background image

GEOLOGICA CARPATHICA, 53, 6, BRATISLAVA, DECEMBER  2002

391 — 398

S AND O ISOTOPE COMPOSITION OF THE BADENIAN (MIDDLE

MIOCENE) SULPHATES IN THE CARPATHIAN FOREDEEP

TADEUSZ MAREK PERYT

1

, JANINA SZARAN

2

, MAREK JASIONOWSKI

1

, STANISŁAW HALAS

2

,

DANUTA PERYT

3

, ANDRIY POBEREZHSKYY

4

, STANISLAV KAROLI

5

 and ARTUR WÓJTOWICZ

1,2

1

Polish Geological Institute, Rakowiecka 4, 00-975 Warszawa, Poland;  tperyt@pgi.waw.pl,  mjas@pgi.waw.pl

2

Mass Spectrometry Laboratory, Institute of Physics, Maria Curie-Skłodowska University, 20-031 Lublin, Poland;

jszaran@tytan.umcs.lublin.pl,    halas@tytan.umcs.lublin.pl,    wujek@tytan.umcs.lublin.pl

3

Institute of Paleobiology, Polish Academy of Sciences, Twarda 51/55, 00-818 Warszawa, Poland;  d.peryt@twarda.pan.pl

4

Institute of Geology and Geochemistry of Combustible Minerals, National Academy of Sciences of Ukraine, Naukova 3A,

79053 Lviv, Ukraine;  igggk@ah.ipm.lviv.ua

5

Geological Survey of Slovak Republic, Jesenkého 8, 040 01 Košice, Slovak Republic;  karoli@gssr-ke.sk

(Manuscript received January 29, 2002; accepted in revised form June 18, 2002)

Abstract: A study of 333 samples from eight sulphate sections of the Badenian (Middle Miocene) from the marginal
part of the Carpathian Foredeep basin and one section from its central part proved that the isotopic compositions of both
oxygen and sulphur show a similar trend of evolution throughout the sections. In some cases, in the lower part of gypsum
sections a gradual decrease of 

δ

34

S and 

δ

18

O is observed. In turn, the upper part of the section shows fluctuations of quite

high amplitude, but within a clearly defined interval. The variation of 

δ

18

O values in the whole area is similar to that of

δ

34

S values although in particular facies the variation ranges are different. Clastic gypsum shows the greatest spread of

δ

34

S and 

δ

18

O values. 39 % of all 

δ

34

S values and 46.5 % of all 

δ

18

O values are higher than those characteristic for the

marine sulphate values, and these higher values are mostly characteristic for clastic gypsum. Selenitic gypsum shows
relatively narrow ranges of 

δ

34

S and 

δ

18

O values and hence is especially useful for analyses of depositional conditions.

The isotopic composition of Badenian sulphates reflects the marine origin of brines. The recorded great spread of 

δ

34

S

and 

δ

18

O  values  in  the  Badenian  sulphates  is  related  to  the  recycling  of  previously  formed  evaporites  already  during

gypsum precipitation in the Carpathian Foredeep basin.

Key words: Carpathian Foredeep, Badenian, sulphates, isotopic composition, facies.

Introduction

δ

34

S and 

δ

18

O are very helpful tools to investigate the origin

of  sulphate  deposits  for  a  number  of  reasons  (Pierre  1989).
One of them is that the 

δ

34

S and 

δ

18

O values are very insensi-

tive to nonmarine contribution. On the other hand, redox pro-
cesses  of  sulphur  species  during  gypsum  deposition  have
great  impact  on  the  sulphate 

δ

34

S  and 

δ

18

O  (Lu  &  Meyers

1997).

Our  preliminary  study  of  one  section  (Borków  quarry –

Halas  et  al.  1996)  from  the  Badenian  (Middle  Miocene)
evaporite basin of Carpathian Foredeep suggested that there is
a lithological control on the 

δ

34

S and 

δ

18

O values. However,

this was questioned by the results of study of another section
(Wiązownica 1 – Kasprzyk 1997). Therefore, it was decided
to  gather  a  larger  set  of  new  data,  which  should  help  in  the
evaluation  of  the  importance  of  lithological  variation  (being
the  reflection  of  sedimentary  conditions)  on  changes  of  the

δ

34

S and 

δ

18

O values.

The  depositional  environments  of  the  Badenian  sulphate

deposits have been the subject of detailed research (e.g. Bąbel
1999;  Kasprzyk  1999;  Kasprzyk  &  Orti  1998;  Peryt  1996,
2000, 2001). These studies have shown that although the gyp-
sum  originated  mainly  from  marine  water,  nonmarine  water
and  mixtures  of  both  marine  and  nonmarine  water  could  be
important in some areas and times of gypsum deposition. This

was additionally supported by geochemical evidence based on
study of roughly coeval halite deposits: the chemical compo-
sition of major solutes trapped in the halite, the Br content in
halite and the modelling of the brine evolution (Cendón et al.
1999). The aim of this paper is to ascertain the origin of the
parent brines and the depositional conditions of the Badenian
gypsum on the basis provided by 

δ

34

S and 

δ

18

O data.

Geological setting

The Carpathian Foredeep basin is a typical peripheral fore-

deep  basin  filled  with  Miocene  synorogenic  molasse  sedi-
ments (Fig. 1). Evaporites are related mostly to the Badenian
and  they  form  an  excellent  correlation  marker.  The  nanno-
plankton  study  showed  that  the  Badenian  gypsum  corre-
sponds  to  the  lower  part  of  NN6  Zone  (cf.  D.  Peryt  1997,
1999).

Badenian  evaporites  show  a  regular  spatial  pattern  of

evaporite facies. Primary gypsum forming a wide (20—60 km)
sulphate platform (with gypsum sections a few tens of meters
thick) occurs in the most marginal, northern part of the Car-
pathian Foredeep (Fig. 1). The sedimentological studies of the
Badenian  gypsum  (e.g.  Bąbel  1999;  Kasprzyk  1999;  Peryt
1996, 2001; see also the review of earlier studies there) have
shown that autochthonous gypsum facies (crystalline gypsum,

background image

392                                                                                          PERYT  et  al.

stromatolitic  gypsum  and  massive  alabastrine  gypsum)  were
deposited  in  a  vast  brine  pan,  in  extremely  shallow-water  to
subaerial environments on broad, very low relief areas of neg-
ligible brine depth. Giant gypsum intergrowths originated by
continual precipitation from a brine body. Allochthonous sul-
phate  (encompassing  clastic  gypsum  and  gypsum  breccias)
originated  in  generally  deeper  environments.  In  more  buried
areas the sulphate platform sections are built of anhydrite, but
in most cases it is possible to relate the anhydrite textures to
the primary gypsum ones.

In the basinward part of the Badenian evaporite basin, an-

hydrite  usually  10—30  m  thick  occurs  in  a  zone  20—60 km
wide (Fig. 1). The sulphates are laminated with sulphate brec-
cia,  nodular  sulphate  and  siltstone  intercalations.  The  petro-
graphic study showed that those anhydrite deposits were orig-
inally composed of detrital gypsum (Kasprzyk & Orti 1998).
A  great  deal  of  redeposition  within  the  basin  centre  of  the
Badenian  evaporite  basin  combined  with  the  in  situ  breccia-
tion  suggests  that  the  triggering  mechanism  for  redeposition
could  be  earthquakes  (Peryt  2000).  They  generated  mass
flows  and  eventually  turbidites,  so  that  earlier  deposited
grains could be redeposited.

In the southern part of the sedimentary basin, in the narrow

axial part of the basin, halite deposits (up to 110 m thick) oc-
cur in local salt basins.

Material and methods

Our data set comprises 333 samples (compared to 70 analy-

ses done by other authors: Claypool et al. 1980; Parafiniuk et
al. 1994; Bukowski & Szaran 1997; Kasprzyk 1997; Parafini-
uk & Halas 1997; Rosell et al. 1998) coming from 9 sections.
Five outcrop gypsum sections are located in the marginal part
of the basin in Ukraine (Mamalyga, Potochishche and Veren-
chanka – Peryt 2001), Poland (Borków – Halas et al. 1996)
and the Czech Republic (Kobeřice – Peryt et al. 1997). From
the  same,  marginal  part  comes  one  anhydrite  section  (Wola
Różaniecka  7  borehole  in  Poland).  One  anhydrite  section
(Ryszkowa Wola 7 borehole in Poland – Peryt et al. 1998) is

from  the  central  part  of  basin.  In  addition,  25  samples  from
two gypsum exposures (Pisky and Palahychi in Ukraine) have
been taken from a part of the gypsum section where earlier a
distinctive isotopic anomaly was recorded in the Borków gyp-
sum  section  in  southern  Poland  (Halas  et  al.  1996).  When
sampling the crystalline sulphate types, the pieces for analy-
ses were taken from crystals.

Each  sample  was  first  powdered  and  dissolved  in  distilled

water, then the solution was filtrated and acidified with HCl,
to pH = 1, and then a 10% solution of BaCl

was added

 

to pre-

cipitate  BaSO

4

.  The  precipitate  was  washed  with  water  to

eliminate  Cl

  ions,  centrifuged,  and  dried  at  110 

°

C.  Barium

sulphate was then treated with different analytical procedures
to study sulphur and oxygen isotopes. SO

2

 was produced by

the  reduction  of  barium  sulphate  by  NaPO

3

  in  a  Cu-boat  at

700 

°

C (Halas & Szaran 1999). CO

was produced using the

method of Mizutani (1971) in a separate vacuum line, where
BaSO

4

 was quantitatively reduced by spectrally pure graphite

in a thin platinum boat at 1000 

°

C to BaS and CO, which was

subsequently  converted  to  CO

2

  by  glow  discharge  between

platinum  electrodes.  The  SO

and  CO

2

  gases  were  collected

into  glass  ampoules  and  analysed  on  a  dual  inlet  and  triple
collector  mass  spectrometer  (reconstructed  MI  1305)  with  a
precision of 0.05 to 0.08 ‰. The reproducibility of 

δ

18

O and

δ

34

S measurement was 0.08 ‰.

Results

δ

18

O  and 

δ

34

S  changes  with  stratigraphic  location  are

shown in Figs. 2—4, and plots of 

δ

34

S versus 

δ

18

O of gypsum

in  the  studied  sections  are  shown  in  Fig.  5A.  All  results  are
summarized in Tables 1 and 2. In Fig. 5, the box indicates the
range  of  values  for  Miocene  gypsum  deposited  from  normal
marine brines (

δ

34

S = 21.65 ‰±0.5 ‰, 

δ

18

O = 12.5 ‰±0.5 ‰;

Zak et al. 1980; Paytan et al. 1998).

In  general,  the  isotopic  compositions  of  both  oxygen  and

sulphur show a similar trend of evolution throughout the sec-
tions. In a few cases (Borków – Fig. 2; Mamalyga and Veren-
chanka – Fig. 3), in the lower part of the sections a gradual

Fig. 1. Location map.

background image

S AND O ISOTOPE COMPOSITION OF SULPHATES IN THE CARPATHIAN FOREDEEP                               393

Fig. 2. Studied  sulphate sections in the Czech Republic (Kobeřice – gypsum; composite isotope section after Peryt et al. 1997) and Poland
(Borków – gypsum, after Halas et al. 1997, Wola Różaniecka 7 – anhydrite, and Ryszkowa Wola 7 – anhydrite, after Peryt et al. 1998)
and the 

δ

18

O and 

δ

34

S values of  sulphates.

 

δ

18

δ

34

 

 

X

M

 

X

m

 

σ

n–1

 

 

X

M

 

X

m

 

σ

n–1

 

whole area 

333  12.95 12.92 17.67 10.08 

1.00 

22.13 21.96 25.70 18.04  0.94 

Kobeřice 

50  12.27 12.23 14.01 10.39  0.71  21.77 21.92 23.90 18.04  1.12 

Borków 

65  12.49 12.19 17.67 10.08  1.44  22.00 21.77 25.67 20.46  1.01 

Wola Różaniecka 7 

20  13.68 13.58 16.45 12.43  0.97  23.44 23.14 25.70 21.88  1.07 

Ryszkowa Wola 7 

51  12.98 12.82 15.15 11.26  0.75  22.68 22.73 24.18 20.92  0.75 

Pisky 

11  12.91 13.02 13.40 12.14  0.40  21.77 21.76 22.20 21.15  0.33 

Palahychi 

14  13.22 13.30 13.67 12.65  0.32  21.61 21.59 22.15 21.01  0.38 

Potochishche 

28  12.87 12.89 14.30 12.01  0.45  22.06 22.08 22.65 21.29  0.30 

Verenchanka 

46  13.53 13.29 15.83 11.93  0.84  22.08 21.90 24.79 20.83  0.89 

Mamalyga 

48  13.34 13.47 14.19 11.75  0.59  21.90 21.79 23.42 21.16  0.51 

 
 
 

decrease  of 

δ

34

S  and 

δ

18

O  is  observed.  In  turn,  in  the  lower

part of other sections as well as in the upper part of the sec-
tions, fluctuations of quite high amplitude, but within a clear-
ly  defined  interval  are  recorded  (Figs.  2,  3).  The  exceptions
from  this  general  trend  are:  a  rapid  change  of  the 

δ

34

S  and

δ

18

O values in the middle part of the Borków section (Figs. 2,

4) and a rapid, regular decrease of 

δ

18

O values and a concur-

rent slight increase of 

δ

34

S values in the lowermost part of the

Ryszkowa Wola 7 section (Fig. 2).

The variation of 

δ

18

O in the whole area is similar to that of

δ

34

S  (Fig.  5A),  although  in  particular  facies  the  variation

ranges are different (Fig. 5B—F).

In  the  giant  intergrowth  facies,  the  isotopic  composition

shows values close to those characteristic for precipitates from
normal marine brines (Fig. 5C). Fig. 5C also shows the 

δ

34

S

and 

δ

18

O  values  of  the  nodular  anhydrite  from  the  Wola

Różaniecka 7 borehole, which is regarded as pseudomorphing
giant gypsum intergrowths. This anhydrite shows a major ex-
cursion from the marine values (Fig. 5C).

In the selenitic facies, total variation of 

δ

18

O (4.94 ‰) is al-

most twice as large as that of 

δ

34

S (2.89 ‰) (Fig. 5D). 70 % of

the values are outside the marine field. Within this field, some
selenites  from  Borków,  Kobeřice,  Palahychi,  Potochishche,
and  Verenchanka  are  located.  Other  selenites  from  Borków

Table 1: Isotopic composition (

δ

18

O [SMOW], 

δ

34

S [CDT]) of undifferentiated  sulphate facies in studied Badenian (Middle Miocene) sections

of the Carpathian Foredeep. X – mean:  X – median; X

M

 – maximum; X

m

 – minimum; 

σ

n—1

 – standard deviation; n – number of samples.

background image

394                                                                                          PERYT  et  al.

and Kobeřice are slightly lighter in O. Selenites from Veren-
chanka  show  higher 

δ

18

O  (by  1—2 ‰)  and  sometimes 

δ

34

S;

similar  higher  values  have  been  found  in  the  Wola
Różaniecka 7 borehole.

In the stromatolite facies, the total variation of 

δ

18

O is simi-

lar  to  that  of 

δ

34

S  and  only  30 %  of  the  values  are  located

within marine field (Fig. 5F). Results for some samples from
Potochishche, Mamalyga, Verenchanka and Borków fall into
the  marine  field.  However,  stromatolites  from  Verenchanka
show values lying mostly outside the field that are up to 3 ‰
heavier  in  O  and  S.  Stromatolitic  facies  of  the  Wola
Różaniecka 7 borehole is heavier in S (1—4 ‰).

In the alabastrine facies, less than half the values are located

within the marine field, and others are very slightly higher in
O and/or slightly heavier in S (Fig. 5E).

In  contrast  to  the  autochthonous  facies,  the  allochthonous

facies show values that are mostly located outside the marine
field  (Fig.  5B).  They  also  show  the  greatest  range  of  values

(

δ

18

O –  7.28 ‰; 

δ

34

S –  7.66 ‰).  Only  values  recorded  in

Pisky are located within the marine field or very close to it.

Interpretation

54 % of the 

δ

34

S values and 38.5 % of the 

δ

18

O values are

located within the marine box, whereas 7 % of the 

δ

34

S values

and  15 %  of  the 

δ

18

O  values  are  below  the  marine  sulphate

values. Lighter data are interpreted as reflecting the reservoir
effect – the special case of isotopic evolution in small-sized
reactant  reservoirs  which  diminish  continuously  as  the  reac-
tion  proceeds  (Pierre  1988) –  in  gypsum  precipitation.  The
greater  drop  in  the 

δ

18

O  values  is  related  to  almost  twice

greater  oxygen  fractionation  when  compared  to  that  of  sul-
phur during gypsum precipitation (3.6 ‰ and 1.65 ‰, respec-
tively – Lloyd 1968; Thode & Monster 1965). The slightly
regressive curves for O and S are due to progressive crystalli-

Fig. 4. 

δ

18

O and 

δ

34

S values of gypsum near the autochthonous gypsum-allochthonous gypsum boundary in Borków and in two sections

in Ukraine (Pisky and Palahychi). Lithology as explained in Fig. 2.

Fig.  3.  Studied  gypsum  sections  in  Ukraine  (Mamalyga,  Verenchanka,  and  Potochishche)  and 

δ

18

O  and 

δ

34

S  values  of  gypsum  (after

Peryt 2001). Lithology as explained in Fig. 2.

background image

S AND O ISOTOPE COMPOSITION OF SULPHATES IN THE CARPATHIAN FOREDEEP                               395

zation of gypsum. 39 % of the 

δ

34

S values and 46.5 % of the

δ

18

O  values  are  higher  than  those  characteristic  for  marine

sulphate values. Clearly higher 

δ

34

S values could result from

the bacterial reduction of a part of the sulphate ion or from the
supply of heavier sulphate ion from dissolution of the earlier
deposited Badenian gypsum or from the combination of both
factors.  The  dissolution  of  previously  precipitated  sulphate
leads  to  enrichment  of  sea-water  sulphate  in 

34

S  and 

18

O.  In

contrast to the precipitation process, dissolution does not lead
to  isotope  fractionation.  Hence  a  repetitive  precipitation  of
sulphates may lead to a double fractionation, that is to 3.3 ‰
in 

δ

34

S and 7.2 ‰ in 

δ

18

O. A major excursion from the marine

values  recorded  in  the  anhydrite  and  interpreted  as  pseudo-
morphing giant gypsum intergrowths in the Wola Różaniecka
7 borehole is also interpreted as the result of a sulphate repre-
cipitation process.

A rapid change of the 

δ

34

S  and 

δ

18

O  values  in  the  middle

part  of  the  Borków  section  (Figs.  2,  4)  could  be  related  to  a
considerable  environmental  change  that  occurred  at  the  au-
tochthonous-allochthonous gypsum boundary, but as no such
change occurs in other sections in the same paleogeographical
setting (Fig. 4), it could have resulted from repetitive precipi-
tation  of  sulphate  and/or  bacterial  reduction  processes.  The
lowermost portion of the sulphate sequence in the Ryszkowa
Wola  7  borehole  showing  also  high 

δ

34

S  and 

δ

18

O  values  is

interpreted in the same way.

In Ryszkowa Wola 7, the 

δ

18

O values range from 11.26 to

15.15 ‰,  and  the 

δ

34

S  values  range  from  20.92  to  24.18 ‰

(Fig. 5A). In the Wieliczka and Bochnia mines, the 

δ

18

O val-

ues usually range from 11.7 to 13.2 ‰ while the 

δ

34

S values

range  from  20.7  to  24.0 ‰  (Bukowski  &  Szaran  1997).  Ac-
cordingly,  the 

δ

34

S  values  in  anhydrite  from  the  Ryszkowa

Wola 7 well are very slightly higher when compared to those
from the halite facies in Wieliczka and Bochnia mines and the

δ

18

O values are slightly higher when compared to those from

the  halite  facies.  This  trend  may  reflect  a  reservoir  effect,  if
halite precipitation post-dates sulphate crystallization.

Discussion

The modeling done by Lu & Meyers (1997) demonstrated

that O isotopes can have larger variations than S because in-
corporation  of  water  oxygen  and  dissolved  free  oxygen  in-
creases 

δ

18

O of the reoxidized sulphate, while reoxidization of

sulphide  to  sulphate  decreases 

δ

34

S.  However,  in  the  Bade-

nian  sulphates  the  O  and  S  variations  are  similar  (Table  2).
The largest impact of bacterial oxidation-reduction of sulphur
compounds on the variations of 

δ

34

S and 

δ

18

O values of sul-

phate  is  because  microorganisms  select  preferentially  light
isotope  species  during  metabolic  activity  (Pierre  1988).  Re-
dox  between  sulphur  species  during  and/or  before  sulphate

Fig. 5. Plot of 

δ

18

O and 

δ

34

S values in studied  sulphate sections (A) and in the particular  sulphate facies (B – allochthonous facies; C –

giant intergrowth facies; D – selenitic facies; E – alabastrine facies; F – stromatolitic facies). The box shows the range of values for Mi-
ocene gypsum deposited from normal marine brines.

background image

396                                                                                          PERYT  et  al.

precipitation could result in significant variations of 

δ

34

S and

δ

18

O  values  especially  in  deep-water  basins  (Lu  &  Meyers

1997),  and  this  corresponds  to  large  variations  of 

δ

34

S  and

δ

18

O  values  as  observed  in  the  clastic  facies  (Fig. 5B,  Table

2). Reducing conditions have been envisaged by Petrichenko
et al. (1997) and Kasprzyk (1997) for the Badenian gypsum as
it typically abounds in organic matter, bitumens and reduced
iron species, and these conditions favoured anaerobic micro-
bial activity and continuous production of H

2

S during the sul-

phate-reduction  reaction,  and  simultaneous 

18

O  and 

34

S  en-

richments in residual sulphate.

The data on the isotopic composition of 70 samples of Bad-

enian  gypsum  and  anhydrite  earlier  published  by  other  au-
thors (Claypool et al. 1980; Parafiniuk et al. 1994; Bukowski
&  Szaran  1997;  Kasprzyk  1997;  Parafiniuk  &  Halas  1997;
Rosell et al. 1998) fit our results, although our data set differs
in  its  larger  spread  of 

δ

  values  (especially 

δ

34

S  values)  and

different pattern of 

δ

 values (cf. Fig. 6A,B).

In general, the isotopic composition of sulphate reflects the

marine origin of the brines as found in the marginal basins of
the  Messinian  in  SE  Spain  (Playà  et  al.  2000).  The  bromine
content (e.g. Garlicki & Wiewiórka 1981; Galamay 1997) and
the composition of primary fluid inclusions in Badenian halite
(Kovalevich & Petrichenko 1997) suggest a marine origin for
brines from which the Badenian evaporites have precipitated.
However, Cendón et al. (1999) have deduced from the study
of  solute  concentrations  and  the  different  evaporation  sce-
narios modelled, that during halite precipitation in the Car-
pathian  Foredeep  basin,  there  was  recycling  of  previously
formed evaporites with an important input of water of conti-
nental origin.

The redeposition of Badenian evaporites is a common fea-

ture during both halite (e.g. Ślączka & Kolasa 1997) and gyp-
sum deposition (e.g. Peryt 2000). Therefore, it is possible that,
already  during  gypsum  precipitation  in  the  Carpathian  Fore-
deep basin, the recycling of previously formed evaporites was
of great importance. It is recorded in the great spread of 

δ

34

S

and 

δ

18

O  values  as  observed  not  only  in  the  allochthonous

gypsum  unit  (Fig.  5B),  which  could  be  expected  taking  into
account  the  redeposited  nature  of  that  unit,  but  also  in  the
most gypsum facies (Fig. 5A,C—F).

Relatively  narrow  ranges  of 

δ

34

S  and 

δ

18

O  values  are  re-

corded in giant gypsum intergrowth, selenitic, and alabastrine
gypsum  facies.  The  selenitic  facies  also  shows  an  important

part of 

δ

34

S and 

δ

18

O values within the marine box (Fig. 5D),

as well as the logical spatial occurrence of higher 

δ

18

O values

(sections Verenchanka and Potochishche from the facies zone
II after Peryt 2001) and lower 

δ

18

O values (sections: Palahy-

chi, Borków and Kobeřice from the more basinward-located,
facies zone III after Peryt 2001). Therefore, selenitic gypsum
facies is especially useful for paleoenvironmental analyses.

The  recorded  great  spread  of 

δ

34

S  and 

δ

18

O  values  in  the

Badenian  sulphates  is  related  to  the  recycling  of  previously

Fig.  6.  Histogram  of 

δ

34

S  values  (A)  and 

δ

18

O  values  (B)  of  the

Badenian  sulphate rocks of the Carpathian Foredeep based on our
study  and  the  data  of  earlier  workers  (Claypool  et  al.  1980;
Parafiniuk et al. 1994; Bukowski & Szaran 1997; Kasprzyk 1997;
Parafiniuk & Halas 1997; Rosell et al. 1998).

Table 2: Isotopic composition (

δ

18

O [SMOW], 

δ

34

S [CDT]) of particular  sulphate facies in studied Badenian (Middle Miocene)  sections

of the Carpathian Foredeep.

 

Facies 

giant intergrowths 

stromatolitic 

alabastrine 

selenitic 

clastic 

 

δ

18

δ

34

δ

18

δ

34

δ

18

δ

34

δ

18

δ

34

δ

18

δ

34

mean 

12.94 22.00 13.26 22.05 12.89 22.11 12.73 21.86  12.89 22.30 

median 

13.02 21.92 13.20 21.87 13.01 22.06 12.67 21.77  12.76 22.19 

maximum 

16.45 25.10 15.83 25.32 13.48 23.07 15.02 23.90  17.67 25.70 

minimum 

11.48 20.18 11.31 20.83 12.26 21.52 10.08 21.01  10.39 18.04 

standard deviation 

1.03 0.99 0.72 0.74 0.41 0.44 0.89 0.58  1.17 1.16 

number of samples 

21 

90 

13 

61 

136 

 

background image

S AND O ISOTOPE COMPOSITION OF SULPHATES IN THE CARPATHIAN FOREDEEP                               397

formed evaporites already during gypsum precipitation in the
Carpathian Foredeep basin. This recycling was earlier proved
by Cendón et al. (1999) for the Badenian halite precipitation.
As  indicated  by  Taberner  et  al.  (2000),  the  information  pro-
vided by the isolated use of one geochemical marker (such as
the  isotopic  composition  of  sulphates)  should  be  used  with
caution;  however,  the  interpretation  of 

δ

34

S  and 

δ

18

O  values

in  the  Badenian  sulphates  is  supported  by  interpretation  of
their depositional environments.

Conclusions

1.  The isotopic composition of Badenian sulphates reflects

the  marine  origin  of  brines  but  the  recycling  of  previously
formed evaporites was of great importance. It is recorded in a
great spread of 

δ

34

S and 

δ

18

O values as observed not only in

the  allochthonous  gypsum  unit  but  also  in  the  most  gypsum
facies.

2.  There is no essential isotopic difference between various

depositional  facies  of  sulphate  rocks  although  they  differ  in
respect of the mean 

δ

34

S and 

δ

18

O values as well as their stan-

dard deviation, and hence lithological variation (being the re-
flection of sedimentary conditions) influences changes in the

δ

34

S and 

δ

18

O values.

3.  Selenitic gypsum shows relatively narrow ranges of 

δ

34

S

and 

δ

18

O values and hence it is especially useful for analyses

of depositional conditions.

Acknowledgments: The research was supported by the Polish
Committee for Scientific Research (Grant No. 6 P04D 009 11
to T. Peryt) and the National Fund for Environmental Protec-
tion  and  Water  Management  (Project  No.  2.14.0100.00.0).
Gypstrend  s.r.o.  and  the  Polish  Oil  and  Gas  Company  gave
permission  to  study  the  Kobeřice  quarry  and  two  borehole
sections, respectively. We thank all colleagues for comments
and  suggestions  during  the  research,  and  A.  Kasprzyk,  O.
Lintnerová and J.M. Rouchy for remarks on the final script of
the paper.

References

Bąbel  M.  1999:  Facies  and  depositional  environments  of  the  Nida

gypsum  deposits  (Middle  Miocene,  Carpathian  Foredeep,
southern Poland). Geol. Quart. 43, 405—428.

Bukowski K. & Szaran J. 1997: Oxygen and sulfur isotopes in an-

hydrites  of  the  salt  complex  of  Wieliczka  and  Bochnia
(southern Poland). Przegl. Geol. 45, 816-818 (in Polish).

Cendón D.I., Ayora C., Pueyo J.J., Taberner C. & Peryt T.M. 1999:

Geochemical  evidence  of  recycling  in  Badenian  evaporites.
Biul. Państw. Inst. Geol. 387, 18—20.

Claypool  G.E.,  Holser  W.T.,  Kaplan  I.R.,  Sakai  H.  &  Zak  I.  1980:

The age curves of sulfur and oxygen isotopes in marine sulphate
and their mutual interpretation. Chem. Geol. 28, 199—260.

Galamay A.R. 1997: Origin of the middle Miocene Badenian salts in

the Carpathian region. Przegl. Geol. 45, 1012—1017 (in Polish).

Garlicki  A.  &  Wiewiórka  J.  1981:  The  distribution  of  bromine  in

some  halite  rock  salts  of  the  Wieliczka  salt  deposit  (Poland).
Roczn. Polsk. Tow. Geol. 51, 353—359.

Halas  S.,  Jasionowski  M.  &  Peryt  T.M.  1996:  Isotope  anomaly  in

the  Badenian  gypsum  of  Nida  River  Valley  (southern  Po-
land). Przegl. Geol. 44, 1054-1056 (in Polish).

Halas S. & Szaran J. 1999: Low temperature thermal decomposition

of  sulphates  to  SO

2

  for  on-line 

34

S/

32

S  analysis.  Anal.  Chem.

71, 3254—3257.

Kasprzyk  A.  1997:  Oxygen  and  sulphur  isotope  composition  of

Badenian  (Middle  Miocene)  gypsum  deposits  in  southern  Po-
land: a preliminary study. Geol. Quart. 41, 53—60.

Kasprzyk A. 1999: Sedimentary evolution of Badenian (Middle Mi-

ocene)  gypsum  deposits  in  the  northern  Carpathian  Foredeep.
Geol. Quart. 43, 449—465.

Kasprzyk  A.  &  Orti  F.  1998:  Palaeogeographic  and  burial  controls

on  anhydrite  genesis:  the  Badenian  basin  in  the  Carpathian
Foredeep  (southern  Poland,  western  Ukraine).  Sedimentology
45, 889—907.

Kovalevich  V.M.  &  Petrichenko  O.I.  1997:  Chemical  composition

of  brines  in  Miocene  evaporite  basins  of  Carpathian  region.
Slovak Geol. Mag. 3, 173—180.

Lloyd  R.M.  1968:  Oxygen  isotope  behaviour  in  the  sulphate-water

system. J. Geophys. Res. 73, 6099—6110.

Lu F.H. & Meyers W.J. 1997: Sr, S, and O isotopes and quantitative

modelling  of  the  Messinian  gypsum  deposits,  the  Nijar  Basin,
southeastern  Spain.  Int.  Appl.  Isotope  Geochem.  Symp.,  Lake
Louise, Alberta, Canada, Sept. 30 — Oct. 4, 1997, Book of Ab-
stracts
, Calgary, 111.

Mizutani Y. 1971: An improvement in the carbon-reduction method

for  the  oxygen  isotopic  analysis  of  sulphates.  Geochem.  Jour.
5, 69—77.

Parafiniuk J. & Halas S. 1997: Sulfur- and oxygen-isotope composi-

tion  as  the  genetic  indicator  for  celestite  from  the  Miocene
evaporites  of  the  Carpathian  Foredeep.  Slovak  Geol.  Mag.  3,
131—134.

Parafiniuk  J.,  Kowalski  W.  &  Halas  S.  1994:  Stable  isotope

geochemistry  and  the  genesis  of  the  Polish  native  sulphur  de-
posits – a review. Geol. Quart. 38, 473—496.

Paytan A., Kastner M., Campbell D. & Thiemens M.H. 1998: Sulfur

isotopic  composition  of  Cenozoic  seawater  sulphate.  Science
282, 1459—1462.

Peryt  D.  1997:  Calcareous  nannoplankton  stratigraphy  of  the  Mid-

dle Miocene in the Gliwice area (Upper Silesia, Poland). Bull.
Pol. Acad. Earth Sci
. 45, 119—131.

Peryt D. 1999: Calcareous nannoplankton assemblages of the Bade-

nian evaporites in the Carpathian Foredeep. Biul. Państw. Inst.
Geol
. 387, 158—161.

Peryt  T.M.  1996:  Sedimentology  of  Badenian  (middle  Miocene)

gypsum  in  eastern  Galicia,  Podolia  and  Bukovina  (West
Ukraine). Sedimentology 43, 571—588.

Peryt  T.M.  2000:  Resedimentation  of  basin-centre  sulphate  depos-

its:  Middle  Miocene  Badenian  of  Carpathian  Foredeep,  south-
ern Poland. Sed. Geol. 134, 331—342.

Peryt  T.M.  2001:  Gypsum  facies  transitions  in  basin-marginal

evaporites: middle Miocene (Badenian) of West Ukraine. Sedi-
mentology
 48, 1103—1119.

Peryt T.M., Halas S., Karoli S. & Peryt D. 1997: Isotopic record of

environmental  changes  during  deposition  of  Badenian  (Mid-
dle Miocene) gypsum at Kobeřice near Opava (Czech Repub-
lic). Przegl. Geol. 45, 807—810 (in Polish).

Peryt  T.M.,  Peryt  D.,  Szaran  J.,  Hałas  S.  &  Jasionowski  M.  1998:

Middle  Miocene  Badenian  anhydrite  horizon  in  the  Rysz-
kowa Wola 7 borehole (SE Poland). Biul. Państw. Inst. Geol.
379, 61—78 (in Polish).

Petrichenko O.I., Peryt T.M. & Poberegsky A.V. 1997: Pecularities

of  gypsum  sedimentation  in  the  Middle  Miocene  Badenian
evaporite  basin  of  Carpathian  Foredeep.  Slovak  Geol.  Mag.  3,
91-104.

Pierre  C.  1988:  Applications  of  stable  isotope  geochemistry  to  the

background image

398                                                                                          PERYT  et  al.

study of evaporites. In: B.C. Schreiber (Ed.): Evaporites and hy-
drocarbons. Columbia University Press, New York, 300—344.

Pierre  C.  1989:  Sedimentation  and  diagenesis  in  restricted  marine

basins. In: P. Fritz & J.C. Fontes (Eds.): Handbook of environ-
mental  isotope  geochemistry.  The  marine  environment,  3.
Elsevier, Amsterdam, 247—315.

Playà E., Ortí F. & Rosell L. 2000: Marine to non-marine sedimen-

tation  in  the  upper  Miocene  evaporites  of  the  Eastern  Betics,
SE  Spain:  sedimentological  and  geochemical  evidence.  Sed.
Geol.
 133, 135—166.

Rosell L., Ortí F., Kasprzyk A., Playà E. & Peryt T.M. 1998: Stron-

tium  geochemistry  of  Miocene  primary  gypsum:  Messinian  of
SE Spain and Sicily and Badenian of Poland. J. Sed. Research
68, 63—79.

Ślączka  A.  &  Kolasa  K.  1997:  Resedimented  salt  in  the  Northern

Carpathians  Foredeep  (Wieliczka,  Poland).  Slovak  Geol.  Mag.
3, 135—155.

Taberner C., Cendón D.I., Pueyo J.J. & Ayora C. 2000: The use of

environmental  markers  to  distinguish  marine  vs.  continental
deposition  and  to  quantify  the  significance  of  recycling  in
evaporite basins. Sed. Geol. 137, 213—240.

Thode H.G. & Monster J. 1965: Sulfur isotope geochemistry of pe-

troleum, evaporates, and ancient seas. Am. Assoc. Petrol. Geol.
Mem
. 4, 367—377.

Zak I., Sakai H. & Kaplan I.R. 1980: Factors controlling the 

18

O/

16

O

and 

34

S/

32

S isotope ratios of ocean sulphate, evaporites, and in-

terstitial  sulphates  from  modern  deep-sea  sediments.  In:  Iso-
tope Marine Chemistry. Uchida Rokakuho, Tokyo, 339—373.