background image

www.geologicacarpathica.sk

GEOLOGICA CARPATHICA, FEBRUARY 2010, 61, 1, 3—17                                              doi: 10.2478/v10096-009-0040-1

Introduction

Biotite, which is defined as a member of quadrilateral isomor-
phic system annite—flogophite—siderophyllite—eastonite accord-
ing  to  nomenclature  of  micas  (Rieder  et  al.  1998),  has  an
important role in detection of the magma evolution. Despite the
biotite tendency to re-equilibrate significantly during granite so-
lidification, biotite-bearing assemblages still can actually reflect
the  physico-chemical  conditions  of  the  primary  melt.  Besides
muscovite,  cordierite,  garnet  and  Al

2

SiO

polymorphs  or  feld-

spars, biotite is the most important aluminium concentrator and
in biotite-dominated granitoids it directly determines the peralu-
minosity of magma (Zen 1988; Shabani et al. 2003). Biotite is
also a very useful and suitable indicator of the oxidation-reduc-
tion  state  in  a  melt  (Wones  & Eugster  1965;  Burkhard  1991,
1993). In this sense it can play an important role as discrimina-
tive tool in identification of some tectono-magmatic events un-
ravelling the granitoid petrogenesis (Barriére & Cotton 1979;
El Sheshtawi et al. 1993; Lalonde & Bernard 1993; Abdel-Rah-
man 1994; Hecht 1994; and others). Generally, biotite in the as-
sociation  with  K-feldspar  and  magnetite  –  through  its  annite
activity  –  may  be  used  to  calculate  the  temperature,  oxygen
fugacity and water fugacity in the parental magma.

Geochemistry of biotite in the Western Carpathian granitoids

studied in numerous contributions pointed to differences among
various  Variscan  granitoid  massifs  (Ďurkovičová  1966;  Petrík
1980;  Fejdi  &  Fejdiová  1981).  Petrík  (1980)  and  Buda  et  al.

Biotite from Čierna hora Mountains granitoids (Western

Carpathians, Slovakia) and estimation of water contents

in granitoid melts

KATARÍNA BÓNOVÁ

1

, IGOR BROSKA

2

 and IGOR PETRÍK

2

1

Institute of Geography, Faculty of Sciences, Pavol Jozef Šafárik University, Jesenná 5, 040 01 Košice, Slovak Republic;

katarina.bonova@upjs.sk

2

Geological Institute of the Slovak Academy of Sciences, Dúbravská cesta 9, 840 05 Bratislava, Slovak Republic;

igor.broska@savba.sk;  igor.petrik@savba.sk

(Manuscript received February 9, 2009; accepted in revised form June 25, 2009)

Abstract: Biotite is the dominant ferromagnesian mineral in different granites from the Čierna hora Mountains, in the
Western Carpathians (Slovakia). A higher content of Fe

3+ 

(up to 20 %) is characteristic for the biotites from I-type Soko

and Sopotnica granitoid bodies in contrast to the biotites from S-type Ťahanovce granitoids showing decreased Fe

3+

 amount

(around 5 %). The Fe/(Fe + Mg) ratio in biotites from the Soko  and Sopotnica massifs between 0.47 and 0.54 is rather low
with respect to that in biotite from the Ťahanovce [Fe/(Fe + Mg) = 0.55—0.63] and Miklušovce [Fe/(Fe + Mg) = 0.73—0.81]
granite body. Water fugacities and contents calculated using Wones’ (1981) calibration of biotite stability equation and
Burnham’s (1994) water dissolution model yield relatively similar values of 4—5 wt. % in remaining melts at 400 MPa and
various levels of f

O

2

 and activities of annite for magnetite-bearing assemblages. This suggests an effective buffering role of

biotite in both oxygen and water fugacities. Comparison of the peraluminosity index (A/CNK) of biotite with the same
index in whole-rock shows distinctly higher A/CNK values for biotite indicating its aluminous character and important
role as a significant aluminium carrier. The biotite composition indicates that granitoids in the Čierna hora Mts can be
primarily derived from the lower crust; their protolith was influenced by mixing and/or assimilation process.

Key words: Variscan orogeny, Western Carpathians, water content, granitoids, biotite, oxygen fugacity, Mössbauer
spectroscopy.

(2004) determined the genetic relations between biotite compo-
sitions using its Fe/Mg ratio and crystallizing magma. The eval-
uation of water content in magma of granitoid rocks based on
biotite composition was carried out by Petrík & Broska (1994)
in  Tribeč  Mts.  The  first  data  on  biotites  from  the  Čierna  hora
granitoids  were  introduced  by  Jacko  (1984)  who  assumed
the presence of Fe-biotite in these granitoid rocks. From the cor-
relation between biotite composition and morphology of zircon
(sensu Pupin 1985) Jablonská et al. (1995) inferred that grani-
toids from the Miklušovce Complex and the Ťahanovce area are
derived  from  crustal  melting  due  to  regional  anatexis  and/or
melting induced by rising of granitic or more basic melts. Bi-
otite composition from the Soko  and Sopotnica granitoids cor-
responds to that of biotites from hybrid granites (l.c.).

In this paper, new mineralogical, petrological and geochem-

ical  data  on  biotite  from  the  Čierna  hora  granitoids  are  pre-
sented.  The  purpose  of  this  study  is  to  discuss  new  and
existing biotite data in terms of oxygen and water fugacity in
parental magmas. These have been used to calculate their wa-
ter contents and derive information on melting processes rele-
vant to the origin and evolution of the Čierna hora granitoids.

I- and S-type granitoids in the Western Carpathians

The Variscan granitic cores of the Tatric Unit and the Vepor

pluton of the Veporic Unit represent separate intrusions with

background image

4

BÓNOVÁ, BROSKA and PETRÍK

independent  histories.  Geochemical  and  petrological  studies
revealed  criteria,  which  enabled  their  subdivision  into  S-,  I-
and A-type groups (Fig. 1a) (Cambel & Petrík 1982; Petrík et
al. 1994; Petrík & Kohút 1997; Kohút et al. 1999; Broska &
Uher 2001). These include mineralogical criteria – character
of  rock-forming  minerals  (Petrík  &  Broska  1994),  accessory
mineral  assemblage  including  zircon  typology  and  allanite-
monazite dichotomy (Broska & Uher 1991), magnetite-ilmenite
(Broska & Gregor 1992), the presence or absence of dark mi-
crogranular  enclaves  (Broska  &  Petrík  1993a).  The  S-type
granite  group  is  generally  characterized  by  ferruginous,  Al-
and Ti-rich biotite containing 0—8 % (typically 3—5 %) of fer-

ric  iron  component,  which,  together  with  lacking  magnetite,
indicate  reducing  conditions  during  magma  crystallization
(Petrík & Broska 1994). The suite of S-type granitoids is dated
to the period 360—340 Ma (Finger et al. 2003).

The  biotite  from  I-type  granitoids,  in  amount  typically

10—15 vol. %,  is  Mg-dominant  [Fe/(Fe + Mg) = 0.4—0.5]  and
oxidized (15 % of ferric iron). It associates with magnetite, al-
lanite  and  titanite  indicating  the  oxidized  character  of  this
group  (Petrík  &  Broska  1994;  Petrík  &  Kohút  1997).  The
suite of I-type granitoids seems to have originated in two sepa-
rate events: the first, coeval with S-type granitoids, emplaced
in  the  Late  Devonian—Mississippian  period  (360—340 Ma)  as

Fig. 1.  a – Schematized map of the distribution of Variscan West-Carpathian granitoids. Explanations: MK – Malé Karpaty Mts, T – Tribeč
Mts, PI – Považský Inovec Mts, SMM – Suchý and Malá Magura Mts, Z – Žiar Mts, MF – Malá Fatra Mts, VF – Ve ká Fatra Mts,
NT  – Nízke Tatry Mts, VT – Vysoké Tatry Mts, V – Vepor Mts, B – Branisko Mts, CH – Čierna hora Mts. b – Schematic geological map
of the Čierna hora Mts (Bezák et al. 2004a) partly modified. Stars show sample location. Explanations: 1 – sedimentary filling (Neogene—Quater-
nary), 2 – sedimentary filling (Paleogene—Upper Cretaceous). Hronicum: 3 – Čierny Váh development, 4 – clastic and volcanic sequences.
Tatricum: 5 – Mesozoic formations with J—C

1

 shallow water sediments, 6 – clastic sediments (Upper Paleozoic). Variscan tectonic units in

crystalline basement: 7 – Upper lithotectonic unit, 8 – Middle lithotectonic unit. Veporicum: 9 – sequence of Ve ký Bok (T—C

1

), 10 – cover

sequence (Upper Paleozoic), 11 – Suite of I-type granitoids, 12 – Suite of S-type granitoids. Lodiná, Miklušovce and Bujanová Complexes are
retired according to Jacko (1985).

background image

5

BIOTITE AND WATER CONTENTS IN GRANITOID MELTS FROM ČIERNA HORA MTS (W CARPATHIANS)

the result of partial melting in the thickened Variscan colli-
sional-accretionary  wedge  (Broska  &  Uher  2001;  Finger  et
al.  2003).  The  intrusion  of  the  second  group  between  ca.
320—300 Ma  (the  middle/Late  Carboniferous;  Broska  et  al.
1990;  Bibikova  et  al.  1990)  was  probably  associated  with
crustal collapse and following a thermal event was contribut-
ed  by  infracrustal  or  mantle  material  (Kohút  et  al.  1999;
Petrík 2000; Broska & Uher 2001; Gawęda et al. 2005; Poller
et al. 2005). The Variscan S- and I-type magmatism was fol-
lowed by a Permian event producing distinct A-type and spe-
cialized S-type granite magmas of the Veporic and Gemeric
Units, respectively (Petrík et al. 1994, 1995; Uher & Broska
1996; Finger et al. 2003).

The  above  S/I-type  subdivision  is  supported  by  isotope

data,  which  indicate  different  source  material  and  different
melting conditions for the I- and S-type granitoids (Krá  1994;
Kohút & Nabelek 1996; Kohút et al. 1999; Petrík 2000; Poller
et al. 2001, 2005; Kohút & Recio 2002).

Geological setting

The  Čierna  hora  Mts  is  the  easternmost  morphostructural

elevation  of  the  Veporic  Unit  in  the  Central  Western  Car-
pathians  (Fig. 1b).  This  unit  is  composed  of  the  basement
rocks  and  Upper  Paleozoic-Mesozoic  cover  sequences.    The
characteristic  basement  rocks  are  medium-  to  high-grade
metamorphosed schists and gneisses intruded by granitoids.
Granitoid  rocks  are  represented  by  several  types  involving
biotite  granodiorites  to  tonalites,  biotite-muscovite  granites
and  leucogranites.  Jacko  (1985)  distinguished  three  litho-
structural complexes within the Čierna hora crystalline base-
ment:  1  –  the  Lodiná,  2  –  the  Miklušovce  and  3  –  the
Bujanová Complex. The selected complexes as well as con-
tacts  between  the  crystalline  basement  and  cover  envelope
sequences  are  tectonic  (l.c.).  According  to  the  Variscan
structure  of  the  Central  Western  Carpathians  (sensu  Bezák
1994;  Bezák  et  al.  1997),  the  granite-free  Lodiná  Complex
belongs to the Middle lithotectonic unit, whereas the Miklu-
šovce and Bujanová Complexes with presence of granitoids
belong to the Upper lithotectonic unit (Jacko et al. 1995).

The Miklušovce Complex is built by strongly diaphtorized

migmatites,  gneisses,  amphibolites  and  intrafolial  leucogran-
ite bodies. The best exposed aplitic granites are known in the
Vyšná  dolina  Valley  and  Predná  dolina  Valley.  The  K/Ar
muscovite  dating  of  aplitic  granite  from  the  Predná  dolina
Valley  locality  shows  the  age  of  259 Ma  (cf.  Cambel  et  al.
1990).

On the basis of existing datings, the Bujanová Complex is

characterized  by  the  presence  of  Neo-Variscan  (Bujanová,
Sopotnica,  Ve ká  Lodina,  Soko )  and  Meso-Variscan  grani-
toids  (Ťahanovce).  The  Rb/Sr  biotite  dating  from  the  Soko
area (borehole SGR-V-10; Grecula et al. 1977) shows age of
310 ± 21 Ma (Kovach et al. 1986). The age 309 Ma (K/Ar dat-
ing)  for  these  granitoids  was  reported  by  Jacko  &  Petrík
(1987).  The  age  of  around  350 Ma  was  obtained  by  CHIME
monazite  dating  from  granitoids  in  the  Ťahanovce  area
(Bónová  2006).  Detailed  petrographic  characteristics  of  the
crystalline basement of the Bujanová Complex were given by

Jacko (1975, 1978), and the granitoid rocks were described by
Jacko & Petrík (1987).

Investigated samples

The  investigated  samples  cover  all  main  granitoid  massifs

in  the  Bujanová  Complex.  Samples  ČH-SK1  and  ČH-SK2
(Soko  massif) have been taken from the Uhrinče Valley ap-
proximately  1.5 km  NW  from  the  village  of  Soko .  Samples
ČH-SP and ČH-150 (Sopotnica massif) are from the Sopotnica
Valley  approximately  1.75 km  NE  of  the  village  of  Ve ká
Lodina. The ČH-BJN sample (Bujanová massif) was collected
from the road cut of Košické Hámre—Ružín, ca. 950 m NE of
elevation point 780.8. The samples ČH-TH1 and ČH-TH2 are
the  biotite  granodiorites  (Ťahanovce  massif)  taken  from  a
large quarry situated ca. 2 km NW from Košice. The sample
ČH-HAG (Miklušovce Complex) comes from the Predná doli-
na  Valley  locality,  approximately  800 m  E  of  elevation
point 689 (Fig. 1b).

Analytical methods

The  chemical  composition  of  biotite  was  obtained  by  the

electron microprobe (CAMECA SX-100 housed in the labora-
tories  of  the  State  Geological  Institute  of  Dionýz  Štúr  in  Bra-
tislava) and the analyses were supplemented from the literature
(Jacko  & Petrík  1987;  Jablonská  1992).  Operating  conditions
included an accelerating voltage of 15 kV and beam current of
20 nA. Analyses of individual elements in biotite were carried
out using the following standards: K – orthoclase, Na – albi-
te, Si and Ca – wollastonite, Al—Al

2

O

3

, Mg—MgO, Fe – he-

matite,  Ti—TiO

2

,  Cr  –  chromite,  and Mn  –  rhodonite.

Calculation of biotite structural formula was based on 22 (O)
or 24 (O, OH).

The  concentrates  of  biotite  were  obtained  using  standard

mineral separation procedures: rock crushing, sieving, prelim-
inary concentration on a Wilfley table, heavy liquid and final-
ly magnetic separation.

Mössbauer spectroscopy technique (Department of Nuclear

Physics and Technics, Slovak Technical University, Bratislava)
was  used  on  six  biotite  concentrates  with  purity  better  than
99.9 %. All spectra were obtained at room temperature using a

57

Co  rhodium  matrix  source.  Data  were  collected  on  512

channels. To minimize possible oxidation of iron the minerals
were not pulverized. The adverse effects of preferred orienta-
tion on relative intensities of peaks in spectrograms were elim-
inated  according  to  Dyar  &  Burns  (1986).  The  biotites,  in
which the oxidation state of iron was determined namely two
biotite  separates  (ČH-TH1,  ČH-TH2)  from  the  Ťahanovce
area, two biotite separates (ČH-SK1, ČH-SK2) from the Soko
massif  and  the  same  number  of  samples  (ČH-SP,  ČH-150)
from the Sopotnica massif, were analysed in the course of this
study  by  electron  microprobe  (see  above).  On  the  basis  of
Mössbauer  spectroscopy  results  the  total  FeO  content  was
divided into Fe

2

O

3

 and FeO values.

Major and trace element analyses of whole rocks were de-

termined  by  ICP-MS  spectrometry  at  the  ACME  Analytical
Laboratories (Vancouver) Ltd., Canada.

background image

6

BÓNOVÁ, BROSKA and PETRÍK

  Sample 

Pl 

Qtz 

Kfs 

Bt 

Ms 

Ep  Ttn  Ap  Mt 

ČH-TH2  51.8  25.3       8 

  9.4    2.7  0.7  0.1  2.3  0.1 

  ČH-SP 

52.4  26.8    2.1 

14.6    0.2  1.3  0.9  1.6  0.7 

ČH-SK2  65.9  17.7    1.7 

10.3      0.13  1.1  1.4  1.8  1.1 

 ČH-HAG  22.8  39.2  23.8 

  3.4  10.1 

– 

–  0.4  0.1 

Results

Petrographical and geochemical characteristics of granitoids

Soko , Sopotnica and Bujanová granite bodies. The main

rock  types  in  the  Soko ,  Sopotnica  and  Bujanová  granite
massifs  are  represented  by  medium-grained  undeformed  bi-
otite  granodiorite  to  tonalite.  Dominant  are  plagioclase,
quartz, biotite and K-feldspar and accessories such as zircon,
apatite, titanite, allanite and magnetite (Table 1). Plagioclase
forms euhedral to subhedral prismatic crystals and occasion-
ally  encloses  biotite  flakes  or  accessories.  It  is  commonly
zoned:  rim  An

27

,  core  An

33

  (Bónová  2006).  Some  plagio-

clases exhibit a reversed zoning indicating mixing processes
(Słaby et al. 2007). Alkali feldspar occurs as a minor intersti-
tial phase with An-content usually  < 1. Biotite forms subhe-
dral  sporadically  euhedral  dark  brown  flakes  which  vary  in
size from 0.3 to 2 mm. It commonly encloses scattered pri-
mary accessories – apatite and zircon. The presence of nu-
merous  minute  inclusions  of  primary  accessories  trapped
during biotite growth, suggests, along with biotite intersticial
grain  position,  its  primary  magmatic  origin.  The  magmatic
origin  is  also  supported  by  their  chemical  composition
(Fig. 2).  An  incipient  chloritization  alters  biotite  crystals
from  their  margins  or  along  cleavage.  Secondary  Ca-rich
mineral phases, such as epidote and titanite, crystallize at the
expense of biotite resulting in the loss of TiO

2

 (the B field in

Fig. 2). However, primary euhedral titanite also occurs in the
tonalites. Early-crystallized apatite is abundant in biotite, the
apatite crystals located inside and on rims of the primary ti-
tanite probably represent a younger generation (Broska et al.
2004, 2006). Late-magmatic magnetite occurs in characteris-
tic aggregates with titanite and apatite (Fig. 3a). It is almost

Table 1: Modal analyses of representative Čierna hora granitoids.

Fig. 2. Composition of biotites in the 10 TiO

2

—FeO*—MgO ternary

diagram (Nachit et al. 2005). A – domain of primary magmatic bi-
otites, – domain of reequilibrated biotites, – domain of neo-
formed biotites.

Fig. 3.  a – BSE image of magnetite overgrown by titanite and enclos-
ing apatite (Soko , ČH-SK2). b – BSE image of titanomagnetite over-
grown by magnetite and enclosing apatite (Soko , ČH-SK2). c – BSE
image of strongly altered ilmenite to rutile (Ťahanovce, ČH-TH2).

background image

7

BIOTITE AND WATER CONTENTS IN GRANITOID MELTS FROM ČIERNA HORA MTS (W CARPATHIANS)

pure, typically unzoned and shows a maximum TiO

2

 content

of  0.17 wt. %  (i.e.  0.5 %  Usp).  Early  titanomagnetite  is  ex-
tensively  oxy-exolved  (fine  exsolution  lamellae  of  ilmenite
within  titanomagnetite  as  a  breakdown  product  are  typical
features) (Fig. 3b). The predominating morphological zircon
types  from  tonalites  according  to  Pupin  (1980)  are  S

12

  and

S

17

; S

22—24

 types (Jablonská 1993).  Zircon grains display os-

cillatory zoning, typical of the magmatic growth.

Major and trace elements in the investigated rocks are list-

ed  in  Table 2.  The  content  of  SiO

2

  in  tonalite  ranges  from

61.6 to 63.4 wt. %. Their main feature is a metaluminous to

Granite  
type 

S I/S  I  I  I 

 

ČH-HAG  ČH-TH2  ČH-BJN  ČH-SK2 

ČH-SP 

SiO

2

 

     75.22       65.08 

     65.68 

     61.62 

     63.42 

Al

2

O

3

 

     13.59       16.8 

     15.84 

     17.19 

     17.11 

Fe

2

O

3

 

       1.14         4.09 

       3.87 

       5.1 

       4.36 

MgO 

       0.27         1.55 

       1.41 

       2.22 

       1.86 

CaO 

       0.33         2.66 

       2.7 

       3.54 

       3.5 

Na

2

       2.99         4.42 

       4.08 

       4.34 

       4.45 

K

2

       4.92         2.35 

       3.01 

       2.43 

       2.18 

TiO

2

 

       0.10         0.60 

       0.58 

       0.92 

       0.76 

P

2

O

5

 

       0.19         0.30 

       0.25 

       0.33 

       0.28 

MnO 

       0.01         0.07 

       0.06 

       0.07 

       0.07 

LOI 

       1.0 

       1.8 

       2.2 

       1.9 

       1.6 

Total 

     98.76       97.93 

     97.48 

     97.76 

     97.99 

Ba 

 1605 

 1117 

 1323 

 1073 

 1247 

Be 

       1 

       3 

       2 

       2 

       2 

Sc 

       5 

       8 

       7 

       6 

       6 

Co 

       0.6 

       9.1 

       8 

     11.3 

       9.9 

Cs 

       4.6 

       1.6 

       3.1 

       1.6 

       1.8 

Ga 

     17.4 

     22.2 

     21.9 

     19.5 

     23.6 

Hf 

       5.4 

       7.2 

       7 

       5.9 

       6.9 

Nb 

       7 

     10.1 

       7.1 

       6.6 

       9.5 

Rb 

   267.8 

     65.7 

     74.5 

     66.5 

     54.2 

Sn 

       6 

       2 

       3 

       2 

       2 

Sr 

     58.6 

   707.6 

   674.7 

   924.4 

 1030 

Ta 

       1.2 

       0.6 

       0.4 

       0.4 

       0.5 

Th 

       6.8 

     18.1 

     13 

     14.6 

     10.9 

       9.9 

       2.8 

       2 

       1.3 

       1.6 

       9 

     65 

     72 

   113 

     92 

       4.1 

     14.7 

     <0.5 

     <0.5 

     <0.5 

Zr 

   160.7 

   248.4 

   239 

   224.4 

   244.7 

     26.7 

     22 

     12.5 

       8.8 

     20 

Mo 

       0.3 

       0.4 

       0.2 

     <0.1 

       0.2 

Cu 

       8.4 

     11.2 

       7.8 

       9.5 

       6.2 

Pb 

       6.3 

     10 

     11 

     10.2 

       8 

Zn 

       8 

     78 

     84 

   100 

     99 

Ni 

       1.3 

       5.1 

       6.9 

       8.9 

       7.9 

As 

     81.5 

       2.6 

       1.1 

       1.1 

       1.7 

Sb 

       2.8 

       0.3 

       1.2 

     <0.1 

       0.2 

La 

       9.4 

     70 

     48 

     82.5 

     54.7 

Ce 

     20.9 

   137.9 

     91.5 

   157.9 

   108.2 

Pr 

       2.61       15.93 

     10.08 

     17.49 

     12.37 

Nd 

       8.2 

     58.4 

     36.3 

     61.7 

     43.9 

Sm 

       2.4 

       9.07 

       5.08 

       7.96 

       6.35 

Eu 

       0.21         1.78 

       1.36 

       1.86 

       1.85 

Gd 

       2.29         5.9 

       2.79 

       3.29 

       3.48 

Dy 

       3.18         4.43 

       1.82 

       2.35 

       2.92 

Tb 

       0.56         0.91 

       0.39 

       0.56 

       0.61 

Ho 

       0.67         0.83 

       0.3 

       0.33 

       0.59 

Er 

       1.84         1.86 

       0.64 

       0.73 

       1.6 

Tm 

       0.34         0.3 

       0.11 

       0.17 

       0.25 

Yb 

       2.14         1.79 

       0.68 

       2.37 

       1.46 

Lu 

       0.31         0.25 

       0.11 

       0.35 

       0.2 

Table 2: Chemical composition of the investigated granitoids. Ox-
ides in wt. %, trace elements in ppm.

subaluminous  character  (A/CNK = 0.93  to  1.07),  predomi-
nance of Na

2

O over K

2

O as well as elevated CaO, MgO and

TiO

2

 contents. High concentrations of Zn (ca. 100 ppm) re-

flect  significant  modal  abundance  of  opaque  oxides.  The
REE patterns do not show negative Eu anomaly (Eu/Eu* ~ 1)
reflecting the higher temperature and fugacity O

2

 in magma

(Drake  1975)  or  a  cumulate  character  of  the  studied  rocks
caused  by  accumulation  of  plagioclase  crystals  (Cambel  &
Vilinovič  1987;  Jacko  &  Petrík  1987).  Geochemistry  fea-
tures as well as rock-forming and accessory mineral assem-
blage confirm the I-type affinity of these rocks.

Ťahanovce  granitoid  massif.  Medium-  to  coarse-grained

biotite  granodiorite  is  characteristic  of  this  massif.  The  pri-
mary magmatic minerals are plagioclase, quartz, K-feldspar,
biotite  and  accessory  minerals  –  apatite,  zircon,  monazite,
ilmenite,  magnetite ± titanite ± allanite.  Epidote,  sericite,  cal-
cite and chlorite present in small quantities are the secondary
phases.

Plagioclase forms euhedral to subhedral prismatic crystals

twinned  according  to  albite  law.  It  locally  encloses  quartz
and biotite. It is commonly zoned with anorthite component
between An

in

 

rim and An

17 

in core. Alkali feldspar occurs

as a minor interstitial phase enclosing quartz, plagioclase oc-
casionally  biotite. Biotite  (maximum  1.7 mm  in  size)  forms
subhedral  dark  brown  flakes  which  are  often  pressure-
kinked. The biotite is locally fully replaced by chlorite form-
ing  pseudomorphs.  Biotite  commonly  encloses  primary
accessories – apatite, zircon and monazite indicating its pri-
mary magmatic origin. Magnetite is rare, a single grain was
found in the matrix. Ilmenite grains are altered to rutile (leu-
coxenization).  The  dissolution-reprecipitation  mechanism
seems  to  be  responsible  for  such  breakdown  being  docu-
mented by the formation of numerous pores (Fig. 3c). Zircons
are  mainly  represented  by  low  morphological  S  subtypes
(S

1

,

2

,

7

) less by S

12

,

17

 and L

2

,

3

 types with the mean point rep-

resented by subtype S

7

 (Jablonská 1993).

The biotite granodiorite in comparison to Soko  and Sopot-

nica  granitoids  is  more  peraluminous  (A/CNK  ratio  from
1.15 to 1.3), with low Th, U, Nb and Sr. The peraluminous
character of these granitoids is rather due to secondary alter-
ation than to primary peraluminous character of the protolith.
The SiO

2

 content throughout the rocks ranges widely between

65.1  and  71.1 wt. %.    Chondrite-normalized  REE  patterns  of
rocks are not significantly different from the pattern of tonalites
(Fig. 4) with negligible Eu anomaly (Eu/Eu* ~ 0.7). The gran-
ite shows S-type affinity.

Granites  of  the  Miklušovce  Complex.  The  Miklušovce

Complex  contains  abundant  aplitic  granite  dykes  exposed
mainly  in  the  Predná  dolina  Valley  locality,  in  thickness
reaching several tens of centimeters to several meters.

The  leucogranite  is  fine-grained,  massive-textured  rock

sporadically with features of cataclastic brittle deformation.
It  consists  of  K-feldspar,  plagioclase  (An

6

),  quartz,  biotite

and muscovite. The muscovite I is primary magmatic, mus-
covite II clearly grows at the expense of feldspar and biotite.
It is commonly intergrown with vermicular quartz. Biotite is
frequently baueritized. Apatite, zircon (S

7

, S

2,3—7

, S

12

 and L

1—4

morphological types; Jablonská 1993) garnet and negligible
opaque minerals occur as accessories. The representative mi-

background image

8

BÓNOVÁ, BROSKA and PETRÍK

croprobe  analyses  of  some  rock-forming  minerals  (wt. %)
are listed in Table 3.

Geochemistry of leucogranite from the Miklušovce Complex

indicates  more  a  fractionated  magma  with  higher  SiO

2

~75.2 wt. %, Rb, Y and lower MgO, CaO, TiO

contents. The

more pronounced Eu-negative anomaly (ca. 0.3) and the low-
est value of the LREE (La

N

/Yb

N

= 2.96) are characteristic. A

slight  tetrad  effect  observable  in  the  REE  chondrite  normal-
ized pattern indicates the presence of strong fluid activity dur-
ing  cooling  of  the  magma  system.  Granites  from  the
Miklušovce Complex are probably the derivates of an S-type
granite suite.

Biotite chemistry

Čierna hora biotite chemistry corresponds to other granitoid

massifs  of  the  Western  Carpathians:  while  I-type  tonalites
contain  Mg-biotite  (Fe-phlogopite  to  Mg-siderophyllite  after
Rieder et al. 1998) with Fe/(Fe + Mg) = 0.44—0.54 and low alu-
mina  (total  Al = 2.7—3.1,  Al

IV

= 2.5),  the  S-type  granodiorites

contain Fe-biotite [Fe/(Fe + Mg) = 0.55—0.62 Ťahanovce], and

Fig. 4. Plot of REE patterns for the investigated granitoids normal-
ized according to Evensen et al. (1978).

Sample 

ČH-SK2 

ČH-TH2 

ČH-HAG 

point       Ilm 

  Mag 

     Pl  

Kfs 

Pl 

     Pl            Kfs 

SiO

2

             0.00      0.00   

  61.12 

    64.39      61.56      67.77      65.40 

TiO

2

          47.57      8.40   

    0.03 

      0.00        0.01        0.00        0.00 

Al

2

O

3

           0.02      0.03   

  24.50 

    18.51      24.39      20.29      18.36 

Fe

2

O

3

      10.15    49.89   

– 

– 

– 

– 

– 

FeO           34.14    38.13   

    0.09 

      0.18        0.20        0.08        0.06 

MnO           8.34      0.40   

    0.00 

      0.00        0.01        0.00        0.01 

MgO            0.09      0.02   

    0.00 

      0.00        0.02        0.00        0.00 

CaO            0.04      0.02   

    5.77 

      0.00        5.37        1.32        0.04 

BaO 

n.a. 

n.a.   

    0.13 

      0.62        0.05        0.00        0.00 

Na

2

n.a. 

n.a.   

    7.98 

      0.35        8.15      10.61        0.58 

K

2

n.a. 

n.a.   

    0.27 

    16.06        0.40        0.11      16.30 

P

2

O

5

 

n.a. 

n.a.   

    0.08 

      0.00        0.07 

n.a. 

n.a. 

Cr

2

O

3

          0.00      0.06   

n.a. 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

ZnO            0.15      0.00   

n.a. 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

V

2

O

5

            0.10      0.36   

n.a. 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

Total    100.6 

  97.30   

  99.9 

  100.1 

  100.2 

  100.2 

  100.8 

 

3 O         4 O                                               8 O 

Si              0.000      0.000   

    2.717        2.986        2.728        2.959        3.001 

Ti     

      0.901      0.248   

    0.001        0.000        0.000        0.000        0.000 

Al              0.001      0.001   

    1.284        1.012        1.274        1.044        0.993 

Fe

3+

 

      0.192      1.474   

 

 

 

 

 

Fe

2+

 

      0.719      1.251  Fe

tot

      0.003        0.007        0.007        0.003        0.002 

Mn              0.178      0.013   

    0.000        0.000        0.000        0.000        0.000 

Mg             0.003      0.001   

    0.000        0.000        0.002        0.000        0.001 

Ca               0.001      0.001   

    0.275        0.000        0.255        0.062        0.002 

Ba 

 

 

 

    0.002        0.011        0.001        0.000   

Na 

 

 

 

    0.688        0.032        0.701        0.898        0.051 

 

 

 

    0.015        0.950        0.023        0.006        0.955 

 

 

 

    0.003        0.000        0.003        0.000   

Cr             0.000      0.002   

 

 

 

 

 

Zn              0.003      0.000   

 

 

 

 

 

V               0.002      0.009   

 

 

 

 

 

Total        2.000      3.000   

    4.988        4.998        4.994        4.972        5.005 

  

X

ilm

 

      0.893   

X

Ab

      0.700        0.030        0.720        0.930        0.050 

X

hem

 

      0.107   

X

An

      0.280        0.000        0.260        0.060        0.000 

X

usp

 

 

    0.251  X

Or

      0.020        0.960        0.020        0.010        0.950 

X

mt

 

 

    0.749  X

Cs

      0.000        0.010        0.000        0.000        0.000 

Table 3: Representative microprobe analyses of rock-forming minerals (in wt. %)
from the Čierna hora granitoids. n.a. – not analysed. Ferrous and ferric ratio in
Fe-Ti oxides calculated according to Droop (1987).

leucogranite  (Miklušovce)  with  Fe-rich  biotite
Fe/(Fe + Mg)  ~ 0.74.  Proportions  of  octahedral
cations are shown in diagram (Fig. 5) after Foster
(1960).  Compared  to  the  Tribeč  I-type  tonalite,
the primary biotites from the Soko  and Sopotni-
ca  massifs  are  relatively  rich  in  TiO

2

:  2.4—3.6,

2.1—3.6 wt. %,  respectively  (Jablonská  1992;
Table 4).  This  is  consistent  with  the  less  abun-
dant  titanite  than  in  the  Tribeč  tonalite.  The
lower  TiO

content  (2.7 wt. %)  in  biotite  from

the  Miklušovce  Complex  corresponds  to  more
evolved  granite.  A  slightly  elevated  TiO

2

  is

found in biotite from the Ťahanovce massif (to
2.6—3.7 wt. %).  The  increasing  biotite  Fe/Mg
ratio correlates well with total alumina concen-
tration (Figs. 5, 6) reflecting the increased activ-
ity of alumina from biotite tonalite to two mica
leucogranite.

The  composition  of  biotites  from  the  Soko ,

Sopotnica  and  Bujanová  granitoid  massifs  im-
plies  high  Mg  values  and  a  relatively  low  Al

VI

content (Fig. 7). The centres of grains are slightly
more  Mg-rich  compared  to  crystal  margins  in
Soko   biotite.  The  trend  of  iron  enrichment  in
rims indicates a decrease in temperature and/or
an  increase  in  the  water  content.  The  composi-
tions of biotite in leucogranite from the Miklu-
šovce  Complex  are  the  most  Fe-rich  and  show
low Mg and high Al

VI 

amounts.

Comparison  of  the  peraluminosity  index  (A/

CNK)  of  biotite  with  the  same  index  in  whole
rock  (Fig. 8)  shows  distinctly  higher  A/CNK
values  for  biotites  indicating  their  aluminous
character and important role as a significant alu-
minium  carrier  in  Čierna  hora  granitoids,  since
cordierite, garnet or the Al

2

SiO

5

 polymorphs are

missing  in  these  rocks.  The  subordinate  amount
of  muscovite  in  granodiorites  and  tonalites,

which  occasionally  forms  symplectitic  intergrowths  with
quartz, is a product of secondary alterations. An exception is

background image

9

BIOTITE AND WATER CONTENTS IN GRANITOID MELTS FROM ČIERNA HORA MTS (W CARPATHIANS)

Fig. 5. Octahedral cations of biotites from granitoids shown in the
Foster (1960) diagram.

Fig. 6. Composition of biotites from Čierna hora granitoids plotting
Fe/(Fe + Mg) vs. Al diagram; Fe = Fe

2+

+ Fe

3+

. Biotite compositions

from  the  Miklušovce  Complex  are  taken  from  Jablonská  (1992).
Symbols are the same as in Fig. 2.

Fig. 7.  Al

VI 

vs.  Mg  diagram  for biotites  from  Čierna  hora  grani-

toids. Biotite compositions from the Miklušovce Complex and part-
ly  Bujanová  Complex  are  taken  from  Jablonská  (1992).  Symbols
are the same as in Fig. 2.

Fig. 8. Plot of A/CNK ratio (molar Al

2

O

3

/(CaO + Na

2

O + K

2

O)) of

biotite vs. whole-rock values for all studied samples.

the  highest  Al

VI

  in  biotite  of  the  Miklušovce  granite  which

results from the presence of primary magmatic muscovite. In
the biotite discrimination diagrams of Abdel-Rahman (1994),
Sopotnica,  Soko   and  Bujanová  granitoid  massifs  fall  in  the
calc-alkaline field. On the other hand, biotites from Ťahanovce
massifs  are  plotted  between  the  calc-alkaline  and  peralumi-
nous fields and, biotites from Miklušovce Complex leucog-
ranites in the peraluminous field (Fig. 9).

Biotite as an indicator of oxygen and water fugacity

On the basis of contraction of the c-axis of the biotite unit cell

with increasing Fe

3+

, Wones & Eugster (1965) suggested posi-

tions of the biotite solid solution in the system Fe

2+

—Fe

3+

—Mg,

which since then have been used for a crude estimate of f

O

2

 if

we know primary Fe

3+

/Fe

tot

 biotite ratios. Our results of bi-

otite Mössbauer spectroscopy indicate more oxidized condi-
tions  for  Soko   and  Sopotnica  granitoids  (Table 5):
Mg-biotites  with  respective  Fe

3+

  contents  16.3 %,  and  to

21.1 %. The Fe-biotites from the Ťahanovce granitoid body
imply more reducing conditions (Fe

3+

~4.9 % of Fe

tot

). Rep-

resentative  Mössbauer  spectra  of  two  contrasting  biotite
samples are shown in Fig. 10.

In  the  Fe

2+

—Fe

3+

—Mg  ternary  diagram  (Wones  & Eugster

1965)  (Fig. 11),  the  comparison  of  biotite  compositions  with
common  oxygen  buffers  (quartz—fayalite—magnetite,  QFM,
nickel—nickel  oxide,  NNO  and  hematite—magnetite,  HM)
shows biotites from the Soko  and Sopotnica granitoids plot-
ted above the NNO buffer. In contrast, biotites from the Ťaha-
novce massif fall mainly on the QFM buffer.

The  importance  of  granitoid  biotite  rests  in  its  assemblage

with K-feldspar and magnetite, which acts as a buffer of oxy-
gen  and  water  fugacities  in  the  magma  (Wones  &  Eugster
1965; Czamanske & Wones 1973):

KFe

3

AlSi

3

O

10

(OH)

2

+

1

/

2

O

2

= KAlSi

3

O

8

+ Fe

3

O

4

+ H

2

O       (1)

               ann                              Kfs         mag

Through its annite activity (a

ann

) biotite reflects sensitively

the fugacities of oxygen and water in magma. In a solidify-
ing magma the a

H

2

O

 increases with decreasing T due to crys-

tallization of anhydrous phases. Concomitantly, when f

O

2

 

of

background image

10

BÓNOVÁ, BROSKA and PETRÍK

the magma is buffered, a

ann

 in biotite increases through reac-

tion  of  K-feldspar  with  magnetite,  with  resulting  growth  of
the Fe

2+

/ (Fe

2+

+ Mg) ratio. When f

O

2

 is allowed to decrease,

at  the  same  temperature  and  f

H

2

O

,  biotite  also  reacts  by  in-

crease of a

ann

, either by decrease of Fe

3+

/ Fe

tot

 or by increase

of Fe

2+

/ (Fe

2+

+ Mg) ratios. Therefore, less oxidized, more leu-

cocratic S-type granitoid melts always contain more iron-rich

Table 4: Chemical composition of biotites from selected Čierna hora granitoids. c – core, c/r – transitional zone, r – rim.

biotites (coexisting with ilmenite rather than magnetite). For
buffered  biotite  compositions  the  relative  content  of  Fe

3+

(i.e. Fe

3+

/ Fe

tot

) is approximately constant its percentage de-

pending on the f

O

2

 (buffer). If we are able to estimate the f

O

2

in  the  magma  (best  through  coexisting  Fe-Ti  oxides,  which
may  provide  precise  estimates  of  both  oxygen  fugacity  and
temperature) and activities of magnetite and K-feldspar with

Fig. 9. The plot of biotites from Čierna hora granitoids on the Abdel-Rahman (1994) discrimination diagrams. Oxides are in wt. %. Sym-
bols are the same as in Fig. 2.

 

Locality Sokoľ massif 

Sopotnica massif 

Ťahanovce massif 

Bujanová massif 

Miklušovce 

Complex 

Sample 

ČH-SK2 

ČH-SP 

ČH-TH2 

ČH-BJN 

ČH-HAG 

Point 

Bt c 

Bt c/r 

Bt r 

Bt 1 

Bt 2 

Bt 1 

Bt 2 

Bt  c 

Bt r 

Bt c 

Bt r 

SiO

2

 

37.06 36.78 37.01 36.63 

36.33 

36.25 35.44 36.24 36.12 35.83 36.30 

TiO

2

 

  3.55 

  3.53 

  3.58 

  3.10 

  3.01 

  2.80 

  2.61 

  3.28 

  2.78 

  2.74 

  2.70 

Al

2

O

3

 

16.13 15.97 15.73 16.17 

15.59 

16.82 16.95 16.48 16.04 16.33 16.98 

FeO

tot

 

 

 

 

 

 

 

 

21.61 22.58 26.31 26.00 

Fe

2

O

3

 

  3.47 

  3.55 

  3.63 

  4.38 

  4.39 

  1.13 

  1.23 

 

 

 

 

FeO 

16.06 16.42 16.79 14.76 

14.79 

19.82 21.45  –

 

 

 

 

MnO 

  0.35 

  0.33 

  0.46 

  0.28 

  0.33 

  0.30 

  0.27 

  0.20 

  0.25 

  0.00 

  0.05 

MgO 

10.65 

10.39 

  9.89 

11.07 

10.65 

  9.01 

  8.56 

  9.50 

  9.67 

  5.39 

  5.20 

CaO 

  0.00 

  0.02 

  0.02 

  0.07 

  0.05 

  0.01 

  0.03 

  0.03 

  0.08 

  0.02 

  0.01 

Na

2

  0.08 

  0.10 

  0.07 

  0.00 

  0.01 

  0.12 

  0.13 

  0.13 

  0.07 

  0.08 

  0.02 

K

2

  9.80 

  9.68 

  9.86 

  9.14 

  9.54 

  9.38 

  8.78 

  9.50 

  9.33 

  9.55 

  9.48 

Cr

2

O

3

 

  0.00 

  0.00 

  0.02 

  0.03 

  0.00 

  0.01 

  0.00 

  0.00 

  0.00 

  0.00 

  0.00 

NiO 

  0.00 

  0.11 

  0.01 

  0.00 

  0.00 

  0.00 

  0.02 

  0.00 

  0.00 

  0.05 

  0.02 

  0.26 

  0.59 

  0.61 

  0.46 

  0.43 

  0.69 

  0.23 

  0.00 

  0.25 

  0.57 

  0.48 

Cl 

  0.05 

  0.05 

  0.05 

  0.04 

  0.04 

  0.03 

  0.05 

  0.07 

  0.06 

  0.03 

  0.04 

Total 

97.11 97.17 97.36 95.69 

94.72 

96.27 95.61 97.04 97.22 96.91 97.28 

calculated on the basis 24 O 

Si 

    2.758      2.752      2.771 

    2.751 

    2.768 

    2.767      2.729 

    2.746      2.752 

    2.797      2.806 

Al

IV

 

    1.242      1.248      1.229 

    1.249 

    1.232 

    1.233      1.271 

    1.254      1.248 

    1.203      1.194 

Al

VI

 

    0.173      0.161      0.160 

    0.182 

    0.168 

    0.280      0.267 

    0.218      0.192 

    0.299      0.353 

Ti 

    0.199      0.199      0.201 

    0.175 

    0.172 

    0.161      0.151 

    0.187      0.159 

    0.161      0.157 

Fe

3+

 

    0.194      0.200      0.204 

    0.248 

    0.252 

    0.065      0.071 

    0.000      0.000 

    0.000      0.000 

Fe

2+

 

    0.999      1.027      1.051 

    0.927 

    0.943 

    1.265      1.381 

    1.369      1.438 

    1.718      1.681 

Mn 

    0.022      0.021      0.029 

    0.018 

    0.021 

    0.019      0.017 

    0.013      0.016 

    0.000      0.003 

Mg 

    1.181      1.159      1.104 

    1.240 

    1.209 

    1.025      0.983 

    1.073      1.098 

    0.627      0.600 

Cr 

    0.000      0.000      0.001 

    0.002 

    0.000 

    0.001      0.000 

    0.000      0.000 

    0.000      0.000 

Ni 

    0.000      0.007      0.001 

    0.000 

    0.000 

    0.000      0.001 

    0.000      0.000 

    0.003      0.001 

Ca 

    0.000      0.002      0.002 

    0.005 

    0.004 

    0.001      0.002 

    0.003      0.006 

    0.002      0.001 

Na 

    0.012      0.015      0.011 

    0.000 

    0.001 

    0.018      0.019 

    0.019      0.010 

    0.012      0.004 

    0.931      0.924      0.942 

    0.876 

    0.927 

    0.913      0.862 

    0.918      0.907 

    0.951      0.935 

Total cat. 

    7.710      7.714      7.707 

    7.672 

    7.697 

    7.748      7.756 

    7.800      7.828 

    7.773      7.733 

    0.061      0.140      0.144 

    0.109 

    0.103 

    0.167      0.056 

    0.000      0.060 

    0.141      0.118 

Cl 

    0.006      0.006      0.006 

    0.005 

    0.005 

    0.004      0.007 

    0.009      0.008 

    0.004      0.005 

OH 

    3.933      3.854      3.850 

    3.886 

    3.892 

    3.830      3.937 

    3.991      3.933 

    3.855      3.876 

 

X

Fe

2+

 

    0.333      0.342      0.350 

    0.309 

    0.314 

    0.422      0.460 

– 

 

 

 

Fe/Fe+Mg      0.503      0.514      0.532 

    0.487 

    0.497 

    0.565      0.596 

    0.560      0.570 

    0.733      0.737 

background image

11

BIOTITE AND WATER CONTENTS IN GRANITOID MELTS FROM ČIERNA HORA MTS (W CARPATHIANS)

Fig. 10. Mössbauer spectra of two contrasting biotite samples from Ťahanovce (TH) and Sopotnica (SP) granitoids of the Čierna hora Mts.

Fig. 11. Composition of biotites from granitoids projected in Fe

2+

Fe

3+

—Mg diagram along with the three common f

O

2

 

buffers (Wones

& Eugster 1965). Symbols are the same as in Fig. 2.

or in a later calibration (Wones 1981):

log f

H

2

O

= 4819/+ 6.69+0.5log f

O

2

+ log a

ann

—log a

Kf

—log a

mag

—0.011(P-1)/T                                                                        (3)

where T is in °K, and activities are shown rather than molar

fractions. The activity of annite in biotite is not easy to calcu-
late, it was discussed by many authors who suggested various
ideal activity models, for example:

More  complicated  non-ideal  models  are  presented  by  In-

dares & Martingole (1985) or Benisek et al. (1996). The ac-
tivity  of  K-feldspar  is  0.6  for  magmatic  temperatures
(Czamanske & Wones 1973) and activity of most re-equili-
brated magnetites is close to 1. The f

H

2

O

 then can be calculat-

ed  from  (2,  3)  for  a  series  of  temperatures.  The  calculated
water  fugacity  in  magma  also  gives  the  water  activity
through the relation:

a

H

2

O

f

H

2

O

0

H

2

O

                                                                  (4)

where the 

0

H

2

O

 is the standard state water fugacity. On the

basis of water solubility models (Burnham 1979; Stolper 1982
or  Burnham  &  Nekvasil  1986)  it  is  possible  to  convert  the
a

H

2

O

  to  X

H

2

O

,  which  can  then  be  expressed  in  wt. %  (e.g.

Clemens  1984).  Here  we  use  Burnham’s  model  as  presented
in Burnham (1994) and Holloway & Blank (1994). The k val-
ue is calculated by eq. 7 of Burnham (1994) assuming the hap-
logranite  composition  for  the  late  crystallizing  melt
equilibrated with biotite. This is based on the observation that
biotite  in  succession  always  comes  after  An-rich  plagioclase
cores and coexists with albite enriched rims.

Table 5: Mössbauer parameters of the measured biotites: QS – qua-
drupole splitting, IS – isomer shift. Localities: ČH-TH: Ťahanovce,
ČH-SK: Soko , ČH-SP: Sopotnica, ČH-150: Sopotnica.

some certainty, the activity of annite in biotite may be used
to  derive  the  water  fugacity  through  the  reaction  (Wones
1972; Czamanske & Wones 1973):

log f

H

2

O

=7409/T+4.25+0.5log f

O

2

+log a

ann

—log a

Kf

—log a

mag

                                                                                           (2)

                      Fe

2+

 Fe

3+

 

 

QS

1

 IS

1

 QS

2

 IS

2

 QS

3

 IS

3

 Fe

2+

 Fe

3+

 

Sample 

mm/s mm/s mm/s  mm/s  mm/s  mm/s sum% sum% 

ČH-150 

2.63 

 

1  2.22 0.98 0.61 0.35 80.1 19.9 

ČH-SP 

2.62 

 

1  2.21 0.97 0.61 0.34 78.9 21.1 

ČH-SK1 

2.63 1.01 2.23 0.98 

 

 

 

0.6  0.34 84.1 15.9 

ČH-SK2 

2.62 

 

1  2.21 0.98 0.63 0.36 83.7 16.3 

ČH-TH1 

2.69 1.01 2.18 

 

 

0.46 0.37 95.7  

 

4.3 

ČH-TH2 

2.69 1.01 2.42 1.01 0.56 0.32 95.1  

 

4.9 

a

ann

=(X

Fe

2+

)

3

 (Mueller 1972; Wones 1972),

a

ann

=(X

Fe

2+

)

3

(X

OH

)

2

 (Czamanske & Wones 1973),

a

ann

=(X

Fe

2+

)

3

(X

K

)(X

Al

)(X

Si

)

3

(X

OH

)

2

/(X

0
Al

)(X

0

Si

)

3

 (Bohlen et al.

1980, X

refers to pure annite),

a

ann

=4X

Fe

M1

2+

(X

Fe

M2

2+

)

2

X

Al

T1

X

Si

T1

 

 (Holland & Powell 1990),

a

ann

=(X

Fe

2+

)

3

(X

K

)(X

OH

)

 (Nash 1993),

a

ann

=256/27(X

Fe

M2

)

2

X

Fe

M1

X

Al

IV

(X

Si

)

3

X

K

(X

OH

)

2

 

(Pati

ń

o  Douce

1993).

ñ

background image

12

BÓNOVÁ, BROSKA and PETRÍK

Discussion

Estimation of oxygen fugacity

In  Figure 11,  the  most  reducing  biotites  from  the  Ťaha-

novce  granitoid  body  plot  on  the  QFM  buffer,  while  the
more oxidized biotite analyses from the Soko  and Sopotnica
tonalites are shifted between the NNO and HM buffers. The
oxidizing conditions of the tonalite magma are also support-
ed  by  the  presence  of  titanomagnetite  and  euhedral  titanite
(Ishihara 1977; Wones 1989) in Soko  tonalite. The f

O

2

 vs. T

relationship  was  estimated  for  two  samples:  Soko   and
Sopotnica  tonalites.  The  conditions  for  the  Soko   magma
were  calculated  for  a  magnetite—ilmenite  pair  using  the  con-
version of atomic proportions to molar fractions according to
Stormer  (1983)  and  calibrations  of  Andersen  &  Lindsley
(1985) as presented in the ILMAT program (Lepage 2003). The
pair  indicates  an  increased  log  f

O

2

= — 13.94  to  —14.07  at

temperatures  = 768—784  °C.  The  fugacity  is  above  the  NN
buffer (

∆NN ranges between 0.27 and 0.52), which is in accord

with the oxidized character of the Soko  biotite (16.3 % Fe

3+

).

This  fugacity  was  used  for  calculations  of  the  Soko   biotite
stability curve (Table 6). The f

O

2

 in another tonalite from So-

potnica could not be calculated by oxybarometry because of
the  re-equilibrated  nature  of  magnetite.  This  re-equilibration
involved oxidation of the ulvöspinel component in Ti-magne-
tite producing titanite and magnetite (cf. Broska et al. 2006).
The f

O

2

 was therefore approximated by the buffer TMQA (ti-

tanite—magnetite—quartz—amphibole; Noyes et al. 1983) which
is ca. 1.45 log unit above the NNO buffer. The high oxidation
conditions of this buffer are consistent with the highest Fe

3+

 in

this biotite (0.211 %).

The derivation of water content in magma

The  water  content  is  calculated  for  the  above  two  samples

which  contain  the  required  assemblage  biotite + K-feldspar
+magnetite:  ČH-SK2  (Soko )  and  ČH-SP  (Sopotnica),  both
representing I-type tonalites. The other two granites (ČH-TH,
ČH-HAG)  either  do  not  contain  magnetite  or  K-feldspar  in
sufficient amounts (Table 1). The pressure estimate, 400 MPa,
for both samples is obtained from the mineral assemblage of
surrounding  metamorphic  rocks  which  were  formed  during
the  periplutonic  tectonothermal  event  (cf.  Jacko  et  al.  1990).
This value is similar to other pressure estimates from similar
metamorphic  rocks  intruded  by  granite  (Strážovské  vrchy
Mts, Vilinovičová 1990; or Ve ká Fatra Mts, Janák & Kohút
1996). The derivation of and H

2

O is based on the concept of

minimum water content in the melt of haplogranite composi-
tion  (Clemens  &  Vielzeuf  1987;  Johannes  &  Holtz  1996),
which allows us to obtain both parameters from intersection of
the  minimum  water  content  curve  with  the  biotite  stability
curve  in  the T-H

2

O  space  calculated  by  the  above  procedure

(Fig. 12). Comparison of three biotite activity – composition
models:  Czamanske  &  Wones  (1973),  Bohlen  et  al.  (1980)
and Pati

ń

o Douce (1993) shows that they result in the maxi-

mum of 10—23 % difference in final water contents depending
mostly on F concentrations. Fabbrizio et al. (2006) recently
experimentally tested several annite activity models and con-

cluded  that  the  partly  ionic  model  of  Czamanske  &  Wones
[a

ann

= ( X

Fe

2+

)

3

(X

OH

)

2

]  most  closely  follows  experimental

data. This activity model was used in the calculations. For the
K-feldspar activity the value 0.6 was used following Czaman-
ske & Wones (1973). Using the higher value a

Kfs

= 0.8 would

change the intersection to a lower water content by ca. 0.35 %
and higher T by 10 °C.

ČH-SK2:  Biotite  analyses  from  this  tonalite  show  slightly

more Fe-rich compositions for rim compared to centre (Ta-
ble 4,  ČH-SK2,  Bt-c  and  Bt-r)  probably  recording  an  effect
of  cooling.  The  oxygen  fugacity  derived  for  this  sample  is
log f

O

2

= —14.07 at = 768 °C. This temperature is lower than

zircon  saturation  (= 799 °C  for  Soko ),  which  is  in  accord
with  textural  relations  with  zircon  being  enclosed  in  biotite.
The  calculated  water  contents  of  the  intercepts  are  3.99  and
4.05 wt. % at = 772 and 769 °C for biotite core and rim, re-
spectively (Fig. 12, Table 6), close to the Fe-Ti oxide temper-
ature.  Although  the  difference  is  negligible  and  certainly
within the error of the estimate, the biotite rim seems to record
an increase in the water content of crystallizing melt at a slight
decrease in T. The derived H

2

O amounts refer to the remain-

ing  melt  coexisting  with  biotite,  K-feldspar  and  magnetite.
The growth of the biotite rim may record the build-up of H

2

O

resulting from concomitant feldspar + quartz crystallization.

ČH-SP:  This  tonalite  has  high  magnetite  and  titanite  con-

tents  (0.7,  0.9 %,  respectively)  but  only  0.1 %  of  K-feldspar
(Table 1). It contains the most Mg-rich and most oxidized bi-
otite from the Čierna hora Mts. The magnetite is mostly pure
and  commonly  overgrown  by  titanite.  Assuming  equilibrium
among  biotite,  K-feldspar  and  magnetite  the  intersection  of
the  curves  (Fig. 12,  Table 6)  gives  4.76 %  H

2

O  at  744 °C

(with a

mag

= 1). The highest H

2

O estimate at the lowest corre-

sponds to the high degree of crystallization necessary for the
precipitation of K-feldspar.

Table 6: Calculated melt and magma water contents for Čierna hora
granitoid  biotite  compositions  using  a

K—f

= 0.6,  a

mag

= 1  (except  in

Soko  with a

mag

= 0.853 (sensu model of Woodland & Wood 1994)

and  f

O

2

= NNO+0.52  according  to  mag-ilm  oxybarometry),

P= 400 MPa (Jacko et al. 1990), Mössbauer based Fe

3+ 

contents and

biotite stability curve (3) after Wones (1981). See text for details on
a

ann

 and buffers.

Sample 

ČH-SK2 

core 

ČH-SK2 

rim 

ČH-SP T88 

Locality Sokoľ Sokoľ Sopotnica Tribeč 
ann

1

 

      0.0345        0.0368        0.0262        0.0295 

Fe

3+

/Fe

tot

 

      0.163        0.163        0.211        0.157 

X mag 

      0.75 

      0.75 

      1 

      1 

mag

2

 

      0.852        0.853        1 

      1 

a san 

      0.6 

      0.6 

      0.6 

      0.6 

T zir °C 

  799.8 

  799.8 

  811 

  796 

T °C by intersection    772 

  769 

  744 

  739 

Buffer 

NN+0.52 NN+0.52  TMQA

3

 TMQA

3

 

P (MPa) 

  400 

  400 

  400 

  400 

H

2

O (T) wt. % 

      3.99 

      4.05 

      4.76 

      4.94 

Notes: 

1

 — Annite activity after Czamanske & Wones (1973), cf. Fabbrizio et al. 

(2006). 

2

 — After Woodland & Wood (1994). The calculations assume constant 

H

2

O in biotite 3.6 %. 

3 

 — TMQA ~ NN+1.45. Tribeč tonalite also shown for 

comparison. The annite activity in T88 recalculated with 0.3 % F in biotite 
analysis.  

ñ

background image

13

BIOTITE AND WATER CONTENTS IN GRANITOID MELTS FROM ČIERNA HORA MTS (W CARPATHIANS)

Fig. 12. Intersections of the calculated biotite stability curves with
the curve of minimum water content in the haplogranite system (af-
ter Johannes & Holtz 1996: fig. 2.24, 2.25).

A  procedure  similar  to  that  described  above  was  used  by

Petrík & Broska (1994) to derive melt water contents for two
types of biotite tonalite from the Tribeč Mts. Contrasting bi-
otite compositions along with accessory assemblages (magne-
tite vs. ilmenite) indicated different f

O

2

 in individual magmas

and higher water contents estimated for the I-type tonalite (ca.
5.2 %, TMQA buffer, 350 MPa) compared with the peralumi-
nous S-type biotite tonalite with only 2.3 % H

2

O (FMQ buffer,

250 MPa)  both  at  700 °C  and  using  earlier  calibration  by
Wones (1972). The recalculation of Tribeč I-type tonalite us-
ing the present procedure (Table 6) results in a slightly lower
water content of 4.94 % at a higher temperature of 739 °C.

Generally  small  differences  in  the  water  contents  of  all  to-

nalites (Soko , Sopotnica and Tribeč) indicate the buffering role
of biotite in the system annite—K-feldspar—magnetite—H

2

O. Bi-

otite effectively reacts to different oxygen fugacities by chang-
ing its annite activity and buffers water content in the melt.

Total water in the system

The  above  estimates  refer  to  the  remaining  melt,  the  total

water content in the system crystals+melt is lower than that in-
dicated by biotite composition. From the modal compositions
(Table 1) it follows that because of low content of K-feldspar
the assemblage biotite—magnetite—K-feldspar may have equil-
ibrated  only  at  high  degrees  of  crystallinity,  namely  when
much of plagioclase, quartz and biotite had crystallized. If we
estimate  that  after  80—85 %  crystallization  ca.  20—15 %  of
melt remains and the K-feldspar joined the assemblage, the to-
tal water in magma would be in the range 1—1.5 wt. % H

2

O.

Biotite and parental magma

Biotite composition may be a reliable indicator of the origin

of  the  parental  magma  (Burkhard  1993;  Lalonde  &  Bernard
1993; Aydin et al. 2003; Machev et al. 2004; and others). The
composition of biotite from the Soko  and Sopotnica massifs
–  relatively  high  Mg  and  low  Al

VI

  contents  –  reflects  a

slightly  fractionated  magma  (Hecht  1994).  This  is  typical  of
the I-type granitoids, where a contribution of mantle material

to melt and mixing process is assumed. The inverse zoning of
some  feldspars  in  the  Soko   tonalite  confirms  this  presump-
tion.  The  higher  Al

VI

  content  in  cores  combined  with  higher

Mg concentration in rims of some investigated biotites proba-
bly  resulted  from  later  transformation  by  fluids  during  late-
magmatic  events.  It  may  be  interpreted  by  the  increasing
partial  water  pressure  from  separated  fluids,  which  evolved
during  magma  crystallization,  emphasizing  a  more  oxidizing
regime  (Czamanske  &  Wones  1973;  Chivas  1981;  Burkhard
1993; Johannes & Holtz 1996). A subsequent increase of the
f

O

2

 in melt is suggested by the almost pure magnetite growing

during later stages of magma evolution (Fig. 3b). The biotite
in granodiorite from the Bujanová massif reflects almost iden-
tical features.

The higher Al

IV

 content in biotite from the Ťahanovce gran-

itoids  (cf.  Jablonská  1992;  Table 4)  compared  to  the  Soko
and  Sopotnica  biotites  supposes  its  precipitation  from  more
Al-rich  magma.  It  would  be  consistent  with  melt  which  was
generated  from  a  metapelitic  source  with  important  crustal
material contamination (Batchelor 2003).

The Fe content increases in primary biotites from all investi-

gated  granitoids  with  magma  crystallization  which  can  be
seen related to the solidification index of rock (cf. Speer 1984;
Fig. 13). While in Soko  and Sopotnica the host rock FeO

tot

/

(MgO + FeO

tot

) ratio is higher compared to the same ratio in

biotite, both ratios are similar in Ťahanovce, and biotite ratio
is significantly higher in the Miklušovce Complex. The dif-
ferences are explained by the iron bound in magnetite (0.66—
1.1 vol. %) at increased f

O

2

 and f

H

2

(e.g. Broska et al. 2006)

in the first case, the lack of the abundant magnetite in the sec-
ond case, and the presence of Mg-rich chlorite in the last case.

Lower  Mg  and  higher  Al

VI

  contents  in  biotites  from  the

Ťahanovce granites and especially from aplitic granites in the
Miklušovce  Complex  suggest  a  more  advanced  degree  of
magmatic fractionation (cf. Hecht 1994). High total Al and Fe
concentrations indicate a crustal source for the parental mag-
ma. The Fe, Al-rich, Si-poor biotite crystallized from a peralu-
minous  melt  originating  mostly  from  the  partially  melted
Al-rich continental crust (Buda et al. 2004). The presence of

Fig. 13. Relationship between Fe/(Fe + Mg) ratio in biotites (empty
symbols) and their host rocks (full symbols)  and the solidification
index  of  rock  100*MgO/(MgO + FeO + Fe

2

O

3

+ Na

2

O + K

2

O)  (cf.

Speer 1984).

background image

14

BÓNOVÁ, BROSKA and PETRÍK

subsolidus  (autometamorphosed)  biotite,  in  which  Al

VI 

con-

tent increases markedly and TiO

2

 amount partly decreases, is

also characteristic for these rocks.

Tectono-magmatic implication of biotite compositions

Consequently  the  biotite  chemistry,  granitoid  rocks  from

the  Čierna  hora  Mts  could  belong  to  two  different  granitoid
suites: (1) Granodiorites to tonalites from the Soko , Sopotni-
ca (and Bujanová) massifs (the Bujanová Complex) with the
affinity to the I-type granitoid suite with Mg-rich biotites, as
was assumed by Broska & Petrík (1993b), or to the magnetite
series of magmatic rocks (Ishihara 1977) suggested by Gregor
(1990). The I-type character of these granitoids is also docu-
mented  in  the  discrimination  diagrams  of  Abdel-Rahman
(1994).  (2)  Granitoid  rocks  from  Ťahanovce  massif  (the  Bu-
janová Complex) and mainly granitoids from the Miklušovce
Complex  display  affinity  to  the  S-type  granitoid  suite  as
shown by their Fe-rich biotites. The Al-rich biotites coexisting
with  primary  muscovites  in  the  Miklušovce  granites  indicate
their S-type character. A progressive increase of Fe and total
Al values in biotites is interpreted as reflecting conditions of
low  oxygen  fugacity  caused  by  significant  contributions  of
metasedimentary  material  to  the  magma,  either  by  assimila-
tion or anatexis (Neiva 1981; Shabani et al. 2003).

However,  the  chondrite-normalized  REE  patterns  of  the

Ťahanovce granitoids are not significantly different from the
pattern  of  tonalites  from  the  Soko   and  Sopotnica  massifs.
The major element composition of these rocks, the chemistry of
apatite namely its low Mn and Fe content (cf. Jablonská 1992)
and  monazite/allanite  antagonism  point  to  mixed  I/S-type
character of granitoids. Such (rather metaluminous) granitoids
with  affinity  to  I/S-type  were  proposed  by  Kohút  &  Janák
(1994) in the Tatra Mountains (Western Carpathians) as a re-
sult of contamination of originally acid melts of I-type origi-
nating  by  dehydration  melting  of  basic  protolith  by  the
material  of  middle  crust.  A  similar  granitoid  suite  (I/S-type)

Fig. 14.  a – Multicationic discrimination diagram for investigated granitoids sensu Batchelor & Bowden (1985). b – Rb—(Y + Nb) discrimi-
nation diagram for investigated granitoids sensu Pearce et al. (1984) compared with granitoids from adjacent regions of the Veporic Unit.

was  also  described  in  the  Vepor  pluton.  Its  age  allocation  is
Late Devonian—middle Carboniferous (cf. Broska in Bezák et
al.  2004b).  According  to  tectonic  setting  discrimination
(Batchelor & Bowden 1985), the Ťahanovce granitoids repre-
sent  a  pre-plate  collision  environment  (Fig. 14a).  A  volcanic
arc  setting  is  suggested  by  the  plot  of  Pearce  et  al.  (1984),
(Fig. 14b). The tectonic environment cannot be identified with
certainty on the basis of the present data set and more detailed
study is necessary. On the other hand, the granite composition
of  the  Miklušovce  Complex  on  the  diagram  of  Batchelor  &
Bowden (l.c.) indicates its post-orogenic character (Fig. 14a).
The  S-type  granite  magma  could  have  formed  by  heating  of
the protolith due to the thermal effect of an earlier hot I-type
melt.  This  was  suggested  by  Hraško  et  al.  (2000)  in  the  Ve-
poric  Unit  and  an  analogous  process  could  have  participated
in the formation of the Miklušovce Complex granites.

Summarizing data on the origin of the granite in the Čierna

hora Mts it is concluded that they are primarily derived from
the  lower  crust,  their  protolith  being  influenced  by  a  mixing
and/or  assimilation  process  (I-  or  I/S-type  characteristics).
More  than  one  magmatic  event  occurred  in  the  Čierna  hora
area. The different character of the Western Carpathian grani-
toids can be related to various source rocks (Petrík et al. 1994;
Petrík  2000;  Kohút  &  Nabelek  2008).  The  Nd  isotopes  indi-
cate a variable proportion of crustal material during the deri-
vation of host rocks of S-type granitoid suite (l.c.).

Conclusions

The biotites from various granitoids of the Čierna hora Mts

show contrasting compositions: biotite from the I-type Soko ,
Sopotnica and Bujanová massifs are Mg-rich. In contrast, bi-
otite compositions from the S-type Ťahanovce massif and es-
pecially  from  the  Miklušovce  Complex  show  a  remarkable
increase in Fe. The various oxygen fugacity values indicated
by  variable  Fe

3+

  contents  suggest  the  primary  differences  in

background image

15

BIOTITE AND WATER CONTENTS IN GRANITOID MELTS FROM ČIERNA HORA MTS (W CARPATHIANS)

redox state of the host magmas. Water fugacities and contents
calculated using Wones’ (1981) calibration of the biotite sta-
bility equation and Burnham’s (1994) water dissolution model,
yield relatively uniform values of 4—5 wt. % in residual melt
at  400 MPa  and  various  levels  of  f

O

2

  and  activities  of  annite

for magnetite-bearing assemblages. This suggests an effective
buffering role of biotite in both oxygen and water fugacities.
In magnetite-lacking assemblages (S-type) the procedure used
in the present paper cannot be applied. However, if this phase
is considered as consumed, the values of water fugacities and
percentages would represent lower limits. The melt water con-
tents  provided  by  biotite  differ  from  those  in  the  magma
(crystals + melt),  and  depending  on  the  melt  proportion  they
range from 1—1.5 wt. % H

2

O.

Acknowledgments:  The  research  was  supported  by  Grants
VEGA  SAV  7076  and  4031.  Ing.  I.  Tóth  and  Prof.  P.  Lipka
are acknowledged for measuring Mössbauer spectra and inter-
preting biotite data. We also thank Dr. I. Holický and Dr. P.
Konečný for making most of the electron microprobe analyses
and Prof. S. Jacko for providing some whole-rock specimens.
Comments by anonymous reviewers, and by Dr. V. Hurai and
Dr. M. Janák greatly improved the manuscript.

References

Abdel-Rahman A.-F.M. 1994: Nature of biotites from alkaline, calc-

alkaline, and peraluminous magmas. J. Petrology 35, 525—541.

Andersen  D.J.  &  Lindsley  D.H.  1985:  New  (and  final!)  models  for

the Ti-magnetite/ilmenite geothermometer and oxygen barome-
ter. Eos Transactions 66, 18, 416.

Aydin F., Karsli O. & Sadiklar M.B. 2003: Mineralogy and chemistry

of  biotites  from  Eastern  Pontide  granitoid  rocks,  NE-Turkey:
Some  petrological  implications  for  granitoid  magmas.  Chem.
Erde
 63, 163—182.

Barriére  M.  &  Cotton  J.  1979:  Biotites  and  associated  minerals  as

markers of magmatic fractionation and deuteric equilibration in
granites. Contr. Mineral. Petrology 70, 183—192.

Batchelor R.A. 2003: Geochemistry of biotite in metabentonites as an

age discriminant, indicator of regional magma sources and po-
tential correlating tool. Mineral. Mag. 67, 807—817.

Batchelor  R.A.  &  Bowden  P.  1985:  Petrogenetic  interpretation  of

granitoid  rock  series  using  multicationic  parameters.  Chem.
Geol. 
48, 43—55.

Benisek  A.,  Dachs  E.,  Redhammer  G.,  Tippelt  G.  &  Amthauer  G.

1996: Activity-composition relationship in Tschermak’s substi-
tuted  Fe  biotites  at  700 °C,  2 kbar.  Contr.  Mineral.  Petrology
125, 85—99.

Bezák V. 1994: Proposal of the new dividing of the West Carpathian

crystalline based on the Hercynian tectonic building reconstruc-
tion. Miner. Slovaca 26, 1—6 (in Slovak).

Bezák  V.,  Jacko  S.,  Janák  M.,  Ledru  P.,  Petrík  I.  &  Vozárová  A.

1997:  Main  Hercynian  lithotectonic  units  of  the  Western  Car-
pathians. In: Grecula P., Hovorka D. & Putiš M. (Eds.): Geolog-
ical  evolution  of  the  Western  Carpathians.  Miner.  Slovaca—
Monograph, 
Bratislava, 261—268.

Bezák  V.  (Ed.),  Broska  I.,  Ivanička  J.,  Reichwalder  P.,  Vozár  J.,

Polák  M.,  Havrila  M.,  Mello  J.,  Biely  A.,  Plašienka  D.,  Potfaj
M., Konečný V., Lexa J., Kaličiak M., Žec B., Vass D., Elečko
M., Janočko J., Pereszlényi M., Marko F., Maglay J. & Pristaš J.
2004a: Tectonic map of Slovak Republic 1 : 500,000. MŽP SR,
ŠGÚDŠ, 
Bratislava.

Bezák  V.  (Ed.),  Broska  I.,  Ivanička  J.,  Reichwalder  P.,  Vozár  J.,

Polák  M.,  Havrila  M.,  Mello  J.,  Biely  A.,  Plašienka  D.,  Potfaj
M., Konečný V., Lexa J., Kaličiak M., Žec B., Vass D., Elečko
M., Janočko J., Pereszlényi M., Marko F., Maglay J. & Pristaš J.
2004b:  Explanations  to  the  Tectonic  map  of    Slovak  Republic
1 : 500,000. MŽP SR, ŠGÚDŠ, Bratislava, 1—71.

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

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

Bohlen S.R., Peacor D.-R. & Essene E.J. 1980: Crystal chemistry of a

metamorphic  biotite  and  its  significance  in  water  barometry.
Amer. Mineralogist 65, 55—62.

Bónová  K.  2006:  Geochemical-petrographical-mineralogical  char-

acteristics  of  granitoids  from  the  Branisko  and Čierna  Hora
Mts.  and  their  petrological  and  geotectonic  interpretation.
PhD.  Thesis,  Institute  of  Geo-science,  Technical  University,
Košice, 1—131 (in Slovak).

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

ship to allanite/monazite antagonism (on an example of Hercyn-
ian granitoids of Western Carpathians). Geol. Carpathica 42, 5,
271—277.

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

menite  granitoid  series  in  the  Tríbeč  Mts.  In:  Vozár  J.  (Ed.):
Western  Carpathians,  Eastern  Alps,  Dinarides.  Conf.  Symp.
Sem., 
Bratislava, 25—36.

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

1990: Zircon from granitoid rocks of the Tríbeč-Zobor crystal-
line complex: its typology, chemical and isotopic composition.
Geol. Carpathica 41, 4, 393—406.

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

the Western Carpathians. Miner. Slovaca 25, 2, 104—108 (in Slo-
vak with English summary).

Broska  I.  &  Petrík  I.  1993b:  Tonalite  of  Sihla  type  sensu  lato:

Variscan plagioclase-biotite magmatic rock of I-type in Western
Carpathians. Miner. Slovaca 25, 1, 23—28 (in Slovak).

Broska I., Petrík I. & Williams C.T. 2000: Coexisting monazite and

allanite  in  peraluminous  granitoids  of  the  Tribeč  Mountains,
Western Carpathians. Amer. Mineralogist 85, 22—32.

Broska I. & Uher P. 2001: Whole-rock chemistry and genetic typolo-

gy of the West-Carpathian Variscan granites. Geol. Carpathica
52, 2, 79—90.

Broska I., Vdovcová K., Konečný P., Siman P. & Lipka J. 2004: Ti-

tanite  in  Western  Carpathian’s  granitoids – distribution  and
composition. Miner. Slovaca 36, 237—246 (in Slovak).

Broska  I.,  Harlov  D.,  Tropper  P.  &  Siman  P.  2006:  Formation  of

magmatic  titanite  and  titanite-ilmenite  phase  relations  during
granite alteration in the Tribeč Mountains, Western Carpathians,
Slovakia. Lithos 95, 1—2, 58—71.

Buda G., Koller F., Kovácz J. & Ulrych J. 2004: Compositional vari-

ation  of  biotite  from  Variscan  granitoids  in  Central  Europe:
a statistical evaluation. Acta Mineral. Petrogr. 45, 1, 21—37.

Burkhard D.J.M. 1991: Temperature and redox path of biotite-bear-

ing intrusives: a method of estimation applied to S- and I-type
granites from Australia. Earth Planet. Sci. Lett. 104, 89—98.

Burkhard D.J.M. 1993: Biotite crystallization temperatures and redox

states in granitic rocks as indicator for tectonic setting. Geol. En
Mijnb. 
71, 337—349.

Burnham C.W. 1979: The importance of volatile constituents. In: The

evolution of igneous rocks. Princeton University Press, Prince-
ton, 1077—1084.

Burnham C.W. 1994: Development of the Burnham model for predic-

tion of H

2

O solubility in magmas. In: Carroll M.R. & Holloway

J.R. (Eds.): Volatiles in magmas. Rev. Mineralogy 30, 123—129.

Burnham C.W. & Nekvasil H. 1986: Equilibrium properties of gran-

ite pegmatite magmas. Amer. Mineralogist 71, 239—263.

background image

16

BÓNOVÁ, BROSKA and PETRÍK

Cambel B. & Petrík I. 1982: The West Carpathian I/S classification and

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

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

granitoid rocks from the Malé Karpaty Mts.  VEDA, Bratislava,
1—248 (in Slovak with English summary).

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

Western Carpathian crystalline basement rocks. VEDA, Bratisla-
va, 1—183 (in Slovak).

Candela P.A. 1997: A review of shallow, ore-related granites: Tex-

tures, volatiles, and ore metals. J. Petrology 38, 1619—1633.

Clemens J.C. 1984: Water contents of silicic to intermediate magmas.

Lithos 17, 273—287.

Chivas A.R. 1981: Geochemical evidence for magmatic fluids in porphy-

ry cooper mineralization. Part I. Mafic silicates from the Kolou-
la igneous complex. Contr. Mineral. Petrology 78, 389—403.

Czamanske  G.K.  &  Wones  D.R.  1973:  Oxidation  during  magmatic

differentiation,  Finnmarka  complex,  Oslo  area,  Norway 2.  The
mafic silicates. J. Petrology 14, 349—380.

Drake M.J. 1975: The oxidation state of europium as an indicator of

oxygen fugacity. Geochim. Cosmochim. Acta 39, 55—64.

Dropp G.T.R. 1987: A general equation for estimating Fe

3+

 concen-

tration in ferromagnesian silicates and oxides from microprobe
analyses. Mineral. Mag. 51, 431—435.

Dyar M.D. & Burns R.G. 1986: Mössbauer spectral study of ferrug-

inous  one-layer  trioctahedral  micas.  Amer.  Mineralogist  71,
955—965.

Ďurkovičová J. 1966: Mineralogical-geochemical investigation of bi-

otites from granitoid rocks of Western Carpathians. Geol. Práce,
Zpr. 
3953—68 (in Slovak).

El Sheshtawi Y.A., Salem A.K.A. & Aly M.M. 1993: The geochem-

istry of ferrous biotite and petrogenesis of Wadi El-Sheikh gran-
itoid rocks Southwestern Sinai, Egypt. J. African Earth Sci. 16,
4, 489—498.

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

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

Fabbrizio  A.,  Rouse  P.J.  &  Carroll  M.R.  2006:  New  experimental

data  on  biotite + magnetite+sanidine  saturated  phonolitic  melts
and  application  to  the  estimation  of  magmatic  water  fugacity.
Amer. Mineralogist 91, 1863—1870.

Fejdi P. & Fejdiová V. 1981: Chemical study of biotites from some

Veporide  granitoid  rocks.  Geol.  Zbor.  Geol.  Carpath.  32,  3,
375—380.

Finger F., Broska I., Haunschmid B., Hraško  ., Kohút M., Krenn E.,

Petrík I., Riegler G. & Uher P. 2003: Electron-microprobe dat-
ing of monazites from Western Carpathian basement granitoids:
plutonic evidence for an important Permian rifting event subse-
quent to Variscan crustal anatexis. Int. J. Earth Sci. 92, 86—98.

Foster M.D. 1960: Interpretation of the composition of trioctahedral

micas. U.S. Geol. Surv. Prof. Pap. 354-B, 1—49.

Gawęda A., Doniecki T., Burda J. & Kohút M. 2005: The petrogene-

sis of quartz diorites from the Tatra Mountains (Central Western
Carpathians):  an  example  of  magma  hybridization.  Neu.  Jb.
Mineral. Abh.
 181, 95—109.

Grecula P., Dianiška I., Ďu a R., Hurný J., Kobulský J., Kusák  B.,

Malachovský P., Matula I. & Rozložník O. 1977: Geology, tec-
tonics  and metalogeny  of  Eastern  part  of  the  SGR  Mts.  SGR
Mts. – East, Cu + complex appreciation. Manuscript—Geofond,
Bratislava, 1—390 (in Slovak).

Gregor  T.  1990:  Magnetite  and  ilmenite  series  of  the  Western  Car-

pathian granitoids. Geol. Zbor. Geol. Carpath. 4, 41, 443—451.

Hecht L. 1994: The chemical composition of biotite as an indicator of

magmatic  fractionation  and  metasomatism  in  Sn-specialised
granites  of  the  Fichtelgebirge  (NW  Bohemian  Massif,  Germa-
ny). In: Seltmann R., Kämpf H. & Möller P. (Eds.): Metallogeny
of collisional orogens. Czech Geol. Surv., Praha, 295—300.

Holland T.J.B. & Powell R. 1990: An enlarged and updated inter-

nally consistent thermodynamic dataset with uncertainties and
correlations:  the  system  K

2

O-Na

2

O-CaO-MgO-MnO-FeO-

Fe

2

O

3

-Al

2

O

3

-TiO

2

-SiO

2

-C-H

2

-O

2

.  J.  Metamorph.  Geology  8,

89—124.

Holloway  J.R.  &  Blank  J.G.  1994:  Application  of  experimental  re-

sults to C-O-H species in natural melts. In: Carroll M.R. & Hol-
loway  J.R.  (Eds.):  Volatiles  in  magmas.  Rev.  Mineralogy  30,
187—230.

Holtz F. & Johannes W. 1994: Maximum and minimum water con-

tents  of  granitic  melts:  implications  for  chemical  and  physical
properties of ascending magmas. Lithos 32, 149—159.

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

toid stage in the Veporic: transition from I- to S-type magmatic
events. Slovak. Geol. Mag. 6, 4, 431—440.

Indares A. & Martignole J. 1985: Biotite-garnet geothermometry  in

the granulite facies: the influence of Ti and Al in biotite. Amer.
Mineralogist
 70, 272—278.

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

rocks. Mining Geol. 27, 293—305.

Jablonská  J.  1992:  Mineralization  connecting  with  granitoids  from

Čierna hora Mts. PhD. Thesis, Institute of Geo-science, Techni-
cal University, 
Košice, 1—211 (in Slovak).

Jablonská  J.  1993:  Characteristics  of  zircons  from  granitoids  of  the

Čierna hora Mts. Miner. Slovaca 25, 3, 157—171 (in Slovak).

Jablonská  J.,  Pupin  J.P.  &  Timčák  G.M.  1995:  Morphological  and

microchemical assessment of zircons in granite specimens from
Čierna  hora  Mts.  (Western  Carpathians).  Geol.  Carpathica  46,
4, 241—251.

Jacko S. 1975: Lithological-structural development of Southern part

of crystalline basement of Bujanová massif. PhD. Thesis, Insti-
tute  of  Geo-science,  Technical  University,  
Košice,  1—304  (in
Slovak).

Jacko S. 1978: Lithological-structural characteristics of Central part

of the Čierna Hora belt. Západ. Karpaty, Sér. Geol. 3, 59—80 (in
Slovak).

Jacko  S.  1984:  Structural-metallogenetic  study  of  the  Branisko

and Čierna  Hora  Mts.  Manuscript,  Geofond,  Bratislava,  1—295
(in Slovak).

Jacko S. 1985: Lithostratigraphical complexes of the crystalline base-

ment  of  the  Čierna  Hora  Mts.  Geol.  Práce,  Spr.  87,  19—25  (in
Slovak).

Jacko S. & Petrík I. 1987: Petrology of the Čierna hora Mts. granitoid

rocks. Geol. Zbor. Geol. Carpath. 38, 5, 515—544.

Jacko  S.,  Korikovskij  S.P.  &  Boronichin  V.A.  1990:  Equilibrium

assemblages  of  gneisses  and  amphibolites  of  Bujanová  com-
plex (Čierna Hora Mts.), Eastern Slovakia. Miner. Slovaca 22,
231—239 (in Slovak).

Jacko S., Vozár J. & Polák M. 1995: New knowledge about geological

composition of the Branisko and Čierna Hora Mts. Miner. Slo-
vaca 
27, 6, 417—418 (in Slovak).

Janák M. & Kohút M. 1996: Cordierite-bearing migmatites from the

Ve ká  Fatra  Mts.,  Western  Carpathians:  geothermobarometry
and implications for Variscan decompression. Geol. Carpathica
47, 6, 359—365.

Johannes W. & Holtz F. 1996: Petrogenesis and experimental petrol-

ogy of granitic rocks.  Springer, Berlin—Heidelberg—New York,
1—335.

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. 1996: Sources of the Ve ká Fatra granitoid

rocks, Slovakia – isotopic constrains or contradiction? Mineral.
Soc. Pol., Spec. Pap. 
7, 47—50.

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

V.M. 1999: Sr and Nd isotope geochemistry of Hercynian gra-

background image

17

BIOTITE AND WATER CONTENTS IN GRANITOID MELTS FROM ČIERNA HORA MTS (W CARPATHIANS)

nitic  rocks  from  the  Western  Carpathians:  field  relations  and
petrogenetic implications. Geol. Carpathica 50, 477—487.

Kohút M. & Recio C. 2002: Sulphur isotopes of selected Hercynian

granitic  and  surrounding  rocks  from  the  Western  Carpathians
(Slovakia). Geol. Carpathica 53, 3—13.

Kohút  M.  &  Nabelek  P.I.  2008:  Geochemical  and  isotopic  (Sr,  Nd

and O) constrains on sources of Variscan granites in the Western
Carpathians  –  implications  for  crustal  structure  and  tectonics.
J. Geosci. 53, 307—322.

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

granitoide rocks from Spišsko-gemerské Rudohorie Mts., West
Carpathians, Eastern Slovakia. Miner. Slovaca 18, 1, 1—14.

Krá  J. 1994: Strontium isotopes in granitic rocks of the Western Car-

pathians. Mitt. Österr. Geol. Gesell. 86, 75—81.

Lalonde  A.E.  &  Bernard  P.  1993:  Composition  and  color  of  biotite

from  granites:  two  useful  properties  in  the  characterization  of
plutonic suites from the Hepburn internal zone of Wopmay oro-
gen, Northwest Territories. Canad. Mineralogist 31, 203—217.

Lepage L.D. 2003: ILMAT: an excel worksheet for ilmenite-magne-

tite geothermometry and geobarometry. Comp. & Geosci. 29, 5,
673—678.

Machev P., Klain L. & Hecht L. 2004: Mineralogy and chemistry of

biotites from the Belogradchik pluton – some petrological im-
plications  for  granitoid  magmatism  in  North-West  Bulgaria.
Bulgarian Geol. Soc., Ann. Sci. Conf. “Geology 2004”, 16.—17.
12. 2004
, 48—50.

Montel J.M. 1993: A model for monazite/melt equilibrium and appli-

cation to the generation of granitic magmas. Chem. Geol.  110,
127—146.

Mueller R. 1972: On the stability of biotite. Amer. Mineralogist 57,

300—316.

Nachit H., Ibhi A., Abia El H. & Ohoud M.B. 2005: Discrimination

between  primary  magmatic  biotites,  reequilibrated  biotites  and
neoformed biotites. C.R. Geoscience 337, 1415—1420.

Nash  W.P.  1993:  Fluorine  iron  biotite  from  the  Honeycomb  Hills

rhyolites, Utah: The halogen record of decompression in a silicic
magma. Amer. Mineralogist 78, 1031—1040.

Neiva A.M.R. 1981: Geochemistry of hybrid granitoid rocks and of

their biotites from Central Northen Portugal and their petrogene-
sis. Lithos 14, 149—163.

Noyes H.J., Wones D.R. & Frey A. 1983: A tale of two plutons: pet-

rographic  and  mineralogical  constraints  of  the  petrogenesis  of
the Red Lake and Eagle Peak plutons, central Sierra Nevada. J.
Geol.
 91, 353—379.

Pati

ń

o Douce A.E. 1993: Titanium substitution in biotite: an empiri-

cal model with applications to thermometry, O

2

 and H

2

O barom-

etries, and consequences for biotite stability. Chem. Geol. 108,
133—162.

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

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

Petrík I. 1980: Biotites from granitoid rocks of the West Carpathians

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

Petrík  I.  2000:  Multiple  sourses  of  the  West-Carpathian  Variscan

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

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

Tríbeč Mountains, Western Carpathians: an example of allanite
( + magnetite) versus monazite dichotomy. JGeol. 29, 59—78.

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

pathian granite magmatism: age, source rock, geotectonic setting

and  relation  to  the  Variscan  structure.  Geol.  Carpathica  45,  5,
283—291.

Petrík  I.,  Broska  I.  &  Uher  P.  1995:  The  Hrončok  type  granite,  a

Hercynian  A-type  granite  in  shear  zone.  Miner.  Slovaca  27,
351—363 (in Slovak with English summary).

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.  Miner.  Slovaca—Monograph,  Bra-
tislava, 235—252.

Poller U., Kohút M., Todt W. & Janák M. 2001: Nd, Sr, Pb isotope

study  of  the  Western  Carpathians:  implications  for  Palaeozoic
evolution. Schweiz. Mineral. Petrogr. Mitt. 81, 159—174.

Poller U., Kohút M., Gaab A.S. & Todt W. 2005: Pb, Sr and Nd iso-

tope study of two co-existing magmas in the Nízke Tatry Moun-
tains,  Western  Carpathians  (Slovakia).  Mineral.  Petrology  84,
215—231.

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

trology 73, 207—220.

Pupin  J.P.  1985:  Magmatic  zoning  of  Hercynian  granitoids  in

France  based  on  zircon  typology.  Schweiz.  Mineral.  Petrogr.
Mitt.
 65, 29—56.

Rieder M., Cavazzini G., D’Yakonov Y.S., Frank-Kamenetskii V.A.,

Gottardi  G.,  Guggenheim  S.,  Kova   P.V.,  Muller  G.,  Neiva
A.M.R., Radoslovich E.W., Robert J.-L., Sassi F.P., Takeda H.,
Weiss Z. & Wones D.R. 1998: Nomenclature of the micas. Ca-
nad. Mineralogist 
36, 905—912.

Shabani A.A.T., Lalonde A.E. & Whalen J.B. 2003: Composition of

biotite from granitic rocks of the Canadian Appalachian orogen:
A potential  tectonomagmatic  indicator?  Canad.  Mineralogist
41, 1381—1396.

Słaby  E.,  Galbarcyzk-Gąsiorowska  L.,  Seltmann  R.  &  Müller  A.

2007:  Alkali  feldspar  megacryst  growth:  Geochemical  model-
ling. Mineral. Petrology 89, 1—29.

Speer J.A. 1984: Micas in igneous rocks. In: Bailey S.W. (Ed.): Mi-

cas. Rev. Mineralogy 13, 299—356.

Stolper E. 1982: The speciation of water in silicate melts. Geochim.

Cosmochim. Acta 46, 2609—2620.

Stormer  J.C.,  Jr.  1983:  The  effects  of  recalculation  on  estimates  of

temperature and oxygen fugacity from analyses of multi-compo-
nent iron-titanium oxides. Amer. Mineralogist 68, 5—6, 586—594.

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

the Western Carpathian-Pannonian area: geochemistry, mineral-
ogy and evolution. Geol. Carpathica 47, 311—321.

Vilinovičová  . 1990: Petrogenesis of gneisses and granitoids from the

Strážovské vrchy Mts. Geol. Zbor. Geol. Carpath. 41, 335—376.

Watson E.B. & Harrison T.M. 1983: Zircon saturation revisited: tem-

perature and composition effects in a variety of crustal magma
types. Earth Planet. Sci. Lett. 64, 295—304.

Woodland A.B. & Wood B.J. 1994: Fe

3

O

4

 activities in Fe-Ti spinel

solid solution. Eur. J. Mineral. 6, 23—37.

Wones  D.R.  1972:  Stability  of  biotite:  a  reply.  Amer.  Mineralogist

57, 316—317.

Wones D.R. 1981: Mafic silicates as indicators of intensive variables

in granitic magmas. Mining Geol. 31, 191—212.

Wones D.R. 1989: Significance of the assemblage titanite + magnet-

ite + quartz in granitic rocks. Amer. Mineralogist 74, 744—749.

Wones  D.R.  &  Eugster  H.P.  1965:  Stability  of  biotite:  experiment,

theory and application. Amer. Mineralogist 50, 1228—1272.

Zen  E.  1988:  Phase  relations  of  peraluminous  granitic  rocks  and

their  petrogenetic  implications.  Ann.  Rev.  Earth  Planet.  Sci.
16, 21—51.

ñ