background image

GEOLOGICA CARPATHICA, 53, 1, BRATISLAVA,  FEBRUARY  2002

3 — 13

SULPHUR ISOTOPES OF SELECTED HERCYNIAN GRANITIC AND

SURROUNDING ROCKS FROM THE WESTERN CARPATHIANS

(SLOVAKIA)

MILAN KOHÚT

1

 and  CLEMENTE RECIO

2

1

Geological Survey of Slovak Republic, Mlynská dolina 1, 817 04 Bratislava, Slovak Republic; milan@gssr.sk

2

Departamento de Geología, Universidad de Salamanca, E-37008 Salamanca, Spain

(Manuscript received April 2, 2001; accepted in revised form October 5, 2001)

Abstract: A reconnaissance sulphur isotopic study has been carried out on selected Hercynian granites and related rocks
to test the applicability of such data in constraining the relative contribution of igneous and sedimentary protoliths to the
West-Carpathian granitic rocks. Chemical separation techniques yielded enough sulphide sulphur for analysis in 22 out
of  26  selected  whole  rock  samples.  In  general,  more  mafic  rocks,  showing  higher  whole-rock  bulk  sulphur  content,
yielded more sulphide for isotopic analysis than more felsic ones. The 

δ

34

S values obtained range from —0.9 to +5.7 ‰

(average +2.5 ± 2.3 ‰) for granites of S-type affinity, while results for I-type granites are lower, ranging between —2.9
and +2.3 ‰ (average —0.7 ± 1.9 ‰). Medium grade metamorphic rocks (gneisses ± mica schist) in the area gave values
between —2.0 to +4.6 ‰ (average +0.8 ± 2.1‰) similar to S-type granites, while basic igneous rocks, and metamorphic
rocks  of  obvious  mantle  affinity  have  a  narrow  span  of  values  between  —0.3  and  +1.9 ‰  (averaging  +0.7 ± 0.9 ‰).
Despite the lithological variability implied above, the range of 

δ

34

S

(CDT)

 values measured is rather narrow when com-

pared  with  other  granitic  provinces  elsewhere.  The  results  presented  here  for  the  West-Carpathian  granites  fit  better
within a collisional orogenic setting than in a volcanic arc and/or oceanic subduction scenario. Sulphur isotopic results
would be more easily explained within the frame of the I-/S-type model, while other data, such as magnetic susceptibil-
ity, could both fit the above and the magnetite-/ilmenite-series typology. Despite this, the data obtained could also be
explained within a model in which some sulphur is of deep-seated igneous origin, having a distinctive isotopic composi-
tion, and some additional sulphur would be derived from the country rock via assimilation processes that resulted in the
Central Western Carpathians granitoid rocks.

Key words: Western Carpathians, Hercynian orogeny, sulphur isotopes, granitic rocks, country rocks, granite typology.

Introduction

An  important  question  in  granite  petrogenesis  is  whether  a
granite  was  derived  from  an  igneous  or  a  sedimentary  pro-
tolith. Since Read (1948) pointed out that there are “granites
and  granites”,  many  typologies  have  been  proposed  (e.g.
Chappell  &  White  1974;  Ishihara  1977;  Debon  &  Le  Fort
1983;  Pitcher  1983;  Pearce  et  al.  1984;  Maniar  &  Piccoli
1989; Barbarin 1990; among others). There are many tools to
explore this query; e.g. field relations, mineralogy and petrolo-
gy,  physical  and  geochemical  parameters.  Determinations  of
radiogenic  and  stable  isotope  ratios  have  become  useful  for
this purpose as well. It was Coleman (1977) and Sasaki & Ish-
ihara (1979) who first recommended the study of sulphur iso-
topes in granite petrology. Sulphur is an important element to
be considered when trying to understand the genesis of an ig-
neous rock due to a unique set of geochemical characteristics.
In most igneous rocks, sulphur is present as a trace element,
which  usually  forms  discrete  S-rich  phases  –  in  granites,
mostly  sulphides,  e.g.  pyrite,  pyrrhotite,  chalcopyrite,  and
scarce  sulphates,  e.g.  anhydrite;  although  sulphur  may  also
substitute  into  other  phases,  e.g.  biotite,  muscovite,  horn-
blende and apatite. Indeed, sulphur, as a volatile element, is a
sensitive  indicator  of  the  degree  of  interaction  between  the
magma  and  any  S-bearing  country  rocks  into  which  it  is  in-

truded, since sulphur is much more susceptible to mobilisation
than other commonly used elements and/or isotopic ratios, e.g.
REE’s, Rb/Sr, Sm/Nd and Pb (Poulson et al. 1991). Sulphur
can be studied by stable isotope techniques, which help to pro-
vide information about a number of physico-chemical process-
es  that  might  have  taken  place.  Magmas  formed  by  partial
melting of the mantle, and the rocks and fluids that may evolve
from them, should have 

δ

34

S values close to their mantle pro-

tolith (Ohmoto 1986). If this protolith is homogeneous, their

δ

34

S values should be close to zero, relative to the reference

standard  –  the  troilite  from  Cañon  del  Diablo  meteorite
(CDT). However, actual igneous rocks have variable 

δ

34

S

(CDT)

values (Coleman 1977; Sasaki & Ishihara 1979; Kubilius 1983
in Ohmoto 1986; Ishihara & Sasaki 1989; Laouar et al. 1990;
Poulson  et  al.  1991;  Recio  et  al.  1991).  Since  at  magmatic
temperatures, no significant isotopic fractionation is to be ex-
pected among different S-bearing phases, nor as a result of de-
gassing, this was interpreted by Ohmoto (1986) and Ohmoto
&  Goldhaber  (1997)  as  the  result  of  assimilation  of  upper
crustal rocks by magmas of mantle or lower crustal derivation.
The  sulphur  content  of  granites  and  granodiorites  frequently
exceeds the amount that would be expected purely as a result
of the solubility of sulphide sulphur in the pertinent magmas,
and this, coupled with the fact that frequently the 

δ

34

S values

of  sulphides  in  the  granites  and  their  country  rocks  are  very

background image

4                                                                                       KOHÚT

 

 and  RECIO

similar,  suggests  that  most  of  sulphur  was  actually  acquired
during granite emplacement. Different sulphur reservoirs have
distinctive signatures that might be possible to trace when sul-
phur becomes part of geological processes, such that well de-
fined patterns of sulphur isotope variations can be identified in
granitic rocks (Laouar et al. 1990; Recio et al. 1991).

The purpose of this paper is to report a reconnaissance study

on  the  acid-soluble  (monosulphides)  and  non  acid-soluble
(disulphides; mostly pyrite) sulphur isotopic characteristics of
the  Hercynian  granitic  and  surrounding  (gabbroic,  gneissic,
amphibolitic) rocks from the Western Carpathians, for which
some preliminary genetic implications have already been dis-
cussed by Kohút et al. (2000).

Geological setting

Like  the  Pyrenees,  Alps  and/or  Himalayas,  the  Carpathian

mountain chain is a typical Alpine collisional fold belt. Its pre-
Mesozoic rock complexes, however, belong to the Hercynian
basement within the Alpine-Carpathian orogenic belt. During
Alpine  tectonism,  the  Carpathian  part  of  the  Hercynian  belt
was disrupted and sliced into blocks, which were incorporated
into the Alpine (nappe- and/or terrane-) complexes and subse-
quently  variously  uplifted.  This  polyorogenic  history  makes
reconstructing  the  Hercynian  structures  rather  difficult,  but
provides excellent exposures of the various levels of the Her-
cynian  crust.  The  Western  Carpathians  form  a  direct  eastern
continuation  of  the  Eastern  Alps.  The  pre-Alpine  crystalline
basement crops out mainly in the Central Western Carpathians

(CWC), heart of the Western Carpathians, consisting of three
main crustal-scale superunits: the Tatric, Veporic and Gemeric
and  several  cover-nappe  systems:  the  Fatric,  Hronic  and  Si-
licic (generally from N to S); Plašienka et al. (1997). The Her-
cynian  granitoid  rocks  occur  in  all  three  superunits  of  the
CWC  in  various  positions  (Fig.  1).  In  the  Tatric  these  rocks
build backbones of so called core mountains. A large compos-
ite  granodiorite-tonalite  massif,  strongly  affected  by  the  Al-
pine tectonics, dominates the Veporic. Another large, hidden
granitoid  body,  penetrating  the  overlying  Early  Paleozoic
rocks  in  the  form  of  apophyses,  is  observed  in  the  Gemeric
(Plančár et al. 1977). The core mountains of the Tatric Supe-
runit  consist  of  pre-Mesozoic  metamorphic  rocks  and  grani-
toids,  both  of  which  are  overlain  by  Mesozoic  cover  sedi-
ments,  and/or  nappe  structures.  Basement  rocks  were  only
weakly affected by Alpine metamorphism. The Veporic crys-
talline basement consists of high- to low-grade metamorphic
rocks, various types of granitoids including hybrid ones, and
their Upper Paleozoic and Mesozoic cover. As a result of com-
plex  Hercynian  and  Alpine  tectonism,  this  unit  has  a  very
complicated – imbricate structure at present. The penetrative
brittle-ductile deformation weakens from SE to NW. The base-
ment of the Gemeric is composed of Early Paleozoic (Silurian)
to Late Carboniferous, mostly low-grade flyschoid metasedi-
ments and metavolcanics, with remnants of an ophiolite com-
plex.  This  volcano-sedimentary  sequence  was  intruded  by
small granite apophyses derived from a huge underlying pos-
torogenic body. Granitoid magmatism dominated the Hercyn-
ian orogen in the Western Carpathians over a time interval of
over 100 million years (360—250 Ma). Accessory mineral as-

Fig. 1. Simplified tectonic-geological sketch of the Western Carpathians (Slovak part), with location of samples studied. Explanation of
legend:
 1 – Pre-Alpine crystalline basement, Tatric Superunit, 2 – Mesozoic sedimentary cover and nappe structures of the Tatric Supe-
runit, 3 – Veporic Superunit, 4 – Gemeric Superunit, 5 – Klippen Belt, 6 – Flysch zone, 7 – Neogene to Quaternary Central and East
Slovak neovulcanites, 8 – Neogene to Quaternary basins. T-88 – Sample locality.

background image

 SULPHUR  ISOTOPES  OF HERCYNIAN  GRANITIC  ROCKS  FROM WESTERN  CARPATHIANS                     5

sociations (magnetite + allanite and monazite + ilmenite) allow
distinction of two granite groups (I & S) in the CWC (Broska
& Gregor 1992; Petrík & Broska 1994). The occurrence of ma-
fic  microgranular  enclaves  (MME)  in  the  magnetite-bearing
granites, and presence of host (metamorphic) rock xenoliths in
the magnetite-free granites supports this division. In response
to varying geotectonic settings, different genetic types of gran-
ites  formed:  Lower  Carboniferous  crustal  thickening,  Upper
Carboniferous  thermal  events,  and  Permian  transtension  re-
spectively  resulted  in  S-,  I-  and  A-type  granite  formation
(Petrík & Kohút 1997, and references therein).

Analytical methods

Geochemical  analyses  (major  and  minor  elements)  were

done by XRF at the University of Ottawa, and by the classical
wet technique at the Geological Survey of the Slovak Republic,
Bratislava.  The  S

Tot

  was  measured  at  the  Geological  Survey

Spišská Nová Ves by ICP—AES. REE were analysed at the Me-
morial  University  of  Newfoundland,  St.  John’s  by  ICP-MS
(Jenner et al. 1990) and at the MEGA Inc. Stráž pod Ralskem,
by INAA. The measurements were verified against natural, in-
ternational  standards  (GM  and  BM  from  ZGI  Berlin).  Basic
chemical data are presented in Table 1. 

34

S/

32

S ratios were de-

termined at the Stable Isotope Laboratory of Salamanca Uni-
versity (Spain) on fresh samples, none of which was obviously
mineralized.  Petrographic  examination  revealed  some  minor
sulphide  minerals,  mainly  within  biotite  flakes,  occasionally
along mica’s cleavages as well. Sulphides were also found in-
terstitially between quartz, feldspars and/or hornblende grains,
but only sporadically were these observed within these grains.
Electron  probe  microanalysis  (EDAX)  allowed  identification
of mainly pyrrhotite and pyrite ± chalcopyrite in the granitic
rocks.  Additionally,  scarce  chalcopyrite  and  sphalerite  were
identified within surrounding rocks. The generally low sulphur
content and small grain sizes prevented physical separation of
sulphides.  Instead,  we  have  used  a  chemical  extraction  tech-
nique that is based on the works of Zhabina & Volkov (1978),
Canfield et al. (1986) and Hall et al. (1988), but with modifica-
tions as described by Recio et al. (1991). This technique uses a
digestion apparatus designed by Canfield et al. (1986) to mea-
sure  the  amount  of  reduced  inorganic  sulphur  in  a  powdered
sample, and the principles described by Hall et al. (1988) for
sample  preparation  for  isotopic  analysis.  Successive  use  of
HCl and CrCl

2

 on sample weights that varied between 1 and 25

gr. allowed us to separate sulphur (as H

2

S) derived from acid

soluble sulphides (in this case pyrrhotite; in some samples with
very minor sphalerite) from that derived from non-acid soluble
sulphides  (here  mainly  pyrite,  with  a  minor  contribution  of
chalcopyrite).  During  the  time  to  complete  the  reaction,  the
evolved H

2

S is collected over zinc acetate plus NH

4

 solution,

and  the  ZnS  produced  is  converted  into  Ag

2

S  by  addition  of

0.1 M AgNO

3

. The Ag

2

S is preferred for isotopic analysis be-

cause it gives higher and more consistent yields during conver-
sion to SO

2

 than the ZnS, as well as being more easily recover-

able from solution. The yield of clean SO

2

 needed for isotopic

analysis is prepared by a method similar to that described by
Robinson & Kusakabe (1975). The 

34

S/

32

S ratios were deter-

mined in a VG-Isotech SIRA-II™ mass spectrometer. Repli-
cate  analyses,  including  chemistry,  of  reference  standards
NBS-123 and NZ-1 (presently referred to as IAEA-S

1

) gave

an average reproducibility better than ±0.2 ‰. Results are re-
ported in the familiar 

δ

 notation, relative to CDT (Cañon del

Diablo troilite) in Table 2.

Review of existing data

Despite a long history of application of sulphur isotope data

in granite petrogenesis, relatively few 

δ

34

S studies have been

carried out when compared with other stable and radiogenic
isotopic  systems  (O,  Rb/Sr,  Sm/Nd,  Pb/Pb).  However,  from
these few studies, a useful pattern emerges. Coleman (1977)
has  shown  that  granites  from  SE  Australia  (New  England
Batholith)  have  sulphur  isotope  ratios  which  fall  into  two
groups: those within a small range of 

δ

34

S

(CDT)

  from —3.6‰

to +5.0‰, representing I-type granites in the sense of Chap-
pell  &  White  (1974),  and  those  which  are  generally  higher
(

δ

34

S

(CDT)

 >  +5.0 ‰) or lower (

δ

34

S

(CDT)

 = —9.4 to —3.6 ‰),

reflecting S-type granites. The two series of granitic rocks de-
fined by Ishihara (1977) in Japan showed two specific isotope
trends in the work of Sasaki & Ishihara (1979). The magne-
tite-series  granites  all  had  positive 

δ

34

S

(CDT)

  values  from

+1 ‰ to +9 ‰, while the ilmenite-series rocks were dominat-
ed by negative 

δ

34

S

(CDT)

 values between —11 ‰ and +1 ‰. In

comparison, results from the Sierra Nevada Batholith, as de-
termined  by  Ishihara  &  Sasaki  (1989),  were 

δ

34

S

(CDT)

  from

+1.6 ‰  to  +4.0 ‰  for  magnetite-series  granites  and  from
—5.3 ‰ to —3.7 ‰ for ilmenite-series rocks. Two groups, de-
rived from contrasting protoliths, have been identified by La-
ouar et al. (1990) for the British Caledonian granites. Group I
granites (I-type) have 

δ

34

S values within the range —4.5 ‰ to

+4.4 ‰, while group II granites (S-type) are strongly positive
at 

δ

34

S

(CDT)

 = +6.2 ‰ to +16.0 ‰. Peraluminous S-type gran-

odiorites  and  granites  from  the  South  Mountain  Batholith
(Nova  Scotia)  resulted  in  a  wide  range  of 

δ

34

S  values  from

+1.6 ‰  to  +15.0 ‰,  indicating  that  these  rocks  were  influ-
enced by assimilation of the country rocks (Kubilius 1983 in
Ohmoto 1986; Poulson et al. 1991). The Proterozoic granitic
rocks of Northeastern Brazil, of calc-alkaline and ultrapotas-
sic  to  shoshonitic  affinity,  all  display  positive 

δ

34

S  values

ranging from +1.0 ‰ to +12.3 ‰ (Sial & Ferreira 1990). Her-
cynian cordierite-bearing granites of the Central Iberian Zone,
Iberian Massif of Spain, have 

δ

34

S

(CDT)

 values from —3.9 ‰ to

+4.8 ‰  (Recio  et  al.  1991).  The 

δ

34

S  values  ranged  from

+2 ‰  to  +9 ‰  for  the  granitoids  hosting  porphyry  cooper
mineralization in Chile, while host rocks of identical mineral-
ization  from  Philippines  gave 

δ

34

S  values  from  —1.4 ‰  to

+9.5 ‰, indicating a volcanic arc setting for these magnetite-
series rocks and/or deposits (Sasaki et al. 1984). The bulk of
data from altered granitic rocks of Bonnet Batholith – Mani-
toba,  with 

δ

34

S  values  from  —1.2 ‰  to  +7.5 ‰  (Krouse  &

Ueda 1987), fall into the range associated with I-type granites,
according  with  Coleman  (1977).  Cretaceous-Tertiary  grani-
toids of the Kohistan arc – Northern Pakistan, have 

δ

34

S val-

ues from —0.6 ‰ to +5.4 ‰, while Cambrian granites of this
same arc display higher positive 

δ

34

S from +8.1 ‰ to +9.0 ‰,

background image

6                                                                                       KOHÚT

 

 and  RECIO

although both groups belong to the ilmenite-series (Ishihara et
al. 1996). The isotopic composition of sulphidic sulphur from
the Žulová massif (NE Bohemian Massif), described by Losos
et  al.  (1994)  as  a  typical  ilmenite-series  pluton,  is  relatively
homogeneous, with 

δ

34

S

(CDT)

 values ranging from —4.0 ‰ to

+3.0 ‰,  which  are  typical  values  for  sulphur  derived  from
deep-seated sources (Hoefs 1997). The sulphur isotope signa-
ture of the Hercynian West-Carpathian granites has not been
known till present. There were sparse isotopic data from sepa-
rated sulphide minerals only, from the Cretaceous Rochovce
Granite  (Repčok  et  al.  1990),  with 

δ

34

S

(CDT)

  values  from

—0.47 ‰  to  +1.88 ‰,  documenting  an  I/A  character  for  this
granite.  Various  poorly  identified  Hercynian  granitic  rocks
from  Central  Europe  are  reported  to  have  a  large  spread  of

δ

34

S  values  from  —4 ‰  to  +12 ‰  (Siewers  1974  in  Nielsen

1978).

Unfortunately, little attention has been paid in the literature

to  the  sulphur  isotope  signature  of  granite’s  host-rocks.  The
sedimentary  hosts  of  some  granitic  terranes  in  Japan  display
strictly negative 

δ

34

S values from —1.4 ‰ to —21.5 ‰ (Sasaki

&  Ishihara  1979).  The  metamorphic  rocks  from  the  South
Mountain  Batholith  (Nova  Scotia)  showed  a  wide  range  of

δ

34

S values from —3.7 ‰ to +26.3 ‰, without major differenc-

es reported from greenschist to amphibolite facies, or between

former pelites and psammites (Poulson et al. 1991). The Dal-
radian  metasediments  from  Scotland  have 

δ

34

S  mostly  be-

tween  +11 ‰  and  +17 ‰  (Hall  et  al.  1989).  Low-P,  high-T
metamorphic rocks (nebulites) of the Central Iberian Zone of
the Iberian Massif yielded exclusively positive 

δ

34

S

(CDT)

 val-

ues between  +1.1 and +10.6 ‰ (Recio et al. 1991). It is inter-
esting that greywackes from this area gave both positive and
negative 

δ

34

S values of +7 ‰ and around —5 ‰, while inter-

mediate to basic enclaves within the granite were mainly close
to 0 ‰, exception made of one quartzdioritic enclave that has
a value of 

δ

34

S = +13.4 ‰. Pelitic rocks of the Kohistan arc

showed  negative 

δ

34

S  values  from  —3.6 ‰  to  —7.9 ‰,  while

metamorphosed pelites have positive 

δ

34

S values from +2.3 ‰

to  +10.2 ‰,  and  amphibolitic  rocks  reveal 

δ

34

S  values  from

+0.6 ‰ to +3.2 ‰ (Ishihara et al. 1996). High-grade metamor-
phic  rocks  of  the  Ivrea  Zone  (stronalites  and  kinzigites;  am-
phibolite-  to  granulite-facies  gneisses)  are  highly  variable,
with 

δ

34

S values from —23 ‰ to +13 ‰, typical of marine sed-

iments (Schnetger 1994). Because of the large variation of sul-
phur isotopic composition, of likely primary sedimentary ori-
gin,  no  difference  between  groups  of  metamorphites  can  be
seen.  Granulites  from  Southern  Norway  also  have  a  large
spread of 

δ

34

S from —4 ‰ to +17 ‰, with values around +5 ‰

most frequent (Andreae 1974 in Nielsen 1978). In contrast to

Table 1: Chemical composition (major + trace elements and REE) of the studied Carpathian samples. Explanations: abT – amphibole-
biotite  tonalite,  mbGD  –  muscovite-biotite  granodiorite,  mG  –  muscovite  granite,  baD  –  biotite-amphibole  diorite,  Gabb  –  gabbro,
b Gn – biotite gneiss, Msch – mica schist, Amph – amphibolite etc. Major elements are in wt. %, trace elements and REE are in ppm.

Sample

VF-43

VF-639

VF-700

TL-117

VT-2/96

ZK-4

VVM-129

VF-356

T-88

VG-45

NT-487

V-9039

KV-3/1222

S-type

S-type

S-type

S-type

S-type

S-type

S-type

I-type

I-type

I-type

I-type

I/A-type

I/A-type

Type

mbG

bGD

mG

mbGD

bGD

mG

bmG

bT

abT

abT

baD

bGD

bG

SiO

2

72.66

66.33

73.94

71.24

68.85

73.31

76.09

68.76

66.02

63.66

54.84

69.77

70.31

TiO

2

0.21

0.58

0.16

0.25

0.87

0.08

0.11

0.51

0.75

0.82

1.03

0.38

0.30

Al

2

O

3

14.64

15.70

13.27

14.56

14.79

14.07

12.75

15.59

17.00

16.78

14.78

14.05

14.06

Fe

2

O

3

0.47

1.62

0.94

1.24

1.18

0.73

0.41

0.81

1.13

1.97

2.01

2.21

1.08

FeO

1.43

1.93

1.25

1.56

2.02

1.35

0.98

2.33

2.89

2.73

5.38

2.06

1.87

MnO

0.03

0.05

0.02

0.04

0.05

0.06

0.03

0.04

0.07

0.06

0.18

0.07

1.16

MgO

0.61

1.21

0.15

0.77

0.96

0.55

0.13

1.22

1.64

2.64

8.32

0.90

0.06

CaO

1.42

2.89

0.69

2.26

2.75

1.10

0.49

2.83

3.36

3.68

5.58

1.53

2.58

Na

2

O

3.74

5.01

4.39

4.48

4.33

4.00

2.99

4.04

3.89

3.13

2.67

5.82

3.45

K

2

O

3.52

2.94

3.98

1.87

2.47

3.47

4.76

2.24

2.08

2.30

2.63

2.04

4.01

P

2

O

5

0.13

0.24

0.21

0.21

0.16

0.16

0.18

0.21

0.20

0.23

0.46

0.11

0.28

H

2

O+

0.75

1.24

0.76

1.10

1.10

1.32

0.78

0.94

0.88

1.54

1.88

0.87

0.58

H

2

O-

0.18

0.13

0.08

0.18

0.45

0.04

0.11

0.14

0.18

0.21

0.16

0.05

0.25

Total

99.79

99.87

99.84

99.76

99.98

100.24

99.81

99.66

100.09

99.75

99.92

99.86

99.99

tot

200

320

150

230

320

80

320

220

385

850

800

600

900

Sr

259

365

103

449

565

122

21

563

852

851

680

160

520

Rb

110

91

177

88

108

158

448

91

76

81

102

40

98

Ba

864

641

405

880

821

316

60

826

1015

1021

650

782

848

Zr

112

203

40

159

168

31

66

185

263

249

150

845

159

Y

12.36

11.50

6.36

7.00

13.32

14.99

17.73

6.98

15.18

18.00

16.00

69.00

26.00

Nb

8.79

8.34

6.00

10.00

11.21

9.19

19.65

8.56

12.32

14.00

15.00

40.00

20.00

Ta

0.79

0.44

0.33

0.29

0.40

1.24

5.46

0.62

0.59

0.62

0.25

2.00

0.20

Hf

2.96

4.62

1.21

4.10

4.64

0.91

2.08

4.30

5.32

6.03

4.74

25.90

4.60

Th

6.40

8.90

2.95

6.30

11.23

5.50

9.55

6.26

9.10

12.00

10.20

15.20

28.60

U

2.50

2.20

3.80

2.60

4.50

3.40

6.40

4.10

2.70

3.00

3.50

1.90

9.20

La

20.79

31.20

5.36

26.67

34.77

6.45

7.67

24.56

43.66

86.91

43.95

110.30

73.05

Ce

42.99

66.34

11.04

54.56

71.63

13.40

17.99

51.11

87.90

179.40

96.62

200.30

144.20

Nd

19.73

29.52

4.84

25.67

31.67

5.81

9.51

23.07

38.47

68.79

42.34

106.00

53.84

Sm

4.20

5.41

1.27

3.91

5.98

1.82

2.68

4.17

6.45

10.03

7.28

20.00

9.72

Eu

0.76

1.09

0.42

0.95

1.14

0.45

0.13

1.19

1.58

1.93

1.95

4.83

1.53

Gd

3.32

3.85

1.22

2.89

4.15

2.05

2.20

2.98

4.61

6.07

7.68

-

6.61

Tb

0.47

0.49

0.21

0.36

0.54

0.43

0.48

0.35

0.60

0.70

1.15

2.30

0.90

Tm

0.16

0.15

0.08

0.13

0.18

0.24

0.24

0.08

0.21

0.12

0.35

-

0.43

Yb

0.94

0.95

0.51

0.71

1.03

1.65

1.34

0.51

1.27

0.75

1.95

10.10

2.75

Lu

0.13

0.13

0.07

0.12

0.14

0.24

0.18

0.08

0.19

0.14

0.40

1.67

0.42

background image

 SULPHUR  ISOTOPES  OF HERCYNIAN  GRANITIC  ROCKS  FROM WESTERN  CARPATHIANS                     7

Sample

VF-244

BT-253

BT-217

BT-2222

ZT-1/97

BT-11

ZT-2/92

BT-218

KV-3/622

Type

b Gn

b Gn

b Gn

ab Gn

Msch

Amph

Amph

Gab

Gab

SiO

2

65.07

60.18

65.65

60.67

59.89

58.29

52.65

48.65

48.78

TiO

2

0.76

1.18

0.87

0.47

0.85

0.59

1.08

1.61

0.78

Al

2

O

3

16.63

16.39

14.47

15.87

18.82

15.69

14.67

14.43

11.22

Fe

2

O

3

2.07

1.82

1.14

1.59

4.25

3.07

4.05

2.40

5.16

FeO

3.95

4.63

4.92

4.65

3.82

3.38

6.69

6.79

6.12

MnO

0.10

0.07

0.10

0.10

0.16

0.11

0.18

0.14

0.16

MgO

1.91

3.24

2.52

3.98

2.21

4.48

6.72

11.62

15.21

CaO

1.31

3.11

1.51

6.06

1.78

6.14

8.84

8.37

7.44

Na

2

O

3.20

3.38

2.74

2.94

2.11

3.19

2.74

1.92

1.74

K

2

O

3.26

3.27

3.68

1.88

3.98

1.65

0.41

1.69

2.76

P

2

O

5

0.26

0.61

0.08

0.10

0.14

0.22

0.17

0.66

0.34

H

2

O+

1.27

1.43

1.55

1.07

1.47

2.27

1.11

1.03

0.19

H

2

O-

0.12

0.32

0.34

0.29

0.45

0.46

0.21

0.27

0.25

Total

99.91

99.63

99.57

99.67

99.93

99.54

99.52

99.58

100.15

tot

370

400

450

580

600

750

1150

950

1200

Sr

140

298

199

191

130

130

149

241

638

Rb

139

107

128

61

185

75

22

78

139

Ba

706

1051

564

254

710

284

75

495

635

Zr

190

296

211

100

158

81

82

81

123

Y

23.00

28.00

24.00

13.75

27.00

13.00

19.80

22.00

18.00

Nb

9.00

17.00

11.00

4.75

19.00

4.00

3.85

2.00

4.80

Ta

0.35

0.80

0.90

0.88

1.35

0.70

0.13

1.00

0.50

Hf

4.90

6.00

5.00

2.85

11.00

2.00

1.79

3.00

5.10

Th

15.40

20.00

9.00

6.00

14.00

5.00

0.93

7.00

8.80

U

5.80

5.60

2.10

2.90

4.00

2.30

0.52

2.00

4.00

La

32.94

35.12

35.33

17.63

38.26

13.08

4.45

18.24

55.58

Ce

58.82

71.20

60.46

34.38

75.33

29.11

11.15

41.53

109.70

Nd

32.06

38.34

30.08

15.43

31.92

14.96

7.21

23.07

45.84

Sm

5.70

7.51

5.07

3.23

6.30

3.56

2.32

6.13

9.90

Eu

1.11

1.45

1.10

0.66

1.31

0.65

0.85

1.65

2.05

Gd

4.95

9.82

7.89

3.44

5.36

3.15

3.04

6.65

4.69

Tb

0.65

1.50

1.28

0.61

0.88

0.52

0.55

1.05

0.68

Tm

0.39

0.55

0.60

0.34

0.48

0.25

0.31

0.45

0.27

Yb

2.85

3.05

3.12

1.83

3.08

1.50

2.18

2.38

1.40

Lu

0.41

0.45

0.48

0.27

0.51

0.22

0.32

0.36

0.19

Table 1: Continued.

Table 2: Magnetic susceptibility and sulphur isotopic ratio – 

δ

34

S

(CDT)

 values of the CWC samples. M

1

 and M

2

 represent milligrams of

Ag

2

S obtained per gram of whole rocks sample reacted (1 mg = 1000 ppm). M

T

 is the total amount of Ag

2

S obtained (from acid-soluble

and non acid-soluble fractions). The total 

δ

34

S is the bulk sulphur isotopic value as calculated by mass balance. When only “Total” values

are reported, it indicates that no separation between acid-soluble and non acid-soluble fractions was possible (i.e., the sulphide fraction is
overly dominated by disulphides), and only the bulk isotopic value for the sample is given.

Sample

Rock type

Magn.susc.

Acid soluble

Non-acid soluble

Total

κ (SI u.×10

–6

)

M

1

 (mg/g)

δ

34

S (‰)

M

(mg/g)

δ

34

S (‰)

M

(mg/g)

δ

34

S (‰)

VF-43

 S-t

181.3

0.015

-0.95

VF-639

 S-t

1051.0

0.026

0.56

VF-700

 S-t

0.5

0.010

1.85

TL-117

 S-t

890.5

0.010

3.37

VT-2/96

 S-t

2154.0

0.043

0.64

0.052

4.13

0.095

2.55

ZK-4

 S-t

0.5

0.144

5.70

VVM-129

 S-t

57.9

0.053

4.48

VF-356

 I-t

3051.0

0.147

-1.50

T-88

 I-t

4580.0

0.084

-2.86

VG-45

 I-t

4509.0

0.024

0.13

3.598

2.35

3.622

2.33

NT-487

 I-t

4695.0

8.909

0.70

V-9039

 I/A-t

9645.0

0.765

-0.69

KV-3/1222

 I/A-t

19575.0

3.263

-2.01

VF-244

Gn

958.0

0.021

0.19

0.011

0.71

0.032

0.37

BT-253

Gn

1245.0

0.041

2.62

0.085

0.57

0.126

1.24

BT-217

Gn

467.5

0.009

4.17

0.152

4.63

0.161

4.60

BT-2222

Gn

1425.0

4.860

-0.11

ZT-1/97

Msch

564.5

0.448

-2.08

2.034

-1.93

2.482

-1.96

BT-11

Amph

6960.0

0.018

-0.34

0.362

-0.26

0.380

-0.26

ZT-2/92

Amph

11710.0

0.021

0.69

14.889

1.87

14.910

1.86

BT-218

Gab

6155.0

0.005

0.11

0.627

0.85

0.632

0.85

KV-3/622

Gab

4635.0

0.102

-3.47

6.942

0.36

7.044

0.31

background image

8                                                                                       KOHÚT

 

 and  RECIO

the  above,  gneisses  from  Central  Europe  have  a  narrower
spread of 

δ

34

S values from —4 ‰ to +6 ‰, while mica schist

from the area have positive 

δ

34

S from +2 ‰ to +9 ‰ (Siewers

1974 in Nielsen 1978). In summary (Figs. 2 and 3), no system-
atic behaviour for the sulphur isotopic characteristics of partic-
ular granites and their host-rocks emerges from review of the
literature.

Results

Major  and  trace  element  contents,  including  REE,  of  the

studied samples are given in Table 1. Given the limitations of
our  work,  we  selected  a  few  samples  representative  of  the
whole  CWC  crystalline  basement,  focusing  mainly  on  the
Hercynian granitic rocks. One sample (KV-3/1222) of the Al-
pine-Cretaceous Rochovce Granite (Hraško et al. 1999; Poller
et al. 2001) is included for comparison. It is obvious from Ta-
ble 1 that for this research we chose an extremely variegated
set of granitoids, from diorite to leucocratic granite, and their
host-rocks  (represented  by  gneisses,  mica  schists,  amphibo-
lites and/or gabbro).

The 

δ

34

S

(CDT)

  data  of  sulphidic  sulphur  obtained  in  this

work are given in Table 2, and plotted in histogram form in
Fig. 4. Chemical separation techniques from whole rock yield-
ed sulphur enough for analysis only in 22 out of the 26 origi-
nally  selected  samples.  From  Table  2  it  can  be  seen  that  the
sulphur  content  (expressed  as  mg  Ag

2

S  per  g  of  whole-rock

sample  treated)  of  S-type  granites  is  generally  low  between
0.010 and 0.144 mg/g (average 0.05 ± 0.05), which is several
times lower than sulphur content of I-type granites, that ranges
between 0.084 and 8.909 mg/g (average 2.80 ± 3.37). Sulphur
content in the gneissic rocks, from 0.032 to 4.860 mg/g (aver-
age 1.53 ± 2.13) is within the range of both granite groups. Sul-
phur  content  of  basic  rocks  and  their  metamorphosed  ana-
logues  (gabbro  and  amphibolites)  is  generally  high  in
comparison  with  felsic  crustal  rocks.  As  expected,  samples
with higher bulk sulphur content (expressed as S

Tot

 in Table 1)

yielded more sulphur on chemical treatment for isotopic analy-
sis (Table 2), thus confirming that sulphur-bearing phases are
essentially  sulphides.  Oxidized  (I-type;  Magnetite-series)
granites whose oxygen fugacity is above the NNO buffer may
have sulphates; most likely anhydrite, while reduced (S-type,
Ilmenite-series) granites carry most of its sulphur in reduced
form,  as  pyrrhotite  (Ohmoto  1986;  Ohmoto  &  Goldhaber
1997). A way of testing the reduced/oxidized character of sul-
phur forms in the rocks under consideration is to plot sulphur
content  against  FeO  content.  If  S  is  present  in  reduced  form
only a positive correlation is to be expected. There is a good
correlation between both parameters plotted (Fig. 5), and even
I-type rocks plot in trend, suggesting that most sulphur is in a
reduced form. Generally distribution of FeO is controlled by
presence of biotite within CWC granitic rocks, whereas horn-
blende is rather scarce in the I-type rocks. Higher content of
Fe-Mg  silicic  minerals  is  connected  with  greater  amounts  of
bulk sulphur mainly in the form of minute inclusions within
them and vice versa. However, some of the I-type rocks show
evidence  for  additional  sulphur  phases,  most  likely  oxidized
ones, that would have been unaccounted for by our analytical

Fig.  3. Summary of 

δ

34

S

(CDT)

 values for the host-rocks of the gra-

nitic  suites  of  Fig.  2.  Sources  of  data  in  the  text.  Explanations:
Box  –  psammite  (greywackes)  and  their  metamorphic  equiva-
lents. Diamond – pelites and their metamorphic equivalents.

Fig. 2. Ranges of 

δ

34

S

(CDT)

 values for granites worldwide. Sources

of  data  in  the  text.  Explanations:  Doted  line  –  S-type  and/or  Il-
menite-series  granites.  Solid  line  –  I-type  and/or  Magnetite-se-
ries granites. The applicability of this classification to rocks other
than  those  originally  used  to  define  it  is  controversial,  however;
its use here is for illustrative purposes and does not mean endorse-
ment by the authors. Granites from Central Europe (Siewers 1974
in Nielsen 1978) were not classified by the original author.

Fig.  4.  Histogram  of 

δ

34

S

(CDT)

  values  from  the  West-Carpathian

rocks. I-t – I-type granites, S-t – S-type granites, Gn – gneiss-
es, Amph – amphibolites, Gab – gabbros.

0

1

2

3

4

5

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

δ

34

S (‰)

S-t

I-t

Gn

Amph

Gab

n

background image

 SULPHUR  ISOTOPES  OF HERCYNIAN  GRANITIC  ROCKS  FROM WESTERN  CARPATHIANS                     9

2.3 ‰), while I-type granites have 

δ

34

S values in the vicinity

of  zero,  from  —2.86  to  +2.33 ‰  (average  —0.67 ± 1.9 ‰),  in
good agreement with a possible derivation from lower crustal
or mantle sources (Ohmoto 1986). Heavier 

δ

34

S values from

—1.96 to +4.60 ‰ (average +0.83 ± 2.1‰) characterize the sur-
rounding medium-grade metamorphic rocks (gneisses ± mica
schist), in good agreement with S-type granites. Basic igneous
and metamorphic rocks of obvious mantle origin have a nar-
row  span  of 

δ

34

S  values  from  —0.26  to  +1.86 ‰  (average

+0.69 ± 0.9 ‰). However, chemical and petrographical varia-
tions  within  the  samples  studied  are  large  (Table  1),  which
contrasts with the rather narrow spread of 

δ

34

S

(CDT)

, and with

isotopic values in other granite areas worldwide. Although our
research  was  limited  in  scope,  there  is  evidently  a  general
overlap of isotopic compositions between both groups of gra-
nitic rocks and nearby felsic and mafic rocks (Fig. 4). The sul-
phur  isotopic  composition  has  been  plotted  against  sulphide
content of the samples in Fig. 6. S-type granites are character-
ized by low sulphur content and heavier isotopic values, while
I-type rocks are isotopically lighter, but have more sulphur. In
terms  of  sulphur  content  and  isotopic  composition,  samples
plot correctly on each side of the proposed Carpathians I/S line
of Fig. 6.

Discussion

Coleman (1977) realized that, in contrast with common be-

lief, S-type granites of the New England Batholith contained
higher bulk sulphur that I-types, and used 

δ

34

S values as dis-

criminating criteria, thus introducing sulphur isotopes in gran-
ite typology. Considering that the correlation between S

Tot

 as

determined by chemical analysis, and Ag

2

S content, as deter-

mined during sulphur extraction for isotopic analysis is signifi-
cant (r = 0.732, for n = 22), we have plotted the sulphur content
versus the isotopic values in Fig. 7, and have included Cole-
man’s (1977) divide between I- and S-type granites. Surpris-
ingly, all samples from the CWC, including evidently peralu-
minous  leucogranites  and  biotite  paragneisses,  lie  within  the
field for I-type granites in this diagram. However, an I/S line

Fig. 5. Plot of total sulphur content versus FeO content according
Ohmoto  &  Goldhaber  (1997)  for  testing  the  presence  of  sulphide
and sulphate phases in silicate rocks. Symbols as are marked: Box
–  S-type  granites,  Grey  circle  –  I-type  granites,  Diamond  –
gneisses, Triangle – amphibolites, Black circle – gabbros.

1

10

100

1000

10000

0.1

1.0

10.0

100.0

FeO (wt%)

S

T

 (ppm)

S-t

I-t

Gn

Amph

Gab

Granitoid magmas

650

870

1025

1200 °C

Basaltic magmas

"FeS" species limit

scheme (that is specific for reduced sulphur; see Canfield et al.
1986; Hall et al. 1988). This should, however, not affect no-
ticeably  our  main  inferences,  since  according  to  Ohmoto  &
Goldhaber  (1997;  pg.  587)  “...  observed  isotopic  fraction-
ations between sulfate and sulfide from I-type volcanic rocks
are in most cases disequilibrium values at magmatic tempera-
tures …”
. S-type granites, except for one sample, show posi-
tive 

δ

34

S values between —0.95 and +5.70 ‰ (average +2.51 ±

Fig. 7. Plot of 

δ

34

S

(CDT)

 values versus total sulphur content (ppm) for

the studied CWC rocks. Solid line dividing S-type and I-type gran-
ites is after Coleman (1977); doted line represents the suggested I/S
line for the Carpathians granitic rocks. Symbols as in Fig. 5.

Fig.  6. 

δ

34

S

(CDT)

  values  versus  sulphur  content  of  samples  from  the

Central Western Carpathians. M

T

 is yield in mg of Ag

2

S (as evolved

from total acid-soluble + non acid-soluble sulphides) per g of whole
rock sample used. The 

δ

34

S

(CDT)

 value reported is the bulk sulphidic

sulphur isotopic composition of the rock as calculated by mass bal-
ance,  from  the  results  obtained  for  the  acid  soluble  and  non-acid
soluble  fractions  (if  available);  data  from  Table  2.  Symbols  as  in
Fig. 5.

background image

10                                                                                       KOHÚT

 

 and  RECIO

for  the  Carpathian  samples  can  still  be  drawn.  This  “Car-
pathians  I/S  line”  is  a  better  discriminant  of  supposed  sedi-
mentary and/or igneous protoliths of the CWC granitic rocks;
indeed, the limited number of metamorphic rocks falls in the
correct  side  of  the  dividing  line.  Interestingly  enough,  when
this line is projected onto Sasaki & Ishihara’s (1979) Fig. 2,
there is better agreement with the Japanese ilmenite-/magne-
tite-series classification than with Coleman’s (1977) I/S divid-
ing  line.  Hence,  we  cannot  exclude  a  potentially  important
contribution of metasedimentary rocks resulting from assimi-
lation (AFC) and/or stoping processes in the genesis of these
two main CWC granite groups.

The accessory minerals dichotomy (magnetite + allanite &

monazite  +  ilmenite)  of  the  West-Carpathian  granitic  rocks
(Broska & Gregor 1992; Petrík & Broska 1994) is similar to
Japanese granitoids, where Ishihara (1977) defined magnetite-
and  ilmenite-series  granites.  The  magnetite-series  rocks  are
characterized  by  magnetite,  hematite,  ilmenite,  and  pyrite  or
chalcopyrite as opaque minerals, while ilmenite-series grani-
toids are practically devoid of opaque oxide minerals, but con-
tain varying amounts of pyrrhotite in addition to ilmenite. This
is in good agreement with observations by Whalen & Chappell
(1988), who reported dominantly pyrite in I-type granites, with
minor contributions of chalcopyrite and pyrrhotite, whereas S-
type  granites  contained  mainly  pyrrhotite,  with  subordinate
pyrite  and  chalcopyrite.  Although  both  classifications  share
many similarities, it was stated by Takahashi et al. (1980) and
Ishihara (1981) that they are not equivalent; the main differ-
ence being the tectonic setting; e.g. subduction under a volca-
nic arc, or collisional thickening, and/or redox state of source-
rocks. The ilmenite- and magnetite-series rocks in Japan were
well  characterized  by  magnetic  susceptibility  as  well  as  by
their sulphur isotopic ratio (Ishihara 1977; Sasaki & Ishihara
1979). The use of magnetic susceptibility as a petrogenetic pa-
rameter  has  tradition  in  granite  studies  in  the  Western  Car-
pathians (Broska & Gregor 1992; Kohút 1992; Kohút & Janák
1994, among others). The use of Ishihara’s value of 

κ

= 3

×

10

—3

SI  units  gives  good  discrimination.  Those  rocks  having 

κ 

>

3

×

10

—3

  SI  u.  are  generally  considered  as  magnetite-series

rocks  (I-type),  while  granites  with  lower  susceptibility  are
classified as ilmenite-series (S-type) granites. Since both types
of data are available for this work, we have plotted 

κ 

versus

δ

34

S (Fig. 8), following Ishihara & Sasaki (1989), to see how it

applies  to  the  CWC  rocks.  The  disagreement  in  values  be-
tween  West-Carpathian  and  Japanese  rocks  is  evident.  Even
when magnetic susceptibility data are in good agreement, 

δ

34

S

values are not. The CWC granitic rocks plot all over Ishihara
& Sasaki’s (1989) diagram, although predominantly in oppo-
site quadrants than granitoid data from Circum-Pacific orogen-
ic  belts  (Fig.  8).  Despite  the  above,  CWC  peraluminous
leucogranites  represent  analogues  of  magnetite-series  rocks,
while  nearly  all  calc-alkaline  biotite  (±  amphibole—biotite)
bearing tonalite can be regarded as ilmenite-series in terms of
its sulphur isotopic composition (Sasaki & Ishihara 1979). In
spite of the limitations of our data set, it can be envisaged that
the  misfit  of  the  West-Carpathian  Hercynian  granitic  rocks
within  the  Japanese  classification  as  ilmenite-/magnetite-se-
ries rocks may well be related with much different geotectonic
setting (subduction under a volcanic arc in Japan, and a conti-

Fig.  8. 

δ

34

S

(CDT)

  versus  magnetic  susceptibility  for  the  West-Car-

pathian  samples.  Doted  areas  are  the  fields  of  “true”  Magnetite-
and  Ilmenite-series  granitoids  from  the  Circum-Pacific  orogenic
belts, according to Ishihara & Sasaki (1989). Symbols as in Fig. 5.

nental collisional processes in the Western Carpathians). The
most  of  geochemical  features  suggest  that  the  CWC  granitic
rocks are analogous to igneous suites commonly generated by
subduction  in  an  Andean-type  active  continental  margin.
However, field evidence documents a collisionally thickened
crust, with inverted structure of the CWC basement, intruded
by  a  lensoid  (sheet-like)  granite  body  within  its  upper  unit
(Janák 1994; Kohút & Janák 1994). P-T conditions in the sur-
rounding metamorphic rocks association indicate either an in-
tracontinental  subduction  or  a  collisional  setting,  involving
high-grade metasedimentary and metaigneous rocks at lower-
to  mid-crustal  conditions  (Janák  1994;  Ludhová  &  Janák
1999).  A  similar  situation  has  been  described  for  a  classical
convergent  orogen  –  the  Himalaya  (Le  Fort  1981;  France-
Lanord & Le Fort 1988; Harrison et al. 1998). It is generally
accepted that the CWC granitic rocks were formed as a result
of  Hercynotype  oblique  continental  collisional  processes
(Petrík et al. 1994; Kohút & Janák 1994; Petrík & Kohút 1997
among  others).  The  collision  induced  melting  of  a  vertically
zoned  lower  crust,  consisting  of  various  metapelitic  and
metaigneous rocks, including an old greenstone belt with to-
nalitic greywacke gneisses as an important constituent.

As already mentioned, there are no major differences in sul-

phur isotopic compositions between arc- and collision-related
granitic rocks (Fig. 2). Similarly, there are no big differences
between psammitic and pelitic rocks and/or their metamorphic
equivalents within these two tectonic settings (Fig. 3). Howev-
er, in both cases contamination of granitic magmas by partial
melting  of  surrounding,  mainly  sedimentary,  rocks  has  been
widely reported (see for example Ugidos 1990). Assimilation
of country rocks is a common process operating during mag-
matic and final solidification stages of granitic rocks, and can
significantly modify granite composition. The incorporation of
sedimentary  material  into  the  granitic  magmas  could  have
been a major reason leading to the reduced character of these
granitic  rocks.  In  fact,  interaction  with  pelitic  rocks  with  a
high sedimentary organic carbon content can change the char-
acter of an originally oxidised, I-type, granitic magma to an il-
menite-series like, reduced, S-type, magma (Ishihara & Sasaki
1989). Similarly, magmas may increase their ore-forming po-

background image

 SULPHUR  ISOTOPES  OF HERCYNIAN  GRANITIC  ROCKS  FROM WESTERN  CARPATHIANS                     11

tential by acquiring excess sulphur from the country rocks dur-
ing emplacement in the upper crust. There are several mecha-
nisms through which the magmas, or an igneous rock, can gain
country-rock sulphur, e.g. a) bulk assimilation of volatile and
non-volatile elements transfer from country-rocks to magma,
b)  selective  assimilation  of  country—rock,  volatilized,  sul-
phides by the magma, and c) subsolidus transfer via fluids that
circulated  through  the  country-rock  and  the  igneous  rock
(Ohmoto  &  Goldhaber  1997).  Peraluminous,  S-type  granitic
rocks are generally inferred to be produced by crustal anatexis
of clastic sedimentary material, such as shales or greywackes,
while  calc-alkaline,  I-type  granites  are  commonly  generated
by  melting  of  an  old  (meta)igneous,  lower  crustal  protolith.
Recycled  crustal  sedimentary  material  is  characterized  by
variable 

δ

34

S

(CDT)

  values  from  —50 ‰  to  +20 ‰,  in  marked

contrast  with  homogenized  lower  crustal  sources,  having

δ

34

S

(CDT)

  values  around  0 ‰  ±1 ‰  (Ohmoto  &  Goldhaber

1997). The sulphur isotope data from the Western Carpathians
are consistent with a hypothesis according to which magmas
generated by partial melting of a protolith producing calc-alka-
line I-type granitic rocks, encountered protoliths typical of per-
aluminous S-type rocks at higher crustal levels during ascent
within  the  context  of  the  Hercynian  collisional  orogeny.  In-
deed, we cannot ignore the finding that most of sulphur in gra-
nitic  rocks  was  actually  acquired  during  their  emplacement
(Ohmoto  1986;  Recio  et  al.  1991;  Poulson  et  al.  1991),  and
this  fact  can  partly  explain  the  general  similarity  of  isotopic
compositions  for  both  groups  of  granitic  rocks,  with  narrow
spreads  of 

δ

34

S

(CDT)

  values,  similar  to  those  of  surrounding

felsic and mafic rocks in the Western Carpathians.

Conclusion

The sulphur isotope study of selected granitic and surround-

ing rocks from the Western Carpathians reveals that the more
basic rocks, having higher whole-rock bulk sulphur contents,
yielded more sulphide for isotopic analysis. Our results repeat-
edly contradict the old opinion that S-type granitic rocks con-
tain greater bulk sulphur than I-type granites. The limited sul-
phur  isotope  data-base  reveals  a  relatively  narrow  spread,
when  compared  with  other  granite  suites  worldwide,  of

δ

34

S

(CDT)

,  ranging  from  —2.86 ‰  in  I-type  tonalites  to

+5.70 ‰  in  peraluminous  S-type  leucogranites.  Isotopic  val-
ues of CWC granitic rocks generally overlap with values from
surrounding felsic and mafic rocks, which span from —1.96 ‰
to +4.60 ‰. The isotopic results reported favour an origin for
the West-Carpathian Hercynian granitic rocks within a colli-
sional setting, rather than in a volcanic arc. The 

δ

34

S

(CDT)

 val-

ues seem to fit better within the frame of the I-/S-type classifi-
cation, rather than within an ilmenite-/magnetite-series type of
classification. However, even part of the sulphur may certainly
be of igneous derivation, it seems highly plausible that CWC
granitic rocks may have been involved in assimilation process-
es of their upper crustal hosts, which would have contributed
additional sulphur.

Acknowledgments: We are grateful to Dr. Igor Broska, and
Dr.  ubomír  Hraško,  who  have  kindly  donated  part  of  the

samples used for this study and permitted publishing primary
chemical data. Professor Petr Černý (The University of Mani-
toba,  Winnipeg)  and  Dr.  Pavel  Uher  (SAS  Bratislava)  are
thanked  for  major  and  trace  element  analyses,  financed  by
NSERC Grant #311-1727-17. Thoughful reviews by Professor
Jana Hladíková, Dr. Karel Žák and Dr. Igor Petrík greatly im-
proved the manuscript, and the authors wish to express grati-
tude to them. This article is a contribution to the IGCP Project
No. 373.

References

Barbarin  B.  1990:  Granitoids:  main  petrogenetic  classifications  in

relation to origin and tectonic setting. Geol. J. 25, 227—238.

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

menite granitoid series in the Tribeč Mts. In: Vozár J. (Ed): The
Paleozoic  geodynamic  domains  of  the  Western  Carpathians,
Eastern  Alps  and  Dinarides.  GÚDŠ  Bratislava,  Spec.  Vol.
IGCP 276
, Bratislava, 25—36.

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

Pacif. Geol(Tokyo) 8, 173—174.

Canfield  D.E.,  Raiswell  R.,  Westrich  J.T.,  Reaves  C.M.  &  Berner

R.A.  1986:  The  use  of  chromium  reduction  in  the  analysis  of
reduced inorganic sulfur in sediments and shales. Chem. Geol.
54, 149—155.

Coleman  M.L.  1977:  Sulphur  isotopes  in  petrology.  J.  Geol.  Soc.

(London) 133, 593—608.

Coleman  M.L.  1979:  Isotopic  analysis  of  trace  sulphur  from  some

S-  and  I-type  granites:  Heredity  or  environment?  In:  Atherton
M.P.  &  Tarney  J.  (Eds.):  Origin  of  granite  batholiths:
Geochemical evidence. Shiva Publishing Ltd., 129—133.

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.

France-Lanord  C.  &  Le  Fort  P.  1988:  Crustal  melting  and  granite

genesis during the Himalayan collision orogenesis. Trans. Roy.
Soc. Edinburgh, Earth Sci
., 79, 183—195.

Hall A.J., Boyce A.J. & Fallick A.E. 1989: A sulphur isotope study

of  iron  sulfides  in  the  Late  Precambrian  Easdale  Slate  Forma-
tion, Argyll, Scotland. Mineral. Mag. 52, 483—490.

Hall G.E.M., Pelchat J.C. & Loop J. 1988: Separation and recovery

of various sulphur species in sedimentary rocks for stable sul-
phur isotopic determination. Chem. Geol. 67, 35—45.

Harrison T.M., Grove M., Lovera O.M. & Catlos E.J. 1998: A model

for  the  origin  of  Himalayan  anatexis  and  inverted  metamor-
phism. J. Geophys. Res. 103, 27017—27032.

Hoefs  J.  1997:  Stable  isotope  geochemistry.  4

th

  edition.  Springer

Verlag, 1—201.

Hraško  ., Határ J., Huhma H., Mäntäri I., Michalko J. & Vaasjoki

M.  1999:  U/Pb  zircon  dating  of  the  Upper  Cretaceous  granite
(Rochovce type) in the Western Carpathians. Krystalinikum 25,
163—171.

Ishihara  S.  1977:  The  magnetite-series  and  ilmenite-series  granitic

rocks. Mineral. Geol. (Tokyo) 27, 293—305.

Ishihara  S.  1981:  The  granitoid  series  and  mineralization.  Econ.

Geol. 75

th

 Anniv. Vol., 458—484.

Ishihara S. & Sasaki A. 1989: Sulphur isotopic ratios of the magne-

tite-series  and  ilmenite-series  granitoids  of  the  Sierra  Nevada
batholith – A reconnaissance study. Geology 17, 788—791.

Ishihara S., Kausar A.B. & Karim T. 1996: Sulphur isotopic profile

and  granitoid  series  in  the  Northern  Pakistan.  Proc.  Geosci.
Colloq., Geoscience Lab, GSP
 15, 57—68.

Janák  M.  1994:  Variscan  uplift  of  the  crystalline  basement  Tatra

Mts., Central Western Carpathians: Evidence from 

40

Ar/

39

Ar la-

background image

12                                                                                       KOHÚT

 

 and  RECIO

ser  probe  dating  of  biotite  and  P-T-t  paths.  Geol.  Carpathica
45, 5, 293—300.

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

MS  –  a  powerful  new  tool  for  high  precision  trace  element
analysis in the earth sciences: evidence from analysis of select-
ed USGS standards. Chem. Geol. 83, 133—148.

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. GÚDŠ Bratislava, Spec.
Vol. IGCP
 Project No. 276, Bratislava, 79—92.

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

Carpathians:  Field  relations  and  petrogenetic  implications.
Geol. Carpathica 45, 5, 301—311.

Kohút M., Nabelek P.I. & Recio C. 2000: A stable isotope study (O,

S) and genesis of the Hercynian granitic rocks from the West-
ern Carpathians. Abstract Magurka ‘2000, Bratislava, 18.

Krouse H.R. & Ueda A. 1987: Contents and sulphur isotope compo-

sition of trace sulphate and sulphide in various rock types. Ap-
plied Geoch
. 2, 127—131.

Laouar R., Boyce A.J., Fallick A.E. & Leake A.E. 1990: A sulphur

isotope  study  on  selected  Caledonian  granites  of  British  and
Ireland. Geol. J. 25, 259—369.

Le  Fort  P.  1981:  Manaslu  leucogranite:  a  collision  signature  of  the

Himalaya.  A  model  for  its  genesis  and  emplacement.  J.  Geo-
phys. Res
. 86, B11, 10 545—10 568.

Losos  Z.,  Hladíková  J.  &  Fojt  B.  1994:  Mineralogy,  trace  element

and  sulphur  isotope  –  geochemistry  of  sulphide  mineraliza-
tions  related  to  Hercynian  plutonism  in  the  NE  margin  of  the
Bohemian massif (Czech Republic). In: Seltman R., Kämpf H.
&  Möller  P.  (Eds):  Metallogeny  of  collisional  orogens.  Czech
Geol. Survey
, Prague, 350—356.

Ludhová  L.  &  Janák  M.  1999:  Phase  relations  and  P-T  path  of

cordierite-bearing migmatites, Western Tatra Mountains, West-
ern Carpathians. Geol. Carpathica 50, 4, 283—293.

Maniar P.D. & Piccolli P.M. 1989: Tectonic discrimination of grani-

toide. Geol. Soc. Amer. Bull. 101, 5, 635—643.

Nielsen H. 1978: Sulfur isotopes in nature. In: Wedepohl K.H. (Ed.):

Handbook  of  geochemistry.  Springer  Verlag,  Berlin—Heidel-
berg, 16-B-1—16-B-40.

Ohmoto  H.  1986:  Stable  isotope  geochemistry  of  ore  deposits.  In:

Valley  J.W.,  Taylor  H.P.Jr.  &  O’Neil  J.R.  (Eds.):  Stable  iso-
topes in high temperature geological processes. M.S.A. Reviews
in Mineralogy
, 16, 491—559.

Ohmoto  H.  &  Goldhaber  M.B.  1997:  Sulphur  and  carbon  isotopes.

In:  Barnes  H.L.  (Ed.):  Geochemistry  of  hydrothermal  ore  de-
posits. 3

rd

 edition. John Wiley & Sons, New York, 517—611.

Pearce  J.A.,  Harris  B.N.  &  Tindle  A.G.  1984:  Trace  element  dis-

crimination  diagrams  for  the  tectonic  interpretation  of  granitic
rocks. J. Petrology 25, 4, 956—983.

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. 2959—78.

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

pathian  granite  magmatism:  age,  source  rock,  geotectonic  set-
ting  and  relation  to  the  Variscan  structure.  Geol.  Carpathica
45, 5, 283—291.

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

during  the  Hercynian  orogen  in  the  Western  Carpathians.  In:
Grecula P., Hovorka D. & Putiš M. (Eds): Geological evolution
of  the  Western  Carpathians.  Mineralia  Slovaca–Monograph,
235—252.

Pitcher  W.S.  1983:  Granite  type  and  tectonic  environment.  In:  Hsu

K.  (Ed.):  Mountain  building  processes.  Academic  Press,  Lon-
don, 19—40.

Plančár  J.,  Filo  M.,  Šefara  J.,  Snopko  L.  &  Klinec  A.  1977:  Geo-

physical  and  geological  interpretation  of  gravity  and  magnetic
anomalies  in  the  Slovak  Ore  Mountain.  Západ.  Karpaty,  Sér.
Geol. 
2, 7—144 (in Slovak with English sumary).

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

Evolution  and  structure  of  the  Western  Carpathians:  an  over-
view. In: Grecula P., Hovorka D. & Putiš M. (Eds.): Geological
evolution  of  the  Western  Carpathians.  Mineralia  Slovaca–
Monograph, 
1—24.

Poller U., Uher P., Janák M., Plašienka D. & Kohút M. 2001: Late

Cretaceous  age  of  the  Rochovce  Granite,  Western  Car-
pathians,  constrained  by  U/Pb  single-zircon  dating  in  combi-
nation  with  cathodoluminescence  imaging.  Geol.  Carpathica
52, 1, 41—47.

Poulson S.R., Kubilius W.P. & Ohmoto H. 1991: Geochemical be-

haviour  of  sulphur  in  granitoids  during  intrusion  of  the  South
Mountain  Batholith,  Nova  Scotia,  Canada.  Geochim.  Cosmo-
chim. Acta
 55, 3809—3830.

Read H.H. 1948: Granites and granites. Geol. Soc. Am. Mem. 28, 1—19.
Recio C., Fallick A.E. & Ugidos J.M. 1991: Sulphur isotope system-

atics of granitoids and associated rocks from the Avila—La Al-
berca  area  (Western  Sistema  Central,  Spain).  Rev.  Soc.  Geol.
Espa

ña 4, 371—381.

Repčok  I.,  Eliáš  K.,  Rúčka  I.,  Ferenčíková  E.,  Hašková  A.,

Kovářová A. & Sládková A. 1990: The isotope study of Mo-W
ore  mineralization  near  Rochovce.  Open  file  report,  Archive
GÚDŠ
, Bratislava, 1—50 (in Slovak).

Robinson  B.W.  &  Kusakabe  M.  1975:  Quantitative  preparation  of

sufur dioxide for 

34

S/

32

S analyses from sulfides by combustion

with cuprous oxide. Anal. Chem. 47, 1179—1181.

Sasaki  A.  &  Ishihara  S.  1979:  Sulfur  isotopic  composition  of  the

magnetite-series and ilmenite-series granitoids in Japan. Contr.
Mineral. Petrology
 68, 107—115.

Sasaki  A.,  Ulriksen  C.,  Sato  C.E.  &  Ishihara  S.  1984:  Sulphur  iso-

tope reconnaissance study of porphyry cooper and Manto-type
deposits  in  Chile  and  the  Philippines.  Bull.  Geol.  Surv.  Japan
35, 615—622.

Sial  A.N.  &  Ferreira  V.P.  1990:  Granitoids  in  northeastern  Brazil:

Oxygen  and  sulphur  isotope  compositions  and  depths  of  em-
placement. J. South Amer. Earth Sci. 3, 1/3, 103—112.

Schnetger  B.  1994:  Partial  melting  during  the  evolution  of  the  am-

phibolite- to granulite-facies gneisses of the Ivrea Zone, north-
ern Italy. Chem. Geol. 113, 71—101.

Takahashi  M.,  Arakami  S.  &  Ishihara  S.  1980:  Magnetite-series/il-

menite-series  vs.  I-type/S-type  granitoids.  In:  Ishihara  S.  &
Takenouchi S. (Eds.): Granitic magmatism and related mineral-
ization. Min. Geol., Spec. Issue 8, 13—28.

Ugidos  J.M.  1990:  Granites  as  a  paradigm  of  genetic  processes  of

granitic rocks:  I-types  vs  S-types.  In:  Dallmayer  R.D.  &  Mar-
tínez García E. (Eds.): Pre-Mesozoic geology of Iberia. Spring-
er-Verlag
, Berlin, Heidelberg, 189—206.

Whalen J.B. & Chappell B.W. 1988: Opaque mineralogy and mafic

mineral  chemistry  of  I-  and  S-type  granites  of  the  Lachland
fold belt, southeast Australia. Amer. Mineralogist 73, 281—296.

Zhabina  N.N.  &  Volkov  I.I.  1978:  A  method  for  the  determination

of  various  sulfur  compounds  in  sea  sediments  and  rocks.  In:
Krumbein  W.E.  (Ed.):  Environmental  biogeochemistry;  meth-
ods, metals and assessment. Vol. 3. Ann Arbor Science Publish-
ers
, 735—745.

background image

 SULPHUR  ISOTOPES  OF HERCYNIAN  GRANITIC  ROCKS  FROM WESTERN  CARPATHIANS                     13

Number
Sample

rock type location

Latitude

(°N)

Longitude

(°E)

Altitude

(m)

VF- 43

— muscovite-biotite granite, natural outcrop Vyšná Krivá,

49°01´23˝01

19°11´33˝20

1035

VF-639

— biotite granodiorite, natural outcrop Blatná valley,

49°00´17˝11

19°09´29˝40

742

VF-700

— muscovite granite, natural outcrop Nižné Matejkovo,

49°00´09˝26

19°15´54˝23

825

TL-117

— muscovite-biotite granodiorite, nat.o., Prostredný ridge,

49°11´24˝19

20°01´31˝23

1920

VT-2/96

— biotite granodiorite, nat.outcrop, Velická valley,

49°09´47˝38

20°09´17˝44

1925

ZK-4

— muscovite granite, natural outcrop Vyšná Boca,

48°55´28˝56

19°44´28˝57

1045

VVM-129

— biotite-muscovite granite, drill well Peklisko,

48°48´40˝58

20°33´39˝49

596

VF-356

— biotite tonalite, quarry Vyšné Matejkovo,

48°59´47˝22

19°15´03˝59

812

T-88

— amphibole-biotite tonalite, nat.o., Javorový Hill,

48°46´08˝05

18°52´30˝05

715

VG-45

— amphibole-biotite tonalite, quarry, Kamenistá valley,

48°35´23˝11

19°36´59˝36

855

NT-487

— amphibole-biotite diorite, natural outcrop, Bôr ridge,

48°58´27˝53

19°32´43˝48

1715

V-9039

— biotite granodiorite, natural outcrop, Turčok,

48°36´15˝10

20°10´08˝22

425

KV-3/1222

— biotite granite, drill well Rochovce,

48°42´04˝06

20°17´39˝21

408

VF-244

— biotite gneiss, natural outcrop, Smrekovica ridge,

48°58´07˝55

19°15´01˝18

1035

BT-217

— biotite gneiss, natural outcrop, Patria ridge,

49°00´53˝30

20°54´03˝41

905

BT-253

— biotite gneiss, natural outcrop, Zvoľanská ridge,

49°00´40˝32

20°53´12˝35

955

BT-2222

— amphibole-biotite gneiss, road tunnel, Svinka valley,

49°00´21˝53

20°52´54˝05

750

ZT-1/97

— mica schist, natural outcrop, Žiarská valley,

49°09´12˝26

19°42´53˝38

1015

BT-11

— amphibolite, natural outcrop, Zvoľanská ridge,

49°00´11˝21

20°53´57˝03

920

ZT-2/92

— amphibolite, natural outcrop, Žiarská valley,

49°09´04˝42

19°42´35˝18

985

BT-218

— gabbro, natural outcrop, Patria ridge,

49°00´51˝53

20°53´57˝03

915

KV-3/622

— gabbro, drill well Rochovce.

48°42´04˝06

20°17´39˝21

408

Appendix: Sample description and location