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

, FEBRUARY 2015, 66, 1, 37—50                                                      doi: 10.1515/geoca-2015-0009

The thermal history of the Miocene Ibar Basin (Southern

Serbia): new constraints from apatite and zircon fission

track and vitrinite reflectance data

NEVENA ANDRIĆ

1!

, BERNHARD FÜGENSCHUH

2

, DRAGANA ŽIVOTIĆ

1

 and

VLADICA CVETKOVIĆ

1

1

University of Belgrade, Faculty of Mining and Geology, Đušina 7, 11000 Belgrade, Serbia;

!

nevena.andric@rgf.bg.ac.rs;  dragana.zivotic@rgf.bg.ac.rs;  cvladica@rgf.bg.ac.rs

2

University of Innsbruck, Faculty of Geo- and Atmospheric Sciences, Institute of Geology, Innrain 52f, 6020 Innsbruck, Austria;

bernhard.fuegenschuh@uibk.ac.at

(Manuscript received January 16, 2014; accepted in revised form December 10, 2014)

Abstract: The Ibar Basin was formed during Miocene large scale extension in the NE Dinaride segment of the Alpine-
Carpathian-Dinaride system. The Miocene extension led to exhumation of deep seated core-complexes (e.g. Studenica
and Kopaonik core-complex) as well as to the formation of extensional basins in the hanging wall (Ibar Basin). Sedi-
ments  of  the  Ibar  Basin  were  studied  by  apatite  and  zircon  fission  track  and  vitrinite  reflectance  in  order  to  define
thermal events during basin evolution. Vitrinite reflectance (VR) data (0.63—0.90 %Rr) indicate a bituminous stage for
the  organic  matter  that  experienced  maximal  temperatures  of  around  120—130 °C.  Zircon  fission  track  (ZFT)  ages
indicate provenance ages. The apatite fission track (AFT) single grain ages (45—6.7 Ma) and bimodal track lengths
distribution indicate partial annealing of the detrital apatites. Both vitrinite reflectance and apatite fission track data of
the studied sediments imply post-depositional thermal overprint in the Ibar Basin. Thermal history models of the detritial
apatites reveal a heating episode prior to cooling that began at around 10 Ma. The heating episode started around 17 Ma
and lasted 10—8 Ma reaching the maximum temperatures between 100—130 °C. We correlate this event with the domal
uplift of the Studenica and Kopaonik cores where heat was transferred from the rising warm footwall to the adjacent
colder hanging wall. The cooling episode is related to basin inversion and erosion. The apatite fission track data indicate
local thermal perturbations, detected in the SE part of the Ibar basin (Piskanja deposit) with the time frame  ~ 7.1 Ma,
which may correspond to the youngest volcanic phase in the region.

Key words: Balkan Peninsula, Ibar Basin, low-temperature thermochronology, core-complex, basin inversion, organic matter.

Introduction

The process of lithospheric extension is characterized by ex-
humation of middle to lower continental crust along crustal-
scale detachments (Lister & Davis 1989). The exhumation of
the high-grade metamorphic rocks in the footwall of the de-
tachment is followed by subsidence and development of sed-
imentary  (supra-detachment)  basins  on  the  hanging  wall
(Friedmann & Burbank 1995).

In general, the thermal evolution of supra-detachment ba-

sins  is  influenced  by  the  interplay  of  several  factors  related
to  detachment  activity:  i)  temperature  contrast  between  the
rapidly exhuming warm footwall and the cold hanging wall;
ii) burial history of the basin; iii) magmatism ± hydrothermal
activity and iv) basin inversion and exhumation (Dunkl et al.
1998; Kounov et al. 2004; Márton et al. 2010). The thermal
state of the supradetachment basins is potentially affected by
rapid  exhumation  of  the  warm  footwall  along  the  detach-
ment. The heat advection leads to an elevated thermal gradi-
ent  in  the  footwall  and,  subsequently,  this  heating  was
transferred by conduction to the hanging wall (Grasemann &
Mancktelow 1993).

The  Miocene  Ibar  Basin  is  located  200 km  south  of  Bel-

grade, covering an area of approximately 320 km

2

 (Fig. 1). It

is a northwest-southeast elongated tectonic depression with a
maximum length of 20 km and width of 12 km.

The  Ibar  Basin  is  supra-detachment  basin,  which  provides

the opportunity to study the thermal influence of the exhum-
ing core on the basin fill in the hanging wall of the active de-
tachment.  The  Ibar  Basin  belongs  to  the  group  of  Lower
Miocene intramontane basins called the Dinaridic lake system
(Krstić et al. 2003; Harzhauser & Mandić 2008). The forma-
tion  of  these  basins  was  contemporaneous  with  the  exten-
sional  collapse  of  the  Alpine  orogenic  wedge  and  back-arc
Pannonian extension in the Miocene (Tari et al. 1992; Ilić &
Neubauer 2005; Horváth et al. 2006; Leew et al. 2012), which
was  accompanied  by  exhumation  of  the  metamorphic  core-
complexes (Tari et al. 1999; Ustaszewski et al. 2010; Matenco
&  Radivojević  2012;  Stojadinović  et  al.  2013).  The  subsid-
ence of the hanging wall of these detachments was accompa-
nied by the formation of basins on the top.

Previous  studies  of  the  Ibar  Basin  were  related  mostly  to

stratigraphy, and exploration of mineral resources (coal, bo-
ron  minerals,  and  magnesite).  However,  none  of  the  earlier
studies focused on elucidating the basin’s evolution in more
detail, especially in terms of its high heat flow regime. This
study  aims  at  providing  new  information  about  the  thermal
history of the Ibar Basin. Additionally, our data shed light on

background image

38

ANDRIĆ, F

ÜGENSCHUH, ŽIVOTIĆ 

and CVETKOVIĆ

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 1, 37—50

Fig. 1. Tectonic map of the Balkan Peninsula (modified after Schmidt et al. 2008), geological map of the study area (after Schefer 2010)
and Basic Geological Map of Serbia, 1 : 100,000; Sheets Novi Pazar (Urošević et al. 1970a), Vrnjci (Urošević et al. 1970b), Sjenica (Mojsilović
et al. 1978) and Ivanjica (Brković et al. 1976).

Fig. 2. Sampling location with new zircon and apatite fission track data for the surface samples.

background image

39

THERMAL HISTORY, FISSION TRACK AND VITRINITE REFLECTANCE (MIOCENE IBAR BASIN, SERBIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 1, 37—50

the time and magnitude of paleo-thermal episodes in the Ibar
Basin,  including  the  phases  of  basin  inversion  and  regional
uplift (i.e. exhumation).

Geological setting

The Ibar Basin belongs to the eastern/south-eastern parts of

the inner Dinarides (Fig. 1). It is situated on top of a Late Cre-
taceous to Eocene Adria-derived nappe stack which formed in
the course of the Adria-Europe collision (Schmid et al. 2008).
The  collision  was  preceded  by  ophiolite  obduction  onto  the
distal Adriatic continental margin during the Late Jurassic as
well  as  by  subsequent  closure  of  the  last  Neotethys  oceanic
realm  forming  the  Sava  suture  zone  (Pamić  et  al.  2002;
Schmid  et  al.  2008;  Ustaszewski  et  al.  2009).  Later  on,  the
ophiolites were involved in out-of-sequence thrusting forming
composite  nappes  along  with  the  Adria  derived  continental
units in the lower position. The composite nappes namely the

Drina-Ivanjica  and  Jadar-Kopaonik  units  consist  of  non-
metamorphosed to slightly metamorphosed Upper Paleozoic—
Lower Jurassic sediments of the distal Adria margin overlain
by  Late  Jurassic  ophiolites  (Fig. 1  –  Dimitrijević  1997;
Karamata 2006; Schmid et al. 2008; Schefer et al. 2010).

In the Ibar area these composite nappes are represented by

the  Kopaonik  Metamorphic  Series  or  Jadar-Kopaonik  com-
posite nappe (Fig. 1). During the Late Oligocene post-orogenic
phase  these  series  were  intruded  by  the  I-type  granitoids  of
Drenje (31.7—31.2 Ma – Schefer et al. 2011) and Kopaonik
(30.9—30.7 Ma – Schefer et al. 2011). The dacite- andesite
extrusions and volcanoclastic rocks (31 Ma – Cvetković et
al.  1995)  intruded  and/or  overlaid  ophiolites  (Cvetković  et
al. 1995; Schefer et al. 2011). In the Miocene the study area
underwent  N-S  extension  (Schefer  2010),  which  led  to  the
exhumation of the Studenica and Kopaonik domes starting at
around  21—17 Ma  as  indicated  by 

40

Ar/

39

Ar  ages  on  biotite

(Schefer  2010)  and  ending  around  10 Ma  (AFT  and  ZFT
data  –  Schefer  et  al.  2011).  The  tectonic  omission  was

Sample 

Local coordinates 

(MGI Balkans 7) 

(m) 

Latitude–
longitude 
(decimal 
degrees) 

Altitude 

(m) 

Depth (m) 

Lithology  

Location 

Method of 
investigation 

IBM-1/1 

7472377.63  
4804201.05 

N 43.38174  
E 20.65376 

409.50 43.5–44.5 Shale 

Piskanja deposit 

VR 

IBM-1/2 

406.10 47.0–47.9 Shale 

VR 

IBM-1/3 

387.20 63.2–66.8 Shale 

VR 

IBM-1/4 

330.10 122.8–123.9 Shale 

VR 

IBM-1/6 

325.80 127.0–128.2 Shale 

VR 

IBM-1/7 

257.40 195.4–196.6 Shale 

VR 

IBM-1/8 

226.40 226.3–227.6 Shale 

VR 

IBM-1/23 

147.40 

302.5–306.6 

Sandstone 

AFT, ZFT  

IBM-1/24 

134.30 

318.3–319.7 

Sandstone 

AFT, ZFT  

IBM-1/25 

110.30 342.1–343.7 Conglomerate 

AFT, 

ZFT 

IBM-1/27 

109.50 344.2–344.5 Shale 

VR 

IBM-1/28 

101.80 

344.5–352.2 

Sandstone 

AFT, ZFT  

IBM-1/29 

100.80 352.2–353.2 Shale 

VR 

IBM-1/30 

79.70 

373.5–374.3 

Sandstone 

AFT, ZFT  

IBM-1/31 

72.00 381.9–382.0 Coal 

fragments 

in 

shale 

VR 

IBM-1/22 

46.80 

409.3–409.5 

Conglomerate 

AFT, ZFT  

IBM-2/15 

7472179.85 
4804237.84 

N 43.38207 

  E 20.65132 

114.53 

318.5–320.1 

Sandstone 

AFT, ZFT  

IBM-2/17 

74.98 

 359.05–359.95 

Sandstone 

AFT, ZFT  

IBM-2/19 

53.73 

379.4–381.2 

Sandstone 

AFT, ZFT  

IBM-2/21 

39.73 394.7–395.2 Shale 

VR 

IBM-4/41 

7471435.92 
4803862.07 

N 43.37865  
E 20.64216 

250.46 

149.4–152.3 

Sandstone 

AFT, ZFT  

IBM-4/44 

90.06 

309.1–312.7 

Sandstone 

AFT, ZFT  

Tadenje 11 

7469179  
4809748 

N 43.43155  
E 20.61397 

457.40 47.6–48.6 Coal 

Tadenje 
underground  
coal mine 

VR 

Tadenje 12 

457.20 

48.6–48.8 

Sandstone 

AFT, ZFT  

Tadenje 14 

455.70 49.6–50.3 Coal 

VR 

Tadenje 15 

437.60 

68.2–68.4 

Sandstone 

AFT, ZFT  

Tadenje 1 

437.40 68.4–68.6 Coal 

VR 

Tadenje 13 

436.40 

69.5–69.6 

Sandstone 

AFT, ZFT  

Tadenje 10A 

435.30 70.5–70.7 Coal 

VR 

Tadenje 10B 

435.00 70.7–71.0 Coal 

VR 

1-Biljanovac 

7472085  
4807161 

N 43.40837  
E 20.65000 

383.00 

Surface 

Volcanoclastite 

Biljanovac 

AFT, ZFT  

8-Pruga 

7471207  
4802855 

N 43.36958  
E 20.63938 

399.00 Surface 

Andesite/ 
volcanoclastite 

Pruga 

AFT, ZFT  

4-Kremići 

7477304  
4800615 

N 43.34963  
E 20.71471 

1140.00 Surface 

Granodiorite 

Kremići 

AFT, ZFT  

9-Kremići 

7474777  
4800961 

N 43.35266  
E 20.68352 

808.00 Surface 

Hydrothermally altered 
andesite 

AFT, ZFT  

3-Drenje 

7483607 
4806320 

N 43.40115  
E 20.79228 

740.00 

Surface 

Granodiorite 

Drenje 

AFT, ZFT  

 

Table 1: Locality and lithology of the samples. VR – vitrinite reflectance, AFT – apatite fission track, ZFT – zircon fission track.

background image

40

ANDRIĆ, F

ÜGENSCHUH, ŽIVOTIĆ 

and CVETKOVIĆ

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 1, 37—50

about  10 km  (Schefer  2010).  The  core-complex  formation
was  coeval  with  the  emplacement  of  the  S-type  Polumir
granite  (18.1—17.4 Ma),  Golija  granite  (20.6—20.2 Ma)  and
exhumation of the older Oligocene I-granitic rocks of Kopa-
onik and Drenje (Schefer et al. 2011). The Miocene volcanic
activity  is  represented  by  effusives  and  pyroclastites  of
quartz-latitic  composition.  The  Miocene  volcanics  occur
south-west  of  the  Kopaonik  intrusives  and  in  the  surround-
ings of the Golija pluton (Cvetković & Pécskay 1999; Cvet-
ković 2002).

The  Ibar  Basin  was  formed  in  the  hanging  wall  of  the

Studenica core-complex, but it also possibly records a brittle
phase (mainly E-W directed, and subordinately N-S) of exhu-
mation of the Kopaonik Metamorphic Series (Schefer 2010).
Deposition  started  with  continental  alluvial,  syn-kinematic
breccio-conglomerates,  sandstones  and  marlstones  interca-
lated with up to nine bituminous coal seams (Anvelković et
al. 1991; Ercegovac et al. 1991). This succession is overlain
by laminated dolomitic marlstones and claystones, deposited
in  a  lacustrine  environment.  The  overall  present  day  thick-
ness  of  the  sediments  deposited  in  the  Ibar  Basin  is  around
1500 m (based on geophysical exploration – Anvelković et
al. 1991). The basin is characterized by the presence of bitu-
minous coals (%Rr up to 0.91 – Ercegovac et al. 1991), bo-
ron  mineralization  (borates  and  howlite  –  Obradović  et  al.
1992), magnesite deposits (Falick et al. 1991) and travertine
(noticed  during  field  observation).  Other  intramontane  coal
basins  in  Serbia,  which  cover  the  same  stratigraphic  range,
did not exceed the subbituminous stage of coalification (%Rr
~

0.45  –  Ercegovac  et  al.  2006;  Životić  et  al.  2008,  2010).

The relatively high rank of Cenozoic coals from the Ibar Ba-
sin according to Ercegovac et al. (1991) is due to the thermal
influence of andesitic extrusion.

The age of sediments is not well constrained. According to

correlation of sediments from other intra-montane basins in
the  Dinaridic  lake  system  it  could  be  inferred  that  alluvial
deposition  started  around  19—17 Ma  (Prysjazhnjuk  et  al.
2000; Krstić et al. 2001) and lasted until 16—15 Ma when a
typical  lacustrine  environment  was  established  (Kochansky
&  Slisković  1981).  Combining  geodynamic  (Schefer  2010)
and  paleontological  lines  of  evidence  (Prysjazhnjuk  et  al.
2000;  Krstić  et  al.  2001)  in  the  following  discussion  we
adopt 19 Ma as the age of the onset of sedimentation in the
Ibar  Basin.  Today  the  Ibar  Basin  can  be  characterized  as  a
composite basin which is formed by four sub-basins (Fig. 1):
Tadenje, Ušće, Jarando, and Gradac (Ercegovac et al. 1991).
The sediments studied here from the Piskanja deposits repre-
sent the south-eastern part of the Jarando sub-basin.

Sampling strategy and analytical methods

The thermal history of the Ibar Basin has been studied by

means of vitrinite reflectance and detritial apatite and zircon
fission track data targeting the maximum paleotemperatures
and  duration  of  the  thermal  event,  cooling  manner  (slow/
fast) from maximal paleotemperatures, respectively.

The majority of samples were collected from boreholes in

the Piskanja deposit and Tadenje underground coal mine.

Table 2:  Vitrinite  reflectance  data  and  estimated  paleotempera-
tures. 

a

Tpeak = (ln  (VRr) + 1.68)/0.0124,  burial  heating  (Barker  &

Pawlewicz 1986),  ± 0.10 – standard deviation, (n = 50) – number
of measurements.

Vitrinite  reflectance  was  measured  on  dispersed  organic

matter  on  eleven  shale  samples  (seven  are  positioned  in
lacustrine and four in alluvial facies; Table 1) from the Pis-
kanja deposit and five coal samples from the Tadenje under-
ground coal mine (Tadenje sub-basin).

For the fission track analysis fifteen core samples (conglom-

erate  and  sandstone)  from  three  boreholes  (IBM-1,  IBM-2,
and  IBM-4)  in  the  Piskanja  deposit,  and  three  channel  sand-
stone  samples  between  coal  layers  in  the  Tadenje  sub-basin
were collected (Table 1, Fig. 2). Five samples of andesite, hy-
drothermally altered andesite, granodiorite and volcanoclastic
rocks, were taken from outcrops in the surrounding area in or-
der to study the tectono-thermal history (cooling and exhuma-
tion) of the basin margin and its relation to basin fill.

The  detrital  apatite  and  zircon  may  be  derived  from  di-

verse sources, meaning that they carry information about the
thermal history of the sediment’s provenance regions. After
deposition the thermal history of the sediments can follow at
least  three  possible  scenarios:  i)  experienced  temperatures
were  not  high  enough  (above  the  partial  annealing  zone
(PAZ, 60 °C—120 °C) to cause annealing of the fission track
so that all the AFT single ages will be equal/slightly younger
or  older  than  the  depositional  age;  ii)  experienced  tempera-
tures were higher than PAZ for  ~ 10

Ma to cause total reset-

ting of the AFT single ages so that all the AFT single ages
are  younger  than  the  depositional  age  and  iii)  experienced
temperatures were in the range of the PAZ for a shorter period
of  time  > 10

Ma  producing  partially  annealed  grains  with

AFT  single  ages  older  and  younger  than  the  age  of  deposi-
tion (Gleadow et al. 1986; Laslett et al. 1987; Wagner & van
den Haute 1992).

Vitrinite reflectance (VR)

For rank determination, the laminated dolomitic marl sam-

ples  were  cut,  mounted  in  epoxy  resin  and  polished,  while
coal  samples  were  crushed  to  a  maximum  particle  size  of

Sample Depth 

(m) 

Average vitrinite 

reflectance %Rr 

Estimated 

paleotemperature (

o

C) 

IBM-1/1 

   43.5–44.5 

0.66±0.10 (n=50) 

102

IBM-1/2 

   47.0–47.9 

0.68±0.11 (n=50) 

104

a

 

IBM-1/3 

   63.2–66.8 

0.71±0.08 (n=50) 

108

a

 

IBM-1/4 

 122.8–123.9  0.76±0.09 (n=50) 

113

a

 

IBM-1/6 

 127.0–128.2  0.69±0.09 (n=50) 

106

a

 

IBM-1/7 

 195.4–196.6  0.77±0.09 (n=50) 

114

a

 

IBM-1/8 

 226.3–227.6  0.77±0.09 (n=50) 

114

a

 

IBM-1/27 

 344.2–344.5  0.76±0.09 (n=50) 

113

a

 

IBM-1/29 

 352.2–353.2  0.74±0.08 (n=50) 

111

a

 

IBM-1/31 

 381.9–382.0  0.69±0.07 (n=50) 

106

a

 

IBM-2/21 

 394.7–395.2  0.63±0.06 (n=50) 

  98

a

 

Tadenje 11     47.6–48.6 

0.87±0.03 (n=50) 

125

a

 

Tadenje 14     49.6–50.3 

0.86±0.03 (n=50) 

124

a

 

Tadenje 1 

   68.4–68.6 

0.90±0.02 (n=50) 

127

a

 

Tadenje 10A    70.5–70.7 

0.90±0.03 (n=50) 

127

a

 

Tadenje 10B    70.7–71.0 

0.90±0.03 (n=50) 

127

a

 

 

background image

41

THERMAL HISTORY, FISSION TRACK AND VITRINITE REFLECTANCE (MIOCENE IBAR BASIN, SERBIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 1, 37—50

T

able 3:

 Fission 

track 

results 

from 

the 

Ibar 

Basin. 

Ap

 –

 apatite, 

Zr

 –

 zircon, 

N

 –

 number 

of 

counted 

grains 

per 

sample, 

ρρρρρ

(Nd)

 –

 density 

of 

dosimeter 

tracks 

(number 

of 

counted 

dosimeter

tracks), 

ρρρρρ

(Ns)

 –

 density 

of 

spontaneous 

tracks 

(number 

of 

counted 

spontaneous 

tracks), 

ρρρρρ

(Ni 

) 

 density 

of 

induced 

tracks 

(number 

of 

counted 

induced 

tracks), 

P(

χχχχχ

2

) 

 is 

the 

probability 

of

obtaining 

χ

2

 values 

for 

degrees 

of 

freedom 

where 

n=number 

of 

crystals-1. 

Central 

age 

±1

σ     

(Ma) 

(Galbraith 

Laslett 

1993), 

MTL 

±1

σσσσσ

 (µm)

 –

 mean 

track 

length, 

SD 

(µm) 

(N)

 –

 standard

deviation 

(number 

of 

horizontal 

confined 

tracks 

measured), 

Dpar 

(µm)

 –

 mean 

track 

pit 

length, 

conc.

 –

 concentration 

of 

in 

ppm.

background image

42

ANDRIĆ, F

ÜGENSCHUH, ŽIVOTIĆ 

and CVETKOVIĆ

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 1, 37—50

1 mm, mounted in epoxy resin and polished. The reflectance
measurements were performed under a monochromatic light
of 546 nm using a Leitz MPV microscope and optical stan-
dards having a reflectance of 0.8999 % and 1.6999 % in oil,
following  the  procedures  outlined  by  Taylor  et  al.  (1998).
The  rank  was  determined  by  measuring  the  random  reflec-
tance on colotelinite B. The reflectance measurements were
performed  at  the  Department  für  Angewandte  Geowissen-
schaften und Geophysik, Montanuniversität Leoben.

During burial diagenesis of organic matter, the optical re-

flectivity of vitrinite increases as a result of increasing tem-
peratures.  As  vitrinite  reflectance  is  not  susceptible  to
retrograde alteration, it may be considered a geothermometer
for  maximum  paleotemperatures.  According  to  different  ki-
netic  models  and  field  studies,  vitrinite  reflectance  may  be
used with caution to estimate absolute maximum paleotem-
peratures,  as  shown  by  Barker  &  Pawlewicz  (1986).  They
published different vitrinite reflectance temperature correla-
tions  for  long-term  (burial)  and  short-term  (hydrothermal)
heating. Maximum paleotemperatures were calculated accord-
ing  to  the  methodology  explained  in  Barker  &  Pawlewicz
(1986) for burial heating, and the results are given in Table 2.

Apatite and zircon fission track analysis

The  samples  were  mounted  in  epoxy  resin  (apatite)  and

PFA  Teflon  (zircon)  after  conventional  mineral  separation
(crushing,  sieving,  magnetic,  and  heavy  liquid  separation)  at
the  University  of  Belgrade  and  partly  at  the  University  of
Innsbruck.  Etching  of  apatite  mounts  were  done  in  6.5%
HNO

3

  at  20 °C  for  40 s.  Zircon  mounts  were  etched  in  a

NaOH—KOH eutectic melt for 4—8 h at 235 °C. Induced tracks
in  external  detector  muscovite  were  etched  in  40%  HF  for
45 min at 20 °C. Irradiation was carried out at FRMII Garching
(Technische  Universität  München,  Germany).  Neutron  flux
was monitored using CN5 and CN1 dosimeter glasses for apa-
tite  and  zircon,  respectively.  Densities  of  spontaneous,  in-
duced  tracks  and  for  the  apatites  confined  horizontal  lengths
and Dpar measurements were performed on a Zeiss Axioplan
microscope  equipped  with  Autoscan

®

,  System  at  1250

×

magnification,  dry  objective  at

 

the  University  of  Innsbruck.

All  samples  have  been  analysed  using  an  external  detector
(Gleadow  1981).  The  fission-track  central  ages  were  deter-
mined  using  zeta  approach  (Hurford  &  Green  1983)  with
zeta factors of 330 ± 9.45 for the apatite (CN5 dosimeter glass)
and 144 ± 12.89 for the zircon, (CN1 dosimeter glass) (analyst
Nevena Andrić). The AFT and ZFT central ages are reported
with 1

σ error (Galbraith & Laslett 1993). The TRACKKEY

program, version 4 was used in data processing (Dunkl 2002).
The  homogeneity  of  the  age  population  was  determined  by
Chi (

χ

2

) test (Gleadow et al. 1986; Galbraith & Laslett 1993).

The Dpar method (Donelick 1993; Burtner et al. 1994) was
used  as  a  proxy  for  annealing  properties.  For  identification
of  different  age  components  or  peak  ages  for  the  samples
with spread ages, the binomial peak-fitting method was used
(Galbraith & Green 1990; Brandon 2002 ).

The analytical results are given in Table 3 and location of

the  samples  in  Fig. 2.  Due  to  the  quality  of  the  apatite  and
zircon grains it was not possible to obtain the age pairs (AFT

Fig. 3.  Vitrinite  ref-
lectance. a – IBM-1
borehole, 

Piskanja

deposit, b – Tadenje
underground 

coal

mine  (Tadenje  sub-
basin).

background image

43

THERMAL HISTORY, FISSION TRACK AND VITRINITE REFLECTANCE (MIOCENE IBAR BASIN, SERBIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 1, 37—50

Fig. 4. a – The ZFT single grain age
distribution  in  the  Piskanja  deposit,
b  –  Frequency  distribution  of  the
apatite  single-grain  ages  from  the
Piskanja  deposit  with  statistically
separated  detritial  populations,  using
the  BinomFit  software  (Brandon
2002), vertical thick black line repre-
sents  stratigraphic  age 

~

19 Ma

(Prysjazhnjuk et al. 2000; Krstić et al.
2001). Zr – zircon, Ap – apatite.

and ZFT) for each sample. Modelling of the apatite age and
track-length  distribution  data  was  carried  out  with  the  pro-
gram  HeFTy  (Ketcham  et  al.  2003).  The  input  parameters
were  AFT  age  data,  track  length  distributions  and  etch  pit
diameters  (Dpar).  Time-temperature  boxes  were  defined  by
additional input constraints for the model, namely: ZFT and
AFT central, single ages and geological constraints. The par-
tial annealing zone (PAZ) of apatite is constrained between
120 °C and 60 °C (Laslett et al. 1987) and of zircon ~ 200 °C
and 320 °C (Tagami et al. 1998). The present day tempera-
ture on the surface was set to 20 °C. The generation of time-
temperature  paths  was  done  using  the  inverse  Monte  Carlo
algorithm (Ketcham 2005). The c-axis projections were cor-
rected  using  the  annealing  model  of  Ketcham  et  al.  (2007).
The modelling results were statistically evaluated by the good-
ness of fit (GOF) of measured and modelled data. The value
> 0.5 between modelled and measured data was considered a
“good” fit, while a value of 0.05 or higher was “acceptable”.

Results

Vitrinite reflectance data

The vitrinite reflectance results vary from 0.63 to 0.90 %Rr

(Table 2)  implying  a  bituminous  stage  of  organic  matter.  In
the boreholes IBM-1 and IBM-2 (Piskanja deposit) the vitrin-

ite reflectance values do not show a pronounced depth trend.
The  data  are  spread  between  0.63 %  and  0.77 %Rr,  whereas
most  values  are  overlapping  within  one  standard  deviation
(0.11—0.07 %;  Table 2,  Fig. 3).  The  vitrinite  reflectance  in
coal  seams  from  the  Tadenje  sub-basin  (northern  part  of  the
basin)  increases  from  0.86 %  at  47.60 m  to  0.90 %Rr  at
71.00 m.  Typical  coalification  temperatures  for  the  bitumi-
nous coals with such vitrinite reflectance values are approxi-
mately  100—130 °C  (Barker  &  Pawlewicz  1986).  The  higher
values in the Tadenje sub-basin indicate higher maximum pa-
leotemperatures than in the Piskanja deposit.

Zircon and apatite fission track data

The  samples  in  the  Piskanja  deposit  yielded  ZFT  central

ages  from  28.7 ± 2.8 Ma  to  31.5 ± 3.1 Ma  (Table 3,  Fig. 4a).
All samples pass the 

χ

test indicating single grain age popu-

lation  of  zircons  (P  (

χ

2

)  > 5 %,  Galbraith  1981).  The  AFT

central ages range between 21.5 ± 2.2 Ma and 30.4 ± 2.5 Ma,
whereas  single  grain  ages  range  from  6.7 Ma  to  45.0 Ma
(Table 3,  Fig. 5).  The  mean  track  length  varies  from
12.32 ± 2.23 µm to 10.11±1.97 µm (Table 3, Fig. 6). The sam-
ples  IBM-1/22,  IBM-1/30,  IBM-2/15,  IBM-2/17,  IBM-2/19,
and IBM-4/44 contain one apatite single grain age population,
meaning that they pass the 

χ

test (P (

χ

2

)  > 5 % – Galbraith

1981). The samples IBM-1/23, IBM-1/24, IBM-1/25, IBM-1/28
and  IBM-4/41  failed  the 

χ

test  (P  (

χ

2

)  < 5%  –  Galbraith

background image

44

ANDRIĆ, F

ÜGENSCHUH, ŽIVOTIĆ 

and CVETKOVIĆ

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 1, 37—50

1981), suggesting more than one single grain age population.
Samples  IBM-1/23,  IBM-1/25,  IBM-1/28,  and  IBM-1/30
contain two subpopulations, statistically separated (Fig. 4b).
The  first  subpopulation  comprises  peaks  at  17.1 ± 1.7 Ma
(IBM-1/23),  7.1 ± 2.1 Ma  (IBM-1/25)  and  13.2 ± 2.5 Ma
(IBM-1/28)  which  are  younger  than  the  age  of  deposition
(Fig. 4b). The second subpopulation is characterized by peaks
older  than  the  age  of  deposition,  34.8 ± 2.3 Ma  (IBM-1/23),
28.2 ± 2.3 Ma (IBM-1/25) and 27.9 ± 2.7 Ma (IBM-1/28).

In  the  Tadenje  sub-basin  the  ZFT  central  ages  are

18.0 ± 1.7 Ma  and  20.0 ± 2.1 Ma  (Table 3,  Fig. 6).  The  AFT
central ages are 16.6 ± 1.4 Ma and 19.9 ± 2.0 Ma (Fig. 5) with
mean  track  lengths  of  9.90 ± 2.45 µm  and  11.44 ± 2.59 µm.
All  samples  (apatite  and  zircon)  pass  the 

χ

test,  indicating

that  all  single  grains  belong  to  the  same  population  (P  (

χ

2

)

> 5%  –  Galbraith  1981).  Thermal  modelling  of  these  sam-
ples (Tadenje 12 and Tadenje 15) revealed post-depositional
heating with maximum temperatures around 100 °C (Fig. 8).
The heating lasted from 18—17 to 10—8 Ma. Cooling started
at  about  10—8 Ma  and  reached  the  present-day  temperature
of 28 °C at a depth of 70 m.

The ZFT central ages of the outcropping magmatic rock in

the  basin  margin  range  from  17.8 ± 1.9 Ma  to  25.3 ± 2.5 Ma
(Table 3). The AFT central ages range between 15.3 ± 1.3 Ma
and  18.2 ± 1.6 Ma  (Table 3).  The  samples  have  mean  track
length  between  12.19 ± 2.51 µm  and  14.21 ± 1.05 µm.  With

Fig. 5. The AFT single grain age distribution in Piskanja and Tadenje deposit. Vertical thick black line represents stratigraphic age ~ 19 Ma
(Prysjazhnjuk et al. 2000; Krstić et al. 2001).

the exception of 9-Kremići, all samples pass the 

χ

test indi-

cating  a  homogenous  population  (P  (

χ

2

)  > 5 %  –  Galbraith

1981).  The  fission  track  analysis  of  the  Biljanovac  volcano-
clastites gave similar zircon and apatite ages, of 19.2 ± 2.1 Ma
and 18.4 ± 1.5 Ma, respectively and relatively long mean track
length, 13.21 ± 1.73 µm (Table 3, Figs. 6, 7). Thermal model-
ling reveals that 1-Biljanovac sample underwent fast cooling
through  both  zircon  and  apatite  PAZ,  from  20 Ma  to  18 Ma
(Fig. 8).  The  cooling  history  of  sample  4-Kremići  indicated
rapid  cooling  from  above  ZPAZ,  namely  300 °C  to  around
80 °C (20—17 Ma), followed by slower cooling to the surface
temperatures  (Fig. 8).  This  scenario  is  reflected  in  identical
zircon and apatite ages (17.8 ± 1.9 Ma and 17.1 ± 1.4 Ma) and
long mean track length (14.21 ± 1.05 µm).

Discussion

Compilation of new VR, AFT, ZFT data and literature data

enabled reconstruction of the Ibar basin’s evolution, empha-
sizing its thermal history. The low temperature thermochro-
nology  and  new  vitrinite  reflectance  data  on  the  Miocene
syn-kinematic  sediments  of  the  Ibar  supradetachment  basin
documented  post-depositional  thermal  overprint  and  pro-
posed mechanism that controlled the thermal state of the ba-
sin. The correlation between AFT and ZFT ages of basement

background image

45

THERMAL HISTORY, FISSION TRACK AND VITRINITE REFLECTANCE (MIOCENE IBAR BASIN, SERBIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 1, 37—50

rocks and ages of basin fill indicated synchronous basement
(source area) exhumation and deposition in the basin.

The ZFT central ages of the sediments from Ibar Basin are

similar to the depositional age (Table 3). This means that the
zircons  have  preserved  the  information  about  the  cooling
history  of  the  source  region  from  where  they  were  eroded
(Hurford  &  Carter  1991;  Wagner  &  van  den  Haute  1992).
The  presence  of  andesitic  fragments  in  conglomerates  and
sandstones  from  Piskanja,  together  with  ZFT  age  distribu-
tion  suggests  Oligocene  andesite  as  one  of  the  dominant
sediment  sources  (Figs. 5,  6,  7).  In  the  Tadenje  sub-basin
ZFT  single  age  spectra  in  the  sandstones  correspond  to  the
age  spectra  of  outcropping  volcanoclastites  (1-Biljanovac,
Fig. 6a). The andesites and their volcanoclastic counterparts
formed  the  paleorelief  in  this  part  of  the  basin,  which  fur-
thermore  implies  that  these  rocks  were  most  probably  the
source for sediments. This is further supported by the pres-
ence of apatite grains with subhedral shape and black inclu-
sions (Fig. 6b), which are observed only in the 1-Biljanovac
volcanoclastite  and  sandstones  from  the  Tadenje  sub-basin.
The close ages between the detritial grains and age of depo-

sition suggest fast exhumation of the basement source rocks
during the Early Miocene and synchronous erosion and sedi-
mentation.  The  thermal  modelling  of  the  4-Kremići  grano-
diorite sample supports that conclusion (Fig. 8).

In the Ibar Basin AFT central ages are older (Piskanja) or

slightly  younger  (Tadenje)  than  the  age  of  deposition
(Fig. 5).  The  apatite  single  grain  age  spectra  of  the  studied
sediments showed spread AFT single grain ages with a sig-
nificant number of grains, which are younger than the age of
deposition (Fig. 5). This implies that the apatites in the sedi-
ments are partially annealed (Green et al. 1986; Laslett et al.
1987;  Wagner  &  van  den  Haute  1992)  due  to  post-deposi-
tional  thermal  overprint  supported  by  vitrinite  reflectance
data. Although the apatites were exposed to maximum paleo-
temperatures of  ~ 120 °C (vitrinite reflectance data), the de-
tritial  apatites  still  contain  older  age  components  and  broad
track  length  distribution  as  evidence  of  partial  resetting
(Figs. 5, 6, 7). This implies that the apatites must have experi-
enced elevated temperatures for a relatively short time, given
that after 10 Ma at such temperatures total annealing of fission
tracks  in  apatites  should  have  occurred  (Laslett  et  al.  1987).

Fig. 6. a  Single grain age distribution of zircon (zr) and apatite (ap) in selected samples. Vertical thick black line represents stratigraphic
age  ~ 19 Ma (Prysjazhnjuk et al. 2000; Krstić et al. 2001), b – Apatite morphology in samples 1-Biljanovac, Tadenje 12 and Tadenje 15.

background image

46

ANDRIĆ, F

ÜGENSCHUH, ŽIVOTIĆ 

and CVETKOVIĆ

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 1, 37—50

The thermal modelling supports this conclusion that the apa-
tites were annealed between 17 Ma and 10—8 Ma (Fig. 8).

In  the  Piskanja  deposit  the  evidence  of  the  post-deposi-

tional thermal overprint ( ~ 100—120 °C, vitrinite reflectance;
Table 2)  is  noticed  only  in  the  AFT  samples  from  borehole
IBM-1  and  from  the  deepest  parts  of  IBM-2  (IBM-2/17,
IBM-2/19).  The  samples  from  IBM-4  and  IBM-2/15  holes
seem to be unaffected by the thermal overprint. The thermal
overprint intensity in the boreholes decreases laterally from
IBM-1  to  IBM-4  and  this  implies  decreasing  temperatures
towards the basin center. That could, tentatively, suggest this
thermal overprint was more local influencing only the mar-

Fig. 7. Apatite fission track length distribution in the studied sediments. MTL – mean track length, SD – standard deviation, n – num-
ber of tracks.

gin of the Piskanja deposit. Again tentatively, the time frame
of  this  thermal  perturbation  could  be  inferred  from  the
youngest AFT peak age subpopulation in the borehole IBM-1,
~

7.1 Ma (Fig. 4b).

In the Tadenje sub-basin, the current overburden of 70 m

is  very  much  less  than  that  required  to  explain  the  deduced
paleotemperatures (120—130 °C, Table 2) and significant an-
nealing of the apatites in the sediments (Fig. 5). In the case
of the present day average geothermal gradient ( ~ 25—30 °C/km
–  Milojević  1993;  Lenkey  et  al.  2002)  the  expected  over-
burden  necessary  for  such  paleotemperatures  is  between  4
and 5 km. This overburden should be considered as a maxi-

background image

47

THERMAL HISTORY, FISSION TRACK AND VITRINITE REFLECTANCE (MIOCENE IBAR BASIN, SERBIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 1, 37—50

Fig. 8. 

a

 –

 Modelled 

thermal 

history 

of 

basement 

rocks 

(Kremići 

granitoid 

and 

Biljanovac 

volcanoclastics). 

The 

black 

boxes 

represents 

mo

delling 

constraints, 

ZFT 

and 

AFT 

ages 

including

their 

1

σ

 errors within zircon 

(

~

200 

°C and 320 

°C – Tagami et al. 1998) and apatite (between 60 

°C and 120 

°C – Laslett et al. 1987) partial annealing zone, 

b

 – Modelled thermal histories

of 

detrital 

AFT 

data 

in 

the 

Tadenje 

deposit. 

The 

starting 

T-t 

boxes 

are 

established 

by 

the 

onset 

of 

deposition 

1

9

±

2 Ma, 

when 

th

samples 

were 

forced 

to 

be 

on 

the 

surface 

and 

(partially) 

annealed

AFT 

single 

grain 

ages 

including 

their 1

σ

 errors 

when 

samples 

were 

within 

the 

APAZ. 

APAZ

 –

 apatite 

partial 

annealing 

zone. 

The 

light 

grey 

envelopes 

represent 

acceptable 

and 

the 

dark 

grey

ones 

good 

fits 

between 

modelled 

and 

measured 

data. 

Vertical 

thick 

black 

line 

represents 

stratigraphic 

age

 ~

19 Ma 

(Prysjazhnjuk 

et 

al. 

2000; 

Krstić 

et 

al. 

2001).

background image

48

ANDRIĆ, F

ÜGENSCHUH, ŽIVOTIĆ 

and CVETKOVIĆ

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 1, 37—50

mum  estimate,  based  on  assumed  higher  geothermal  gradi-
ents due to intense magmatic activity during the Miocene in
this region.

The formation of the Ibar Basin is related to the exhuma-

tion  of  the  Studenica  and  Kopaonik  core-complexes  during
the  Early  Miocene  (from  21—17 Ma  to  10 Ma  –  Schefer
2010). This stage was characterized by rapid decompression
and  by  normal-shearing  within  the  detachment  evident  by
syn-deformational  emplacement  of  the  Polumir  granitoid
(Schefer  2010).  In  the  same  period  ( ~ 19 Ma)  the  hanging
wall subsided along the detachment creating accommodation
space for the basin fill.

The provenance ZFT ages in the studied sediments suggest

contemporaneous fast exhumation, erosion and sedimentation.
The  deposition  was  followed  by  heating  from  around  17 Ma
reaching  the  maximal  paleotemperatures  of  ~ 120—130 °C
around 10—8 Ma when subsequent cooling to the present day
temperatures started (Fig. 8). This heating phase is contem-
poraneous with the juxtaposition of the warmer lower crustal
rocks  (Studenica  and  Kopaonik  metamorphic  domes)  with
the upper crust (including the Ibar Basin). The thermal evo-
lution of the footwall, based on t-T paths of the Kremići (this
study),  Kopaonik,  Željin,  Drenje,  and  Polumir  plutons
(Schefer  et  al.  2011),  indicates  continuous  rapid  cooling
between  ~ 16  and  10 Ma  from  ~300 °C  to  60 °C  (Fig. 8;
4-Kremići  sample).  Along  the  contact  between  warm  foot-
wall  and  cold  hanging  wall  thermal  gradient  is  the  highest,
enabling  heat  transfer  by  conduction  affecting  the  basin  fill
(Souche et al. 2012).

Higher vitrinite reflectance values and a higher degree of

partial  resetting  in  apatites  in  the  Tadenje  sub-basin  com-
pared to the Piskanja deposit could be the result of a different
primary  stratigraphic  position  of  the  samples.  On  the  other
hand, gradual exhumation of the metamorphic dome can cre-
ate an asymmetry of temperatures in the basin which increases
towards the detachment (Souche et al. 2012). This tempera-
ture asymmetry can produce differences in thermal overprint
within  the  basin.  The  cooling  in  the  basin  after  10—8 Ma  is
probably  related  to  the  basin’s  inversion  and  erosion.  The
more local heat source which only affected the Piskanja de-
posit, mostly along its margin, could be additionally attributed
to nearby magmatic and/or hydrothermal activity, the effects
of which are seen from stratabound mineralizations of boron,
magnesite and travertine. The inferred time for this activity
perfectly overlaps with the youngest phase of high-K calc-al-
kaline  to  shoshonitic  and  ultrapotassic  volcanic  activity  in
Serbia (Cvetković et al. 2004).

Conclusion

The result of vitrinite reflectance and apatite fission track

data helped to quantify the thermal overprint of the Ibar Ba-
sin,  reaching  the  maximum  paleotemperatures  of  around
120—130 °C. The higher values of vitrinite reflectance in the
Tadenje sub-basin indicate higher maximum paleo-tempera-
tures than in the Piskanja deposit. The modelled thermal his-
tory  of  the  detrital  apatites  indicates  heating  episode  from
around 17 Ma ago to around 10—8 Ma when cooling began.

In the Piskanja deposit (southeastern part of the Ibar Basin) a
local heat source may have caused an additional thermal per-
turbation around  ~ 7.1 Ma.

The ZFT ages in the studied sediments suggest contempo-

raneous  rapid  tectonic  exhumation,  erosion  and  sedimenta-
tion during the Early Miocene time.

The  thermal  history  of  the  Ibar  Basin  was  controlled  by

exhumation  and  cooling  of  the  Studenica  and  Kopaonik
core-complex. The rapid cooling of the Studenica and Kopa-
onik  footwall  transferred  heat  to  the  basin  in  the  hanging
wall. The termination of the heating episode in the hanging
wall units and the onset of cooling (10—8 Ma) imply changes
in  tectonic  settings  from  extension  to  basin  inversion  and
erosion.

The  thermal  evolution  of  the  Inner  Dinarides  was  most

likely  controlled  by  the  Miocene  extension  accompanied  by
crustal melting, mass and heat transfer via detachments and/or
due to volcanism ± hydrothermal activity.

Acknowledgments:  This  research  was  financed  by  the
DOSECC  Research  Grant  and  by  the  Ministry  of  Education
and  Science  of  the  Republic  of  Serbia  (Projects 176019,
176016  and  176006)  which  is  gratefully  acknowledged.  We
are also grateful to PD Dr. Alexandre Kounov, Doc. Rastislav
Vojtko,  and  the  anonymous  reviewer  whose  helpful  sugges-
tions and comments greatly benefited this paper. The authors
are grateful to Prof. Vladimir Simić for his support, construc-
tive comments, and suggestions, and to the RKU Ibarski Rud-
nici uglja (Ibar Coal Mines) for providing cores and samples
from the Tadenje and Jarando sub-basins.

References

Anvelković M., Eremija M., Pavlović M., Anvelković J. & Mitrović-

Petrović  J.  1991:  Paleogeography  of  Serbia-Tertiaty.  Univ.
Belgrade, Fac. Mining and Geol., Institute for regional geology
and paleontology
, 1—237 (in Serbian with English summary).

Barker C.E. & Pawlewicz M.J. 1986: The correlation of vitrinite re-

flectance with maximum temperature in humic organic matter.
In: Buntebarth G. & Stegena L. (Eds.): Paleogeothermics, lec-
ture notes, earth sciences. Springer-Verlag, Berlin 5, 79—93.

Brandon  M.T.  2002:  Decomposition  of  mixed  grain  age  distribu-

tions using BinomFit. On Track  24, 13—18.

Brković T., Malešević M., Urošević M., Trifunović S. & Radanović

Z. 1976: Basic Geological Map of the SFRY, 1:100,000, Sheet
Ivanjica (K34—17). Federal Geol. Ins. of Yugoslavia, Belgrade
(in Serbian).

Burtner R.L., Nigrini A. & Donelick R.A. 1994: Thermochronology

of Lower Cretaceous source rocks in the Idaho-Wyoming thrust
belt. AAPG Bull. 78, 1613—1636.

Cvetković V. 2002: Nature and origin of pyroclastic deposits of the

Miocene  Eruptive  Complex  of  Borač  (Central  Serbia).  Bull
CXXV  de  l’  Acad.  Serbe  des  Sci.  et  des  Arts,  Classe  des  Sci.
Math. Natur., Sci. Natur.
 342, 209—215.

Cvetković V. & Pécskay Z. 1999: The Early Miocene eruptive com-

plex  of  Borač  (central  Serbia):  volcanic  facies  and  evolution
over time. Extended abstract. Carpathian Geology 2000, Octo-
ber 11—14, 1999, Smolenice, Geol. Carpathica
 50, 91—93.

Cvetković V., Karamata S. & Knežević-Đorvević V. 1995: Vulca-

nic rock of the Kopaonik area. [Savetovanje “Geologija i meta-
logenija  Kopaonika”].  Republički  društveni  fond  za  geološka

background image

49

THERMAL HISTORY, FISSION TRACK AND VITRINITE REFLECTANCE (MIOCENE IBAR BASIN, SERBIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 1, 37—50

istraživanja Srbije, 19—22 jun 1995, 185—195 (in Serbian with
English abstract).

Cvetković V., Prelević D., Downes H., Jovanović M., Vaselli O. &

Pécskay Z. 2004: Origin and geodynamic significance of Ter-
tiary  postcollisional  basaltic  magmatism  in  Serbia  (Central
Balkan Peninsula). Lithos 73, 161—186.

de Leeuw A., Mandić O., Krijgsman W., Kuiper K.F. & Hrvatović

H. 2012: Paleomagnetic and geochronologic constraints on the
geodynamic evolution of the Central Dinarides. Tectonophys-
ics
 530—531, 286—298.

Dimitrijević M.D. 1997: Geology of Yugoslavia. 2nd ed. Geoinsti-

tute, Belgrade, 1—187.

Donelick R.A. 1993: Apatite etching characteristics versus chemi-

cal composition. Nucl. Tracks Radiat. Meas. 21, 4, 604.

Dunkl  I.  2002:  Trackkey:  a  Windows  program  for  calculation  and

graphical presentation of fission track data. Computers & Geo-
sciences
 28, 1, 3—12.

Dunkl I., Grasemann B. & Frisch W. 1998: Thermal effects of ex-

humation of a metamorphic core complex on hanging wall syn-
rift  sediments  –  an  example  from  the  Rechnitz  Window,
Eastern Alps. Tectonophysics 297, 31—50.

Ercegovac  M.,  Životić  D.  &  Kostić  A.  2006:  Genetic  industrial

classification of Brown Coals in Serbia. Int. J. Coal Geol. 68,
39—56.

Ercegovac  M.,  Wolf  M.,  Hagemann  H.W.  &  Püttmann  W.  1991:

Petrological  and  geochemical  studies  of  the  coals  of  the  Ibar
River  basin  (Yugoslavia).  Int.  J.  Coal  Geol.  19,  145—162  (in
German).

Falick A.E., Ilich M. & Russel M.J. 1991: A stabile isotope study of

the magnesite deposits associated with the alpine-type ultrama-
fic rocks of Yugoslavia. Econ. Geol. 86, 847—861.

Friedmann S.J. & Burbank D.W. 1995: Rift basins and supradetach-

ment basins: Intracontinental extensional end-members. Basin
Res.
 7, 109—127.

Galbraith R.F. 1981: On statistical models for fission track counts.

Mathemathical Geol. 13, 471—478.

Galbraith R.F. & Green P.F. 1990: Estimating the component ages

in a finite mixture. Nucl. Tracks Radiat. Meas. 17, 197—206.

Galbraith  R.F.  &  Laslett  G.M.  1993:  Statistical  models  for  mixed

fission track ages. Nucl. Tracks Radiat. Meas. 21, 459—470.

Gleadow  A.J.W.  1981:  Fission-track  dating  methods  –  what  are

the real alternatives. Nucl. Tracks Radiat. Meas. 5, 3—14.

Gleadow  A.J.W.,  Duddy  I.R.,  Green  P.F.  &  Hegarty  K.A.  1986:

Fission track length in the apatite annealing zone and interpre-
tation of mixed ages. Earth Planet. Sci. Lett. 78, 245—254.

Grasemann B. & Mancktelow N.S. 1993: Two-dimensional thermal

modeling of normal faulting: the Simplon Fault Zone, Central
Alps, Switzerland. Tectonophysics 255, 65—155.

Green  P.F.,  Duddy  I.R.,  Gleadow  A.J.W.,  Tingate  P.R.  &  Laslett

G.M. 1986: Thermal annealing of fission tracks in apatite. 1. A
qualitative description. Chem. Geol. (Isotope Geoscience Sec-
tion
) 59, 237—253.

Harzhauser M. & Mandić O. 2008: Neogene lake systems of Cen-

tral and South-Eastern Europe: Faunal diversity, gradients and
interrelations. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 260,
417—434.

Horváth F., Bada G., Szafián P., Tari G., Ádám A. & Cloetingh S.

2006: Formation and deformation of the Pannonian Basin: con-
straints  from  observational  data.  Geol.  Soc.  London,  Mem.,
191—206.

Hurford A.J. & Carter A. 1991: The role of fission track dating in

discrimination  of  provenance.  In:  Morton  A.C.,  Todd  S.P.  &
Haughton P.D.W. (Eds.): Developments in sedimentary prove-
nance studies. Geol. Soc. London, Spec. Publ. 57, 67—78.

Hurford  A.J.  &  Green  P.F.  1983:  The  zeta-age  calibration  of  fis-

sion-track dating. Isotope Geosci. 1, 285—317.

Ilić A. & Neubauer F. 2005: Tertiary to recent oblique convergence

and  wrenching  of  the  Central  Dinarides:  Constraints  from  a
palaeostress study. Tectonophysics 410, 465—484.

Karamata S. 2006: The geological development of the Balkan Pen-

insula  related  to  the  approach,  collision  and  compression  of
Gondwanan  and  Eurasian  units.  In:  Robertson  A.H.F.  &
Mountrakis  D.  (Eds.):  Tectonic  development  of  the  Eastern
Mediterranean  Region.  Geol.  Soc.  London,  Spec.  Publ.  260,
155—178.

Ketcham R.A. 2005: Forward and inverse modeling of low-temper-

ature  thermochronometry  data.  Rev.  Mineral.  Geochem.  58,
275—314.

Ketcham R.A., Donelick R.A. & Donelick M.B. 2003: AFTSolve: a

program  for  multikinetic  modeling  of  apatite  fission-track
data. Amer. Mineralogist 88, 1—929.

Ketcham R.A., Carter A., Donelick R.A., Barbarand J. & Hurford

A.J. 2007: Improved modeling of fission-track annealing in ap-
atite. Amer. Mineralogist 92, 799—810.

Kochansky V. & Slisković T. 1981: Jüngere Miozäne Kongerien in

Kroatien, Bosnien und Herzegovina. Paleont. Jugosl., Zagreb
19, 1—98.

Kounov A., Seward D., Bernoulli D., Burg J.-P. & Ivanov Z. 2004:

Thermotectonic evolution of an extensional dome: the Cenozo-
ic Osogovo-Lisets core complex (Kraishte zone, western Bul-
garia). Int. J. Earth Sci. 93, 1008—1024.

Krstić  N.,  Savić  Lj.,  Jovanović  G.  &  Bodor  E.  2003:  Lower  Mio-

cene lakes of the Balkan Land. Acta Geol. Hung. 46, 291—299.

Krstić  N.,  Dumadzanov  N.,  Olujić  J.,  Vujanović  L.  &  Jankovic-

Golubović J. 2001: Interbedded tuff and bentonite in the Neo-
gene  lacustrine  sediments  of  the  central  part  of  the  Balkan
Peninsula. A review. Acta Vulcanol. 13, 91—99.

Laslett  G.M.,  Green  P.F.,  Duddy  I.R.  &  Gleadow  A.J.W.  1987:

Thermal annealing of fission tracks in apatite. 2. A quantitative
analysis. Chem. Geol., Isotope Geosci. Section 65, 1—13.

Lenkey  L.,  Dovenyi  P.,  Horvath  F.  &  Cloetingh  S.A.P.L.  2002:

Geothermics  of  the  Pannonian  basin  and  its  bearing  on  the
Neotectonics.  EGU  Stephan  Mueller,  Spec.  Publ.  Ser.  3,
29—40.

Lister  G.S.  &  Davis  G.A.  1989:  The  origin  of  metamorphic  core

complexes and detachment faults formed during Tertiary conti-
nental extension in the northern Colorado River region, U.S.A.
J. Struct. Geol. 11, 65—94.

Matenco L. & Radivojević D. 2012: On the formation and evolution

of the Pannonian Basin: Constraints derived from the structure
of  the  junction  area  between  the  Carpathians  and  Dinarides.
Tectonics, 31, TC6007. Doi: 6010.1029/2012tc003206

Márton I., Moritz R. & Spikings R. 2010: Application of low-tem-

perature thermochronology to hydrothermal ore deposits: For-
mation,  preservation  and  exhumation  of  epithermal  gold
systems from the Eastern Rhodopes, Bulgaria. Tectonophysics
483, 240—254.

Milivojević M. 1993: Geothermal model of Earth’s crust  and litho-

sphere for the territory of Yugoslavia: some  tectonic implica-
tions.  Stud.  Geophys.  Geod.,  37,  Acad.  Sci.  Czech  Republic,
Praha, 265—278.

Mojsilović  S.,  Baklajić  D.  &  Djoković  I.  1978:  Basic  Geological

Map of the SFRY, 1:100,000, Sheet Sjenica (K32—29). Federal
Geol. Inst
., Belgrade.

Obradović J., Stamamakis G.M., Aničić S. & Economy S.G. 1992:

Borate and borosilicate deposites in the miocene Jarandol ba-
sin, Serbia, Yugoslavia. Econ. Geol. 87, 8, 2169—2174.

Pamić J., Tomljenović B. & Balen D. 2002: Geodynamic and petro-

genetic  evolution  of  Alpine  ophiolites  from  the  central  and
NW Dinarides: an overview. Lithos 65, 113—142.

Prysjazhnjuk V., Kovalenko V. & Krstić N. 2000: On the terrestrial

and  freshwater  molluscs  from  Neogene  of  Western  Serbia.

background image

50

ANDRIĆ, F

ÜGENSCHUH, ŽIVOTIĆ 

and CVETKOVIĆ

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 1, 37—50

Geology  and  metallogeny  of  the  Dinarides  and  the  Vardar
zone. Proc. Internat. Symp., Zvornik, Belgrade, 219—224.

Schefer S. 2010: Tectono-metamorphic and magmatic evolution of

the Internal Dinarides (Kopaonik area, southern Serbia) and its
significance for the geodynamic evolution of the Balkan Penin-
sula. PhD ThesisUniversity of Basel, Switzerland, 1—242.

Schefer S., Cvetković V., Fügenschuh B., Kounov A., Ovtcharova

M., Schaltegger U. & Schmid S.M. 2011: Cenozoic granitoids
in  the  Dinarides  of  southern  Serbia:  age  of  intrusion,  isotope
geochemistry, exhumation history and significance for the geo-
dynamic  evolution  of  the  Balkan  Peninsula.  Int.  J.  Earth  Sci.
100, 1181—1206.

Schefer S., Egli D., Missoni S., Bernoulli D., Fügenschuh B., Gawlick

H.J., Jovanović D., Krystyn L., Lein R., Schmid S.M. & Sudar
M.N.  2010:  Triassic  metasediments  in  the  Internal  Dinarides
(Kopaonik area, southern Serbia): stratigraphy, paleogeographic
and tectonic significance. Geol. Carpathica 61, 89—109.

Schmid S.M., Bernoulli D., Fügenschuh B., Matenco L., Schefer S.,

Schuster R., Tischler M. & Ustaszewski K. 2008: The Alpine-
Carpathian-Dinaridic  orogenic  system:  correlation  and  evolu-
tion of tectonic units. Swiss J. Geosci. 101, 139—183.

Souche A., Beyssac O. & Andersen T.B. 2012: Thermal structure of

supra-detachment basins: a case study of the Devonian basins
of western Norway. J. Geol. Soc. London 169, 427—434.

Stojadinović U., Matenco L., Andriessen P.A.M., Toljić M. & Foeken

J.P.T. 2013: The balance between orogenic building and subse-
quent extension during the Tertiary evolution of the NE Dinar-
ides:  Constraints  from  low-temperature  thermochronology.
Global and Planetary Change 103, 19—38.

Tagami  T.,  Galbraith  R.F.,  Yamada  R.  &  Laslett  G.M.  1998:  Re-

vised annealing kinetics of fission tracks in zircon and geologi-
cal implications. In: Van den Haute P. & De Corte F. (Eds.):
Advances  in  fission-track  geochronology.  Kluwer  Academic
Publishers
, Dordrecht, Netherlands, 99—112.

Tari G., Horváth F. & Rumpler J. 1992: Styles of extension in the

Pannonian Basin. Tectonophysics 208, 203—219.

Tari G., Dövényi P., Dunkl I., Horváth F., Lenkey L., Stefanescu M.,

Szafián  P.  &  Tóth  T.  1999:  Lithospheric  structure  of  the  Pan-

nonian basin derived from seismic, gravity and geothermal data.
In: Durand B., Jolivet F., Horváth F. & Séranne M. (Eds.): The
Mediterranean  Basins:  Tertiary  extension  within  the  Alpine
Orogen. Geol. Soc. LondonSpec. Publ. 156, 215—250.

Taylor G.H., Teichmüller M., Davis A., Diessel C.F.K., Littke R. &

Robert  P.  1998:  Organic  petrology.  Gebrüder  Borntraeger,
Berlin, 1—704.

Urošević M., Pavlović Z., Klisić M., Brković T., Malešević M. &

Trifunović  S.  1970a:  Basic  Geological  Map  of  the  SFRY,
1 : 100,000,  Sheet  Novi  Pazar  (K34—3).  Savezni  Geološki
Zavod
, Beograd (1966).

Urošević M., Pavlović Z., Klisić M., Brković T., Malešević M. &

Trifunović  S.  1970b:  Basic  Geological  Map  of  the  SFRY,
1 : 100,000,  Sheet  Vrnjci  (K34—18).  Savezni  Geološki  Zavod,
Beograd (1966).

Ustaszewski  K.,  Kounov  A.,  Schmid  S.M.,  Schaltegger  U.,  Krenn

E., Frank W. & Fügenschuh B. 2010: Evolution of the Adria—
Europe  plate  boundary  in  the  northern  Dinarides  from  conti-
nent-continent  collision  to  back-arc  extension.  Tectonics  29,
TC6017. Doi: 10.1029/2010TC002668

Ustaszewski K., Schmid S.M., Lugović B., Schuster R., Schaltegger

U., Bernoulli D., Hottinger L., Kounov A., Fügenschuh B. &
Schefer S. 2009: Late Cretaceous intra-oceanic magmatism in
the internal Dinarides (northern Bosnia and Herzegovina): Im-
plications for the collision of the Adriatic and European plates.
Lithos 108, 106—125.

Wagner G.A. & Van den Haute P. 1992: Fission-track dating. Enke

Verlag, Stuttgart, 1—285.

Životić D., Jovančićević B., Schwarzbauer J., Cvetković O., Gržetić

I., Ercegovac M., Stojanović K. & Šajnović A. 2010: The pet-
rographical and organic geochemical composition of coal from
the East field, Bogovina Basin (Serbia). Int. J. Coal Geol. 81,
227—241.

Životić  D.,  Wehner  H.,  Cvetković  O.,  Jovančićević  B.,  Gržetić  I.,

Scheeder G., Vidal A., Šajnović A., Ercegovac M. & Simić V.
2008:  Petrological,  organic  geochemical  and  geochemical
characteristics of coal from the Soko Mine, Serbia. Int. J. Coal
Geol.
 73, 285—306.