  four  groups  of

Variscan  West-Carpathian  granitic  rocks.  The  mesonorma-
tive Q’-ANOR diagram (Fig. 2) is generally concordant with
older  modal  and  mesonormative  diagrams  (Petrík  1982a),
however, studied differentiated I-type granites lie mainly in
granodiorite  and  monzogranite  fields,  whereas  common  to-
nalite  compositions  were  described  by  Petrík  (1982a).  The
multicationic A-B diagram (Debon & Le Fort 1983) reveals
generally  aluminous  crustal±alumino-cafemic  character  of
all granite groups, although with some tendency of I-type to
metaluminous mainly mantle domain which is typical of am-
phibole-bearing  dioritic  rocks  and  enclaves  (Fig.  2).  These
results are in accordance with mainly crustal character of S-,
A- and especially S

S

-type groups and with some mantle con-

tribution in the origin of the I-type group (Petrík et al. 1994;
Uher & Broska 1996; Petrík & Kohút 1997).

The exclusive character of the A-type group is documented

in  Na

2

O/K

2

O  vs.  SiO

2

  and  FeO  vs.  SiO

2

  plots  (Figs.  4,  5)

which reflects presence of the K-feldspar and annite-rich bi-

Fig. 5. FeO

tot

 vs. SiO

2

 plot of the Variscan West-Carpathian granit-

ic rocks.

Fig. 6. P

2

O

5

 vs. SiO

2

 plot of the Variscan West-Carpathian granitic

rocks.

Fig.  7.  Zr  vs.  SiO

2

  plot  of  the  Variscan  West-Carpathian  granitic

rocks.

Fig.  8.  Hf  vs.  Zr  plot  of  the  Variscan  West-Carpathian  granitic
rocks.

background image

84                                                                                       BROSKA and UHER

dominate  over  Na

2

O  is  evident  also  for  the  S

S

-type  group,

whereas, S- and especially I-type group are sodium-rich (Fig.
4). Consequently, the older meso- and late-Variscan granites
are  mainly  plagioclase-bearing  rocks,  whereas  the  post-
Variscan A- and S

S

-type exhibit K-feldspar dominance.

The very low P

2

O

5

 contents in the A-type group (Tables 1—

3,  Fig.  6)  is  comparable  with  other  anorogenic  granites
world-wide (cf. Whalen et al. 1987), and it should be one of
the  typical  feature  of  A-type  granites,  reflected  in  low
amount of apatite in these Ca, P-poor rocks. Low P contents
in the A-type granites could be explained by formation from
melt-depleted lower crust after main granite production dur-
ing Variscan orogeny. The I-type group shows negative cor-
relation  between  P

2

O

5

  vs.  SiO

2

  due  to  apatite  preferential

precipitation  in  the  early  differentiation  members.  On  the
contrary,  scattered  P

2

O

5

  contents  is  the  consequence  of  the

higher  P

2

O

5

  solubility  with  increasing  A/CNK  in  late  frac-

tionated members (Pichavant et al. 1992). Moreover, positive
correlation  between  P

2

O

5

  and  SiO

2

  in  more  evolved  mem-

bers of S- and especially S

S

-type groups (>70 wt. % SiO

2

) is

connected with incompatible behaviour of P in strongly pera-
luminous,  alkali-  and  fluid-rich  magmas  which  resulted  in
enrichment of P and its entry into alkali feldspar structure in
fractionated  alkali-rich  leucogranites  (e.g.  Pichavant  et  al.
1992;  London  1992,  1998;  Breiter  1998).  Such  a  trend  is
characteristic  especially  for  phosphorus-rich  rare-element
peraluminous  granites  of  the  Spiš-Gemer  type  (S

S

-group)

where K-feldspar contains up to 0.5 wt. % P

2

O

5

 (Broska et

al. in prep.).

The content and behaviour of trace elements during differ-

entiation  processes  clearly  characterize  the  differences  be-
tween the S-, I- and A-type granitic rocks. Of special impor-
tance are the findings on the compatibility or incompatibility
of trace elements during differentiation. Some elements, such
as Sr, Sc, V, Zr, Cr and Co behave compatibly in all granite
types. Low Th and U content are not suitable for discrimina-
tion  purposes  as  was  formerly  proposed  by  Yates  et  al.
(1982). On the contrary, Zr is a very useful element for gran-
ite discriminations. The Zr vs. SiO

2

 diagram (Fig. 7) strongly

discriminates  some  of  the  A-type  group  from  each  other:
high and irregular distribution of Zr (Tables 1—3) is another
characteristic  feature  of  alkali  granites  (e.g.  Whalen  et  al.
1987). Very strong positive Hf vs. Zr correlation (Fig. 8) in-
dicates the close and exclusive relationship between zirconi-
um and hafnium in granitic magmas which resulted in crys-
tallization  of  zircon  as  an  essential  Zr,  Hf-bearing  phase  in
all studied groups of granitic rocks. Different Zr/Hf ratio in
hypersolvus A-type group in comparison to the other granites
is probably related to contrasting solubility of Zr and Hf in
(per)alkaline Al-poor F-rich A-type magmas in comparison
to peraluminous H

2

O-rich S- and I-type granites. This is also

reflected in higher Zr/Hf ratios in zircon from post-orogenic
and anorogenic granite suites (Pupin 1992) and is also docu-
mented for zircon of West Carpathian A-type group (Uher &
Broska 1996).

The geochemical separation among granite types is strong-

ly  apparent  in  the  distribution  of  Rb,  Sr  and  Ba,  which  are
concentrated mainly in the feldspars and micas. The highest
contents of Rb show specialized S- and A-type groups due to

Fig.  10.  Sr  vs.  Rb  plot  of  the  Variscan  West-Carpathian  granitic
rocks.

Fig.  11.  Rb-Ba-Sr  ternary  discrimination  diagram  of  the  Variscan
West-Carpathian  granitic  rocks.  Explanations:  1  –  poorly  evolved
granites, 2 – mildly evolved granites, 3 – highly evolved granites.

Fig.  9.  Ba  vs.  Rb  plot  of  the  Variscan  West-Carpathian  granitic
rocks. Note: The Turčok type represents anomalous A-type granite
with low Rb content (Gemeric Superunit).

otite  in  the  granite  group  (Uher  &  Broska  1996).  These
geochemical  features  are  generally  prominent  in  A-type
granites (Whalen et al. 1987). The tendency of K

2

O to pre-

background image

WHOLE-ROCK CHEMISTRY AND GENETIC TYPOLOGY OF VARISCAN GRANITES                                85

their  higher  level  of  fractionaction  and  K-feldspar  enrich-
ment. On the contrary, less evolved, plagioclase-rich I- and
S-type granites exhibit the highest Ba and Sr but the lowest
Rb  contents  (Tables  1—3,  Figs.  9—11).  A  general  Rb-Sr-Ba
differentiated trend toward the specialized granites described
by El Bouseily & Sokkary (1975) is evident also in the West-
Carpathian granitic suites (Fig. 11). However, in our opinion,
fields such as “anomalous or normal granites, granodiorites
etc.” in the diagram of El Bouseily & Sokkary (1975) do not
discriminate the natural granite types properly and they are
inadequatly  defined,  in  addition  some  of  the  West-Car-
pathian granites s.s. plot in the granodiorite field or vice ver-
sa. Therefore, we propose new categories for this ternary Rb-
Ba-Sr  diagram  according  to  their  degree  of  differentiation:
poorly-evolved,  mildly-evolved,  to  highly  evolved  granites
(Fig. 11). Such modification of the diagram allow us to use
Rb, Sr and Ba as the important discrimination parameters for
the  classification  of  the  West-Carpathian  Variscan  granite
suites and could be more generally useful.

REE,Y-distribution as well as the presence or absence of a

negative  Eu-anomaly  also  discriminate  all  four  geochemical
groups of the West Carpathian granites (Tables 1—3, Figs. 12,
13). Again, the A-type group strongly differs from each other
with high Y contents, generally over 20 ppm (Fig. 13). The Y

and HREE enrichment in the A-type granites is due to the high
content  of  zircon  and  locally  also  the  presence  of  xenotime-
(Y) and garnet (Uher & Broska 1996). The bulk REE distribu-
tion is controlled by essential REE-bearing phases, such as al-
lanite-(Ce),  monazite-(Ce)  and  xenotime-(Y),  however  a
contribution of almandine and zircon for bounding of HREE
and  Y  as  well  as  apatite  for  LREE-fixing  is  also  important
(e.g. Wark & Miller 1993). The wider range of the rare earth
elements abundance for the S-, but also for A-type granite, in
comparison with I-type is also a significant feature of the bulk-
rock chemistry of the West-Carpathian granites.  Although the
I-type granite set also comprises  differentiated dykes, the rare
earth elements pattern range is narrower mainly in the LREE
part of the diagram and max/min REE values are around 10, in
contrast to max/min REE values for the S-types of around 100
due to their more heterogeneous nature. We can only speculate
that such a difference in pattern is a result of the composition-
ally different precursor of I-type granites as well as their rapid
ascent and differentiation.

Fig.  13.  Y vs. SiO

2

  plot  of  the  Variscan  West-Carpathian  granitic

rocks.

Fig. 12. Averages of the chondrite normalized REE patterns of the
Variscan West-Carpathian granitic rocks.

Fig. 14. Simplified geodynamic evolution of the principal  granitic
groups in the Western Carpathians.

background image

86                                                                                       BROSKA and UHER

Table 1: Representative chemical analyses of the basic group of the West-Carpathian Variscan granites. Main elements (in wt. %), trace ele-
ments V to U (in ppm) are analysed by XRF, REE’s, Zr, Hf, Nb and Ta (in ppm) by ICP-MS. (Abr. tr. = trace content). Explanations: MK –
Malé Karpaty Mts, T – Tribeč Mts, PI – Považský Inovec Mts, MF – Malá Fatra Mts, SGR – Slovenské rudohorie Mts (Gemeric Supe-
runit), Vepor – Slovenské rudohorie Mts (Veporic Superunit), V – Velence Mts (Trans-Danubian Superunit, Hungary), PKB – Pieniny
Klippen Belt (pebbles).

Sample

ZK-48

T-87

Z-4/89

I-3

BMF-1

ZK-13

GZ-1

GZ-15

T-88

T-60/86

VG-54

ZK-118

BP-1

BP-35

VG-86

VE-4

type

S

S

S

S

S

Ss

Ss

Ss

I

I

I

I

A

A

A

A

Mts.

MK

T

Z

PI

MF

SGR

SGR

SGR

T

T

Vepor

Vepor

PKB

PKB

Vepor

V

SiO

2

69.67

71.37

72.95

73.44

68.26

74.05

71.21

72.85

64.63

74.30

64.57

65.55

74.49

71.85

70.72

76.87

TiO

2

0.40

0.37

0.19

0.21

0.34

0.11

0.04

0.21

0.79

0.12

0.80

0.78

0.15

0.27

0.33

0.05

Al

2

O

3

15.64

14.87

14.62

14.00

16.71

14.65

16.14

14.89

16.30

13.87

16.34

16.26

13.18

14.09

15.00

12.59

FeO

to t

1.96

2.31

1.59

1.75

2.49

1.15

1.53

1.32

4.40

1.12

4.29

4.06

1.86

2.10

2.48

0.63

MnO

0.05

0.05

0.04

0.03

0.04

0.02

0.02

0.02

0.07

0.02

0.07

0.05

0.03

0.02

0.06

0.01

MgO

0.85

0.87

0.36

0.36

0.71

1.60

0.24

0.91

1.77

0.25

1.62

1.56

0.09

0.82

0.99

0.04

CaO

2.61

1.73

1.19

1.18

2.81

0.34

0.30

0.26

3.55

0.89

3.59

3.24

0.36

1.25

0.26

0.50

Na

2

O

3.88

3.54

4.21

3.27

5.09

0.27

5.92

3.41

4.22

4.26

4.36

4.22

3.73

5.63

2.09

2.96

K

2

O

3.10

3.02

3.18

4.39

1.89

4.46

1.25

3.19

2.34

4.00

2.54

2.16

5.16

1.54

5.28

5.37

P

2

O

5

0.13

0.18

0.12

0.10

0.06

0.23

0.21

0.15

0.28

0.12

0.29

0.34

0.03

0.07

0.16

0.02

LOI

0.80

1.30

0.80

0.70

1.30

2.90

1.00

1.50

1.30

0.70

1.70

2.30

0.60

2.40

1.80

0.90

TOTAL

99.09

99.61

99.25

99.43

99.70

99.78

97.85

98.72

99.65

99.65

100.17

100.52

99.68

100.04

99.17

99.94

V

34

44

17

16

25

8

3

17

93

10

82

84

10

7

32

7

Cr

15

16

4

9

16

22

tr.

1

20

1

18

24

5

16

8

5

Co

4

15

1

2

2

33

8

6

11

tr.

7

6

7

2

5

1

Ni

tr.

4

tr.

tr.

tr.

5

5

6

5

tr.

4

3

tr.

3

9

2

Zn

58

60

50

53

60

19

78

24

77

20

89

76

73

25

18

17

Rb

119

92

101

138

54

400

173

300

72

113

67

59

209

79

233

277

Sr

289

482

261

203

498

15

30

13

852

193

860

850

24

65

42

32

Zr

170

143

98

111

154

62

33

133

240

60

237

268

247

422

129

64

Hf

5

4

2

3

4

2

1

3

5

2

6

6

5

9

3

2

Nb

11

9

8

12

7

14

4

10

13

8

18

14

14

16

10

10

Ta

0.75

0.84

0.46

0.77

0.34

5.46

2.38

1.19

0.59

0.85

1.35

0.53

1.07

1.18

1.22

1.56

Ba

830

854

844

988

327

117

42

150

1105

602

1263

1144

499

358

347

97

Th

12

9

7

13

9

9

15

21

10

9

9

12

19

20

14

30

U

1

4

3

2

3

5

3

4

5

0

4

9

1

2

2

4

Y

14.07

11.62

10.96

9.09

6.94

17.73

8.12

26.82

15.18

11.1

23.01

11.31

28.23

44.68

30.33

30.57

La

32.32

25.52

25.38

36.04

28.52

13.97

2.84

13.33

43.66

17.73

52.52

61.97

48.96

64.45

17.38

14.74

Ce

64.45

49.94

50.97

75.34

59.14

26.49

6.82

25.83

87.9

36.15

116.75

124.77

104.96

131.49

36.95

30.2

Pr

7.35

5.64

5.86

8.63

6.79

3.11

0.92

3.68

10.21

4.37

14.12

14.15

12.08

15.75

4.41

3.99

Nd

27.21

21.15

22.56

31.69

25.91

11.56

3.17

14.48

38.47

16.35

55.61

50.58

45.86

60.47

16.96

14.89

Sm

5.0

3.8

4.32

6.48

4.79

2.87

1.27

3.86

6.45

3.45

10.27

8.24

8.77

11.77

4.51

3.89

Eu

1.08

1.1

0.7

0.93

1.03

0.45

0.02

0.3

1.58

0.6

2.38

1.87

0.68

1.64

0.59

0.19

Gd

3.97

2.84

3.21

4.73

3.19

2.9

1.28

4.46

4.61

2.79

7.27

5.18

7.42

9.98

4.89

3.83

Tb

0.52

0.4

0.43

0.53

0.37

0.56

0.3

0.79

0.6

0.4

0.92

0.61

1.02

1.56

0.84

0.68

Dy

2.85

2.28

2.25

2.41

1.72

3.5

1.73

5.22

3.11

2.27

4.71

2.89

6.05

9.25

5.19

4.69

Ho

0.51

0.43

0.39

0.32

0.26

0.58

0.24

0.99

0.57

0.42

0.84

0.46

1.13

1.79

1.04

1.02

Er

1.38

1.11

0.97

0.69

0.6

1.45

0.62

2.88

1.49

1.13

2.42

1.09

3.16

5.0

3.04

3.27

Tm

0.19

0.15

0.13

0.09

0.09

0.2

0.09

0.45

0.21

0.16

0.36

0.13

0.45

0.74

0.46

0.52

Yb

1.26

0.95

0.83

0.42

0.62

1.17

0.55

2.99

1.27

1.05

2.19

0.94

2.83

4.69

2.83

3.9

Lu

0.19

0.14

0.13

0.07

0.1

0.15

0.06

0.43

0.19

0.14

0.32

0.14

0.43

0.68

0.4

0.63

An explanation of the Eu-anomaly is found mainly in the

different  oxygen  fugacity  or  water  activity  of  the  primary
melts. In concordance with Puchelt & Emmermann (1976),
Williams (1997), Sha & Chappel (2000), we regard the nega-
tive anomaly as an indicator of lower fO

2

 provided that the

whole rock was not depleted in europium. The negative Eu-
anomaly originated under reducing conditions, when europi-
um  occurs  only  in  the  divalent  state  and  it  is  incorporated
into plagioclase. Lower fO

2

 or water activity in the melts in

comparison with I-type granites was actually assumed for S-
type groups also on the basis of Fe

2+

-rich accessory mineral

paragenesis (presence of almandine and ilmenite, absence of
magnetite, allanite and titanite). Biotite composition indicat-
ed the I-type granitoids originated in relatively oxidized and

water-rich  conditions  (about  5—6  wt.  %  of  water),  on  con-
trary,  the  S-type  granites  crystallized  from  a  relatively  re-
duced magma with low water content (2—3 wt. % ) (Petrík &
Broska 1994; Petrík & Kohút 1997). The oxidized conditions
in the I-type melt provided the trivalent state of Eu and it ex-
plains, why europium was not able to fractionate with feld-
spars in these granites.

Geodynamic scenario of granite origin

The  compositional  variations  and  differences  among  the

granitic  groups  of  the  Western  Carpathians  reflected  their
genesis including the geotectonic position and source rocks.
The  geotectonic  position  of  the  S  and  I-type  granites  was

background image

WHOLE-ROCK CHEMISTRY AND GENETIC TYPOLOGY OF VARISCAN GRANITES                                87

Table 2: Average and ranges of granitic rock compositions (distribution see in the Fig. 1). Note: 6 diorite analyses are not presented.

  S-type n = 78

spec. S-type n = 22

  I-type n = 29

  A-type n = 30

Sample

av.

st. dev.

max.

min.

av.

st. dev.

max.

min.

av.

st. dev.

max.

min.

av.

st. dev.

max.

min.

SiO

2

71.84

2.89

77.45

63.02

72.04

2.83

75.93

65.30

67.82

3.60

74.30

62.51

72.86

2.45

78.93

68.65

TiO

2

0.26

0.19

0.89

0.02

0.17

0.17

0.73

0.04

0.57

0.32

1.25

0.09

0.24

0.10

0.46

0.05

Al

2

O

3

14.90

0.99

18.48

12.84

14.78

1.67

19.18

13.07

15.35

1.18

18.85

13.50

13.77

0.88

15.69

12.45

Fe

tot

1.96

1.16

6.50

0.43

1.63

0.75

3.99

0.82

3.37

1.34

5.79

1.12

2.27

0.92

3.99

0.46

MnO

0.04

0.04

0.23

0.00

0.04

0.07

0.37

0.01

0.06

0.02

0.10

0.02

0.05

0.10

0.59

0.00

MgO

1.02

3.38

30.00

0.06

4.42

19.34

91.00

0.05

1.32

0.65

2.98

0.19

0.43

0.29

1.00

0.02

CaO

1.38

0.90

3.03

0.14

0.38

0.35

1.88

0.14

2.40

1.12

3.79

0.30

0.74

0.51

2.20

0.04

Na

2

O

3.94

0.79

5.51

0.27

3.42

1.33

5.92

0.13

3.98

0.67

6.83

3.03

3.92

1.09

7.99

2.96

K

2

O

3.17

1.08

5.31

0.90

4.23

1.48

5.87

0.37

3.20

1.14

7.07

1.94

4.18

1.35

5.37

0.10

P

2

O

5

0.15

0.07

0.57

0.04

0.18

0.06

0.33

0.06

0.24

0.11

0.45

0.07

0.07

0.04

0.19

0.01

V

26.0

22.4

97

1.0

10.0

10.0

41

1.0

63.1

33.9

125

10.0

14.9

11.2

43

tr.

Cr

14.0

23.5

184

tr.

8.6

7.1

22

1.0

21.5

10.3

53

1.0

15.2

19.5

108

2.0

Co

6.5

6.5

30

tr.

8.6

9.5

40

tr.

10.0

7.8

34

1.0

5.5

7.6

33

1.0

Ni

6.1

12.9

83

tr.

6.2

5.7

29

1.0

5.7

5.0

27

tr.

4.4

6.4

33

tr.

Zn

43.6

27.2

139

2.0

37.7

16.1

78

14.0

66.2

27.7

114

15.0

49.9

23.3

110

9.0

Rb

103.0

39.2

233

24.0

400.7

179.3

868

173.0

86.1

23.6

159

58.0

185.4

65.9

277

6.0

Sr

300.5

219.0

1056

10.0

24.8

15.4

82

7.0

599.2

242.8

906

81.0

74.8

65.4

344

10.0

Zr

113.1

60.6

272

18.0

82.8

47.5

214

26.0

185.6

79.1

309

46.0

241.7

132.2

649

64.0

Nb

8.1

2.9

18

1.0

11.2

4.0

18

1.0

11.1

4.4

21

5.0

15.1

3.8

26

9.0

Ba

693.4

399.0

2469

32.0

120.7

84.0

310

29.0

1100

365.2

2146

455.0

479.1

312.6

1294

29.0

Nd

22.7

12.5

53

tr.

12.4

10.2

41

0.0

37.8

17.8

85

5.0

38.6

17.9

84

3.0

Th

8.2

6.2

42

tr.

19.2

17.7

95

8.0

11.2

6.3

35

4.0

19.4

7.5

52

10.0

U

2.5

1.7

8

tr.

20.5

62.2

298

2.0

4.1

2.9

14

tr.

3.4

2.2

8

tr.

Y

12.00

6.05

31.07

3.91

20.27

7.20

30.77

8.12

14.70

7.95

37.02

2.79

38.90

27.81

157.59

15.34

Nb

8.00

3.52

21.96

1.22

14.30

4.29

22.32

6.69

10.88

5.14

25.40

3.56

16.41

5.61

32.74

2.86

La

23.34

12.99

70.91

0.84

9.37

6.26

25.35

2.60

40.90

18.92

86.91

12.96

38.28

20.27

78.84

4.81

Ce

48.00

25.60

126.98

1.58

22.06

14.39

55.55

6.82

84.58

39.84

179.40

22.90

81.00

42.15

175.60

9.10

Pr

5.52

2.87

13.09

0.18

2.64

1.58

6.77

0.88

9.45

4.90

19.32

1.09

9.69

5.25

21.33

1.87

Nd

20.73

10.63

47.55

0.50

9.96

6.04

26.04

3.17

37.02

17.84

70.73

10.46

37.30

20.65

84.29

8.54

Sm

4.03

1.78

8.66

0.19

2.81

1.27

6.14

1.27

6.43

3.01

13.56

2.34

8.12

5.05

26.57

2.66

Eu

0.80

0.35

1.87

0.02

0.19

0.17

0.68

0.02

1.43

0.68

3.19

0.46

0.97

0.63

2.92

0.03

Gd

3.15

1.36

7.52

0.19

2.90

1.15

5.64

1.28

4.53

2.20

10.36

1.57

7.58

5.69

32.46

2.36

Tb

0.45

0.19

1.18

0.07

0.59

0.18

0.94

0.30

0.58

0.29

1.42

0.14

1.21

0.92

5.26

0.42

Dy

2.44

1.15

6.56

0.67

3.87

1.23

5.76

1.73

3.04

1.57

7.57

0.62

7.49

5.38

30.48

2.87

Ho

0.44

0.22

1.22

0.13

0.71

0.28

1.14

0.24

0.55

0.29

1.40

0.10

1.49

1.07

5.97

0.54

Er

1.16

0.63

3.41

0.31

2.04

0.93

3.41

0.62

1.47

0.84

3.81

0.30

4.33

2.91

15.91

1.55

Tm

0.16

0.09

0.52

0.02

0.31

0.15

0.54

0.09

0.21

0.13

0.55

0.05

0.63

0.37

1.81

0.23

Yb

1.00

0.57

3.42

0.04

2.02

1.02

3.38

0.55

1.31

0.80

3.51

0.36

4.17

2.23

11.82

1.56

Lu

0.15

0.08

0.51

0.05

0.28

0.16

0.51

0.06

0.19

0.11

0.50

0.07

0.63

0.33

1.76

0.21

Hf

2.99

1.38

6.46

0.48

2.00

0.83

4.74

1.21

4.69

1.80

7.42

1.46

5.27

2.23

11.60

1.85

Ta

0.73

0.43

2.03

0.10

2.67

1.24

5.46

1.19

0.74

0.38

1.50

0.23

1.33

0.45

3.06

0.57

Th

8.35

6.06

42.36

0.56

10.72

2.72

18.64

7.21

11.69

6.01

35.04

3.79

17.59

7.55

51.03

6.16

firstly discussed by Petrík et al. (1994), and the A-type gran-
ites  by  Uher  &  Broska  (1996).  In  addition,    we  propose  a
modified outline of the genesis of all four principal Variscan
granitic  groups  in  the  Western  Carpathians,  subdivided  ac-
cording to the presented mineralogical and geochemical cri-
teria  (Fig.  14).  Early  Carboniferous  continental  collision,
which  in  generally  operated  in  the  European  Variscides
(Matte 1986; Finger & Steyrer 1990; von Raumer & Neubau-
er 1993; Stampfli 1996 among others), led to crustal thicken-
ing along thrusting planes, formation of the Variscan nappes
and  partial melting of the lower crust in the zone of contrac-
tion  of  the  lithospheric  slab.  After  subduction  of  oceanic
crust along destructive active plate margins (Stampfli 1996),
the lower density of the continental crust, which is buoyant
and remains on the upper surface of the lithosphere,  led to
thickening  of  the  collided  continents  and  crust  (Fig.  14A).
Emplacement of the S-type granite, which originated mainly

from the metagreywacke protoliths (Petrík 2000) as well as
granites with transitional features between the S- and I-type
group  probably  from  the  amphibolite-bearing  lower  crust
(Kohút et al. 1999b), occurred in the extension zones, which
occur  locally  in  the  framework  of  the  continental  collision
(Schaltegger 1997) or in the upper part of the flexures of the
lithosphere plate (Fig. 14A) (c.f. Coward 1994). A local ex-
tension zone is indicated for example by  the presence of lac-
colith (Lexa & Bezák 1996) but also by the sheet-like shape
of the emplaced plutons (Kohút & Janák 1994). However, the
numerous  pegmatites  accompanying  the  S-type  granites  in
the Western Carpathians show the general collisional (com-
pression) conditions. On the other hand, post-collisional tec-
tonics associated with the gravitational instability of thicken-
ing  lithosphere  started  the  process  of  thinning  of  the
lithosphere  and  extensional  regime,  which  resulted  in  the
production  of  the  I-type  granites  with  lesser  pegmatite  for-

background image

88                                                                                       BROSKA and UHER

mation in the region. The origin of the I-type granites show
the distinct influence of the mantle or infracrustal contribu-
tion and process of their melting was triggered by heating of
the  crust  due  to  the  underplated  mafic  lithospheric  mantle
melt  (Fig.  14B)  which  was  primarily  activated  by  previous
detaching of the oceanic slab and its injection into the mantle
(Fig.  14A).  Uplift  into  a  vertical  tectonic  extensional  fault
system is followed by formation of larger batholiths (Hutton
1987)  in  the  middle  crust  which  is  observed  mainly  in  the
Veporic Superunit. The thermal influence of the huge cham-
bers  of  I-type  granite  melts  in  the  middle  crust  also  caused
the  partial  melting  of  the  middle  crust  and  origin  of  a  new
generation of the S-type granite (Hraško et al. 2000). The S-
and  I-type  granite  can  be  regarded  as  orogenic  granites.  In
contrast, the A-type granites which were formed in the Pan-
gaea  continent  (Late  Paleozoic  to  Mesozoic  supercontinent
– see e.g. Johansson 2000) belong already to post-orogenic
granite  suites  which  are  typically  distributed  in  European
Variscan terrain along the strike-slip lineaments and faults in
the  crust  (Bonin  1990)  (Fig.  14C).  The  process  of  A-type
granites  formation  is  associated  with  melting  of  granitic
sources  (Petrík  2000)  and  emplaced  during  extension  and
transtension  regime.  The  specialized  S-type  granites  (S

S

-

type), which occurred in the same period as the A-type gran-
ites,  were  probably  melted  from  the  muscovite  metapelites
(Petrík 2000) in the middle crust and during continuation of
the thermal event caused by underplated mafic melts, which,
through deep rifts to the mantle, also formed numerous vol-
canic  extrusions  in  the  Permian  or  Permian—Triassic  age
(Fig.  14C).  The  rifting  process,  which  opened  the  Meliata-
Hallstadt ocean in Triassic, could have been a thermal source
for melting of the middle crust.

Conclusions

The results presented generally support the subdivision of

the  Variscan  West-Carpathian  granites  into  four  genetic
geochemical groups based on older mineralogical, geochemi-
cal and isotope data.

The S-type group exhibits typical features of orogen-related

crustal  granites  with  a  relatively  wide  span  of  fractionation
level.  The  I-type  group  represents  relatively  poorly  evolved
rocks enriched in compatible elements such as Ba, Sr, Zr and
REE’s with a possible contribution of mantle material during
their origin. The A-type group represents a specific post-oro-
genic hot and dry granite with a relatively high fractionation
level rich in compatible (REE, Y, Zr) as well as alkali elements
(K, Rb). The S

S

-type group belongs to the highly-evolved B,

Sn peraluminous and P-enriched suite with rare-element spe-
cialization (high Si, K, Ta, Sn, F, Rb, Nb). The different char-
acter  of  these  principal  granite  groups  in  the  Western  Car-
pathians is reflected in their geotectonic positions. The S- and
I-type granites as representatives of the orogenic granites are
directly  connected  with  collisional  and  extensional  regime
during/after continent collission with a various contribution of
mantle lithospheric melt especially in the post-collisional tec-
tonics. On the other hand, the A- and S

S

 granite types formed

in post-orogenic conditions.

Finally, the major and trace-element geochemistry together

with  the  accessory  mineral  paragenesis  clearly  document  a
complex  and  long  history  of  Variscan  granite  origin  in  the
West-Carpathian  area  from  early-orogenic  to  post-orogenic
stages  and  it  could  contribute  to  the  understanding  of  such
evolution in analogous orogenic belts.

Acknowledgements: The work was supported by NSERC Re-
search Grant and a Major Installation Grant to P. Černý, Univ. of
Manitoba, Winnipeg, Canada, during Post-Doctoral Fellowship
of P. U. in Canada. The evaluation of the samples was financed
by VEGA Grant #7074. The authors thank to M. Kohút and I.
Petrík for providing some samples for fruitful discussion which
improved  the  early  version  of  the  manuscript.  We  are  also
grateful to D. Plašienka and W.E. Stephens for their comments
and to L. Zahradník for his assistance with PC. The paper is a
contribution to the UNESCO “International Geological Correla-
tion Project  #373” headed by R. Seltmann.

References

Bibikova E.V., Korikovsky S.P., Putiš M., Broska I., Goltzman Z.V.

&  Arakeliants  M.M.  1990:  U-Pb,  Rb-Sr  and  K-Ar  dating  of
Sihla  tonalites  of  Vepor  pluton  (West  Carpathian  Mts.).  Geol.
Zbor. Geol. Carpath
. 41, 427—436.

Breiter  K.  1998:  Geochemical  evolution  of  P-rich  granite  suites:

Evidence from Bohemian massif. Acta Univ. Carol. Geol. 42,
7—19.

Bonin  B.  1990:  From  orogenic  to  anorogenic  settings:  evolution  of

granitoid suites after a major orogenesis. Geol. J. 25, 261—270.

Broska I. &  Uher P. 1991: Regional  typology of zircon and their re-

lationship  to  allanite-monazite  antagonism  (on  example  of
Hercynian granitoids of  the Western Carpathians).  Geol. Car-
pathica
 42, 271—277.

Broska  I.  &  Gregor  T.  1992:  Allanite-magnetite  and  monazite-il-

menite  granitoid  series  in  the  Tríbeč  Mts.  In:  Vozár  J.  (Ed.):
Western Carpathians, Eastern Alps, Dinarides. Spec. Vol. IGCP
276, Dionýz Štúr Institute of Geology Publ., 
Bratislava, 25—37.

Broska I. & Petrík I. 1993: Magmatic enclaves in granitoid rocks of

the Western Carpathians. Miner. Slovaca 25, 104—108 (in Slo-
vak with English summary).

Broska I., Bibikova E.V., Gracheva T.V., Makarov V.A. & Caňo F.

1990: Zircon from granitoid rocks of the Tribeč-Zobor crystal-
line complex: its typology, chemical and isotopic composition.
Geol. Zbor. Geol. Carpath. 41, 393—406.

Broska I.,  Dikov Y.P., Čelková A. & Mokhov A.V. 1992: Dusky ap-

atite  from the Variscan granitoids  of the  Western Carpathians.
Geol. Carpathica  43, 195—198.

Cambel  B.  &  Petrík  I.  1982:  The  West  Carpathian  I/S  classifica-

tion and genetic implications. Geol. Zbor. Geol. Carpath. 33,
255—267.

Cambel B. & Vilinovič V. 1987: Geochemistry and petrology of the

granitoid  rocks  of  the  Malé  Karpaty  Mts.  Veda,  Bratislava  1—
247 (in Slovak with English summary).

Cambel B. & Vilinovičová  . 1981: Petrochemistry and geochemis-

try of selected granitoid samples from the West Carpathian re-
gion. Geol. Zbor. Geol. Carpath. 32, 517—546.

Cambel B. & Walzel E. 1982: Chemical analyses of granitoids of the

Western Carpathians. Geol. Zbor. Geol. Carpath. 33, 573—600.

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

West  Carpathian  crystalline  complex  with  catalogue  of  data.
Veda, Bratislava, 1—183 (in Slovak with English summary).

background image

WHOLE-ROCK CHEMISTRY AND GENETIC TYPOLOGY OF VARISCAN GRANITES                                89

Cambel B., Petrík I. & Vilinovič V. 1985: Variscan granitoids of the

Western Carpathians in the light of geochemical-petrochemical
study. Geol. Zbor. Geol. Carpath. 36, 204—218.

Coward  M.  1994:  Continental  collision.  In:  Hancock  P.L.  (Ed.):

Continental deformation. Pergamon Press, 264—287.

Chappell    B.W.  &  White  A.J.R.  1974:  Two  contrasting  granite

groups. Pacif. Geol. 8, 173—174.

Chovan M. & Határ J. 1978: Accessory minerals of some rock types

of Veporic crystalline. Miner. Slovaca 45, 187—212 (in Slovak
with English summary).

Debon  F.  &  Le  Fort  P.  1983:  A  chemical-mineralogical  classifica-

tion  of  common  plutonic  rocks  and  associations.  Trans.  Roy.
Soc. Edinburgh Earth Sci
. 73, 135—149.

El  Bouseily  A.M.  &  El  Sokkary  A.A.  1975:  The  relation  between

Rb, Ba and Sr in granitic rocks. Chem. Geol. 16, 207—219.

Faryad W. & Dianiška I. 1993: Garnets from granitoids of the Spišs-

ko-Gemerské Rudohorie Mts. Geol. Carpathica 40, 715—734.

Finger  F.,  Frasl  G.,  Haunschmid  B.,  Lettner  H.,  Schermeier  A.,

Schindlmaier A.O., Steyrer H.P. & von Quadt A. 1993: The Ze-
ntralgneisse  of  the  Tauern  Window  (Eastern  Alps)  –  insight
into  an  intra-Alpine  Variscan  batholite.  In:  von  Raumer  J.  &
Neubauer F. (Eds.): Pre-Mesozoic geology in the Alps. Spring-
er Verlag,
 Berlin, 375—391.

Finger F. & Steyer H.P. 1990: I-type granitoids as indicators of a late

Paleozoic  convergent  ocean-continent  margin  along  the  south-
ern flank of the central European Variscan orogen. Geology 18,
1207—1210.

Finger  F.  &  Broska  I.  1999:  The  gemeric  S-type  granites  in  south-

eastern  Slovakia:  Late  Palaeozoic  or  Alpine  intrusion?  Evi-
dence  from  the  electron-microprobe  dating  of  monazite.
Schweiz. Mineral. Petrogr. Mitt. 79, 439—443.

Grecula  P.  (Ed.)  1995:  Mineral  deposits  of  the  Slovak  Ore  Moun-

tains Volume 1. Geocomplex, Bratislava, 1—834.

Henderson  P.  1996:    The  rare  earth  elements:  introduction  and  re-

view.  In:  Jones  A.P.,  Wall  F.  &  Williams  C.  T.  (Eds.):  Rare
earth minerals: chemistry, origin and ore deposits. Chapman &
Hall, 
Bodmin, 1—19.

Hovorka  D.  &  Hvož ara  P.  1965:  Accessory  minerals  of  Veporid

granitoid rocks. Acta Geol. Geogr. Univ. Comen. Geol. 9, 145—
179 (in Slovak with English summary).

Hovorka D. & Petrík I. 1992: Variscan granitic bodies of the West-

ern  Carpathians  –  the  backbone  of  the  mountain  chain.  In:
Vozár  J.  (Ed.):  The  Palaeozoic  geodynamic  domains  of  the
Western  Carpathians,  Eastern  Alps  and  Dinarides.  Spec.  Vol.
IGCP 276, 
Bratislava, 57—66.

Hraško  ., Broska I. & Bezák V. 2000: Upper Carboniferous gran-

itoid stage in the Veporic Unit (Western Carpathians): transi-
tion  from  I-  to  S-type  magmatic  event.  Slovak  Geol.  Mag. 6,
431—440.

Hutton D.H.W. 1987: Granite emplacement mechanism and tectonic

controls: inferences from deformation studies. Trans. Roy. Soc.
Edinburgh Earth Sci.
 245—255.

Hvož ara  P.  1979:  Accessory  and  prospective  minerals  of  Veporic

crystalline rocks. In: Petrogenesis and geochemistry of geolog-
ical processes. Veda Publ., Bratislava, 209—214 (in Slovak with
English summary).

Jacko S. & Petrík I. 1987: Petrology of the Čierna Hora Mts. grani-

toid rocks. Geol. Zbor. Geol. Carpath. 38, 515—544.

Jakabská  K.  &  Rozložník  L.  1989:  Zircons  of    Gemeric  granites

(Western  Carpathians  –  Czechoslovakia).  Geol.  Zbor.  Geol.
Carpath.
 40, 141—159.

Jenner G.A., Longerich H.P., Jackson S.E. & Fryer B.J. 1990: ICP-

MS – A powerfull tool for high-precision trace-element anal-
ysis  in  Earth  sciences:  Evidence  from  analysis  of  selected
U.S.G.S. reference samples. Chem. Geol. 83, 133, 148.

Johansson A. 2000: Midgardia – a new name for the Mesoprotero-

zoic supercontinent. European Geologist 15—17.

Klomínský  J.,  Palivcová  M.,  Cambel  B.  &  Gurbanov  A.G.  1981:

Petrochemical  correlation  and  I/S  classification  of  Variscan
granitoids  from  the  Czech  massif,  Western  Carpathians
(Czechoslovakia), and the Caucasus Mts. (USSR). Geol. Zbor.
Geol. Carpath.
 32, 307—315.

Kohút M. 1992: The Ve ká Fatra granitoid pluton – an example of

a Variscan zoned body in the Western Carpathians. In: Vozár J.
(Ed.): The Paleozoic geodynamic domains of the Western Car-
pathians, Eastern Alps and Dinarides. Spec. Vol. IGCP 276, Di-
onýz Štúr Institute of Geology Publ.
, Bratislava, 79—92.

Kohút M. & Janák M. 1994: Granitoids of the Tatra Mts., Western

Carpathians:  field  relations  and  petrogenetic  implications.
Geol. Carpathica  45, 301—311.

Kohút M., Kotov A.B., Salnikova E.B., Kovach V.P. & Michalko J.

1995:  Hercynian  granitic  rocks  of  the  Western  Carpathians:
Products  of  crustal  reactivation.  In:  The  origin  of  granites  and
related  rocks.  Third  Hutton  symposium  Abstracts.  US  Geol.
Surv. Circ.
 81—82.

Kohút M. & Nabelek P.I. 1996: Sources of the Ve ká Fatra granitoid

rocks,  Slovakia:  Isotopic  constraints  or  crustal  reactivation.
Pol. Miner. Soc. Spec. Pap. 7, 47—50.

Kohút M., Kovach V.P., Kotov A.B., Salnikova E.B. & Savatenkov

V.M. 1999a: Sr and Nd isotope geochemistry of Hercynian gra-
nitic  rocks  from  the  Western  Carpathians  –  implications  for
granite  genesis  and  crustal  evolution.  Geol.  Carpathica  50,
477—487.

Kohút M., Poller U., Todt W., Nabelek P. & Janák M. 1999b: Na-

rich  and  High-Al  granitoid  magma  in  the  Tatra  Mts.  (Western
Carpathians,  Slovakia)  –  melting  of  the  amphibolitic  lower
crust. Geol. CarpathicaSpec. Issue 50, 107—108.

Kovách  A.,  Svingor  E.  &  Grecula  P.  1986:  Rb-Sr  isotopic  ages  of

granitoids from the Spišsko-Gemerské rudohorie Mts., Western
Carpathians, Eastern Slovakia. Miner. Slovaca 18, 1—14.

Krá   J.,  Hess  J.C.,  Kober  B.  &  Lippolt  H.J.  1997: 

207

Pb/

206

Pb  and

40

Ar/

39

Ar age data from plutonic rocks of the Strážovské vrchy

Mts.  basement,  Western  Carpathians.  In:  Grecula  P.  et  al.
(Eds.): Geological evolution of the Western Carpathians.  Min-
er. Slovaca  Monograph
 253—260.

Krist  E.,  Korikovsky  S.P.,  Putiš  M.,  Janák  M.  &  Faryad  W.  1992:

Geology  and  petrology  of  metamorphic  rocks  of  the  Western
Carpathians  crystalline  complex.  Comenius  Univ.  Publ.,  Brat-
islava, 1—324.

Lexa O. & Bezák V. 1996: Porhyric granitoids in the western part of

Slovenské  rudohorie  Mts.:  Emplacement  and  deformation  in
shear zones. Slovak Geol. Mag. 3—4, 189—197.

London D. 1992: Phosphorus in S-type magmas: the P

2

O

5

 content of

feldspars  from  peraluminous  granites,  pegmatites,  and  rhyo-
lites. Amer. Mineralogist 77, 126—145.

London  D.  1998:  Phosphorus-rich  peraluminous  granites.  Acta

Univ. Carol. Geol. 42, 64—68.

Longerich  H.P.,  Jenner  G.A.,  Fryer  B.J.  &  Jackson  S.E.  1990:  In-

ductively  coupled  plasma-mass  spectrometric  analysis  of  geo-
logical  samples:  A  critical  evaluation  based  on  case  studies.
Chem. Geol. 83, 105—118.

Macek J., Cambel B., Kamenický L. & Petrík I. 1982: Documenta-

tion  and  basic  characteristics  of  granitoid  rock  samples  of  the
Western Carpathians. Geol. Zbor. Geol. Carpath. 33, 601—621.

Matte  Ph.  1986:  Tectonics  and  Plate  tectonics  model  for  the

Variscan belt of Europe. Tectonophysics 196, 309—337.

Matějka  D.  &  Janoušek  V.  1998:  Whole-rock  geochemistry  and

petrogenesis of granites from the northern part of the Moldanu-
bian  Batholith  (Czech  Republic).  Acta  Univ.  Carol.  Geol.  41,
73—79.

Mielke P. & Winkler G.F. 1979: Eine bessere Berechnung der Me-

sonorm  für  granitische  Gesteine.  Neu.  Jb.  Miner.  Mh.  H10,

background image

90                                                                                       BROSKA and UHER

471—480.

Michalko J., Bezák V., Krá  J., Huhma H., Mäntäri I., Vaasjoki M.,

Broska  I.,  Hraško  .  &  Határ  J.  1998:  U/Pb  zircon  data  from
the  Veporic  granitoids  (Western  Carpathians).  Krystalinikum
24, 91—104.

Petrík I. 1980: Biotite from the granitoid rocks of the Western Car-

pathians  and  their  petrogenetic  importance.  Geol.  Zbor.  Geol.
Carpath.
 31, 215—230.

Petrík I. 1982a: Selected samples of the West Carpathian granitoids:

classification  and  modal  composition.  Geol.  Zbor.  Geol.  Car-
path.
 33, 569—572.

Petrík  I.  1982b:  The  position  of  biotite  in  granitoid  rocks  of  the

Small  Carpathian  Mts.  and  its  relation  to  their  genesis.  In:
Cambel (Ed.): Symposium on geochemistry of endogenous and
exogenous processes.  Veda Publ., Bratislava,  96—105.

Petrík  I.  2000:  Multiple  sources  of  the  West  Carpathian  Variscan

granitoids: a review of Rb/Sr and Sm/Nd data. Geol. Carpathi-
ca 
51, 3, 145—158.

Petrík  I.  &  Broska  I.  1994:    Petrology  of  two  granite  types  from

the    Tribeč    Mountains,  Western  Carpathians:  an  example  of
allanite  (+magnetite)    versus  monazite  dichotomy.  Geol.  J.
29, 59—78.

Petrík  I.  &  Kohút  M.  1997:  The  evolution  of  granitoid  magmatism

during  the  Hercynian  orogen  in  the  Western  Carpathians.  In:
Grecula  P.  et  al.  (Eds.):  Geological  evolution  of  the  Western
Carpathians. Miner. Slovaca Monograph  235—252.

Petrík  I.,  Broska  I.  &  Uher  P.  1994:  Evolution  of  the  West  Car-

pathian  granite  magmatism:  source  rock,  geotectonic  setting
and  relation  to  the  Variscan  structure.  Geol.  Carpathica  45,
283—291.

Pichavant M., Montel J.M. & Richard L.R. 1992: Apatite solubility

in  peraluminious  liquids:  Experimental  data  and  an  extension
of the Harrison-Watson model. Geochim. Cosmochim. Acta 56,
3855—3861.

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

Evolution  and  structure  of  the  Western  Carpathians:  an  over-
view.  In:  Grecula  et  al.  (Eds.):  Geological  evolution  of  the
Western Carpathians. MinerSlovaca Monograph 1—24.

Poller U., Broska I., Finger F., Uher P. & Janák M. 2000: Permian

age of gemeric granites constrained by single EMPA monazite
dating. Miner. Slovaca 32, 189—190.

Poller U., Janák M., Kohút M. & Todt W. 2000: Early Variscan in

the Western Carpathians: U/Pb zircon data from granitoids and
orthogneisses  of  the  Tatra  Mountains  (Slovakia).  Int.  J.  Earth
Sci.
 89, 336—349.

Puchelt H. & Emmermann R. 1976: Bearing of  rare earth patterns

of apatites from igneous and metamorphic rocks.  Earth.  Plan-
et. Sci. Lett.
 31, 279—286.

Pupin J.P. 1980: Zircon and granite petrology. Contr.  Mineral.  Pe-

trology 73, 207—220.

Pupin  J.P.  1992:  Les  zircons  des  granites  océaniques  et  continen-

taux:  couplage  typologie-géochimie  des  éléments  en  traces.
Bull. Soc. Géol. France 193, 495—507.

Putiš  M.,  Kotov  A.B.,  Uher  P.,  Salnikova  E.B.  &  Korikovsky  S.P.

2000: Triassic age of the Hrončok pre-orogenic A-type granite
related to continental rifting: a new result of U-Pb isotope dat-
ing (Western Carpathians). Geol. Carpathica 51, 56—66.

Sha L.K. & Chappell B.W. 1999: Apatite chemical composition, de-

termined by electron microprobe and laser-ablation inductively
coupled  plasma  mass  spectrometry,  as  a  probe  into  granite
petrogenesis. Geochim.  Cosmochim. Acta 63, 3861—3881.

Schaltegger  U.  2000:  Magma  pulses  in  the  Central  Variscan  Belt:

episodic  melt  generation  and  emplacement  during  lithospheric
thinning. Terra Nova 9, 242—245.

Schermaier  A.,  Haunschmid  B.  &  Finger  F.  1997:  Distribution  of

Variscan I- and S-type granites in the Eastern Alps: a possible
clue  to  unravel  pre-Alpine  basement  structure.  Tectonophysics
272, 315—333.

Stampfli  G.M.  1996:  The  Intra-Alpine  terrain:  A  Paleothethyan

remnant  in  the  Alpine  Variscides.  Eclogae  Geol.  Helv.  89,
13—42.

Streckeisen A. & Le Maitre R.W. 1979: A chemical approximation

to the modal QAPF classification of the igneous rocks. Neu. Jb.
Mineral. Abh.
 136, 2, 169—206.

Uher P. & Broska I. 1996: Post-orogenic Permian granitic rocks  in

the  West  Carpathian-Pannonian  area:  geochemistry,  mineralo-
gy and evolution. Geol. Carpathica 47, 311—321.

Uher  P.  &  Broska  I.  2000:  The  role  of  silicic  magmatism  in  the

Western  Carpathians:  from  Variscan  collision  to  Early-Alpine
extension. Slovak  Geol. Mag. 6, 2—3, 278—280.

Uher P. & Gregor T. 1992: The Turčok granite – a product of pos-

torogenic  magmatism  of  A-type.  Miner.  Slovaca  24,  301—304
(in Slovak with English summary).

Uher P. & Puskharev Yu. 1994: Granitic pebbles of the Cretaceous

flysch of the Pieniny Klippen belt, Western Carpathians: U/Pb
zircon ages. Geol. Carpathica 45, 375—378.

Uher P., Marschalko R.,  Martiny E., Puškelová  ., Streško V., To-

man  B.  &  Walzel  E.  1994:  Geochemical  characterization  of
granitic  rock  pebbles  from  Cretaceous  to  Paleogene  flysh  of
the Pieniny Klippen Belt. Geol. Carpathica 45, 171—183.

Vilinovičová  .  1989:  K-feldspars  of  the  granitoid  rocks  from  the

Strážovské  vrchy  crystalline  complex.  Geol.  Zbor.  Geol.  Car-
path
. 40, 5, 599—620.

von Raumer J.F. & Neubauer F. 1993: Late Proterozoic and Paleo-

zoic evolution of the Alpine basement – an overview. In: von
Raumer  J.F.  &  Neubauer  F.  (Eds.):  Pre-Mesozoic  Geology  of
Alps. Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 625—639.

Wark D.A. & Miller C.F. 1993: Accessory mineral behavior during

differentiation  of  a  granite  suite:  monazite,  xenotime  and  zir-
con  in  the  Sweetwater  Wash  pluton,  southeastern  California,
U.S.A. Chem. Geol. 110, 49—67.

Whalen  J.B.,  Currie  K.L.  &  Chappell  B.W.  1987:  A-type  granites:

geochemical  characteristics  discrimination  and  petrogenesis.
Contr. Mineral. Petrology 95, 407—419.

Yates A.N., Wyatt B.W. & Tucker D.H. 1982: Application of gam-

ma-ray  spectrometry  to  prospecting  for  tin  and  tungsten  gran-
ites,  particularly  within  the  Lachlan  Fold  Belt,  New  South
Wales. Econ. Geol. 77, 1725—1738.