background image

www.geologicacarpathica.com

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

, AUGUST 2014, 65, 4, 257—271                                                         doi: 10.2478/geoca-2014-0017

Distribution of elements among minerals of a single

(muscovite-) biotite granite sample – an optimal approach

and general implications

VOJTĚCH JANOUŠEK

1,2

, TOMÁŠ NAVRÁTIL

3

, JAKUB TRUBAČ

1,2

, LADISLAV STRNAD

4

,

FRANTIŠEK LAUFEK

1

 and LUDĚK MINAŘÍK

3

1

Czech Geological Survey, Klárov 3/131, 118 21 Prague 1, Czech Republic;

vojtech.janousek@geology.cz;  jakub.trubac@geology.cz;  frantisek.laufek@geology.cz

2

Institute of Petrology and Structural Geology, Charles University in Prague, Albertov 6, 128 43 Prague 2, Czech Republic

3

Institute of Geology, Academy of Science, Rozvojová 269, 165 00 Prague 6, Czech Republic;  navratil@gli.cas.cz;  alex@gli.cas.cz

4

Laboratories of the Geological Institutes, Charles University in Prague, Albertov 6, 128 43 Prague 2, Czech Republic;

ladislav.strnad@natur.cuni.cz

(Manuscript received January 17 2014; accepted in revised form June 5, 2014)

Abstract: The petrography and mineral chemistry of the coarse-grained, weakly porphyritic (muscovite-) biotite Říčany
granite (Variscan Central Bohemian Plutonic Complex, Bohemian Massif) were studied in order to assess the distribu-
tion of major and trace elements among its minerals, with consequences for granite petrogenesis and availability of
geochemical species during supergene processes. It is demonstrated that chemistry-based approaches are the best suited
for modal analyses of granites, especially methods taking into account compositions of whole-rock samples as well as
their mineral constituents, such as constrained least-squares algorithm. They smooth out any local variations (mineral
zoning, presence of phenocrysts, schlieren…) and are robust in respect to the presence of phenocrysts or fabrics. The
study confirms the notion that the accessory phases play a key role in incorporation of many elements during crystalli-
zation of granitic magmas. Especially the REE seem of little value in petrogenetic modelling, unless the role of acces-
sories is properly assessed and saturation models for apatite, zircon, monazite±rutile carefully considered. At the same
time, the presence of several P-, Zr- and LREE-bearing phases may have some important consequences for saturation
thermometry of apatite, zircon and monazite.

Key words: modal analyses, trace-element residence, ICP-MS, Central Bohemian Plutonic Complex, Říčany granite.

Introduction

The  distribution  of  chemical  elements  among  minerals  in  a
single  granite  specimen  represents  a  fundamental  and  in-
triguing problem, which, however, has attracted surprisingly
little attention in the current literature (e.g. Gromet & Silver
1983;  Sawka  1988;  Evans  &  Hanson  1993;  Wark  &  Miller
1993; Bea 1996). Still, a good understanding of the net con-
tributions  of  individual  phases  to  the  whole-rock  chemical
budget is a necessary prerequisite should any relevant petro-
genetic  modelling  be  undertaken.  Moreover,  particular  host
minerals show variable resistance to alteration and/or weath-
ering, thus controlling the degree to which the given element
could be mobilized into the environment.

For such studies, reliable and precise concentration data in

small sample volumes are crucial. The data must be sufficient to
minimize the effects of inhomogeneities in the analysed mate-
rial (for individual minerals it could be the presence of zoning,
inclusions, alteration zones…). The required precision is often
far beyond the limits of the electron microprobe microanalysis
(EMPA);  the  prohibitive  cost  effectively  rules  out  the  ion
probe  as  well.  Fortunately  the  ICP-MS  technique  enables  a
reliable determination of sub-ppm amounts of elements both in
the solution (dissolved whole-rock powders or monomineralic
separates) and in situ, using the laser-ablation (LA) apparatus.

In addition, an accurate estimate of the mineral modal pro-

portions  has  to  be  made.  Theoretically  this  should  pose  no
problem, given that the modal analyses have provided a ba-
sis for classification of holocrystalline igneous rocks for over
eighty years (Niggli 1931; Johannsen 1932, 1937, 1938, 1939;
Streckeisen 1974; Le Maitre 2002).

The  classical  technique  relies  on  counting  of  individual

mineral grains over a regular grid, either in a standard thin sec-
tion  or  a  polished  rock  slab.  More  sophisticated  alternatives
include computer-aided image analysis, powder X-ray diffrac-
tion  (P-XRD)  and  chemistry-based  mathematical  approaches
(normative  recalculations  or  statistical  methods  employing
the chemistry of the bulk rock and its mineral constituents).

The  current  paper  initially  focuses  on  methodological  is-

sues  connected  with  obtaining  a  modal  analysis  representa-
tive  of  a  large,  coarse-grained  granite  sample.  The  various
methods  are  compared  and  the  most  trustworthy  approach/
modal  data  chosen  (Appendix 1*).  Then,  using  a  combina-
tion of EMPA with (LA) ICP-MS data, an attempt is made to
identify the principal mineral hosts for individual elements,
evaluating  the  relative  contributions  of  each  of  them  to  the
whole-rock  budget.  Finally  we  discuss  the  general  implica-
tions  for  obtaining  modal  analyses  of  coarse-grained  rocks,
modelling  of  igneous  processes,  obtaining  reliable  whole-
rock trace-element analyses and saturation thermometry.

* – Appendices 1—5 (only as a Supplement in the electronical

version; www.geologicacarpathica.com)

background image

258

JANOUŠEK, NAVRÁTIL, TRUBAČ, STRNAD, LAUFEK  and MINAŘÍK

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4, 257—271

Our  case  study  concentrates  on  the  Lower  Carboniferous

(Mississippian)  Říčany  (muscovite-)  biotite  granite  pluton
from the Central Bohemian Plutonic Complex (CBPC), Czech
Republic (Fig. 1a). This small body is relatively well known,
as  it  has  been,  over  the  years,  a  subject  of  numerous  studies
concerned  with  its  geology,  composition  and  genesis  (e.g.
Katzer 1888; Orlov 1933; Němec 1978; Palivcová et al. 1992;
Janoušek  et  al.  1997;  Trubač  et  al.  2009).  Moreover,  even
more extensive research was done on element mobility during
the weathering, mass fluxes, cycling and balance of elements
within  the  model  forest  ecosystem  (Minařík  &  Houdková
1986;  Minařík  &  Kvídová  1986;  Minařík  et  al.  1998,  2003;
Navrátil  et  al.  2002,  2004,  2007).  For  both  types  of  studies,
detailed assessment of the elemental distribution among indi-
vidual mineral phases has clearly been long overdue.

Geological setting

The CBPC is one of the largest composite granitoid com-

plexes in the Central European Variscides (Fig. 1a). The in-
dividual  petrographic  types  can  be  grouped  into  several
suites,  based  on  petrography,  age,  whole-rock  and  mineral
geochemistry (Holub et al. 1997; Janoušek et al. 2000b; Žák
et  al.  (2014)  and  references  therein)  (Fig. 1b).  The  oldest
among  them  is  the  normal  calc-alkaline  Sázava  suite
( ~ 355 Ma)  forming  much  of  the  north-eastern  CBPC.  The
most  common  in  the  central-southern  CBPC  are  ~ 346 Ma
old, K-rich calc-alkaline granodiorites to granites of the Blatná
suite
 with minor basic bodies. The (ultra-) potassic Čertovo
břemeno  suite
  ( ~ 337 Ma)  is  formed  by  K-Mg-rich  mela-
granites and melasyenites, the most basic types correspond-

Fig. 1.  a  –  Location  of  the
Variscan  Central  Bohemian
Plutonic  Complex  (CBPC)
within  the  Bohemian  Massif.
 Sketch of the CBPC with
the  main  granitoid  suites  after
Janoušek et al. (2000b) (normal
calc-alkaline  Sázava,  high-K
calc-alkaline  Blatná,  peralumi-
nous  Maršovice  and  (ultra-)
potassic  Čertovo  břemeno).
 Geological outline of the
Říčany  Pluton  and  the  sur-
rounding units (after Janoušek
et  al.  1997).  The  position  of
the sampled locality, the work-
ing  Žernovka  quarry,  is  also
indicated.

background image

259

DISTRIBUTION OF ELEMENTS AMONG MINERALS OF A SINGLE GRANITE SAMPLE

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4, 257—271

ing to the so-called durbachites. Strongly peraluminous Mu-Bt
granodiorites (often Crd-bearing) of the Maršovice suite are
regionally rather insignificant.

The Říčany Pluton (Fig. 1c), the main representative of the

namesake  suite,  is  a  late  (post-tectonic),  shallow-level  gra-
nitic body that has intruded the boundary between low-grade
Upper Proterozoic to Lower Paleozoic metasediments of the
Teplá—Barrandian Unit and dominantly high-grade metased-
iments  of  the  Moldanubian  Unit.  Its  eastern  margin  is  ob-
scured by Permo-Carboniferous sediments. The only modern
geochronological information available is the 

40

Ar—

39

Ar bio-

tite age of 336 ± 3.5 Ma (unpublished data of H. Maluski, cited
in Janoušek et al. 1997).

The  intrusion  has  a  roughly  elliptical  outline  (13

×9 km)

and is mainly made up of two distinct granite varieties. The
outer,  ‘strongly  porphyritic’  one  contains  more  abundant
K-feldspar phenocrysts, whereas in the central, ‘weakly por-
phyritic’  facies,  the  phenocrysts  are  scarce  (Katzer  1888)
(Fig. 1c).  The  granite  encloses  numerous  large  biotite-rich
mafic enclaves and less common metasedimentary xenoliths.
The Pluton is cut by many pegmatite and aplite dykes. The

central  part  has  been  intruded  by  several  small  bodies  of
fine-grained,  equigranular,  two-mica  Jevany  leucogranite
and the southern exocontact is rimmed by the so-called Mar-
ginal aplite (Němec 1978).

Petrology and mineral chemistry

The studied rock comes from the central, ‘weakly porphy-

ritic’ facies. It is relatively fresh, with the plagioclase show-
ing limited argillitization along the cleavage planes (Fig. 2a).
The scarce small K-feldspar phenocrysts are however slightly
kaolinized  and  the  biotite  suffered  incipient  chloritization.
The  average  grain  size  of  the  groundmass  is  1—5 mm  and
rare phenocrysts may attain up to 3—5 cm. A completely un-
weathered  sample  of  the  granite  was  not  available  due  to
nowadays  only  limited  quarry  activity  and  widespread  sur-
face kaolinization of the pluton (Pivec 1969).

The  K-feldspar  phenocrysts  are  strongly  perthitic  and

many  show  pronounced  cross-hatched  twinning;  Carlsbad
twins  are  also  common.  They  contain  numerous  inclusions

Fig. 2. Photomicrographs of the studied weakly porphyritic (muscovite-) biotite Říčany granite Žer-1. – Photomicrograph of the typical
magmatic texture at a rim of a small K-feldspar phenocryst with characteristic cross-hatched twinning. Crystals of the main rock-forming
minerals exhibit no effects of solid-state deformation and are only slightly altered (plagioclase cores). Crossed polars. – Back-scattered
electron (BSE) image of micro-inclusions of magnetite in, and around, larger biotite flake. – Typical BSE image of biotite, rich in apatite
inclusions of variable shape and size. – BSE image of the zircon-like ABO

4

-type phase enclosed in plagioclase.

background image

260

JANOUŠEK, NAVRÁTIL, TRUBAČ, STRNAD, LAUFEK  and MINAŘÍK

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4, 257—271

of  biotite,  quartz  and  oligoclase  (an  ‘hourglass’  texture  of
Pivec 1970).

Plagioclase  occurs  as  subhedral  prismatic  crystals  with

common  albite  law  twin  lamellae,  on  average  1.2—2.0 mm
across.  Apart  from  those  enclosed  within  the  K-feldspar,
they are of uniform oligoclase composition (An

11—19

; Appen-

dix 2) and are usually chemically unzoned.

Biotite forms subhedral flakes on average 0.5—0.75 mm (up

to 1.2 mm) across, with a strong pleochroism: X – straw yel-
low,  Y = Z  –  dark  rusty-brown.  Pleochroic  haloes  around
submicroscopic  inclusions  are  very  distinct  and  common.
Biotite is often associated with grains of magnetite (Fig. 2b).

Anhedral quartz grains with weak undulose extinction are

up to 2 mm across.

The biotite may also be overgrown by scarce primary mus-

covite  (up  to  0.2 mm  across).  Also  the  plagioclase  encloses
some small (0.1—0.2 mm) flakes of muscovite, at least some
of which appear to be of primary magmatic origin.

According to our microscopic and EPMA study and previ-

ous  work  of  Kodymová  &  Vejnar  (1974),  the  granite  con-
tains  significant  proportions  of  rutile  (0.1 mm).  Small
apatite (0.1—0.2 mm) prisms or needles are often enclosed by
biotite (Fig. 2c). Euhedral crystals of titanite (0.1 mm), brown
to  reddish  in  colour,  and  euhedral  dipyramidal  crystals  of
zircon (0.2 mm), pink to pale brown are less common acces-
sories. Monazite (0.2 mm) usually occurs in forms aggregates
of spherical grains. Magnetite (0.1 mm) occurs mostly in an-
hedral fragments, only rarely forming octahedra, up to 0.5 mm
across. Ilmenite (0.1 mm) forms black opaque grains of non-
metallic lustre, sometimes lamellated. Subangular hedral zir-
con-like ABO

4

-type phase (up to 0.1 mm across) represents a

newly encountered, rather rare accessory mineral. It occurs in
plagioclase, very often together with monazite (Fig. 2d).

Modal proportions

Petrographic approaches

In  the  present  case,  both  the  conventional  point  counting

and image analysis of the stained slab (Fig. 3a—b; see Appen-
dix 1  for  full  analytical  details  on  all  methods  used)  were
taken  to  approximate  well  the  mineral  proportions  in  the
studied  sample’s  matrix,  as  no  sizeable  K-feldspar  pheno-
crysts  are  present  in  the  hand  specimen.  The  results  do  not
differ  greatly (Table 1). The image analysis (Fig. 3c—e) indi-
cates somewhat higher amounts of biotite (9.0 vs. 7.3 vol. %:
image  analysis  vs.  conventional  point  counting,  plagioclase
(31.2 vs. 27.1 vol. %) and quartz (38.1 vs. 32.8 vol. %), at the
expense  of  the  K-feldspar  (21.8  vs.  25.0 vol. %).  Unfortu-
nately  the  contents  of  kaolinite  could  not  be  determined  by
the image analysis. This mineral largely resisted staining and
was thus counted, at least in part, as plagioclase.

Chemical methods

For sample Žer-1, the following mesonormative composi-

tion  (‘Improved  Granite  Mesonorm’  of  Mielke  &  Winkler
1979)  is  obtained  (wt. %):  Or  29.1,  Pl  (Ab + An)  36.8,

Table 1: 

Estimates 

of 

modal 

percentages 

(vol.

 

and 

wt.

 %, 

original 

data 

in 

bold) 

of 

the 

individual 

minerals 

in 

the 

Říč

any 

granite 

Žer-1.

1

 –

 

Data 

on 

mineral 

densities 

used 

in 

recalculation 

of 

wt. 

to 

vol

(or 

vice 

versa

are 

from 

Robie 

et 

al. 

(1967), 

whole-rock 

density 

of 

the 

Říčan

granite 

from 

Hejtman 

(1948). 

Original 

data

are 

in 

bold.

2

 – 

For explanation of the individual methods (point-counting, imag

e analysis, least-squares calculation and XRD), see text. For m

ore detailed outcome of the constrained least-squares method,

see 

Table 

3.

3

 – 

‘Improved Granite Mesonorm’ of 

Mielke & Winkler (1979).

background image

261

DISTRIBUTION OF ELEMENTS AMONG MINERALS OF A SINGLE GRANITE SAMPLE

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4, 257—271

Fig. 3.  Photograph  of  the  polished  hand  specimen  of  the  sample
Žer-1, of natural appearance (a) and stained (b). The remaining im-
ages are separated colour components corresponding to the plagio-
clase (c) K-feldspar (d) and quartz with biotite (e). Box in figure (b)
indicates the area used for image analysis (c—e).

SiO

2

 

70.34 

TiO

2

 

0.36 

Al

2

O

3

 

14.64 

Fe

2

O

3

 

0.62 

FeO 

0.94 

MgO 

1.14 

MnO 

0.024 

CaO 

1.36 

SrO 

0.046 

BaO 

0.126 

Li

2

0.015 

Na

2

3.71 

K

2

5.55 

P

2

O

5

 

0.145 

0.153 

CO

2

 

0.06 

0.016 

S tot 

<0.005 

H

2

O

+

 

0.51 

H

2

O

-

 

<0.05 

F(ekv) 

–0.064 

S(ekv) 

–0.001 

Total 

99.69 

A/CNK 

1.00 

K

2

O/Na

2

1.50 

 

Table 2:  Whole-rock  major-  and
minor-element analysis of the stud-
ied sample (wt. %).

A/CNK =
= m olar  Al

2

O

3

/(CaO + Na

2

O + K

2

O)

uncorrected for apatite.
K

2

O/Na

2

O ratio is given by weight.

For whole-rock trace-element com-
position, see Appendix 4.

Qtz  25.2,  Bt  5.8,  Ap  0.34,  Mgt  0.9,  Ilm  0.34,  Cal  0.14  and
Crn  0.54  (Table 1).  The  negligible  proportion  of  normative
corundum  is  in  line  with  the  subaluminous  nature  of  the
sample (A/CNK  ~ 1.0 – Table 2). Normative calcite and co-
rundum  were  further  not  considered  as  they  do  not  corre-
spond to mineral phases present in the rock.

The  approximate  proportions  of  the  main  rock-forming

minerals (wt. %) were also obtained by the constrained least-
squares (LSQ) method (Albarède 1995) implemented in the
GCDkit.  The  whole-rock  chemical  composition  and  typical
EMP analyses of the main rock-forming minerals served as
an  input  (Table 3).  Phosphorus,  not  present  in  appreciable
amounts in any of the main phases but representing an essen-
tial structural component in two common accessories, apatite
and monazite, was disregarded. The low sum of squared re-
siduals  (R

2

= 0.071)  indicates  an  excellent  fit.  The  propor-

tions of K-feldspar (29.4 wt. %) and plagioclase (36.6 wt. %)
are closely comparable to the mesonorm; but the quartz per-

Table 3: Constrained least-squares approximation to the modal composition (wt. %).

 

Shown are real electron microprobe analyses of the main rock-forming minerals (see Appendix 2).

2

 

 

The observed whole-rock concentrations (Table 2) and the best estimate by the constrained least-squares method, with the correspond-

ing  differences (residuals).

3

 

 

The sum of squared residuals indicating a goodness of fit.

  

Whole rock

2

 

  

  

Plagioclase

1

 Pl14 

K-feldspar Kfs1 

Biotite Bt14 

Quartz Real 

Estimated 

Residual 

Squared 

residual 

SiO

2

 

          64.05 

          64.16 

37.50 

      99.86 

       70.34 

       70.44 

–0.10 

0.010 

TiO

2

 

0.00 

0.00 

  3.33 

0.00 

0.36 

0.31 

  0.05 

0.002 

Al

2

O

3

 

          21.76 

          18.47 

14.80 

0.02 

       14.64 

       14.78 

–0.14 

0.019 

FeOt 

0.04 0.03 17.26 

0.00 

1.50 

1.64 

–0.14 

0.018 

MnO 

0.05 

0.03 

  0.24 

0.00 

0.02 

0.05 

–0.02 

0.001 

MgO 

0.00 0.00 13.35 

0.00 

1.14 

1.25 

–0.11 

0.011 

CaO 

3.87 

0.01 

  0.04 

0.00 

1.36 

1.42 

–0.06 

0.004 

Na

2

9.42 

0.96 

  0.14 

0.00 

3.71 

3.75 

–0.04 

0.001 

K

2

0.40 

          15.61 

  9.47 

0.00 

5.55 

5.61 

–0.06 

0.004 

wt. % 

          36.6 % 

          29.4 % 

    9.3 % 

      24.7 % 

 

R sqr 

 0.071

3

 

 

background image

262

JANOUŠEK, NAVRÁTIL, TRUBAČ, STRNAD, LAUFEK  and MINAŘÍK

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4, 257—271

centage  (24.7 wt. %)  is  somewhat  lower  (Table 1).  The
amount of biotite, however, is nearly double (9.3 wt. %) but
much closer to estimates by point counting and image analy-
sis (if recast to wt.%).

Powder X-ray diffraction (P-XRD)

The  results  of  Rietveld  quantitative  phase  analysis  (Ap-

pendix 1)  are  summarized  in  Table 1  and  Fig. 4.  Compared

Fig. 4.  Observed  (circles),  calculated  (solid  line)  and  difference
Rietveld profiles for the studied sample. Markers of the peak posi-
tions (five rows of the vertical line segments) are for (from top to
bottom) quartz, orthoclase, biotite, kaolinite and plagioclase.

Fig. 5. Whole rock-normalized trace-element patterns for individual rock-forming (a) and accessory (b) minerals. Mineral abbreviations
after Kretz (1983). Grey field denotes the total variation in the dataset.

with  other  methods,  the  plagioclase  content  is  significantly
underestimated  (25.1 wt. %).  The  reason  may  be  the  com-
plex  preferred  orientation  of  plagioclase,  which  shows  two
cleavage plane systems, namely [001] and [010], while only
one correction for preferred orientation  (for [001] direction)
was  applied  in  the  Rietveld  fit.  The  amount  of  K-feldspar
(30.4 wt. %)  is  in  agreement  with  the  results  of  constrained
LSQ  (29.4 wt. %)  and  mesonorm  (29.1 wt. %);  while  the
quartz  content  is  slightly  higher  (33.8 wt. %).  The  estimate
of  biotite  (9.5 wt. %)  is  in  line  with  other  methods,  except
for the mesonorm. Clearly, the correction for preferred orien-
tation  in  the  [001]  works  sufficiently  in  this  case.  The  con-
tent  of  kaolinite  (1.2 wt. %)  is  significantly  lower  than  that
obtained by point counting (7.4 wt. %).

Mineral chemistry

The  compositions  of  individual  minerals  were  analysed

by  a  combination  of  three  methods  (Appendix 1),  EMPA
(see  averages  and  typical  analyses  in  Appendix 2),  in  situ
LA ICP-MS and ICP-MS analyses of dissolved monominer-
alic separates (Appendix 3, summarized in Appendix 4). La-
ser-ablation analyses were preferred for mineral separates in
which the presence of minor admixture of phases/inclusions
with contrasting chemistry was of particular concern (quartz,
plagioclase and biotite). On the other hand, wet analysis was
chosen for K-feldspar, minimizing the problem of the small-
scale  heterogeneity  (abundance  of  perthite  lamellae).  Fig. 5
shows  selected  trace-element  patterns  normalized  by  the
whole-rock  (WR)  contents  and  Fig. 6  illustrates  the  chon-
drite-normalized REE patterns.

background image

263

DISTRIBUTION OF ELEMENTS AMONG MINERALS OF A SINGLE GRANITE SAMPLE

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4, 257—271

Fig. 6. Chondrite (Boynton 1984)-normalized REE spiderplots for the individual minerals. Zrn-l = zircon-like ABO

4

-type phase. Grey field

denotes the total variation in the dataset.

Feldspars and kaolinite

K-feldspar is characterized by roughly double enrichment

of Ba, Rb and Pb over the whole-rock abundances; also Sr is
slightly  elevated  (Fig. 5a).  The  plagioclase  contains  rather
high Sr and Be (see Navrátil et al. 2002; Navrátil 2003). On
the other hand, concentrations of transition metals and high
field  strength  elements  (HFSE)  in  both  feldspars  are  very
low. The kaolinite is stripped of much of the original K-feld-
spars’ large-ion lithophile (LILE) budget, and contains only
Cd, Pb and Ta in amounts exceeding those in the whole rock.

The plagioclase contains more than twice as much REE as

the  K-feldspar  (81.3  vs.  26.6 ppm).  Still  the  patterns  are  of
similar  shape,  featuring  a  high  degree  of  LREE  over  HREE
enrichment and sizeable positive Eu anomalies (Fig. 6a). The
feldspars share normalized Eu contents nearly identical to the
whole  rock  but  the  concentrations  of  the  remaining  REE  are
significantly  lower.  The  limited  REE  mobility  in  course  of
weathering of feldspars resulted in significantly higher appar-
ent concentrations in the residual kaolinite (

ΣREE ~191 ppm).

Only Eu contents approach those of the host rock and thus the
Eu anomaly turns to a strongly negative one.

Biotite and muscovite

The biotite is classified as phlogopite with 13.7—17.2 wt. %

total Al

2

O

3

 (Al

IV

 1.10—1.18 and Al

VI

 0.16—0.27 apfu) and is

relatively  Mg-rich  (Mg/(Fe

T

+ Mg = 0.57—0.59).  The  content

of  Al

2

O

3

  for  muscovite  is  31.3 wt. %  total  (Al

IV

  1.44  and

Al

VI

 3.44 apfu). Both micas are slightly enriched in Rb, Mn

(see  Navrátil  et  al.  2007),  Ni,  Co,  Zn,  Nb  and  Ta.  Elevated

contents  of  Cd,  Th,  U,  Zr  and  Hf  are  also  characteristic  of
muscovite.  The  main  differences  lie  in  the  total  REE  con-
tents (7.3 ppm for biotite vs. 3396 ppm for muscovite). The
muscovite REE pattern is steep, with a much higher degree
of  LREE/HREE  enrichment  compared  to  biotite  (Fig. 6a).
The Eu anomaly is negative in both cases.

Accessory minerals

Apatite: As shown by EMPA, the main minor constituents

in apatite are Mn, Fe and Cl. It is further characterized by an
enrichment of Mn, Cd and U (Fig. 5b). The Pb contents are
close to those in the whole rock. Apatite is rich in REE, and
the MREE in particular (

ΣREE=3962 ppm; Fig. 6b). A neg-

ative Eu anomaly is characteristic.

Zircon: This mineral is rather Hf poor (0.01—0.02 apfu) but

contains high concentrations of other HFSE, such as Nb and
Ta. Zircon is a major Cd, Zn, Ni and Co bearing-phase. High
concentrations  of  U  with  Th  are  typical,  as  well  as  high
ΣREE (2615 ppm) and parabolic, convex-up chondrite-nor-
malized  pattern  with  elevated  HREE  contents  (Fig. 6b).
While  the  Eu  anomaly  is  negative,  the  Ce  anomaly,  typical
of most igneous zircons (Hoskin & Schaltegger 2003), is ab-
sent.  This,  together  with  a  rather  low  degree  of  HREE  en-
richment, might reflect the presence of inclusions (see fig. 1
in Hoskin & Schaltegger op. cit.) or an admixture of the zir-
con-like (Zrn-l) phase.

Monazite:  Monazite  shows  large  concentrations  of  P,  Zr

and Hf. Enrichment in radioactive elements is characteristic,
with  Th  prevailing  over  U.  Pb  contents  are  also  high.  This
mineral  is  enriched  in  REE,  and  especially  LREE,  with  Ce

background image

264

JANOUŠEK, NAVRÁTIL, TRUBAČ, STRNAD, LAUFEK  and MINAŘÍK

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4, 257—271

being  the  most  abundant  (

ΣREE=91,205 ppm;  Fig. 6b).  A

deep negative Eu anomaly is characteristic.

Rutile: Rutile (TiO

2

> 98 wt. %) is a major transition metal-

bearing phase (Ni, Co and Cd); it displays elevated U and Th
contents. High HFSE concentrations (Zr, Hf, Nb and Ta) are
also  typical.  It  is  a  REE-rich  mineral  (

ΣREE=7358 ppm)

with a fair degree of LREE/HREE fractionation and a deep
negative Eu anomaly.

Ilmenite  and  magnetite:  Both  minerals  are  characterized

by high contents of metals (Mn and Cd, less enriched Pb, Zn,
Co and Ni) as well as HFSE. The U and Th contents are also
somewhat  elevated  (Fig. 5b).  The  minerals  are  enriched  in
REE  (

ΣREE  for  ilmenite  is  2735 ppm,  for  magnetite

3818 ppm),  and  the  LREE  in  particular  (Fig. 6b).  The  Eu
anomaly is deeply negative in both cases.

Titanite:  Titanite  shows  low  Al  (0.09—0.11  apfu)  and  Fe

(0.03—0.03 apfu) contents. It is enriched in HFSE (Zr, Hf, Th
and  U,  less  so  Nb  and  Ta).  Elevated  Cd  contents  are  also
typical. On the other hand, the LILE (Ba, Rb and Sr) are de-
pleted  compared  to  the  whole  rock  (Fig. 5b).  The 

ΣREE  is

high  (21,314 ppm)  and  the  REE  pattern  relatively  steep
(Fig. 6b) with a pronounced negative Eu anomaly.

Zircon-like  ABO

4

-type  phase:  The  results  of  the  EMPA  of

the  zircon-like  ABO

4

-type  phase  are  summarized  in  Appen-

dix 5. Because of the relatively high Th contents, crystals are
metamict  and  altered,  and  yield  low  analytical  totals.  The
analysed phase appears to be a member of the zircon—thorite
solid solution series (0.27—0.33 apfu Th, 0.49—0.55 apfu Zr),
with substitution of Si by P (0.22—0.24 apfu) in the tetrahedral
position B. The phase is highly enriched in Fe (0.03—0.23 apfu)
and Ca (0.20—0.22 apfuThe Fe and Ca atoms, which proba-
bly  enter  the  crystal  structure  during  self-amorphization  and
interactions  with  circulating  fluids,  could  be  positioned  in

channels running parallel to the axis of the crystal structure
(Geisler et al. 2002, 2003). Silica removal accompanied by a
hydration by post-magmatic, low-T fluids is also very probable.

Discussion

Modal analysis

Main rock-forming minerals

The choice of the most appropriate method for estimating

modal  abundances  of  the  main  rock-forming  minerals  was
governed  by  comparison  of  the  observed  and  calculated
model whole-rock contents of the major- and minor-element
oxides,  as  well  as  the  most  common  among  the  LILE  (Ba,
Rb and Sr, which are hosted in granites mostly by feldspars
and  micas  –  Hanson  1978).  Examining  Fig. 7,  it  is  clearly
seen that the constrained LSQ method provides the most accu-
rate  estimate.  As  this  approach  does  not  give  good  assess-
ments of contents of minor phases, no muscovite was included
in the calculation and 0.2 wt. % of this mineral was added on
the basis of the point counting. The ‘best’ modal proportions
of  the  main  rock-forming  minerals  are  thus  estimated  to  be:
0.365 Pl, 0.293 Kfs, 0.247 Qtz, 0.093 Bt and 0.002 Ms.

As for the rock classification in the QAP triangle (Fig. 8)

(here  essentially  the  vol. %  of  Kfs,  Pl  and  Qtz  recast  to  1),
the modal estimates by all methods yield comparable results
and the studied rock classifies consistently as monzogranite.
Still, the image analysis and, to some extent, point counting
tend  to  overestimate  somewhat  the  Q  proportion,  whereas
the P-XRD approach results in a slightly lower 100*P/(A + P)
ratio of 47 % (other methods giving 55—59 %).

Fig. 7. Bar plots of calculated whole-rock contents of major- and minor-element oxides (a) and selected LILE (Rb, Sr and Ba) (b) calculated
from representative mineral analyses (Appendices 2 and 4) and modal abundances estimated on the basis of the P-XRD, granite mesonorm,
constrained least-squares (LSQ), image analysis of the stained thin slab and point counting of a standard thin section (Table 1). The best
agreement with the whole-rock contents (vertical orange lines) is achieved by the LSQ method.

background image

265

DISTRIBUTION OF ELEMENTS AMONG MINERALS OF A SINGLE GRANITE SAMPLE

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4, 257—271

Fig. 8. QAP (quartz, K-feldspar, plagioclase) triangle of Streckeisen
(1974)  comparing  previous  modal  analyses  of  the  Říčany  granite
(Steinocher  1950,  1953;  Palivcová  1965)  with  those  obtained  for
sample  Žer-1  in  course  of  the  present  study  by  various  methods.
If necessary, the results were recast to vol. %.

 

Zr Nb La 

Nd Eu Yb Y P 

wt. % 

Ap 

 

 2.875 1.166  1.431 0.661 0.473 0.314 

0.314 

Mnz 

1.442 10.761 0.046 

0.098  0.641 0.838 0.661 0.524 0.046 

Zrn 0.032 0.116 2.459 2.882  3.780 0.550 1.240 

 0.032 

Rt 

0.327 

0.081 

0.655 0.634  3.543 0.691 1.391 

 0.081 

Mgt 

14.835 10.647 1.121 

2.544  13.639 8.811 7.978 

 1.121 

Ttn 

1.443 9.563 

0.343 

0.260 0.498 

0.340 

0.255 

 

0.255 

 

Table 4: Maximum contents of selected accessory minerals (wt. %).

(ppm) Ap

1

 Mnz Zrn  Rt Real

2

 Calc.

4

 

Zr 

1.2 10086.7 

453122.0 44550.4 145.5 145.5 

Nb 

0.1 

35.3 3288.9 4675.2  3.8  4.6 

La 

424.5 26574.3 

496.4  1861.8  12.2  13.5 

Nd 

1105.0 13148.3 

446.9  2031.7  12.9  10.2 

Eu 

18.3 

40.8 6.9 7.4 

0.3 

0.1 

Yb 

72.2 57.0 86.9 69.1 

0.5 0.3 

1173.8 839.3 447.3 398.7 5.5 4.2 

186228.0 111734.2 

0.0 

17.5  585.4  585.4 

Estimated modal 
proportions (wt. %)

3

 

0.290 %

 

0.040 % 

0.023 % 

0.082 %   

 

Table 5: Modal percentages of the most abundant accessories (wt. %) estimated by the unconstrained least-squares method.

1

  –

 

Real  mineral  analyses  are  summarized  in  the

Appendix 2.

2

  –

 

 The  whole-rock  composition  not  accounted  for

by the main rock-forming minerals. See text for
discussion.

3

  –

 

Estimated  modal  percentages  obtained  by  the

least-squares approach.

4

 –

 

 Composition of a mixture (ppm) calculated using

these mineral proportions.

Accessory phases

After  subtracting  the  elements  hosted  by  the  main  rock-

forming minerals (not only hosted incorporated in the lattice,

Estimates  are  based  on  an  assumption  that  the  given
mineral contains the full whole-rock inventory of the
individual elements, after subtracting those hosted by
the main phases (0.365 Pl, 0.293 Kfs, 0.247 Qz, 0.093 Bt
and 0.02 Ms). Minima for each mineral are shown in
bold;  these  represent  maximum  possible  contents  of
each phase (last column).

but  also  contained  in  small  inclusions,  fluid  inclusions  or
sorbed  at  grain  boundaries,  interfacial  films  etc.),  the  rest  of
the whole-rock chemical inventory has to be accounted for by
the accessories. A crude estimate of a maximum modal abun-
dance can be made using trace-element characteristics of the
individual minerals. Assuming that such a phase accommodates
the entire whole-rock inventory of the given element, these are
as follows (Table 4, elements in brackets being the most restric-
tive ones): apatite  < 0.314 wt. % (P), monazite  < 0.046 wt. %
(La),  zircon  < 0.032 wt. %  (Zr),  rutile  < 0.081 wt. %  (Nb),
magnetite  < 1.121 wt. % (La) and titanite  < 0.255 wt. % (Y).

For  some  minerals,  these  constraints  should  approach  the

real modal abundances; the others contain no unique essen-
tial  structural  component,  and  instead  share  their  trace-ele-
ment  load  with  other  mineral  phase(s).  For  instance,  the
maximal apatite content is likely to be overestimated, as part
of P resides in monazite. Likewise, the LREE hosted in min-
erals other than monazite can hardly be neglected.

Regarding  the  opaque  phases,  ilmenite  and  magnetite  are

the  possible  carriers  of  the  ferromagnetic  properties  in  the
granite. It is worth stressing that the mean magnetic suscepti-
bility  of  the  Říčany  granite  is  low  (13.13—105.3

×10

—6

  [SI]:

Trubač  et  al.  2009)  and  thus  the  rock  must  contain  only  a
very limited amount of ferromagnetic component. Moreover,
in the constrained LSQ calculation, the whole-rock Fe bud-
get  is  exhausted  by  biotite  and  residual  TiO

2

  is  as  low  as

0.05 wt. %  (Table 3).  According  to  petrographic  investiga-
tion (Kodymová & Vejnar 1974), rutile seems to be the most
important  Ti-bearing  accessory.  Ilmenite,  magnetite  and  ti-
tanite were therefore not taken into further consideration, in
accordance  with  the  microscopic  and  electron-microprobe
studies showing all three phases to be rather rare. The modal
abundance of the zircon-like ABO

4

 phase remains unknown

as the complete trace-element data are not available.

In order to assess the abundances of the remaining acces-

sory minerals (Ap, Mnz, Zrn and Rt), the unconstrained LSQ
method was applied to the outstanding trace-element inven-

background image

266

JANOUŠEK, NAVRÁTIL, TRUBAČ, STRNAD, LAUFEK  and MINAŘÍK

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4, 257—271

tory. Trace elements which often represent their essen-
tial structural components (Zr, Nb, La, Nd, Eu, Yb, Y
and  P)  were  selected.  In  the  solution  (Table 5),  Ap
dominates  (0.29 wt. %)  over  Rt  (0.082 %),  Mnz
(0.04 %) and Zrn (0.023 %). The results are feasible as
all obey the upper limits (Table 4) and the residuals for
all modelled elements are satisfactory.

Whole-rock geochemical budget

Total balance

The  overall  balance  of  individual  elements  in  the

studied  sample  is  illustrated  by  means  of  the  balloon
plot (Jain & Warnes 2006). This diagram conveys im-
portant  aspects  of  tabular  data  without  obscuring  the
exact numerical values (Fig. 9, see caption for explana-
tion of the principle). For the trace elements, the final
balance is also presented as an upper continental crust
(Taylor  &  McLennan  1995)  normalized  spiderplot
(Fig. 10). Here, both the real concentrations and com-
puted  abundances  match  rather  well.  Only  middle-
heavy  REE  and,  most  notably,  Th  and  U  are  strongly
underestimated,  suggesting  the  presence  of  an  addi-
tional,  U,Th,  HREE-rich  phase  not  accounted  for  in
our  model.  The  obvious  candidate  is  the  zircon-like
ABO

4

 mineral (Appendix 5; Fig. 6b), the role of which

could not be quantified as we do not have information
on its modal percentage and most of the trace-element
signature.  Its  mean  concentrations  of  Th,  U  and  Yb
nevertheless  correspond  to  ~ 27,000,  > 3500  and
> 350

×  those  found  in  the  upper  continental  crust

(Taylor & McLennan 1995).

Fig. 9. Balloon plot (Jain & Warnes 2006) expressing the balance of indi-
vidual elements in the studied granite sample. The relative contributions
of  individual  minerals  are  expressed  by  the  colour  and  size  of  circles
plotted. Each number was obtained by multiplication of the particular ele-
ment/oxide concentration within the given mineral and the best estimate
of its modal abundance. The goodness of fit could be assessed comparing
row totals with the real whole-rock analyses.

Fig. 10. Spiderplot of trace-element concentrations observed
in the whole-rock sample Žer-1 (filled squares) and calculated
(empty  squares),  normalized  by  abundances  in  the  average
upper continental crust (Taylor & McLennan 1995). The cal-
culation was made for all the minerals present in Fig. 9.

background image

267

DISTRIBUTION OF ELEMENTS AMONG MINERALS OF A SINGLE GRANITE SAMPLE

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4, 257—271

Residence in individual minerals

Returning to Fig. 9, one can examine the residence of par-

ticular elements in detail. Silica is hosted almost equally by
quartz  (35 wt. %  of  its  whole-rock  abundance),  plagioclase
(33 %),  and  somewhat  less  by  K-feldspar  (27 %).  Bulk  Ti,
Fe and Mg are held by biotite, whereby rutile contains a fifth
of the whole-rock TiO

2

. Much of the MnO is also accounted

for by biotite but almost a third is hosted by K-feldspar. As
expected,  the  main  reservoirs  for  Al

2

O

3

  are  the  feldspars

(Pl: 52 %, Kfs: 38 %). Surprisingly little Al, however, resides
in biotite (10 %),  owing  to  its  small  modal  abundance.  Most
of the CaO and Na

2

O are bound to plagioclase ( ~ 90 %); only

10 % of the former is stored in apatite and 8 % of the latter in
K-feldspar. Part of the Na

2

O contents in K-feldspar is to be

ascribed to small plagioclase inclusions observed during pet-
rographic studies. For K

2

O, K-feldspar is clearly the key host

(81 %), biotite accounting for a mere 16 % of the whole-rock
budget. The main reservoir for P is apatite; monazite’s con-
tribution is small, close to 7 %.

Concerning  the  LILE,  Rb  is  accumulated  by  K-feldspar

(55 %),  biotite  comes  second  (24 %)  and  plagioclase  third
(20 %).  The  two  feldspars  represent  almost  equally  impor-
tant  Sr  reservoirs  (Pl:  57 %,  Kfs:  42 %).  The  bulk  of  Ba  is
concentrated  in  K-feldspar  (83 %);  both  biotite  (12 %)  and
plagioclase (5 %) are rather unimportant. The overwhelming
majority  of  Be  (79 %)  is  located  in  plagioclase;  K-feldspar
and biotite share the rest. Lead is another element for which
the feldspars are the main hosts (Kfs: 61 %, Pl: 37 %).

The most important LREE reservoirs are monazite (41 % La)

and  plagioclase  (33 %  La),  while  muscovite,  K-feldspar,
rutile and apatite seem to be much less significant. The bulk of
Eu is accounted for by the feldspars (Kfs: 50 % and Pl: 38 %);
the apatite contribution represents a mere 8 %. On the other
hand,  apatite  is  the  most  important  host  for  the  middle  and
heavy REE as well as Y. Less significant HREE-bearing phase
is rutile. Surprisingly, zircon and monazite do not rank among
important sinks for HREE, owing to their scarcity.

Regarding  the  radioactive  elements,  both  feldspars  seem  to

incorporate  much  U  (Kfs:  35  and  Pl:  25 %).  Among  accesso-
ries,  rutile  accounts  for  over  20 %  of  both  Th  and  U.  Almost
equally  significant  for  Th  are  K-feldspar,  monazite  and  rutile,
less so plagioclase (15 %) and muscovite (13 %). Minerals such
as zircon and apatite play only marginal roles in hosting the ra-
dioactive  elements,  unlike  probably  the  newly  recognized  zir-
con-like ABO

4

 phase, even though its role cannot be quantified.

Among the HFSE, the zircon contains only  ~ 70 % of the

total  Zr  and  Hf;  with  rutile  accounting  for  the  rest.  About
60 % of the Nb and Ta budget are hosted by biotite. We can
only speculate that this may be in the form of submicroscopic
inclusions; for rutile remains approximately one fifth of the
whole-rock inventory.

General implications

Modal analysis

Petrographic techniques: In  studies  of  granitic  rocks,  un-

stained thin sections are best suited for most textural obser-

vations, as well as description of optical properties and iden-
tification  of  mafic  minerals.  In  many  cases,  however,  it  is
difficult to determine some of the colourless phases, particu-
larly if the feldspars are not twinned or their grains are small.
One way out is to use cold-stage cathodoluminescence (CL),
in  which  the  (mostly)  blue  K-feldspars  are  easily  distin-
guished from ochre—yellow plagioclases and almost non-lu-
minescent  quartz  (Marshall  1988;  Janoušek  et  al.  2000a,
2004).  CL  also  facilitates  rapid  determination  and  mapping
of  some  accessory  phases,  such  as  of  apatite,  monazite  and
zircon.  Nowadays  largely  neglected,  staining  turns  K-feld-
spars  yellow  and  plagioclase  white,  also  facilitating  point
counting (Gabriel & Cox 1929; Hollocher 2013).

Obtaining  a  statistically  valid  modal  analysis  by  point

counting of a standard thin section can be troublesome, espe-
cially  for  coarse-grained  or  porphyritic  rocks  (Chayes  &
Fairbairn 1951; Chayes 1954, 1965; Hutchison 1974). In or-
der to maximize the counted area in these cases, it was pro-
posed to use rock slabs or point count directly on the outcrop
(e.g. Hutchison 1974) – but such methods are cumbersome
and seldom used. Clearly, the situation becomes even more
complicated  when  the  rock  possesses  a  fabric,  as  one  deals
essentially  with  a  2D  section  of  a  three-dimensional  aniso-
tropic body.

In our case, the approach using the stained polished slab is

superior, as it represents an area larger than the standard sec-
tion (ca. 119 vs. 6 cm

2

). The current work confirms that the

tedious point-counting of the stained sample can be success-
fully replaced by computer-aided image analysis. However,
this method also brings about some new problems, for exam-
ple,  some  degree  of  ambiguity  caused  by  alteration  of  the
feldspar.

P-XRD:  The  Rietveld  method  has  been  widely  used  for

quantitative  phase  analysis  of  various  geological  materials
and  industrial  products  (Madsen  &  Scarlett  2009  and  refer-
ences  therein).  This  full-pattern  profile  fitting  method  has
several  advantages  over  other  diffraction  approaches  to
quantitative phase analysis using at most a few of the stron-
gest reflections from each phase in the mixture (Bish & Post
1989). Nevertheless, the application of the Rietveld method
to geological materials still poses significant problems. The
most  pronounced  difficulties  are  micro-absorption  effects,
complex  preferred  orientation,  various  chemical  substitu-
tions in minerals and also the presence of structural defects.

Our estimate of modal composition obtained by P-XRD is

probably  biased  by  the  defective  structure  of  kaolinite,
which  is  affected  by  planar  disorder.  Considering  the  com-
plexity of the diffraction pattern, the large number of reflec-
tions  and  presence  of  significant  preferred  orientation,  the
results  from  P-XRD  are  reasonable,  in  other  words  they  are
comparable to other approaches. The advantage of the P-XRD
method over standard petrographic techniques is that it rep-
resents,  like  the  chemical  approaches,  the  whole  volume  of
the homogenized sample.

Chemical  methods:  For  the  sample  Žer-1,  the  bulk-rock

analysis represents  ~ 30 kg, or over 11,000 cm

3

 of the rock,

and thus should be robust to the presence of fabrics, pheno-
crysts  and  local  inhomogeneities  such  as  schlieren.  Major-
element  or  norm-based  schemes  (Streckeisen  &  Le  Maitre

background image

268

JANOUŠEK, NAVRÁTIL, TRUBAČ, STRNAD, LAUFEK  and MINAŘÍK

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4, 257—271

1979; De La Roche et al. 1980; Debon & Le Fort 1988) have
been  preferred  by  many  authors  for  classification  purposes.
However,  some  normative  recalculations  involve  minerals
not  encountered  in  common  felsic  plutonites  and  thus  their
use is not straightforward (e.g. CIPW and Catanorm – Hut-
chison 1975). For this reason, Mielke & Winkler (1979) de-
veloped  their  ‘Improved  Mesonorm’,  designed  specifically
for granitic rocks.

With  the  spread  of  personal  computers,  mathematical

methods became popular. They attempt to find the best esti-
mate  of  modal  proportions  based  on  major-  and  minor-ele-
ment analyses of the large whole-rock sample and its typical
mineral  constituents.  As  usually  the  number  of  chemical
components  exceeds  that  of  the  mineral  phases,  there  is  no
unique solution and the algorithms rely on the least-squares or
linear programming approaches (e.g. Wright & Doherty 1970;
Le Maitre 1981; Laube et al. 1996; Paktunc 1998; Janoušek et
al. 2006). Potential pitfalls could lie in the choice of typical
mineral  compositions  and/or  the  weathering/alteration  ef-
fects. The methods are also rather insensitive to the presence
of minor/or accessory phases, whose contents have to be as-
sessed separately.

Here the results obtained by mesonormative and LSQ ap-

proaches are closely comparable for felsic minerals (Fig. 8).
The  amount  of  biotite,  however,  is  nearly  half  (5.8  vs.
9.3 wt. %, respectively), and much lower also than estimates
by  the  remaining  methods.  The  reason  probably  lies  in  the
fact that the mesonorm also estimates the proportion of mag-
netite and ilmenite, whereby in the LSQ calculation the sole
iron-bearing phase is biotite. The normative contents of the
opaque phases seem overestimated by the mesonormative al-
gorithm, especially that of magnetite (0.9 %).

Taken  together,  several  of  the  methods  employed  here  to

estimate  the  modal  proportions  of  the  main  rock-forming
minerals have yielded comparable results. It is necessary to
stress that the current case is a particularly favourable one, as
no significant zoning of mineral phases, not even of plagio-
clase,  has  been  observed  in  the  Říčany  Pluton.  Moreover,
K-feldspar  phenocrysts  in  the  studied  sample  are  small  and
sparse.  Still,  the  constrained  LSQ  method  (Albarède  1995)
was  found  superior  to  all  other  approaches.  The  obtained
percentages of the main rock-forming minerals compare well
with  the  modal  analyses  determined  previously  by  conven-
tional  point  counting  (Steinocher  1950,  1953;  Palivcová
1965) (Fig. 8).

Petrogenetic modelling

Collectively, the four accessories, apatite, monazite, zircon

and  rutile  host  more  than  half  of  the  total  LREE  and  over
three quarters of the HREE + Y, Zr and Hf of the studied gran-
ite sample. The cases of Th, U, Ti, Ni, Co, Nb and Ta are sim-
ilar, albeit not so extreme. This confirms the notion that the
accessories are often crucial in controlling the behaviour of
many elements in granitic systems (e.g. Mittlefehldt & Miller
1983;  Miller  &  Mittlefehldt  1984;  Bea  1996).  Particularly
the REE are of little value in petrogenetic modelling of frac-
tional crystallization of the main rock-forming minerals, un-
less the role of accessories is properly assessed.

Determination of the whole-rock trace-element abundances

Some 10—30 % of the whole-rock HREE, U, Th, Nb, Ta, Ti,

Cd, Co and Ni, and even more of Zr and Hf, are contained in
the  resistant  accessories,  zircon  and  rutile.  Thus  the  pressure
bomb or sample fusion are absolutely essential in sample de-
composition, if these elements are to be determined quantita-
tively (e.g. Potts 1987; García de Madinabeitia et al. 2008 and
references therein). Using a combined HF, HCl and HNO

3

 at-

tack is clearly inadequate and will induce low total REE con-
tents  and  artificially  increased  degrees  of  LREE/HREE
fractionation. Alas such cases are by no means rare – for in-
stance,  the  acid  decomposition  casts  serious  doubts  on  some
of the results by Minařík et al. (1998).

Saturation thermometry

Our  study  provides  some  interesting  implications  for  the

accessory  phase  saturation  thermometry  commonly  used  in
the  granite  studies  (see  Janoušek  2006  and  Anderson  et  al.
2008 for review). As in Říčany phosphorus is hosted nearly
exclusively by apatite (86 % of the whole-rock contents), the
saturation  thermometry  involving  this  mineral  should  apply
be applicable. Indeed the temperature calculated for the un-
corrected whole-rock P

2

O

5

 content and that based on apatite-

hosted  P

2

O

5

  are  both  mutually  closely  comparable  (946  vs.

931 °C according to the model of Harrison & Watson 1984).
The fact that they are unrealistically high for a granitic mag-
ma can be related to the sensitivity of the algorithm to exact
determinations  of  P

2

O

5

  contents,  as  the  isotherms  converge

rapidly  for  increasingly  acidic  compositions  (see  fig. 3a  in
Janoušek 2006).

Zircon  incorporates  a  mere  62 %  of  the  whole-rock  Zr

budget (Fig. 9), the rest being hosted by other phases, most
importantly  the  early  crystallizing  rutile.  The  zircon  satura-
tion  thermometry  (Watson  &  Harrison  1983)  thus  yields  a
liquidus temperature estimate (784 °C) ca. 40 °C higher than
that calculated for the corrected Zr concentration.

The case of monazite is more complex, though. The model

of Montel (1993) includes additional parameters apart from
the  temperature,  major-element  and  LREE  contents  of  the
magma. One is the fraction of REE phosphates in the mona-
zite but this can be directly measured (the average for Říčany
monazite is 89.5 mol %). More difficult to constrain are the
water  contents  of  the  magma.  Fortunately,  the  effect  is  not
great  (738 °C  is  obtained  for  3 wt. %  H

2

O;  761—724 °C  for

1—5 wt. % H

2

O).

Plagioclase  represents  an  important  sink  for  LREE,  with

monazite  containing  some  21—41 %  of  the  whole-rock  in-
ventory. This brings problems for the LREE-based monazite
thermometry.  While  the  uncorrected  LREE  content  yields
738 °C,  the  corrected  content  gives  barely  668 °C,  that  is
about 70 °C less (for 3 wt. % H

2

O in the magma melt). Such

a  corrected  temperature  seems  to  be  too  low  for  a  granitic
magma. However, one should take into account the petrolog-
ical  evidence  indicating  that  the  monazite  saturation  level
was probably reached early, prior to the onset of the plagio-
clase crystallization. Thus using the uncorrected temperature
seems more justifiable here.

background image

269

DISTRIBUTION OF ELEMENTS AMONG MINERALS OF A SINGLE GRANITE SAMPLE

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4, 257—271

Conclusions

The  study  of  the  petrography  and  mineral  chemistry  of  a

single  large  sample  of  coarse-grained,  weakly  porphyritic
(muscovite-)  biotite  granite  from  the  Říčany  intrusion
(Czech Republic) has yielded the following conclusions:

1. The  methods  taking  into  account  the  whole-rock  com-

position  as  well  as  the  true  mineral  chemistries  (linear  pro-
gramming  or  constrained  least  squares)  are  particularly
suitable  for  modal  analyses  of  granitic  rocks.  The  modes
then represent a large volume of sample and thus (i) smooth
out any local variations, such as small-scale crystal accumula-
tion, (ii) account for the presence of phenocrysts, and (iii) are
insensitive to shaped-preferred orientation/fabric.

2. Accessory phases control the behaviour of many trace el-

ements in differentiation of felsic granitic systems. Clearly the
REE are of little value in petrogenetic modelling of the main
rock-forming minerals fractionation, unless the role of acces-
sories is properly assessed and existing saturation models for
apatite, zircon, monazite ± rutile are carefully considered.

The fact that many of the essential structural components

(P, Zr, LREE) used in apatite, zircon and monazite saturation
thermometry  are  incorporated  into  other  minerals  may  lead
to significant overestimation of the liquidus temperatures. In
the  present  case,  the  saturation  temperatures  for  zircon
would be overestimated as ca. 40 °C due to significant con-
tents of Zr in the early crystallized rutile. However, the cor-
rection for monazite (70 °C) probably should not be applied
as most of the extra LREE are hosted by plagioclase, a rela-
tively late mineral.

In the studied sample, over 80 % of the whole-rock Zr and

Hf and ca. 10—30 % of HREE, U, Th, Nb, Ta, Ti, Cd, Co and
Ni  are  contained  in  resistant  accessory  phases  Zrn  and  Rt.
Thus the pressure vessel or sample fusion – and not merely
a combined acid attack – are absolutely essential in sample
decomposition if these elements are to be determined quanti-
tatively.

Acknowledgments:  This  manuscript  benefited  from  insight-
ful comments by I. Broska, an anonymous reviewer and han-
dling  editor  I.  Petrík,  as  well  as  from  careful  editing  by    E.
Petríková. The authors are indebted to Z. Korbelová for assis-
tance  at  the  electron  microprobe  and  J.K.  Novák  (both  Geo-
logical Institute, Czech Academy of Sciences, Prague – GLI)
who  carried  out  the  point  counting  analysis.  V.  Sedláček
(GLI) did the mineral separations, P. Hasalová (Czech Geo-
logical  Survey)  helped  with  staining  of  feldspars.  Janoušek
and Trubač acknowledge the support by the Grant Agency of
the  Czech  Republic  (GAČR,  No.  P210/11/1168)  and  Czech
Ministry of Education, Youth and Sports (Project LK 11202);
Minařík  and  Navrátil  were  supported  from  institutional
Project No. RVO67985831. This study is a part of the Ph.D.
research of Jakub Trubač.

References

Albarède  F.  1995:  Introduction  to  geochemical  modeling.  Cam-

bridge University Press, Cambridge, 1—543.

Anderson J.L., Barth A.P., Wooden J.L. & Mazdab F. 2008: Ther-

mometers and thermobarometers in granitic systems. In: Putirka
K.D. & Tepley III F.J. (Eds.): Minerals, inclusions and volca-
nic processes. Mineral. Soc. Amer.; Geochem. Soc. Rev. Miner.
Geochem., 
Washington 69, 121—142.

Bea F. 1996: Residence of REE, Y, Th and U in granites and crustal

protoliths;  implications  for  the  chemistry  of  crustal  melts.  J.
Petrology
 37, 521—552.

Bish  D.L.  &  Post  J.E.  1989:  Modern  powder  diffraction.  Mineral.

Soc. Amer. Rev. Miner., Washington 20, 1—369.

Boynton  W.V.  1984:  Cosmochemistry  of  the  rare  earth  elements:

meteorite  studies.  In:  Henderson  P.  (Ed.):  Rare  earth  element
geochemistry. Elsevier, Amsterdam, 63—114.

Chayes  F.  1954:  The  theory  of  thin-section  analysis.  J.  Geol.  62,

92—101.

Chayes F. 1965: Reliabilty of point counting results. Amer. J. Sci.

263, 719—724.

Chayes F. & Fairbairn H.W. 1951: A test of the precision of thin-sec-

tion analysis by point counter. Amer. Mineralogist 36, 704—712.

Debon F. & Le Fort P. 1988: A cationic classification of common

plutonic  rocks  and  their  magmatic  associations:  principles,
method, applications. Bull. Minéral. 111, 493—510.

De La Roche H., Leterrier J., Grandclaude P. & Marchal M. 1980:

A classification of volcanic and plutonic rocks using R

1

R

2

-dia-

gram and major element analyses – its relationships with cur-
rent nomenclature. Chem. Geol. 29, 183—210.

Evans O.C. & Hanson G.N. 1993: Accessory-mineral fractionation

of  rare-earth  element  (REE)  abundances  in  granitoid  rocks.
Chem. Geol. 110, 69—93.

Gabriel A. & Cox E.P. 1929: A staining method for the quantitative

determination of certain rock minerals. Amer. Mineralogist 14,
290—292.

García de Madinabeitia S., Sánchez Lorda M.E. & Gil Ibarguchi J.I.

2008:  Simultaneous  determination  of  major  to  ultratrace  ele-
ments  in  geological  samples  by  fusion-dissolution  and  induc-
tively  coupled  plasma  mass  spectrometry  techniques.  Anal.
Chim. Acta
 625, 117—130.

Geisler  T.,  Pidgeon  R.T.,  van  Bronswijk  W.  &  Kurtz  R.  2002:

Transport  of  uranium,  thorium,  and  lead  in  metamict  zircon
under low-temperature hydrothermal conditions. Chem.  Geol.
191, 141—154.

Geisler T., Pidgeon R.T., Kurtz R., van Bronswijk W. & Schleicher

H.  2003:  Experimental  hydrothermal  alteration  of  partially
metamict zircon. Amer. Mineralogist 88, 1496—1513.

Gromet  L.P.  &  Silver  L.T.  1983:  Rare  earth  element  distribution

among minerals in a granodiorite and their petrogenetic impli-
cations. Geochim. Cosmochim. Acta 47, 925—939.

Hanson G.N. 1978: The application of trace elements to the petro-

genesis of igneous rocks of granitic composition. Earth Planet.
Sci. Lett.
 38, 26—43.

Harrison T.M. & Watson E.B. 1984: The behavior of apatite during

crustal  anatexis:  equilibrium  and  kinetic  considerations.
Geochim. Cosmochim. Acta 48, 1467—1477.

Hejtman B. 1948: Directory of quarries in Czechoslovakia, No. 26,

Český  Brod.  [Soupis  lomů  ČSR,  č.  26,  okres  Český  Brod.]
SGÚ ČSR, Praha, 1—71 (in Czech).

Hollocher K. 2013: Staining feldspars in thin section. Accessed on

23  December  2013  at  http://minerva.union.edu/hollochk/
c_petrology/staining_feldspars.htm

Holub  F.V.,  Machart  J.  &  Manová  M.  1997:  The  Central  Bohemian

Plutonic Complex: geology, chemical composition and genetic in-
terpretation. Sbor. Geol. Věd, ložisk. Geol. Mineral. 31, 27—50.

Hoskin P.W.O. & Schaltegger U. 2003: The composition of zircon

and  igneous  and  metamorphic  petrogenesis.  In:  Hanchar  J.M.
&  Hoskin  P.W.O.  (Eds.):  Zircon.  Mineral.  Soc.  Amer.;
Geochem. Soc. Rev. Miner. Geochem., 
Washington 53, 27—62.

background image

270

JANOUŠEK, NAVRÁTIL, TRUBAČ, STRNAD, LAUFEK  and MINAŘÍK

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4, 257—271

Hutchison  C.S.  1974:  Laboratory  handbook  of  petrographic  tech-

niques. John Wiley & Sons, New York, 1—527.

Hutchison C.S. 1975: The norm, its variations, their calculation and

relationships. Schweiz. Mineral. Petrogr. Mitt. 55, 243—256.

Jain N. & Warnes G.R. 2006: Ballon plot. R News 6, 35—38.
Janoušek V. 2006: Saturnin, R language script for application of ac-

cessory-mineral  saturation  models  in  igneous  geochemistry.
Geol. Carpathica 57, 131—142.

Janoušek  V.,  Farrow  C.M.  &  Erban  V.  2006:  Interpretation  of

whole-rock  geochemical  data  in  igneous  geochemistry:  intro-
ducing Geochemical  Data Toolkit (GCDkit). J.  Petrology  47,
1255—1259.

Janoušek V., Rogers G., Bowes D.R. & Vaňková V. 1997: Cryptic

trace-element  variation  as  an  indicator  of  reverse  zoning  in  a
granitic  pluton:  the  Říčany  granite,  Czech  Republic.  J.  Geol.
Soc., London
 154, 807—815.

Janoušek  V.,  Bowes  D.R.,  Braithwaite  C.J.R.  &  Rogers  G.  2000a:

Microstructural and mineralogical evidence for limited involve-
ment  of  magma  mixing  in  the  petrogenesis  of  a  Hercynian
high-K  calc-alkaline  intrusion:  the  Kozárovice  granodiorite,
Central  Bohemian  Pluton,  Czech  Republic.  Trans.  Roy.  Soc.
Edinb., Earth Sci.
 91, 15—26.

Janoušek  V.,  Bowes  D.R.,  Rogers  G.,  Farrow  C.M.  &  Jelínek  E.

2000b:  Modelling  diverse  processes  in  the  petrogenesis  of  a
composite batholith: the Central Bohemian Pluton, Central Eu-
ropean Hercynides. J. Petrology 41, 511—543.

Janoušek  V.,  Braithwaite  C.J.R.,  Bowes  D.R.  &  Gerdes  A.  2004:

Magma-mixing in the genesis of Hercynian calc-alkaline gran-
itoids: an integrated petrographic and geochemical study of the
Sázava  intrusion,  Central  Bohemian  Pluton,  Czech  Republic.
Lithos 78, 67—99.

Johannsen A. 1932, 1937, 1938, 1939: A descriptive petrography of

the igneous rocks. University of Chicago Press.

Katzer  F.  1888:  Geologische  Beschreibung  der  Umgebung  von

Říčan. Jb. Geol. Reichsanst. 38, 355—417.

Kodymová A. & Vejnar Z. 1974: Accessoric heavy minerals in plu-

tonic rocks of the Central Bohemian Pluton. [Akcesorické těžké
minerály v hlubinných horninách středočeského plutonu.] Sbor.
Geol. Věd, ložisk. Geol. Mineral.
 16, 89—128 (in Czech).

Kretz R. 1983: Symbols for rock-forming minerals. Amer. Mineral-

ogist 68, 277—279.

Laube  N.,  Hergarten  S.  &  Neugebauer  H.J.  1996:  MODUSCALC

– a computer program to calculate mode from a geochemical
rock analysis. Comput. and Geosci. 22, 631—637.

Le Maitre R.W. 1981: GENMIX – a generalized petrological mix-

ing model program. Comput. and Geosci. 7, 229—247.

Le Maitre R.W. 2002: Igneous rocks: a classification and glossary

of terms: recommendations of the International Union of Geo-
logical Sciences, subcommission on the systematics of igneous
rocks. Cambridge University Press, 1—236.

Madsen  I.C.  &  Scarlett  N.V.Y.  2009:  Quantitative  phase  analysis.

In: Dinnebier R.E. & Bilinge S.J.J. (Eds.): Powder diffraction:
Theory and practise. RCS Publishing, Cambridge, 298—331.

Marshall D.J. 1988: Cathodoluminescence of geological materials.

Unwin Hyman, Boston, 1—145.

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

Mesonorm  für  granitische  Gesteine.  Neu.  Jb.  Mineral.,  Mh.,
471—480.

Miller C.F. & Mittlefehldt D.W. 1984: Extreme fractionation in fel-

sic  magma  chambers;  a  product  of  liquid-state  diffusion  or
fractional crystallization? Earth Planet. Sci. Lett. 68, 151—158.

Minařík  L.  &  Houdková  Z.  1986:  Element  distribution  during  the

weathering of granitic rocks and formation of soils in the area
of the massif of Říčany. [Distribuce prvků při zvětrávání hornin
a tvorbě půd v oblasti říčanského masívu.]  Acta Montana  74,
59—78 (in Czech, with English summary).

Minařík L. & Kvídová O. 1986: Fractionation of rare earth elements

during  weathering  of  rocks.  [Frakcionace  vzácných  zemin  při
zvětrávání  hornin.]  Acta  Montana  72,  63—74  (in  Czech,  with
English summary).

Minařík L., Žigová A., Bendl J., Skřivan P. & Š astný M. 1998: The

behaviour of rare-earth elements and Y during the rock weath-
ering and soil formation in the Říčany granite massif, Central
Bohemia. Sci. Total Environ. 215, 101—111.

Minařík L., Skřivan P., Novák J.K., Fottová D. & Navrátil T. 2003:

Distribution, cycling and impact of selected inorganic contami-
nants  in  ecosystem  of  the  Lesní  potok  catchment,  the  Czech
Republic. Ekologia, Bratislava 22, 305—322.

Mittlefehldt D.W. & Miller C.F. 1983: Geochemistry of the Sweet-

water  Wash  Pluton,  California;  implications  for  “anomalous”
trace element behavior during differentiation of felsic magmas.
Geochim. Cosmochim. Acta 47, 109—124.

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

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

Navrátil T. 2003: Biogeochemistry of the II.A group elements in a

forested  catchment.  Unpublished  Ph.D.  Thesis,  Charles  Uni-
versity in Prague
, 1—113.

Navrátil  T.,  Skřivan  P.,  Minařík  L.  &  Žigová  A.  2002:  Beryllium

geochemistry in the Lesní Potok Catchment (Czech Republic),
7 years of systematic study. Aquat. Geochem. 8, 121—133.

Navrátil  T.,  Vach  M.,  Skřivan  P.,  Mihaljevič  M.  &  Dobešová  I.

2004:  Deposition  and  fate  of  lead  in  a  forested  catchment,
Lesní potok, Central Czech Republic. Water Air Soil Poll., Fo-
cus 
4, 619—630.

Navrátil  T.,  Shanley  J.B.,  Skřivan  P.,  Krám  P.,  Mihaljevič  M.  &

Drahota  P.  2007:  Manganese  biogeochemistry  in  a  Central
Czech Republic catchment. Water Air Soil Poll. 186, 149—165.

Němec D. 1978: Genesis of aplite in the Říčany massif, central Bo-

hemia. Neu. Jb. Mineral., Abh. 132, 322—339.

Niggli P. 1931: Die quantitative mineralogische Klassifikation der

Eruptivgesteine. Schweiz. Mineral. Petrogr. Mitt. 11, 296—364.

Orlov A. 1933: Contribution to the petrography of the Central Bo-

hemian  Granite  Massif  (the  Říčany-Benešov-Milevsko-Písek
region). [Příspěvek k petrografii středočeského žulového masívu
(Říčansko—Benešovsko—Milevsko-Písecko).] Věst. St. Geol. Úst.
Čs. Repl.
 9, 135—144 (in Czech).

Paktunc A.D. 1998: MODAN: an interactive computer program for

estimating mineral quantities based on bulk composition. Com-
put. and Geosci.
 24, 425—431.

Palivcová M. 1965: The Central Bohemian Pluton – a petrographic

review and an attempt at a new genetic interpretation. Krystal-
inikum
 3, 99—131.

Palivcová M., Waldhausrová J., Ledvinková V. & Fatková J. 1992:

Říčany  granite  (Central  Bohemian  Pluton)  and  its  ocelli-  and
ovoids-bearing mafic enclaves. Krystalinikum 21, 33—66.

Pivec E. 1970: On the origin of phenocrysts of potassium feldspars

in  some  granitic  rocks  of  the  Central  Bohemian  Pluton.  Acta
Univ. Carol, Geol.
 1970, 11—25.

Pivec E. 1969: Residues of surface kaolinization in granite of Říčany.

[Relikty povrchové kaolinizace v říčanské žule.] Čas. Mineral.
Geol. 
14, 61—67 (in Czech, with English summary).

Potts P.J. 1987: A handbook of silicate rock analysis. Blackie & Son

Ltd., Glasgow and London, 1—622.

Robie  R.A.,  Bethke  P.M.  &  Beardsley  K.M.  1967:  Selected  X-ray

crystallographic data, molar volumes, and densities of minerals
and related substances. U.S. Geol. Surv. Bull. 1248, Washington,
1—87.

Sawka W.N. 1988: REE and trace element variations in accessory

minerals  and  hornblende  from  the  strongly  zoned  McMurry
Meadows  Pluton,  California.  Trans.  Roy.  Soc.  Edinb.,  Earth
Sci.
 79, 157—168.

background image

271

DISTRIBUTION OF ELEMENTS AMONG MINERALS OF A SINGLE GRANITE SAMPLE

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4, 257—271

Steinocher V. 1950: The position of some plutonic and dike rocks

of the plutonic mass of Central Bohemia in P. Niggli’s quanti-
tative  mineralogical  and  chemical  system.  Part  I.  Sbor.  St.
Geol. Úst. Čs. Rep.,Odd. Geol.
 17, 721—764.

Steinocher V. 1953: The position of some plutonic and dyke rocks

of  the  Pluton  of  Central  Bohemia  in  P.  Niggli’s  quantitative
mineralogical  and  chemical  system.  Part  II.  Sbor.  Ústř.  Úst.
Geol., Odd. Geol.
 20, 241—288.

Streckeisen  A.  1974:  Classification  and  nomenclature  of  plutonic

rocks. Geol. Rdsch. 63, 773—786.

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

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

Taylor S.R. & McLennan S.M. 1995: The geochemical evolution of

the continental crust. Rev. Geophys. 33, 241—265.

Trubač  J.,  Žák  J.,  Chlupáčová  M.  &  Janoušek  V.  2009:  Magnetic

fabric of the Říčany granite, Bohemian Massif: a record of he-
lical magma flow? J. Volcanol. Geotherm. Res. 181, 25—34.

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

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

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

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

Wright T.L. & Doherty P.C. 1970: A linear programming and least

squares computer method for solving petrologic mixing prob-
lems. Geol. Soc. Amer. Bull. 81, 1995—2008.

Žák J., Verner K., Janoušek V., Holub F.V., Kachlík V., Finger F.,

Hajná J., Tomek F., Vondrovic L. & Trubač J. (2014): A plate-
kinematic  model  for  the  assembly  of  the  Bohemian  Massif
constrained  by  structural  relationships  around  granitoid  plu-
tons. In: Schulmann K., Martínez Catalán J.R., Lardeaux J.M.,
Janoušek V. & Oggiano G. (Eds.): The Variscan orogeny: Ex-
tent, timescale and the formation of the European Crust. Geol.
Soc. London, Spec. Publ. 
405, 169—196. Doi: 10.1144/SP405.9

background image

www.geologicacarpathica.com

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

, AUGUST 2014, 65, 4

Electronic supplement

Analytical techniques

Sampling

The  whole-rock  sample  Žer-1  ( ~ 30 kg)  was  collected  in

the  Žernovka  quarry, ca.  850 m  NNW  of  the  namesake  vil-
lage  off  the  pluton’s  center  (Fig. 1c,  GPS  50°0’22.64” N;
14°44’56.13” E). Its bulk was crushed by a steel jaw crusher,
homogenized and ground in an agate mill at the Laboratories
of  the  Institute  of  Geology,  Czech  Academy  of  Sciences,
v.v.i. (CAS).

Mineral separation

The crushed material ( < 500 µm) was floated on a Wilfley

shaking  table.  The  heavy  fraction  was  filtered  on  glass  frit,
rinsed  with  ethanol  and  air  dried.  The  light  fraction  was
dried  at  105 °C  and  was  used  for  separation  of  the  main
rock-forming minerals. The fraction between 63 and 250 µm
thereof  served  for  magnetic  separation  of  biotite.  The  biotite
separate  was  finally  cleaned  in  acetylene  tetrabromide  with
density of 2.54 kg . m

—3

.

The quartz separate was obtained after biotite separation by

flotation using ANP1 (amino nitro paraffin) agent. K-feldspar
was  separated  in  bromoform  solution  (2.59 kg . m

—3

).  The

material  with  density  greater  than  2.54 kg . m

—3

  was  plagio-

clase.  Following  the  separation  of  quartz  and  orthoclase,
muscovite separation was achieved in bromoform with den-
sity 2.74—2.84 kg . m

—3

. Kaolinite was isolated by centrifuga-

tion of the fine fraction ( < 25 µm) in bromoform.

The dried heavy fraction from the shaking table was sieved

on a 315 µm nylon sieve. The fine fraction was used for sepa-
ration of heavy minerals – zircon and monazite. Apatite was
recovered from the heavy fraction by centrifugation in methyl-
eniodide  with  density  3.18—3.25 kg . m

—3

.  Magnetite  was  ob-

tained  from  the  dark  part  of  the  heavy  fraction  by  magnetic
separation with the intensity of magnetic field set to 0.2 A.

Electron microprobe and BSE imaging

The analyses of the major rock-forming and selected acces-

sory  minerals  were  done  with  a  fully  automated  CAMECA
SX-100  electron  microprobe,  employing 

Φ(ρz)  correction

procedure  (Merlet  1992)  at  the  CAS.  All  analyses  were  per-
formed at an acceleration voltage of 15 kV but with different
beam currents and spot sizes chosen according to the mineral
type. Thus 20—40 nA and a spot size of 10 µm were employed
for analyses of apatite, titanite, rutile, monazite, magnetite, il-
menite and zircon—thorite solid solution. For feldspars, micas

and  quartz,  the  beam  current  was  10—15 nA  and  spot  size
2 µm.  Minor-element  interferences  have  been  checked  rou-
tinely and corrected for by measuring the corresponding stan-
dards. All the mineral abbreviations are after Kretz (1983).

Whole-rock major- and minor-element analyses

The major-element whole-rock analysis of the whole-rock

sample was undertaken by wet chemistry in the laboratories of
the Czech Geological Survey, Prague – Barrandov. Further
analytical details are given in Dempírová (2010); the relative

σ  uncertainties  were  better  than  1 %  (SiO

2

),  2 %  (FeO),

5 %  (Al

2

O

3

,  K

2

O  and  Na

2

O),  7 %  (TiO

2

,  MnO,  CaO),  6 %

(MgO)  and  10 %  (Fe

2

O

3

,  P

2

O

5

).  Interpretation  and  plotting

of the whole-rock geochemical data was done by the R-lan-
guage package GCDkit (Janoušek et al. 2006).

Trace-element analyses

Solution ICP-MS analyses

The  trace-element  analyses  of  mineral  separates  and

whole-rock samples were carried out after modified total di-
gestion  in  mineral  acids  (HF + HClO

4

)  and  borate  fusion

(Na

2

CO

3

+ Na

2

B

4

O

7

)  in  Pt  crucibles  followed  by  solution

nebulization ICP-MS PQ3 VG Elemental at Charles Univer-
sity  in  Prague.  All  the  chemicals  involved  were  reagent
grade (Merck, Germany) and the acids were double distilled.
Deionized water from a Millipore system (Milli-Q Academic,
USA) was used for all dilutions.

The measured data were processed on-line using VG Plas-

maLab software, applying corrections for instrumental drift.
The analytical precision for all the elements analysed ranged
from  0.5  to  5 %  relative.  The  accuracy  of  this  analytical
method was checked using the G-2 and BCR-2 reference ma-
terials  (USGS,  USA).  Trace-element  ICP-MS  analyses  fol-
lowed the methods of Strnad et al. (2005).

In-situ laser ablation analyses

In-situ  trace-element  analyses  were  performed  on  a  qua-

drupole-based  ICP-MS  Thermo  Fisher  X-Series  II  (Charles
University) coupled to a NewWave UP 213 laser microprobe
(NewWave Research; USA) operating at output wavelength
of 213 nm. All samples were prepared as polished thin sec-
tions. The data were acquired in the time-resolved and peak
jumping  mode  with  one  point  measured  per  mass  peak  and
processed  off-line  by  Thermo  Fisher  PlasmaLab  software
2.5.11  321.  The  raster  pattern  was  linear,  approximately

JANOUŠEK et al.: Distribution of elements among minerals of a single (muscovite-) biotite granite sample – an opti-
mal approach and general implications

Appendix 1

background image

ii

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4

JANOUŠEK et al.: Distribution of elements among minerals of a single granite sample

80

×400 µm. External calibration of the laser-ablation analy-

ses was done using standards NIST 610 and 612 (Pearce et al.
1997).  For  internal  standardization 

29

Si  concentrations  based

on electron microprobe measurements were applied. Data re-
duction  included  correction  for  the  gas  blank,  the  internal
standard  and  a  calibration  check;  the  data  were  processed
off-line  in  a  MS  Excel  spreadsheet-based  program.  For  de-
tails on analytical protocol and correction strategy see Strnad
et al. (2005).

Modal analyses

Point counting

Point counting was done on a thin section 3

×2 cm using a

standard  optical  microscope.  The  total  number  of  points
counted was 4890.

Image analysis of stained rock slab

The  rock  sample  was  stained  according  to  the  method  of

Gabriel & Cox (1929). The polished sample surface was ex-
posed to fumes of HF for about 15 min., then treated with a
concentrated  solution  of  sodium  cobaltinitrite  for  another
10 min., rinsed and dried. This reaction forms a yellow coat-
ing  on  K-feldspar  and  white  on  plagioclase;  quartz  remains
unaffected.

The  image  analysis  was  performed  on  a  scanned  stained

polished rock slab (ca. 17

×7 cm). The abundance of mineral

phases was estimated on the basis of pixel colour analysis by
Quick Photo Micro 2.2 software. Dark—black areas were at-
tributed  to  biotite,  grey  and  greyish  glassy-like  colour  to
quartz, white to plagioclase and yellow to K-feldspar.

Powder X-ray diffraction

A powder sample was prepared by grinding in an agate mill

and, subsequently, in an agate mortar. The powder X-ray dif-
fraction  pattern  was  collected  in  a  conventional  Bragg-Bren-
tano geometry on the Philips X’Pert diffractometer equipped
with graphite secondary monochromator. The CuK

α 

radiation

was  used.  To  minimize  the  background,  the  sample  was
placed on a flat low-background silicon wafer. Data were ac-
quired in the angular range 3—90° 2

Θ, with a step interval of

0.02° and a step-counting time of 9 s. A divergence slit of 0.5°
and a receiving slit of 0.1 mm were used.

  The  quantitative  phase  analysis  of  the  sample  was  per-

formed using the Rietveld method (Young 2000). Refinement
was done by minimizing the sum of the weighted squared dif-
ferences between observed and calculated intensities at every
2

Θ step in a powder diffraction pattern (Bish & Post 1993).

Quartz,  orthoclase,  plagioclase  (albite),  biotite  and  kaolinite
were detected in the P-XRD pattern. The Rietveld refinement
was performed using the FullProf program (Rodríguez-Car-
vajal 2006). The structure models used in the refinement were
as  follows:  quartz  (Le  Page  &  Donnay  1976),  orthoclase
(Prince  et  al.  1973),  albite  (Ferguson  et  al.  1958),  biotite
(Brigatti  &  Davoli  1990)  and  kaolinite  (Bish  &  Von  Dreele
1989). The structural model of oligoclase instead of albite was

also tested in Rietveld refinements, however the differences
in  the  profile  agreement  factors  between  both  Rietveld  fits
were  insignificant.  The  differences  in  the  estimated  modal
composition were below 0.1 wt. %. The background was de-
termined by linear interpolation between consecutive break-
points in the powder pattern. The pseudo-Voigt function was
employed to generate the line shape of the diffraction peaks.
The  refinement  involved  the  scale  factor  for  each  phase,
unit-cell parameters for each phase except albite, peak-width
parameters  for  each  phase,  two  asymmetry  parameters  for
biotite and 2

Θ zero error. Atomic coordinates, overall isotro-

pic  displacement  factors,  and  site  occupancy  parameters
were fixed during the refinement for all phases. The unit-cell
parameters  of  albite  were  also  fixed,  since  their  refinement
caused  divergence  of  the  fit.  The  March-Dollase  correction
for  preferred  orientation  was  applied.  The  [001]  direction
was used for biotite, kaolinite, feldspar and plagioclase. The
refinement converged to the values of the profile agreement
factors R

p

= 8.9 % and R

wp

= 11.4 %.

Principles of the least-squares calculations

The least-squares method is employed to solve an overde-

termined  set  of  linear  algebraic  equations,  which  occur
where  there  are  more  independent  equations  than  variables
(Bryan  et  al.  1969).  Given  a  matrix  A  and  a  vector  y,  we
want to know the vector x that fulfils.

y = Ax

     1

Our estimate of the vector x should also be chosen so that the
computed and real elements of the vector y differ as little as
possible.

y’= Ax’

     2

The  squares  of  these  differences  are  commonly  minimized

(so-called  least-squares  method:  Bryan  et  al.  1969;  Albarède
1995):

R

2

=  y’—y 

2

       

3

R

2

= min

     4

and the sum of squared residuals is taken as the measure of

the goodness of fit. Albarède (1995) discussed in a detail all
the necessary mathematical apparatus that is behind the solu-
tion. Moreover, Janoušek & Moyen (in print) provide exam-
ples  of  various  types  of  calculations  (including  normative
calculations  using  real  mineral  compositions  by  the  least-
squares method) and their implementation into the freeware
R language.

In geochemistry we very often examine variables that sum

up, for instance, to a unity or 100 %. The least-squares method
generally does not produce normalized solutions, in the form
of vectors whose components would sum up to a given num-
ber.  We  can  define  the  Lagrange  multiplier 

λ as (Albarède

(1995):

 

J

A

A

J

x

J

T

T

T

1

)

(

1

=

λ

     5

where stands for an ordinary least-squares solution and is
a  vector,  all  elements  of  which  are  equal  to  1.  The  con-
strained least-squares solution is than given by:
                                                                                             6

x

^

+

λ(A

T

 A)

—1

J

background image

iii

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4

Electronic supplement – Appendices 1—5

References

Albarède  F.  1995:  Introduction  to  geochemical  modeling.  Cam-

bridge University Press, Cambridge, 1—543.

Bish  D.L.  &  Post  J.E.  1993:  Quantitative  mineralogical  analysis

using the Rietveld full-pattern fitting method. Amer. Mineralo-
gist
 78, 932—940.

Bish  D.L.  &  Von  Dreele  R.B.  1989:  Rietveld  refinement  of  non-

hydrogen atomic positions in kaolinite. Clays and Clay Miner.
37, 4,  289—296.

Brigatti  M.F.  &  Davoli  P.  1990:  Crystal-structure  refinements  of

1 M plutonic biotites. Amer. Mineralogist 75, 305—313.

Bryan  W.B.,  Finger  L.W.  &  Chayes  F.  1969:  Estimating  propor-

tions in petrographic mixing equations by least-squares approxi-
mation. Science 163, 926—927.

Dempírová L. 2010: Evaluation of SiO

2

, Na

2

O, MgO, K

2

O determi-

nations  in  silicate  samples  by  z-score  obtained  from  nineteen
interlaboratory tests. [Zhodnocení stanovení SiO

2

, Na

2

O, MgO

a K

2

O v silikátových vzorcích pomocí z-skóre získaných z de-

vatenácti  mezilaboratorních  porovnávání.]  Zpr.  Geol.  Výzk.
v roce 2009
, 323—326 (in Czech with English summary).

Ferguson R.B., Traill R.J. & Taylor W.H. 1958: The crystal struc-

tures  of  low-temperature  and  high-temperature  albites.  Acta
Crystallogr.
 11, 331—348.

Gabriel A. & Cox E.P. 1929: A staining method for the quantitative

determination of certain rock minerals. Amer. Mineralogist 14,
290—292.

Janoušek  V.  &  Moyen  J.F.  (in  print):  Mass  balance  modelling  of

magmatic  processes  in  GCDkit.  In:  Kumar  S.  &  Singh  R.N.
(Eds.):  Modelling  of  magmatic  and  allied  processes.  Soc.

Earth Sci., Ser. 83, Springer, Berlin, 225—238.

        Doi: 10.1007/978-3-319-06471-0_11
Janoušek V., Farrow C.M. & Erban V. 2006: Interpretation of whole-

rock  geochemical  data  in  igneous  geochemistry:  introducing
Geochemical Data Toolkit (GCDkit). J. Petrology 47, 1255—1259.

Kretz R. 1983: Symbols for rock-forming minerals. Amer. Mineralo-

gist 68, 277—279.

Le Page Y. & Donnay G. 1976: Refinement of the crystal structure

of low-quartz. Acta Crystallogr., Sect. B 32, 2456—2459.

Merlet C. 1992: Accurate description of surface ionization in elec-

tron  probe  microanalysis:  an  improved  formulation.  X-RAY
Spectrom.
 21, 229—238.

Pearce N.J.G., Perkins W.T., Westgate J.A., Gorton M.P., Jackson

S.E.,  Neal  C.R.  &  Chenery  S.P.  1997:  A  compilation  of  new
and published major and trace element data for NIST SRM 610
and  NIST  SRM  612  glass  reference  materials.  Geostand.
Newsl.
 21, 115—144.

Prince  E.,  Donnay  G.  &  Martin  R.F.  1973:  Neutron  diffraction

refinement of an ordered orthoclase structure. Amer. Mineralo-
gist
 58, 500—507.

Rodríguez-Carvajal J. 2006: Full Prof .2k Rietveld profile matching

& integrated intensities refinement of X-ray and/or neutron data
(powder  and/or  single-crystal).  Laboratoire  Léon  Brillouin,
Centre d’Etudes de Saclay, Gif-sur-Yvette Cedex, France
.

Strnad L., Mihaljevič M. & Šebek O. 2005: Laser ablation and solu-

tion  ICP-MS  determination  of  rare  earth  elements  in  USGS
BIR-1G,  BHVO-2G  and  BCR-2G  glass  reference  materials.
Geost. Geoanal. Res. 29, 303—314.

Young R.A. 2000: The Rietveld method. Oxford University Press,

Oxford, 1—312.

background image

iv

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4

JANOUŠEK et al.: Distribution of elements among minerals of a single granite sample

Appendix 2

Electron microprobe analyses.

a – Average electron-microprobe data used in mass-balance calculations (wt. %).

 

SiO

2

 TiO

2

 Al

2

O

3

 FeOt MnO MgO  CaO  Na

2

O K

2

O P

2

O

5

 

WR 

70.34 

0.36 

14.64 

     1.5 

       0.024 

1.14 

1.36 

3.71 

5.55 

0.15 

Qtz 

99.86 

n.d. 

       0.02 

n.d. 

n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 

Or 

64.16 

n.d. 

18.47 

0.03 

       0.034 

n.d. 

0.01 

0.96 

15.61 

0.01 

Pl 

62.97 

n.d. 

20.07 

n.d. 

n.d. 

0.01 

3.95 

     9.2 

0.44 

0.02 

Bt 

   37.5 

3.33 

   14.8 

17.26 

0.24 

13.35 

0.04 

0.14 

9.47 

n.d. 

Ms 

49.38 0.27 

31.26 3.72 0.05 0.98 0.12 0.27 9.79  n.d. 

Kln 

45.59 0.91 

39.84 0.02 0.01 n.d. n.d. n.d. n.d. 0.03 

Ilm 

0.01 

50.32 

n.d. 

42.71 

       3.091 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

0.01 

Ttn 

30.49 

35.77 

2.79 

1.11 

       0.092 

n.d. 

27.58 

n.d. 

n.d. 

0.01 

Ap 

0.04 

0.01 

n.d. 

0.03 

       0.161 

n.d. 

55.98 

n.d. 

n.d. 

42.68 

Mgt 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

       0.233 

n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 

Mnz 

2.42 

n.d. 

n.d. 

       0.04 

n.d. 

n.d. 

0.37 

n.d. 

n.d. 

25.61 

Zrn 

   31.1 

n.d. 

0.29 

0.44 

       0.006 

n.d. 

0.14 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

Rt 

0.28 

97.35 

n.d. 

1.59 

       0.031 

n.d. 

0.08 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

n.d. — not detected.

 

– Typical analyses for the main and accessory minerals (wt. % and apfu).

  

Feldspars 

Biotite 

Magnetite 

ID Plg15T 

Plg19T 

16T 

ID 

 Bt14 

ID 

Mgt1 

SiO

2

 

    63.75 

    66.44 

    64.26 

SiO

2

 

    37.50 

SiO

2

 

      0.03 

TiO

2

 

n.d. 

      0.01 

n.d. 

TiO

2

 

      3.33 

TiO

2

 

      0.01 

Al

2

O

3

 

    22.00 

    20.33 

    18.29 

Al

2

O

3

 

    14.80 

Al

2

O

3

 

      0.04 

FeOt 

n.d. 

n.d. 

      0.02 

FeOt 

    16.95 

FeOt 

    95.55 

MnO 

      0.02 

n.d. 

n.d. 

MnO 

      0.24 

MnO 

      1.17 

MgO 

      0.009 

n.d. 

      0.01 

MgO 

    13.35 

MgO 

n.d. 

CaO 

      3.59 

      1.72 

      0.03 

CaO 

      0.04 

CaO 

      0.01 

Na

2

      9.72 

    10.84 

      1.30 

Na

2

      0.14 

Na

2

O n.d. 

K

2

      0.38 

      0.21 

    15.48 

K

2

      9.47 

K

2

O n.d. 

P

2

O

5

 

0.013 0.009 0.008 

H

2

O+ 

      2.44 

P

2

O

5

 n.d. 

Total 

    99.46 

    99.61 

    99.39 

      1.66 

ThO

2

 n.d. 

Si apfu 

2.834 

2.930 

2.987 

Total 

    99.92 

U

2

O

3

 n.d. 

Ti 

0.000 

0.000 

0.000 Si 

apfu 

2.812 Y

2

O

3

 n.d. 

Al 

1.153 

1.057 

1.002 Al(IV) 

1.188 TR

2

O

3

 n.d. 

Fe 

0.000 0.000 0.001 

Σ 

4.000 

Total 

    96.81 

Mn 

0.001 

0.000 

0.000 Al(VI) 

0.121 Si 

apfu 

0.004 

Mg 

0.001 

0.000 

0.001 Ti 

0.188 Ti 

0.001 

Ca 

0.171 

0.081 

0.002 Fe 

1.063 Al 

0.005 

Na 

0.838 

0.927 

0.117 Mn 

0.015 Fe

2+

 0.964 

0.021 

0.012 

0.918 Mg 

1.492 Fe

3+

 1.995 

0.000 0.000 0.000 

Σ 2.879 

Mn 

0.037 

8.000 

8.000 

8.000 Ca 

0.003 Mg 

0.000 

An mol. %      16.6 

      8.0 

      0.1 

Na 

0.020 

Ca 

0.000 

Ab 

    81.3 

    90.9 

      8.5 

0.906 

Na 

0.000 

Or 

    2.1 

      1.2 

    91.4 

Σ 0.930 

K 0.000 

F 0.394 

P 0.000 

OH* 1.606 

Th  0.000 

XMg 

      0.58 

0.000 

 

XFe 

      0.42 

0.000 

n.d. — not detected, n.a. — not analysed. 

background image

v

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4

Electronic supplement – Appendices 1—5

  

Zircon 

Monazite 

Rutile 

Titanite 

ID Zrn5 

Zrn7 

Zrn10 

Mnz8 

Mnz9 

Rt1 

Ttn4 

SiO

2

 

      32.08 

      31.10 

      32.27 

        1.89 

        2.42 

        0.51 

      30.30 

TiO

2

 

        0.02 

n.d. 

n.d. 

        0.01 

        0.00 

      98.82 

      36.32 

Al

2

O

3

 

        0.06 

        0.29 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

        0.01 

        2.44 

P

2

O

5

 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

      26.61 

      25.61 

        0.00 

        0.02 

FeO 

        0.14 

        0.44 

        0.05 

        0.00 

        0.04 

        0.46 

n.a. 

Fe

2

O

3

 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

        1.08 

MnO 

n.d. 

        0.01 

n.d. 

        0.12 

n.d. 

n.d. 

        0.11 

CaO 

        0.02 

        0.14 

n.d. 

        0.41 

        0.37 

        0.10 

      27.23 

Y

2

O

3

 

n.d. 

        0.39 

        0.11 

        0.55 

        0.40 

        0.06 

        0.36 

ZrO

2

 

      63.28 

      61.21 

      62.89 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

HfO

2

 

        1.87 

        1.89 

        1.30 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

Ce

2

O

3

 

n.d. 

n.d. 

        0.04 

      32.74 

      32.78 

        0.14 

        0.50 

La

2

O

3

 

        0.13 

        0.07 

n.d. 

      15.07 

      14.51 

n.d. 

        0.07 

Nd

2

O

3

 

n.d. 

n.d. 

        0.08 

        9.35 

        8.66 

n.d. 

        0.60 

Pr

2

O

3

 

        0.12 

        0.10 

n.d. 

        2.87 

        2.86 

        0.04 

        0.23 

Sm

2

O

3

 

        0.00 

        0.09 

        0.04 

        1.07 

        1.18 

        0.00 

        0.02 

Eu

2

O

3

 

        0.01 

        0.02 

        0.01 

n.d. 

n.d. 

        0.05 

n.d. 

Gd

2

O

3

 

        0.02 

        0.04 

        0.01 

        0.48 

        0.37 

n.d. 

        0.15 

Tb

2

O

3

 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

        0.08 

        0.03 

n.d. 

        0.08 

Dy

2

O

3

 

        0.01 

        0.01 

        0.04 

        0.04 

n.d. 

        0.01 

        0.08 

Ho

2

O

3

 

n.d. 

        0.01 

        0.03 

        0.01 

        0.01 

        0.04 

        0.02 

Er

2

O

3

 

        0.00 

        0.02 

        0.00 

        0.05 

        0.02 

        0.00 

        0.03 

Tm

2

O

3

 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

        0.08 

        0.09 

        0.02 

        0.02 

Yb

2

O

3

 

n.d. 

n.d. 

        0.04 

n.d. 

        0.03 

        0.02 

        0.01 

Lu

2

O

3

 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

n.d. 

        0.00 

n.d. 

ThO

2

 

        0.13 

        0.17 

        0.03 

        8.18 

      10.42 

        0.02 

        0.02 

U

2

O

3

 

        0.18 

        0.20 

        0.60 

        0.50 

        0.37 

        0.03 

        0.01 

Total 

      98.05 

      96.19 

      97.54 

    100.110      100.144      100.322        99.66 

Si apfu 

1.007 0.998 1.015 0.077 0.099 0.007 1.001 

Ti 

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.988 0.903 

Al 

0.002 0.011 0.000 0.000 0.000 0.000 0.095 

0.000 0.000 0.000 0.912 0.887 0.000 0.001 

Fe

2+

 

0.004 0.012 0.001 0.000 0.001 0.005 n.a. 

Fe

3+

 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

n.a. 

        0.027 

Mn 

0.000 0.000 0.000 0.004 0.000 0.000 0.003 

Ca 

0.001 0.005 0.000 0.018 0.016 0.001 0.964 

0.000 0.007 0.002 0.012 0.009 0.000 0.006 

Zr 

0.968 0.958 0.965 n.a.  n.a.  n.a.  n.a. 

Hf 

0.017 0.017 0.012 n.a.  n.a.  n.a.  n.a. 

Ce 

0.000 0.000 0.000 0.485 0.491 0.001 0.006 

La 

0.001 0.001 0.000 0.225 0.219 0.000 0.001 

Nd 

0.000 0.000 0.001 0.135 0.127 0.000 0.007 

Pr 

0.001 0.001 0.000 0.042 0.043 0.000 0.003 

Sm 

0.000 0.001 0.000 0.015 0.017 0.000 0.000 

Eu 

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 

Gd 

0.000 0.000 0.000 0.006 0.005 0.000 0.002 

Tb 

0.000 0.000 0.000 0.001 0.000 0.000 0.001 

Dy 

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 

Ho 

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 

Er 

0.000 0.000 0.000 0.001 0.000 0.000 0.000 

Tm 

0.000 0.000 0.000 0.001 0.001 0.000 0.000 

Yb 

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 

Lu 

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 

Th 

0.001 0.001 0.000 0.075 0.097 0.000 0.000 

0.001 0.001 0.004 0.005 0.003 0.000 0.000 

0.995 1.005 0.988 1.020 1.024 

1.009 1.009 1.015 0.988 0.986 

  
  
  

Sum cat. 

2.004 2.014 2.003 2.015 2.016 1.004 3.021 

 

background image

vi

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4

JANOUŠEK et al.: Distribution of elements among minerals of a single granite sample

Appendix 3: Laser-ablation ICP-MS data for the main rock forming minerals (ppm).

LA ICP-MS 

 Quartz 

 

 

DL (LA) 

ppm 

q1 q2 q3 q4 q1 q2 q3 q4 q1  Avg 

SD 

0.01 

Be 

0.08 0.11  

0.17 0.03 0.00 0.05 0.00 0.00 

 

0.06 

0.06 

0.35 

Mn 

0.12 0.12 0.16 0.10 0.09 0.21 0.22 0.20 0.20 

0.16 

0.05 

0.095 

Co 

0.01 0.01 0.00 0.01 0.01 0.01 0.03 0.00 0.01 

0.01 

0.01 

1.15 

Ni 

1.97 1.77 0.94 1.27 2.29 2.17 3.02 2.93 3.12 

2.16 

0.77 

0.48 

Zn 

0.10 0.22 0.26 0.19 0.11 0.64 0.69 0.69 0.65 

0.39 

0.26 

0.26 

Rb 

0.03 0.05 0.05 0.05 0.35 0.08 0.07 0.05 0.09 

0.09 

0.10 

0.085 

Sr 

0.10 0.16 0.09 0.06 0.12 0.13 0.07 0.13 0.12 

0.11 

0.03 

0.045 

0.00 0.00 0.01 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 

0.01 

0.02 

0.25 

Zr 

0.05 0.03 1.31 

0.09 0.14 0.06 0.04 0.03 

0.22 

0.44 

0.05 

Nb 0.01 

0.00 

0.00 

 

0.00  

0.04  

0.01 

0.01 

0.01 

0.23 

Cd 

0.16 0.08 0.02 0.01 0.11 0.05 0.01 0.01 0.03 

0.05 

0.05 

0.085 

Ba 

0.19 0.28 0.12 0.13 0.80 0.39 0.36 0.38 0.38 

0.34 

0.20 

0.020 

La 0.001 0.009 0.003 0.007 0.001 0.01  0.00  0.00  0.00 

0.004 

0.00 

0.028 

Ce 0.008 0.013 0.007 0.021 0.011 0.03  0.00  0.01  0.00 

0.012 

0.01 

0.008 

Pr 0.000 0.000 0.000 0.003 0.000 0.00  0.00  0.00  0.00 

0.001 

0.00 

0.083 

Nd 

0.000 0.000 0.007 0.004 0.003 0.01  0.00  0.00  0.00 

0.003 

0.00 

0.097 

Sm 

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.00  0.00  0.00  0.00 

0.000 

0.00 

0.008 

Eu 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.00  0.00  0.00  0.00 

0.000 

0.00 

0.032 

Gd 

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.00  0.00  0.00  0.00 

0.000 

0.00 

0.009 

Tb 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.00  0.00  0.00  0.00 

0.000 

0.00 

0.030 

Dy 

0.000 0.000 0.000 0.001 0.000 0.00  0.00  0.00  0.00 

0.000 

0.00 

0.004 

Ho 

0.000 0.000 0.001 0.001 0.000 0.00  0.00  0.00  0.00 

0.000 

0.00 

0.012 

Er 0.000 0.000 0.003 0.005 0.000 0.00  0.00  0.00  0.00 

0.001 

0.00 

0.002 

Tm 

0.000 0.000 0.000 0.001 0.000 0.00  0.00  0.00  0.00 

0.000 

0.00 

0.022 

Yb 

0.000 0.000 0.000 0.002 0.000 0.00  0.00  0.00  0.00 

0.000 

0.00 

0.003 

Lu 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.00  0.00  0.00  0.00 

0.000 

0.00 

0.03 

Hf 

0.00 0.00 0.08 

0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 

0.01 

0.03 

0.05 

Ta 0.01 

0.01  0.01   

0.01  

0.02 0.02 0.02 

0.01 

0.01 

0.21 

Pb 

0.08 0.07 0.07 0.08 0.11 0.15 0.13 0.12 0.11 

0.10 

0.03 

0.02 

Th 

0.66 1.01 0.11 0.04 0.35 0.97 0.31  

1.13 

0.57 

0.43 

0.011 

0.01 0.01 0.04 0.11 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 

 

0.03 

0.03 

     DL = detection limit. 

K-feldspar   

 

 

k1 k2 k3 k4 Avg 

SD 

Be 

0.58 0.85 2.15 1.77  1.34 

0.74 

Mn 

2.15 2.44 1.33 1.72  1.91 

0.49 

Co 

0.04 0.07 0.03 0.01  0.04 

0.02 

Ni 

0.60 0.65 0.54 0.19  0.49 

0.21 

Zn 

1.28 1.18 0.97 0.29  0.93 

0.45 

Rb 

323.07 328.94 342.18 337.47  332.91 

8.55 

Sr 

529.10 458.50 390.70 325.38  425.92 

87.67 

0.07 0.56 0.14 0.10  0.21 

0.23 

Zr 

2.05 5.52 5.23 1.16  3.49 

2.21 

Nb 

0.10 0.13 0.04 0.05  0.08 

0.04 

Cd 

0.06 0.04 0.02 0.04  0.04 

0.02 

Ba 

4104.54 3186.51 1552.54 1134.56  2494.54  1391.38 

La 

1.76 1.77 1.58 1.49  1.65 

0.14 

Ce 

1.41 2.07 2.61 1.26  1.84 

0.62 

Pr 

0.07 0.17 0.12 0.12  0.12 

0.04 

Nd 

0.14 0.72 0.46 0.44  0.44 

0.24 

Sm 

0.02 0.17 0.08 0.06  0.08 

0.06 

Eu 

1.21 1.07 0.93 0.75  0.99 

0.19 

Gd 

0.02 0.14 0.05 0.04  0.06 

0.05 

Tb 

0.00 0.02 0.00 0.00  0.01 

0.01 

Dy 

0.01 0.09 0.02 0.02  0.03 

0.04 

Ho 

0.00 0.01 0.00 0.00  0.00 

0.01 

Er 

0.00 0.04 0.02 0.00  0.02 

0.02 

Tm 

0.00 0.01 0.00 0.00  0.00 

0.00 

Yb 

0.00 0.03 0.02 0.01  0.01 

0.01 

Lu 

0.00 0.01 0.00 0.00  0.00 

0.00 

Hf 

0.09 0.13 0.14 0.03  0.10 

0.05 

Ta 

0.04 0.04 0.03 0.03  0.04 

0.01 

Pb 

121.45 107.57 121.25 115.96  116.56 

6.51 

Th 

0.14 0.16 0.23 0.07  0.15 

0.07 

0.10 0.28 0.25 0.83 

 

0.36 

0.32 

 

background image

vii

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4

Electronic supplement – Appendices 1—5

Plagioclase 

 

Excluded from calculation 

 

p1 p2  Avg 

SD p3 p4 p5 

Be 

19.66 23.66  21.66 

2.83 17.25 18.36 22.67 

Mn 

77.23 33.80  55.52 

30.71 47.62 40.88 56.09 

Co 

2.29 0.92  1.61 

0.97 1.28 0.77 1.54 

Ni 

2.90 1.35  2.12 

1.10 3.29 2.22 2.33 

Zn 

18.12 7.98 13.05 

7.17 10.68  6.73 12.87 

Rb 

268.20 46.29 157.25 

156.91 154.30 101.40  90.50 

Sr 

499.30 500.80  500.05 

1.06 524.90 606.90 512.70 

0.13 0.16  0.15 

0.02 0.66 0.57 5.25 

Zr 

16.53 3.90 10.21 

8.93 14.43  6.36 

293.40 

Nb 

9.51 1.60  5.55 

5.59 0.24 1.77 1.47 

Cd 

0.07 0.04  0.06 

0.02 0.10 0.03 0.11 

Ba 

213.10 57.97 135.54 

109.69 104.40 111.10  72.53 

 

La 

20.43 27.00  23.72 

4.65 

213.50 

326.80 

54.60    inclusions of Mnz, Ap? 

Ce 

36.29 40.69  38.49 

3.11 

283.30 

356.50 

129.40 

Pr 

3.94 5.47  4.71 

1.09 

40.92 

51.38 

10.52 

Nd 

11.22 13.24  12.23 

1.43 

125.50 

159.00 

34.09 

Sm 

0.57 0.88  0.73 

0.22 

6.80 

8.76 

3.22 

Eu 

0.60 0.84  0.72 

0.17 

1.12 

1.32 

1.05 

Gd 

0.59 0.57  0.58 

0.01 

4.45 

5.88 

2.33 

Tb 

0.02 0.03  0.024 

0.01 0.18 0.25 0.22 

Dy 

0.03 0.05  0.037 

0.01 0.27 0.28 1.05 

Ho 

0.00 0.00  0.004 

0.00 0.03 0.03 0.21 

Er 

0.03 0.03  0.027 

0.00 0.17 0.25 0.61 

Tm 

0.00 0.00  0.001 

0.00 0.01 0.01 0.10 

Yb 

0.01 0.00  0.007 

0.01 0.03 0.03 0.80 

Lu 

0.00 0.00  0.001 

0.00 0.00 0.00 0.12 

Hf 

0.95 0.20  0.58 

0.53 0.63 0.19 7.68 

Ta 

0.09 0.02  0.05 

0.05 0.02 0.18 0.03 

Pb 

62.66 58.04  60.35 

3.27 78.75 78.32 76.86 

Th 

4.90 1.34  3.12 

2.52 14.98  8.14 21.04 

1.97 1.35 

 

1.66 

0.44 

 

10.26 10.11  8.87 

 

 

Biotite 

 

 

B1 B2 B3 Avg 

SD 

Be 

4.481 5.162 4.468  4.70 

0.40 

Mn 

1357.579 1380.579 1358.579  1365.58 

13.00 

Co 

24.955 24.765 23.835  24.52 

0.60 

Ni 

109.12 119.72 117.52 115.45 

5.59 

Zn 

259.247 263.847 256.847  259.98 

3.56 

Rb 

828.107 756.107 633.507  739.24 

98.39 

Sr 

1.395 1.844 1.951  1.73 

0.30 

0.053 4.416 4.036  2.84 

2.42 

Zr 

0.915 2.243 0.567  1.24 

0.88 

Nb 

91.419 95.239 

124.999 103.89 

18.38 

Cd 

0.079 0.096 0.005  0.06 

0.05 

Ba 

1114.197 1186.197 1458.197  1252.86 

181.43 

La 

0.031 0.801 0.901  0.58 

0.48 

Ce 

0.03 2.372 2.756  1.72 

1.48 

Pr 

0.001 0.623 0.568  0.40 

0.34 

Nd 

0.003 3.189 3.232  2.14 

1.85 

Sm 

0.001 1.139 1.017  0.72 

0.62 

Eu 

0.054 0.103 0.132  0.10 

0.04 

Gd 

0 0.915 0.918  0.61 

0.53 

Tb 

0 0.139 0.124  0.09 

0.08 

Dy 

0.002 0.733 0.695  0.48 

0.41 

Ho 

0.001 0.134 0.141  0.09 

0.08 

Er 

0.004 0.281 0.282  0.19 

0.16 

Tm 

0 0.037 0.034  0.02 

0.02 

Yb 

0.001 0.243 0.186  0.14 

0.13 

Lu 

0.001 0.028 0.025  0.02 

0.01 

Hf 

0.115 0.141 0.028  0.09 

0.06 

Ta 

6.912 9.562 

14.066 10.18 

3.62 

Pb 

2.832 3.554 3.959  3.45 

0.57 

Th 

0.076 0.709 0.534  0.44 

0.33 

0.027 0.133 0.086 

 

0.08 

0.05 

 

background image

viii

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4

JANOUŠEK et al.: Distribution of elements among minerals of a single granite sample

Appendix 4

 

Mineral 

separates 

dissolved 

and 

analyzed 

in 

solution 

by 

ICP-MS 

technique. 

See 

text 

Appendix 

for 

analytical 

details.

 

Averaged 

single-spot 

analyses 

as 

determined 

by 

the 

laser-ablati

on 

ICP-MS.

3 – 

Electron 

microprobe; 

too 

high 

to 

be 

determined 

by 

the 

ICP-MS.

      

In 

grey 

are 

shown 

analyses 

not 

taken 

into 

consideration. 

See 

text 

for 

discussion.

Trace-element composition of the 

whole-rock, individual rock-fo

rming and accessory minerals determined 

by the ICP-MS technique

 (ppm).

background image

ix

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2014, 65, 4

Electronic supplement – Appendices 1—5

Appendix 5

Typical electron-microprobe analyses of the zircon-like
ABO

4

-type phase (wt. % and apfu).

 1 2 3 4 5 6 

SiO

16.055 14.810 14.704 15.398 14.739 16.300 

TiO

0.090 n.d.  0.087 n.d.  0.058 0.034 

Al

2

O

0.667 0.733 0.650 0.642 0.878 0.704 

FeO 

1.220 2.241 4.426 0.732 6.781 1.002 

MnO 

0.026 0.132 0.186 0.057 0.439 0.058 

MgO 

0.101 0.202 0.174 0.186 0.236 0.128 

CaO 

4.765 4.875 4.612 4.795 4.574 4.641 

K

2

0.137 0.091 0.098 0.086 0.095 0.218 

P

2

O

6.582 6.699 6.684 6.888 6.353 6.407 

SO

0.149 0.241 0.202 0.188 0.198 0.172 

Sc

2

O

0.021 0.014 0.030 0.003 0.012 0.009 

As

2

O

0.479 0.332 0.285 0.264 0.362 0.483 

ZrO

27.758 24.869 23.731 26.561 25.640 27.874 

HfO

0.570 0.569 0.596 0.617 0.571 0.692 

Nb

2

O

n.d. 0.014 

0.003 

0.017 

n.d.  n.d. 

SnO 

0.010 n.d.  0.029 n.d.  0.036 0.005 

PbO 

0.214 0.265 0.278 0.296 0.192 0.208 

UO

1.278 1.106 1.179 1.208 1.240 1.033 

ThO

31.947 32.353 31.751 35.250 29.028 31.265 

Ce

2

O

3.236 2.377 2.104 2.238 2.058 3.378 

SmO 

0.122 0.172 0.011 0.061 0.213 0.206 

Gd

2

O

n.d. n.d. 0.169 

0.210 

n.d. 0.041 

Dy

2

O

0.170 0.119  0.042 0.067 0.371 0.181 

Er

2

O

n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 

Yb

2

O

0.077 0.099  n.d.  n.d.  n.d.  n.d. 

Y

2

O

0.298 0.215 0.207 0.137 0.219 0.287 

0.606 0.358 0.345 0.651 0.163 0.681 

Total 

96.578 92.886 92.583 96.552 94.456 96.007 

Si 

0.647 0.624 0.622 0.631 0.606 0.658 

Ti 

0.003 0.000 0.003 0.000 0.002 0.001 

Al 

0.032 0.036 0.032 0.031 0.043 0.034 

Fe 

0.041 0.079 0.156 0.025 0.233 0.034 

Mn 

0.001 0.005 0.007 0.002 0.015 0.002 

Mg 

0.006 0.013 0.011 0.011 0.014 0.008 

Ca 

0.206 0.220 0.209 0.210 0.201 0.201 

0.007 0.005 0.005 0.004 0.005 0.011 

0.225 0.239 0.239 0.239 0.221 0.219 

0.006 0.010 0.008 0.007 0.008 0.007 

Sc 

0.001 0.001 0.001 0.000 0.000 0.000 

As 

0.012 0.008 0.007 0.007 0.009 0.012 

Zr 

0.546 0.511 0.489 0.530 0.514 0.549 

Hf 

0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.008 

Nb 

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 

Sn 

0.000 0.000 0.001 0.000 0.001 0.000 

Pb 

0.002 0.003 0.003 0.003 0.002 0.002 

0.011 0.010 0.011 0.011 0.011 0.009 

Th 

0.293 0.310 0.305 0.329 0.271 0.287 

Ce 

0.048 0.037 0.033 0.034 0.031 0.050 

Sm 

0.002 0.003 0.000 0.001 0.003 0.003 

Gd 

0.000 0.000 0.002 0.003 0.000 0.001 

Dy 

0.002 0.002 0.001 0.001 0.005 0.002 

Er 

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 

Yb 

0.001 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 

0.006 0.005 0.005 0.003 0.005 0.006 

0.077 0.048 0.046 0.084 0.021 0.087 

site A 

0.921 0.917 0.909 0.914 0.886 0.929 

site B 

1.183 1.210 1.249 1.175 1.321 1.175 

 

The EPMA results are recalculated on the basis of 4O apfu.
n.d. – not detected.
Site includes Si, Al, P, As and S, the site A comprises all other
elemets (except F).