background image

Introduction

The Brunovistulicum is the most important fluorite-bearing

geological unit on the eastern margin of the Bohemian Mas-

sif.  To  date,  24  mineralogical  occurrences  or  subeconomic

fluorite  accumulations  are  known  from  surface  outcrops  or

boreholes (Burkart 1953; Èešková 1975, 1978, 1985; Meli-

char & Špaèek 1995). On the basis of an overall paragenetic

analysis, the previous researchers (e.g. Bernard et al. 1981)

suggested that all the Brunovistulian fluorites belong to one,

late  Variscan  to  Mesozoic  fluorite-barite  mineralization.

However, the mineralization was not investigated in greater

detail at the time because of its economic insignificance. Re-

cent detailed mineralogical and genetic study revealed four

different  genetic  types  of  fluorite  mineralization  within  the

Brunovistulicum: (i) Variscan fluorite-chlorite; (ii) Variscan

(?) fluorite-epidote; (iii) Permian-Triassic fluorite-barite and

(iv) Cenozoic pure fluorite (Slobodník et al. 2000; Dolníèek

2001a,b; Dolníèek & Malý 2003; Dolníèek et al. 2003; Dol-

níèek, unpubl. data).

The main objective of this study is to provide more detailed

mineralogical and genetic information on the last and young-

est mentioned type of fluorite mineralization. A combination

of  several  modern  research  methods (fluid  inclusions, stable

isotopes, trace elements) should make it possible to better (i)

understand the formation conditions of the mineralization and

(ii) compare Brunovistulian example with other young types

of  fluorite  mineralization  within  the  Bohemian  Massif  and

elsewhere in the World.

GEOLOGICA CARPATHICA, APRIL 2005, 56, 2, 169–177

www.geologicacarpathica.sk

Cenozoic fluorite mineralization from the Brunovistulicum,

southeastern margin of the Bohemian Massif

(Czech Republic)

ZDENÌK DOLNÍÈEK

Department of Geology, Faculty of Science, Palacký University, tø. Svobody 26, 771 46 Olomouc, Czech Republic;

dolnicek@prfnw.upol.cz

(Manuscript received February 24, 2004; accepted in revised form June 16, 2004)

Abstract: Anchimonomineralic fluorite vein mineralization was studied at six sites within the Proterozoic crystalline

basement of the Brunovistulicum. The mineral composition is very simple, represented mainly by fluorite, locally ac-

companied by quartz and calcite. Fluid inclusion study shows that the parent fluids were low-saline (0–4.3 wt. % NaCl

equiv.), low-temperature (homogenization temperatures 72–183 °C) aqueous solutions. The REE data indicate strong

interaction of the fluids with host rocks. Stable isotope analyses reveal both variable oxygen isotope composition and an

apparent admixture of the oxidized organic carbon in the parent fluids. The formation conditions can be easily compared

with those characterizing the Neoidic (Tertiary-Quaternary) fluorite mineralization described from the North Bohemia

region. The source of the fluid can be found in formation waters of the southeastern margin of the Bohemian Massif

covered by the Carpathian Foredeep, Vienna Basin and Carpathian flysch nappes, which actually exhibit very similar

geochemical signatures to the fluorite-precipitating fluids.

Key words: Brunovistulicum, fluorite mineralization, fluid inclusions, stable isotopes, REE.

Geological setting

The Brunovistulicum (Dudek 1980) is the largest and oldest

crystalline complex situated on the easternmost margin of the

Bohemian Massif. The surface outcrops include the Brno mas-

sif, cores of the Svratka and Dyje Domes (Fig. 1) and small

occurrences  in  the  surroundings  of  the  city  of  Olomouc.  A

great part is buried under the flysch nappes and foredeep of

the Western Carpathians. The unit is composed mainly of ig-

neous rocks. Relatively monotonous, calc-alkaline metalumi-

nous biotite to amphibole-biotite granodiorites prevail in the

eastern part of the Brno massif and in the Svratka and Dyje

Domes. The western part of the Brno massif is more complex,

involving also S-, I- and A-type granites. Both petrologically

different parts are separated by a metabasite zone, consisting

of metadiorites and metabasalts. All the rocks are crosscutt by

dikes  of  aplites,  primitive  pegmatites,  rhyolites,  porphyrites,

etc. (Mitrenga & Rejl 1993; Hanžl & Melichar 1997). Relics

of the metamorphic mantle are most frequent in the western

part of the Brno massif (migmatites, paragneisses, calc-silicate

rocks,  marbles,  phyllites,  mica  schists).  Radiometric  dating

proved  Neoproterozoic  (580–725 Ma)  magmatic  activity  in

the Brunovistulicum (see Kalvoda et al. 2002 for references).

The  crystalline  complexes  are  covered  by  Paleozoic  sedi-

ments.  Cambrian  to  Devonian  siliciclastics  (quartzose  con-

glomerates and sandstones) are followed by Devonian to Lower

Carboniferous limestones (Kalvoda et al. 2002).

The Brunovistulicum acted as a foreland massif for both the

Variscan and the Alpine fold belts (Kalvoda et al. 2002). The

background image

170                                                                                            DOLNÍÈEK

Fig. 1. Simplified geological map showing the setting of the studied localities.

reactivation  during  Variscan  Orogeny  caused  mylonitization

and retrograde metamorphism under lower greenschist facies

conditions,  especially  in  the  western  parts.  The  influence  of

the  Alpine  Orogeny  was  much  weaker,  restricted  probably

only to reactivation of older fault structures.

Methods

The  studied  samples  of  the  hydrothermal  mineralization

were collected in the field during the years 1992–2003 except

fluorite samples from Tetèice and Dyje localities, which were

provided by museum or private collectors. Thin sections for

conventional and cathodoluminescence (CL) microscopy were

prepared from the samples by J. Povolný (Institute of Geologi-

cal  Sciences,  Masaryk  University,  Brno).  Fluid  inclusions,

trace elements and isotopic composition of carbon and oxygen

were studied in selected typical samples.

The CL study was realized using the technique of “hot” lu-

minescence  on  a  HC2-LM  apparatus  (Simon-Neuser,  Bo-

chum, FRG) at the Institute of Geological Sciences, Masaryk

University,  Brno  under  the  guidance  of  J.  Leichmann.  The

polished  thin  sections  were  coated  with  graphite.  Typical

working conditions include an accelerating voltage of 14 kV

and beam current approximately 10 µA/mm

2

.

Fluid inclusions (FI) were investigated by means of optical

microthermometry. Inclusions in quartz have been studied in

standard  doubly  polished  wafers.  Cleavage  fragments  were

used in the case of most calcites and fluorites. Discrimination

among the primary (P), primary-secondary (PS) and second-

ary (S) fluid inclusions was made in thin sections according to

criteria of Shepherd et al. (1985). Temperatures of phase tran-

sitions (homogenization temperatures — Th; freezing temper-

atures — Tf; eutectic temperatures — Te; last ice crystal melt-

ing  temperatures  —  Tm)  were  measured  at  the  Institute  of

Mineralogy,  Geochemistry  and  Natural  Resources,  Charles

University, Prague, using the Linkam THMSG 600 heating-

cooling stage. The stage was calibrated using phase transitions

of inorganic standards and synthetic fluid inclusions. Uncer-

tainty of the temperature estimate is ±0.1 °C. Salinity of the

trapped fluid was calculated from values Tm (ice) according to

Bodnar (1993).

Isotopic  analyses  of  carbon  and  oxygen  in  calcites  were

measured in laboratories of the Czech Geological Survey, Pra-

gue, using a Finnigan MAT 251 mass spectrometer (K. Malý,

I. Jaèková and J. Hladíková, analysts). Conversion of carbon-

ate to CO

2

 was made by reaction with 100 % orthophosphoric

acid  in  the  vacuum  line.  The  results  are  conventionally  ex-

pressed  in  delta  (δ)  notation  as  per  mil  (‰)  deviation  from

commonly used standards (PDB, SMOW). Uncertainty is bet-

background image

CENOZOIC FLUORITE MINERALIZATION FROM THE BRUNOVISTULICUM                                  171

ter than ±0.05 and ±0.1 ‰ for isotopic composition of carbon

and oxygen, respectively. Isotopic composition of the parent

fluid was calculated using published equations (O’Neil et al.

1969; Friedman & O’Neil 1977; Ohmoto & Goldhaber 1997).

When calculating the fluid δ

13

C value, equations for H

2

CO

3

and HCO

3

 as dominating carbon species have been used for

temperatures above and below approx. 120–140 °C (cf. Mat-

suhisa et al. 1985), respectively.

The  analyses  of  trace  elements  were  performed  in  the

ACME  analytical  laboratories,  Vancouver,  Canada.  Calcite

and  fluorites  (samples  weighing  between  1–5 g)  were  hand-

picked under a binocular microscope. The separates were then

pulverized  in  the  agate  mortar.  Aliquots  for  analyses  of  the

heavy metals were dissolved in hot (95 °C) aqua regia and the

analysis itself was performed using inductively coupled plas-

ma emission spectrometry method. Refractory metals and rare

earth  elements  (REE)  were  analysed  by  inductively  coupled

plasma  mass  spectrometry  in  another  sample  aliquot,  which

was decomposed using LiBO

2

 fusion followed by leaching of

the cake in diluted (5%) HNO

3

. Reproducibility of the results

is within 5–10 % according to repeated analyses. REE concen-

trations were normalized to C1-chondrite using values given

by Anders & Grevesse (1989). Degrees of Ce and Eu anoma-

lies were calculated using the equations given by McLennan

(1989) and Monecke et al. (2002).

Fluorite mineralization

The  anchimonomineralic  fluorite  mineralization  has  been

found  at  six  sites  within  the  Brno  massif  (Tetèice,  Rakšice,

Leskoun) and cores of the Svratka (Dolní Louèky, Kvìtnièka)

and Dyje Domes (Dyje locality; Fig. 1).

Tetèice. A 20 cm thick subvertical NE–SW vein crosscuts

fine-grained  paragneisses  and  erlans  belonging  to  the

metasedimentary mantle of the Brno massif. The oldest hydro-

thermal  phase  is  quartz.  It  is  accessoric,  remarkable  only  in

thin section as fine grains coating the walls of the vein and en-

closed fragments of the wall rock. Botryoidal masses of zonal-

ly coloured, mainly violet fluorite exhibiting radial and con-

centric fabric are the dominating constituent. Coarse-grained

aggregates of green and violet fluorite and two generations of

calcite occur less frequently. Cores of violet fluorite crystals

show green cathodoluminescence colours, the rims are blue,

with detailed growth zonation. The irregular, corroded bound-

aries  between  individual  growth  zones  are  very  interesting

(Fig. 2). Calcite I is coarse-grained white phase, dull orange in

CL microscope. Calcite II forms colourless corroded crystals

in the vugs, with light orange CL image. The paragenetic se-

quence  is  as  follows:  quartz–green  fluorite–botryoidal  fluo-

rite–calcite I–calcite II.

Rakšice. Fluorite mineralization cements strongly fractured

hydrothermally altered aplite-pegmatite dike striking WNW–

ESE (Melichar & Špaèek 1995; Slobodník et al. 2000). The

fluorite veinlets showing the same direction as the pegmatite

dike steeply dip SSW. Three generations of fluorite have been

distinguished here. The oldest is grey-violet, very fine-grained

fluorite in thin veinlets. The coarse-grained colourless fluorite

is  younger.  Fluorite  crystallization  finished  with  violet  to

blue-violet fluorite. Fluorite cubes up to 2.5 cm with zonal co-

louration  are  common  in  vein  vugs.  In  the  CL  microscope,

fluorite  shows  blue  luminescence  and  growth  zonation.  The

youngest phase is fine-grained quartz, often coating the fluorite

crystals. Moreover, chalcedony was occasionally recognized as

fillings of the remaining vugs. Quartz often forms thin lenticular

perimorphs after an unknown mineral, which was later totally

leached (barite?, calcite?). Calcite was identified by means of

CL microscopy as minute grains enclosed in fluorite.

Leskoun. Only two pieces of calcite-fluorite mineralization

were found in blasted material in a large active quarry. The

mineralized veinlet, 1 mm thick, crosscuts relatively fresh and

undeformed coarse-grained biotitic granodiorite. The fluorite

is violet, the calcite white, both forming medium-grained ag-

gregates.

Dolní Louèky. Calcite-fluorite veins hosted by mylonitized

biotite granodiorite are occasionally found in the active quarry

(Dolníèek & Malý 2003). The veinlets are up to 5 mm thick.

They  consist  mainly  of  white-grey  medium-grained  calcite.

The fluorite forms blue-violet nests in calcite, up to 5 mm in

diameter. In a CL microscope, fluorite shows oscillatory zon-

ing in blue hues. In addition, a change of growing crystal mor-

phology was identified.

Kvìtnièka. Fluorite together with quartz cement brecciated

quartzites  belonging  to  Devonian  sedimentary  cover  of  the

Brunovistulicum in the Svratka Dome. The fluorite is macro-

scopically very dark violet to black. In thin section, it is most-

ly light violet, with 2–3 darker growth zones near the crystal

rims. In the CL microscope, fluorite shows regular growth zo-

nation in blue hues and becomes deep violet, pleochroic and

anisotropic as a consequence of the interaction with electron

beam  (Dolníèek  2001a).  Superimposed  quartz  forms  up  to

5 mm euhedral crystals, in various colour varieties (amethyst,

smoky quartz, colourless quartz).

Dyje.  The  studied  sample  (leg.  M.  Slobodník)  consists  of

dominating  coarse-grained  colourless  to  white  calcite,  con-

taining  small  (max.  0.3 mm)  violet  fluorite  crystals.  The  1–

2 cm thick vein crosscuts diorites.

Fig. 2.  CL  image  of  the  blue  luminescent  fluorite  from  Tetèice

with  distinct  growth  zonality  and  corroded  boundaries  among

growth  zones.  Calcite  is  white,  fragments  of  wall  rock  are  black.

Scale bar 1 mm.

–

background image

172                                                                                            DOLNÍÈEK

Fluid inclusions

Microthermometry  of  the  fluid  inclusions  was  applied  to

fluorite,  calcite  and  quartz  from  all  the  studied  occurrences.

The measured data are summarized in Table 1 and graphically

presented in Fig. 3.

The studied fluorites contain numerous primary, pseudosec-

ondary and secondary FI. Primary FI are equant, three-dimen-

sional,  randomly  distributed,  arranged  along  growth  zones.

They are often negative-crystal shaped, creating either cubes

(Rakšice), or tetrahedrons (Tetèice). PS and S FI are flat, ar-

ranged along healed microfractures. All the FI are two-phase

(L+V) with a constant liquid-vapour ratio around 0.95 except

for the sample from Leskoun, which contains liquid-only FI.

The  microthermometrically  measured  P  and  PS  FI  reach  4–

80 µm in diameter. Homogenization temperatures cover an in-

terval from 76 to 183 °C. FI totally freeze out at temperatures

between –29 and –46 °C but remain colourless. Unfortunate-

ly, eutectic melting as well as salt-hydrate melting could not

be typically observed due to metastable behaviour of the most

FI (total consumption of the vapour bubble by expanding ice

after freezing). The rare measurements of Te around –20 °C

Fig. 3. Presentation of the microthermometric data on the studied P and PS FI in fluorites. A — histogram of the homogenization temper-

atures; B — histogram of the last ice melting temperatures; C — Th-salinity plot.

from Rakšice indicate the presence of NaCl as the dominat-

ing salt. The last ice melted in the presence of vapour phase

within relatively narrow temperature interval between 0.0 and

–2.6 °C,  indicating  low  total  fluid  salinity  between  0.0  and

4.3 wt. % NaCl equiv. (Bodnar 1993). A specific behaviour of

FI in fluorite from Tetèice (systematic increase of vapour bub-

ble  diameter  during  continual  heating  above  0 °C)  suggests

possible  presence  of  a  clathrate-forming  gas  (either  CO

2

  or

CH

4

).  A  more  detailed  examination  is  not  possible  due  to

small  sizes  of  gaseous  bubbles.  The  general  distribution  of

measured data in the Th-salinity plot indicates mixing of dilut-

ed and cooler fluid with warmer and more saline fluid, howev-

er,  very  different  trends  characterize  individual  localities

(Fig. 3).

In most cases the associated minerals show FI parameters

very similar to those in fluorites. Markedly different are FI in

quartz  from  Kvìtnièka  and  those  in  calcites  from  Dyje  and

Dolní Louèky (Table 1). Highly variable liquid-vapour ratios

in  quartz  from  Kvìtnièka  (consequently  resulting  in  broadly

scattered homogenization temperatures) are evidently caused

by necking-down. FI in calcites from Dolní Louèky and Dyje

showed significantly higher salinities (up to 11.0 wt. % NaCl

background image

CENOZOIC FLUORITE MINERALIZATION FROM THE BRUNOVISTULICUM                                  173

Table 1: Results of the fluid inclusion microthermometry (P and PS FI). Temperatures in °C. n.d. — not determined.

Locality  

Host mineral phase 

FI nature 

    Th (°C) 

    Tf (°C) 

  Te (°C) 

Tm (°C)   Salinity (wt.%) 

Tetèice 

green fluorite 

L+V 

   83/111 

–29/–41 

  n.d. 

  0.0/–0.3 

0.0/0.5 

 

white calcite I 

L+V 

   48/73 

–30/–43 

–22 

  0.0/–0.3 

0.0/0.5 

 

colourless calcite II 

L+V 

   41/49 

–23/–25 

  n.d. 

     0.0 

   0.0 

Rakšice 

colourless fluorite 

L+V 

116/142 

–39/–45 

–20 

–0.1/–1.8 

0.2/3.1 

 

violet fluorite 

L+V 

106/137 

–38/–42 

  n.d. 

  0.0/–0.5 

0.0/0.9 

Leskoun 

fluorite, calcite 

  L 

     – 

     n.d. 

  n.d. 

      n.d. 

    n.d. 

Kvìtnièka 

dark violet fluorite 

L+V 

118/165 

–41/–46 

–28 ? 

–0.8/–2.6 

1.4/4.3 

 

colourless quartz 

L, L+V 

110/>300 

–35/–42 

–20 

–0.1/–1.6 

0.2/2.7 

Dolní Louèky 

white calcite 

L+V 

142/177 

–49/–55 

–50 

–1.6/–7.4 

2.7/11.0 

 

light blue-violet fluorite 

L+V 

    183 

  –45 

  n.d. 

–1.4/–2.2 

2.4/3.7 

Dyje 

white calcite 

L+V 

111/147 

–42/–47 

  n.d. 

–1.5/–6.1 

2.6/9.3 

equiv.) and lower Te (ca. –50 °C), indicating the presence of

CaCl

2

 and/or MgCl

2

 in addition to NaCl.

Stable isotopes

The isotopic composition of carbon and oxygen was deter-

mined  in  calcites  from  Tetèice,  Leskoun,  Dyje  and  Dolní

Louèky.  The  results  are  listed  together  with  the  calculated

δ

18

O and δ

13

C values of the parent fluids in Table 2.

The δ

18

O values of calcites vary between –7.5 and –16.6 ‰

PDB. The calculated fluid δ

18

O values are variable. Negative

values  (–0.2  to  –8.1 ‰  SMOW;  Tetèice  and  Leskoun)  are

characteristic  of  meteoric  waters,  whereas  the  higher  positive

values (+1.1 to +5.2 ‰ SMOW; Dolní Louèky and Dyje) could

indicate either a contribution of metamorphic and/or magmatic

waters to hydrothermal system, or reflect a stronger fluid-rock

interaction at elevated temperatures (Sheppard 1986).

The δ

13

C values in calcite range between –6.7 and –14.1 ‰

PDB. Calculated δ

13

C values (H

2

CO

3

 for Dolní Louèky and

Dyje and HCO

3

 

 for Tetèice and Leskoun) of the parent fluid

vary between –6.4 and –18.7 ‰ PDB. Enriched values (down

to approximately –8 ‰ PDB) may be interpreted as (i) carbon

derived from a deep-seated source; (ii) average homogenized

carbon of the Earth’s crust (Hoefs 1997); (iii) carbon derived

from local igneous rocks or (iv) recycled carbon of older hy-

drothermal  mineralizations  with  a  similar  carbon  isotopic

composition  (Dolníèek  &  Malý  2003).  More  negative  fluid

δ

13

C values (below approx. –8 ‰ PDB) indicate an admixture

of carbon derived from organic matter (δ

13

C typically between

-20 and –35 ‰ PDB; Hoefs 1997).

Trace elements

Contents of 44 trace elements were determined in selected

fluorites, calcite and host rocks. The mineral separates show

higher  concentrations  only  at  Ba,  Sr,  Y  and  REE  (Table 3).

Other  elements,  including  alkali,  refractory,  precious  and

heavy metals are mostly below detection limits (ranging from

0.01 to 5 ppm) or only slightly above them. Low concentra-

tions of Rb, Ga and Zr reveal negligible contamination of Ca-

minerals by host silicate rocks.

The total REE content in hydrothermal minerals can be clas-

sified  as  medium  to  high  (46–400 ppm).  Chondrite-normal-

ized REE distribution patterns are variable (Fig. 4): a strong

LREE enrichment is typical of Tetèice and especially of Dolní

Louèky  localities,  whereas  samples  from  Rakšice  and  espe-

cially  from  Kvìtnièka  are  more  balanced  in  terms  of  their

LREE/HREE ratio. It is noteworthy that the REE distributions

in hydrothermal minerals correspond well to abundances in lo-

cal  country  rocks  (Fig. 4),  except  for  Ce  and  Eu,  which  are

sensitive to redox variations.

Calcite  from  Dolní  Louèky  displays  weak  positive  Eu

anomaly. A pronounced positive Eu anomaly is typical for flu-

orite samples from Rakšice whereas fluorites from Tetèice and

Kvìtnièka show no anomalies. Moreover, violet fluorite from

Rakšice exhibits weak positive Ce anomaly. Positive Ce and

Eu  anomalies  most  probably  reflect  an  increase  in  oxygen

fugacity during fluid migration and mineral precipitation (Lee

et al. 2003). Local mixing of the ascending hot saline hydro-

thermal  fluid  with  descending  oxidized  meteoric  waters  at

depositional site might explain both REE and fluid inclusion

(Fig. 3c) behaviour.

Table 2: Carbon and oxygen isotopic composition of the studied calcites and calculated δ

18

O and δ

13

C values of the parent fluids. Tem-

peratures in  °C.

  

  

Calcite 

  

Fluid 

Locality 

Mineral 

@

13

C (PDB) 

@

18

O (PDB) 

@

18

O (SMOW) 

T (°C) 

@

18

O (SMOW) 

@

13

C (PDB) 

Tetèice 

calcite I 

  –7.1 

–15.0 

+15.5 

48/73 

–4.3/–8.1 

  –9.6/–10.6 

 

calcite I 

  –6.7 

–14.1 

+16.4 

48/73 

–3.4/–7.2 

  –9.2/–10.2 

 

calcite II 

  –9.9 

  –7.5 

+23.2 

41/49 

–0.2/–1.6 

–13.3/–13.8 

Leskoun 

calcite 

–14.1 

–10.4 

+20.3 

30/50 

–2.9/–6.6 

–17.5/–18.7 

Dolní Louèky 

calcite 

  –6.4 

–16.6 

+13.8 

142/177 

+1.1/+3.5 

–6.4/–7.7 

Dyje 

calcite 

–10.3 

–12.9 

+17.6 

111/147 

+2.1/+5.2 

–7.5/–9.3 

–

background image

174                                                                                            DOLNÍÈEK

Discussion

The mineral assemblage of the studied occurrences (domi-

nating fluorite, lack of barite and sulphides) is similar to the

Neoidic fluorite mineralization described from Northern Bo-

hemia (Teplice, Jílové near Dìèín). This youngest type of flu-

orite vein mineralization in the Bohemian Massif is character-

ized by (i) dominating fluorite with subordinate quartz, calcite

or barite; (ii) occurrence in the geographically restricted area

of the southeastern slope of the Krušné hory Mountains; (iii)

Tertiary to Quaternary age of the mineralizing processes based

on  geological  criteria;  (iv)  low  saline  (mostly  up  to  3 wt. %

NaCl equiv. with one excursion up to 18 wt. % NaCl equiv.),

low  temperature  (60–155 °C),  low  δ

18

O  (–1  to  –10 ‰

SMOW) Na-Cl-HCO

3

 

 fluids derived mainly from local mete-

Table 3:  Trace  element  abundances  in  fluorites  and  calcite  (all

values in ppm except Au in ppb). n.d. — not determined.

green  colourless  violet  dark violet 

white 

Mineral 

fluorite  fluorite 

fluorite 

fluorite 

calcite 

Locality  Tetèice  Rakšice  Rakšice  Kvìtnièka  D. Louèky 

Cs

0.1

0.2

0.1

0.2

< 0.1

Rb 

   1.0 

    1.6 

    2.2 

    1.0 

    < 0.5 

Ba 

172 

  28 

  12 

n.d. 

     22  

Sr 

 73 

  68 

  63 

175 

1 000  

Co 

< 0.5 

 < 0.5 

 < 0.5 

    1.9 

    < 0.5 

Mo 

< 1 

 < 1 

    1 

 < 1 

       0.1 

Sn 

< 1 

 < 1 

 < 1 

 < 1 

    < 1 

Ga 

   6.5 

    3.7 

    2.5 

 < 0.5 

       1.5 

Cu  

< 1 

 < 1 

 < 1 

 < 1 

     11 

Pb 

< 3 

 < 3 

 < 3 

 < 3 

     11 

Zn 

   1 

    4 

 < 1 

 < 1 

     26 

Ni 

< 1 

 < 1 

 < 1 

 < 1 

       2.3 

As 

< 2 

 < 2 

 < 2 

    2 

    < 0.5 

Cd 

< 0.2 

 < 0.2 

 < 0.2 

 < 0.2 

       0.1 

Sb 

< 0.5 

 < 0.5 

 < 0.5 

 < 0.5 

       0.1 

Bi 

   0.5 

 < 0.5 

    0.8 

 < 0.5 

       0.1 

Ag 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

 < 0.5 

    < 0.1 

Au 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

       2.3 

Hg 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

    < 0.01 

Tl 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

    < 0.1 

Se 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

    < 0.5 

Th 

   0.1      0.1 

    0.1 

    0.2 

    < 0.1 

< 0.1   < 0.1 

 < 0.1 

 < 0.1 

       1 

< 5 

 < 5 

 < 5 

    7 

    < 5 

< 1 

 < 1 

 < 1 

 < 1 

    < 1 

Ta 

< 0.1   < 0.1 

    0.1 

 < 0.1 

    < 0.1 

Nb 

< 0.5   < 0.5 

 < 0.5 

    0.5 

    < 0.5 

Hf 

< 0.5   < 0.5 

 < 0.5 

 < 0.5 

    < 0.5 

Zr 

   3.0      1.9 

    1.2 

    4.6 

    < 0.5 

140 

  96 

  33 

115 

     86  

La 

 44 

    4 

    7 

    8 

     79 

Ce 

104 

  11.7 

  13.5 

  19.8 

   164 

Pr 

 12.6      1.3 

    1.6 

    3.2 

     18.6 

Nd 

 51 

    6.5 

    7.1 

  15.5 

     71 

Sm 

 11.4      3.0 

    2.2 

    5.3 

     16.9 

Eu 

   4.5      1.8 

    1.4 

    1.9 

       6.5 

Gd 

 14 

    6.1 

    3.3 

    7.8 

     15 

Tb 

   2.2      1.3 

    0.57 

    1.2 

       2.4 

Dy 

 13.6      9.5 

    4.0 

    9.2 

     12.3 

Ho 

   2.8      2.0 

    0.81 

    2.0 

       2.1 

Er 

   6.9      5.3 

    2.2 

    4.8 

       6.1 

Tm 

   0.83      0.76 

    0.30 

    0.66 

       0.87 

Yb 

   4.8      4.6 

    1.8 

    3.2 

       5.1 

Lu 

   0.62      0.55 

    0.22 

    0.46 

       0.71 

5 REE 

273 

  58 

  46 

  83 

   400 

Ce/Ce* 

   1.06      1.21 

    0.96 

    0.93 

       1.02 

Eu/Eu* 

   1.08      1.27 

    1.61 

    0.89 

       1.23 

La

N

/Yb

N

 

   6.4      0.6 

    2.8 

    1.7 

     10.8 

Tb

N

/La

N

 

   0.3      2.1 

    0.5 

    1.0 

       0.2 

oric waters; (v) supply of Ca, Sr, Ba, F

–

 and SO

4

  

 necessary

for fluorite and barite precipitation from the adjacent crystal-

line and Cretaceous sedimentary rocks; (vi) fluid circulation

driven  by  tectonic  activity  and  heat  flow  related  to  Tertiary

volcanism  in  the  Èeské  støedohoøí  Mountains  (Èadek  et  al.

1964, 1981; Žák et al. 1990).

Most  genetic  characteristics  of  the  studied  Brunovistulian

fluorites  (i.e.  fluid  inclusion  and  partly  also  stable  isotope

data)  are  comparable  with  the  Neoidic  Bohemian  examples,

too. Two additional coincidences arise after more detailed ex-

amination  of  the  existing  data.  Firstly,  Èadek  et  al.  (1981)

pointed to a significant role of increasing fugacity of CO

2

 al-

lowing  for  fluorite  precipitation  from  the  diluted  fluids.  In

these terms paragenetic sequence and growth zonality of fluo-

rite from Tetèice can be easily explained. Here, the presence

of minor CO

cannot be excluded in the fluid inclusions. Cor-

roded boundaries between individual growth zones in a fluo-

rite crystal can be interpreted as a consequence of changing

CO

concentration in the fluid. After penetration of the actual

portion of the CO

2

-bearing fluid to the depositional site, fluo-

rite precipitates. However the CO

2

 is soon lost, either by the

fluid  degassing  or  by  a  reaction  with  the  host  rock.  Finally,

fluorite crystallization terminates and it may be even dissolved

by the same fluid if enough CO

2

 is released. Repeating pulses

of the same fluid under the same physicochemical and hydro-

logic conditions gave rise to the observed texture. The end of

the fluorite crystalization may be characterized by a more pro-

nounced decrease of CO

2

 resulting in an increase of alkalinity

and onset of calcite precipitation (Rimstidt 1997). Secondly,

an intense interaction of the parent fluid with host rocks is in-

dicated by the trace element abundances. The REE distribu-

tions in hydrothermal minerals are very similar to that in the

local country rocks, indicating a supply of REE (and at least a

certain  part  of  the  geochemically  similar  Ca)  from  the  host

rocks.

The source of the parent fluid may be found in the formation

waters,  which  have  been  actually  drilled  during  prospection

and exploitation of hydrocarbons on the southeastern margin

of the Bohemian Massif buried by Carpathian Foredeep, Vien-

na  Basin  and  Carpathian  flysch  nappes  (Michalíèek  1978;

Koláøová  1981).  These  fluids  show  Na-Cl-HCO

3

 

  composi-

tion,  total  dissolved  salts  in  the  range  of  6–52 g/l  (i.e.  0.6–

5.0 wt. % NaCl or NaHCO

3

 according to Dykyj et al. 1953),

and δ

18

O values ranging between +4.6 and –10.0 ‰ SMOW

(Buzek & Michalíèek 1997). Such an interpretation can also

be supported by the occurrence of 

13

C-depleted calcites within

fluorite veins (possible due to a HCO

3

 

 supply derived from

decomposition of hydrocarbons). Moreover, the fluorite REE

patterns corresponding to abundances in host rocks may serve

as an indirect evidence too, because the hydrocarbon-bearing

fluids show very low REE contents in this region (Dolníèek &

Slobodník, unpubl. data), therefore, their REE budget may be

easily overprinted by local suitable REE source.

Furthermore,  a  post-Mesozoic  age  of  the  fluorite  mineral-

ization is also indicated by the lack of tectonic deformation of

the  vein  fill.  Alpine  thrusting-related  shearing,  deformation

and recrystallization have widely influenced the Mesozoic flu-

orite-barite veins occupying the NW–SE trending steep faults

in this area (Dolníèek, unpubl. data). In addition, the results of

–

–

–

background image

CENOZOIC FLUORITE MINERALIZATION FROM THE BRUNOVISTULICUM                                  175

Fig. 4. Chondrite-normalized REE patterns of hydrothermal minerals and associated host rocks. Host rock data are partly original data of

the author and J. Leichmann, and partly taken from literature (Hanžl & Melichar 1997; Leichmann et al. 1999).

nic rocks (e.g. Žák et al. 1990; Hill et al. 2000), rarely to acid-

ic  plutonic-volcanic  complexes  (Cunningham  et  al.  1998).

The second group includes non-volcanic regions, where main-

ly tectonic processes, sediment compaction, and dissolution of

fluorine-bearing phases are believed to be responsible for the

fluorite crystalization. Some Austrian fluorites (e.g. Götzinger

&  Seemann  1990;  Götzinger  1993),  and  most  probably  also

the described Brunovistulian mineralization are the typical ex-

amples.

Conclusions

1. The origin of the anchimonomineralic fluorite vein min-

eralization hosted by Cadomian granitoids of the Brno massif

and Svratka and Dyje Domes on the southeastern margin of

the  Bohemian  Massif  has  been  studied.  The  mineralization

consists mainly of fluorite locally accompanied by calcite and/

or quartz. A typical feature is the lack of sulphidic minerals

and barite within the fluorite veins. The parent fluids were low

temperature, low-saline aqueous solutions with variable oxy-

gen isotope composition. Carbon isotopes in calcites indicate

local  involvement  of  carbon  derived  from  oxidized  organic

matter.  REE  data  indicate  strong  interaction  of  the  fluorite-

forming fluids with the host rocks as well as variable redox

parameters.  Hydrothermal  alteration  led  to  leaching  of  rare

paleomagnetic dating of the most important hydrothermal flu-

orite-bearing event at Rakšice are also in agreement with the

proposed Cenozoic timing. Approximately 90 % of the rema-

nent  magnetization  intensity  of  the  hydrothermally  altered

host rocks is bound to a compound whose orientation refers to

a Tertiary age (Dolníèek & Chadima 2004).

Although  layers  of  the  acidic  vitric  tuffs  and  tuffites  are

known to occur within the Tertiary sedimentary fill of the Car-

pathian Foredeep and Vienna Basin (Krystek 1959; Zádrapa

1988), their source is believed to be in the volcanic areas be-

longing to the Inner or Central Western Carpathians. No other

indications  of  Cenozoic  volcanic  activity  are  reported  in  a

wider region. Therefore, a fluid migration mechanism not re-

lated to the Tertiary volcanism must have been involved in the

formation  of  the  Cenozoic  Brunovistulian  fluorites.  Most

probably, mainly tectonically driven fluid migration related to

the latest stages of the Alpine Orogeny may have taken place

on the eastern margin of the Bohemian Massif. Especially the

most frequent NW–SE trending regional faults (Fig. 1) could

act as important pathways allowing influx of the Carpathian

fluids into the Brunovistulian foreland.

Cenozoic fluorite mineralizations originating from low-tem-

perature, low-saline fluids are uncommon worldwide. Howev-

er, on the basis of their geological setting, two subtypes could

be distinguished. The first one comprises mineralizations spa-

tially and genetically related to young basic riftogenic volca-

background image

176                                                                                            DOLNÍÈEK

earths,  calcium,  and  probably  also  fluorine  from  the  grani-

toids, allowing the precipitation of fluorite under suitable con-

ditions.

2. The mineral composition as well as formation conditions

of  the  studied  Brunovistulian  fluorites  are  comparable  with

those of Cenozoic fluorite mineralizations in Northern Bohe-

mia and elsewhere in the world.

3. Formation waters within Carpathian Foredeep and Vien-

na Basin, immediately neighbouring and covering the studied

area, may have been the source of the parent fluid on the east-

ern margin of the Bohemian Massif.

4. Due to a common lack of Cenozoic volcanic activity in

the studied area, a tectonically driven fluid flow during the fi-

nal stages of the Alpine Orogeny in the Western Carpathians

may be responsible for formation of the Cenozoic Brunovistu-

lian fluorites.

Acknowledgments:  I.  Jaèková,  J.  Hladíková  and  K.  Malý

(Czech  Geological  Survey,  Prague)  are  gratefully  acknowl-

edged for the isotope analyses. J. Zachariᚠ(Charles Universi-

ty, Prague) and J. Leichmann (Masaryk University, Brno) are

thanked  for  access  to  heating-freezing  stage  and  CL  micro-

scope, respectively. S. Houzar (Moravian Museum, Brno) and

M. Slobodník (Masaryk University, Brno) provided samples

today  hardly  accessible  in  the  field.  Valuable  comments  by

Profs. B. Fojt, M. Novák, M. Slobodník and J. Zimák as well

as those by three journal reviewers (Profs. V. Hurai, M. Slo-

bodník and dr. P. Uher) helped to improve the initial draft of

the manuscript.

References

Anders E. & Grevesse N. 1989: Abundances of the elements: Mete-

oritic and solar. Geochim. Cosmochim. Acta 53, 197–214.

Bernard J.H., Èech F., Dávidov᠊., Dudek A., Fediuk F., Hovorka

D., Kettner R., Kodìra M., Kopecký L., Nìmec D., Padìra K.,

Petránek J., Sekanina J., Stanìk J. & Šímová M. 1981: Mineral-

ogy  of  the  Czechoslovakia,  2

nd

  edition.  Academia,  Praha,  1–

615 (in Czech).

Bodnar  R.J.  1993:  Revised  equation  and  table  for  determining  the

freezing  point  depression  of  H

2

O-NaCl  solutions.  Geochim.

Cosmochim. Acta 57, 683–684.

Burkart E. 1953: Mährens Minerale und ihre Literatur. Nakl. ÈSAV,

Praha, 1–1006.

Buzek F. & Michalíèek M. 1997: Origin of the formation waters of

S-E  parts  of  the  Bohemian  Massif  and  Vienna  Basin.  Appl.

Geoch. 12, 333–343.

Cunningham C.G., Rasmussen J.D., Stevens T.A., Rye R.O., Row-

ley P.D., Romberger S.B. & Selverstone J. 1998: Hydrothermal

uranium  deposits  containing  molybdenum  and  fluorite  in  the

Marysvale  volcanic  field,  west-central  Utah.  Mineralium  De-

pos. 33, 477–494.

Èadek J., Benešová Z., Buzek F., Fengl M., Hladíková J., Jansa J.,

Legierski J., Majer V., Mikšovská J., Novák F., Reichmann F.,

Šmejkal V., Vavøín I. & Veselý J. 1981: Genetic conditions of

origin  of  the  fluorite  deposits.  MS  Czech  Geol.  Surv.,  Prague,

1–71 (in Czech).

Èadek J., Kaèura J. & Malkovský M. 1964: Occurrence of the fluorite

in  the  surroundings  of  the  Teplice  Spa  in  the  Bohemia  and  its

genesis. Sbor. Geol. Vìd, Lož. Geol. Mineral. 3, 7–41 (in Czech).

Èešková L. 1975: Hydrothermal mineralization in the Brno massif.

Scripta  Fac.  Sci.  Nat.  UJEP  Brunensis,  Geol.  1,  5,  35–42  (in

Czech).

Èešková L. 1978: Metalogenetic characteristics of some geological

units at the eastern margin of the Bohemian massif. Folia Fak.

Sci. Nat. Univ. Purk. brun., Geol. 19, 5–101 (in Czech).

Èešková L. 1985: Metalogenesis of the crystalline complexes at the

SE margin of the Bohemian massif. MS J.E. Purkynì Universi-

ty, Brno, 1–125 (in Czech).

Dolníèek  Z.  2001a:  Mineralogy  of  the  barite  veins  from  Kvìtnice

Hill near Tišnov. Acta Mus. Moraviae, Sci. Geol. 86, 59–73 (in

Czech).

Dolníèek Z. 2001b: Origin of the neoidic fluorite mineralization in

the Brno massif, Czech Republic: Cathodoluminescence, REE,

fluid inclusion and stable isotope study. Mitt. Österr. Mineral.

Gesell. 146, 67–68.

Dolníèek  Z.  &  Chadima  M.  2004:  Palaeomagnetic  evidence  for

Neoidic age of the fluorite mineralization from Rakšice (Brno

massif). In: Rojkoviè I. (Ed.): Mineralogy of the Western Car-

pathians  and  Bohemian  Massif  2004.  Komenský  University,

Bratislava, 21–24 (in Czech).

Dolníèek Z., Chadima M. & Pruner P. 2003: Age determination of

the barite veins from Tišnov using the palaeomagnetic method.

In:  Zimák  J.  (Ed.):  Mineralogy  of  the  Bohemian  Massif  and

Western Carpathians 2003. Palacký University, Olomouc, 4–9

(in Czech).

Dolníèek Z. & Malý K. 2003: Mineralogy and genesis of the epither-

mal veins from the quarry in Dolní Louèky near Tišnov. Acta

Mus. Moraviae, Sci. Geol. 88, 149–166 (in Czech).

Dudek  A.  1980:  The  crystalline  basement  block  of  the  Outer  Car-

pathians in Moravia: Bruno-Vistulicum. Rozpr. Ès. Akad. Vìd,

Ø. mat. pøír. Vìd 90, 1–80.

Dykyj J., Hemala M., Roubal M. & Vlasáková L. 1953: The physi-

co-chemical tables, part 1. SNTL, Prague, 1–680 (in Czech).

Friedman I. & O’Neil J.R. 1977: Compilation of stable isotope frac-

tionation factors of geochemical interest. U.S. Geol. Surv. Prof.

Pap. 440-KK, 1–49.

Götzinger  M.A.  1993:  Three  different  types  of  fluorite  mineraliza-

tions,  characterized  by  geological  setting  and  fluid  inclusions,

in weakly metamorphosed sedimentary rocks in the Alps, Aus-

tria. Final Meeting of IGCP Project No. 291 “Metamorphic flu-

ids and mineral deposits”, Prague, July 12–13, 1993, 21–22.

Götzinger M.A. & Seemann R. 1990: Exkursion E3: Fluoritvorkom-

men  Vorderkrimml,  Pinzgau,  Salzburg.  Mitt.  Österr.  Mineral.

Gesell. 135, 119–128.

Hanžl P. & Melichar R. 1997: The Brno massif: A section through

the active continental margin or a composed terrane? Krystalin-

ikum 23, 33–58.

Hill  G.T.,  Campbell  A.R.  &  Kyle  Ph.R.  2000:  Geochemistry  of

southwestern  New  Mexico  fluorite  occurrences:  implications

for precious metals exploration in the fluorite-bearing systems.

J. Geoch. Explor. 68, 1–20.

Hoefs  J.  1997:  Stable  isotope  geochemistry.  4

th

  edition.  Springer

Verlag, Berlin-New York, 1–201.

Kalvoda J., Melichar R., Bábek O. & Leichmann J. 2002: Late Prot-

erozoic–Paleozoic tectonostratigraphic development and paleo-

geography of Brunovistulian terrane and comparison with other

terranes at the SE margin of Baltica-Laurussia. J. Czech Geol.

Soc. 47, 81–102.

Koláøová  M.  1981:  Hydrogeological  criteria  of  the  prospection  for

hydrocarbons  in  the  Carpathian  Foredeep  and  Flysch  Belt  in

the  Czechoslovak  part  of  the  West  Carpathians.  Sbor.  Geol.

Vìd, Lož. Geol. Mineral. 22, 89–157 (in Czech).

Krystek  I.  1959:  Petrography  of  the  tuffitic  rocks  from  the  Vienna

basin. Geol. Práce, Zošit 54, 127–144 (in Czech).

Lee S.-G., Lee D.-H., Kim Y., Chae B.-G., Kim W.-Y. & Woo N.-

Ch. 2003: Rare earth elements as indicators of groundwater en-

background image

CENOZOIC FLUORITE MINERALIZATION FROM THE BRUNOVISTULICUM                                  177

vironment  changes  in  a  fractured  rock  system:  evidence  from

fracture-filling calcite. Appl. Geoch. 18, 135–143.

Leichmann J., Novák M. & Sulovský P. 1999: Peraluminous whole-

rock  chemistry  versus  peralkaline  mineralogy  of  highly  frac-

tionated  garnet-bearing  granites  from  the  Brno  Batholith.  Ber.

Dtsch. Mineral. Gesell. 11, 1–144.

Matsuhisa Y., Morishita Y. & Sato T. 1985: Oxygen and carbon iso-

tope variations in gold-bearing hydrothermal veins in the Kush-

ikino  mining  area,  southern  Kyushu,  Japan.  Econ.  Geol.  80,

283–293.

McLennan S.M. 1989: Rare earth elements in sedimentary rocks: in-

fluence of provenance and sedimentary processes. Rev. in Min-

eralogy 21, 169–200.

Melichar R. & Špaèek P. 1995: New fluorite locality in the vicinity

of Rakšice SSW of Brno and the significance of fluorite miner-

alization for the Brno massif tectonics. Geol. Výzk. Mor. Slez.

v r. 1994, 2, 98–100 (in Czech).

Michalíèek M. 1978: Hydrogeochemical study of the southern part

of the Carpathian Foredeep and the Outer Carpathians in Mora-

via for oil and gas prospection purposes. Sbor. Geol. Vìd, Lož.

Geol. Mineral. 19, 35–87 (in Czech).

Mitrenga P. & Rejl L. 1993: The Brno massif. In: Pøichystal A., Ob-

stová V. & Suk M. (Eds.): Geology of the Moravia and Silesia.

Moravian  Museum  and  Masaryk  University,  Brno,  9–13  (in

Czech).

Monecke T., Kempe U., Monecke J., Sala M. & Wolf D. 2002: Tet-

rad effect in rare earth element distribution patterns: A method

of quantification with application to rock and mineral samples

from granite-related rare metal deposits. Geochim. Cosmochim.

Acta 66, 1185–1196.

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

Barnes H.L. (Ed.): Geochemistry of hydrothermal ore deposits.

3

rd

 edition. J. Wiley & Sons, New York, 517–611.

O’Neil  J.R.,  Clayton  R.N.  &  Mayeda  T.K.  1969:  Oxygen  isotope

fractionation  in  divalent  metal  carbonates.  J.  Chem.  Phys.  51 ,

5547–5558.

Rimstidt  J.D.  1997:  Gangue  mineral  transport  and  deposition.  In:

Barnes H.L. (Ed.): Geochemistry of hydrothermal ore deposits.

3

rd

 edition. J. Wiley & Sons, New York, 487–515.

Shepherd  T.J.,  Rankin  A.H.  &  Alderton  D.H.M.  1985:  A  practical

guide to fluid inclusion studies. Blackie, Glasgow and London,

1–240.

Sheppard  S.M.F.  1986:  Characterization  and  isotopic  variations  in

natural waters. Rev. in Mineralogy 16, 165–183.

Slobodník M., Dolníèek Z. & Leichmann J. 2000: Genetic aspects of

the  fluorite  mineralization  from  Rakšice  in  the  Brno  massif.

Geol. Výzk. Mor. Slez. v r. 1999, 7, 132–134 (in Czech).

Zádrapa  M.  1988:  Presence  of  the  volcanoclastic  sediments  within

the  Carpathian  Formation  in  the  area  of  Ždánice  elevation.

Zemní Plyn Nafta 33, 323–331 (in Czech).

Žák K., Èadek J., Dobeš P., Šmejkal V., Reichmann F., Vokurka K.

& Sandstat J.S. 1990: Vein barite mineralization of the Bohe-

mian  massif:  sulfur,  oxygen  and  strontium  isotopes  and  fluid

inclusion characteristics and their genetic implications. In: Do-

beš P. & Poole F.G. (Eds.): Proceedings of the symposium on

barite and barite deposits. Czech Geol. Surv., Prague, 35–49.