background image

GEOLOGICA CARPATHICA

, OCTOBER 2016, 67, 5, 417 – 432

doi: 10.1515/geoca-2016-0026

www.geologicacarpathica.com

Age and origin of fluorapatite-rich dyke from Baranec Mt. 

(Tatra Mts., Western Carpathians): a key to understanding 

of the post-orogenic processes and element mobility

ALEKSANDRA GAWĘDA

, KRZYSZTOF SZOPA

1

, DAVID CHEW

2

, URS KLÖTZLI

3

,  

AXEL MÜLLER

4

, MAGDALENA SIKORSKA

5

 and PAULINA PYKA

1

1

Faculty of Earth Sciences, University of Silesia ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec, Poland; 

aleksandra.gaweda@us.edu.pl

2

Department of Lithospheric Research, University of Vienna, Althanstrasse 14, 1090 Vienna, Austria 

3

Department of Geology, School of Natural Sciences, Trinity College Dublin, Dublin 2, Ireland

4

Natural History Museum, University of Oslo, P.O. Box 1172, Blindern, 0318 Oslo, Norway

5

Polish Geological Institute-Polish Research Institute, ul. Rakowiecka 4, Warsaw, Poland

(Manuscript received January 10, 2016; accepted in revised form September 22, 2016)

Abstract: On the southeastern slope of the Baranec Mount in the Western Tatra Mountains (Slovakia) an apatite-rich 

pegmatite-like segregation was found in the subvertical fault zone cutting metapelitic rocks. Two zones: felsic (F) and 

mafic (M) were found, differing in mineral assemblages and consequently in chemistry. Fluorapatite crystals yield 

a LA-ICP-MS U-Pb age of 328.6 ± 2.4 Ma. A temperature decrease from 634 °C to 454 °C at a pressure around 500 to 

400 MPa  with  oxygen  fugacity  increasing  during  crystallization  are  the  possible  conditions  for  formation  of  the 

 pegmatite-like segregation, while secondary alterations took place in the temperature range of 340 – 320 °C. The Sr-Nd 

isotope composition of both apatite and whole rock point toward a crustal origin of the dike in question, suggesting 

partial  melting  of  (P,  F,  H

2

O)-rich  metasedimentary  rocks  during  prolonged  decompression  of  the  Tatra  Massif.   

The original partial melt (felsic component) was mixed with an external (F, H

2

O)-rich fluid, carrying Fe and Mg fluxed 

from more mafic metapelites and crystallizing as biotite and epidote in the mafic component of the dyke.

Key words: dyke, apatite, U-Pb apatite age, Tatra Mountains.

Introduction

Syntectonic  veins  cutting  metamorphic  complexes  are 

important  in  deciphering  the  geological  processes  acting 

during  uplift  and  decompression  in  collisional  orogens 

 (Druguet et al. 2008; Chen et al. 2012). Such veins, being 

a  result  of  channelized  fluid/melt  flow,  are  discordant  or 

 parallel to host rock foliation and could be classified as peg-

matites (Liebscher et al. 2007; Chen et al. 2012). In particu-

lar,  the  mineral  assemblages  and  geochemical  features  of 

pegmatite-like mineral segregations carry information about 

the partial melting processes, the origin and evolution of the 

melts and fluids during plate subduction, new melt genera-

tion and the interaction between fluid, melt and country rocks 

during decompression (e.g., Miller et al. 2002; Schmidt & 

Poli 2003; Lü et al. 2012). The mineral composition of such 

veins  is  simple  (feldspar,  quartz,  micas,  amphiboles, 

pyroxenes, epidote-group minerals in different proportions, 

with accessories like garnet, zircon and apatite; Chen et al. 

2012; Lü et al. 2012) and they do not show the typical peg-

matite zonation (Simmons & Webber 2008). 

Fluorapatite-rich veins are rarely found in the Tatra Moun-

tains (Fig. 1a,b) and were subdivided as a special type, dif-

fering from the typical muscovite-type pegmatites (Gawęda 

1993, 1995). The muscovite-type pegmatites were connected 

to  a  muscovite  dehydration  melting  process,  and  dated  by 

whole-rock Rb-Sr method at ca. 345 Ma (Gawęda 1995). On 

the southeastern slope of the Baranec Mount (Western Tatra 

Mountains;  Fig. 1b,c)  an  apatite-rich  pegmatite-like  dyke 

was found in a subvertical fault zone, which also hosts an 

eclogite  boudin  and  is  bordered  by  strongly  mylonitized 

metapelitic rocks (Fig. 1c). The aim of this paper is to deci-

pher  the  origin  and  age  of  the  apatite-rich  pegmatite-like 

dyke. Apatite LA-ICP-MS U-Pb dating was used to constrain 

the  timing  of  crystallization  and  decompression  activity 

which is then compared to published data from the crystal-

line basement of the Tatra Mountains.

Geological setting and sample description

The Tatra Mountains represent the northernmost crystal-

line  core  of  several  “core  mountains”,  present  within  the 

realm  of  the  Central  Western  Carpathians  (Fig. 1a,b).  The 

crystalline core of the Tatra Mountains comprises a Variscan 

polygenetic granitoid pluton and its metamorphic envelope 

(Fig. 1b; Morozewicz 1914; Kohút & Janák 1994; Gawęda et 

al. 2016). Crystalline rocks are partly covered by Mesozoic 

sedimentary successions as a result of the Alpine orogenesis. 

The  metamorphic  envelope  to  the  polygenetic  granitoid 

intrusion is exposed mostly in the western part of the massif 

and is strongly migmatized at 365–360 Ma (Burda & Gawęda 

background image

418

GAWĘDA, SZOPA, CHEW, KLÖTZLI, MÜLLER, SIKORSKA and PYKA

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2016, 67, 5, 417 – 432

2009; Fig. 1b). The tabular granitoid pluton is composed of 

several magma batches, with U–Pb zircon emplacement ages 

between 370 and 340 Ma (Poller & Todt 2000; Poller et al. 

2000; Kohút et al. 2010; Burda et al. 2011, 2013a,b; Kohút & 

Siman 2011; Gawęda et al. 2016). 

The  amphibolite  facies  envelope  rocks  are  cut  by  dykes 

and  lenses  of  anatectic  pegmatites. These  show  a classical 

zonation, with an aplitic zone, a graphic zone, a blocky feld-

spar  zone  and  a  quartz  core  (Gawęda  1993,  1995).  

The mineralogy of the pegmatite is simple: quartz, K-feld-

spar, albite, muscovite, occasionally schorl-dravite tourma-

line (Gawęda et al. 2002). The pegmatites belong to the mus-

covite class of Černý & Ercit (2005). A whole-rock Rb-Sr 

age  of  345 ± 9  Ma  (Gawęda  1995)  is  consistent  with  K-Ar 

dating  of  muscovite  megacrysts,  at  343 ± 9  Ma  (Deditius 

2004), and is temporally associated with the youngest mag-

matic  activity  in  the  Tatra  Mountains,  dated  by  the  U-Pb 

method  by  zircon  at  350–340  Ma,  with  maximum  peak  at 

Fig. 1. Simplified geological sketch of the Carpathians (a), schematic geological map of the Tatra Mountains (according to with the location 

sampling area (b) with cross-section through the Baranec Mt. (c).

background image

419

AGE AND ORIGIN OF FLUORAPATITE FROM THE TATRA MTS.

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2016, 67, 5, 417 – 432

345 Ma  (Gawęda  2008;  Burda  et  al. 

2013a;  Gawęda  et  al.  2016).  Variscan 

exhumation of the Tatra crystalline mas-

sif,  post-dating  the  intrusion,  was  sug-

gested to have occurred at ca. 340 Ma, with 

cooling rate of ca. 30 °C / Ma (Moussalam 

et  al.  2012).  Recent  LA-ICP-MS  U-Pb 

dating of fluorapatite crystals from Tatra 

granitoids has demonstrated that the end 

of  high  temperature  tecto magmatic 

activity  in  the  crystalline  rocks  of  the 

Tatra Mountains took place at ca. 340 Ma 

(Gawęda et al. 2014).

The  investigated  coarse-grained  dyke 

was found on the southeastern slope of 

Baranec  Mount  (Western  Tatra  Moun-

tains) within the  sub-vertical fault zone 

(Fig. 1c). The vein is bordered by mylo-

nitic  gneisses  to  the  south  and  by  an 

eclogite  boudine  to  the  north,  and  its 

maximum  thickness  in  outcrop  is  

~ 1 metre. The dyke contains two compo-

nents: “mafic” (M) and “felsic” (F), up to 

10 – 20 cm in size, chaotically distributed 

within the vein (Fig. 2 a,b). The northern 

margin,  close  to  the  eclogite  boudin,  is 

enriched  in  the  mafic  components. The 

felsic  component  is  composed  of  pla-

gioclase (locally antiperthitic) up to 2 cm 

in size and quartz, sporadically showing 

graphic-like intergrowths, euhedral pris-

matic fluor apatite crystals up to 15 mm 

long  (Fig.  2 b, c),  and  REE-rich  epidote  

as  an  accessory  component.  The  mafic 

parts consist of dark mica (up to 1 cm in 

diameter),  short  prismatic  fluorapatite 

(Fig. 2 b,d),  plagioclase,  quartz  and 

allanite-(Ce)  to  epidote  as  main  mine-

rals, and accessory K-feldspars, musco-

vite  and  Mn-rich  ilmenite.  The  very 

coarse  grained  (cm-size)  texture  and 

local  presence  of  plagio clase-quartz 

graphic  intergrowths  in  “F”-component 

resemble the pegmatite, but a typical pegmatite zonation is 

lacking, which calls into question the classification position 

of the analysed segregation.

Sampling and experimentals

Sampling, microscopy and whole rock analyses

Three samples were selected for analyses: one representing 

the felsic component (“F”), the second representing the mafic 

(“M”) component and the third, in the amount of ~ 5 kg, rep-

resenting a mixture of both types (“T”), in equal proportions 

(“F+M”). The microscopic observations were carried out at 

the Faculty of Earth Sciences, University of Silesia, using an 

Olympus  BX-51  microscope.  The  whole  rock  analyses  of 

three samples (F, M, T) were done by XRF for major and 

LILE trace elements and ICP-MS for HFSE and REE in the 

ACME  Analytical  Laboratories  (Canada).  REE  were 

normali zed to C1 chondrite (Sun & McDonough 1989).

Electron probe micro analyses (EPMA) 

Microprobe analyses of main and accessory minerals were 

done in the Inter-Institutional Laboratory of Microanalyses 

of  Minerals  and  Synthetic  Substances,  Warsaw,  using 

Fig. 2. Textures of the pegmatite-like dyke from the Baranec Mount: a — photograph 

showing  occurrence  of  the  pegmatite-like  vein  and  its  “patchy”  internal  texture;  

b — details of the “patchy” texture of the vein showing the relations of mafic to felsic 

components; c — ball-shaped and short-prismatic apatite crystals in felsic component;   

d — prismatic apatite crystals in mafic component.

background image

420

GAWĘDA, SZOPA, CHEW, KLÖTZLI, MÜLLER, SIKORSKA and PYKA

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2016, 67, 5, 417 – 432

a  Cameca  SX  100  electron  microprobe  operating  in  the 

wavelength-dispersive spectroscopic (WDS) mode under the 

following conditions: 15 kV accelerating voltage, 20 nA beam 

current, 1–5 μm beam diameter, peak count-time of 20 s and 

background time of 10 s.  Standards,  analytical  lines,  dif-

fracting  crystals  and mean lower detection limits (in wt. %) 

were as follows: barite — S (Kα, PET, 0.04), apatite — P 

(Kα, PET, 0.03), diopside — Mg (Kα, TAP, 0.02), orthoclase 

— Al (Kα, TAP, 0.02), Si — (Kα, TAP, 0.02) and K (Kα, 

PET, 0.03), GaAs — As (Mα, PET, 0.04), ThO

2

 — Th (Mα, 

PET, 0.04), wollastonite — Ca (Kα, PET, 0.03), Y

3

Al

5

O

12 

— Y 

(Lα, TAP, 0.04), La-rich glass — La (Lα, PET, 0.03), CeP

5

O

14

 

— Ce (Lα, PET, 0.03), NdGaO

— Nd (Lβ, LIF, 0.03), STiO

—  Sr  (Lα,  TAP,  0.03)  hematite  —  Fe  (Ka,  LIF,  0.09), 

rhodohrosite  —  Mn  (Kβ,  LIF,  0.03),  scapolite  —  Cl  (Kα, 

PET,  0.03),  phlogopite  —  F  (Kα,  TAP,  0.04).  The  apatite 

analyses  have  been  normalized  to  the  sum  of  50  negative 

charges including 24 oxygen ions and two monovalent anions 

(fluorine  site),  according  to  the  ideal  chemical  formula  of 

fluor apatite: A

10

(BO

4

)

6

(X)

2

 where site A is occupied by Ca, 

Fe, Mn, Mg, Th, REE, Y and Na, site B by P (substituted by 

S, Si) and site X by F, Cl and OH group. For all others mine-

rals, their normalization parameters as well as limits of detec-

tion (LoD) are given in tables. 

Cathodoluminescence

CL images of feldspars were obtained using CCL 8200 mk3 

apparatus (Cambridge Image Technology Ltd.), mounted on 

an Optiphot 2 Nikon microscope in Polish Geological Insti-

tute  —  National  Research  Institute,  Warsaw.  The  applied 

acceleration voltage was 20 kV, the beam current 500 mA 

and the vacuum 67–27 Pa.

Isotopic analyses

The Sm-Nd and Rb-Sr analytical work was performed at 

the  Laboratory  of  Geochronology,  Department  of  Litho-

spheric Research, University of Vienna. Results are based on 

ID-TIMS procedure.

Sample  digestion  for  Nd-Sr  analysis  was  performed  in 

Savillex

®

 beakers using an ultrapure 4:1 mixture of HF and 

HNO

for 10 days at 110 °C on a hot plate. For whole rock 

powders, a minimum dissolution time of 3 weeks was applied 

to  ensure  complete  leaching  of  the  REEs  from  refractory 

material. After evaporating the acids, repeated treatment of 

the residue using HNO

and 6 N HCl resulted in clear solu-

tions for all samples. The REE fraction was extracted using 

AG

®

  50W-X8  (200 – 400  mesh,  Bio-Rad)  resin  and  4.0 N 

HCl. Neodymium was separated from the REE fraction using 

teflon-coated  HdEHP,  and  0.24 N  HCl  as  elution  media. 

Strontium  separation  followed  conventional  techniques, 

using  AG

®

  50W-X8  (200 – 400  mesh,  Bio-Rad)  resin  and 

2.5 N HCl as eluants. Maximum total procedural blanks were 

< 1 ng for Sr and 50 pg for Nd  and were taken as negligible. 

Neodymium  and  strontium  were  run  as  metals  from  a  Re 

double  filament,  using  a  ThermoFinnigan

®

 Triton TIMS, 

using La Jolla (Nd) and the NBS987 (Sr) international stan-

dards, respectively. Within-run mass fractionation for Nd and 

Sr  isotope  compositions  (IC)  was  corrected  for  relative  to 

146

Nd / 

144

Nd  = 0.7219,  and 

86

Sr / 

88

Sr  = 0.1194,  respectively. 

Uncertainties  on  the  Nd  and  Sr  isotope  ratios  are  quoted  

as 2σ

m

.

Laser-ablation inductively coupled plasma mass spectro-

metry (LA-ICP-MS) of quartz

Trace-element  contents  in  quartz  were  determined  using 

laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometer 

(LA-ICP-MS)  at  the  Geological  Survey  of  Norway, 

 Trondheim.  It  is  a  double  focusing  sector  field  instrument 

(ELEMENT-1 Finnigan MAT) combined with a New Wave 

UP-193 nm excimer laser probe. Continuous raster ablation 

was carried out, resulting in ablated rasters of approximately 

150 ×100 nm with depths of 20 to 30 μm. Element concentra-

tions were calculated by multi-standard calibration. Limits of 

detection  (LoD)  are  listed  in  table  of  data.  The  analytical 

error ranges within 10 % of the absolute concentration of the 

element. Detailed description of the measurement procedures 

were given by Flem et al. (2002) and Flem & Müller (2012).

Fluorapatite analyses and dating

Apatite crystals separated by handpicking were mounted in 

25 mm diameter epoxy resin pucks, then ground and polished 

to  expose  the  grain  interiors. The  fluorapatite  crystal  mor-

phologies were imaged by scanning electron microscopy on 

a FET Philips 30 electron microscope (15 kV and 1 nA) at the 

Faculty of Earth Sciences, University of Silesia, Sosnowiec, 

Poland. 

For  trace  element  and  isotopic  analyses  apatite  crystals 

were  selected  from  mafic  and  felsic  components.  Apatite 

 U- Pb data were acquired using a Photon Machines Analyte 

Exite 193 nm ArF Excimer laser-ablation system coupled to 

a Thermo Scientific iCAP Qc at the Department of Geology 

Trinity College Dublin. Twenty eight isotopes (

31

P, 

35

Cl, 

43

Ca, 

55

Mn, 

86

Sr, 

89

Y, 

139

La, 

140

Ce, 

141

Pr, 

146

Nd, 

147

Sm, 

153

Eu, 

157

Gd, 

159

Tb, 

163

Dy, 

165

Ho, 

166

Er, 

169

Tm, 

172

Yb, 

175

Lu, 

200

Hg, 

204

Pb, 

206

Pb, 

207

Pb, 

208

Pb, 

232

Th, 

238

U  and  mass 

248

(

232

Th

16

O)  were 

acquired  using  a  50 µm  laser  spot,  a  4  Hz  laser  repetition  

rate  and  a  fluence  of  3.31  J/cm

2

.  A  Madagascar  apatite 

(473.5 ± 0.7 Ma; Cochrane et al. 2014) was used as the pri-

mary apatite reference material in this study while McClure 

Mountain syenite apatite (523.5 ± 2.1 Ma; Chew & Donelick 

2012) was used as a secondary standard. NIST 612 standard 

glass  was  used  as  the  apatite  trace  element  concentration 

refe rence material. The raw isotope data were reduced using 

the “VizualAge” data reduction scheme (Petrus & Kamber 

2012) of the freeware IOLITE package of Paton et al. (2011). 

Sample-standard bracketing was applied after the correction 

of down-hole fractionation to account for long-term drift in 

isotopic or elemental ratios by normalizing all ratios to those 

background image

421

AGE AND ORIGIN OF FLUORAPATITE FROM THE TATRA MTS.

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2016, 67, 5, 417 – 432

of the U-Pb reference standards. Common Pb in the primary 

apatite standard was corrected using the 

207

Pb-based correc-

tion method using a modified version of the VizualAge DRS 

(Chew et al. 2014). Over the course of two months of analy-

ses,  the  McClure  Mountain  apatite  secondary  standard 

(

207

Pb/

235

U  TIMS  age  of  523.51 ± 1.47  Ma;  Schoene  & 

 Bowring 2006) yielded a U-Pb Tera-Wasserburg Concordia 

lower intercept age of 524.5 ± 3.7 Ma with an MSWD  = 0.72. 

The regression line was anchored to a lower intercept using 

207

Pb / 

206

Pb  value  of  0.88198,  derived  from  an  apatite 

ID-TIMS total U-Pb isochron (Schoene & Bowring 2006). 

REE  contents  were  normalized  to  C1  chondrite  (Sun  & 

McDonough 1989).

Results

Petrography and mineral chemistry

Plagioclase crystals in the felsic component of the vein are 

andesine (An

30

Ab

70

 – An

35

Ab

65

), they show typical mechani-

cal  twinning  (so-called  ladder  structures;  Fig. 3a)  and 

a greenish CL colour (Fig. 3b). Locally they reveal antiper-

thitic exsolutions of K-feldspar with a composition of Or

93-95

 

(Table 1). Plagioclase in the mafic component has an oligo-

clase  composition  (An

22

Ab

75

Or

2 

– An

27

Ab

70

Or

3

).  Small 

K-feldspar crystals straddle the contact between apatite and 

plagioclase crystals (Fig. 4a) and coexist with REE-rich epi-

dote and muscovite (Fig. 4b). Formation of secondary tiny 

epidote  needles,  showing  bright  yellow-green  CL  colours 

(Fig. 3c; Table 2), is a product of alteration (albitization) of 

plagioclase.  Mean  value  of 

207

Pb/

206

Pb  ratio  from  6  pla-

gioclase crystals equals 0.8611 ± 0.0051. 

Quartz  in  the  felsic  component  is  intergrown  with  pla-

gioclase while in the mafic component milky to smoky quartz 

fills  the  wedge-shaped  intracrystalline  fractures  in  pla-

gioclases. The trace elements content in quartz differs slightly 

between the two components (Table 3). Aluminium, the most 

common  trace  elements  in  quartz  (e.g.,  Götze  et  al.  2001; 

Müller et al. 2003), is low in both zones, with similar concen-

trations  compared  to  published Al  concentrations  in  mag-

matic and hydrothermal quartz elsewhere (e.g., Jourdan et al. 

2009; Müller et al. 2010), while Li is very low, even when 

compared  to  low-Li  post-magmatic  quartz  from  the  High 

Tatra Mts. (Gawęda et al. 2013). Titanium content is higher in 

quartz in the mafic component (26.6 – 34.7 ppm) in relation 

of quartz in the felsic component (23.4 – 28.3 ppm; Table 3).

Pale-green fluorapatite crystals are present in both compo-

nents and exhibit different morphologies: from ball-shaped 

to prismatic ones (Fig. 2 c, d), but no important differences  

in chemistry were noted. They are all fluorapatite (Table 4), 

rich in REE (total REE content  = 2009– 4940 ppm). Yttrium 

contents range from 750 ppm to 1468 ppm, while Sr range 

from 261 to 638 ppm. High Mn contents (1220 – 2496 ppm) 

cause the typical yellow CL emission (Table 5; Fig. 3d). The 

chondrite-normalized REE diagram exhibits a minor LREE 

enrichment  (Ce

N 

/ Yb

N

 = 5.19– 8.17),  together  with  the  pre-

sence of a pronounced negative Eu anomaly (Eu / Eu* = 0.24–

0.29) and a slight positive Ce anomaly (Ce /Ce* = 1.09–1.12; 

Fig. 5; Table 5). The moderately negative slope of the LREE 

patterns  (La

N 

/ Sm

N

 = 0.3– 0.6)  and  strongly  fractionated 

HREE patterns (Gd

N 

/ Lu

N

 = 11.7–13.0) are relatively consis-

tent  throughout  the  analysed  grains  (Table  5,  Fig.  5).  The 

87

Sr / 

86

Sr ratio in apatite is high and equal to 0.719175, with 

an age-corrected  

143

Nd / 

144

Nd ratio of  0.511699 (Table 6).

Fig. 3. Microphotographs and cathodoluminescence (CL) images 

showing  textural  aspects  of  the  apatite-rich  pegmatite-like  dike 

from  Baranec  Mt. a  —  ladder  structures  in  plagioclase,  crossed 

polars;  b  —  CL  image  of  plagioclase  with  characteristic 

 yellowish-greenish colour; c —  apatite crystal with characteristic 

bright yellow CL.

background image

422

GAWĘDA, SZOPA, CHEW, KLÖTZLI, MÜLLER, SIKORSKA and PYKA

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2016, 67, 5, 417 – 432

Dark  mica  flakes  up  to  10 mm  in  diameter  and  brick-

red – pale-yellow pleochroic scheme show ferroan phlogopite 

composition,  with  Fe / (Fe + Mg) = 0.47– 0.50  and  Ti  in  the 

 range of 0.29 – 0.35 [a.p.f.u.] (Table 7). The flakes are ductile 

deformed,  without  visible  cracks.  The  phlogopite 

chloritization is restricted, and is associated with formation 

of secondary titanite and epidote. Chlorite is represented by 

clinochlore–chamosite, according to the Nomenclature Com-

mittee of the AIPEA (Bailey 1988). The Fe /(Fe + Mg) ratio 

attains 0.5– 0.72 (Table 8). However, the chlorite composi-

tion shows a relatively wide range of Al

IV

/(Al

IV

+Si) ratios, 

ranging from 0.26 to 0.40.  Rare muscovite crystals are zoned 

in respect to Mg and Si distribution, decreasing from the core 

to the rim, while Na increases in the opposite way (Table 6).

Minerals of the epidote group show the strong but irregular 

zonation with respect to REE (Figs. 3b,c; 6), they belong to 

allanite-(Ce)  and  epidote,  with  ΣREE

oxide

 = 25.0 – 0.6  wt. %, 

Ce enriched relative to La and U enriched relative to Th 

(Table 2). Primary ilmenite (Table 9) forms tiny inclusions in 

dark mica, shows titanite coronas (Fig. 4d). These secondary 

titanite  crystals  are  moderately  enriched  in  F,  Al  and  Fe 

(Table 10).

Fluorapatite dating

LA-ICP-MS  U-Pb  fluorapatite  data  points  are  aligned 

along  a  discordia  as  a  result  of  variable  incorporation  of 

Feldspar composition

Ab

Or

An

plagioclase

original/adjusted

0.756/0.709 0.048/0.028 0.239/0.263

alkali feldspar

original/adjusted

0.045/0.084 0.933/0.916 0.022/0.000

Concordant temperature [

o

C]

495

495

495

Average temperature [

o

C]

495

plagioclase

original/adjusted

0.658/0.638 0.000/0.020 0.342/0.342

alkali feldspar

original/adjusted

0.124/0.116 0.845/0.879 0.031/0.005

Concordant temperature [

o

C]

549

549

549

Average temperature [

o

C]

549

Table 1:  Feldspar  composition  and  temperature  estimated  using 

Fuhrman and Lindsley (1988) two-feldspar geothermometry fluor-

apatite-rich dyke from Baraniec Mt., Tatra Mts.

Fig. 4. BSE images of minerals from apatite-rich pegmatite-like dike. a — irregular growth contact of plagioclase (Pl) and apatite (Ap), with 

K-feldspar (Kfs) crystallizing at the border; b — allanite-epidote (Aln-REep) overgrowing the apatite (Ap) and filling the interstices bet-

ween K-feldspar (Kfs), muscovite (Ms) and quartz (Qtz); c — allanite (Aln) inclusion in apatite (Ap); d — secondary titanite (Ttn) associa-

ted with biotite (Bt) chloritization and overgrowing ilmenite (Ilm).

background image

423

AGE AND ORIGIN OF FLUORAPATITE FROM THE TATRA MTS.

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2016, 67, 5, 417 – 432

common  Pb. The  apatite  sample  yields  a Tera-Wasserburg 

lower intercept age of 328.6 ± 2.4 Ma (MSDW = 0.75; Table 11; 

Fig. 7).  The  discordia  was  anchored  using  the  Stacey  & 

Kramers (1975) terrestial Pb evolution model calculated for 

the apatite U–Pb age. The corresponding unanchored lower 

intercept age is 334 ±14 Ma. 

Whole rock chemistry of fluorapatite-rich vein 

The felsic component shows high SiO

2

 (72.1 wt. %), Al

2

O

3

 

(16.0 wt. %), Na

2

O (4.7 wt. %.) and CaO (3.8 wt. %) concen-

trations, while in the mafic component high P

2

O

5

 (10.5 wt. %) 

and total Fe as Fe

2

O

3

 (9.8 wt. %) contents are characteristic 

(Table 12). Among trace elements Y and V show the highest 

contents in the mafic component. Rare earth element (REE) 

concentrations also differ in both vein components (Fig. 5; 

Table 12). Chondrite (C1)-normalized REE pattern of the fel-

sic  component  displays  a  positive  Eu  anomaly  (Eu / Eu* = 

5.45)  and  weak  REE  fractionation  (Ce

N 

/ Yb

N

 = 4.18).  The 

REE pattern of the mafic component characterized by a nega-

tive Eu anomaly (Eu / Eu* = 0.28) and also weak REE frac-

tionation (Ce

N 

/ Yb

N

 = 7.09; Fig. 5; Table 12). Isotope compo-

sition of T sample recalculated to 328 Ma is (

143

Nd / 

144

Nd)

328

 = 

0.511711,  ε

Nd

328

  = – 9.9  and  I

Sr

328

 = 0.72837  (Table  6).  Trace 

element  “spider”  diagrams  normalized  to  primitive  mantle 

(PM) for all samples do not show a significant fractionation 

between large-ion lithophile elements (LILE) and high field 

strength  elements  (HFSE)  (Fig.  8).  Strongly  negative  Th 

anomalies, coexisting with U enrichment, negative Zr and Hf 

anomalies and slightly negative Nb anomalies are characte-

ristic  of  all  the  samples,  while  Ta  anomalies  are  lacking. 

Posi tive and negative Sr anomalies in the felsic and mafic 

components are observed respectively (Fig. 8), similarly to 

the positive and negative Eu anomalies in chondrite-normali-

zed REE diagrams (Fig. 5), consistent with plagioclase being 

the main carrier of Sr and Eu.

Discussion

Emplacement mechanism and pressure-temperature- 

oxygen fugacity estimations 

The textures observed in feldspars, like mechanical twin-

ning and the ductile deformations of biotite flakes point out 

the vein intrusion was syntectonic (Brown & Parsons 1994). 

The cooling time for a relatively small dyke (approx. 1 m in 

diameter) should not be long, so one can expect the chilled 

margin around the contact in the case of the temperature dif-

ference, which, however, is not present. This suggests that 

host rocks were warm enough to prevent the chilled margin 

formation or metasomatic character of the vein.

Compound 

(wt. %)

LoD

Allanite-(Ce)

Epidote

#1

#2

#3

#4

#5

#6

SiO

2

0.05 30.96 31.56 32.41 33.17 36.75 37.92

TiO

2

0.03

0.04

0.16 b.d.l.

0.18

0.03

0.03

UO

2

0.13

0.13

0.23

0.18 b.d.l. b.d.l. b.d.l.

Al

2

O

3

0.01 18.14 18.67 20.74 19.70 23.81 26.37

Y

2

O

3

0.05

0.27

0.62

2.31

1.05

0.15

0.05

La

2

O

3

0.08

3.34

2.96

2.54

2.39

0.16

0.08

Ce

2

O

3

0.01

9.60

8.56

6.79

6.49

0.37

0.10

Pr

2

O

3

0.01

1.69

1.20

1.34

1.11

0.06

0.10

Nd

2

O

3

0.29

6.68

6.07

4.56

3.86 b.d.l.

0.29

Sm

2

O

3

0.01

1.68

1.58

0.87

0.87

0.00

0.00

Gd

2

O

3

0.33

1.10

0.76

1.21

0.60 b.d.l. b.d.l.

Fe

2

O

3

0.07

1.23

1.94

1.10

4.81 12.03

9.36

FeO

----

10.87

9.82

7.94

6.72

0.09

0.10

MnO

0.05

1.57

1.84

0.52

0.52

0.02

0.03

MgO

0.01

0.17

0.14

0.48

0.14

0.11

0.01

CaO

0.03

9.32 10.47 12.87 14.92 22.58 23.46

F

0.15

0.23

0.16 b.d.l. b.d.l. b.d.l. b.d.l.

H

2

O calc.

1.50

1.56

1.63

1.65

1.86

1.89

Total

99.72 99.43 98.38 98.93 98.05 99.80

Crystal-chemical formulae calculated to 8 cations
Si

4+

2.992 2.994 2.989 2.998 2.979 2.988

Ti

4+

0.003 0.011

0.012 0.002 0.002

U

4+

0.001 0.005 0.002

Al

3+

2.066 2.087 2.254 2.099 2.275 2.448

Y

3+

0.014 0.031 0.113 0.050 0.006 0.002

La

3+

0.119 0.104 0.086 0.080 0.005 0.002

Ce

3+

0.340 0.297 0.229 0.215 0.011 0.003

Pr

3+

0.060 0.041 0.045 0.037

Nd

3+

0.231 0.206 0.150 0.125 0.002 0.003

Sm

3+

0.056 0.052 0.028 0.027

Gd

3+

0.035 0.024 0.037 0.018

Fe

3+

0.089 0.139 0.077 0.327 0.734 0.555

Mn

2+

0.120 0.147 0.041 0.040 0.001 0.002

Mg

2+

0.024 0.020 0.066 0.018 0.013 0.001

Fe

2+

0.878 0.779 0.613 0.508 0.006 0.007

Ca

2+

0.965 1.064 1.271 1.445 1.961 1.980

∑ REE

0.840 0.723 0.576 0.501 0.023 0.014

Note: All iron has been measured as Fe

+3

; b.d.l. — below detection limit.  

LoD — limit of detection.

Table 2: Selected analyses of allanite-(Ce) and epidote with their 

crystal-chemical formulae (according to Armbruster et al. 2006).

Sample/

Element

LoD

“F”

“M”

#1

#2

#3

#1

#2

#3

Li

0.07

2.20

2.36

1.54

1.33

1.80

1.33

B

1.04

2.93

2.09

2.61

4.91

3.07

5.41

Mn

0.11

0.39

0.53

0.46

bdl

0.34

0.22

Ge

0.06

1.34

1.05

1.00

0.78

1.08

1.05

Sr

0.01

1.52

4.26

1.28

0.01

bdl

1.48

Al

6.6

43.91 38.71 40.43 44.57 31.20 46.90

P

2.5

b.d.l.

b.d.l.

b.d.l.

2.61

2.87

b.d.l.

Ti

1.5

24.86 28.34 23.36 26.64 29.55 34.68

T

min

 [

o

C]

594

606

589

600

609

624

T

max

[

o

C]

613

625

608

620

629

645

T

mean

[

o

C]

604

616

598

610

619

634

Note: All data obtained by laser ablation inductively coupled plasma mass 

spectrometry  (LA-ICP-MS).  The  crystallization  temperatures  of  quartz 
T

min

, T

max

, T

mean

 were calculated applying the Ti-in-geothermometer by 

Wark and Watson (2006). LoD = Limit of Detection. “F”— felsic and 

“M”— mafic.

Table 3:  Trace  elements  content  of  quartz  from  fluorapatite-rich 

dyke and calculated crystallization temperatures.

background image

424

GAWĘDA, SZOPA, CHEW, KLÖTZLI, MÜLLER, SIKORSKA and PYKA

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2016, 67, 5, 417 – 432

The Ti concentrations in quartz (Table 3) have been used 

for  calculation  of  the  quartz  crystallization  temperature, 

applying the Ti-in-quartz geothermometer of Wark & Watson 

(2006).  Quartz  from  the  felsic  component  crystallized 

between 598 and 616 °C, while quartz from the mafic com-

ponent  exhibits  crystallization  temperatures  610 – 634 °C 

(Table  3),  both  supporting  the  late  magmatic  origin  of  the 

segregation. The presence of antiperthitic exsolution in pla-

gioclase enables ternary feldspar temperatures to be calcu-

lated.  Results  for  the  computations  yield  temperatures  of 

495 – 550 °C (Table 1), interpreted as cooling conditions. 

The  amount  of  phengite  substitution  in  the 

muscovite core was used to calibrate the pressure 

(Table 7; Massone & Schreyer 1987) which is in 

the range of 400 –500 MPa. 

The regression equations according to Krani-

diotis  &  MacLean  (1987)  and  Cathelineau  & 

Nieva (1985) procedures were used to establish 

the temperature range of the chlorite’s formation 

from  the  chemical  composition  of  chlorites 

formed at the expense of biotite. The temperature 

calculations  reveal  one  crystallization  interval, 

with  the  average  temperature  at  323 °C  and  at 

336 °C, respectively (Table 8; Fig. 9) that could 

be  consistent  with  the  low  pressure  muscovite 

rims  (Table  7),  suggesting  a  clockwise  cooling 

P -T  path.  Late  fluid  circulation  causing  the 

secon dary  alterations  in  this  temperature  range 

and at very low pressure (Fig. 9) is in agreement 

with P-T conditions stated elsewhere in the Tatra 

Mountains (Gawęda & Włodyka 2012).

The enrichment in LREE and the presence of 

pronounced negative Eu anomalies in the chon-

drite-normalized  REE  patterns  of  fluorapatite 

(Fig. 5), the relatively high Ti content of biotite 

(Table  7)  and  the  presence  of  primary  ilmenite 

(Fig. 4d), indicate oxidizing conditions in an early crystalli-

zation stage of the mafic component. The presence of minerals 

from the epidote group both as inclusions in apatite (Fig. 3c) 

and as the late mineral, overgrowing fluorapatite (Fig. 4b), 

suggest more oxidizing conditions. The presence of the secon-

dary  titanite  coronas  on  ilmenite  (Fig.  4d)  also  associated 

with  biotite  chloritization  marks  the  late,  low  temperature 

oxidation event (Harlow et al. 2006; Fig. 9). The positive Eu 

anomaly in the felsic component of a dyke is likely a result of 

the abundance of plagioclase which is a carrier of Eu

2+

, sug-

gesting rather reduced conditions in felsic component of the 

pegmatite-like segregation. All these facts could be a result 

of local oxygen fugacity fluctuations during crystallization. 

Timing of the vein intrusion and its relation to the granite

Taking into account the relatively low closure temperature 

of the U-Pb system in fluorapatite (375–550 °C; Chamberlain 

& Bowring 2000; Schoene & Bowring 2007; Cochrane et al. 

2014), and the crystallization temperatures obtained in this 

study, the apatite U-Pb age of 328 Ma could be interpreted as 

the time of the cooling of the dyke. The apatite U-Pb system 

records  subsequent  cooling  of  the  granitoid  intrusion  at 

340 Ma (Gawęda et al. 2014), and these rocks seem unlikely 

to be the source of apatite-rich melt. Fluorapatite-rich rocks 

are present in the Tatra Mountains (Gawęda 2008; Szopa et 

al. 2013), however they are commonly associated with the 

oldest magmatic episode at ca. 368 Ma (Burda et al. 2011; 

Szopa  et  al.  2013)  and  show  U-Pb  apatite  cooling  age  of  

~ 340 Ma (Gawęda et al. 2014). Multi-stage boron-rich fluids, 

also  enriched  in  phosphorus  and  fluorine,  have  been 

component LoD

1

2

3

4

5

6

7

P

2

O

5

0.70

42.63

42.15

41.89

42.46

42.29

42.79

42.25

FeO

0.01

0.12

0.11

0.11

0.16

0.33

0.22

0.36

MnO

0.01

0.49

0.70

0.07

1.10

0.55

0.37

0.42

CaO

0.56

54.81

54.54

54.39

54.53

54.88

55.07

54.67

Na

2

O

0.01

0.10

0.12

b.d.l.

0.09

b.d.l.

b.d.l.

b.d.l.

H

2

O calc.

0.48

0.35

0.36

0.45

0.06

0.17

0.32

F

0.17

2.78

3.01

2.96

2.83

3.65

3.45

3.10

Cl

0.01

0.00

0.00

0.00

0.07

0.00

0.00

0.00

–O=F+Cl

1.17

1.27

1.25

1.21

1.54

1.45

1.31

Total

100.24

99.72

98.54 100.48 100.22 100.61

99.81

Crystal-chemical formulae calculated to 13 anions
P

5+

3.015

3.004

3.013

3.005

3.000

3.016

3.005

Fe

2+

0.008

0.008

0.008

0.011

0.023

0.015

0.025

Mn

2+

0.035

0.050

0.005

0.078

0.039

0.026

0.030

Ca

2+

4.906

4.919

4.951

4.885

4.927

4.912

4.921

Na

+

0.016

0.020

0.000

0.015

Σ

 M 

4.965

4.997

4.964

4.989

4.989

4.953

4.976

OH

0.265

0.199

0.205

0.252

0.033

0.092

0.176

F

0.735

0.801

0.795

0.748

0.967

0.908

0.824

Cl

0.010

Σ

 X

1.000

1.000

1.000

1.000

1.000

1.000

1.000

Table 4: Representative electron-microprobe analyses and crystal-chemical for-

mulae of fluorapatite.

Fig. 5. Chondrite (C1)-normalized REE patterns of apatite crystals 

from apatite-rich pegmatite-like dyke, whole rock sample (T), mafic 

component (M) and felsic component (F).

background image

425

AGE AND ORIGIN OF FLUORAPATITE FROM THE TATRA MTS.

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2016, 67, 5, 417 – 432

Table 5:

 Representative LA-ICP-MS analyses of Mn, Sr

, Y

, REE contents in apatite crystals with selected petrological i

ndicators.

Sample

Element (ppm)

Calculated indicators

Mn

Sr

Y

La

Ce

Pr

Nd

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Eu/Eu*

Ce/Ce* 

La

N

/Sm

N

 Ce

N

/Yb

N

 Gd

N

/Lu

N

 

R1_1

2330.0

589.1

141

1.0

377.4

1270.0

203.1

1088.0

397.9

42.22

506.4

76.25

382.6

52.01

97.5

9.48

41.86

4.82

0.29

1.10

0.59

8.17

12.99

R1_2

21

19.0

538.4

1381.0

31

1.4

1108.0

181.8

995.0

373.2

36.94

481.9

73.15

370.5

50.78

97.0

9.29

41.36

4.61

0.26

1.12

0.52

7.22

12.92

R1_3

2271.0

568.9

1437.0

351.7

1220.0

197.3

1061.0

392.5

39.52

491.7

76.34

385.7

53.59

102.0

9.81

44.20

4.9

0.27

1.1

1

0.56

7.44

12.40

R1_4

2496.0

637.7

1555.0

413.7

1378.0

218.4

1176.0

434.4

46.20

545.6

83.10

416.8

56.88

108.0

10.49

47.16

5.28

0.29

1.10

0.60

7.87

12.77

R1_5

2363.0

539.5

1416.0

355.6

1217.0

195.5

1045.0

382.4

36.91

481.1

74.54

377.4

53.07

101.0

9.76

43.15

4.95

0.26

1.1

1

0.58

7.60

12.01

R1_6

2433.0

557.9

1440.0

370.9

1241.0

198.8

1060.0

389.3

38.10

492.2

76.30

389.3

53.81

102.7

9.75

44.39

5.16

0.26

1.10

0.60

7.53

11.79

R1_7

2437.0

547.8

1396.0

363.0

1215.0

198.5

1049.0

375.6

37.37

479.1

73.84

375.7

52.55

100.9

9.72

43.77

4.93

0.27

1.09

0.61

7.48

12.01

R1_8

1291.0

261.2

749.7

107.6

469.2

86.9

508.6

202.1

18.12

256.5

40.01

205.2

28.74

54.05

5.28

24.24

2.603

0.24

1.16

0.33

5.21

12.18

R1_9

2181.0

513.2

1353.0

333.9

1157.0

187.7

1017.0

367.9

35.47

468.6

72.40

369.9

51.48

98.0

9.44

42.73

4.77

0.26

1.1

1

0.57

7.29

12.14

R1_10

1967.0

490.8

1343.0

290.9

1059.0

176.3

973.0

360.9

33.72

460.8

71.47

364.8

51.18

98.0

9.48

42.02

4.74

0.25

1.12

0.51

6.79

12.02

R1_1

1

2234.0

526.3

1383.0

336.0

1158.0

188.1

1022.0

371.0

36.67

471.1

73.22

373.1

51.80

99.4

9.59

43.18

4.88

0.27

1.10

0.57

7.22

11.93

R1_12

2156.0

51

1.8

1360.0

319.7

1121.0

183.8

1001.0

368.3

34.53

466.7

71.95

367.8

51.45

98.2

9.56

42.88

4.87

0.25

1.1

1

0.54

7.04

11.84

R1_13

2329.0

550.7

1406.0

358.7

1216.0

196.4

1035.0

380.9

38.13

482.5

74.31

377.2

52.46

100.6

9.51

43.68

4.97

0.27

1.10

0.59

7.50

12.00

R1_14

2267.0

532.2

1394.0

338.2

1161.0

188.4

1023.0

373.8

36.41

472.3

73.43

372.9

52.31

99.8

9.50

43.45

4.96

0.26

1.10

0.57

7.20

11.77

R1_15

2293.0

539.2

1410.0

351.1

1207.0

194.4

1037.0

379.4

37.18

482.0

74.34

381.0

52.52

100.9

9.64

43.53

4.96

0.26

1.1

1

0.58

7.47

12.01

R1_16

2287.0

544.5

1422.0

353.5

1212.0

196.3

1050.0

384.7

38.00

485.2

74.90

382.9

52.72

100.8

9.73

43.69

4.94

0.27

1.10

0.58

7.47

12.14

R1_17

2360.0

568.8

1414.0

350.7

1204.0

194.6

1047.0

380.6

39.75

487.3

74.90

382.8

53.02

101.8

9.73

43.35

4.9

0.28

1.10

0.58

7.48

12.29

R1_18

2431.0

599.3

1443.0

376.7

1264.0

204.4

1086.0

392.5

42.48

495.2

76.70

392.3

54.52

103.3

9.81

44.36

4.88

0.29

1.09

0.60

7.68

12.54

R1_19

2413.0

593.1

1418.0

372.9

1253.0

201.0

1065.0

387.3

41.44

488.1

75.20

387.5

53.99

101.4

9.74

43.73

4.86

0.29

1.10

0.60

7.72

12.41

R1_20

2015.0

546.4

1448.0

330.2

1186.0

197.7

1053.0

383.3

37.87

488.5

75.66

388.7

54.13

103.3

9.63

44.58

4.92

0.27

1.1

1

0.54

7.17

12.27

R1_21

2104.0

537.1

1410.0

322.4

1125.0

185.0

1002.0

371.8

36.36

471.4

73.29

379.7

52.61

99.9

9.56

43.47

4.883

0.26

1.10

0.54

6.97

11.93

R1_22

21550

554.4

1468.0

340.9

1173.0

192.7

1037.0

386.8

37.57

484.0

76.46

390.2

54.61

104.3

10.15

44.75

5.16

0.26

1.10

0.55

7.06

11.59

R1_23

1351.0

481.4

1382.0

186.8

817.0

149.8

876.0

348.2

32.37

457.3

72.00

371.1

52.00

99.1

9.49

42.41

4.73

0.25

1.17

0.34

5.19

11.95

R1_24

1822.0

495.7

1441.0

281.5

1040.0

178.8

978.0

371.6

34.41

479.7

74.67

386.4

53.62

102.7

9.80

44.35

5.06

0.25

1.1

1

0.47

6.32

11.72

R1_25

1894.0

522.8

1423.0

291.4

1062.0

178.0

984.0

370.4

34.91

475.2

74.60

380.2

53.24

101.8

9.64

43.82

4.96

0.25

1.12

0.49

6.53

11.84

R1_26

1220.0

488.3

1387.0

205.6

865.3.0

156.8

899.7

357.5

32.9

463.4

72.83

375.9

51.88

100.3

9.42

42.87

4.76

0.25

1.16

0.36

5.44

12.03

LoD

0.04

2.85

0.01

0.01

0.01

0.00

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

0.00

0.01

0.00

Lp

Sample 

No

Rb [ppm]

Sr

 [ppm]

87

Rb/

86

Sr

87

Sr/

86

Sr

±

I

Sr

328

Sm [ppm]

Nd [ppm]

147

Sm/

144

Nd

143

Nd/

144

Nd

±

ε

Nd

328

T

DM 

(Ga)

1.

T

WR

34.1

363.6

0.267826

0.728370

0.727120

72.63

200.76

0.28680

0.512181

0.000005

–9.85

1.82

2.

Ap

532.17

0.719175

0.719175

372.47

1006.47

0.223713

0.512179

0.000004

–10.086

1.83

Table 6:

 Rb-Sr and Sm-Nd analyses of the whole-rock (T

WR

) and fluorapatite separated grains (ap).

background image

426

GAWĘDA, SZOPA, CHEW, KLÖTZLI, MÜLLER, SIKORSKA and PYKA

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2016, 67, 5, 417 – 432

Compound 

(wt. %)

LoD

Ferroan phlogophite

Muscovite

#1

#2

#3

#4

#5

#6

core

mantle

rim

SiO

2

0.01 36.01

36.17

36.18

36.25

35.71

36.29

47.91

46.5

46.67

TiO

2

0.02

2.83

2.96

2.97

3.04

2.88

3.05

b.d.l.

0.17

0.22

Al

2

O

3

0.01 17.60

17.46

17.62

17.79

18.09

17.45

33.53

33.16

36.18

Cr

2

O

3

0.03

b.d.l.

b.d.l.

0.03

0.05

0.06

b.d.l.

b.d.l.

0.03

b.d.l.

FeO

0.02 17.82

18.04

17.96

18.07

17.89

18.23

0.49

1.99

1.33

MnO

0.03

0.24

0.22

0.33

0.23

0.24

0.25

0.02

b.d.l.

b.d.l.

MgO

0.02 10.87

10.77

10.85

11.00

11.25

10.50

2.01

1.71

0.80

BaO

0.02

0.13

0.46

b.d.l.

b.d.l.

0.11

b.d.l.

0.55

0.15

0.28

Na

2

O

0.02

0.07

b.d.l.

0.10

0.21

0.09

0.04

0.22

0.25

1.21

K

2

O

0.02

9.44

9.60

9.52

9.23

8.87

9.60

11.13

11.09

9.41

H

2

O calc.

 

3.99

4.01

4.02

4.04

4.00

4.01

4.53

4.46

4.56

Total 

99.00

99.71

99.56

99.89

99.19

99.42

100.4

99.5 100.66

Crystal-chemical formulae calculated on the basis of 22 O

2-

Si

4+

 

5.467

5.466

5.462

5.447

5.398

5.489

6.345

6.258

6.140

Ti

4+

 

0.323

0.336

0.338

0.344

0.327

0.347

0.017

0.022

IV

Al

3+

2.533

2.59

2.6

2.61

2.65

2.57

1.65

1.74

1.86

VI

Al

3+

 

0.617

0.49

0.51

0.5

0.54

0.51

3.58

3.52

3.75

Cr

2+

 

  –

  –

0.001

0.002

0.007

  –

  –

  0.001

  –

Fe

2+

 

2.263

2.280

2.268

2.271

2.262

2.306

0.055

0.224

0.146

Mn

2+

 

0.031

0.028

0.042

0.029

0.031

0.032

0.003

Mg

2+

 

2.461

2.426

2.443

2.464

2.536

2.367

0.396

0.343

0.158

Ba

2+

 

0.007

0.027

 –

 –

0.007  

 –

0.029

0.008

0.015

Na

+

 

0.022

0.006

0.029

0.061

0.027

0.010

0.057

0.064

0.309

K

+

 

1.828

1.851

1.833

1.769

1.710

1.853

1.880

1.905

1.580

#fm 

0.482

0.488

0.486

0.483

0.475

0.497

0.122

0.395

0.480

Note: #fm = Fe/(Fe+Mg+Mn). b.d.l. — below detection limit

Compound  

(wt. %)

LoD

Sample

#1

#2

#3

#4

#5

#6

#7

#8

#9

#10

SiO

2

0.03

26.65 25.77 26.11 26.54 25.76 25.95 26.22 34.71 35.13 35.22

TiO

2

0.05

0.05

0.08

0.14

0.06

0.07

0.06

0.07

3.14

3.12

3.23

Al

2

O

3

0.04

18.61 19.74 19.18 15.94 19.66 19.86 19.91 16.76 16.45 16.99

FeO

0.15

27.23 27.03 27.36 37.88 29.36 28.20 28.51 22.30 21.60 21.78

MnO

0.14

0.23

0.22

0.32

0.22

0.49

0.49

0.42

0.42

0.38

0.33

MgO

0.04

15.05 13.91 14.40

8.35 11.68 12.20 12.74

8.29

8.39

8.28

CaO

0.06

0.06

b.d.l.

b.d.l.

b.d.l.

b.d.l.

b.d.l.

b.d.l.

b.d.l.

b.d.l.

b.d.l.

Na

2

O

0.04

b.d.l.

b.d.l.

b.d.l.

b.d.l.

b.d.l.

b.d.l.

0.04

0.08

0.07

0.05

K

2

O

0.05

b.d.l.

0.06

b.d.l.

b.d.l.

b.d.l.

0.06

b.d.l.

2.06

2.01

1.25

H

2

O calc.

11.11 12.97 11.44

9.95 11.04 11.09 11.22 11.75 12.21 11.34

Total

99.03 99.84 99.08 98.96 98.16 98.03 99.17 99.57 99.36 98.53

Crystal-chemical formulae calculated on the basis of 28 O

2–

Si

4+

5.664 5.538 5.580 5.912 5.747 5.599 5.592 6.883 6.973 6.958

VI

Al

3+

2.336 2.462 2.420 2.088 2.253 2.401 2.408 1.117 1.027 1.042

IV

Al

3+

2.326 2.545 2.414 2.098 2.262 2.666 2.609 2.935 2.956 3.049

Ti

4+

0.008 0.013 0.023 0.010 0.012 0.010 0.011 0.468 0.466 0.480

Fe

3+

0.003 0.053 0.022 0.017 0.019 0.154 0.116 1.299 1.366 1.515

Fe

2+

4.837 4.805 4.869 7.040 5.602 4.935 4.969 2.400 2.219 2.083

Mn

2+

0.041 0.040 0.058 0.042 0.095 0.090 0.076 0.071 0.064 0.055

Mg

2+

4.768 4.456 4.588 2.773 3.986 3.924 4.050 2.451 2.482 2.438

Ca

2+

0.014

Na

+

0.033 0.062 0.054 0.038

K

+

0.033

0.033

1.042 1.018 0.630

OH

16.000 16.000 16.000 16.000 16.000 16.000 16.000 16.000 16.000 16.000

Σ Cations

36.00 35.95 35.99 35.98 35.83 35.83 35.87 34.10 34.03 34.01

Fe/(Fe+Mg)

0.50

0.52

0.52

0.72

0.59

0.56

0.56

0.60

0.59

0.60

T

1

 (

o

C)

314

335

328

275

336

348

348

344

352

353

T

2

 (

o

C)

303

318

313

293

317

324

325

326

331

332

Notes: b.d.l. – below detection limit. LoD – limit of detection.

documented  within  the  Tatra 

Massif  and  are  associated  with 

hydrofracturing,  boron  metaso-

matism  and  mo lybdenite  crys-

tallization,  but  are  dated  at 

350 ±1 Ma (Gawęda et al. 2013), 

which  is  roughly  22 Ma  older 

than the pegmatite dated in this 

study  and  hence  should  be 

excluded as the direct source of 

P  and  F. The  chondrite-norma-

lized  REE  patterns  of  apatite 

differ  slightly  from  those  of 

Tatra granitoids, showing higher 

REE fractionation indices 

(Table 5; Fig. 5; cf.: Gawęda et 

al. 2016). 

The  U-Pb  apatite  age,  deter-

mined  in  this  study  fits  well 

with  the 

40

Ar-

39

Ar  age  range 

(330 –300 Ma) obtained for micas 

from  the  High  Tatra  granite 

(Kohút and Sherlock 2003). The 

U-Th-Pb  ages  of  secondary 

monazite-(Ce) crystals from the 

Western Tatra Mountains, also 

cluster  at  ~ 330  Ma  (Burda  & 

Dzierżanowski  2005)  and  they 

are  in  agreement  (within  age 

uncertainties) of the U-Pb fluor-

apatite age of 328.6 ± 2.4 Ma.

Origin of the parent melt/fluid 

to the fluorapatite-rich vein 

The analysed vein is unzoned 

and  does  not  show  any  typical 

pegmatite  internal  structure 

(e.g. Simmons & Webber 2008; 

London  2009).  The  chemical 

composition  of  both  mafic  and 

felsic  components  are  also  not 

conclusive.  The  major  element 

composition  of  the  felsic  com-

ponent is governed by the abun-

dant  plagioclase  and  quartz, 

while mafic component chemis-

try is a result of fluorapatite and 

ferroan  phlogopite  concentra-

tions.  Among  trace  elements, 

V show increased concentration 

Table 7:  Micro-chemical  analyses 

of  micas  from  fluorapatite-rich  

dyke  and  their  crystal-chemical 

formulae.

Table 8: Representative analyses of chlorite-group minerals and their crystal-chemical formulae and 

with Fe

2+

/Fe

3+

 and OH calculated assuming full site occupancy. Computed temperatures of crystalli-

zation  are  according  to  Kranidiotis  &  MacLean  (1987)  and  Cathelineau  &  Nieva  (1985) 

procedures.

background image

427

AGE AND ORIGIN OF FLUORAPATITE FROM THE TATRA MTS.

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2016, 67, 5, 417 – 432

in titanite, while fluorapatite is a main Y carrier, both phases 

showing  enrichment  in  the  pegmatite  mafic  component. 

Chondrite-normalized REE-patterns of the felsic component, 

with positive Eu anomaly, are typical of feldspar-governed 

fractions,  while  negative  Eu  anomaly  in  mafic  component 

mirrors  the  geochemical  charac teristics  of  apatite  and  the 

minerals  of  the  epidote  group.  In  the  primitive  mantle- 

normalized  multi-element  diagrams  (Sun  &  McDonough, 

1989)  negative  Nb  and  positive  Ta  anomalies  are  present, 

suggesting  atypical  arc  setting  (Thirwall  et  al.  1994)  but 

another  process  (fractional  crystallization?)  overlapping  

the  source  characteristics.  Trace  element  characteristics  of 

the  felsic  component  (Sr /Y = 86.63; Table  12)  suggest  slab 

melting  and  its  adakitic  sensu lato  provenance  (Moyen 

2009),  while  mafic  component  trace  element  chemistry 

shows no such relationships (Table 12). Isotopic signatures 

also  point  out  no  mantle/lower  crustal   influence,  which  is 

necessary to characterize the adakitic melts, even those not 

connected to slab melting (Macpherson et al. 2006). 

As apatite is a Rb-free phase, its Sr composition could be 

treated as the direct marker of its origin. The high 

87

Sr/ 

86

Sr 

ratio of apatite (0.719175) and age corrected 

87

Sr/ 

86

Sr ratio of 

the  whole  rock  of  0.72837  suggest  its  crustal  origin.  The 

Sm-Nd isotopic composition of the whole-rock vein sample 

and fluorapatite are in agreement with the Sr data, also sug-

gesting the crustal origin of the melt parent to the vein. Stable 

fluorapatite REE chemistry (Fig. 5) suggests only one melt 

source. The ε

Nd

328

 for apatite-rich segregation (– 9.85; Table 6) 

is  in  the  same  range  as  for  typical  Tatra  metapelite  

Nd

340 

 = – 11.32;  Gawęda  2009;  recalculated  value 

ε

Nd

328 

 = – 11.13; Table 6)

 

and from analogous metasedimen-

tary rocks (Kohút et al., 2008). The mean 

207

Pb / 

206

Pb ratio  

of feldspars shows a typically crustal value, supporting the 

former suggestions. Possibly dehydration-partial melting of 

the  upper  crust  was  the  source  of  the  melt  parent  for  the 

dyke in question and the genetic link to the eclogite boudin 

could  be  excluded,  as  that  shows  typical  mantle  values 

Nd

360

 = 5.0–6.7; Burda et al. 2015). 

However,  the  computed  crystallization  temperatures  

(598–634 °C)  are  too  low  to  explain  the  mafic  component 

presence, which needs much higher temperatures to crystal-

lize.  Low  solubility  of  Fe  and  Mg  in  granitic  (sensu  lato) 

melts (Puziewicz & Johannes 1988) implies these elements 

should  be  introduced  to  pegmatitic  systems  by  aqueous 

 fluids,  circulating  throughout  the  variegated  country  rocks 

and causing the mass transfer from wall rocks (Roda et al. 

2004 and references therein). 

The main problem is to define the rocks, which were the 

source for the mafic components. As Rb-Sr and Sm-Nd iso-

tope  systems  are  very  sensitive  to  cation  leaching  and  are 

Table 9: Representative analyses and crystal-chemical formulae of 

ilmenite.

Table 10: Representative analyses and crystal-chemical formulae of 

titanite.

Fig. 6. Projection of the epidote-group minerals composition on the 

(REE+U) versus Al [a.p.f.u.] (after Petrík et al. 1995).

Component (wt. %)

LoD

#1

#2

#3

TiO

2

0.03

51.04

51.47

49.99

Cr

2

O

3

0.03

0.03

b.d.l.

b.d.l.

Fe

2

O

3

0.07

2.10

1.22

3.26

FeO

0.07

39.14

39.56

38.44

Mn

O

0.07

6.52

6.52

6.26

MgO

0.02

0.09

0.07

0.09

Total

98.95

98.89

98.04

Crystal-chemical formulae based on 6 O

2–

Ti

4+

1.954

1.972

1.929

Cr

2+

0.001

Fe

3+

0.080

0.047

0.126

Fe

2+

1.667

1.685

1.650

Mn

2+

0.281

0.281

0.272

Mg

2+

0.007

0.006

0.007

∑ Cations

3.990

3.991

3.984

Notes: b.d.l. — below detection limit. LoD — limit of detection.

Compound (wt. %)

LoD

#1

#2

SiO

2

0.01

30.66

28.73

TiO

2

0.03

36.19

39.5

Al

2

O

3

0.01

2.52

0.92

V

2

O

3

0.07

0.48

0.33

Cr

2

O

3

0.04

0.04

b.d.l.

Fe

2

O

3

0.07

1.11

1.97

MnO

0.07

b.d.l.

0.29

MgO

0.02

0.07

0.05

CaO

0.02

28.48

27.12

F

0.35

0.61

b.d.l.

O=F

0.28

Total

100.17

98.99

Crystal-chemical formulae based on 3 cations
Si

4+

1.000

0.964

Ti

4+

0.893

0.995

Al

3+

0.101

0.039

V

3+

0.009

0.007

Cr

3+

0.001

Fe

3+

0.035

0.057

Mn

2+

0.009

Mg

2+

0.005

0.004

Ca

2+

0.991

0.973

Note: b.d.l. — below detection limit. LoD — limit of detection.

background image

428

GAWĘDA, SZOPA, CHEW, KLÖTZLI, MÜLLER, SIKORSKA and PYKA

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2016, 67, 5, 417 – 432

Sample

207

Pb/

235

U

±2σ

206

Pb/

238

U

±2σ

ρ

238

U/

206

Pb

±2σ

207

Pb/

206

Pb

±2σ

ρ

206

Pb/

238

age

±2σ Ma

207

Pb/

235

age

±2 σ Ma

207

Pb/

206

Pb 

age

±2σ Ma

207

Pb corr

age

±2σ Ma

Pb 

tot 

(ppm)

Th

 tot

 

(ppm)

U

 tot

 

(ppm)

R1_1

8.39

0.13

0.1

194

0.0012

0.0022

20.6

0.154317

0.5069

0.0078

0.0078

727.2

6.7

2274

14

2780

250

128.56

16.9

97.88

3.25

96.85

R1_2

10.83

0.27

0.1384

0.0019

0.0029

20.8

0.151400

0.5660

0.0120

0.0120

835.0

11.0

2505

23

3400

300

121.75

36.8

96.31

2.22

75.50

R1_3

9.46

0.14

0.1292

0.0012

0.0023

23.8

0.137785

0.5322

0.0081

0.0081

783.2

6.8

2383

14

2870

280

137.20

28.0

95.48

2.67

84.65

R1_4

9.31

0.13

0.1270

0.0010

0.0022

20.2

0.136400

0.5261

0.0077

0.0077

770.7

5.9

2367

13

2850

270

109.74

27.4

130.18

4.27

118.90

R1_5

12.27

0.18

0.1514

0.0014

0.0027

22.4

0.1

17791

0.5846

0.0090

0.0090

908.8

8.0

2627

13

2950

310

160.50

28.8

97.54

2.58

68.75

R1_6

12.8

0.28

0.1564

0.0030

0.0038

9.0

0.155350

0.5908

0.0083

0.0083

936.0

17.0

2670

20

3190

250

131.05

30.2

100.80

3.51

70.60

R1_7

11.43

0.17

0.1474

0.0015

0.0027

23.0

0.124271

0.5682

0.0091

0.0091

886.4

8.4

2558

14

2940

290

11

1.96

28.5

100.25

3.07

73.90

R1_8

13.48

0.27

0.1630

0.0021

0.0033

0.0

0.124205

0.6000

0.0140

0.0140

973.0

12.0

2717

18

3610

330

107.89

35.3

54.18

0.33

34.36

R1_9

10.45

0.17

0.1363

0.0013

0.0025

21.2

0.134570

0.5539

0.0087

0.0087

824.2

7.3

2473

15

3170

250

149.51

29.6

91.61

1.81

74.41

R1_10

9.99

0.18

0.1342

0.0015

0.0026

18.6

0.144367

0.5369

0.0085

0.0085

81

1.8

8.6

2441

17

2900

240

110.74

17.9

86.69

1.69

73.07

R1_1

1

8.90

0.12

0.1240

0.0012

0.0023

20.6

0.149584

0.5192

0.0082

0.0082

753.7

6.9

2327

13

2980

220

155.60

34.8

94.08

2.79

87.21

R1_12

10.27

0.15

0.1374

0.0017

0.0027

17.9

0.143018

0.5453

0.0086

0.0086

829.9

9.7

2458

14

3040

220

94.07

36.9

93.65

2.35

77.51

R1_13

7.44

0.1

1

0.1

128

0.0010

0.0020

20.5

0.157185

0.4782

0.0070

0.0070

688.7

6.0

2163

13

3020

240

43.07

35.1

105.21

3.88

115.20

R1_14

8.16

0.14

0.1

186

0.0010

0.0021

20.2

0.149297

0.5017

0.0088

0.0088

722.3

5.8

2252

16

3010

230

55.74

32.4

94.99

2.87

95.32

R1_15

7.53

0.13

0.1

123

0.001

1

0.0020

19.3

0.158588

0.4852

0.0078

0.0078

686.3

6.1

2176

15

2740

280

105.1

1

34.7

99.35

3.34

108.00

R1_16

7.70

0.12

0.1

150

0.0010

0.0020

21.3

0.151

150

0.4858

0.0076

0.0076

701.8

5.7

2201

14

3000

200

106.49

30.9

98.37

3.51

104.00

R1_17

11.43

0.23

0.1468

0.0022

0.0031

20.3

0.143850

0.5680

0.0100

0.0100

882.0

12.0

2557

19

3250

260

107.75

17.1

100.77

1.89

74.25

R1_18

9.62

0.18

0.1301

0.0017

0.0026

22.1

0.153610

0.5334

0.0083

0.0083

788.5

9.9

2400

17

3150

220

141.25

33.2

104.66

2.92

93.20

R1_19

9.79

0.14

0.1306

0.0014

0.0025

19.9

0.146573

0.5425

0.0075

0.0075

791.3

8.2

2413

13

3180

250

129.32

31.1

96.61

2.61

84.50

R1_20

10.57

0.18

0.1372

0.0015

0.0026

22.2

0.138123

0.5597

0.0081

0.0081

829.0

8.5

2486

16

3120

220

65.52

42.1

85.87

1.07

67.76

R1_21

11.31

0.16

0.1443

0.0013

0.0026

20.1

0.124865

0.5651

0.0093

0.0093

868.9

7.1

2550

13

3280

190

114.25

12.0

89.78

2.57

68.30

R1_22

11.01

0.17

0.1403

0.0015

0.0026

25.8

0.132086

0.5633

0.0092

0.0092

846.2

8.3

2526

15

2980

350

124.89

13.8

96.85

2.97

75.90

R1_23

8.90

0.21

0.1

177

0.0017

0.0025

18.1

0.180463

0.5490

0.0150

0.0150

718.3

9.8

2324

21

3090

300

105.06

13.0

61.00

0.61

55.99

R1_24

11.63

0.22

0.1467

0.0018

0.0029

32.0

0.134753

0.5667

0.0089

0.0089

883.3

9.8

2571

18

3220

210

122.82

13.6

83.59

2.51

62.70

R1_25

11.7

0.22

0.1497

0.0014

0.0027

21.6

0.120481

0.5670

0.01

10

0.01

10

898.9

8.1

2581

18

2910

270

127.76

16.3

90.32

1.51

65.30

R1_26

8.14

0.18

0.1

178

0.0015

0.0024

21.4

0.172950

0.4980

0.01

10

0.01

10

717.8

8.8

2242

21

3060

210

119.1

1

13.9

62.29

1.36

63.07

usually  mirrored  in  pegmatites  showing 

mass  transfer  from  mantle-related  coun-

try-rocks  (compare:  Gawęda  1995),  the 

eclogite,  showing  mantle  characteristics 

could  be  excluded  as  the  source  for  all 

“mafic”  cations.  The  observations  of  the 

sheared  metasedimentary  rocks  revealed, 

that in all of them the replacement of bio-

tite by muscovite occur with pronounced 

loss  of  Fe  and  Mg  (Pyka  et  al.  2014). 

 Taking into account the crustal signatures 

of the pegmatite-like segregation, proved 

by the Rb-Sr, Sm-Nd and Pb isotopic sys-

tems  (Table  6),  the  cation  leaching  from 

sheared metapelites, originally rich in Fe, 

Mg,  Ca,  is  the  only  explanation  as  the 

source of the “mafic” cations. Liberation 

of P, Ca, Fe, REE and Y was possible due 

to  monazite/xenotime  decomposition  by 

CO

2

-F-H

2

O – rich  fluids,  while  Th  was 

trapped  in  ThSiO

4

  phase  (Szopa  2009; 

Ondrejka et al. 2012). The ThSiO

4

 phase is 

a common remnant in pseudomorphs after 

monazite-(Ce)  from  crystalline  rocks  of 

the Western Tatra Mountains (Szopa 2009) 

that  explains  a  negative  Th  anomaly  in 

primitive  mantle-normalized  multi-ele-

ment diagrams (Fig. 8) and enrichment in 

P and F in the melt. 

The source of fluorine is still unknown, 

but  the  circulation  of  F-rich  fluids  was 

noted  in  supra-subduction  zones,  due  to 

phengite  and /or  F-amphibole  breakdown 

(Sheng  et  al.  2013). The  high  activity  of 

fluorine and phosphorus was noted during 

hydrothermal alterations elsewhere in the 

crystalline cores of the Central Western 

Carpathians  (Burda  &  Dzierżanowski 

2005;  Szopa  2009;  Uher  et  al  2009; 

Gawęda  &  Włodyka  2012;  Ondrejka  et  

al. 2012). 

Fluid  mobility  was  possibly  enhanced 

by  post-collisional  uplift  and  extension. 

Decompression  of  the  crystalline  rocks 

could generate the partial melts, showing 

chemistry partly inherited from the melted 

metapelitic rocks and from the circulating 

(P,  F,  H

2

O)-rich  fluid  which  stimulated 

melting. The melt temperature was too low 

to  influence  the  eclogite  tectonically 

included  in  the  system,  but  restricted 

leaching  cannot  be  rejected,  causing  the 

oxygen fugacity fluctuations. The accumu-

lation  of  volatile-rich  melts  could  effi-

ciently stimulate the hydraulic opening of 

the fractures. Fluid super-saturated magma 

Table 1

1:

 Representative LA-ICP-MS U-Pb apatite data for fluorapatite-ric

h dyke from Baranec Mt., Slovakia.

background image

429

AGE AND ORIGIN OF FLUORAPATITE FROM THE TATRA MTS.

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2016, 67, 5, 417 – 432

had been easily moved to these extensional fractures according 

to the magma pumping mechanism (Demartis et al. 2011). 

The original melt may have had the composition of the felsic 

component.  The  crystallization  of  abundant  plagioclase 

causes a decrease in Ca / P ratio and limited crystallization of 

apatite in the felsic component (Roda et al. 2004). Phospho-

rus, as incompatible element (Bea et al. 1992) progressively 

concentrated in the late fluid, mixed with the external fluid, 

rich in F and H

2

O, carrying the elements fluxed from more 

mafic metapelites, squeezed as bubbles and crystallizing the 

mafic component of the vein.

Although the main cooling stage is dated ~ 340 Ma using 

the  same  apatite  U-Pb  method  (Gawęda  et  al.  2014),  the 

younger  pulses  of  uplift  and  anataxis  cannot  be  excluded. 

Possibly the southern part of the Tatra metamorphic cover 

was  affected  by  the  multistage  uplift,  starting  from  a  pre- 

intrusive episode, leading to the formation of kyanite-quartz 

segregations (Pyka et al. 2013, 2014) through syn-intrusive 

(Gawęda et al. 2015), late-intrusive (Gawęda et al. 2014) to 

post-intrusive  segregation,  associated  with  local  and 

space-restricted magma /fluid flow. 

Conclusions

1.  The  apatite-rich  pegmatite-like  dyke  was  emplaced 

syn-tectonically  into  a  fault  zone  at  ca.  600 °C  and 

400 – 500 MPa.  Fluorapatite  LA-ICP-MS  U–Pb  age  of 

328.6 ± 2.4 Ma is interpreted as the cooling age of the dyke. 

2. The Sm-Nd, Rb-Sr and 

207

Pb / 

206

Pb isotope data suggest 

a purely crustal source for the melt/fluid parent to the pegma-

tite-like dyke, and no genetic link to the long-lived Variscan 

granitoid magmatism. A possibly source for the apatite-rich 

pegmatite  dyke  was  (F,  H

2

O)-rich  fluids,  generated  during 

exhumation of the crystalline core of the massif liberating Fe, 

Mg, Ca, P, REE from originally mafic metapelites, contai-

ning monazite and xenotime and which could also facilitate 

local partial melting.

Compound (wt. %)

“F”

“M”

“T”

SiO

2

72.1

33.2

55.9

TiO

2

0.15

1.43

0.53

Al

2

O

3

16.00

14.51

21.33

Cr

2

O

3

0.02

0.02

0.01

Fe

2

O

3

*

1.46

9.51

3.77

MnO

0.03

0.15

0.05

MgO

0.70

5.65

2.11

CaO

3.80

15.68

5.15

Na

2

O

4.71

2.03

7.26

K

2

O

0.62

4.09

0.82

P

2

O

5

0.04

10.82

1.35

LOI

0.74

1.88

1.75

Total

100.37

98.95

99.98

Sr

329.2

297.6

563.60

Ba

166

590

235

Rb

25.9

224.00

34.10

Cs

2.3

17.6

2.4

Th

0.0

0.6

0.0

U

0.3

12.6

1.70

Ga

12.5

19.9

17.4

Ni

12.5

21.6

21.10

V

35

271

98

Zr

7.5

0.6

0.7

Hf

0.4

0.0

0.0

Y

3.8

277.1

34.2

Nb

1.9

17.7

8.3

Ta

0.4

1.6

0.7

La

2.7

69.8

10.50

Ce

4.1

217.1

30.00

Pr

0.48

38.08

4.88

Nd

3.00

198.7

23.60

Sm

0.54

70.53

8.61

Eu

0.98

7.78

3.08

Gd

0.56

99.95

11.67

Tb

0.09

14.29

1.67

Dy

0.49

73.33

9.03

Ho

0.10

9.70

1.25

Er

0.25

19.04

2.08

Tm

0.03

1.78

0.23

Yb

0.27

8.43

1.08

Lu

0.03

1.01

0.11

ASI

1.050

1.396

1.125

#mg

0.66

0.70

0.69

Rb/Sr

0.08

0.75

0.06

Sr/Y

86.63

1.07

16.48

Σ

REE

13.62

829.52

107.79

Eu/Eu**

5.45

0.28

0.94

Ce

N

/Yb

N

4.18

7.09

7.65

Gd

N

/Yb

N

1.72

9.81

8.94

Notes: Fe

2

O

3

— total Fe as Fe

2

O

3

; LOI — lost of ignition;  

ASI = Al

2

O

3

/(CaO+Na

2

O+K

2

O-3.33 P

2

O

5

) in molecular units;  

#mg = Mg/(Mg+Fe) (in molecular units); Eu/Eu* = Eu/(√Sm·Gd). 

Fig. 7. Tera-Wasserburg concordia diagram anchored through com-

mon Pb for apatite from the apatite-rich pegmatite-like dike from 

Baranec Mt.

Table 12: Chemical composition and selected petrological indica-

tors  of    fluorapatite-rich  dyke  from  Baranec  Mt.,  Western  Tatra 

Mountains.

background image

430

GAWĘDA, SZOPA, CHEW, KLÖTZLI, MÜLLER, SIKORSKA and PYKA

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2016, 67, 5, 417 – 432

3.  The  high  contents  of  fluorine,  phosphorus  and  water 

resulted in a low viscosity and high mobility of the intruding 

melt.  Rapid  crystallization  with  an  accompanying  drop  in 

temperature and pressure resulted in disequilibrium crystalli-

zation, forming the patchy nest-like structure of the dyke and 

variations in oxygen fugacity during crystallization.

4. Activation of (F, H

2

O, P)-rich partial melts and fluids, 

was possible due to post-collisional and post-magmatic uplift 

of the Tatra Mountains crystalline core in the supra-subduc-

tion zone.

Acknowledgements:  Piotr  Dzierżanowski  PhD.  and  

Mrs.  Lidia  Jeżak  are  thanked  for  their  help  during  micro-

probe work. The extremely careful editorial corrections by 

Pavel Uher and reviews of Adam Pieczka and Milan Novák 

significantly improved the manuscript. Evgeny Galuskin is 

thanked  for  help  in  the  mineral  formula  calculations. This 

study  was  financially  supported  by  the  National  Science 

 Centre (NCN) grant 2012/07/B/ST10/04366 (given to AG).

References

Armbruster T., Bonazzi P., Akasaka M., Bermanec V., Chopin C., 

Giere  R.,  Heuss-Aussbichler  S.,  Liebcher  A.,  Manchetti  S.,  

Pan Y. & Pasero M. 2006: Recommended nomenclature of epi-

dote-group minerals. Eur. J. 

 Mineral. 18, 551–567. 

Bailey  S.W.  1988:  Chlorites:  Structures  and  crystal  chemistry.  

In:  Bailey  S.W.  (Ed.):  Hydrous  Phyllosilicates  (Exclusive  of 

Micas). 

Reviews in Mineralogy 19, 347–403.

Bea  F.,  Fershater  G.  &  Crretge  L.G.  1992:  The  geochemistry  of 

phosphorus in granite rocks and the effect of aluminium. Lithos 

29, 43-56.

Brown W.L. & Parsons I. 1994: Feldspars in igneous rocks. In: Par-

sons  I.  (Ed):

  Feldspars  and  Their  Reactions.  NATO  ASI 

Series, C 421, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 

449–499.

Burda J. & Dzierżanowski P. 2005: Electron microprobe dating of 

monazite from migmatitic gneiss from the Western Tatra Mts.: 

preliminary results. Mineralogical Society of Poland – Special 

Papers, 25, 277–280.

Burda J. & Gawęda A. 2009: Shear-influenced partial melting in the 

Western Tatra metamorphic complex: geochemistry and geo-

chronology. Lithos 110, 373–385.

Burda J., Gawęda A. & Klötzli U. 2011: Magma hybridization in the 

Western  Tatra  Mountains  granitoid  intrusion  (S-Poland, 

 Western Carpathians). Mineral. Petrol. 103, 19–36.

Burda J., Gawęda A. & Klötzli U. 2013a: U-Pb zircon age of the 

youngest  magmatic  activity  in  the  High  Tatra  granite. 

 Geochr

onometria 40, 2, 134–144. 

Burda J., Gawęda A. & Klötzli U. 2013b: Geochronology and petro-

genesis  of  granitoid  rocks  from  the  Goryczkowa  Unit, Tatra 

Mountains (Central Western Carpathians). Geol. Carpath. 64, 

6, 419–435.

Burda J., Gawęda A., Golonka J., Majka J., Wiedenbeck M., & Pyka 

P. 2015: Rheic Ocean history imprinted in zircon from metaba-

site: a case of the Western Tatra Mountains, Poland/Slovakia. 

Mineralogia – Spec. Pap, 44, 30.

Cathelineau M. & Nieva D. 1985: A chlorite solid solution geother-

mometer,  The  Los  Azufres  (Mexico)  geothermal  system. 

 Contrib. Mineral. Petr

ol. 91, 235–244.

Černý P. & Ercit T.S. 2005: The classification of granitic pegmatites 

revisited. Can. Mineral. 43, 2005–2026.

Chamberlain  K.R.  &  Bowring  S.A.  2000:  Apatite-feldspar  U-Pb 

thermochronometer: A reliable, mid-range (450 °C), diffusion 

controlled system. Chem. Geol. 172, 173–200.

Chen D.-L., Liu L., Sun Y., Sun W.-D., Zhu X.-H., Liu X.-M. & Guo 

C.-L. 2012: Felsic veins within UHP eclogite at Xitieshan in 

North Qaidam, NW China: partial melting during exhumation. 

Lithos 136–139, 187–200.

Chew D.M. & Donelick R.A. 2012: Combined apatite fission track 

and  U-Pb  dating  by  LA-ICPMS  and  future  trends  in  apatite 

provenance analysis. In: Sylvester P. (Ed.): Quantitative Mine-

ralogy  and  Microanalysis  of  Sediments  and  Sedimentary 

Rocks. Mineral. Assoc. Canada, 219–248.

Chew D.M., Petrus J.A. & Kamber B.S. 2014: U-Pb LA-ICPMS 

dating using accessory mineral standards with variable com-

mon Pb. Chem. Geol. 363, 185–199.

Cochrane R., Spikings R.A., Chew D., Wotzlaw J.-F., Chiaradia M., 

Fig. 8.  Primitive  mantle  normalized 

(after Sun & McDonough 1989) trace 

element diagram of mafic component 

(M),  felsic  component  (F)  and 

 whole-rock  pegmatite-like  segrega-

tion from Baranec Mt.

Fig. 9. Pressure (P) – temperature (T) diagram presenting the evolu-

tion of the pegmatite-like segregation.

background image

431

AGE AND ORIGIN OF FLUORAPATITE FROM THE TATRA MTS.

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2016, 67, 5, 417 – 432

Tyrrell S., Schaltegger U. & Van der Lelijl R. 2014: High tem-

perature (>350 °C) thermochronology and mechanisms of Pb 

loss in apatite. 

Geochim. Cosmochim. Acta 127, 39–56.

Deditius A. 2004: Petrology and isotopic age of the muscovite blas-

thesis from the mylonitic zones in the crystalline rocks of the 

Western Tatra Mountains). Geologia 16, University of Silesia 

publishing House, 133–152. (in Polish with English abstract)

Demartis M., Pinotti L.P., Coniglio J.E., D`Eramo F.J., Tubia J.M., 

Aragon E., Agulleiro Insula L.A. 2011: Ascent and emplace-

ment of pegmatitic melts in a major reverse shear zone (Sierras 

de Cordoba, Argentina). J. Struct. Geol. 33, 1334–1346. 

Druguet  E.,  Czeck  D.M.,  Carreras  J.  &  Castaño  L.M.  2008: 

Emplacement and deformation features of syntectonic leuco-

cratic veins from Rainy Lake zone (Western Superior Province, 

Canada). 

Precambrian Res. 163, 384–400.

Flem  B.  &  Müller A.  2012:  In  situ  analysis  of  trace  elements  in 

quartz using laser ablation inductively coupled mass spectro-

metry.  In:  Götze  J,  Möckel  R.  (Eds.):  Quartz  deposits  — 

 Mineralogy and Analytics. Springer Verlag, 219–236.

Flem  B.,  Larsen  R.B.,  Grimstvedt A.  &  Masfeld  J.  2002:  In  situ 

analysis  of  trace  elements  in  quartz  by  using  laser  ablation 

inductively  coupled  plasma  mass  spectrometry.  Chem. Geol. 

182, 237–247. 

Fuhrman M.L. & Lindsley D.H. 1988: Ternary-feldspar modeling 

and thermometry. Am. Mineral. 73, 201–215.

Gawęda A. 1993: Structure, mineral composition and origin of peg-

matites from the Polish part of the Western Tatra Mountains. 

Archiwum Mineralogiczne  49,  2,  113–144  (in  Polish  with 

English abstract).

Gawęda A. 1995: Geochemistry and Rb/Sr isochron age of pegma-

tites from the Western Tatra Mts. (S-Poland). Geol. Carpath

46, 95–99.

Gawęda A.  2008: Apatite-rich  enclave  in  the  High  Tatra  granite, 

Western Carpathians: petrological and geochronological study. 

Geol. Carpath. 59, 4, 295–306

Gawęda A. 2009: Enclaves in the High Tatra granite. Univ. Silesia 

Publ. House, Monograph Ser.  2637,  Katowice,  1–180  

(in Polish with English abstract).

Gawęda A. & Włodyka R. 2012: The origin of post-magmatic Ca-Al 

minerals in granite-diorite mingling zones: the Tatra granitoid 

intrusion, Western  Carpathians.  N. Jb. Mineral. Abh.  190,  1, 

29–47.

Gawęda A., Pieczka A. & Kraczka J. 2002: Tourmalines from the 

Western Tatra Mountains (Central Western Carpathians): their 

characteristics  and  petrogenetic  importance.  Eur.  J. Mineral. 

14, 943–955.

Gawęda A., Müller A., Stein H., Kądziołko-Gaweł M. & Mikulski S. 

2013: Age and origin of the tourmaline-rich hydraulic breccias in 

the Tatra Granite, Western Carpathians. J. Geosci. 58, 133–148.

Gawęda A., Szopa K. & Chew D. 2014: LA-ICP-MS U-Pb dating 

and REE patterns of apatite from the Tatra Mountains, Poland 

as  a  monitor  of  the  regional  tectonomagmatic  activity. 

 Geochronometria 41, 306–314.

Gawęda A., Szopa K. & Chew D. 2015: Variscan post-collisional 

cooling and uplift of the Tatra Mountains constrained by U-Pb 

apatite and titanite dating. Mineralogia — Spec. Pap. 44, 38. 

Gawęda A., Burda J., Klötzli U., Golonka J. & Szopa K. 2016: Epi-

sodic  construction  of  the  Tatra  granitoid  intrusion  (Central 

Western Carpathians, Poland/Slovakia): consequences for the 

geodynamics of Variscan collision and Rheic Ocean closure. 

Int. J. Earth Sci. 105, 1153–1174.

Götze J., Plötze M. & Habermann D. 2001: Origin, spectra charac-

teristics and practical applications of the cathodoluminescence 

(CL) of quartz — a review. Mineral. Petrol. 71, 225–250.

Harlov D., Tropper P., Seifert W., Nijland T. & Förster H.J. 2006: 

Formation  of  Al-rich  titanite  (CaTiSiO

4

O-CaAlSiO

4

OH) 

reaction rims on ilmenite in metamorphic rocks as a function of 

ƒH

2

O and ƒO

2

Lithos 88, 72–84.

Jourdan A.-L., Vennemann T.W., Mullis J., Ramseyer K. & Spiers 

C.J. 2009: Evidence of growth and sector zoning in hydrother-

mal quartz from Alpine veins. Eur. J. Mineral. 21, 219–231.

Kohút M. & Janák M. 1994: Granitoids of the Tatra Mts., Western 

Carpathians:  Field  relations  and  petrogenetic  implications. 

Geol. Carpath. 45, 301–311.

Kohút M. & Sherlock S. 2003: Laser microprobe 

40

Ar–

39

Ar analysis 

of pseudotachylyte and host-rocks from the Tatra Mountains, 

Slovakia:  evidence  for  late  Palaeogene  seismic/tectonic  acti-

vity. Terra Nova 15, 6, 417–424.

Kohút  M.  &  Siman  P.  2011:  The  Goryczkowa  granitic  type  — 

SHRIMP  dating  of  an  original  granodiorite-tonalite  variety. 

Mineralogia — Spec. Pap, 38, 113–114.

Kohút M., Poller U., Gurk Ch. & Todt W. 2008: Geochemistry and 

U-Pb  detrital  zircon  ages  of  metasedimentary  rocks  of  the 

Lower Unit, Western Tatra Mountains (Slovakia). Acta Geol. 

Polon. 58, 371–384.

Kohút M., Uher P., Putiš M., Broska I., Siman P., Rodionov N. & 

Sergeev S. 2010: Are there any differences in age of the two 

principal Hercynian (I- & S-) granite types from the Western 

Carpathians?  —  A  SHRIMP  approach.  In:  Kohút  M.  (Ed.): 

Dating  of  minerals  and  rocks,  metamorphic,  magmatic  and 

metallogenetic  processes,  as  well  as  tectonic  events. 

 Conferences, Symposia & Seminars, ŠGUDŠ, Bratislava, 

17–18. 

Kranidiotis P. & MacLean W.H. 1987: Systematics of chlorite alte-

ration at Phelps Dodge massive sulphide deposit, Matagami, 

Quebec. Econ. Geol. 82, 1898–1911.

Liebscher A., Franz G., Frei D. & Dulski P. 2007: High-pressure 

melting of eclogite and the PTX history of tonalitic to trondh-

jemitic  zoisite-pegmatites,  Münchberg  Massif,  Germany.  

J. Petrol. 48, 10011019.

London D. 2009: The origin of primary textures in granitic pegma-

tites. Can. Mineral. 47, 697–724.

Lü Z., Zhang L., Du J., Yang X., Tian Z. & Xia B. 2012: Petrology 

of  HP  metamorphic  veins  in  coesite-bearing  eclogite  from 

western Tianshan, China: fluid processes and elemental mobi-

lity  during  exhumation  in  a  cold  subduction  zone.  Lithos  

136–139, 168–186. 

Macpherson  C.G.,  Dreher  S.T.  &  Thirlwall  M.F.  2006: Adakites 

without  slab  melting:  High  pressure  differentiation  of  island 

arc magma, Mindanao, the Philippines. Earth Planet. Sci. Lett. 

243, 581–593.

Massone H.J. & Schreyer W. 1987: Phengite geobarometry based on 

the limited assemblage with K-feldspar, phlogopite and quartz. 

Contrib. Mineral. Petrol. 96, 212–224. 

Miller J.A., Buick I.S., Cartwright I. & Barnicoat A.C. 2002: Fluid 

processes  during  the  exhumation  of  high-P  metamorphic 

belts. Miner. Mag. 6693–119.

Morozewicz K. 1914: Über die Tatragranite. N Jb Geol Paläontol 

Abh 39, 289–345.

Moussallam Y., Schneider D.A., Janák M., Thoni M. & Holm D.K. 

2012: Heterogeneous extrusion and exhumation of deep-crustal 

Variscan  assembly:  Geochronology  of  the  Western  Tatra 

Mountains, northern Slovakia. Lithos 144–145, 88–108.

Moyen J-F. 2009: High Sr/Y and La/Yb ratios: The meaning of the 

“adakitic signature”. Lithos 112, 556-574.

Müller A.,  Wiedenbeck  M.,  van  der  Kerkhof A.M.,  Kronz A.  & 

Simon K. 2003: Trace elements in quartz — a combined elec-

tron microprobe, secondary ion mass spectrometry, laser abla-

tion ICP-MS, and cathodoluminescence study. Eur

. J. Mineral

15, 747–763.

Müller A., Herrington R., Armstrong R., Seltman R., Kirwin D.J., 

Stenina  N.G.  &  Kronz  A.  2010:  Trace  elements  and 

background image

432

GAWĘDA, SZOPA, CHEW, KLÖTZLI, MÜLLER, SIKORSKA and PYKA

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2016, 67, 5, 417 – 432

cathodoluminescence of quartz in stockwork veins of Mongo-

lian porphyry-style deposits. Mineral. Deposita 45, 707–727.

Ondrejka M., Uher P., Putiš M., Broska I., Bačik P., Konečny P. & 

Schmiedt  I.  2012:  Two-stage  breakdown  of  monazite  by 

post-magmatic  and  metamorphic  fluids:  An  example  of  the 

Veporic  orthogneiss,  Western  Carpathians,  Slovakia.  Lithos 

142–143, 245–255.

Paton C., Helistrom J., Paul B., Woodhead J. & Herqt J. 2011: Iolite: 

freeware for the visualisation and processing of mass spectro-

metric data. J. Anal. Atom. Spectrom. 26, 2508–2518.

Petrík  I.,  Broska  I.,  Lipka  J.  &  Siman  P.  1995:  Granitoid  

allanite-(Ce): substitution relations, redox conditions and REE 

distributions  (on  an  example  of  I-type  granitoids,  Western 

 Carpathians, Slovakia). Geol. Carpath. 46, 2, 79-94. 

Petrus J.A. & Kamber B.S. 2012: VizualAge: A Novel Approach to 

Laser Ablation ICP-MS U-Pb Geochronology Data Reduction. 

Geostandards and Geoanalytical Research 36, 3, 247–270.

Poller  U.  & Todt W.  2000:  U-Pb  single  zircon  data  of  granitoids 

from the High Tatra Mountains (Slovakia): implications for the 

geodynamic evolution. Transact. Royal Soc. Edinburgh: Earth. 

Sci. 91, 235–243.

Poller U., Janák M., Kohút M. & Todt W. 2000: Early Variscan mag-

matism  in  the  Western  Carpathians:  U-Pb  zircon  data  from 

granitoids  and  orthogneisses  of  the  Tatra  Mountains  (Slova-

kia). Int. J. Earth Sci. 89, 336–349. 

Puziewicz J. & Johannes W. 1988: Phase equilibria and composi-

tions of Fe-Mg-Al minerals and melts in water-saturated per-

aluminous  granitis  systems.  Contrib. Mineral. Petr

ol. 100, 

156–168.

Pyka P., Szopa K. & Gawęda A. 2013: Megacrysts of kyanite from 

Baranec Mt., Western Tatra Mountains, Slovakia. Mineralogia 

44, 1–2, 35–41.

Pyka  P.,  Gawęda A.,  Szopa  K.,  Müller A.  &  Sikorska  M.  2014: 

Petrogenesis of kyanite-quartz segregations in mica schists of 

the Western Tatra Mountains (Slovakia). Mineralogia 45, 3–4, 

99–120.

Roda E., Pesquera A., Fontan F. & Keller P. 2004: Phosphate  mineral 

association in the Cañada pegmatite (Salamance, Spain): para-

genetic relatioships, chemical compositions, and implications 

for pegmatite evolution. 

Am. Mineral. 89, 110–125.

Schoene B. & Bowring S.A. 2006: U-Pb systematics of the McClure 

Mountain syenite: thermochronological constraints on the age 

of the Ar-40/Ar-39 standard MMhb. Contrib. Mineral. Petrol. 

151, 5, 615–630.

Schoene B. & Bowring S.A. 2007: Determining accurate tempera-

ture-time  paths  from  U-Pb  thermochronology:  An  example 

from  the  Kaapval  craton,  southern  Africa.  Geochim. 

 Cosmochim.  Acta 71, 1, 165–185.

Sheng Y.-M., Zheng Y.-F., Li S.-N. & Hu Z. 2013: Element mobility 

during continental collision: insights from polymineralic meta-

morphic  vein  within  UHP  eclogite  in  the  Dabie  orogen.  

J. Metam. Geol. 31, 221–241.

Schmidt M.-W. & Poli S. 2003: Generation of mobile components 

during subduction of oceanic crust. Treatise on Geochemistry 

3, 567–591.

Simmons Wm.B., Webber K.L. 2008: Pegmatite genesis: state of the 

art. Eur. J. Mineral. 20, 421–438.

Stacey J.S. & Kramers J.D. 1975: Approximation of terrestrial lead 

isotope  evolution  by  a  two  stage  model.  Earth Planet. Sci. 

 Letters 26, 207–221.

Sun S.S. & McDonough W.F. 1989: Chemical and isotopical sys-

tematics of oceanic basalts: implications for mantle composi-

tion and processes. Magmatism in the Oceanic Basins. Geol. 

Soc. Spec. Pub. 42, 313–345.

Szopa K. 2009: The same reaction but different environment: break-

down of monazite in the High Tatra granites. Mineralogia — 

Special Papers 35, 113.

Szopa K., Gawęda A., Müller A. & Sikorska M. 2013: The petro-

genesis  of  granitoid  rocks  unusually  rich  in  apatite  in  the 

 Western Tatra Mts. (S-Poland, Western Carpathians). Mineral. 

Petrol. 107, 609–627.

Thirwall M.F., Smith T.E., Graham A.M., Theodorou N., Hollings 

P.,  Davidson  J.P.  & Arculus  R.J.  1994:  High  Field  Strength 

 Element Anomalies in Arc Lavas: Source or Process? J. Petrol. 

35, 3, 819–838.

Uher P., Ondrejka M. & Konečný P. 2009: Magmatic and post-mag-

matic Y-REE-Th phosphate, silicate and Nb-Ta-REE-Y oxide 

minerals in A-type metagranite: an example from the Turčok 

massif, the Western Carpathians, Slovakia. Miner. Mag. 73, 6, 

1009–1025.

Wark D.A. & Watson E.B. 2006: TitaniQ: a titanium-in-quartz geo-

thermometer. Contrib. Mineral. Petrol. 152, 743–754.