background image

GEOLOGICA CARPATHICA

, DECEMBER 2019, 70, 6, 449–470

doi: 10.2478/geoca-2019-0026

www.geologicacarpathica.com

Titanite composition and SHRIMP U–Pb dating  

as indicators of post-magmatic tectono-thermal activity: 

Variscan I-type tonalites to granodiorites,  

the Western Carpathians

PAVEL UHER

1,

, IGOR BROSKA

2

, EWA KRZEMIŃSKA

3

, MARTIN ONDREJKA

1

,  

TOMÁŠ MIKUŠ

4

 and TOMÁŠ VACULOVIČ

5

1

Department of Mineralogy and Petrology, Faculty of Natural Sciences, Comenius University, Ilkovičova 6, 842 15 Bratislava, Slovakia; 

pavel.uher@uniba.sk

Earth Science Institute, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská cesta 9, 840 05 Bratislava, Slovakia 

3

Polish Geological Institute – National Research Institute, Rakowiecka Street 4, 00-975 Warszawa, Poland

4

Earth Science Institute, Slovak Academy of Sciences, Banská Bystrica branch, Ďumbierska 1, 974 01 Banská Bystrica, Slovakia 

5

Department of Chemistry, Faculty of Science, Masaryk University, Kamenice 5, 625 00 Brno, Czech Republic

(Manuscript received December 3, 2018; accepted in revised form November 11, 2019)

Abstract: Titanite belongs to the common accessory minerals in Variscan (~ 360–350 Ma) metaluminous to slightly 

peraluminous tonalites to granodiorites of I-type affinity in the Tatric and Veporic Units, the Western Carpathians,  

Slovakia. It forms brown  tabular prismatic-dipyramidal crystals (~ 0.5  to 10 mm in size) in association with quartz,  

plagioclase, and biotite. Titanite crystals commonly shows oscillatory, sector and convolute irregular zonal textures,  

reflecting mainly variations in Ca and Ti versus Al (1–2 wt. % Al

2

O

3

, 0.04–0.08 Al apfu), Fe (0.6–1.6 wt. % Fe

2

O

3

0.02–0.04 Fe apfu), REE (La to Lu + Y; ≤ 4.8 wt. % REE

2

O

3

, ≤  0.06 REE apfu), and Nb (up to 0.5 wt. % Nb

2

O

5

, ≤ 0.01 Nb 

apfu). Fluorine content is up to 0.5 wt. % (0.06 F apfu). The compositional variations indicate the following principal 

substitutions in titanite: REE

3+

 + Fe

3+

 = Ca

2+

 + Ti

4+

, 2REE

3+

 + Fe

2+

 = 2Ca

2+

 + Ti

4+

,  and  (Al, Fe)

3+

 + (OH, F)

 = Ti

4+

 + O

2−

.   

The  U–Pb  SHRIMP  dating  of  titanite  reveal  their  Variscan  ages  in  an  interval  of  351.0 ± 6.5  to  337.9 ± 6.1  Ma   

(Tournaisian to Visean); titanite U–Pb ages are thus ~ 5 to 19 Ma younger than the primary magmatic zircon of the host 

rocks. The Zr-in-titanite thermometry indicates a relatively high temperature range of titanite precipitation (~ 650–750 °C), 

calculated for assumed pressures of 0.2 to 0.4 GPa and a(TiO

2

) = 0.6–1.0. Consequently, the textural, geochronological 

and compositional data indicate relatively high-temperature, most probably early post-magmatic (subsolidus) precipitation 

of titanite. Such titanite origin could be connected with a subsequent Variscan tectono-thermal event (~ 340 ± 10 Ma), 

probably related with younger small granite intrusions and/or increased fluid activity. Moreover, some titanite crystals 

show  partial  alteration  and  formation  of  secondary  titanite  (depleted  in  Fe  and  REE) + allanite-(Ce)  veinlets  (Sihla   

tonalite, Veporic Unit), which probably reflects younger Alpine (Cretaceous) tectono-thermal overprint of the Variscan 

basement of the Western Carpathians.

Keywords: titanite, I-type granites, Zr-in-titanite thermometry, LA–ICP–MS analyses, SHRIMP U–Pb dating, Western 

Carpathians.

Introduction

Titanite [previously sphene, CaTi(SiO

4

)O] together with rutile 

and ilmenite belongs to the most widespread titanium minerals 

of the Earth. There is a large variability of titanite presence in 

various lithologies from early Archean to recent, including 

(ultra)basic, intermediate, acid and alkaline magmatic suites 

including pegmatites, low-grade to UHP metamorphic rocks, 

as well as in some hydrothermal and sedimentary environ-

ments (e.g., Paul et al. 1981; Bernau & Franz 1987; Nakada 

1991;  Gieré  1992;  Russell  et  al.  1994;  Černý  et  al.  1995;  

Bea 1996; Carswell et al. 1996; Bouch et al. 1997; Uher et al. 

1998; Castelli & Rubatto 2002; Chakhmouradian et al. 2003; 

Broska et al. 2007; Cempírek et al. 2008; Xie et al. 2010; Gao 

et al. 2011; McLeod et al. 2011; Chen et al. 2016). The titanite 

structure (Speer & Gibbs 1976; Liferovich & Mitchell 2005, 

2006)  comprises  three  different  cation  sites  plus  five  anion 

sites, and the general formula of the titanite-group minerals 

can be written as XYZO

4

W. The sites are inhabited by follo-

wing cations: the tetrahedral Z site hosts Si

4+

 (and possibly small 

amounts of Al

3+

, Ti

4+

, P

5+

, As

5+

, S

6+

, and vacancy), the octa-

hedral Y site occupies Ti

4+

 and various small to medium-sized 

cations (Mg

2+

, Fe

2+

, Fe

3+

, Al

3+

, Sc

3+

, Cr

3+

, Mn

3+

, As

3+

, Sb

3+

, V

3+

V

4+

, Sn

4+

, Zr

4+

, Hf

4+

, Si

4+

, V

5+

, Nb

5+

, Ta

5+

, As

5+

, Sb

5+

, W

6+

),  

the 7-coordinated X site polyhedra contain Ca

2+

 and other 

mainly medium- to large-sized cations: Na

+

, K

+

, Fe

2+

, Mn

2+

Sr

2+

, Ba

2+

, Pb

2+

, REE

3+ 

(La

3+

 to Lu

3+

 and Y

3+

), Th

4+

, and U

4+

whereas the anionic W site is occupied dominantly by O

2

background image

450

UHER, BROSKA, KRZEMIŃSKA, ONDREJKA, MIKUŠ and VACULOVIČ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

(OH)

, F

, and Cl

 (e.g., Ribbe 1980; Bernau & Franz 1987; 

Gieré 1992; Russel et al. 1994; Černý et al. 1995; Perseil & 

Smith  1995;  Knoche  et  al.  1998;  Brugger  &  Gieré  1999;  

Della Ventura  &  Bellatreccia  1999;  Markl  &  Piazolo  1999; 

Chakhmouradian 2004; Cempírek et al. 2008; Xie et al. 2010; 

Stepanov et al. 2012; Pieczka et al. 2017). 

The wide compositional variability of titanite reflects diffe-

rent conditions of the host-rock formation and the mineral is 

widely used in genetic interpretations. Especially, the content 

of Zr in titanite, proportional to temperature and pressure of  

its precipitation is successfully used in the application of  

the  Zr-in-titanite  thermobarometer  (Hayden  et  al.  2008). 

Moreover, admixtures of radioactive actinides (U and Th iso-

topes) and their decay products (Pb isotopes) in titanite struc-

ture enable to measure the radiometric age of titanite formation 

(e.g., Burger et al. 1965; Tilton & Grunenfelder 1968; Resor et 

al. 1996; Kennedy et al. 2010; Sun et al. 2012; Gasser et al. 

2015; Kohn 2017), recently also combined with oxygen iso-

tope distribution across titanite crystals (Bonamici et al. 2015). 

Consequently, titanite composition and isotope characteristics 

represent valuable tools for the understanding of the host-rock 

origin and tracers of various geological processes, widely  

used by petrochronology as well as P–T–t path reconstructions 

(e.g., Rubatto & Hermann 2001; Castelli & Rubatto 2002; Gao 

et al. 2011; Kohn & Corrie 2011; Stearns et al. 2015; Kirkland 

et al. 2016, 2018; Kohn 2017).

Titanite is a characteristic accessory mineral of granitic 

rocks, from metaluminous to slightly peraluminous biotite-  

± hornblende-bearing tonalites and granodiorites of calc-alka-

line,  orogenic-related  suites  (e.g.,  Lyakhovich  1968;  Wones 

1989;  Bea  1996;  Hoskin  et  al.  2000;  McLeod  et  al.  2011). 

Titanite is also a typical accessory mineral in Variscan granitic 

rocks of I-type affinity in the Western Carpathians, Slovakia 

(e.g.,  Schafarzik  1898;  Radziszewski  1924;  Hovorka  1960; 

Hovorka & Hvožďara 1964; Jacko & Petrík 1987; Broska & 

Uher 1988; Petrík & Broska 1989, 1994; Broska et al. 1997). 

Recently, the West-Carpathian granitic titanite has been inves-

tigated in detail, including its electron-microprobe chemical 

composition, 

57

Fe Mössbauer spectroscopy, associated mine-

rals, and alteration products (Broska et al. 2004, 2007; Broska 

& Petrík 2015). 

Despite above-mentioned results, some aspects of titanite 

chemical composition are still not resolved. Moreover, age 

and origin of titanite from the West-Carpathian Variscan 

granitic rocks have been interpreted controversially: as a pro-

duct  of  Alpine  (Cretaceous)  post-magmatic,  syn-  to  post- 

tectonic recrystallization of parental granodiorite/tonalite 

(Zoubek 1936) or as a result of Variscan (Carboniferous) pri-

mary magmatic (Hovorka 1960; Hovorka & Hvožďara 1964) 

to late-magmatic precipitation (Broska et al. 2004, 2007). This 

paper presents a detailed study of titanite in the Variscan I-type 

granites of the Western Carpathians, including their composi-

tional  variations  (main  and  trace  element  chemistry)  with 

main substitution mechanisms, as well as in-situ U–Pb dating 

and possible genetic scenario based on titanite thermobaro-

metry and chronometry. Such research is a contribution to  

our understanding of titanite origin and evolution of the host 

granitic rocks.

Regional geology

The Western Carpathians form a part of the Alpine

 

orogenic 

belt, divided into the Inner and Outer Western Carpathians 

(Bezák et al. 2011). The Paleozoic basement rocks of the Inner 

Western Carpathians occur in three Alpine tectonic units: 

Tatric, Veporic, and Gemeric. The Variscan (Devonian to 

Carboniferous) calc-alkaline granitic plutons of I- and S-type 

affinity (e.g., Petrík & Kohút 1997; Kohút et al. 1999; Broska 

&  Uher  2001;  Kohút  &  Nabelek  2008;  Broska  et  al.  2013) 

occur in the Tatric and Veporic units, they intruded high- to 

medium-grade Paleozoic metamorphic rocks (mainly meta-

pelites to metapsammites) of the Variscan nappes, which show 

a  pre-Alpine,  generally  south  vergency  (e.g.,  Putiš  1992; 

Bezák et al. 1997; Bielik et al. 2004). Moreover, small bodies 

of Permian post-orogenic to anorogenic S- and A-type granitic 

rocks are also present in various tectonic units of the Inner 

Western Carpathians, mainly in the Gemeric Unit (e.g., Uher 

& Broska 1996; Broska & Uher 2001).

The West-Carpathian Variscan I-type granitic rocks are 

 represented  by  coarse-  to  medium-grained,  usually  equigra-

nular to slightly porphyric, biotite, locally hornblende-bearing 

(leuco)tonalites to granodiorites, rarely more evolved two-mica 

granites.  Fluorapatite,  zircon,  allanite-(Ce),  epidote,  magne-

tite, pyrite and titanite belong to widespread accessory mineral 

of these granitic rocks. Moreover, the tonalites to granodio-

rites sporadically contain small bodies of mafic microgranular 

enclaves  of  diorite  to  melatonalite  composition  (Petrík  & 

Broska 1989) and rare dykes of granitic pegmatites (Uher & 

Broska 1995). In contrast to the undeformed I-type granitic 

rocks of the Tatric Unit, those of the Veporic Unit commonly 

show  Paleo-Alpine  (Cretaceous)  metamorphic  overprint 

mani fested by mildly to strong post-magmatic alteration of 

primary magmatic minerals, especially plagioclase, biotite 

and allanite-(Ce). 

These granitic rocks reveal calc-alkaline, metaluminous to 

the slightly peraluminous character with slightly elevated con-

tents of Ca, Mg, Sr, Ba, Ti, Zr and P, and low K, Rb, Li, B, Sn 

and F concentrations (Broska & Uher 2001). The whole-rock 

REE patterns are relatively steep (La

N

/Lu

N

 = 10–40), usually 

with slightly negative Eu anomaly (Eu

N

/Eu

N

* = 0.7–0.9).  

The chemical composition, Sr and Nd isotopes (I

Sr

 = 0.705 ± 

0.001, εNd

350

 = −0.6 to −4) suggest subduction-related, I-type 

character of these granitic rocks, originated by 

mixing of  

a deeper-seated mafic melt with mantle signature into the fel-

sic crustal magmatic reservoir 

(Kohút et al. 1999; Poller et al. 

2001; Broska & Petrík 2011; Broska et al. 2013). The zircon 

in-situ U–Pb isotope dating indicates an Upper Devonian to 

Lower Carboniferous (Mississippian) crystallization age inter-

val  (~ 350  to  370  Ma)  for  the  I-type  granitic  suite  in  the 

Western  Carpathians  (e.g.,  Kohút  et  al.  2009;  Broska  et  al. 

2013; Gawęda et al. 2016). 

background image

451

TITANITE FROM VARISCAN I-TYPE TONALITES TO GRANODIORITES, WESTERN CARPATHIANS

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

Methods

Accessory titanite and their host rocks were studied in 

 polished thin sections under a polarizing optical microscope. 

Moreover, separates of titanite and other accessory minerals 

were obtained by common procedure: crushing of ~ 15 kg rock 

sample, sieving (≤ 0.5 mm size was used) and then by using 

the Wilfley vibrating table, heavy liquids (bromoform, methy-

lene iodide) and finally by the Cook electromagnetic separa-

tor. Titanite crystals were concentrated mainly in the slightly 

paramagnetic fraction of heavy mineral separates. Larger 

titanite crystals (~ 3–10  mm) were manually separated from 

the host rock (Sih-1 sample). These separated titanite crystals 

were fixed and polished in sections of 2.54 cm diameter.

The in situ chemical composition of titanite was analyzed 

by  the  JEOL  JXA  8530FE  electron-probe  microanalyser 

(EPMA) at the Earth Sciences Institute of the Slovak Academy 

of Sciences in Banská Bystrica at the following conditions: 

WDS mode, accelerating voltage 15 kV, probe current 20 nA, 

beam diameter 3 µm, counting time 10–30 s on peak, 5–15 s 

on background, the ZAF correction. The X-ray lines and used 

standards are following: Nb (Lα, LiNbO

3

),  Si  (Kα,  albite),  

Ti (Kα, rutile), Al (Kα, albite), Y (Lα, YPO

4

), La (Lα, LaPO

4

), 

Ce (Lα, CePO

4

), Pr (Lß, PrPO

4

), Nd (Lα, NdPO

4

), Sm (Lß

SmPO

4

), Gd (Lß, GdPO

4

), Fe (Kα, hematite), Mn (Kα, rhodo-

nite), Mg (Kα, diopside), Ca (Kα, diopside), Na (Kα, albite),  

K (Kα, orthoclase), and F (Kα, fluorite). The chemical compo-

sitional zoning of titanite crystals was studied using the back- 

scattered electron imaging (BSE) by the EPMA.

The content of trace elements was measured

 

using a Laser 

Ablation – 

Inductively  Coupled  Plasma 

– 

Mass Spectrometry 

(

LA–ICP–MS)  at  the  Department  of  Chemistry,  Masaryk 

University, Brno, which consists of a laser ablation system  

UP  213  (New  Wave  Research,  Inc.,  Fremont,  U.S.A.)  and  

an ICP–MS spectrometer Agilent 7500 CE (Agilent Techno-

logies,  Santa  Clara,  U.S.A.).  The  laser-ablation  system  is 

equipped with a programmable XYZ-stage to move the sam-

ple along a programmed trajectory during ablation. Visual 

target inspection, as well as the photographic documentation, 

is accomplished using a built-in microscope/CCD-camera sys-

tem. The ablation cell was flushed with helium (carrier gas), 

which transported the laser-induced aerosol to the inductively 

coupled argon plasma (1 l.min

-1

). A sample gas flow of argon 

was admixed to helium carrier gas flow after the laser ablation 

cell. Therefore, the total gas flow was 1.6 l.min

-1

. Laser abla-

tion  was  performed  with  a  laser  spot  diameter  of  40  μm,  

laser pulse fluence of 7 J.cm

-2

, and 10 Hz repetition rate for  

60 seconds each. The Si was used as an internal standard and 

the NIST SRM 610 silicate glass calibration standard was 

applicated. 

The U–Th–Pb isotope composition used for dating of tita-

nite was analysed by SIMS using the Sensitive High Resolution 

Ion Microprobe (SHRIMP) technique by the SHRIMP IIe/MC 

at the Polish Geological Institute – National Research Institute 

(PGI–NRI),  Warszawa.  The  fragments  of  selected  titanite 

crystals were mounted on adhesive tape together with chips of 

reference Khan titanite (e.g., Heaman 2009) and embedded by 

epoxy resin (Struers Epofix). After that, the epoxy disc was 

polished to reveal cross-sections through the grains, cleaned 

and dried. Finally, the polished titanite crystals were imaged 

on the Nikon Eclipse LV100NPol optical microscope in trans-

mitted and reflected light mode using the NIS-Elements BR 

software and on HITACHI SU3500 EPMA using a back-scat-

tered (BSE) detector to check the homogeneity of titanite frag-

ments and to select proper domains for analyses without the 

presence of different mineral inclusions. The sample mount 

was then cleaned and coated with gold to yield a conductivity 

resistance  of  10–20  Ω  for  the  SHRIMP  analysis. The  basic 

analytical procedure for titanite on SHRIMP instrument 

described  by  Sato  et  al.  (2016)  has  been  slightly  modified.  

The run table for titanite included 6 mass scans of the follo-

wing 10 peaks: 

204

Pb (a background measured at 0.045 mass 

units above the 

204

Pb  peak), 

200

TiCa

2

O

4

  (guide  peak), 

206

Pb, 

207

Pb, 

208

Pb, 

238

U, 

232

Th, ThO, UO, and UO

2

The primary ion beam was rastered over a 25–30 µm rectan-

gle for 2.0 minutes prior to each single spot collection, to 

reduce a surface contributions by common Pb. After that each 

measurement  has  six  cycles  through  the  data  acquisition  of  

10 peaks, but a total analytical time for one spot is not extended 

18 min. The focusing of an O

2−

 primary ion beam on sectioned 

titanite grains typically produces a spot with an elliptical size 

of about 20–23 μm and depth of 3–4 μm. 

The Khan

 

titanite was used as the principal reference mate-

rial for Pb*/U and Th*/Pb. The counts were acquired on both 

the sample and titanite standard along whole analytical ses-

sion.  The  uranium  content  of  584 ± 95  ppm,  according  to  

ID–TIMS  characteristics  provided  by  Heaman  (2009),  and 

206

Pb/

238

U age 

of 

518 

± 2 Ma (Kinny et al. 1994) 

were taken as 

reference values. During about 24 hours of the analytical 

 session on SHRIMP, twenty Khan analyses yielded a weight 

average

 207

Pb/

206

Pb age of 518 ± 13 Ma (MSWD = 1.4) and weight 

average

  238

U/

206

Pb age of 516.6 ± 7.0 Ma (MSWD = 1.4). These 

data set (n = 20) gave a lower intercept of age of 517 ± 7 Ma 

(MSWD = 0.96)  on  the  W  concordia  plot  (the  diagram  not 

shown). All these calculated Khan datings are within uncer-

tainty of its reference value,

 

showing similarity to other results 

determined for the Khan titanite by the LA–ICP–MS, ID–

TIMS or SHRIMP methods (Kinny et al. 1994; Simonetti et al. 

2006; Heaman 2009; Chew et al. 2014; Sato et al. 2016; Ma et 

al. 2019).

The  SQUID2.50.11.01.03  software  (Ludwig  2009)  and 

attached the Isoplot/Ex version 3.00 Macro program (Ludwig 

2003) were used for data processing. The SQUID2 calculates 

a ‘calibration constant’, for each analysis of the reference 

material (RM) and an error-weighted mean and standard error 

for all of these analyses, plus the error on the calibration, and 

the external error from the standard dataset. For each analysis 

of an unknown, a value for blank and its uncertainty is calcu-

lated. The ratio 

204

Pb*/

206

Pb, and the estimated 

207

Pb*/

206

Pb age 

of the titanite, are used to correct for a common Pb composi-

tion  calculated  from  the  Stacey  and  Kramers  (1975)  model  

of bulk-crustal Pb isotope composition. The spot values for 

background image

452

UHER, BROSKA, KRZEMIŃSKA, ONDREJKA, MIKUŠ and VACULOVIČ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

U–Th–Pb Special equations (Ludwig 2009) were calculated as 

spot  average,  and  for  other Task  equations  as  spot  average. 

The 

207

Pb correction for 

206

Pb/

238

U as Squid option was applied, 

which assumes concordance between radiogenic 

206

Pb/

238 

and 

207

Pb/

235

U. Possibility of this assumption was evaluated  

by calculation of single analytical session using the concordia 

age  function  of  SQUID2  software  (Ludwig  2009),  which  

has the advantage of providing a test of concor dance. Both 

type  of  the  concordia  diagrams  of  Tera–Wasser burg  (T–W) 

and  Wetherill  (W)  were  generated,  and  values  with  lower  

the mean square weighted deviation (MSWD) were preferred. 

Uncertainties on individual analyses in the data table are 

reported at a 1 σ level but calculated on concordia diagrams 

are  reported  as  a  2 σ. The  error  in  standard  calibration  was 

0.81 %. 

Results

Petrography of granitic rocks

We chose six typical samples of titanite-bearing I-type 

tonalites to granodiorites, located in the Tribeč, Nízke Tatry, 

Vepor and Čierna Hora Mountains (Fig. 1; see the Appendix 

for  detailed  locations).  The  investigated  titanite-bearing 

 gra nitic rocks are medium- to coarse-grained, biotite tonali-

tes to granodiorites with hypidiomorphic granular texture. 

 

Rock-forming minerals include euhedral to subhedral, 

 

locally por phyritic plagioclase as the most common mineral 

(33–58 vol. %; crystal cores An

35–40

, rims An

~ 20

), rare subhed-

ral to anhedral interstitial perthitic K-feldspar (0–12 vol. %), 

anhedral quartz (22–40 vol. %), subhedral biotite (14–17 vol. %), 

and locally also secondary (post-magmatic) anhedral musco-

vite and chlorite after biotite. Accessory minerals (1–3 vol. %) 

comprise  titanite,  apatite  (hydroxylapatite  to  fluorapatite), 

 zircon, allanite-(Ce), epidote, magnetite, ilmenite, rutile, and 

pyrite. Chemical compositions of the studied titanite-bearing 

granitic rocks are listed in Table 1.

Titanite description 

Titanite forms euhedral to subhedral, dark honey-yellow to 

pale brown transparent to translucent, wedge-shaped flattened 

crystals  with  vitreous  to  adamantine  luster,  usually  ~ 0.3  to  

10 mm across, in association with plagioclase, quartz, biotite 

and magnetite (Fig. 2). Tiny inclusions of zircon, apatite, quartz, 

and biotite were detected in some titanite crystals. The BSE 

images of titanite crystals often reveal their complex textural 

growing and dissolution-reprecipitation patterns with domains 

showing fine oscillatory and sector zoning, in combination 

with irregular, mosaic or convolute zoning (Fig. 3A–F). 

This primary titanite crystals are locally replaced along 

cleavage planes, fissures and irregular domains by apparently 

younger quartz, albite, K-feldspar, ilmenite, TiO

2

 phase (rutile 

and/or anatase), hematite, chlorite, epidote to allanite-(Ce) and 

secondary titanite,  especially in samples from the Veporic 

Unit  (Sihla,  Čierna  Hora;  Fig.  3G–H).  Irregular  veinlets  or 

chain-like aggregates of the secondary titanite were also 

Fig. 1. Simplified geological map of the West-Carpathians Paleozoic granitic rocks including titanite-bearing Variscan I-type suite with loca-

tions of studied samples: T-63 and T-70 in Tribeč Mts. (Tatric Unit), ZK-79 in Nízke Tatry Mts. (Tatric Unit), ZK-83 and Sih-1 in Vepor Mts. 

(Veporic Unit) and ZK-12 in Čierna Hora Mts. (Veporic Unit). Abbreviations of mountain areas with granitic massifs in the Tatric Unit: Malé 

Karpaty (MK), Považský Inovec (PI), Suchý and Malá Magura (SMM), Žiar (Z), Malá Fatra (MF), Veľká Fatra (VF), Vysoké and Západné Tatry 

(VT), Nízke Tatry (NT); abbreviations of adjacent countries: Czech Republic (CZ), Poland (PL) and Hungary (H).

background image

453

TITANITE FROM VARISCAN I-TYPE TONALITES TO GRANODIORITES, WESTERN CARPATHIANS

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

described from analogous I-type granitic rocks of the Tribeč 

Mountains (Broska et al. 2004, 2007). Therefore, their detailed 

characterization is beyond the scope of this paper.

Titanite crystal chemistry

The zoning in BSE reflects variations in the chemical com-

position of titanite, lighter zones illustrate elevated contents of 

Fe and REE`s whereas darker zones show higher Ca, Al and/

or Ti contents. Aluminium, Fe, REE`s (La to Lu + Y) and Nb 

are the most characteristic isomorphic admixtures of investi-

gated titanite, detected by EPMA (Table 2). Their contents are 

in the range of 1.0 –2.2 wt. % Al

2

O

3

 (0.04– 0.08 Al atoms per 

formula unit, apfu), 0.6 –1.6 wt. % Fe

2

O

3

 (0.02–0.04 Fe apfu), 

up to 4.8 wt. % REE

2

O

3

 (≤ 0.06 REE apfu), and up to 0.5 wt. % 

Nb

2

O

5

 (≤ 0.01 Nb apfu). Fluorine content is up to 0.5 wt. % 

(0.06 F apfu). Moreover, slightly decreased analytical totals  

of  measured  titanite  (usually  97  to  98  wt. %)  together  with  

the high contents of Al, Fe, and F indirectly indicate a presence 

of (OH)

 anion. The irregular late veinlets and patchy zones of 

the secondary titanite generally reveal lower contents of Fe 

(≤ 1 wt. % Fe

2

O

3

), REE (≤ 2.5 wt. % REE

2

O

3

), Nb (≤ 0.2 wt. % 

Nb

2

O

5

), and atomic Fe/Al ratio (0.2– 0.4) (Table 2, anal. 39, 

58, 74, and 45) with comparison to the primary zones where 

the Fe/Al ratio attains 0.4 to 0.8. 

The trace-element analyses of titanite by the LA–ICP–MS 

method reveal a dominancy of REE`s, especially Y, Ce, and 

Nd (average contents attain ~1000 to 7500 ppm; ∑REE = 6300 

to 21200 ppm) over Mg, Mn, Nb, V, Zr, Sn, Th, U (elements 

with average contents of ~100 to 1300 ppm), and other trace 

elements  with  average  contents  under  100  ppm  (Table  3).  

The  REE  show  a  distinct  dominance  of  LREE  (La  to  Sm)  

over HREE (Gd to Lu, without Y), the average Ce/Yb weight 

ratio varies between 15 and 51. Chondrite-normalized titanite 

Table 1: Chemical analyses of studied titanite-bearing granitic rocks 

from the Western Carpathians. Oxides in wt. %, trace elements in ppm. 

Analytical techniques  see  Broska  &  Uher  (2001). T

Zrn

  (°C):  zircon 

saturation temperature in °C (Watson & Harrison 1983).

Sample

T-63

ZK-120 

VG-14

Sih-1

ZK-12

(≈ ZK-79)

(≈ ZK-83)

Rock

tonalite

granodiorite

tonalite

tonalite

tonalite

Massif

Tribeč

Prašivá

Vepor

Vepor

Čierna 

Hora

SiO

2

64.45

67.79

63.18

64.57

64.34

TiO

2

0.76

0.46

1.04

0.80

0.93

Al

2

O

3

16.38

16.12

16.24

16.34

16.18

Fe

2

O

3

4.45

2.95

4.75

4.29

4.68

MnO

0.08

0.05

0.07

0.07

0.08

MgO

1.86

1.29

1.62

1.62

1.81

CaO

3.46

1.52

3.27

3.59

3.18

Na

2

O

4.15

3.92

4.00

4.36

4.14

K

2

O

2.59

3.88

2.13

2.54

2.47

P

2

O

5

0.26

0.11

0.43

0.29

0.40

Total

98.44

98.09

96.73

98.47

98.21

Rb

80

139

63

67

67

Sr

848

403

798

860

829

Ba

1237

805

1108

1263

1505

Pb

17

5

3

24

20

Zn

86

71

83

89

85

V

92

53

98

82

97

Cr

26

21

32

18

24

Co

10

6

8

7

34

Ni

9

6

8

4

8

Y

15.24

10.00

37.02

23.01

16.54

La

43.5

29.24

59.43

52.52

59.26

Ce

91.64

60.16

134.06

116.75

118.13

Pr

10.68

6.99

17.05

14.12

13.34

Nd

40.84

26.46

70.44

55.61

49.82

Sm

7.18

4.66

13.56

10.27

8.5

Eu

1.69

1.01

3.19

2.38

2.18

Gd

4.81

3.08

10.36

7.27

6.19

Tb

0.62

0.39

1.42

0.92

0.77

Dy

3.25

2.02

7.57

4.71

3.80

Ho

0.58

0.36

1.40

0.84

0.66

Er

1.54

0.96

3.81

2.42

1.58

Tm

0.21

0.13

0.55

0.36

0.21

Yb

1.34

0.86

3.51

2.19

1.12

Lu

0.19

0.12

0.48

0.32

0.17

Zr

214

136

313

254

290

Hf

4.99

3.21

7.05

5.77

6.41

Nb

10.87

11.95

25.4

19.23

13.16

Ta

0.60

0.82

1.35

1.35

0.99

Th

9.45

10.18

10.39

10.28

9.39

U

5

<

3

4

3

Zr/Hf

42.8

42.4

44.4

44.1

45.3

Ce/Yb

68.4

70.0

38.2

53.3

105.5

∑REE

223

146

364

294

282

T

Zrn

 (°C)

797

779

840

808

829

Fig. 2. Photography of titanite crystals (pale brown, 7 and 5 mm 

across) in biotite tonalite, Sihla (Sih-1 sample, Vepor Mts.).

background image

454

UHER, BROSKA, KRZEMIŃSKA, ONDREJKA, MIKUŠ and VACULOVIČ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

Fig. 3. Representative internal textures of titanite from the West-Carpathian granitic rocks (back-scattered electron images, BSE) with various 

patterns of growth and dissolution–reprecipitation zoning. A–F: the combination of fine oscillatory, sector, irregular mosaic and convolute 

zoning. Zircon (white) forms tiny euhedral inclusion in A; G–H: primary titanite crystals partly replaced by late (probably Alpine) irregular 

secondary veinlets and patchy zones of secondary titanite (darker domains) and allanite-(Ce) along cleavage planes, fissures and crystal rims 

(white small domains and grains). Titanite sample locations: T-63 Tribeč Mts. (A–B); T-70 Tribeč Mts. (C–D); ZK-79 Nízke Tatry Mts. (E); 

ZK-83 Vepor Mts. (F); Sih-1 Vepor Mts. (G); ZK-12 Čierna Hora Mts. (H).

background image

455

TITANITE FROM VARISCAN I-TYPE TONALITES TO GRANODIORITES, WESTERN CARPATHIANS

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

Table 

2:

 Representative 

chemical 

compositions and 

mineral 

formulae 

of 

studied 

titanite 

from 

the 

W

est-Carpathian 

granitic 

rocks. 

Oxides 

and 

in 

wt. 

%, mineral 

formulae in 

atoms 

per 

formula unit (

apfu

). 

Sample

T-63

T-63

T-63

T-70

T-70

T-70

ZK-79

ZK-79

ZK-79

ZK-83

ZK-83

ZK-83

Sih-1

Sih-1

Sih-1

ZK-12

ZK-12

ZK-12

Analyse

13

15

20

27

37

39

58

66

68

73

74

80

6A

3B

6B

40

45

52

Nb

2

O

5

0.13

0.14

0.35

0.24

0.1

1

0.07

0.00

0.32

0.21

0.19

0.05

0.44

0.19

0.31

0.20

0.44

0.02

0.66

SiO

2

30.29

29.81

29.43

29.93

30.26

30.69

30.59

29.75

30.36

30.1

1

30.32

29.74

30.23

30.01

30.44

29.93

30.40

29.91

Ti

O

2

37.31

35.74

34.75

36.43

36.72

36.92

36.36

36.51

36.50

35.98

37.22

36.12

36.08

35.32

38.09

36.42

35.42

36.03

Al

2

O

3

1.25

1.27

1.30

1.18

1.25

1.36

1.53

1.20

1.50

1.55

1.37

1.44

1.44

1.51

1.27

1.46

2.16

1.36

Fe

2

O

3

1.24

1.63

1.54

0.99

1.22

0.61

0.67

0.90

1.25

1.29

0.90

1.39

1.46

1.33

0.84

1.16

0.83

1.15

Y

2

O

3

0.20

0.66

0.82

0.53

0.14

0.04

0.02

0.43

0.57

0.23

0.04

1.14

0.42

0.91

0.77

0.95

0.00

0.62

La

2

O

3

0.15

0.13

0.27

0.10

0.16

0.00

0.00

0.15

0.00

0.10

0.03

0.07

0.20

0.14

0.00

0.05

0.03

0.07

Ce

2

O

3

0.64

0.96

1.46

0.69

0.71

0.05

0.03

0.80

0.32

0.47

0.22

0.69

0.86

1.1

1

0.06

0.44

0.06

0.45

Pr

2

O

3

0.05

0.17

0.23

0.15

0.02

0.00

0.00

0.14

0.09

0.05

0.01

0.20

0.1

1

0.27

0.00

0.10

0.00

0.07

Nd

2

O

3

0.47

0.97

1.38

0.93

0.37

0.02

0.03

0.67

0.38

0.41

0.08

0.98

0.68

1.23

0.34

0.74

0.00

0.50

Sm

2

O

3

0.00

0.23

0.35

0.19

0.12

0.03

0.06

0.17

0.21

0.06

0.05

0.35

0.12

0.38

0.16

0.31

0.05

0.13

Gd

2

O

3

0.04

0.24

0.23

0.23

0.00

0.00

0.00

0.08

0.02

0.02

0.14

0.34

0.03

0.34

0.21

0.27

0.03

0.16

MnO

0.10

0.06

0.13

0.12

0.17

0.05

0.15

0.12

0.09

0.09

0.10

0.13

0.17

0.28

0.08

0.18

0.05

0.16

CaO

27.89

26.64

26.12

26.90

27.71

28.85

28.97

26.93

27.97

27.76

28.71

26.45

27.26

26.49

28.07

27.00

28.92

27.76

Na

2

O

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.03

0.00

0.02

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

F

0.23

0.19

0.1

1

0.13

0.09

0.43

0.29

0.13

0.37

0.30

0.37

0.06

0.22

0.00

0.20

0.1

1

0.56

0.05

Sum (-F=O)

99.87

98.74

98.43

98.68

99.00

99.1

1

98.70

98.24

99.68

98.47

99.48

99.51

99.38

99.61

100.63

99.50

98.28

99.04

REE

2

O

3

1.54

3.36

4.75

2.82

1.51

0.13

0.14

2.44

1.59

1.34

0.58

3.76

2.41

4.37

1.53

2.85

0.16

1.99

Mineral formulae based on 3 (X+Y+ Si) cations

Si

0.994

1.001

0.999

1.002

1.001

1.006

1.003

0.999

0.997

0.999

0.992

0.993

1.001

1.002

0.991

0.994

0.999

0.992

Nb

0.002

0.002

0.005

0.004

0.002

0.001

0.000

0.005

0.003

0.003

0.001

0.007

0.003

0.005

0.003

0.007

0.000

0.010

Ti

 

0.921

0.902

0.887

0.917

0.913

0.910

0.897

0.922

0.902

0.898

0.915

0.907

0.899

0.887

0.933

0.909

0.875

0.898

Al

0.049

0.050

0.052

0.047

0.049

0.052

0.059

0.048

0.058

0.060

0.053

0.057

0.056

0.060

0.049

0.057

0.084

0.053

Fe

0.031

0.041

0.039

0.025

0.030

0.015

0.017

0.023

0.031

0.032

0.022

0.035

0.036

0.033

0.021

0.029

0.020

0.029

Sum Y

1.002

0.996

0.984

0.993

0.994

0.978

0.973

0.997

0.994

0.994

0.991

1.005

0.994

0.985

1.005

1.002

0.980

0.990

0.003

0.012

0.015

0.009

0.002

0.001

0.000

0.008

0.010

0.004

0.001

0.020

0.007

0.016

0.013

0.017

0.000

0.01

1

La 

0.002

0.002

0.003

0.001

0.002

0.000

0.000

0.002

0.000

0.001

0.000

0.001

0.002

0.002

0.000

0.001

0.000

0.001

Ce 

0.008

0.012

0.018

0.008

0.009

0.001

0.000

0.010

0.004

0.006

0.003

0.008

0.010

0.014

0.001

0.005

0.001

0.005

Pr 

0.001

0.002

0.003

0.002

0.000

0.000

0.000

0.002

0.001

0.001

0.000

0.002

0.001

0.003

0.000

0.001

0.000

0.001

Nd 

0.006

0.012

0.017

0.01

1

0.004

0.000

0.000

0.008

0.005

0.005

0.001

0.012

0.008

0.015

0.004

0.009

0.000

0.006

Sm 

0.000

0.003

0.004

0.002

0.001

0.000

0.001

0.002

0.002

0.001

0.001

0.004

0.001

0.004

0.002

0.004

0.001

0.001

Gd 

0.000

0.003

0.003

0.003

0.000

0.000

0.000

0.001

0.000

0.000

0.002

0.004

0.000

0.004

0.002

0.003

0.000

0.002

Mn 

0.003

0.002

0.004

0.003

0.005

0.001

0.004

0.003

0.003

0.002

0.003

0.004

0.005

0.008

0.002

0.005

0.001

0.005

Ca 

0.981

0.958

0.950

0.965

0.982

1.013

1.018

0.969

0.984

0.987

1.006

0.946

0.968

0.948

0.979

0.960

1.018

0.986

Na 

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.002

0.000

0.001

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

Sum X

1.003

1.004

1.017

1.005

1.005

1.016

1.024

1.004

1.009

1.007

1.017

1.001

1.005

1.013

1.004

1.005

1.021

1.018

Sum REE

0.019

0.044

0.063

0.037

0.019

0.002

0.002

0.032

0.022

0.017

0.007

0.051

0.031

0.057

0.022

0.039

0.002

0.027

0.023

0.020

0.012

0.013

0.010

0.045

0.030

0.013

0.038

0.031

0.038

0.006

0.023

0.000

0.020

0.01

1

0.058

0.005

Fe/Al

0.63

0.82

0.76

0.54

0.63

0.29

0.28

0.48

0.53

0.53

0.42

0.62

0.65

0.56

0.42

0.51

0.24

0.54

Contents of Mg and K were under detection limits.

background image

456

UHER, BROSKA, KRZEMIŃSKA, ONDREJKA, MIKUŠ and VACULOVIČ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

patterns of REE show convex shapes from La to Sm with 

almost regularly gradual decreasing of HREE`s from Gd to 

Lu, and slightly negative Eu anomalies: Eu

N

/Eu*

N

 attains 0.6 

to 0.95, with the exception of ZK-12 sample (Čierna Hora) 

where the value attains 1.2 (Fig. 4). The highest positive cor-

relations between the trace elements of titanite (r ≥ 0.7) have 

been observed between Zr vs. Hf , ∑REE vs. Zr (Hf), Th vs. 

Hf (Zr), and Nb vs. Ta (Fig. 5).

Titanite U–Pb dating

The BSE imaging shows that investigated titanite crystals 

are  not  homogeneous  (Fig.  3)  and  they  are  locally  slightly 

porous, but in general, they show sufficiently large unzonal 

domains for successful in-situ dating (Fig. 6). 

The accuracy of the SHRIMP results is strongly influenced 

by content of uranium in titanite and low U grains usually pro-

vide non-accurate results. In consequence, both titanite sam-

ples from the Tribeč Mts. (T-63 and T-70) were excluded from 

the dating, because of their relatively low U contents checked 

by a single scan of grains on SHRIMP. Finally, only four sam-

ples (ZK-79, ZK-83, Sih-1, ZK-12) were analysed. The titanite 

single spot analyses show compositional variability of U (~ 40 

to ~ 660 ppm) and Th (~10 to ~ 680 ppm) in these four samples, 

used for the dating (Table 4). Contents of Th attain commonly 

>200 ppm and variable U/Th weight ratio (~1 to 9) appears 

here. However, in a case of ZK-12 and occasionally also in 

ZK-79 and ZK-83 samples, a clearly lower Th contents  

(usually <100 ppm) and corresponding Th/U ratio (~0.1 to 0.6) 

has been obtained, that may suggest a more complex origin of 

the parts of crystals.

In the investigated titanite samples, the content of common 

Pb is moderate to high, ranging from 1.85 % to 29.52 %  

(Table 4);

 t

his table shows also a correlation between common 

Pb content and discordance. Thus the final age calculations 

were made for all analyzes as well as after rejection the few 

highest common Pb results. There are several analyses on 

titanite crystals in each sample that have concordant or nearly 

concordant  U–Pb  ages  (+3,  −4,  −6,  +11  %  of  discordance; 

Table  4).  All  from  50  single  spot  measurements  yielded 

238

U/

206

Pb age results between 364 ± 14 Ma and 317 ± 12 Ma, 

but most of them are grouped at 334 Ma with minor peaks at 

341 Ma and 349 Ma (based on a histogram plot, not shown).

The age calculations for each sample were conducted for  

(1) all analysed and then for (2) selected titanite grains, where 

the lowest common Pb values are <10 % (except Sih-1 sam-

ple) were acquired. All calculated values including concordia 

ages from both Tera–Wasserburg and Wetherill diagrams as 

well as weighted average 

238

U/

206

Pb ages are shown in Table 5 

and compared with corresponding zircon ages (Broska et al. 

2013). The  distribution  of  data  on  concordia  plots  are  rela-

tively consistent; results with the lowest MSWD are preferred 

yielding the following ages (Table 5, Fig. 7): 343.1 ± 8.2 Ma, 

MSWD = 0.47 (Nízke Tatry Mts., ZK-79 sample), 351.0 ± 6.5 Ma, 

MSWD = 0.0047  (Vepor  Mts.,  ZK-83  sample),  344 ± 12  Ma, 

MSWD = 5.9 (Vepor Mts., Sih-1 sample), and 337.9 ± 6.1 Ma, 

Table 3: Average concentrations of trace elements in titanite from the 

West-Carpathian granitic rocks (in ppm).

Massif

Tribeč

Nízke 

Tatry

Vepor

Čierna 

Hora

Det. 

lim.

Sample

T-63

T-70

ZK-79 ZK-83

Sih-1

ZK-12

Li

<

<

<

<

<

<

1.8

Be

<

<

<

<

<

<

2.7

B

<

<

<

<

<

<

47

Mg

174

95

130

124

239

200

2.2

K

28

45

106

79

32

121

10

Sc

25

32

19

22

30

14

2.4

V

862

705

649

698

704

890

1.7

Cr

28

25

28

22

31

47

10

Mn

1342

1131

998

1061

1244

991

5.0

Co

<

<

<

1

<

<

0.4

Ni

<

<

<

<

<

<

11

Cu

<

<

<

<

<

<

8.9

Zn

7.2

7.2

11

14

8.2

17

5.0

Ga

3.6

2.8

2.5

2.4

3.6

3

0.7

As

19

19

17

22

24

15

11

Rb

<

<

<

<

<

<

1.6

Sr

59

45

49

53

51

35

0.3

Y

1678

1942

2050

1526

2682

1222

0.2

Zr

406

285

234

273

357

155

0.1

Nb

1019

850

866

850

1037

932

0.1

Mo

49

29

43

51

50

27

1.5

Cd

<

<

<

<

<

7.8

6.5

In

<

<

<

<

<

<

1.2

Sn

111

110

66

74

118

125

24

Sb

<

<

<

10

<

3.9

2.2

Cs

<

<

<

<

<

<

0.7

Ba

<

<

11

19

<

4.3

2.3

La

2029

1319

705

894

1436

259

0.1

Ce

7479

5594

3370

3918

6570

1393

0.1

Pr

1065

831

628

652

1176

281

0.3

Nd

4822

3779

3343

3333

5580

1468

2.6

Sm

984

713

777

797

1266

423

1.5

Eu

202

158

202

162

208

154

0.9

Gd

597

444

529

519

848

366

3.4

Tb

79

71

75

75

115

59

0.5

Dy

396

398

406

390

592

296

1.5

Ho

75

80

81

70

116

60

0.2

Er

183

204

218

170

277

151

0.6

Tm

23

30

30

21

39

18

0.2

Yb

146

173

189

128

243

95

1.1

Lu

20

21

25

18

31

12

0.2

Hf

35

23

21

20

28

15

1.4

Ta

88

78

65

72

102

47

0.1

W

2.2

1.8

2.1

2.8

1.7

5.7

1.0

Tl

102

<

8.7

<

<

3.8

3.4

Pb

20

13

13

16

17

6.6

0.9

Bi

0.8

2.6

1.3

2.4

0.6

5.1

0.4

Th

580

284

292

298

401

89

0.1

U

118

96

154

169

93

204

0.5

∑REE

19779

15756

12628

12673

21178

6257

Ce/Yb

51.2

32.3

17.9

30.6

27.1

14.7

Y/Ho

22.4

24.3

25.3

21.8

23.0

20.3

Eu

N

/

Eu*

N

0.80

0.85

0.95

0.76

0.61

1.19

Zr/Hf

11.6

12.1

11.2

13.5

12.6

10.3

Nb/Ta

11.6

10.9

13.3

11.9

10.2

19.8

Notes: Det. lim. = lower detection limit (ppm); < = value under the lower 

detection limit.

Eu

N

/Eu*

N

 = Eu

N

/√(Sm

N

*Gd

N

), where Eu

N

, Sm

N

 and Gd

N

 are concentrations 

of Eu, Sm and Gd normalized to chondrite concentrations (after Barrat et al. 

2012).

background image

457

TITANITE FROM VARISCAN I-TYPE TONALITES TO GRANODIORITES, WESTERN CARPATHIANS

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

MSWD = 0.85  (Čierna  Hora  Mts.,  ZK-12  sample). All  these 

age results are grouped in a relatively narrow, ~13 Ma time 

interval between 351 and 338 Ma. This age corresponds to 

Carboniferous, Lower to Middle Mississippian (Tournaisian 

to  Visean),  according  to  data  of  the  most  recent  edition  of  

The International Chronostratigraphic Chart (version 2019/05; 

www.stratigraphy.org). 

Discussion

Titanite chemical composition

Crystal chemistry of titanite allows wide range of various 

cationic and anionic substitutions, which sensitively reflect 

geological environment and evolution of the parental rocks. 

Accessory titanite is an important carrier of REE in granitic 

0

10

20

30

40

50

0

100

200

300

400

500

600

Hf

 (ppm

)

Zr (ppm)

Tribeč T-63
Tribeč T-70
N. Tatry ZK-79
Vepor. ZK-83
Vepor. Sih-1
Č. Hora ZK-12

r = 0.844

A

0

100

200

300

400

500

0

10000

20000

30000

40000

Zr

 (ppm

)

Sum REE (ppm)

Tribeč T-63
Tribeč T-70
N. Tatry ZK-79
Vepor. ZK-83
Vepor. Sih-1
Č. Hora ZK-12

r = 0.765

B

0

10

20

30

40

50

0

200

400

600

800

1000

Hf

 (ppm

)

Th (ppm)

Tribeč T-63
Tribeč T-70
N. Tatry ZK-79
Vepor. ZK-83
Vepor. Sih-1
Č. Hora ZK-12

r = 0.794

C

0

100

200

300

400

500

0

500

1000

1500

2000

Ta

 (ppm

)

Nb (ppm)

Tribeč T-63
Tribeč T-70
N. Tatry ZK-79
Vepor. ZK-83
Vepor. Sih-1
Č. Hora ZK-12

r = 0.697

D

100

1000

10000

100000

La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Tribeč T-63
Tribeč T-70
N. Tatry ZK-79
Vepor. ZK-83
Vepor. Sih-1
Č. Hora ZK-12

Ti

ta

ni

te

 / 

chondr

ite

Fig. 4. Chondrite-normalized REE patterns of investigated titanite 

from the West-Carpathian granitic rocks; average REE concentrations 

in  each  titanite  sample  (Table  3)  and  CI  chondrite  contents  after 

Barrat et al. (2012) were used. 

Fig. 5. Correlation diagrams of selected trace elements in titanite from the West-Carpathian granitic rocks. The highest positive trace element 

correlations are illustrated here.

background image

458

UHER, BROSKA, KRZEMIŃSKA, ONDREJKA, MIKUŠ and VACULOVIČ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

ZK-79  

ZK-79  

354 ±12 Ma

(U=41 ppm)

350 ±13 Ma

(U=84 ppm)

335 ±12 Ma

(U=163 ppm)

345 ±12 Ma

(U=108 ppm)

337 ±12 Ma

(U=59 ppm)

334 ±12 Ma

(U=64 ppm)

347 ±12 Ma

(U=65 ppm)

A  

B  

ZK-83  

ZK-83  

347 ±12 Ma

(U=204 ppm)

350 ±14 Ma

(U=107ppm)

350 ±12 Ma

(U=398 ppm)

343 ±14 Ma

(U=38 ppm)

C  

D  

Sih-1  

Sih-1  

334 ±12 Ma

(U=56 ppm)

319 ±12 Ma

(U=72 ppm)

333 ±12 Ma

(U=61 ppm)

E  

ZK-12  

ZK-12  

336 ±12 Ma

(U=347ppm)

324 ±12 Ma

(U=119 ppm)

364 ±12 Ma

(U=58 ppm)

333±11 Ma

(U=408 ppm)

329 ±12 Ma

(U=63 ppm)

331 ±12 Ma

(U=190 ppm)

H

Fig. 6. Examples of back-scattered electron (BSE) images of titanite crystal fragments extracted for U–Pb geochronology with age results and 

corresponding U contents. White ellipses represent locations of spot analyses (20–25 μm in diameter). The age result is also shown.

 

Titanite 

sample locations: T-79 Nízke Tatry Mts. (AB); T-83 Vepor Mts. (CD); Sih-1 Vepor Mts. (EF); ZK-12 Čierna Hora Mts. (G–H).

background image

459

TITANITE FROM VARISCAN I-TYPE TONALITES TO GRANODIORITES, WESTERN CARPATHIANS

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

rocks, especially in allanite-bearing metaluminous to slightly 

peraluminous I-type suites, where 80 to 95 wt. % of ∑REE 

reside in allanite + titanite (Gromet & Silver 1983), and up to  

7 wt. % of LREE occupies titanite (Bea 1996). Contents of 

REE in titanite attain usually up to 5 wt. % REE

2

O

3

 (e.g., 

Lyakhovich 1968; Higgins & Ribbe 1976; Gromet & Silver 

1983;  Nakada  1991;  Paterson  &  Stephens  1992;  Bea  1996; 

Della  Ventura  &  Bellatreccia  1999;  Hoskin  et  al.  2000; 

Chakhmouradian 2004; Vuorinen & Hålenius 2005; Xie et al. 

2010). Higher REE

2

O

3

 contents are relatively rare, for exam-

ple in some titanite crystals in the Ross Mull granite, Scotland, 

United Kingdom (≤ 6.1 wt. %; McLeod et al. 2011), rhyolitic 

rocks from Colorado and Nevada, USA (≤ 7.4 wt. %; Ackerson 

2011;  Colombini  et  al.  2011),  metagranite  from  the  Sulu  

UHP  complex,  China  (≤ 7.6  wt. %;  Chen  &  Zheng  2015),  

the Willow Spring Draw rhyolite, New Mexico, USA (8.2 wt. % 

REE

2

O

3

:  2.7  wt. %  Y

2

O

3

 and 5.5 wt. % of other REE

2

O

3

Foord  et  al.  1993).  The  highest  known  contents  of  REE  in 

natural titanite-group minerals are Y-rich titanite (yttrotitanite 

or keilhauite variety) with 12.1 wt. % REE

2

O

3

, 6.2 wt. % Al

2

O

3

 

and 5.9 wt. % Fe

2

O

3

  from  Buöe  (Boie)  granitic  pegmatite  

near Arendal, Norway (Vlasov et al. 1964) and natrotitanite 

[(Na

0.5

Y

0.5

)Ti(SiO

4

)O],  a  member  of  titanite  group  with  

18.5 wt. % of REE

2

O

3

 from the Verkhnee Espe rare-element 

deposit, Kazakhstan, related to alkaline granites (Stepanov et 

al. 2012).

The REE`s together with Al and Fe are dominant cation 

 isomorphic  admixtures  in  the  studied  titanite  (≤ 4.8  wt. % 

REE

2

O

3

,

 

1.0–2.2 wt. % Al

2

O

3

, 0.6–1.6 wt. % Fe

2

O

3

; Table 1). 

Following principal coupled substitution mechanisms drive 

entry of REE`s, Al and Fe into titanite structure:
REE

3+

 + (Fe,Al)

3+

 = Ca

2+

 + Ti

4+

 (1), 

in REE-(Fe,Al)-rich and Na-poor titanite, typical mainly for 

granitic  rocks  (e.g.,  Zabavnikova  1957;  Vlasov  et  al.  1964; 

Lyakhovich  1968;  Ribbe  1980;  Green  &  Pearson  1986;  

Broska et al. 2004), rarely in alkaline pegmatites (Russell et al. 

1994); 

2REE

3+

 + Fe

2+

 = 2Ca

2+

 + Ti

4+

 (2) (Ribbe 1980; Gieré 1992);

Na

+

 + (Y, HREE)

3+

 = 2Ca

2+

 (3), found in natrotitanite (Stepanov 

et al. 2012);
(Al,Fe)

3+

 + (OH,F)

 = Ti

4+

 + O

2−

 (4), substitution typical mainly 

for  metamorphic  titanite  (e.g.,  Zabavnikova  1957;  Ribbe 

1980;  Green  &  Pearson  1986;  Gieré  1992;  Chen  &  Zheng 

2015);
Fe

2+

 + 2(OH, F)

 = Ti

4+

 + 2O

2−

  (5)  (Zabavnikova  1957;  Gieré 

1992), and
Fe

2+

 + vacancy = Ti

4+

 + O

2−

 (6)

 

substitution (Gieré 1992).

The 

57

Fe Mössbauer spectroscopy indicates a general domi-

nance of Fe

3+

 over Fe

2+

 in titanite from the West-Carpathian 

granitic rocks with 13.5 to 22.0 % Fe

2+

 [100*Fe

2+

/(Fe

2+

 +  Fe

3+

)]; 

however  some  titanite  samples  (Nitra  and  Sihla)  show  43.6 

and 58.3 % Fe

2+

, respectively (Broska et al. 2004). Therefore, 

the entry of REE into the titanite structure is compensated by 

both Fe

3+

 and Fe

2+

 cations along the (1) and (2) substitution 

mechanisms in the studied samples. The REE versus Fe

total

 

(Fe

2+

 + Fe

3+

)  diagram  shows  positive  correlation  trend  with 

atomic REE : Fe ratio between 2:1 and 1:1, which also support 

the presence of both iron valence states in titanite (Fig. 8A). 

Moreover, some compositions reveal the REE:Fe ratio below 

1:1, indicating a presence of other substitution mechanisms 

including Fe without REE, mainly (4) exchange (Fig. 8A–B). 

Entry of Nb

5+

 cation into the structure of investigated titanite 

(up to 0.5 wt. % Nb

2

O

5

)  could  be  compensated  by  trivalent 

cations along the Nb

5+

 + (Al, Fe)

3+

 = 2Ti

4+

 substitution vector (7), 

to żabińskiite end-member, Ca(Al

0.5

Ta

0.5

)(SiO

4

)O (Pieczka et 

al.  2017).  However,  measured  contents  of  Nb  and  Ta  in  

the studied West-Carpathian titanites are too low for unambi-

guous evidence of such a mechanism.

The major and trace element composition of titanite can 

 discriminates their magmatic versus metamorphic or hydro-

thermal origin. Generally, the Fe/Al atomic ratio over 0.5 cor-

responds to titanite from igneous rocks, conversely values 

<0.5 are characteristic for metamorphic titanite (Nakada 1991; 

Kowallis et al. 1997, 2018; Aleinikoff et al. 2002). The Fe/Al 

ratio of investigated titanite attains 0.4–0.8 for primary REE- 

and Fe-enriched domains in contrast to 0.2–0.4 in the secon-

dary REE- and Fe-poor titanite. Therefore, the Fe/Al value is 

not unambiguous for primary titanite but it indicates metamor-

phic (non-igneous) origin of secondary titanite zones. Higher 

Th/U weight ratio (~1 to 9) in majority of measured titanite 

crystals reveals rather a magmatic origin of titanite in contrast 

to distinctly lower Th/U ratio (~0.1 to 0.6) in some domains 

(especially in ZK-12 sample), probably of secondary titanite 

which indicate metamorphic or hydrothermal origin (cf. 

Aleinikoff  et  al.  2002;  Li  et  al.  2010;  Gao  et  al.  2012). 

However, the Th/U ratio cannot effectively discriminates 

igneous vs. hydrothermal or metamorphic source for high- 

temperature titanite (Liu et al. 2018). 

The chondrite-normalized pattern of studied titanite, con-

sisting convex shape of LREE, insignificant to absent Eu 

anomaly and gradual decreasing of HREE (Fig. 4) also is not 

an efficient discriminator for igneous vs. metamorphic or 

hydrothermal origin. Analogous REE-normalized patterns 

 display  titanite  from  granitic  rocks  (Bea  1996;  Bauer  2015; 

Kohn  2017)  as  well  as  from  metamorphic  rocks  (eclogites; 

Gao et al. 2011; Skublov et al. 2014). Consequently, the shape 

of the chondrite-normalized REE patterns of titanite is rather 

a result of different REE partitioning between the host-rock 

minerals.

Titanite age and origin

Titanite is a relatively common accessory mineral and 

a principal carrier of titanium in the West-Carpathian Variscan 

I-type  tonalites  to  granodiorites;  it  fixes  ≤ 80 wt. % Ti of  

the  bulk  rock  (Broska  et  al.  2004).  Titanite  is  here  present  

in  the  association  of  magnetite + quartz,  which  indicates  

a relatively increased oxygen fugacity (log f O

2

 ≈ −12). 

background image

460

UHER, BROSKA, KRZEMIŃSKA, ONDREJKA, MIKUŠ and VACULOVIČ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

Table 4: Isotope U, Th, and Pb data of studied titanite from the West-Carpathian granitic rocks.

 spot

204

Pb/

206

Pb ± %

207

Pb/

206

Pb ± %

208

Pb/

206

Pb ± %

206

Pb/

238

U ± %

206

Pb/

254

UO ± % corrected

204

Pb/

206

Pb

206

Pb

% U ppm Th ppm Th/U corrected

206

Pb

*

 ppm

ZK-79: granodiorite, Brusno, Nízke Tatry Mountains
ZK-79.1.1 

0.00823 5.3

0.181 2.5

0.944 1.1

1.612 4.7

0.1040 2.1

0.0087

15.98

78

231

2.96

3.4

ZK-79.2.1 

0.00924 6.7

0.190 7.7

1.306 1.8

1.559 5.6

0.1078 4.0

0.0093

17.07

65

304

4.68

3.1

ZK-79.3.1 

0.00479 9.6

0.129 1.7

1.052 0.6

1.849 2.5

0.1107 0.9

0.0052

9.42

53

222

4.19

2.4

ZK-79.4.1 

0.00435 8.4

0.116 1.0

0.914 0.6

1.521 3.4

0.1009 1.5

0.0043

7.81

81

276

3.41

3.9

ZK-79.5.1 

0.00530 8.1

0.135 2.8

1.049 0.6

1.703 2.8

0.1059 1.1

0.0056

10.21

64

256

4.00

2.9

ZK-79.6.1 

0.01240 4.4

0.222 5.4

1.288 3.8

1.890 6.2

0.1203 5.2

0.0115

21.11

61

291

4.77

2.9

ZK-79.7.1 

0.00457 8.0

0.115 1.0

0.887 0.6

1.530 2.8

0.1017 1.4

0.0042

7.71

84

277

3.30

4.0

ZK-79.8.1 

0.00317 5.5

0.101 1.5

0.181 3.0

1.652 3.2

0.1023 1.4

0.0032

5.94

163

39

0.24

7.5

ZK-79.9.1 

0.00277 10.0

0.101 0.9

0.433 0.6

1.561 2.4

0.1008 1.1

0.0032

5.93

108

151

1.40

5.1

ZK-79.10.1 

0.00830 7.9

0.177 1.1

0.442 1.1

1.684 4.8

0.1120 2.4

0.0085

15.47

41

24

0.59

2.0

ZK-79.11.1 

0.00495 8.9

0.129 1.0

1.154 0.6

1.718 1.9

0.1065 1.2

0.0052

9.51

59

265

4.49

2.7

ZK-79.12.1 

0.00762 6.5

0.169 2.7

1.829 0.5

1.708 3.2

0.1129 1.7

0.0079

14.47

65

477

7.34

3.2

ZK-79.13.1 

0.00450 8.5

0.117 1.0

0.903 0.6

1.628 2.1

0.1026 1.1

0.0044

7.98

74

250

3.38

3.4

ZK-79.14.1 

0.00537 9.2

0.134 1.0

1.041 0.6

1.829 2.3

0.1127 1.7

0.0055

10.06

53

205

3.87

2.5

ZK-79.15.1 

0.00512 8.0

0.132 0.9

1.004 0.6

1.774 3.0

0.1098 1.3

0.0053

9.78

64

239

3.73

3.0

ZK-83: tonalite, Hriňová, Slovenské Rudohorie Mountains
ZK-83.1.1 

0.00190 7.9

0.082 0.7

0.336 0.5

1.488 1.9

0.0976 0.9

0.0020

3.62

204

231

1.13

9.7

ZK-83.2.1 

0.00304 7.9

0.096 0.8

0.632 0.5

1.643 2.3

0.1034 0.4

0.0029

5.28

107

244

2.28

5.1

ZK-83.3.1 

0.00642 4.5

0.142 5.6

0.584 3.7

1.660 3.8

0.1068 1.2

0.0061

11.08

115

187

1.63

5.4

ZK-83.4.1 

0.00092 7.5

0.069 1.2

0.086 2.6

1.496 3.2

0.0973 1.3

0.0010

1.88

398

77

0.19

19.1

ZK-83.5.1 

0.00528 7.5

0.129 0.9

0.960 0.6

1.821 3.2

0.1126 1.4

0.0051

9.40

58

210

3.62

2.8

ZK-83.6.1 

0.00630 6.4

0.145 1.8

0.942 0.6

1.633 3.8

0.1087 1.6

0.0062

11.42

77

253

3.29

3.8

ZK-83.7.1 

0.00099 7.4

0.068 0.5

0.070 0.8

1.603 2.9

0.0998 1.3

0.0010

1.85

338

45

0.13

15.9

ZK-83.8.1 

0.00741 6.5

0.156 4.7

0.899 2.4

1.881 3.0

0.1124 1.5

0.0071

12.91

56

174

3.11

2.5

ZK-83.9.1 

0.00467 5.9

0.124 8.2

0.622 2.5

1.584 3.9

0.1025 1.9

0.0048

8.82

113

223

1.97

5.2

ZK-83.10.1 

0.00826 7.2

0.196 3.8

0.428 4.0

1.886 3.5

0.1182 1.7

0.0097

17.78

38

10

0.26

1.8

ZK-83.11.1 

0.00643 4.4

0.137 5.7

0.640 2.1

1.737 4.0

0.1093 2.3

0.0057

10.51

109

215

1.97

5.1

ZK-83.12.1 

0.00752 7.0

0.169 2.6

0.981 0.6

1.831 3.6

0.1159 1.6

0.0079

14.42

63

216

3.43

3.0

ZK-83.13.1 

0.00514 8.5

0.125 1.0

1.050 0.6

1.692 2.5

0.1076 1.4

0.0049

8.90

65

255

3.92

3.1

ZK-83.14.1 

0.00134 7.7

0.073 1.5

0.084 1.3

1.455 3.5

0.0974 1.4

0.0013

2.37

305

44

0.14

14.9

ZK-83.15.1 

0.00694 6.6

0.156 4.6

1.114 0.6

1.935 2.4

0.1174 1.1

0.0070

12.85

54

229

4.24

2.6

Sih-1: tonalite, Sihla, Slovenské Rudohorie Mountains
Sih-1.1.1 

0.00704 6.4

0.165 2.5

1.326 0.5

1.643 4.4

0.1080 2.6

0.0076

13.98

72

381

5.29

3.4

Sih-1.1.2 

0.00518 8.7

0.141 0.9

1.237 0.6

1.833 2.7

0.1104 1.6

0.0060

11.03

56

272

4.86

2.6

Sih-1.2.1 

0.00532 8.7

0.135 1.0

1.350 0.6

1.667 3.2

0.1045 1.4

0.0056

10.27

61

338

5.54

2.8

Sih-1.3.1 

0.01585 4.1

0.289 3.1

1.387 0.6

1.623 3.8

0.1064 1.7

0.0161

29.52

64

261

4.08

2.4

Sih-1.4.1 

0.01314 4.6

0.244 1.4

2.176 0.5

1.539 2.8

0.1070 1.1

0.0130

23.83

72

678

9.42

3.1

Sih-1.5.1 

0.00534 8.2

0.143 0.9

1.308 0.5

1.803 2.8

0.1097 1.6

0.0061

11.19

58

305

5.26

2.7

ZK-12 tonalite, Kysak, Čierna Hora Mountains 
ZK-12.1.1 

0.00142 7.3

0.075 0.6

0.102 0.8

1.524 2.5

0.0967 0.9

0.0015

2.72

341

75

0.22

15.7

ZK-12.2.1 

0.00910 3.9

0.176 2.9

0.642 0.6

1.652 2.7

0.1061 1.5

0.0084

15.43

119

209

1.76

5.3

ZK-12.3.1 

0.01265 5.7

0.234 1.0

0.521 2.3

1.466 3.6

0.1108 1.5

0.0123

22.58

58

9

0.16

2.9

ZK-12.4.1 

0.00105 8.5

0.070 1.1

0.077 0.8

1.443 3.4

0.0937 1.1

0.0011

2.05

347

51

0.15

15.9

ZK-12.5.1 

0.00131 4.8

0.074 0.4

0.088 1.2

1.385 4.2

0.0923 1.7

0.0014

2.56

658

97

0.15

30.4

ZK-12.6.1 

0.00271 6.2

0.090 0.7

0.292 0.5

1.655 2.0

0.0994 0.9

0.0026

4.70

178

156

0.88

7.8

ZK-12.7.1 

0.00369 5.8

0.103 0.7

0.209 0.7

1.532 4.0

0.0972 2.0

0.0034

6.24

144

52

0.36

6.4

ZK-12.8.1 

0.00150 4.8

0.075 1.1

0.069 1.9

1.420 4.3

0.0935 1.8

0.0015

2.69

558

30

0.05

25.7

ZK-12.9.1 

0.00143 6.9

0.075 1.4

0.087 2.7

1.517 3.3

0.0972 1.3

0.0015

2.75

310

41

0.13

14.5

ZK-12.10.1 

0.00143 9.4

0.077 0.7

0.301 0.5

1.494 2.9

0.0957 1.2

0.0016

2.92

249

255

1.02

11.4

ZK-12.11.1 

0.00177 5.8

0.081 4.2

0.160 6.5

1.379 3.7

0.0919 1.6

0.0019

3.45

408

154

0.38

18.6

ZK-12.12.1 

0.00524 7.4

0.139 0.9

0.268 1.0

1.696 3.1

0.1053 1.5

0.0058

10.69

63

14

0.22

2.8

ZK-12.13.1 

0.00423 4.8

0.115 2.0

0.210 2.5

1.432 3.9

0.0955 1.7

0.0042

7.72

190

39

0.21

8.6

ZK-12.14.1 

0.00348 7.5

0.101 0.8

0.391 1.4

1.622 2.2

0.1017 1.4

0.0033

6.02

107

129

1.21

5.0

ZK-12.15.1 

0.00487 6.2

0.129 0.7

0.458 0.6

1.701 2.1

0.1050 0.8

0.0052

9.46

110

138

1.25

5.0

Errors are 1-sigma; Pb

c

 and Pb

*

 indicate the common and radiogenic portions, respectively.

Error in standard calibration was 0.81 % (not included in above errors but required when comparing data from different mounts).

 isotopic ratio selected to concordia calculation

background image

461

TITANITE FROM VARISCAN I-TYPE TONALITES TO GRANODIORITES, WESTERN CARPATHIANS

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

Table 4 (continued): Isotope U, Th, and Pb data of studied titanite from the West-Carpathian granitic rocks.

 spot

corrected

208

Pb

*

 ppm

232

Th/

238

U ± %

206

Pb/

238

U age 

(Ma)

207

Pb/

206

Pb age  

(Ma)

discordant 

%

238

U/

206

Pb

*

± %

207

Pb

*

/

206

Pb

*

± %

207

Pb

*

/

235

U ± %

206

Pb

*

/

238

U ± % error

corr.

ZK-79: granodiorite, Brusno, Nízke Tatry Mountains
ZK-79.1.1 

2.5

3.1 1.2

317  ± 12

653 ± 322

52

19.61 4.0

0.0614 15.0

0.432 15.5

0.0510 4.0 0.3

ZK-79.2.1 

3.6

4.8 1.6

347  ± 17

411  ± 844

11

18.05 4.6

0.0550 37.7

0.420 38.0

0.0554 4.6 0.1

ZK-79.3.1 

2.3

4.3 0.7

338  ± 12

564  ± 285

41

18.46 3.8

0.0589 13.1

0.440 13.6

0.0542 3.8 0.3

ZK-79.4.1 

3.2

3.5 1.1

347  ± 13

291  ± 261

−19

18.12 3.8

0.0521 11.4

0.397 12.0

0.0552 3.8 0.3

ZK-79.5.1 

2.8

4.1 0.7

334  ± 12

518  ± 305

36

18.70 3.8

0.0577 13.9

0.425 14.4

0.0535 3.8 0.3

ZK-79.6.1 

3.1

4.9 1.2

343  ± 23

−556  ± 1371

165

18.65 6.7

0.0370 50.9

0.274 51.4

0.0536 6.7 0.1

ZK-79.7.1 

3.2

3.4 1.0

350  ± 13

90  ± 296

−295

18.03 3.8

0.0478 12.5

0.366 13.0

0.0555 3.8 0.3

ZK-79.8.1 

0.5

0.2 1.5

335  ± 12

387  ± 131

9

18.69 3.6

0.0544 5.9

0.401 6.9

0.0535 3.6 0.5

ZK-79.9.1 

1.7

1.5 0.8

345  ± 12

627  ± 154

46

18.03 3.7

0.0607 7.1

0.464 8.0

0.0554 3.7 0.5

ZK-79.10.1 

0.3

0.6 1.6

354  ± 13

466  ± 451

25

17.68 4.1

0.0563 20.4

0.439 20.8

0.0566 4.1 0.2

ZK-79.11.1 

2.9

4.6 0.6

337  ± 12

498  ± 278

33

18.53 3.8

0.0572 12.6

0.425 13.2

0.0540 3.8 0.3

ZK-79.12.1 

5.7

7.6 1.0

359  ± 13

550  ± 369

35

17.35 3.9

0.0585 16.9

0.465 17.3

0.0576 3.9 0.2

ZK-79.13.1 

2.7

3.5 0.2

335  ± 12

238  ± 284

−42

18.83 3.8

0.0509 12.3

0.373 12.9

0.0531 3.8 0.3

ZK-79.14.1 

2.4

4.0 1.2

351  ± 13

434  ± 325

16

17.83 3.9

0.0555 14.6

0.429 15.1

0.0561 3.9 0.3

ZK-79.15.1 

2.7

3.9 1.0

345  ± 13

491  ± 259

30

18.10 3.8

0.0570 11.7

0.434 12.3

0.0553 3.8 0.3

ZK-83: tonalite, Hriňová, Slovenské Rudohorie Mountains
ZK-83.1.1 

2.7

1.2 0.5

347  ± 12

398  ± 97

12

18.03 3.6

0.0547 4.3

0.418 5.6

0.0555 3.6 0.6

ZK-83.2.1 

2.9

2.3 3.0

350  ± 14

248  ± 172

−42

17.95 4.0

0.0512 7.5

0.393 8.5

0.0557 4.0 0.5

ZK-83.3.1 

2.2

1.7 1.6

343  ± 14

67  ± 518

−419

18.43 4.1

0.0474 21.7

0.354 22.1

0.0542 4.1 0.2

ZK-83.4.1 

0.9

0.2 1.7

350  ± 12

414  ± 55

16

17.90 3.6

0.0550 2.4

0.424 4.4

0.0559 3.6 0.8

ZK-83.5.1 

2.4

3.8 0.8

354  ± 13

252  ± 295

−41

17.77 3.8

0.0512 12.8

0.398 13.4

0.0563 3.8 0.3

ZK-83.6.1 

3.0

3.4 1.7

360  ± 13

319  ± 314

−9

17.42 3.8

0.0528 13.8

0.418 14.3

0.0574 3.8 0.3

ZK-83.7.1 

0.5

0.1 0.9

344  ± 12

355  ± 49

3

18.22 3.6

0.0536 2.2

0.406 4.2

0.0549 3.6 0.9

ZK-83.8.1 

1.8

3.2 0.8

328  ± 13

48  ± 600

−594

19.27 4.1

0.0470 25.1

0.336 25.4

0.0519 4.1 0.2

ZK-83.9.1 

2.5

2.0 1.1

340  ± 13

440  ± 475

23

18.42 3.7

0.0557 21.4

0.417 21.7

0.0543 3.7 0.2

ZK-83.10.1 

0.1

0.3 0.7

343  ± 13

1159  ± 334

71

17.70 4.0

0.0785 16.9

0.611 17.3

0.0565 4.0 0.2

ZK-83.11.1 

2.4

2.0 0.8

345  ± 13

−232  ± 604

253

18.44 3.7

0.0419 24.0

0.313 24.2

0.0542 3.7 0.2

ZK-83.12.1 

2.4

3.6 1.2

353  ± 13

592  ± 372

41

17.64 3.9

0.0597 17.2

0.467 17.6

0.0567 3.9 0.2

ZK-83.13.1 

3.0

4.1 1.1

351  ± 13

151  ± 347

−135

17.98 3.8

0.0491 14.8

0.376 15.3

0.0556 3.8 0.2

ZK-83.14.1 

0.5

0.1 0.4

357  ± 13

326  ± 82

−10

17.56 3.6

0.0529 3.6

0.416 5.1

0.0569 3.6 0.7

ZK-83.15.1 

2.5

4.4 0.8

350  ± 13

402  ± 461

12

17.91 3.9

0.0548 20.6

0.421 20.9

0.0558 3.9 0.2

Sih-1: tonalite, Sihla, Slovenské Rudohorie Mountains
Sih-1.1.1 

4.1

5.4 3.3

344  ± 14

723  ± 298

53

18.03 4.1

0.0634 14.0

0.485 14.6

0.0555 4.1 0.3

Sih-1.1.2 

2.9

5.0 1.2

334  ± 12

834  ± 229

61

18.47 3.8

0.0669 11.0

0.499 11.6

0.0541 3.8 0.3

Sih-1.2.1 

3.6

5.7 2.4

333  ± 12

522  ± 288

37

18.78 3.8

0.0578 13.1

0.424 13.7

0.0533 3.8 0.3

Sih-1.3.1 

2.7

4.2 1.6

278  ± 11

520  ± 697

47

22.56 4.1

0.0578 31.8

0.353 32.0

0.0443 4.1 0.1

Sih-1.4.1 

7.0

9.7 0.2

319  ± 12

220  ± 577

−46

19.77 4.0

0.0505 24.9

0.353 25.3

0.0506 4.0 0.2

Sih-1.5.1 

3.2

5.4 1.1

334  ± 12

798  ± 227

59

18.51 3.8

0.0658 10.8

0.490 11.5

0.0540 3.8 0.3

ZK-12 tonalite, Kysak, Čierna Hora Mountains 
ZK-12.1.1 

0.7

0.2 3.6

336  ± 12

379  ± 68

10

18.65 3.7

0.0542 3.0

0.401 4.7

0.0536 3.7 0.8

ZK-12.2.1 

2.0

1.8 1.0

324  ± 12

−283  ± 549

219

19.67 3.7

0.0411 21.6

0.288 21.9

0.0508 3.7 0.2

ZK-12.3.1 

0.2

0.2 0.9

364  ± 14

93  ± 697

295

17.34 4.1

0.0479 29.4

0.381 29.7

0.0577 4.1 0.1

ZK-12.4.1 

0.6

0.2 1.2

335  ± 12

379  ± 64

11

18.71 3.7

0.0542 2.8

0.399 4.7

0.0534 3.7 0.8

ZK-12.5.1 

1.1

0.2 1.6

337  ± 12

393  ± 41

14

18.59 3.7

0.0545 1.8

0.404 4.1

0.0538 3.7 0.9

ZK-12.6.1 

1.6

0.9 0.6

321  ± 11

227  ± 121

42

19.64 3.6

0.0507 5.3

0.356 6.4

0.0509 3.6 0.6

ZK-12.7.1 

0.5

0.4 1.0

326  ± 12

129  ± 168

156

19.38 3.7

0.0486 7.1

0.346 8.0

0.0516 3.7 0.5

ZK-12.8.1 

0.3

0.1 1.7

337  ± 12

317  ± 60

−6

18.65 3.6

0.0527 2.6

0.390 4.5

0.0536 3.6 0.8

ZK-12.9.1 

0.4

0.1 0.8

341  ± 12

385  ± 75

10

18.38 3.6

0.0543 3.4

0.408 4.9

0.0544 3.6 0.7

ZK-12.10.1 

2.9

1.1 1.3

336  ± 12

436  ± 83

23

18.66 3.6

0.0556 3.7

0.411 5.2

0.0536 3.6 0.7

ZK-12.11.1 

1.7

0.4 0.7

333  ± 12

402  ± 158

18

18.84 3.6

0.0548 7.1

0.401 7.9

0.0531 3.6 0.5

ZK-12.12.1 

0.1

0.2 0.6

329  ± 12

700  ± 217

54

18.89 3.8

0.0628 10.2

0.458 10.9

0.0530 3.8 0.3

ZK-12.13.1 

0.5

0.2 0.9

331  ± 12

319  ± 176

4

18.99 3.6

0.0528 7.8

0.383 8.6

0.0527 3.6 0.4

ZK-12.14.1 

1.4

1.2 0.4

338  ± 12

207  ± 194

65

18.64 3.7

0.0503 8.4

0.372 9.2

0.0536 3.7 0.4

ZK-12.15.1 

1.4

1.3 0.5

331  ± 12

524  ± 186

37

18.87 3.7

0.0578 8.5

0.423 9.3

0.0530 3.7 0.4

background image

462

UHER, BROSKA, KRZEMIŃSKA, ONDREJKA, MIKUŠ and VACULOVIČ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

Table 5:  The  U–Pb  age  results  of  titanite  (this  study)  and  zircon 

(Broska  et  al.  2013)  calculated  by  Tera–Wasserburg  (T–W),  

Wetherill (W) and Mean U–Pb methods. Preferred results are written 

in bold font.

Sample

age (Ma) ± (Ma)

MSWD N

calculation

Titanite (this study)
ZK-79

343.7 6.8

1.4 15

T–W

(Nízke Tatry Mts.)

343.1 8.2

0.47 8

W

341.8 5.8

0.60 15

Mean U–Pb

ZK-83

348.5 6.6

0.31 15

T–W

(Vepor Mts.)

351.0 6.5

0.0047 12

W

347.8 6.5

0.42 15

Mean U–Pb

Sih-1

336 11

6.5 5

T–W

(Vepor Mts.)

344 12

5.9 4

W

340 13

0.18 4

Mean U–Pb

ZK-12

334.9 6.2

1.7 15

T–W

(Čierna Hora Mts.)

337.9 6.1

0.85 10

W

334.0 6.1

0.59 15

Mean U–Pb

Zircon (Broska et al. 2013; *recalculated)
NTBS-2

353 3

1.6 11

T–W

(Nízke Tatry Mts.)

353 2.2

0.00 11

 W (*)

Sihla-1

357 2

1.8 16

T–W

(Vepor Mts.)

356.1 2

0.99 16

W (*)

CH SK-1

357 3

1.9 8

T–W

(Čierna Hora Mts.)

356.4 2.4

0.58 8

W (*)

Therefore it precipitated from a relatively oxidizing and water 

enriched environment, exclusively in the granitic rocks with 

higher CaO/Al

2

O

3

  (wt. %)  bulk  rock  ratio  (0.15–0.25)  and 

≥ 0.4 wt. % TiO

2

 (Broska et al. 2004).

Variscan calc-alkaline granitic rocks of I- and S-type affi-

nity belong to the most voluminous lithologies within Paleo-

zoic crystalline basement of the West-Carpathian Tatric and 

Veporic units. Their age of magmatic crystallization has been 

determined recently by single-grain and in situ U–Pb dating of 

zircon and monazite. The dating ages are usually between 

~ 360 and 340 Ma (Upper Devonian to Carboniferous); they 

indicate a main interval of Variscan plutonic activity in  

the West-Carpathian Tatric and Veporic crystalline basement 

(e.g., Poller et al. 2000; Gaab et al. 2005; Burda & Gawęda 

2009;  Kohút  et  al.  2009;  Broska  et  al.  2013;  Burda  et  al.  

2013a, b; Gawęda et al. 2016). This age interval is also corro-

borated by chemical U–Th–Pb dating of monazite (e.g., Finger 

et al. 2003; Uher et al. 2014) and some older Rb–Sr whole-

rock isochron data (Cambel et al. 1990 and references therein). 

Such Upper Devonian to early Carboniferous granitic mag-

matism belongs to older phase of plutonic activity, located 

within internal parts of the Variscan orogen for example in  

the  Hintertal  Plutonic  Suite  (mainly  the  Pletzen  Pluton)  of  

the Seckau Complex, Austroalpine basement of the Eastern 

Alps (Mandl et al. 2018), in part of the Moldanubian plutonic 

complex  (Weinsberg  granite)  and  the  Central  Bohemian 

Batholith (Sázava granodiorite; Cháb et al. 2008; Žák et al. 

2014  and  references  therein),  in  southern  Schwarzwald  and 

NW part of the French Massif Central, e.g. Guéret batholith 

(Kroner & Romer 2013 and references therein).

Our SHRIMP U–Pb titanite results also reveal Variscan age 

interval between 351 ± 6.5 and 338 ± 6 Ma, which corresponds 

to early Carboniferous, Tournaisian to Visean stage (Table 5, 

Fig. 7). However, they are systematically lower (~5 to 19 Ma) 

in  comparison  with  zircon  U–Pb  ages  of  353–356 ± 2  Ma 

achieved

 

by in-situ SIMS method from the same titanite- 

bearing granitic rocks from the Western Carpathians (Broska 

et al. 2013; Table 5). 

Here we suggest the following two most plausible interpre-

tations of this age discrepancy: (1) the titanite ages indicate 

their younger, late-magmatic crystallization in contrast to  

the  early-magmatic  age  of  zircon  precipitation;  or  (2)  post- 

magmatic (subsolidus) origin of titanite due to younger event 

connected with subsequent overprint of the parental granitic 

rocks (discussed below).

For estimating of titanite crystallization temperature 

[T

S

(Ttn)],  we  applicate  the  Zr-in-titanite  thermobarometry 

(Hayden et al. 2008). This geothermobarometer is dependent 

on Zr content in titanite as well as activity of coexisting quartz 

[a(SiO

2

)] and rutile [a(TiO

2

)] in the investigating rock, where 

a(SiO

2

) = a(TiO

2

) = 1.0  for  quartz-and  rutile-bearing  rocks. 

How ever, rutile does not identify in our tonalites to granodio-

rites;  instead  of  ilmenite,  Ti-bearing  magnetite,  biotite  and 

allanite-(Ce)  represent  principal  carriers  of Ti  here.  In  such 

rutile-absent magmatic rocks, a(TiO

2

) attains values ≥ 0.6 but 

most of the ilmenite- and biotite-bearing rocks are nearly rutile 

saturated  (Hayden  &  Watson  2007;  Ferry  &  Watson  2007; 

Chambers  &  Kohn  2012).  We  calculate  a(TiO

2

) = 0.6  to  1.0  

for estimating of possible interval of T

S

(Ttn). The maximum 

T

S

(Ttn) was achieved at a(TiO

2

) = 1.0; the activity below 1.0 

produced slightly decreasing of this temperature. For example, 

for  a(TiO

2

) = 0.9  and  0.6,  the  T

S

(Ttn)  were  5–6  °C  and  24  

to 28 °C lower, respectively (Table 6). Pressure represents 

the other important parameter, influencing the T

S

(Ttn).  We 

applicate pressures of 0.2 to 0.4 GPa as the most realistic 

values for magmatic emplacement, initial cooling and uplift of 

common orogen-related granitic intrusions. The emplacement/

solidification pressure of the West-Carpathian titanite-bearing 

I-type granitic rocks, calculated based on Al-in-hornblende 

geobarometry attains ~ 0.35 to 0.4 GPa (Petrík & Broska 1994; 

Broska  et  al.  1997).  The  pressure  (P)  positively  correlates  

with T

S

(Ttn); the values are 22–24 °C higher at P = 0.4 GPa 

with a comparison of 0.2 GPa, using the same a(TiO

2

) value.  

Con sequently,  the  Zr-in-titanite  thermobarometry  reveal 

T

S

(Ttn) = 650–750 °C for a(TiO

2

) = 0.6–1.0 and P = 0.2–0.4 GPa 

for the investigated granitic rocks (Table 6).

Interpretation of such temperature is also dependent on  

the diffusion rate and corresponding Zr closure temperature in 

titanite [T

C

Zr(Ttn)].  This  parameter  is  further  a  function  of 

titanite crystal size and cooling rate. Our titanite crystals are 

relatively  large,  ~ 0.5  to  10  mm  across  (Figs.  2–3,  6).  Such 

large crystal size secured retention (negligible Zr diffusion) of 

titanite  at  the  temperature  ≥ 750  °C  during  10

7

–10

8

 years at 

common  cooling  rate  of  ~10–100  °C/Ma  (Cherniak  2006; 

Hayden et al. 2008; Kirkland et al. 2016, 2018; Kohn 2017). 

However, the measured U–Pb ages are additionally influenced 

background image

463

TITANITE FROM VARISCAN I-TYPE TONALITES TO GRANODIORITES, WESTERN CARPATHIANS

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

Fig. 7. The U–Pb concordia age diagrams of titanite from the West-Carpathian granitic rocks. Left column: Tera–Wasserburg diagrams of all 

spots; right column: Wetherill diagrams of selected spot analyses (see Table 4). All uncertainties are quoted at 2-sigma level.

background image

464

UHER, BROSKA, KRZEMIŃSKA, ONDREJKA, MIKUŠ and VACULOVIČ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

by possible partial loss of Pb from titanite lattice expressed as 

Pb closing temperature in titanite [T

C

Pb(Ttn)]. The T

C

Pb(Ttn) 

is generally lower than T

C

Zr(Ttn), due to the higher mobility 

of Pb with comparison to Zr (Cherniak 2006; Kirkland et al. 

2016, 2018). Nevertheless, T

C

Pb(Ttn) is also relatively high 

(≥ 700–800 °C) for large titanite crystals (≥ 0.5 mm) at cooling 

rate  of  ~10–100  °C/Ma  (Gao  et  al.  2012;  Sun  et  al.  2012; 

Spencer et al. 2013; Kohn 2017). Based on above calculations 

and assumptions, we can conclude T

C

Zr(Ttn) > T

C

Pb(Ttn) > 

T

S

(Ttn)  for  our  granitic  rocks  and  therefore  the  calculated 

T

S

(Ttn) are not influenced by Zr and Pb mobility in the studied 

titanite crystals. Consequently, our data represent rather true 

precipitation temperatures at the measured age than the age of 

titanite closure temperature. 

If we consider the late-magmatic origin of titanite, a time of 

magmatic evolution, including pluton accretion and mineral 

crystallization from the solidified melt of the parental granite 

is necessary to take into consideration. Recent growing dataset 

of evidence suggests that granitic pluton emplacement and 

assembly occurs by incremental accretion of numerous suc-

cessive and relatively small pulses of magma with little liquid 

that accumulates by dyke-like propagation over variable time 

periods, generally from 10

2

 to 10

6

 years, depending of geody-

namic setting and source fertility (e.g., Coleman et al. 2004; 

Glazner  et  al.  2004;  Michel  et  al.  2008;  Schaltegger  et  al. 

2009; Barboni et al. 2013). Sensitive in-situ zircon U–Pb geo-

chronological data indicate amalgamation of large granitic 

batholiths (~10

3

 to 10

4

 km

2

 in their maximum extent) during 

approximately 5 to 10 Ma, in contrast to emplacement time of 

smaller composite plutons (<10

3

 km

2

;  ~1.5  Ma),  and  espe-

cially to one distinct magmatic pulse or small single plutons 

which create only during 10

4

 to 10

5

 years (e.g., Matzel et  

al. 2006; Michel et al. 2008; Carichi et al. 2012). Complete 

amalgamation time of the West-Carpathian I-type granite plu-

tons (~10

2

 to 10

3

 km

2

 in order of magnitude) could be esti-

mated over ~10 Ma, including numerous magmatic pulses. 

The model of long-lasting incremental growing of granitic 

pluton formed by repeated magma injections into an active 

shear zone during over ~30 Ma period has been recently 

applied for Variscan composite polygenetic intrusion of 

 

the Tatra granitoid pluton (Gawęda et al. 2016). On the other 

hand, the age difference between zircon and titanite U–Pb 

ages  for  the  same  granitic  rocks  in  our  case  (~5  to  19  Ma; 

Table 5) is generally too large. For example, the Re di Castello 

pluton in Adamello granite batholith, Italy represents comag-

matic crystallization of zircon and titanite during one or seve-

ral closely subsequent magmatic pulses, where U–Pb dating of 

Fig. 8. Substitution diagrams and vectors of titanite from the West-

Carpathian granitic rocks.

Table 6: Calculated titanite saturation temperature [T

S

(Ttn)] at various assumed pressure (0.2 to 0.4 GPa) based on average Zr concentration 

in titanite (Table 3) at a(TiO

2

) = 0.6 and 1.0 (Hayden et al. 2008) and corresponding zircon saturation temperature [T

S

(Zrn)] (Watson & Harrison 

1983).

Sample

Area

Zr (ppm)

T

S

(Ttn) (°C) at 0.2 GPa

T

S

(Ttn) (°C) at 0.3 GPa

T

S

(Ttn) (°C) at 0.4 GPa

T

S

(Zrn) (°C)

a(TiO

2

) 0.6

a(TiO

2

) 1.0

a(TiO

2

) 0.6

a(TiO

2

) 1.0

a(TiO

2

) 0.6

a(TiO

2

) 1.0

T-63

Tribeč Mts.

406

698

726

710

738

722

750

797

T-70

Tribeč Mts.

285

680

707

692

718

703

730

ZK-79

Nízke Tatry Mts.

234

671

696

682

708

693

720

779

ZK-83

Vepor Mts.

273

678

704

690

716

701

728

840

Sih-1

Vepor Mts.

357

692

719

703

731

715

743

808

ZK-12

Čierna Hora Mts.

155

651

675

662

687

673

698

829

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.84

0.86

0.88

0.90

0.92

0.94

Al

 +

 F

(a

pf

u)

Ti (apfu)

Tribeč T-63
Tribeč T-70
N. Tatry ZK-79
Vepor. ZK-83
Vepor. Sih-1
Č. Hora ZK-12

B

(Al,Fe)

3+

(OH,F)Ti

-1

O

-1

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

Su

m

 R

EE 

(a

pfu)

Fe

total

(apfu)

Tribeč T-63
Tribeč T-70
N. Tatry ZK-79
Vepor. ZK-83
Vepor. Sih-1
Č. Hora ZK-12

2:1

1:1

1:2

REE

2

Fe

2+

Ca

-2

Ti

-1

REEFe

3+

Ca

-1

Ti

-1

REEFe

3+

2

(OH)Ca

-1

Ti

-2

O

-1

A

background image

465

TITANITE FROM VARISCAN I-TYPE TONALITES TO GRANODIORITES, WESTERN CARPATHIANS

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

titanite reveal only 130 to 700 ka younger ages than zircon 

(Schaltegger et al. 2009).

Textural patterns indicate titanite crystallization at the ex pense 

of magmatic Ti-rich magnetite, magnesian biotite and Ca-rich 

plagioclase which can be observed as armoured inclusions  

in  titanite,  where  re-equilibration  involved  oxidation  of  

the ulvöspinel (Fe

2+

2

TiO

4

)  component  in  Ti-rich  magnetite 

produced titanite and Ti-poor magnetite in the Tribeč I-type 

granites  (Broska  et  al.  2007).  Titanite  and  epidote  partly 

replace magmatic biotite and late-magmatic, Ti-poor magne-

tite  is  commonly  overgrown  by  titanite  in  the  Čierna  Hora 

granitic rocks (Bónová et al. 2010). 

The calculation of a model 

mineral  equilibrium  in  the  K

2

O–CaO–FeO–Al

2

O

3

–TiO

2

SiO

2

–H

2

O–O

2

 (KCFATSHO) system indicates that pure mag-

netite + titanite forms in granites as a product of the reaction 

between the early magmatic Ti-rich magnetite, Mg-rich biotite 

(phlogopite),  and  anorthite-rich  plagioclase  in  a  fluid-rich 

environment derived from a melt under relatively oxidizing 

conditions (Broska et al

. 2007

;  Broska  &  Petrík  2011).  

T

he above- mentioned authors suggest a late-magmatic origin 

of  titanite;  assuming  equilibrium  among  biotite,  K-feldspar 

and magnetite, where the intersection of the calculated biotite 

stability curves with the curve of minimum water content in 

the haplogranite system (after Johannes & Holtz 1996) gives 

4.8 wt.% H

2

O at 744 °C and 0.4 GPa for the titanite-bearing 

tonalite of the Čierna Hora Mts. (Bónová et al. 2010). Appli-

cation of the Fe–Ti oxide geothermometry (Sauerzapf et al. 

2008; Ghiorso & Evans 2008) show ~630 to 780 °C interval 

for the equilibrium of magnetite–ilmenite pair for the titanite- 

bearing granitic rocks (Tribeč, Čierna Hora; Broska & Petrík 

2011).  Moreover,  this  titanite  producing  reaction  indicates  

the temperature of ~710 °C at 0.4 GPa pressure and aH

2

O = 0.5, 

calculated using the Thermocalc 3.31 (Holland & Powell 2011) 

and  the AX  software  for  end-member  activities  (Broska  & 

Petrík 2015). These calculated temperatures are in accordance 

with our results based on Zr-in-titanite thermometry (Table 6).

However, such temperatures (~ 650 to 750 °C) are near but 

mostly under tonalite solidus at ~ 0.3–0.4 GPa (e.g., Singh & 

Johannes 1996). Experiments indicate a beginning of dehydra-

tion melting in biotite–plagioclase–quartz assemblage of tona-

lite composition at 760 °C and 0.5 GPa, using biotite chemistry 

close to ~50 mol. % annite, 0.5 apfu Al and 0.3 apfu Ti in 

octahedral site (Singh & Johannes 1996) which is similar to 

the biotite composition of investigated West-Carpathian gra-

nitic rocks (Petrík 1980; Petrík & Broska 1989, 1994; Bónová 

et al. 2010).

After the formation of subduction-related I-type granites, 

subsequent  Variscan  crustal  shortening  during  younger  col-

lisional event might have trigger partial melting and intrusion 

of limited amounts of leucogranitic melts and/or related 

high-temperature fluids into I-type tonalites to granodiorites, 

dated at ~ 340 Ma by chemical U–Th–Pb monazite method in 

the  Tribeč  Mts.  (Broska  &  Petrík  2015)  and  Branisko  near 

Čierna  Hora  (Bónová  et  al.  2005).  Almandine  garnet  from 

granitic  pegmatite  near  Rimavská  Baňa  (Veporic  Unit)  also 

reveals a Visean Sm–Nd isotopic age of 339.0 ± 7.7 Ma (Thöni 

et  al.  2003). Another  example  of  two  magmatic  pulses  has 

been documented by LA–MC–ICP–MS U–Pb zircon dating 

form granitic rocks of the Tatry Mts., where the high lumines-

cence  zircon  cores  record  age  of  350 ± 3  Ma,  and  younger,  

low luminescence zircon rims gives 337 ± 6 Ma (Burda et al. 

2013b). 

Optical and BSE photomicrographs of the West-Carpathian 

granitic titanite and associated minerals (Broska et al. 2004, 

2007; Broska & Petrík 2011, 2015) together with our results 

(Fig.  3)  clearly  document  its  complex  evolution  including 

growth and superimposed partial dissolution–reprecipitation 

and alteration phenomena. In some cases, primary titanite was 

partly to almost completely replaced by secondary ilmenite ± 

epidote pseudomorphs with many pores (Broska et al. 2007). 

Complex textural patterns are characteristic feature of acces-

sory titanite of various origin; they commonly occur in titanite 

crystals  of  volcanic  (Nakada  1991;  Colombini  et  al.  2011), 

plutonic  (Paterson  et  al.  1989;  Paterson  &  Stephens  1992; 

McLeod et al. 2011; Middleton et al. 2013) as well as post- 

magmatic and metamorphic origin (Černý et al. 1995; Cempírek 

et  al.  2008).  In  our  samples,  we  interpret  such  textures  as  

a result of subsolidus, fluid-induced high-temperature precipi-

tation of titanite during a Variscan post-magmatic event. 

Moreover, the late irregular veinlets and irregular patchy 

zones of younger, secondary titanite occur along cleavage 

planes, fissures and crystal rims of primary titanite (Fig. 3G–H), 

commonly  with  secondary  allanite-(Ce),  epidote,  quartz, 

albite, K-feldspar, chlorite, ilmenite, TiO

2

 phase (rutile and/or 

anatase), and hematite. This late mineral association could be 

connected with Alpine metamorphic overprint of the Variscan 

basement of the Western Carpathians, especially in the Veporic 

Unit, where Cretaceous (~100 to 70 Ma) metamorphic condi-

tions of the Kráľova Hoľa Complex attained 430–530 °C and 

550–850 MPa (Janák et al. 2001; Jeřábek et al. 2008).

Summary

The study of large titanite crystals (~0.5 to 10 mm) from 

Variscan I-type granitic rocks of the Western Carpathians 

allows the following main conclusions:

•  Titanite, as a characteristic accessory mineral of Variscan 

I-type granitic rocks, commonly shows complex composi-

tional oscillatory, sector and convolute zonal textures, 

reflecting mainly variations in Ca and Ti versus Al, Fe, REE 

(≤ 4.8 wt. % REE

2

O

3

), and Nb (≤ 0.5 wt. % Nb

2

O

5

).

•  Following principal substitutions controlling the crystal 

chemistry were detected in the studied titanite: 

REE

3+

 + Fe

3+

 = Ca

2+

 +  Ti

4+

, 2REE

3+

 + Fe

2+ 

= 2Ca

2+

 + Ti

4+

, and 

(Al, Fe)

3+

 + (OH, F)

 = Ti

4+

 + O

2−

•  Chondrite-normalized REE patterns of titanite show convex 

shapes from La to Sm, usually slightly negative Eu anoma-

lies and almost regularly gradual decreasing of HREE`s 

from Gd to Lu.

•  U–Pb SHRIMP dating of titanite yield the Variscan ages of 

351.0 ± 6.5  to  337.9 ± 6.1  Ma  interval  (Carboniferous,  late 

background image

466

UHER, BROSKA, KRZEMIŃSKA, ONDREJKA, MIKUŠ and VACULOVIČ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

Tournaisian to Visean). These ages are ~ 5 to 19 Ma younger 

than the primary magmatic U–Pb ages of zircon in corre-

sponding rocks (Broska et al. 2013). 

•  Application of Zr-in-titanite geothermometry implies 

 

a possibly fluid-driven relatively high-temperature titanite 

precipitation, ~ 650 to 750 °C at inferred pressure of 0.2 to 

0.4 GPa and a(TiO

2

) = 0.6–1.0.  

•  Mineral assemblage, U–Pb age dating and geothermometry 

indicate possible late-magmatic but rather early post- 

magmatic  (subsolidus)  origin  of  investigated  titanite.  

The post- magmatic precipitation of titanite was probably 

connected with a subsequent Variscan tectono-thermal event 

(~ 340 ± 10 Ma), probably related with younger small granite 

intrusions and increased fluid activity.

•  Veinlets and replacement zones of secondary titanite in  

the association of other late minerals (epidote, quartz, albite, 

K-feldspar, chlorite, ilmenite, rutile and/or anatase, and 

hematite)  are  probably  products  of  Alpine  (Cretaceous) 

metamorphic overprint. 

Acknowledgements: 

This research was supported by 

 

the Slovak Research and Development Agency under con-

tracts APVV-14-0278, APVV-15-0050, VEGA Agency Nos. 

1/0257/13 and 1/0499/15.

 Analytical assistance with the 

SHRIMP IIe/MC calibration was provided by Zbigniew 

Czupyt. We are grateful to Daniel Dunkley for his assistance 

on the beginning analytical works on titanite and to Anna 

 Pietranik for procurement of the Khan titanite reference mate-

rial. 

We also thank Igor Petrík (handling editor), Jolanta Burda 

and Adam Pieczka (both reviewers) for their critical and con-

structive suggestions.

References

Ackerson M.R. 2011: Trace element partitioning between titanite and 

groundmass in silicic volcanic systems. MSc. Thesis, University 

of North Carolina, Chapel Hill, U.S.A., 1–69. 

Aleinikoff  J.N.,  Wintsch  R.P.,  Fanning  C.M.  &  Dorais  M.J.  2002:  

U–Pb geochronology of zircon and polygenetic titanite from the 

Glastonbury Complex, Connecticut, USA: an integrated SEM, 

EMPA, TIMS, and SHRIMP study. Chem. Geol. 188, 125–147.

Barboni M., Schoene B., Ovtchanova M., Bussy F., Schaltegger U. & 

Gerdes A. 2013: Timing of incremental pluton construction and 

magmatic activity in a back-arc setting revealed by ID-TIMS  

U/Pb and Hf isotopes on complex zircon grains. Chem. Geol. 

340, 76–83.

Barrat J.A., Zanda B., Moynier F., Bollinger C., Liorzou C. & Bayon G. 

2012: Geochemistry of CI chondrites: Major and trace elements, 

and Cu and Zn isotopes. Geochim. Cosmochim. Acta 83, 79–92.

Bauer J.E. 2015: Complex zoning patterns and rare earth element 

varitions across titanite crystals from the Half Dome Granodio-

rite, central Sierra Nevada, California. MSc. Thesis, University 

of North Carolina, Chapel Hill, 1–76.

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

protoliths;  implications  for  the  chemistry  of  crustal  melts.  

J. Petrol. 37, 521–552. 

Bernau R. & Franz G. 1987: Crystal chemistry and genesis of Nb-, V-, 

and Al-rich metamorphic titanite from Egypt and Greece. Can. 

Mineral. 25, 695–705.

Bezák V., Jacko S., Janák M., Ledru P., Petrík I. & Vozárová A. 1997: 

Main Hercynian lithotectonic units of the Western Carpathians. 

In: Grecula P., Hovorka D. & Putiš M. (Eds.): Geological evolu-

tion of the Western Carpathians. Mineralia Slovaca Monographs

Bratislava, 261–268.  

Bezák V., Biely A., Elečko M., Konečný V., Mello J., Polák M. & 

Potfaj M. 2011: A new synthesis of the geological structure of 

Slovakia – the general geological map at 1:200000 scale. Geol. 

Quarterly 55, 1–8.

Bielik  M.,  Šefara  J.,  Kováč  M.,  Bezák  V.  &  Plašienka  D.  2004:  

The Western Carpathians – interaction of Hercynian and Alpine 

processes. Tectonophysics 393, 63–86.

Bonamici C.E, Fanning C.M., Kozdon R., Fournelle J.H. & Walley 

J.W. 2015: Combined oxygen-isotope and U–Pb zoning studies 

of titanite: New criteria for age preservation. Chem. Geol. 398, 

70–84.

Bónová  K.,  Jacko  S.,  Broska  I.  &  Siman  P.  2005:  Contribution  to 

geochemistry and geochronology of leucogranites from Branisko 

Mts. Miner. Slov. 37, 349–350 (in Slovak).

Bónová  K.,  Broska  I.  &  Petrík  I.  2010:  Biotite  from  Čierna  Hora 

Mountains granitoids (Western Carpathians, Slovakia) and esti-

mation of water contents in granitoid melts. Geol. Carpath. 61, 

3–17.

Bouch  J.E.,  Hole  M.J.  &  Trewin  N.H.  1997:  Rare  earth  and  high 

strength element partitioning behaviour in diagenetically preci-

pitated titanites. Neues Jahrb. Mineral. Abh. 172, 3–21.

Broska I. & Petrík I. 2011: Accessory Fe–Ti oxides in the West-Car-

pathian I-type granitoids: witnesses of the granite mixing and 

late oxidation processes. Mineral. Petrol. 102, 87–97.

Broska I. & Petrík I. 2015: Variscan thrusting in I- and S-type granitic 

rocks of the Tribeč Mountains, Western Carpathians (Slovakia): 

evidence from mineral compositions and monazite dating. Geol. 

Carpath. 66, 455–471.

Broska I.

 &

 Uher P. 1988: Accessory minerals of granitoid rocks of 

Bojná  and  Hlohovec  blocks,  the  Považský  Inovec  Mts.  Geol. 

Carpath. 39, 505–520.

Broska I.

 &

 Uher P.., 2001: Whole-rock chemistry and genetic typo-

logy of the West-Carpathian Variscan granites. Geol. Carpath. 

52, 79–90.

Broska  I.,  Petrík  I.

  &

 Benko P. 1997: Petrology of the Malá Fatra 

granitoid rocks (Western Carpathians, Slovakia). Geol. Carpath. 

48, 27–37.

Broska  I.,  Vdovcová  K.,  Konečný  P.,  Siman  P.

  &

 Lipka J. 2004:  

Accessory titanite in the granitoids of the Western Carpathians: 

distribution and composition. Miner. Slov. 36, 237–246 (in  

Slovak).

Broska I., Harlov D., Tropper P.

 &

 Siman P. 2007: Formation of mag-

matic titanite–ilmenite phase relations during granite alteration 

in the Tribeč Mountains, Western Carpathians, Slovakia. Lithos 

95, 58–71.

Broska  I.,  Petrík  I.,  Be′eri-Shlevin Y.,  Majka  J.

  &

 Bezák V. 2013: 

 Devonian/Mississippian I-type granitoids in the Western Car-

pathians: A subduction-related hybrid magmatism. Lithos  

162–163, 27–36.

Brugger J.

 &

 Gieré R. 1999: As, Sb, Be and Ce enrichment in mine-

rals from a metamorphosed Fe–Mn deposit, Val Ferrera, Eastern 

Swiss Alps. Can. Mineral. 37, 37–52.  

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. 2013a: Geochronology and petroge-

nesis of granitoid rocks from the Goryczkowa Unit, Tatra Moun-

tains (Central Western Carpathians). Geol. Carpath. 64, 419–435.

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

youngest magmatic activity in the High Tatra granites (Central 

Western Carpathians). Geochronometria 40, 134–144.

background image

467

TITANITE FROM VARISCAN I-TYPE TONALITES TO GRANODIORITES, WESTERN CARPATHIANS

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

Burger A.J., von Knorring O. & Clifford T.N. 1965: Mineralogical and 

radiometric studies of monazite and sphene occurrences in the 

 Namib Desert, South-West Africa. Mineral. Mag. 35, 519–528.

Cambel B., Kráľ J. & Burchart J. 1990: Isotopic geochronology of the 

Western Carpathian crystalline complex with catalogue of data. 

Veda, Bratislava, 1–184 (in Slovak with English summary). 

Carichi L., Annen C., Rust A. & Blundy J. 2012: Insights into the 

mechanisms and timescales of pluton assembly from deforma-

tion patterns of mafic enclaves. J. Geophys. Res. 117, B11206, 

1–18.

Carswell D.A., Wilson R.N. & Zhai M. 1996: Ultra-high pressure alu-

minous titanite in carbonate-bearing eclogites at Shuanghe in 

Dabieshan, central China. Mineral. Mag. 60, 461–471.

Castelli D. & Rubatto D. 2002: Stability of Al- and F-rich titanite in 

metacarbonate: petrologic and isotopic constraints from a poly-

metamorphic eclogitic marble of the internal Sesia Zone (Wes-

tern Alps). Contrib. Mineral. Petrol. 142, 627–639. 

Cempírek J., Houzar S. & Novák M. 2008: Complexly zoned niobian 

titanite from hedenbergite skarn at Písek, Czech Republic, con-

strained  by  substitutions  Al(Nb,Ta)Ti

-2

,  Al(F,OH)(TiO)

-1

 and 

SnTi

-1

Mineral. Mag. 72, 1293–1305. 

Černý P., Novák M. & Chapman R. 1995: The Al(Nb,Ta)Ti

-2

 substitu-

tion in titanite: the emergence of a new species? Mineral. Petrol. 

52, 61–73. 

Cháb  J.,  Breiter  K.,  Fatka  O.,  Hladil  J.,  Kalvoda  J.,  Šimůnek  Z., 

Štorch P., Vašíček Z., Zajíc J. & Zapletal J. 2008: Short geology 

of the Bohemian Massif basement and their Carboniferous and 

Permian cover. Czech Geological Survey Press, Prague, 1–284  

(in Czech).

Chakhmouradian A.R. 2004: Crystal chemistry and paragenesis of 

compositionally unique (Al-, Fe-, Nb-, and Zr-rich) titanite from 

Afrikanda, Russia. Am. Mineral. 89, 1752–1762. 

Chakhmouradian A.R., Reguir E.P. & Mitchell R.H. 2003: Titanite in 

carbonatitic rocks: Genetic dualism and geochemical signifi-

cance. Period. Mineral. 72, Special Issue 1, Eurocarb workshop 

Italy, 107–113.

Chambers J.A. & Kohn M.J. 2012: Titanium in muscovite, biotite, 

and hornblende: Modelling, thermometry and rutile activities in 

metapelites and amphibolites. Am. Mineral. 97, 543–555. 

Chen Y.-X.  &  Zheng Y.-F.  2015:  Extreme  Nb/Ta  fractionaction  in 

metamorphic titanite from ultrahigh-pressure metagranite. 

 Geochim. 

Cosmochim. Acta 150, 53–73.

Chen Y.-X., Zhou K., Zheng Y.-F., Gao X.-Y. & Yang Y.-H. 2016: 

Polygenetic titanite records the composition of metamorphic 

 fluids during the exhumation of ultrahigh-pressure metagranite 

in the Sulu orogen. J. Metamorph. Geol. 34, 573–594.

Cherniak D.J. 2006: Zr diffusion in titanite. Contrib. Mineral. Petrol. 

152, 639–647.

Chew D.M., Petrus J.A. & Kamber B.S. 2014: U–Pb LA–ICP–MS 

dating using accessory mineral standards with variable common 

Pb. Chem. Geol. 363, 185–199.

Coleman D.S., Gray W. & Glazner A.F. 2004: Rethinking the empla-

cement and evolution of zoned plutons: geochronologic evi-

dence for incremental assembly of the Tuolumne Intrusive Suite, 

California. Geology 32, 433–436. 

Colombini  L.L.,  Miller  C.F.,  Gualda  G.A.R.,  Wooden  J.L.  &  

Miller J.S. 2011: Sphene and zircon in the Highland Range vol-

canic  sequence  (Miocene,  southern  Nevada,  USA):  elemental 

partitioning, phase relations, and influence on evolution of silic-

ic magma. Mineral. Petrol. 102, 29–50. 

Della Ventura G. & Bellatreccia F. 1999: Zr- and LREE-rich titanite 

from Tre Croci, Vico Volcanic complex (Latium, Italy). Mineral. 

Mag. 63, 123–130. 

Ferry J.M. & Watson E.B. 2007: New thermodynamic models and 

revised calibrations for the Ti-in-zircon and Zr-in-rutile ther-

mometers. Contrib. Mineral. Petrol. 154, 429–437.

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

Petrík I., Riegler G. & Uher P. 2003: Electron-microprobe dating 

of monazites from Western Carpathian basement granitoids: plu-

tonic evidence for an important Permian rifting event subsequent 

to Variscan crustal anatexis. Int. J. Earth Sci. 92, 86–98.

Foord E.E., Hlava P.F., Erd R.C. & Lichte F.E. 1993: Rhyolite-hosted 

REE–Fe–Nb-bearing titanite from Willow Spring Draw, Sierra 

County, New Mexico, U.S.A. In: Rare earth minerals: chemistry, 

origin and ore deposits. 1 and 2 April 1993. Abstracts. The Natu-

ral History Museum London, United Kingdom, 39–41.

Gaab A.S., Poller U., Janák M., Kohút M. & Todt W. 2005: Zircon 

U–Pb geochronology and isotopic characterization for the 

pre-Mesozoic basement of the Northern Veporic Unit (Central 

Western Carpathians, Slovakia). Schweiz. Mineral. Petrogr. Mitt. 

85, 69–88.

Gao X.-Y., Zheng Y.-F. & Chen Y.-X. 2011: U–Pb ages and trace ele-

ments in metamorphic zircon and titanite from UHP eclogite in 

the Dabie orogen: constraints on P–T–t path. J. Metamorph. 

Geol. 29, 721–740.  

Gao X.-Y., Zheng Y.-F., Chen Y.-X. & Guo J. 2012: Geochemical and 

U–Pb age constraints on the occurrence of polygenetic titanites 

in UHP metagranite in the Dabie orogen. Lithos 136–139,  

93–108.

Gasser D., Jeřábek P., Faber C., Stünitz, H., Menegon L., Corfu F., 

Erambert M. & Whitehouse M.J. 2015: Behaviour of geochro-

nometers and timing of metamorphic reactions during deforma-

tion at lower crustal conditions: phase equilibrium modeling and 

U–Pb dating of zircon, monazite, rutile and titanite from the  

Kalak Nappe Complex, northern Norway. J. Metamorph. Geol. 

33, 513–534.

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

Episodic 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.

Ghiorso  M.S.  &  Evans  B.W.  2008:  Thermodynamics  of  rhombo-

hedral oxide solid solutions and a revision of the Fe–Ti two- 

oxide geothermometer and oxygen-barometer. Am. J. Sci. 308, 

957–1039.

Gieré R. 1992: Compositional variation of metasomatic titanite from 

Adamello (Italy). Schweiz. Mineral. Petrogr. Mitt. 72, 167–177. 

Glazner A.F., Bartley J.M., Coleman D.S., Gray W. & Taylor R.Z. 

2004: Are plutons assembled over millions of years by amalga-

mation from small magma chambers? GSA Today 14, 4–11.

Green T.H. & Pearson N.J. 1986: Rare-earth element partitioning be-

tween sphene and coexisting silicate liquid at high pressure and 

temperature. Chem. Geol. 55, 105–119. 

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

among minerals in a granodiorite and their petrogenetic implica-

tions. Geochim. Cosmochim. Acta 47, 925–939.

Hayden L.A., Watson E.B. & Wark D.A. 2008: A thermometer for 

sphene (titanite). Contrib. Mineral. Petrol. 155, 529–540.

Heaman L.M. 2009: The application of U–Pb geochronology to 

 mafic, ultramafic and alkaline rocks: an evolution of the three 

mineral standards. Chem. Geol. 261, 43–52. 

Higgins  J.B.  &  Ribbe  P.H.  1976: The  crystal  chemistry  and  space 

groups of natural and synthetic titanites. Am. Mineral. 61,  

878–888. 

Holland T.J.B. & Powell R. 2011: An improved and extended inter-

nally consistent thermodynamic dataset for phases of petro-

logical  interest,  involving  a  new  equation  of  state  for  solids.  

J. Metamorph. Geol. 29, 333–383.

Hoskin P.W.O., Kinny P.D., Wyborn D. & Chappell B.W. 2000: Iden-

tifying accessory mineral saturation during differentiation in 

granitoid magmas: an integrated approach. J. Petrol. 41, 

 

1365–1396. 

background image

468

UHER, BROSKA, KRZEMIŃSKA, ONDREJKA, MIKUŠ and VACULOVIČ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

Hovorka D. 1960: Contribution to petrography of Veporide grani-

toids.  Acta Geol. Geogr. Univ. Comen. Geol. 4, 255–262  

(in Slovak).

Hovorka D. & Hvožďara P. 1964: Accessory minerals of the Veporide 

granitoid rocks. Acta Geol. Geogr. Univ. Comen. Geol. 9,  

145–179 (in Slovak).

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

rocks. Geol. Carpath. 38, 515–544.

Janák M., Plašienka D., Frey M., Cosca M., Schmidt S.Th., Lupták B.  

& Méres Š. 2001: Cretaceous evolution of a metamorphic core 

complex, the Veporic unit, Western Carpathians (Slovakia): P–T 

conditions and in situ 

40

Ar/

39

Ar UV laser probe dating of 

metapelites. J. Metamorph. Geol. 19, 197–216.

Jeřábek  P.,  Janák  M.,  Faryad  S.W.,  Finger  F.  &  Konečný  P.  2008: 

Polymetamorphic evolution of pelitic schists and evidence for 

Permian low-pressure metamorphism in the Vepor Unit, West 

Carpathians. J. Metamorph. Geol. 26, 465–485.

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

gy of granitic rocks. Springer, Berlin – Heidelberg – New York, 

1–335.

Kennedy A.K., Kamo S.L., Nasdala L. & Timms N.E. 2010: Grenville 

skarn titanite: potential reference material for SIMS U–Th–Pb 

analysis. Can. Mineral. 48, 1423–1443.

Kinny P.D., McNaughton N.J., Fanning C.M.

  &

 Maas R. 1994:  

518  Ma  sphene  (titanite)  from  the  Khan  pegmatite,  Namibia, 

southwest Africa: a potential ion-microprobe standard. Abstract, 

8th International Conference on Geochronology, Cosmochrono-

logy and Isotope Geology. U.S. Geological Survey, 171. Circular 

1107.

Kirkland C.L., Spaggiari C.V., Johnson T.E., Smithies R.H., Danišík 

M., Evans N., Wintage M.T.D., Clark C., Spencer C., Mikucki E. 

&  McDonald  B.J.  2016:  Grain  size  matters:  Implications  for 

 element and isotopic mobility in titanite. Precambrian Res. 278, 

283–302.

Kirkland  C.L.,  Hollis  J.,  Danišík  M.,  Petersen  J.,  Evans  N.J.  &  

McDonald B.J. 2018: Apatite and titanite from the Karrat Group, 

Greenland;  implications  for  charting  the  thermal  evolution  of 

crust from the U-Pb geochronology of common Pb bearing 

phases. Precambrian Res. 300, 107–120.

Knoche  R., Angel  R.J,  Seifert  F.  &  Fliervoet T.F.  1998:  Complete 

substitution of Si for Ti in titanite Ca(Ti

1-x

Si

x

)

VI

Si

IV

O

5

.  

Am. Mineral. 83, 1168–1175. 

Kohn M.J. 2017: Titanite petrochronology. Rev. Mineral. Geochem. 

83, 419–441.

Kohn M.J. & Corrie S.L. 2011: Preserved Zr-temperatures and U–Pb 

ages of high-grade metamorphic titanite: Evidence for a static 

hot channel in the Himalayan orogen. Earth. Planet. Sci. Lett. 

311, 136–143.

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

and O) constraints on sources of Variscan granites in theWestern 

 Carpathians.  J. Geosci. 53, 307–322.

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

V.M. 1999: Sr and Nd isotope geochemistry of Variscan 

 

granitic rocks from the Western Carpathians – implications  

for granite genesis and crustal evolution. Geol. Carpath. 50, 

477–487. 

Kohút M., Uher P., Putiš M., Ondrejka M., Sergeev S., Larionov N. & 

Paderin I. 2009: SHRIMP U–Th–Pb zircon dating of the grani-

toid  massifs  in  the  Malé  Karpaty  Mountains  (Western  Carpa-

thians):  evidence  of  Meso-Variscan  successive  S-  to  I-type 

granitic magmatism. Geol. Carpath. 60, 345–350.  

Kowallis B.J., Christiansen E.H. & Griffen D.T. 1997: Compositional 

variations in titanite. Geological Society of America Abstracts 

with Programs 29, A-402.

Kowallis B.J., Christiansen E.H., Dorais M., Winkel A., Henze P., 

Franzen L. & Webb H. 2018: Compositional variations of Fe, Al, 

and F in titanite (sphene). Geological Society of America Annual 

Meeting, Indianapolis, Indiana, USA, 2018, Paper No. 137-11.

Kroner  U.  &  Romer  R.L.  2013:  Two  plates  –  many  subduction  

zones: the Variscan orogeny reconsidered. Gondwana Res. 24, 

298–329.

Li J.-W., Deng X.-D., Zhou M.F., Liu Y.-S., Zhao X.-F.

 &

 Guo J.-L. 

2010: Laser ablation ICP-MS titanite U–Th–Pb dating of hydro-

thermal ore deposits: A case study of the Tonglushan Cu–Fe–Au 

skarn deposit, SE Hubei Province, China. Chem. Geol. 270,  

56–67.

Liferovich R.P. & Mitchell R.H. 2005: Solid solution of rare earth 

elements in synthetic titanite: a reconnaissance study. Mineral. 

Petrol. 83, 271–282.

Liferovich R.P. & Mitchell R.H. 2006: Solid solutions of niobium in 

synthetic titanite. Can. Mineral. 44, 1089–1097.

Liu Y., Fan Y., Zhou T., Zhang L., Noel C., White N.C., Hong H. & 

Zhang W. 2018: LA–ICP–MS titanite U–Pb dating and mineral 

chemistry of the Luohe magnetite-apatite (MA)-type deposit in 

the Lu-Zong volcanic basin, Eastern China. Ore Geol. Rev. 92, 

284–296.

Ludwig K.R. 2003: User`s Manual for Isoplot 3.00: A Geochronolo-

gical toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochron.  Center 

Spec. Publ. 4, Berkeley, 1–70.

Ludwig K.R. 2009: SQUID 2: A User’s Manual, rev.12 April 2009.  

Berkeley Geochronology Center Special Publication 5, 1–110.

Lyakhovich V.V. 1968: Accessory minerals. Nauka, Moscow, 1–276  

(in Russian). 

Ma Q., Evans N.J., Ling X-X., Yang J-H., Wu F-W., Zhao Z-D. & 

Yang  Y-H.  2019:  Natural  Titanite  reference  materials  for  in  

situ  U–Pb  and  Sm–Nd  isotopic  measurements  by  LA–(MC)–

ICP–MS. Geostand. Geoanal. Res. 43, 355–384.

Mandl M., Kurz W., Hauzenberger C., Fritz H., Klötzli U. & Schuster 

R. 2018: Pre-Alpine evolution of the Seckau Complex 

 

(Austro alpine basement/Eastern Alps): Constraints from in-situ 

LA-ICP-MS U–Pb zircon geochronology. Lithos 296–299, 

 

412–430.

Markl G. & Piazolo S. 1999: Stability of high-Al titanite from low- 

pressure calcsilicates in light of fluid and host-rock composition. 

Am. Mineral. 84, 37–47. 

Matzel J.E.P., Bowring S.A. & Miller R.B. 2006: Time scales of plu-

ton construction at differing crustal levels: Examples from the 

Mount Stuart and Tenpeak intrusions, North Cascades, Washing-

ton. Geol. Soc. Am. Bull. 118, 1412–1430. 

McLeod  G.W.,  Dempster  T.J.  &  Faithfull  J.W.  2011:  Deciphering 

magma-mixing processes using zoned titanite from the Ross of 

Mull Granite, Scotland. J. Petrol. 52, 55–82.

Michel J., Baumgartner L., Putlitz B., Schaltegger U. & Ovtcharova M. 

2008: Incremental growth of the Patagonian Torres del Paine 

laccolith over 90 k.y. Geology 36, 459–562. 

Middleton A.W., Förster H.-J., Uysal I.T., Golding S.D. & Rhede D. 

2013: Accessory phases from the Soulz monzogranite, Soultz-

sous-Forêts, France: Implications for titanite destabilisation and 

differential REE, Y and Th mobility in hydrothermal systems. 

Chem. Geol. 335, 105–117.

Nakada S. 1991: Magmatic processes in titanite-bearing dacites, cen-

tral Andes of Chile and Bolivia. Am. Mineral.76, 548–560. 

Paterson B.A. & Stephens W.E. 1992: Kinetically induced composi-

tional zoning in titanite: implications for accessory-phase/melt 

partitioning of trace elements. Contrib. Mineral. Petrol. 109, 

373–385.

Paterson B.A., Stephens W.E. & Herd D.A. 1989: Zoning in granitoid 

accessory minerals as revealed by backscattered electron ima-

gery. Mineral. Mag. 53, 55–61. 

Paul  B.J.,  Černý  P.,  Chapman  R.  &  Hinthorne  J.R.  1981:  Niobian 

 titanite from the Huron Claim pegmatite, Southeastern Manitoba. 

Can. Mineral. 19, 549–552. 

background image

469

TITANITE FROM VARISCAN I-TYPE TONALITES TO GRANODIORITES, WESTERN CARPATHIANS

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

Perseil E.-A. & Smith D.C. 1995: Sb-rich titanite in the manganese 

concentrations at St. Marcel-Praborna, Aosta Valley, Italy: 

 petrography and crystal-chemistry. Mineral. Mag. 59, 717–734. 

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

and their petrogenetic importance. Geol. Carpath. 31, 215–230.

Petrík I. & Broska I. 1989: Mafic enclaves in granitoid rocks of the 

Tribeč Mts., Western Carpathians: geochemistry and petrology. 

Geol. Carpath. 40, 667–696.

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

Tribeč Mountains, Western Carpathians: an example of allanite 

(+ magnetite) versus monazite dichotomy. Geol. J. 29, 59–78. 

Petrík I. & Kohút M. 1997: The evolution of granitoid magmatism 

during the Variscan orogen in the Western Carpathians. In: 

 Grecula P., Hovorka D., Putiš M. (Eds.): Geological evolution  

of the Western Carpathians. Miner. Slov., Monograph,  

235–252.

Pieczka A., Hawthorne F.C., Ma C., Rossman G.R., Szełeg E., Szusz-

kiewicz  A.,  Turniak  K.,  Nejbert  K.,  Ilnicki  S.S,  Buffat  P.  & 

 Rutkowski B. 2017: Żabińskiite, ideally Ca(Al

0.5

Ta

0.5

)(SiO

4

)O, 

a new mineral of the titanite group from the Piława Górna peg-

matite, the Góry Sowie Block, southwestern Poland. Mineral. 

Mag. 81, 591–610.

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

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

grani toids and orthogneisses of the Tatra Mountains (Slovakia). 

Int. J. Earth Sci. 89, 336–349.

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

study of the Western Carpathians: implication for Palaeozoic 

evolution. Schweiz. Mineral. Petrogr. Mitt. 81, 159–174. 

Putiš M. 1992: Variscan and Alpidic nappe structures of the Western 

Carpathian crystalline basement. Geol. Carpath. 43, 369–380. 

Radziszewski P. 1924: About the Carpathian granites. Prace Polsk. 

Inst. Geol.  1  (1921–1924),  97–154  (in   Polish  with  French 

 summary).

Resor P.G., Chamberlain K.R., Frost C.D., Snoke A.W. & Frost B.R. 

1996: Direct dating of deformation: U–Pb age of syndeforma-

tional sphene growth in the Proterozoic Laramie Peak shear 

zone. Geology 24, 623–626. 

Ribbe  P.H.  1980:  Titanite.  In:  Ribbe  P.H.  (Ed.):  Orthosilicates.  

Rev. Mineral. 5, 137–154.

Rubatto D. & Hermann J. 2001: Exhumation as fast as subduction? 

Geology 29, 3–6. 

Russell J.K., Groat L.A. & Halleran A.A.D. 1994: LREE-rich niobian 

titanite from Mount Bisson, British Columbia: Chemistry and 

exchange mechanisms. Can. Mineral. 32, 575–587. 

Sato  K.,  Siga  O.Jr.,  Basel  M.A.S.,  Tassinari  C.C.G.  &  Onoe A.T. 

2016: SHRIMP U–Th–Pb analyses of titanites: analytical tech-

niques and examples of terranes of the South-Southeast of Brazil 

– Geoscience Institute of the University of São Paulo. Geol. Sér. 

Cient. Univ. São Paulo 16, 3–18.

Sauerzapf  U.,  Lattard  D.,  Burchard  M.  &  Engelmann  R.  2008:  

The tita nomagnetite–ilmenite equilibrium: new experimental data 

and thermooxybarometric application to the crystallization of 

basic to intermediate rocks. J. Petrol. 49, 1161–1185. 

Schafarzik F. 1898: Industrial rocks of the Nitra Comitate. Földt. 

Kozl. 28, 369–399 (in Hungarian).

Schaltegger U., Brack P., Ovtcharova M., Peytcheva I., Schoene B., 

Stracke A.,  Marocchi  M.  &  Bargossi  G.M.  2009:  Zircon  and 

 titanite recording 1.5 million years of magma accretion, crystal-

lization and initial cooling in a composite pluton (southern 

Adamello batholith, northern Italy). Earth Planet. Sci. Lett. 286, 

208–218.  

Simonetti A., Heaman L.M., Chacko T. & Banerjee N.R. 2006: In situ 

petrographic thin section U–Pb dating of zircon, monazite, and 

titanite using laser ablation–MC–ICP–MS. Int. J. Mass Spectr. 

253, 87–97.

Singh  J.  &  Johannes  W.  1996:  Dehydration  melting  of  tonalites.  

Part I. Beginning of melting. Contrib. Mineral. Petrol. 125,  

16–25.

Skublov  S.G.,  Berezin  A.V.,  Rizvanova  N.G.,  Meľnik  A.E.  &  

Myskova T.A. 2014: Multistage Svecofennian metamorphism: 

Evidence from the composition and U–Pb age of titanite  

from eclogites of the Belomorian mobile belt. Petrology 22, 

381–388.

Speer J.A. & Gibbs G.V. 1976: The crystal structure of synthetic ti-

tanite, CaTiOSiO

4

, and the domain textures of natural titanites. 

Am. Mineral. 61, 238–247. 

Spencer K.J., Hacker B.R., Kylander-Clark A.R.C., Andersen T.B., 

Cottle J.M., Stearns M.A., Poletti J.E. & Seward G.G.E. 2013: 

Campaign-style titanite U–Pb dating by laser-ablation ICP:  

Implications for crustal flow, phase transformations and titanite 

closure. Chem. Geol. 341, 84–101.

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

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

26, 207–221.

Stearns M.A., Hacker B.R., Ratschbacher L., Rutte D. & Kylander- 

Clark A.R.C. 2015: Titanite petrochronology of the Pamir  

gneiss domes: Implications for middle to deep crust exhuma-

tion and titanite closure to Pb and Zr diffusion. Tectonics 34, 

784–802. 

Stepanov A.V., Bekenova G.K., Levin V.L. & Hawthorne F.C. 2012: 

Natrotitanite, ideally (Na

0.5

Y

0.5

)Ti(SiO

4

)O, a new mineral from 

the Verkhnee Espe deposit, Akjailyautas Mountains, Eastern 

 Kazakhstan district, Kazakhstan: description and crystal struc-

ture. Mineral. Mag. 76, 37–44.

Sun J.F., Yang J.H., Wu F.Y., Xie L.W., Yang Y.H., Liu Z.C. & Li X.H. 

2012: In situ U–Pb dating of titanite by LA-ICPMS. Chin. Sci. 

Bull. 57, 2506–2516. 

Thöni  M.,  Petrík  I.,  Janák  M.  &  Lupták  B.  2003:  Preservation  of 

 

Variscan garnet in Alpine metamorphosed pegmatite from 

 

the Veporic Unit, Western Carpathians: Evidence from Sm–Nd 

isotope data. J. Czech Geol. Soc. 48, 123–124.

Tilton G.R. & Grünenfelder M.C. 1968: Sphene: Uranium-lead ages. 

Science 159, 1458–1461. 

Uher P. & Broska I. 1995: Pegmatites in two suites of Variscan oro-

genic  rocks  (Western  Carpathians,  Slovakia).  Mineral. Petrol. 

55, 27–36.

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

Western Carpathian-Pannonian area: Geochemistry, mineralogy 

and evolution. Geol. Carpath. 47, 311–321.

Uher P., Černý P., Chapman R., Határ J. & Miko O. 1998: Evolution 

of Nb-Ta minerals in the Prašivá granitic pegmatites, Slovakia: 

II. External hydrothermal Pb, Sb overprint. Can. Mineral. 36, 

535–545.

Uher  P.,  Kohút  M.,  Ondrejka  M.,  Konečný  P.  &  Siman  P.  2014: 

Monazite-(Ce)  in  Hercynian  granites  and  pegmatites  of  the 

Bratislava Massif, Western Carpathians: Compositional varia-

tions and Th–U–Pb electron-microprobe dating. Acta Geol. Slov. 

6, 215–231.

Vlasov K.A., Sindeyeva N.D., Serdyuchenko D.P., Eshkova Je. M., 

Kuzmenko  M.V.  &  Pyatenko  Ju.A.  1964:  Geochemistry, 

 mine ralogy and genetic types of rare-element deposits. Part II. 

Mine 

ralogy of rare elements. Nauka, Moscow, 1–832 (in 

 

Russian). 

Vuorinen J.H. & Hålenius U. 2005: Nb-, Zr- and REE-rich titanite 

from the Alnö alkaline complex: Crystal chemistry and its 

impor tance as a petrogenetic indicator. Lithos 83, 128–142. 

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

perature and composition effects in a variety of crustal magma 

types. Earth Planet. Sci. Lett. 64, 295–304.

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

tite + quartz in granitic rocks. Am. Mineral. 74, 744–749. 

background image

470

UHER, BROSKA, KRZEMIŃSKA, ONDREJKA, MIKUŠ and VACULOVIČ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 6, 449–470

Xie L., Wang R.-C., Chen J. & Zhu J.-C. 2010: Mineralogical evi-

dence for magmatic and hydrothermal processes in the Qitian-

ling  oxidized  tin-bearing  granite  (Hunan,  South  China):  EMP 

and (MC)-LA-ICPMS investigations of three types of titanite. 

Chem. Geol. 276, 53–68.

Zabavnikova N.I. 1957: Isomorphic substitutions in sphene. 

 

Geochemistry 3, 271–278 (in Russian).

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

 Hajná  J., Tomek  F., Vondrovic  L.  & Trubač  J.  2014: A  plate- 

kinematic model for the assembly of the Bohemian Massif 

 constrained by structural relationships around granitoid plutons. 

In:  Schulmann  K.,  Martínez  Catalán  J.R.,  Lardeaux  J.M., 

 Janoušek  V.  &  Oggiano  G.  (Eds.):  The  Variscan  Orogeny: 

 Extent, timescale and the formation of the European crust. Geol. 

Soc. London, Spec. Publ. 405, 169–196.

Zoubek V. 1936: Notes about the crystalline basement of the Western 

Carpathians. Věst. Stát. Geol. Úst. Českoslov. Rep. 12, 207–239 

(in Czech with German summary).

Appendix

Titanite sample location:
T-63
: Biotite tonalite containing mafic magmatic enclaves. 

Zlatno village, Javorový Hill, a cliff 700 m S of the hilltop. 

Tribeč Mts. (48°29’20” N, 18°18’33” E).
T-70: Biotite tonalite, abandoned quarry, Nitra town, southern 

slope of Zobor Hill, Tribeč Mts. (48°19’38” N, 18°05’40” E).
ZK-79: Biotite granodiorite, Brusno village, confluence of 

 Sopotnica and Studenec brooks, Nízke Tatry Mts. (48°51’59” N, 

19°20’48” E).

ZK-83:  Biotite  tonalite,  Hriňová  village,  outcrops  on  nor-

thern  side  of  the  dam,  Vepor  (Slovenské  Rudohorie)  Mts. 

(48°36’15” N, 19°32’41” E).
Sih-1: Biotite tonalite, Sihla village, Tlstý Javor quarry, Vepor 

(Slovenské Rudohorie) Mts. (48°41’04” N, 19°38’40” E).
ZK-12: Biotite tonalite, outcrop in road cut, Kysak village, 

Čierna Hora Mts. (48°52’08” N, 21°10’59” E).