background image

www.geologicacarpathica.com

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA

, OCTOBER 2014, 65, 5, 387—399                                                     doi: 10.2478/geoca-2014-0022

Petrology and geochemistry of a peridotite body in Central-

Carpathian Paleogene sediments (Sedlice, eastern Slovakia)

MATÚŠ KOPPA

1

, FRIEDRICH KOLLER

2

 and MARIÁN PUTIŠ

1

1

Department of Mineralogy and Petrology, Faculty of Natural Sciences, Comenius University, Mlynská dolina G, 842 15 Bratislava,

Slovak Republic;   putis@fns.uniba.sk;  koppa@fns.uniba.sk

2

Department of Lithospheric Research, University of Vienna, Althanstrasse 14, Vienna, Austria;  friedrich.koller@univie.ac.at

(Manuscript received February 12, 2014; accepted in revised form June 5, 2014)

Abstract: We studied representative samples from a peridotite body situated NE of Sedlice village within the Central-
Carpathian Paleogene sediments in the Central Western Carpathians. The relationship of the peridotite to the surrounding
Paleogene sediments is not clear. The fractures of the brecciated peridotite margin are healed with secondary magnesite
and calcite. On the basis of the presented bulk-rock and electron microprobe data, the wt. % amounts of mineral phases
were calculated. Most of calculated “modal” compositions of this peridotite corresponds to harzburgites composed of
olivine  ( ~ 70—80 wt. %),  orthopyroxene  ( ~ 17—24 wt. %),  clinopyroxene  ( < 5 wt. %)  and  minor  spinel  ( < 1 wt. %).
Harzburgites could originate from lherzolitic protoliths due to a higher degree of partial melting. Rare lherzolites contain
porphyroclastic  1—2 mm  across  orthopyroxene  (up  to  25 wt. %),  clinopyroxene  ( ~ 5—8 wt. %)  and  minor  spinel
( < 0.75 wt. %). On the other hand, rare, olivine-rich dunites with scarce orthopyroxene porphyroclasts are associated with
harzburgites. Metamorphic mineral assemblage of low-Al clinopyroxene (3), tremolite, chrysotile, andradite, Cr-spinel to
chromite and magnetite, and an increase of fayalite component in part of olivine, indicate low-temperature metamorphic
overprint. The Primitive Mantle normalized whole-rock REE patterns suggest a depleted mantle rock-suite. An increase in
LREE and a positive Eu anomaly may be consequence of interactive metamorphic fluids during serpentinization. Similar
rocks have been reported from the Meliatic Bôrka Nappe overlying the Central Western Carpathians orogenic wedge since
the Late Cretaceous, and they could be a potential source of these peridotite blocks in the Paleogene sediments.

Key words: peridotite, petrology, geochemistry, Slovakia.

Introduction and brief geological background

The  presence  of  meta-ultramafic  rocks  within  (meta)silici-
clastic sediments may open new insights on the mobility of
serpentinized mantle fragments within accretionary and col-
lision  wedges  and  their  interaction  with  continental  crust
(e.g. Brandon 2004; Scambelluri et al. 2004).

Representative  samples  were  collected  for  study  from  a

500

×300 m surface occurrence of an ultramafic body to the

NE  from  Sedlice,  which  forms  a  smaller  ridge  in  the  Šariš
Highlands  marked  on  the  map  as  the  “Dunitová  Skalka”
(“dunite stone” of Cambel 1951; Hovorka et al. 1985). It is
situated N of the zone of pre-Carboniferous metamorphosed
complexes  intruded  by  Variscan  granitoids  in  the  Branisko
and  Čierna  hora  Mountains,  in  the  eastern  part  of  the  Cen-
tral-Carpathian  Paleogene  flysch  belt  (Marschalko  1966;
Plašienka et al. 1997), in the middle of basal sandstone and
conglomerate  beds.  This  zone  belongs  to  the  Central  West-
ern  Carpathians  (Plašienka  et  al.  1997).  The  relationship  of
the  serpentinized  peridotite  body  to  the  surrounding  Paleo-
gene sediments is not clear. The body may be a member of a
buried  Mesozoic  complex  covered  by  transgressive  Paleo-
gene  sediments,  or  an  olistolith  within  these  sediments  (Ho-
vorka et al. 1985). The geological position is shown in Fig. 1.

The peridotite body near Sedlice was the subject of inter-

ests  and  studies  of  different  aspects  in  the  past.  Cambel
(1951)  reported  enstatite  dunites  based  on  microscopic  and

optical  identification  of  rock-forming  minerals.  The  rocks
with increased Cpx content associated with Spl were classi-
fied  as  spinel  lherzolites  (Cambel  1951;  Fejdi  &  Kolník
1988;  Stankovič  et  al.  2007).  These  rocks  contain  a  certain
amount  of  opaque  minerals,  usually  in  paragenesis  with
spinel. Awaruite, millerite or pentlandite have been reported
in  the  ultramafic  rocks  from  Sedlice  by  Kantor  (1955)  and
Rojkovič  (1985).  The  spinel-group  and  ore  minerals  were
studied  by  Kantor  (1955),  Rojkovič  (1985),  Rojkovič  et  al.
(1978, 1979, 1982), Spišiak et al. (2000) and Mikuš & Spi-
šiak  (2007);  serpentine-group  minerals  by  Hovorka  et  al.
(1980,  1985);  geochemistry  by  Hovorka  (1977);  geother-
mometry and geobarometry by Fejdi & Kolník (1988), Rad-
vanec  (2000);  exsolved  pyroxenes  by  Stankovič  et  al.
(2007);  mesoscopic  structures  by  Jaroš  et  al.  (1981),  and
tracing  the  spatial  distribution  of  the  body  by  geophysical
methods was performed by Gnojek & Kubeš (1991). Despite
the previous results, evolution of the body placed within the
Central Carpathian Paleogene sediments remains unclear or
“exotic”.

This  paper  reports  the  results  of  mineralogical-petrologi-

cal, and geochemical study of the Sedlice ultramafic body in
the Western Carpathians in the territory of eastern Slovakia
based  on  the  study  of  the  mineral  (EMPA)  and  whole-rock
(XRF and ICP MS) chemical compositions of representative
samples. The mantle and crustal evolution, and tectonic ori-
gin of these rocks is discussed.

background image

388

KOPPA, KOLLER and PUTIŠ

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 4, 387—399

Materials and methods

X-ray fluorescence spectrometry was used for whole-rock

major oxide and also some trace element concentrations con-
tained in rock samples. In order to obtain representative ma-
jor  and  trace  element  analyses,  the  rock  samples  were
crushed in jaw mill and ground to the finest powder possible
in  an  agate  swing  mill.  Subsequently,  the  fused  beads  were
prepared using Li

2

B

4

O

7

 after the sample powders were dried

at  110 °C  and  heated  at  950—1050 °C  to  determine  loss  on
drying and ignition. Major and trace element concentrations
were determined on fused beads and pressed powder pellets
with a wavelength dispersive X-ray fluorescence spectrome-
ter  (PHILIPS  PW  2400)  at  the  Department  of  Lithospheric
Research,  University  of  Vienna.  The  fused  beads  were  cast
using a Philips Perl X3 automatic bead machine. A rhodium
anticathode was employed for the XRF analyses.

Trace  element  contents  (including  rare  earth  elements  –

REEs) were analysed by ICP-MS at the Department of Gen-
eral and Analytical Chemistry, Montan-University Leoben. In
total  0.1 g  of  fine  grained  sample  was  sintered  with  sodium
peroxide (purity 95%) to achieve complete digestion of all sil-
icate and spinel mineral phases (Meisel et al. 2002). Measure-
ments were performed with an Agilent 7500 ce ICP-MS with
and without He collision cell mode. The International Associ-
ation  of  Geoanalysts  (IAG)  Candidate  reference  material
MUH-1,  a  highly  depleted  serpentinized  harzburgite  from
Kraubath, Styria, Austria (Burnham et al. 2010), was used for
quality control purposes. The preceding sodium peroxide sin-
tering and acid digesting (37% HCl) followed the procedures
of Meisel et al. (2002). A solution with very accurately known
concentrations of Ge, In and Re (1 µl/ml) was employed as a
reference material. The machine used was a standard quadru-
pole ICP-MS Agilent Technologies HP4500 with a v-groove

Fig. 1.  Tectonic  sketch  of  basic  tectonic  units  and  basement  com-
plexes in the Slovak Western Carpathians. OWC – Outer Western
Carpathians;  CWC  –  Central  Western  Carpathians,  divided  into
the  Tatric,  Veporic  and  Gemeric  basement-cover  complexes  (Late
Cretaceous tectonic units) overlain by small (often less than kilome-
ter size) Meliatic fragments (according to Biely et al. 1996) with lo-
cation  of  the  Sedlice  ultramafic  body  in  the  Central  Carpathian
Paleogene sediments. TM – Tatra Mountains; bottom figure: Geo-
logical map of studied locality. Black arrow with rectangle represents
the position of the ultramafic body. Legend: 1, 2– Quaternary sedi-
ments,  3,  4,  5  –  Paleogene,  6–  Mesozoic,  7–  ultramafic  body
near Sedlice. (source: http://www.geology.sk/)

background image

389

PERIDOTITE BODY IN CENTRAL CARPATHIAN PALEOGENE SEDIMENTS (E SLOVAKIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 4, 387—399

type Babington or a Burgener pumped nebulizer and a cooled
quartz glass spray chamber. The whole-rock chemical compo-
sitions  are  reviewed  in  Table 1.  The  rock  mineral  composi-
tions  were  calculated  from  the  whole-rock  and  mineral
chemical compositions (e.g. Bodinier & Godard 2007).

The  chemical  compositions  of  mineral  phases  were  mea-

sured by Cameca SX-100 four-spectrometer electron micro-
probe  at  the  State  Geological  Institute  of  Dionýz  Štúr  in
Bratislava under the operating conditions of 15 kV accelerat-
ing  voltage,  20 nA  focused  beam  current  (

φ1—5 ηm)and

Sample 

SE-2 

SE-14 

SE-15 

SE-6b 

SE-12 

SE-17b 

Rock type 

dun 

harz 

harz 

harz 

lherz 

lherz 

Ol (wt. %) 

      98.5 

79.65 

79.58 

71.2 

66.5 

69.21 

Opx (wt. %)          0 

17.5 

18.21 

23.46 

      25 

24.5 

Cpx (wt. %)          0 

      2.5 

1.85 

4.69 

8.33 

5.53 

Sp (wt. %) 

        1.5 

0.35 

0.36 

0.65 

0.17 

0.76 

Major elements (wt. %) 

SiO

2

 

38.47 

39.11 

41.00 

41.02 

42.70 

40.22 

TiO

2

 

0.04 

0.05 

0.05 

0.06 

0.06 

0.07 

Al

2

O

3

 

0.13 

0.48 

0.43 

1.31 

1.74 

1.69 

Fe

2

O

3

 

8.37 

7.97 

8.35 

8.23 

8.51 

8.08 

MnO 

0.11 

0.11 

0.11 

0.11 

0.12 

0.11 

MgO 

41.09 

41.51 

42.93 

40.24 

40.19 

38.15 

CaO 

0.69 

1.62 

0.58 

1.21 

2.10 

1.45 

Na

2

O 

0.01 

0.02 

0.02 

0.03 

0.03 

0.04 

K

2

O 

0.02 

0.01 

0.02 

0.02 

0.02 

0.02 

P

2

O

5

 

0.03 

0.02 

0.02 

0.02 

0.02 

0.02 

Cr

2

O

3

 

0.17 

0.19 

0.28 

0.41 

0.34 

0.28 

NiO 

0.30 

0.26 

0.29 

0.25 

0.25 

0.22 

LOI 

10.36 

8.86 

5.99 

7.37 

4.26 

9.52 

Total 

      99.79 

    100.22 

    100.07 

    100.29 

    100.35 

      99.88 

Trace elements (ppm) 

Sc 

        6.62 

        7.66 

        9.16 

      11.3 

      14.6 

      12.0 

V 

      18.8 

      23.4 

      28.0 

      42.5 

      64.8 

      59.5 

Cr 

  1321 

  1448 

  2030 

  2997 

  2436 

  2089 

Ni 

  2626 

  2262 

  2443 

  2160 

  2091 

  1953 

Co 

    128 

    117 

    123 

    113 

    112 

    106 

Rb 

        0.22 

        0.20 

        0.32 

        0.15 

        0.19 

        0.28 

Sr 

        8.52 

      66.6 

      23.1 

        0.83 

        0.09 

        2.10 

Y 

        0.02 

        0.05 

        0.04 

        0.46 

        0.57 

        0.51 

Zr 

        3.11* 

n.m. 

        0.30 

        0.50 

        0.10 

        0.40 

Nb 

        0.05 

        0.02 

        0.01 

        0.02 

        0.01 

        0.02 

Sb 

n.m. 

n.m. 

n.m. 

n.m. 

n.m. 

n.m. 

Cs 

        0.12 

        0.06 

        0.13 

        0.08 

        0.10 

        0.11 

Ba 

      11.7 

        1.03 

        4.47 

        1.88 

      16.6 

        2.32 

La 

        0.016          0.011          0.026 

b.d.l. 

        0.025          0.011 

Ce 

        0.081          0.025          0.059          0.023          0.055          0.023 

Pr 

        0.005          0.002          0.004 

b.d.l. 

        0.006          0.002 

Nd 

        0.017          0.002          0.009 

b.d.l. 

        0.016          0.010 

Sm 

0.002 

0.001 

0.003 

0.011 

0.008 

0.005 

Eu 

0.003 

0.001 

0.002 

0.006 

0.006 

0.003 

Gd 

0.002 

0.006 

0.004 

0.029 

0.026 

0.018 

Tb 

0.000 

0.001 

0.001 

0.008 

0.008 

0.007 

Dy 

0.004 

0.011 

0.011 

0.069 

0.083 

0.069 

Ho 

0.001 

0.003 

0.003 

0.019 

0.023 

0.020 

Er 

0.004 

0.010 

0.011 

0.063 

0.082 

0.079 

Tm 

0.001 

0.002 

0.002 

0.011 

0.014 

0.015 

Yb 

0.008 

0.015 

0.021 

0.084 

0.113 

0.120 

Lu 

0.002 

0.003 

0.004 

0.014 

0.019 

0.022 

Hf 

0.060 

0.014 

0.007 

0.017 

0.017 

0.010 

Ta 

0.075 

0.086 

0.077 

0.075 

0.077 

0.076 

Pb 

      0.20 

b.d.l. 

b.d.l. 

      0.30 

      0.70 

      0.10 

Th 

0.012 

0.006 

0.008 

0.002 

0.010 

0.006 

U 

0.090 

0.046 

0.014 

0.004 

0.033 

0.034 

 

Table 1:  The  whole-rock  major  and  trace  element  compositions  of  dunite  (dun),
lherzolites (lherz) and harzburgites (harz) from Sedlice with mineral percentual as-
semblages  (in  wt. %).  LOI  –  loss  on  ignition,  b.d.l.  –  below  detection  limit,
n.m. – not measured; Cr, Ni, Zr and Pb were measured by XRF, other trace ele-
ments by ICP-MS. * – Zr value was measured by ICP-MS.

20—100 s  counting  time  depended  upon  the
analysed element. The standards used for cali-
bration were: Na on albite, Si, Ca on wollasto-
nite, K on orthoclase, Mg on forsterite, Al on
Al

2

O

3

, Fe on fayalite, Mn on rhodonite, metal-

lic  V,  Cr,  and  Ni,  Ti  on  TiO

2

,  Sr  on  SrTiO

3

,

Nb  on  LiNbO

3

,  La  on  LaPO

4

,  Ce  on  CePO

4

,

and Ta on LiTaO

3

. The mineral chemical com-

positions are reviewed in Tables 2—5.

Results

Petrography

The  ultramafic  body  from  Sedlice  mainly

consists  of  harzburgites  (Fig. 2a  from  sample
SE-15;  SE-6b,  SE-14);  with  lherzolites
(Fig. 2b  from  sample  SE-17b;  SE-12)  and
dunites  (samples  SE-2,  3)  rarely  encountered.
The  intensively  brecciated  W/SW  body  mar-
gin  was  observed  (Fig. 2c).  The  fractures  of
the  brecciated  peridotite  margin  are  healed
with  secondary  magnesite  and  calcite.  The
whole body is tectonically cracked into a sys-
tem of blocks.

Microscopically,  some  ultramafics,  exhibit-

ing  distinctly  predominant  olivine  matrix
(Fig. 2c),  could  be  termed  dunites.  Typically
mesh  textured  granular  dunite  (samples  SE-2
and SE-3, Fig. 2c) is almost exclusively com-
posed  of  slightly  serpentinized  olivine  ( ~ 98—
99 wt. %;  from  an  incipient  to  moderate
serpentinization stage) with a minimum of or-
thopyroxene grains (about 2—5 wt. %).

Harzburgites  contain  about  10—15 wt. %  of

orthopyroxene  and  less  than  5 wt. %  of  cli-
nopyroxene  (samples  SE-14  and  SE-15).  Or-
thopyroxene  (1)  is  mostly  porphyroclastic,
often 1 to 2 mm in size, macroscopically visi-
ble. Harzburgite orthopyroxenes often show a
strong replacement by chrysotile (Fig. 2d). Or-
thopyroxene porphyroclasts contain Spl inclu-
sions (Fig. 2e,f).

Lherzolite  is  another  rock  type  in  the  Sed-

lice peridotite (Fig. 2b). It usually has porphy-
ric  texture  and  contains  more  porphyroclastic
Cpx  (5—10 wt. %)  besides  Opx  ( ~ 25 wt. %)
(Fig. 3a,b). Enstatite, nearly colourless with a
pinkish tinge in thin sections, mainly occurs as
subhedral,  sometimes  euhedral  porphyroclas-
tic  grains  up  to  2 mm  in  size  (Opx

1

  in

Fig. 3a,b)  with  a  distinct  exsolution  lamellae
system  of  Cpx  (Fig. 3c,d).  Clinopyroxene,

background image

390

KOPPA, KOLLER and PUTIŠ

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 4, 387—399

diopside  and/or  augite  (Cpx

1

,  Fig. 3b)  is  colourless  in  thin

section,  sometimes  slightly  brownish  to  greenish,  usually
with Opx exsolution lamellae. Aggregates of Opx

2

 and Cpx

2

(Fig. 3e,f)  with  anhedral  shape  and  missing  exsolution
lamellae  (with  exception  of  a  few  grains)  represent  matrix
pyroxene equivalents, surrounding Opx

1

 and Cpx

1

 porphyro-

clasts. Pyroxene can be partly replaced by metamorphic am-
phibole—tremolite,  and  spinel  by  chromite  (Fig. 2g,h).  The
magmatic  Spl  is  often  reddish-brownish  in  thin  section
(Fig. 3e,f).

On  the  basis  of  calculated  “modal”  mineral  compositions

(Table 1),  the  studied  ultramafic  rocks  can  be  classified  as
dunites  (sample  SE-2,  3  in  Table 1  and  4  and  Fig. 4),
harzburgites  (samples  SE-6B,  14,  15  in  Table 1  and  Fig. 4)
to  lherzolites  (samples  SE-12  and  17B  in  Table 1  and
Fig. 4). The Ol-Opx-Cpx classification diagram for peridot-
ites  (Fig. 4)  with  plotted  representative  samples  from  the
Sedlice peridotite body was constructed on the basis of cal-
culated wt. % of mineral phases (Table 1).

Mineral  abbreviations  used  in  text,  tables  and  figures

(with  exception  of  MgChr)  are  after  Whitney  &  Evans
(2010).  Amp = amphibole,  Cpx = clinopyroxene,  Chr = chrom-

Table 2: The chemical compositions of pyroxenes from the Sedlice peridotite body.

ite,  Ctl = chrysotile,  Fo = forsterite,  Ol = olivine,  Opx = ortho-
pyroxene,  Spl = spinel,  Srp = serpentine  group,  Mag = mag-
netite, MgChr = magnesiochromite, Tr = tremolite.

Microprobe mineral composition and whole-rock chemical
data

The major element chemical compositions of minerals are

listed in Tables 2—4.

The percentages of individual components of Wo, En and Fs

in  the  Morimoto  (1988)  classification  diagram  for  Ca-Mg-Fe
pyroxenes (Quad) classifies Opx as enstatite and Cpx as dio-
pside  and  augite  (Fig. 5,  Table 2).  The  Mg#  of  pyroxenes
varies from  ~ 0.90 to 0.92 in Opx and from  ~ 0.92 to 0.95 in
Cpx (Fig. 6). Al

2

O

3

 contents of Opx and Cpx range from 1 to

5.58 and from 0.81 to 5.45 wt. %, respectively (Fig. 6). Or-
thopyroxene  and  clinopyroxene  in  lherzolites  have  higher
Al

2

O

3

 contents and lower Mg# [ = Mg/(Mg + Fe) atomic ratio]

than those in dunites and harzburgites. The Na

2

O content is

very low ( < 0.5 wt. %) in Cpx.

The spinel-group minerals are the major accessory miner-

als in these rocks. According to Lindsley (1991) based on the

Sample 

SE-6b 

SE-6b 

SE-6b 

SE-6b 

SE-6b 

SE-6b 

SE-6b 

SE-10 

SE-10 

SE-10 

Rock type  harzburgite  harzburgite  harzburgite  harzburgite  harzburgite  harzburgite  harzburgite  lherzolite  lherzolite  lherzolite 
Mineral
 

Opx

1

 

Cpx

1

 

Opx

1

 

Cpx

1

 

Opx

1

 

Cpx

1

 

Cpx

1

 

Opx

1

 

Cpx

1

 

Opx

1

 

Analysis 

an25 

an26 

an28 

an27 

an29 

an30 

an24 

an8 

an7 

an13 

(wt. %) 
SiO

2

 

     56.85 

     53.13 

     56.23 

     52.78 

     56.41 

     53.00 

     53.47 

     55.47 

     51.34       54.82 

TiO

2

 

       0.05 

       0.13 

       0.03 

       0.12 

       0.05 

       0.15 

       0.13 

       0.05 

       0.13 

       0.05 

Al

2

O

3

 

       2.94 

       3.31 

       3.40 

       3.98 

       3.11 

       3.48 

       3.55 

       4.45 

       4.93 

       4.72 

Cr

2

O

3

 

       0.67 

       1.03 

       0.88 

       1.33 

       0.87 

       1.38 

       1.14 

       0.93 

       1.30 

       0.97 

FeO 

       5.71 

       2.34 

       5.66 

       2.15 

       5.76 

       1.85 

       2.35 

       5.88 

       2.35 

       5.96 

MnO 

       0.12 

       0.08 

       0.10 

       0.08 

       0.15 

       0.09 

       0.08 

       0.16 

       0.09 

       0.13 

MgO 

     34.04 

     17.07 

     33.41 

     16.59 

     33.70 

     16.47 

     17.48 

     32.09 

     16.01       32.86 

CaO 

       0.89 

     23.39 

       0.97 

     23.41 

       0.65 

     23.75 

     22.53 

       0.92 

     24.02         0.95 

NiO 

       0.11 

       0.07 

       0.09 

       0.08 

       0.13 

       0.08 

       0.03 

       0.08 

       0.06 

       0.13 

Na

2

O 

       0 

       0.33 

       0.01 

       0.41 

       0.02 

       0.45 

       0.35 

       0 

       0.14 

       0.01 

K

2

O 

       0 

       0 

       0.01 

       0.02 

       0.01 

       0.01 

       0.01 

       0.01 

       0.01 

       0.01 

Total 

   101.38 

   100.87 

   100.78 

   100.96 

   100.85 

   100.70 

   101.12 

   100.03 

   100.38 

   100.63 

(a.p.f.u.) 
Si

4+

 

1.935 

1.912 

1.927 

1.899 

1.931 

1.912 

1.917 

       1.922         1.863         1.883 

Al

3+

 

0.065 

0.088 

0.073 

0.101 

0.069 

0.088 

0.083 

       0.078         0.137         0.117 

Fe

3+ 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

       0.000         0.000         0.000 

Σ 

2.000 

2.000 

2.000 

2.000 

2.000 

2.000 

2.000 

       2.000         2.000         2.000 

Al

3+

 

0.053 

0.052 

0.065 

0.068 

0.057 

0.060 

0.066 

       0.104         0.073         0.074 

Fe

3+

 

0.000 

0.027 

0.000 

0.024 

0.000 

0.017 

0.005 

       0.000         0.034         0.023 

Ti

4+

 

0.001 

0.004 

0.001 

0.003 

0.001 

0.004 

0.003 

       0.001         0.003         0.001 

Cr

3+

 

0.018 

0.029 

0.024 

0.038 

0.024 

0.039 

0.032 

       0.025         0.037         0.026 

Mg

2+

 

0.928 

0.889 

0.911 

0.867 

0.918 

0.879 

0.893 

       0.870         0.852         0.875 

Fe

2+

 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

       0.000         0.000         0.000 

Mn

2+

 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

       0.000         0.000         0.000 

Σ 

1.000 

1.000 

1.000 

1.000 

1.000 

1.000 

1.000 

       1.000         1.000         1.000 

Mg

2+

 

0.798 

0.027 

0.796 

0.023 

0.802 

0.006 

0.041 

       0.788         0.014         0.808 

Fe

2+

 

0.163 

0.044 

0.162 

0.041 

0.165 

0.038 

0.066 

       0.170         0.037         0.148 

Mn

2+

 

0.003 

0.003 

0.003 

0.002 

0.004 

0.003 

0.002 

       0.005         0.003         0.004 

Ca

2+

 

0.033 

0.902 

0.036 

0.902 

0.024 

0.918 

0.865 

       0.034         0.934         0.035 

Na

+

 

0.000 

0.023 

0.000 

0.029 

0.002 

0.031 

0.024 

       0.000         0.010         0.001 

Σ 

0.997 

0.998 

0.997 

0.997 

0.996 

0.997 

0.999 

       0.997         0.998         0.996 

Wo 

       1.69 

     45.81 

       1.87 

     46.29 

       1.25 

     47.37 

     43.92 

       1.83       46.13 

       1.88 

En 

     89.85 

     51.71 

     89.61 

     51.36 

     90.11 

     50.44 

     52.39 

     89.02 

     51.65       90.19 

Fs 

       8.46 

       2.47 

       8.52 

       2.35 

       8.63 

       2.19 

       3.69 

       9.15 

       2.22 

       7.94 

 

background image

391

PERIDOTITE BODY IN CENTRAL CARPATHIAN PALEOGENE SEDIMENTS (E SLOVAKIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 4, 387—399

mineral chemical compositions (Table 3), they are classified
as  spinel,  magnesiochromite  and  chromite  end-members
(Fig. 7a).  The  harzburgites  contain  only  magnesiochromite
and  chromite,  whereas  lherzolites  also  preserve  the  spinel
end member. Chromite grains are round-shaped or euhedral,
sometimes  weakly  cataclastic.  They  are  accumulated  along
mineral grain boundaries, in serpentine veins in the form of
mineral  inclusions  or  dispersed  as  small  and / or  large  grain
clusters. Magnetite is the youngest of the spinel-group min-
erals. It occurs in the form of large patches around primary
reddish  spinel,  or  it  kneads  the  cataclastic  chromite  in  the
form of veins. A single grain of andradite garnet was found
in the more altered part of harzburgite.

Spinel compositions vary widely between samples. Spinel

in  harzburgites  is  represented  by  rounded,  usually  euhedral
to  subhedral  chromite  and  vermicular  magnesiochromite.  It
is  systematically  higher  in  Cr#[ = Cr/(Cr + Al)  atomic  ratio;
Cr# = 0.58—0.85] and lower in Mg#[ = Mg/(Mg + Fe

2+

) atomic

ratio;  Mg# = 0.37—0.60]  than  that  in  lherzolites,  represented
by reddish spinel (Cr# = 0.14—0.37; Mg# = 0.66—0.79; Fig. 7a).
The TiO

2

 content is low ( < 0.22 wt. %; Fig. 7b) in all cases,

only the sample SE-14 represented by harzburgite has signif-

Table 2: Continued.

icantly higher TiO

2

 contents in the range from 0.18 to 0.21

compared  to  other  samples.  Cr#  in  Spl/Fo  in  Ol  diagram
(Fig. 8a) and Cr

2

O

3

/Al

2

O

3

 Spl diagram (Fig. 8b) plot most of

the samples in the Mantle-array. The only exception is sam-
ple  SE-3  containing  Spl  with  an  increased  Cr#,  which  is
compatible with the dunite as the hosting rock.

Olivine  is  the  most  representative  rock-forming  mineral

with forsterite content ranging from 89.0 to 91.4 in lherzolites,
and from 90.0 to 92.0 in harzburgites. The NiO content of oli-
vine ranges from 0.31 to 0.47 wt. % in harzburgites, and from
0.36  to  0.51 wt. %  in  lherzolites  (Table 4).  The  relationship
between the Fo content of olivine and Cr# of spinel shows that
all  lherzolites  and  harzburgites  plot  into  the  Ol-Spl  mantle
array  (OSMA),  a  residual  mantle  trend  of  spinel  peridotite
(Arai 1987, 1994; Fig. 8a). Olivine composition is in correla-
tion with spinel; spinel Cr# increases and spinel Mg# decreases
as olivine Fo increases in the OSMA (Choi et al. 2008).

The  Primitive  Mantle  (PM)  normalized  rare  earth  element

concentrations  from  the  whole-rock  analyses  are  plotted  in
Fig. 9. They show a decrease in REE as a whole, but a relative
increase in LREE, particularly Ce and La, in comparison with
HREE. Three to four samples exhibit a positive Eu anomaly.

Sample 

SE-10 

SE-10 

SE-10 

SE-10 

SE-15 

SE-15 

SE-15 

SE-15 

SE-15 

SE-15 

SE-15 

Rock type  lherzolite lherzolite lherzolite lherzolite harzburgite  harzburgite  harzburgite  harzburgite  harzburgite  harzburgite  harzburgite 
Mineral
 

Cpx

1

 

Opx

1

 

Cpx

1

 

Cpx

2

 

Opx

1

 

Opx

2

 

Opx

1

 

Opx

2

 

Cpx

2

 

Cpx

2

 

Cpx

2

 

Analysis 

an12 

an14 

an15 

an11 

an4 

an8 

an21 

an23 

an3 

an6 

an16 

(wt. %) 
SiO

2

 

    51.24      55.15      51.67      52.52      56.92 

    57.15 

    57.46 

    57.40 

    53.56 

    53.83 

    54.38 

TiO

2

 

      0.15        0.02        0.11        0.10        0.02 

      0.01 

      0.01 

      0.03 

      0.02 

      0.00 

      0.01 

Al

2

O

3

 

      5.15        4.84        4.77        4.04        1.36 

      1.02 

      1.14 

      1.23 

      1.09 

      0.81 

      1.13 

Cr

2

O

3

 

      1.25        0.89        1.05        0.80        0.56 

      0.33 

      0.46 

      0.51 

      0.53 

      0.33 

      0.73 

FeO 

      2.13        6.26        2.49        2.52        5.53 

      5.32 

      5.20 

      5.50 

      2.06 

      1.89 

      1.79 

MnO 

      0.08        0.09        0.13        0.11        0.16 

      0.14 

      0.13 

      0.16 

      0.08 

      0.05 

      0.07 

MgO 

    16.11      32.62      16.56      17.07      34.38 

    34.63 

    34.75 

    34.09 

    18.13 

    17.92 

    18.15 

CaO 

    24.03        0.54      23.51      23.26        0.87 

      0.77 

      0.75 

      0.90 

    23.64 

    24.11 

    24.03 

NiO 

      0.00        0.12        0.05        0.04        0.09 

      0.10 

      0.06 

      0.06 

      0.05 

      0.09 

      0.04 

Na

2

O 

      0.10        0.03        0.07        0.11        0 

      0 

      0.01 

      0 

      0.07 

      0.07 

      0.07 

K

2

O 

      0 

      0 

      0 

      0 

      0 

      0 

      0.01 

      0.01 

      0.01 

      0.01 

      0 

Total 

  100.24    100.57    100.42    100.58      99.89 

    99.46 

    99.99 

    99.89 

    99.22 

    99.12 

  100.40 

(a.p.f.u.) 
Si

4+

 

1.860 

1.898 

1.871 

1.896 

1.963 

1.976 

1.976 

1.982 

1.954 

1.967 

1.962 

Al

3+

 

0.140 

0.102 

0.129 

0.104 

0.037 

0.024 

0.024 

0.018 

0.046 

0.033 

0.038 

Fe

3+ 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

Σ 

2.000 

2.000 

2.000 

2.000 

2.000 

2.000 

2.000 

2.000 

2.000 

2.000 

2.000 

Al

3+

 

0.080 

0.094 

0.075 

0.068 

0.018 

0.017 

0.022 

0.032 

0.001 

0.002 

0.011 

Fe

3+

 

0.024 

0.000 

0.027 

0.018 

0.008 

0.004 

0.000 

0.000 

0.037 

0.031 

0.013 

Ti

4+

 

0.004 

0.001 

0.003 

0.003 

0.001 

0.000 

0.000 

0.001 

0.001 

0.000 

0.000 

Cr

3+

 

0.036 

0.024 

0.030 

0.023 

0.015 

0.009 

0.013 

0.014 

0.015 

0.010 

0.021 

Mg

2+

 

0.857 

0.881 

0.866 

0.889 

0.958 

0.970 

0.965 

0.954 

0.946 

0.957 

0.955 

Fe

2+

 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

Mn

2+

 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

0.000 

Σ 

1.000 

1.000 

1.000 

1.000 

1.000 

1.000 

1.000 

1.000 

1.000 

1.000 

1.000 

Mg

2+

 

0.015 

0.792 

0.028 

0.030 

0.809 

0.815 

0.816 

0.801 

0.040 

0.020 

0.021 

Fe

2+

 

0.041 

0.180 

0.049 

0.058 

0.151 

0.150 

0.150 

0.159 

0.026 

0.027 

0.041 

Mn

2+

 

0.003 

0.003 

0.004 

0.003 

0.005 

0.004 

0.004 

0.005 

0.002 

0.002 

0.002 

Ca

2+

 

0.934 

0.020 

0.912 

0.900 

0.032 

0.029 

0.028 

0.033 

0.924 

0.944 

0.929 

Na

+

 

0.007 

0.002 

0.005 

0.008 

0.000 

0.000 

0.001 

0.000 

0.005 

0.005 

0.005 

Σ 

1.000 

0.996 

0.998 

0.999 

0.998 

0.997 

0.998 

0.998 

0.998 

0.997 

0.999 

Wo 

    46.05        1.06      44.66      44.55        1.65 

      1.46 

      1.42 

      1.72 

    45.50 

    46.84 

    46.43 

En 

    51.54      89.33      52.49      52.14      90.59 

    90.91 

    90.94 

    90.12 

    53.09 

    51.75 

    51.42 

Fs 

      2.41        9.61        2.86        3.31        7.76 

      7.63 

      7.64 

      8.16 

      1.41 

      1.41 

      2.15 

 

background image

392

KOPPA, KOLLER and PUTIŠ

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 4, 387—399

Fig. 2. a – Serpentinized harzburgite (sample SE-15) from Sedlice peridotite with preserved pyroxene porphyroclasts; b – Slightly ser-
pentinized lherzolite from Sedlice peridotite (sample SE-17b); c — Tectonic breccia composed of harzburgite angular fragments cemented
by carbonates – calcite and magnesite; d – Photomicrograph (cross-polarized light) of harzburgite (sample SE-15) with Opx

1

 porphyro-

clasts in olivine-rich matrix; e  –  Photomicrograph  (reflected  light)  of  granular  dunite  (sample  SE-3)  from  Sedlice  locality  with  typical
mesh  textured  serpentine  minerals  forming  veins  surrounding  the  relic  center  of  olivine  grains; f  –  BSE  image  of  serpentinized  dunite
(sample SE-3) with outlined boundary of rare orthopyroxene (1); g – Photomicrograph (cross-polarized light); h – BSE image of spinel
rim dissolution-reprecipitation replacement (Putnis 2009) by metamorphic chromite in host orthopyroxene (1) porphyroclast in Sedlice ser-
pentinized harzburgite (sample SE-6b). Orthopyroxene partly replaced by metamorphic Srp and Tr.

background image

393

PERIDOTITE BODY IN CENTRAL CARPATHIAN PALEOGENE SEDIMENTS (E SLOVAKIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 4, 387—399

Table 3:

 The 

chemical 

compositions 

of 

spinel 

group 

minerals 

from 

the 

Se

dlice 

peridotite 

body.

Discussion

The dunites represent the most refractory

residual  mantle  rocks  observed  in  the
Sedlice peridotite body in association with
prevailing  harzburgites  and  exclusively
with  lherzolites.  The  studied  rocks  from
this  body  are  characterized  by  a  wide
range  of  Cr#  (from  0.14  to  0.85)  in  Spl.
The  relationship  between  Cr#  of  spinel
and  Fo  of  olivine  indicates  that  studied
rocks  are  within  the  OSMA  (Arai  1987,
1994)  and  represent  residual  equivalents
of a mantle peridotite which composition-
ally reveal a wide range of melt extraction
derived by partial melting of a more fertile
mantle  peridotite  (Fig. 8a,b).  The  Fo  con-
tent  of  olivine  and  Cr#  of  spinel  do  not
change  during  subsolidus  recrystallization
(Ozawa  1988;  Arai  1994).  The  Cr#  of
spinel-group  minerals  is  progressively  in-
creasing  with  partial  melting  degree,
which, on the other hand, reduces the orig-
inal  Al  contents  in  Spl  and  Opx,  and  the
host rock (Dick & Bullen 1984; Arai 1994;
Ohara & Ishi 1998). Therefore such a wide
range of Cr# in spinel in our rocks is good
indicator of a wide range of degrees of par-
tial  melting.  Based  on  the  cited  concepts,
the  chemical  compositions  of  chromian
spinels (Cr-Spl) are plotted in various dis-
crimination  diagrams.  The  spinel  data  for
lherzolite (SE-12, SE-17b) and harzburgite
(SE-6b,  SE-14,  SE-15)  are  plotted  within
the  mantle  array  on  an  Al

2

O

3

/Cr

2

O

3

  dia-

gram  (Fig. 8b).  In  the  diagram  Mg#/Cr#
(Fig. 7a) the most Cr-spinels from lherzo-
lite  (i.e.  plot  of  the  lowest  Cr#  values;
samples  SE-12  and  SE-17b)  indicate  its
relatively  undepleted  nature.  On  the  other
hand,  the  Cr-spinel  data  of  refractory
harzburgite (samples SE-14 and SE-15) in-
dicates depleted character. The highest de-
pletion of the mantle rocks is inferred in an
arc tectonic setting and/or in a supra-sub-
duction zone environment (e.g. Arai 1994;
Choi  et  al.  2008).  The  Cr#  of  spinel  in
abyssal  peridotites  collected  from  mid-
ocean  ridges  is  less  than  0.6  (Tamura  &
Arai  2006).  Our  samples  have  mostly
comparable  (SE-15,  SE-14),  but  also
slightly  higher  (SE-3)  values  (Figs. 7,  8).
The TiO

2

 content is extremely low in arc/

back-arc  magma,  intermediate  in  mature
mid-oceanic  ridge  magma  and  high  in  in-
tra-plate  magma  (Arai  1992).  The  spinel
TiO

2

 contents plotted in Fig. 7b record low

concentrations in all samples. The diagram
Mg#  versus  Al

2

O

3

  content  in  pyroxenes

background image

394

KOPPA, KOLLER and PUTIŠ

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 4, 387—399

Fig. 3. Photomicrographs of a slightly serpentinized Spl lherzolite (samples SE-12) from Sedlice peridotite. a – Photomicrograph (cross-po-
larized light) of porphyroclastic Opx

1

 with Spl inclusion (in the frame); b – BSE image of Spl inclusion in Opx

1

 (from image in a); c – Pho-

tomicrograph (cross-polarized light) of exsolved clinopyroxene lamellae in host Opx

1

 (a BSE image detail in d frame); d – BSE image

detail of c in the frame; e – Photomicrograph (plain-polarized light) of brown-reddish spinel in Opx

2

—Cpx

2

 aggregate; f – BSE image of

spinel from e.

(Fig. 6) shows differences in composition between lherzolite
and harzburgite most likely due to variable degrees of their
depletion.

Trace rare earth element concentrations from whole-rock

analyses are plotted in Fig. 9 and exhibit a depletion trend
in  harzburgites,  corresponding  to  their  refractory  origin  in

relationship  to  more  fertile  lherzolites.  The  basic  trend  in
PM  normalized  REE  patterns  (Fig. 9a)  indicates  a  depleted
rock-suite, however an increase in LREE to HREE is similar
to  the  Dobšiná  meta-harzburgites  (Putiš  et  al.  2012),  likely
indicating an influence of metamorphic fluids during serpen-
tinization.  The  whole-rock  positive  Eu  anomaly  suggests

background image

395

PERIDOTITE BODY IN CENTRAL CARPATHIAN PALEOGENE SEDIMENTS (E SLOVAKIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 4, 387—399

Fig. 4.  Classification  diagram  for  peridotites  with  representative
samples from Sedlice peridotite body plotted and calculated on the
basis of primary mineral phases and whole-rock chemical composi-
tions (mineral quantities are calculated in wt. %; Table 1). The pale
green area represents the most common compositions of peridotites
in the upper part of the Earth’s mantle (partly adapted from Bodinier
& Godard (2007)).

Sample 

SE-3 

SE-6b 

SE-14 

SE-15 

SE-12  SE-17b 

Rock type 

dun 

harz 

harz 

harz 

lherz 

lherz 

# of analyses 

16 

(wt. %) 
SiO

2

 

41.37 

40.98 

41.61 

41.38 

40.98 

41.38 

FeO

(tot)

 

8.28 

8.82 

8.49 

8.03 

9.01 

9.05 

MnO 

0.12 

0.13 

0.11 

0.12 

0.13 

0.14 

MgO 

50.33 

49.42 

50.22 

50.04 

49.67 

49.27 

CaO 

0.01 

0.03 

0.01 

0.02 

0.03 

0.25 

NiO 

0.40 

0.41 

0.42 

0.39 

0.42 

0.42 

Total 

100.56 

99.87  100.92  100.06  100.33  100.60 

Mg# 

0.92 

0.91 

0.91 

0.92 

0.91 

0.91 

Fo 

91.18 

90.50 

90.95 

91.37 

90.35 

89.98 

 

Table 5:  The  chemical  compositions  of  metamorphic  minerals  from  the
Sedlice peridotite body.

Table 4: Olivine chemical compositions from the Sedlice peridotite
body.

Sample 

SE-3 

SE-6b  SE-6b  SE-10  SE-6b  SE-6b  SE-15  SE-17b 

Rock type 

dun 

harz 

harz 

lherz 

harz 

harz 

harz 

lherz 

Mineral 

Srp 

Srp 

Srp 

Srp 

Cpx

3

 

Cpx

3

 

Tr 

Tr 

Ana No. 

11 

73 

10 

32 

34 

19 

(wt. %) 
SiO

2

 

43.49 

42.66 

36.83 

40.27 

54.78 

55.09 

57.23 

54.78 

TiO

2

 

0.03 

0.03 

0.04 

0.01 

0.19 

Al

2

O

3

 

0.06 

1.55 

1.96 

0.17 

1.24 

0.92 

1.22 

3.92 

Cr

2

O

3

 

0.01 

0.64 

0.83 

0.00 

0.35 

0.27 

0.50 

0.77 

FeO 

1.63 

3.20 

6.35 

6.66 

2.01 

1.57 

1.95 

2.18 

MnO 

0.03 

0.08 

0.19 

0.25 

0.12 

0.13 

0.04 

0.04 

MgO 

42.35 

37.89 

36.23 

35.90 

21.29 

20.38 

23.29 

21.90 

CaO 

0.02 

0.11 

0.06 

0.23 

19.08 

22.12 

13.50 

13.28 

NiO 

0.16 

0.02 

0.10 

0.36 

0.02 

0.15 

0.11 

0.08 

Na

2

O 

0.09 

0.01 

0.55 

0.30 

0.13 

0.64 

K

2

O 

0.02 

0.06 

0.02 

0.04 

0.18 

0.11 

0.01 

0.03 

Cl 

0.03 

0.05 

0.46 

0.13 

0.04 

0.05 

Total 

87.80 

86.36 

83.06 

84.01 

99.64  101.07 

98.04 

97.85 

 

substitution of Eu

2+

for Ca

2+

, likely in tremolite (in the B site)

or  rare  carbonates.  The  trace  element  mobility  is  also  docu-
mented in spider diagram (Fig. 9b) showing a relative increase
in Cs, Ba, U, Ta, Ce, Sr, Zr, Hf and Ti. The main difference
between the less and more depleted rocks exhibit HREE and
Ti, which are increased in (less depleted) lherzolites.

From this point of view, the harzburgites from the Sedlice

peridotite  body  could  be  genetically  bound  to  an  abyssal
mantle  peridotite  (e.g.  Bodinier  &  Godard  2007).  Some  of
the  Spl  analyses  at  the  boundary  of  the  mantle  array  could
indicate either a higher melting degree, or a later influence of
metamorphic fluids, or both.

The studied peridotite body exhibits features of low-temper-

ature  metamorphic  overprint.  Metamorphic  mineral  assem-

Fig. 5.  Pyroxenes  from  Sedlice  peridotite  in  the  Morimoto  (1988)
classification.

blage contains chrysotile, tremolite, andradite garnet,
Cr-spinel  to  chromite  and  magnetite,  an  increase  of
fayalite  component  in  olivine,  and  rare  carbonate.
This might be related to serpentinization and a weak
rodingitization in an accretionary wedge, resembling
the Meliatic Bôrka Nappe serpentinized and rodingi-
tized harzburgites (Putiš et al. 2012; Li et al. 2014).
Because  of  practically  missing  high-pressure  meta-
morphic  overprint,  characteristic  for  the  Meliatic
Bôrka  blueschist-bearing  nappe  (with  antigorite-
clinopyroxene-pargasite-bearing  meta-harzburgites,
Putiš  et  al.  2012),  this  body  could  indicate  an  ob-
duction process and incorporation into an accretion-
ary wedge due to closure of the Neotethyan Meliatic
(Triassic—Jurassic) oceanic back-arc basin in the Late
Jurassic  (Dallmeyer  et  al.  1996;  Mock  et  al.  1998;
Faryad et al. 2005; Putiš et al. 2011).

The  Sedlice  body  could  be  an  olistolith,  which

slided into the Paleogene sediments from the Bôrka
Nappe,  overlying  the  Central  Western  Carpathians

background image

396

KOPPA, KOLLER and PUTIŠ

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 4, 387—399

orogenic  wedge  since  the  Late  Cretaceous.  Alternatively  it
could be a younger tectonic protrusion body from the under-
lying  basement  units,  most  likely  from  the  Meliatic  Bôrka
Nappe,  which  originated  after  covering  by  the  Paleogene
basal  and  younger  flysch  sediments.  Nevertheless,  the  sur-
face occurrences of the metaperidotites of the Bôrka Nappe
are not so far away – along the Gemeric/Veporic Late Cre-
taceous tectonic boundary, to the south (SW) of the Central-
Carpathian Paleogene Basin (Fig. 1). The brecciation of the
body margin healed by magnesite and calcite postdates per-
vasive  and  relatively  higher-temperature  serpentinization
most likely in an accretionary wedge. Therefore the breccia-
tion might reflect an interaction of CO

2

-rich water with the

body margin within the sedimentary basin.

Conclusions

The spinel peridotite from Sedlice comprises mainly depleted

harzburgites  accompanied  by  lherzolites  and  dunites,  which

Fig. 6. Plot of Mg#[ = Mg/(Mg + Fe) atomic ratio] versus Al

2

O

3

 con-

tents  (wt. %)  in  monoclinic  and  rhombic  pyroxenes  from  Sedlice
peridotite.

Fig. 7. Spinel compositional variations in the peridotite body from
Sedlice. a – Relationship between Cr#[ = Cr/(Cr + Al) atomic ratio]
and TiO

2

 content; b – Relationship between Mg#[ = Mg/(Mg + Fe

2+

)

atomic  ratio]  and  Cr#.  The  individual  spinel-group  end-member
mineral terminology is after Lindsley (1991).

formed in a spinel stability field mantle environment. The stud-
ied samples point to a wide range of depletion. By composition,
the  lherzolites  are  close  to  fertile  spinel  lherzolites.  The
harzburgites represent depleted mantle rocks or residual equi-
valents  formed  by  various  degree  of  partial  melting  of  more
fertile lherzolites. The depletion is recorded in their refractory
lithology and mineral chemical compositions. Cumulates, the
expected derivatives formed by magmatic differentiation or a
higher degree partial melting were not found in this body.

background image

397

PERIDOTITE BODY IN CENTRAL CARPATHIAN PALEOGENE SEDIMENTS (E SLOVAKIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 4, 387—399

Fig. 9.  a  –  Primitive  Man; b–  Spider  diagram  from
Sedlice peridotite.

Fig. 8.  a  –  Compositional  relationship  between  Fo[ = Mg/
((Mg + Fe + Ca + Ni)/100)  atomic  ratio]  content  of  olivine  and
Cr#[ = Cr/(Cr+Al) atomic ratio] of spinel from the Sedlice peridotite
body.  OSMA  (Olivine—Spinel  Mantle  Array)  is  a  spinel  peridotite
residual trend and with melting trend (red curved line annotated by
melting  %)  are  from  Arai  (1987,  1994).  FMM  –  fertile  MORB
mantle;  b  –  Discrimination  diagram  Al

2

O

3

  versus  Cr

2

O

3

  (wt. %)

with plotted spinels from the Sedlice peridotite body (after Franz &
Wirth 2000).

The PM normalized REE patterns indicate a de-

pleted rock-suite, however an increase in LREE to
HREE  most  likely  reveals  an  influence  of  meta-
morphic  fluids  due  to  serpentinization.  The
whole-rock positive Eu anomaly might have been
caused by substitution of Eu

2+

 for Ca

2+

 in tremo-

lite or rare carbonates.

The  low-temperature  metamorphic  mineral  as-

semblage  of  peridotite  body  contains  chrysotile,
tremolite,  rare  andradite  garnet,  Cr-spinel  to
chromite  and  magnetite,  and  rare  carbonate;  this
could  also  be  determined  by  an  increase  of  the
fayalite  component  in  olivine.  These  features  re-
semble  the  Meliatic  meta-harzburgites  in  the
Western Carpathians.

The Sedlice peridotite body most likely formed

from  the  Meliatic  Bôrka  Nappe  slices  and  cur-
rently  appears  to  be  a  protrusive(?)  body  within
the  Central-Carpathian  Paleogene  sediments.  The
brittle  fractures  healed  by  magnesite  and  calcite
crosscut  the  serpentinized  peridotite  body  and

background image

398

KOPPA, KOLLER and PUTIŠ

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 4, 387—399

therefore  may  represent  a  younger  carbonate  mineralization
of unclear age.

Acknowledgments: This work was supported by the APVV-
0081-10  and  VEGA-1/0255/11  scientific  Grants  (M.P.).
Doc.  RNDr.  Pavel  Fejdi,  CSc.  deserves  special  thanks  for
grateful suggestions and helpful experiences. We honour his
memory. The suggestions of J. Ulrych, D. Hovorka and one
anonymous  reviewer  are  greatly  acknowledged.  We  also
thank M. Styan for reviewing the English content.

References

Arai S. 1987: An estimation of the least depleted spinel peridotite

on  the  basis  of  olivine—spinel  mantle  array.  Neu.  Jb.  Miner.
Monat. 
8, 347—354.

Arai  S.  1994:  Characterization  of  spinel  peridotites  by  olivine—

spinel  compositional  relationships:  review  and  interpretation.
Chem. Geol. 113, 191—204.

Biely A., Bezák V., Elečko M., Gross P., Kaličiak M., Konečný V.,

Lexa  J.,  Mello  J.,  Nemčok  J.,  Potfaj  M.,  Rakús  M.,  Vass  D.,
Vozár  J.  &  Vozárová  A.  1996:  Geological  map  of  Slovakia,
1 : 500,000. State Geological Institute of Dionýz Štúr Publishers,
Bratislava.

Bodinier J.L. & Godard M. 2007: Orogenic, ophiolitic, and abyssal

peridotites. In: Carlson R.W. (Ed.): Treatise on geochemistry.
Vol. 2. Elsevier, Amsterdam, 1—73.

Brandon M.T. 2004: The Cascadia subduction wedge: the role of ac-

cretion, uplift, and erosion. In: van der Pluijm B.A. & Marshak
S. (Eds.): Earth structure: An introduction to structural geology
and tectonics. 2nd ed. WCB/McGraw Hill Press, 566—574.

Burnham M., Meisel T. & Kriete C. 2010: OKUM and MUH-1: two

new  IAG-certified  ultramafic  rock  reference  materials.
Geochim. Cosmochim. Acta 74, Suppl 1, A129.

Cambel  B.  1951:  Ultrabasic  rock  from  Sedlice  and serpentines  of

the  closest  surrounding.  [Ultrabázická  hornina  od  Sedlíc
a hadce najbližšieho okolia.] Geol. Zbor. Slovak. Akad. Vied 2,
1—91 (in Slovak).

Choi  S.H.,  Shervais  J.W.  &  Mukasa  S.B.  2008:  Supra-subduction

and  abyssal  mantle  peridotites  of  the  Coast  Range  ophiolite,
California. Contr. Mineral. Petrology 156, 551—576.

Dallmeyer  R.D.,  Neubauer  F.,  Handler  R.,  Fritz  H.,  Müller  W.,

Pana D. & Putiš M. 1996: Tectonothermal evolution of the in-
ternal Alps and Carpathians: Evidence from 

40

Ar/

39

Ar mineral

and whole-rock data. Eclogae Geol. Helv. 89, 203—227.

Dick  H.J.B.  &  Bullen  T.  1984:  Chromian  spinal  as  a  petrogenetic

indicator  in  abyssal  and  alpine-type  peridotites  and  spatially
associated lavas. Contr. Mineral. Petrology 86, 54—76.

Faryad S.W., Spišiak J., Horváth P., Hovorka D., Dianiška I. & Jósza

S. 2005: Petrological and geochemical features of the Meliata
mafic rocks from the sutured Triassic oceanic basin, Western
Carpathians. Ofioliti 30, 27—35.

Fejdi P. & Kolník B. 1988: Pyroxene geothermometry and geobaro-

metry  of  ultrabasic  body  near  Sedlice,  Eastern  Slovakia.  [Py-
roxénová  geotermometria  geobarometria  ultrabázického  telesa
pri Sedliciach.] Miner. Slovaca 20, 149—159 (in Slovak).

Franz  L.  &  Wirth  R.  2000:  Spinel  inclusions  in  olivine  of  peridotite

xenoliths from TUBAF seamount (Bismark Archipelago/Papua
New Guinea): evidence for the thermal and tectonic evolution of
the oceanic lithosphere. Contr. Mineral. Petrology 140, 283—295.

Gnojek P. & Kubeš P. 1991: Magnetometric evidence to the Sedlice

ultramafic  body.  [Svědectví  magnetometrie  o  ultrabázickém
tělese u Sedlíc.] Miner. Slovaca 23, 161—164 (in Czech).

Hovorka  D.  1977:  Geochemistry  of  the  West  Carpathian  Alpine-

type ultramafites. Veda, Nauka o Zemi, Geol. 12, 1—148.

Hovorka D., Dubíková K., Gerthoferová H., Šamajová E. & Turan

J.  1980:  Serpentine  –  group  minerals  of  the  Western  Car-
pathians  ultramafics.  I.  Bodies  of  the  Gemeride  Mesozoic.
Miner. Slovaca 12, 481—506.

Hovorka D., Ivan P., Jaroš J., Kratochvíl M., Reichwalder P., Roj-

kovič  I.,  Spišiak  J.  &  Turanová  L.  1985:  Ultramafic  rocks  of
the Western Carpathians. GÚDŠ, Bratislava, 1—253.

Jaroš  J.,  Kratochvíl  M.  &  Zlocha  J.  1981:  Mesoscopic  structural

analysis  of  serpentinite  bodies  in  the  Spišsko-gemerské  ru-
dohorie  Mts.  (Eastern  Slovakia).  [Drobnoštruktúrna  analýza
vnútornej stavby serpentinitových telies v Spišsko-gemerskom
rudohorí.] Miner. Slovaca 13, 527—548 (in Slovak).

Kantor  J.  1955:  Ore  minerals  of  Spiš-Gemeric  serpentinites

(awaruite,  heazlewoodite  etc.).  [Rudné  minerály  Spišsko-Ge-
merských  serpentinitov  (awaruit,  heazlewoodit  at .).]  Geol.
Zbor. Slov. Akad. Vied
 6, 1—302 (in Slovak).

Li X.-H., Putiš M., Yang Y.-H., Koppa M. & Dyda M. 2014: Accre-

tionary wedge harzburgite serpentinization and rodingitization
constrained by perovskite U/Pb SIMS age, trace elements and
Sm/Nd  isotopes:  case  study  from  the  Western  Carpathians,
Slovakia. Lithos 205, 1—14.

Lindsley D.H. 1991: Oxide minerals: petrologic and magnetic sig-

nificance. Rev. in Mineralogy 25, 1—509.

Marschalko R. 1966: Geology and sedimentology of marginal flysch

lithophacies  from  the  central  Carpathians  (Šariš  highlands).
[Geológia a sedimentológia flyšových okrajových litofácií cen-
trálnych  Karpát  (Šarišská  hornatina).]  Sbor.  Geol.  Vied,  Zá-
pad. Karpaty
 5, 1—9 (in Slovak).

McDonough  W.F.  &  Sun  S.  1995:  The  composition  of  the  Earth.

Chem. Geol. 120, 223—253.

Meisel T., Schöner N., Paliulionyte V. & Kahr E. 2002: Determina-

tion of rare earth elements (REE), Y, Th, Zr, Hf, Nb and Ta in
geological reference materials G-2, G-3, SCo-1 and WGB-1 by
sodium peroxide sintering and ICP-MS. Geostand. Newsl. 26,
53—61.

Mikuš T. & Spišiak J. 2007: Chemical composition and alter ation

of Cr-spinels from Meliata and Penninic serpentinized peridot-
ites (Western Carpathians and Eastern Alps). Geologica Q. 51,
257—270.

Mock  R.,  Sýkora  M.,  Aubrecht  R.,  Ožvoldová  L.,  Kronome  B.,

Reichwalder P. & Jablonský J. 1998: Petrology and petrography
of the Meliaticum near the Meliata and Jaklovce villages, Slo-
vakia. Slovak Geol. Mag. 4, 223—260.

Morimoto  N.,  Fabries  J.,  Ferguson  A.K.,  Ginzburg  I.V.,  Ross  M.,

Seifert F.A. & Zussman J. 1988: Nomenclature of pyroxenes.
Amer. Mineral. 73, 1123—1133.

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

Evolution  and  structure  of  the  Western  Carpathians:  an  over-
view. In: Grecula P., Hovorka D. & Putiš M. (Eds.): Geologi-
cal  evolution  of  the  Western  Carpathians.  Miner.  Slovaca,
Geocomplex
, Bratislava, 1—24i.

Putiš  M.,  Koppa  M.,  Snárska  B.,  Koller  F.  &  Uher  P.  2012:  The

blueschist-associated  perovskite—andradite-bearing  serpenti-
nized  harzburgite  from  Dobšiná  (the  Meliata  Unit),  Slovakia.
J. Geosci. 58, 221—240.

Putiš M., Radvanec M., Sergeev S., Koller F., Michálek M., Snárska

B.,  Koppa  M.,  Šarinová  K.  &  Németh  Z.  2011:  Metamor-
phosed succession of cherty shales with basalt and diastrophic
breccia  in  olistolith  of  the  Meliatic  Jurassic  accretion  wedge
near  Jaklovce  (Slovakia),  dated  on  zircon  (U—Pb  SIMS
SHRIMP). Miner. Slovaca 43, 1—18.

Putnis  A.  2009:  Mineral  replacement  reactions.  Rev.  Mineral.

Geochem. 70, 87—124.

Radvanec M. 2000: P-T path and exhumation of ultra-high pressure

background image

399

PERIDOTITE BODY IN CENTRAL CARPATHIAN PALEOGENE SEDIMENTS (E SLOVAKIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 4, 387—399

metamorphosed  peridotite  at  Jaklovce  on  the  north  of  Gemeri-
cum and on the locality Skalka at Sedlice northward of the zone
Branisko—Čierna  hora  Mts.  (Western  Carpathians,  Slovakia).
[P-T  dráha  exhumácie  ultravysokotlakovo  metamorfovaného
peridotite  ne aleko  Jakloviec  na  severe  gemerika  a  na  lokalite
Skalka pri Sedliciach na sever od pruhu Branisko—Čierna hora.]
Miner. Slovaca 32, 439—458 (in Slovak).

Rojkovič I. 1985:  Ore mineralization of ultramafic bodies in West-

ern  Carpathians.  [Rudná  mineralizácia  ultramafických  telies
Západných Karpát.] Veda, SAV, Bratislava, 1—63 (in Slovak).

Rojkovič I. & Boronichin V.A. 1982: Sulphidic nickel-cobalt-iron

ores  in  ultramafic  rocks  of  the  Western  Carpathians.  [Sulfi-
dická Ni-Co-Fe mineralizácia v ultramafických horninách Zá-
padných Karpát.] Miner. Slovaca 14, 41—59 (in Slovak).

Rojkovič I. & Hovorka D. 1979: Relation of ore mineralization to

geochemistry of the West Carpathian ultramafic massifs. Geol.
Zbor. Geol. Carpath.
 30, 449—462.

Rojkovič I., Hovorka D. & Krištín J. 1978: Spinel group minerals

in  the  West  Carpathians  ultrabasic  rocks.  Geol.  Zbor.  Geol.
Carpath.
 29, 1—253.

Scambelluri M., Fiebig J., Malaspina N., Müntener O. & Pettke T.

2004: Serpentinite subduction: implications for fluid processes
and trace-element recycling. Int. Geol. Rev. 46, 595—613.

Stankovič J., Kadlečíková M. & Breza J. 2007: Clinopyroxene ex-

solutions  preserved  in  orthopyroxene  from  metaultramafic
rock  near  Sedlice  (Western  Carpathians)  and  their  identifica-
tion  by  Raman  Spectroscopy.  [Zachovalé  exsolúcie  klinopy-
roxénu  v  orthopyroxéne  z  metaultramafickej  horniny  pri
Sedliciach  (Západné  Karpaty)  a  ich  identifikácia  ramanovou
spektroskopiou.] Acta Geol. Univ. Comen. 1, 55—59 (in Slovak).

Tamura  A.  &  Arai  S.  2006:  Harzburgite-  dunite-orthopyroxenite

suite as a record of supra-subduction zone setting for the Oman
ophiolite mantle. Lithos 90, 43—56.

Whitney  D.L.  &  Evans  B.W.  2010:  Abbreviations  for  names  of

rock-forming minerals. Amer. Mineralogist 95, 185—187.

        http://www.geology.sk/