Early to Middle Carboniferous hornblende 40Ar/39Ar ages of amphibolites and gabbros from the Bergsträsser Odenwald

Summary Pre- to Early Variscan metamorphic rocks and intrusive calc-alkaline rocks are constituting the Odenwald accretionary complex. The predominant regional metamorphic formation of the amphibolite is postdated by the intrusion of the Frankenstein gabbro complex in the NW Odenwald at about 362 Ma. Thus indications of older metamorphic events might be preserved in the amphibolites. However, for the central and southern Odenwald zircon data revealed a thermal peak of regional metamorphism at about 336 Ma. Nine amphibole separates from two gabbroic intrusives and from seven amphibolites were dated by the K-Ar method, mainly using the ⁴⁰Ar/³⁹Ar technique. The two gabbro amphibole separates yielded ages of 335 and 329 Ma; i.e. they are about 30 Ma younger than the Frankenstein gabbro. The total argon ages of the amphibolite hornblendes are at about 359 Ma in the north and about 330 to 320 Ma in the south (early and late stages of the Early Carboniferous). The ages of the three metamorphic amphiboles from the north are in the age range of the Frankenstein gabbro intrusion, however, the four from the south slightly postdate the regional metamorphic climax. Two of the older amphibole separates of the north and two of the younger ones from the south yielded plateau ages slightly older than the total argon ages (about 358 Ma and 329 Ma, respectively). The southernmost amphibolite with a total argon age of 320 Ma shows an irregular spectrum with a maximum age step for 40% of its argon corresponding to an age of 344 Ma. It possibly has partly preserved an older argon component during the younger phase of regional metamorphism. Together with published data the results show that hornblende of amphibolites from the Odenwald offer the chance to unravel the metamorphic veil of the Mid-Carboniferous regional metamorphism.

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Zusammenfassung Früh- bis mittel-karbonische ⁴⁰ Ar/ ³⁹ Ar-Alter an Amphibolit- und Gabbro-Hornblenden des Bergstr?sser Odenwaldes Der Odenwald, als ehemaliger akkretion?rer Komplex, besteht aus pr?- bis frühvariskischen metamorphen, sowie kalk-alkalischen Intrusivgesteinen. Die Bildung der regionalmetamorphen Gesteine erfolgte vor der Intrusion des Frankenstein-Gabbro-Komplexes im NW-Odenwald um 362 Ma. Ihre Amphibol-führenden Vertreter bieten die Chance, mittels Hornblende-Datierungen nach zeitlichen Anzeichen dieser Metamorphose zu suchen. Im zentralen und südlichen Odenwald sprechen andererseits Zirkon-Daten für einen Peak der Regionalmetamorphose um ca. 336 Ma. Aus sieben Amphiboliten und zwei Gabbros der drei strukturellen Einheiten des Bergstr?sser Odenwaldes wurden neun Hornblende-Pr?parate unter strenger Beachtung m?glicher Kontaminationen und Umbildungen hergestellt und nach der K-Ar-Methode datiert, wobei sowohl konventionelle als auch ⁴⁰Ar/³⁹Ar-Technik eingesetzt wurde. Die Gabbro-Hornblenden ergaben mit 335 und 329 Ma um ca. 30 Ma jüngere Werte als die Alter des Frankenstein-Gabbros. Die Totalargon-Alter der Hornblenden aus den Amphiboliten im Norden und Süden unterscheiden sich deutlich und geh?ren mit ca. 359 Ma bzw. 330 Ma dem frühen und sp?ten Unterkarbon an. Die Alter der drei untersuchten metamorphen Hornblenden aus dem Norden fallen in den Altersbereich der Frankenstein-Intrusion. Die Alter der drei ungest?rten Hornblenden aus dem Süden sind etwas jünger als der Zeitraum der sp?ten Regionalmetamorphose. Zwei Hornblenden aus dem Norden und zwei aus dem Süden zeigen Plateau-Alter, die geringfügig über den Totalargon-Altern liegen (ca. 358 und 329 Ma). Die südlichste Probe mit einem Total-Argonalter von 320 Ma hat ein irregul?res Spektrum mit einem Altersmaximum (für ca. 40% des Argons) bei 344 Ma. M?glicherweise rührt es von einer Hornblendekomponente her, welche durch die sp?tere Regionalmetamorphose nicht verjüngt worden ist. Zusammen mit wenigen Literaturdaten best?tigen die gewonnenen Hornblende-Daten aus dem Norden, da? Hornblenden aus Amphiboliten potentiell geeignet sind, Ereignisse vor der mittelkarbonen Metamorphose- und Intrusionsphase isotopisch zu datieren.

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Received August 5, 1999; revised version accepted August 7, 2000     

Age and origin of the Böllsteiner Odenwald

Summary The granitoid protoliths of the gneisses of the B?llsteiner Odenwald, a part of the Mid German Crystalline Rise, intruded at 405 ± 3 Ma. This age was obtained by single zircon ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb evaporation measurements. It is supported by an upper discordia intercept age of 410 ± 11 Ma from single zircon U/Pb data. These granitoids were derived from hybrid magmas according to their geochemical characteristics. Inherited zircon grains with apparent ages of 882 and 1138 Ma further constrain the source heterogeneity. The isotope data with Nd model ages for the granitoid gneisses between 1.3 and 1.7 Ga also underline the involvement of Proterozoic material into the magma sources. Since the geochemical data indicate a subduction zone environment we suggest that the B?llsteiner Odenwald was formed as part of a Silurian/Early Devonian magmatic arc in an active continental margin. The age data imply that the B?llsteiner Odenwald is closely related to the Spessart and Ruhla Crystalline Complexes but not to the Bergstr?sser Odenwald. Therefore the Otzberg zone is considered to be a Variscan suture zone.

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Zusammenfassung Alter und Ursprung des B?llsteiner Odenwalds Die granitoiden Protolithe der Gneise des B?llsteiner Odenwaldes, eines Teils der Mitteldeutschen Kristallinschwelle, intrudierten vor 405 ± 3 Ma. Dieses Alter wurde mit Hilfe der Pb/Pb-Evaporationsmethode an Einzelzirkonen bestimmt und durch U/Pb Analysen an Einzelzirkonen untermauert, die im Concordia-Diagramm ein Oberes-Schnittpunkt-Alter von 410 ± 11 Ma ergaben. Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung sind die Granitoide von hybriden Magmen abzuleiten. Die ererbten Zirkone mit Altern von 882 und 1138 Ma best?tigen die Heterogenit?t des Ausgangsgesteins. Die Isotopendaten mit Modellaltern von 1.3 bis 1.7 Ga unterstreichen die Beteiligung von proterozoischem Material. Da die geochemischen Daten auf eine Subduktionszone hindeuten, folgern wir, da? der B?llsteiner Odenwald als Teil eines silurisch/unterdevonischen magmatischen Bogens an einem aktiven Kontinentalrand gebildet wurde. Die Altersstellung des B?llsteiner Odenwaldes korreliert mit dem Spessart und dem Ruhla Kristallin, aber nicht mit dem Bergstr?sser Odenwald. Wir interpretieren die Otzberg Zone deshalb als eine variskische Suturzone.

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Received July 10, 1999; revised version accepted November 15, 1999     

A muscovite age of a contact metamorphic gneiss from the SW Bergsträsser Odenwald/Germany

Summary The oldest rocks of the Bergstr?sser Odenwald are Variscan paragneisses. Most of them contain biotite and hornblende, but occasionally also muscovite-bearing varieties occur. Published K-Ar hornblende and biotite ages for these paragneisses are between 370 and 330 Ma. Muscovite from a sillimanite-muscovite gneiss (formerly called metamorphic schist) within the Heidelberg intrusive complex close to Weinheim was dated by the ⁴⁰Ar/³⁹Ar step degassing technique and yielded well-developed age plateaus. The total-argon ages of 327.5 ± 1.6 Ma correspond with the K-Ar biotite age of the neighbouring Heidelberg granite and other magmatic rocks of the southwestern Bergstr?sser Odenwald. No influence from the nearby Early Permian volcanism (Wachenberg rhyolite) is visible in the ⁴⁰Ar/³⁹Ar spectra. The dating results do not constrain the early regional metamorphism but indicate Late-Early Carboniferous contact-metamorphism by the granite intrusions.

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Zusammenfassung Das Muskovit- ⁴⁰ Ar/ ³⁹ Ar-Alter eines kontaktmetamorphen Gneises im Südwesten des Bergstr?sser Odenwaldes Die ?ltesten Gesteine des Bergstr?sser Odenwaldes sind variszische Paragneise, normalerweise metamorphe Schiefer genannt. Sie treten im ganzen Bergstr?sser Odenwald auf, überwiegend mit Biotit und Hornblende, gelegentlich aber auch mit Muskovit. An Hornblende und Biotit solcher Paragesteine sind früher K-Ar-Altersdaten zwischen 370 und 330 Ma ermittelt worden. Muskovit aus einem Muskovit-Sillimanit-Gneis im Heidelberger Intrusiv-Komplex unweit von Weinheim wurde nach der ⁴⁰Ar/³⁹Ar-Stufentechnik datiert. Es ergaben sich ungest?rte Plateauspektren und Totalargonalter von 327.5 ± 1.6 Ma. Letztere sind identisch mit dem K-Ar-Biotit-Alter des benachbarten Heidelberger Granits und anderen Magmatiten im südwestlichen Odenwald. Die Spektren ergeben keine Hinweise auf thermische Beeinflussung durch den unmittelbar benachbarten frühpermischen Vulkanismus (Wachenberg-Rhyolith). Das ermittelte Alter zeigt nicht die frühe Regionalmetamorphose, sondern die sp?tere kontaktmetamorphe überpr?gung des Gesteins zur Zeit der magmatischen Intrusionen an.

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Received August 27, 1999; revised version accepted June 21, 2000     

Structural-metamorphic evolution of the Southern Yenisey Range of Eastern Siberia: implications for the emplacement of the Kanskiy granulite Complex

Summary ?The Southern Yenisey Range of Eastern Siberia consists of the granulite facies Kanskiy Complex bordered in the west by the lower-grade Yeniseyskiy and Yukseevskiy Complexes. Three deformational events were recognized in each of the three complexes along the Yenisey River cross-section: a D1 fabric forming event, a D2 shear and folding event, and a D3 shear event. Thrust kinematics across the Southern Yenisey Range suggest that during the D2 event the Kanskiy Complex was thrusted along a regional ductile shear zone onto the lower-grade complexes. This resulted in shearing and folding as well as the development of a dynamic metamorphic zonation. In the low-grade greenstone belt part of the cross section (Yukseevskiy complex) D2 shearing is associated with peak prograde (T ∼ 660 °C and P ∼ 5.8 kbar) metamorphism. The retrograde P-T path of the Yukseevskiy Complex coincides with minimum T of the near-isobaric cooling P-T paths for the adjacent granulites of the Kanskiy Complex (Perchuk et al., 1989). The metamorphism can therefore be attributed to deformation and heat transfer caused by exhumation of the Kanskiy Complex in the time period 2000–1800 Ma which also defines the most significant tectono-thermal event in the Southern Yenisey Range. The tectono-metamorphic pattern and evolution of the low- to high-grade metamorphic complexes of the Southern Yenisey Range is very similar to that described for the ∼ 2600 Ma Limpopo Complex of Southern Africa and the ∼ 1900 Ma Lapland Complex of the Kola Peninsula. Similar geodynamic processes were therefore possibly responsible for the formation of these high-grade terrains suggesting that their formation is linked to a general geodynamic model.

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Zusammenfassung ?Strukturelle und metamorphe Entwicklung des südlichen Jenissei-Gebirges in Ost-Sibirien: Bedeutung für die Platznahme des Kanskiy Granulit-Komplexes Das südliche Jenissei-Gebirge in Ost-Sibirien besteht aus dem granulit-faziellen Kanskiy Komplex, der im Westen durch die niedrig-gradigen Jenisseiski und Jukseevski-Komplexe begrenzt wird. Drei Deformations-Phasen k?nnen in jedem der drei Komplexe l?ngs eines Profiles am Jenissei-Fluss beobachtet werden: Eine Phase, die zur Entwicklung des D1 Gefüges führte, eine Phase D2 mit Scher- und Faltvorg?ngen und eine D3 Scher-Phase. Die Kinematik von überschiebungen über das südliche Jenissei-Gebirge deuten an, dass w?hrend der D2-Phase der Kanskiy-Komplex l?ngs einer regionalen duktilen Scherzone auf die niedriggradigeren Komplexe überschoben wurde. Dies führte zu Scherung und Faltung, sowie zur Entwicklung einer dynamischen metamorphen Zonierung. In dem niedriggradigen Grünsteingürtel innerhalb des Profils (Jukseevski-Komplex) ist D2-Scherung mit dem H?hepunkt der prograden Metamorphose (T ≈ 660 °C und P ≈ 5,8 kbar) zusammengefallen. Der retrograde P-T-Pfad des Jukseevski-Komplexes f?llt mit der Minimum-Temperatur der fast isobaren Abkühlung der P-T-Pfade für die benachbarten Granulite des Kanskiy-Komplexes zusammen (Perchuk et al., 1989). Die Metamorphose kann deshalb auf Deformation und W?rmefluss zurückgeführt werden, die durch die Freilegung des Kanskiy-Komplexes zwischen 2.00 und 1.80 Ma verursacht wurde; letztere f?llt auch mit der wichtigsten tektono-thermalen Phase im südlichen Jenissei-Gebirge zusammen. Das tektono-metamorphe Muster und die Entwicklung von niedrig- zu hochgradigen metamorphen Komplexen des südlichen Jenissei-Gebirges ?hnelt in vielf?ltiger Weise dem ungef?hr 2.600 Ma alten Limpopo-Komplex im südlichen Afrika und dem 1.900 Ma alten Lappland-Komplex der Kola-Halbinsel. ?hnliche geodynamische Prozesse waren deshalb m?glicherweise für die Entstehung dieser hochgradig metamorphen Terrains verantwortlich; dies wiederum weist darauf hin, dass ihre Entstehung einem allgemeinen geodynamischen Modell entspricht.

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Received April 27, 1999;/revised version accepted July 14, 1999     

Phase relations in garnet-bearing metabasites of prehnite-pumpellyite facies from the Darbut-Sartuohai ophiolite, Western Junggar of Xinjiang, China

Summary Previous petrogenetic grids for very low grade metamorphism do not apply to garnet-bearing prehnite-pumpellyite facies rocks. Garnet-bearing metabasites with Act – absent of prehnite-pumpellyite facies have been found in the Darbut-Sartuohai ophiolite, Xinjiang, China. Results of thermodynamic calculation in the CMASH system using the internally consistent mineral thermodynamic database of Berman (1988) show that equilibria reactions among the end-member species in mineral paragenesis of Pmp-Prh-Grs-Zo-Chl-Qtz intersect at a pressure of 4.75 kbar and temperature of 350 °C. The association of grossular-rich garnet and pumpellyite occurs at pressures and temperatures similar to the Pmp-Act facies. Based on the petrogenetic grid derived in this study, peak metamorphic conditions for metabasites from the Darbut-Sartuohai ophiolite are 310 to 330 °C, and 3.0 to 4.0 kbar, which are affected by the substitution of Fe³⁺Al₋₁. This study shows that grossular-rich garnet can appear in metabasites of the prehnite-pumpellyite facies, but it depends on the substitution between Fe³⁺ and Al in the CMASH+Fe³⁺ system.

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Zusammenfassung Phasenbeziehungen in Grandit-führenden Metabasiten (Prehnit-Pumpelleyit Fazies) vom Darbut-Sartuohai Ophiolit, westliches Junggar (Xinjiang, China) Bereits existierende petrogenetische Netze für niedrig-gradige Metamorphose k?nnen nicht auf Grandit-führende Metabasite angewendet werden. Solche Metabasite der Prehnit-Pumpellyit Fazies wurden in Darbut-Sartuohai Ophiolit gefunden. Thermodynamische Berechnungen mit dem Datensatz von Berman (1988) zeigen, dass die Endglieder der Mineralparagenese Pmp-Prh-Grs-Zo-Chl-Qtz einen invarianten Punkt bei 4.75 kbar und 350 °C bilden. Daher kommen Grossular-reicher Grandit und Pumpellyit unter ?hnlichen PT-Bedingungen der Pmp-Act Fazies vor. Anhand des petrogenetischen Netzes, das in der hier vorliegenden Arbeit berechet worden ist, konnten die Peak-metamorphen Bedingungen für den Darbut-Sartuohai Ophiolit mit 310–330 °C und 3.0–4.0 kbar ermittelt werden. Diese Bedingungen sind vom Fe³⁺Al₋₁ Austausch abh?ngig. Diese Arbeit zeigt, dass Grossular-reiche Granate im CAMSH-System in der Prehnit-Pumpellyit Fazies selbst bei Anwesenheit von Chlorit stabil sind.

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Received September 25, 1999; revised version accepted July 3, 2000     

Strike-slip and tectonics granitoid emplacement: an AMS fabric study from the Odenwald Crystalline Complex, SW Germany

Summary AMS fabric studies supported by field and microscopic work were applied to identify the internal structure and possible emplacement processes of the Variscan late-tectonic granodiorite-granite intrusions of the Unit III in the Odenwald Crystalline Complex. This Unit is bounded towards NW and NNE by steeply inclined shear zones, the southern part is unexposed. The magnetic susceptibility ranges between 10⁻³ and 10⁻⁶ SI units and is caused by paramagnetic and subordinately by ferromagnetic components. AMS ellipsoids are typically oblate with gently plunging long axes (lineations). AMS foliations and lineations trend mainly WSW-ENE and NNW-SSE, parallel with the NNW and ENE trending marginal shear zones of Unit III, respectively. As revealed by microstructural studies, a penetrative foliation in the plutons is related to emplacement processes. Therefore the observed AMS foliation and lineation are also interpreted as the result of syn-emplacement deformation which is dominantly strike-slip. Weakly inclined foliations around pluton roof xenoliths point to a component of buoyant rise of magma. It is suggested that the granitoid magma was generated in a low level anatectic zone along a left-lateral transpressive shear zone during local extension at releasing bends. During successive fault movements magma ascended through extensional parts of the shear zone. Local normal faults and the Otzberg zone at the eastern margin of Unit III document mostly brittle extension, which overprinted the strike-slip fabrics after the emplacement of the plutons.

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Zusammenfassung Horizontalverschiebungen und Granitoidintrusion: AMS Gefüge am Beispiel des SW Odenwaldes Durch AMS Gefügestudien und Gel?nde- und mikroskopische Arbeiten werden die Internstruktur und m?gliche Aufstiegsmechanismen des Granit-Granodiorit-Plutons der Einheit III des SW Odenwaldes erfasst. Dieser sp?t-tektonische, variscische Plutonkomplex ist nach NW und NNE durch steile Scherzonen begrenzt, das südliche Ende ist nicht aufgeschlossen. Die magnetische Suszeptibilit?t variiert von 10⁻³ bis 10⁻⁶ SI Einheiten und wird vor allem durch paramagnetische, untergeordnet auch durch ferromagnetische Komponenten verursacht. Die AMS Ellipsoide sind überwiegend oblat mit flachen langen Achsen (Lineationen). AMS Foliationen und Lineationen verlaufen haupts?chlich WSW-ENE und NNW-SSE, jeweils parallel mit den NNW und ENE orientierten Scherzonen am Rand der Einheit III. Nach mikrostrukturellen Ergebnissen entstand die penetrative Foliation der Plutone w?hrend ihrer Platznahme. Dabei entstand auch das beobachtete AMS Gefüge, das durch flache Lineationen und Horizontal-verschiebungen bestimmt ist. Flache Foliationen im Bereich der Xenolithe des Pluton-Daches sprechen für eine Komponente des gravitativen Aufstiegs des Magmas. Die granitoiden Magmen entstanden offenbar w?hrend einer Transpression mit sinistralen Horizontalverschiebungen in NNE-SSW-Richtung, in denen lokal auch Dehnung erfolgte. Dabei stieg das in der Tiefe gebildete Magma durch die Bereiche der Dehnung in der aktiven St?rungszone auf. Lokale Abschiebungen und die Otzberg Zone am Ostrand der Einheit III belegen überwiegend spr?de Deformation, die nach der Platznahme der Plutone die Gefüge der Horizontalverschiebungen überpr?gte.

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Received June 21, 1999; revised version December 24, 1999     

OH absorption coefficients of rutile and cassiterite deduced from nuclear reaction analysis and FTIR spectroscopy

Summary The OH content of four rutile and two cassiterite single-crystals was studied by nuclear reaction analysis (NRA) and by polarised FTIR microspectroscopy. The OH absorption bands of both minerals are centered around 3300 cm⁻¹ with different absorption features. The analytical H₂O content determined by NRA ranges from 70 to 820 wt.ppm. The integrated molar absorption coefficients deduced from the total integrated OH absorbances are equal to 38000 lċmol⁻¹ _H2Oċcm⁻² for rutile and 65000 lċmol⁻¹ _H2Oċcm⁻² for cassiterite. For both minerals the absorption coefficients are significantly smaller than those expected from the linear calibration curves given by Paterson (1982) and by Libowitzky and Rossman (1997).

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Zusammenfassung OH-Absorptionskoeffizienten von Rutil und Cassiterit ermittelt durch Kernreaktions-Analyse und FTIR Spektroskopie Der OH-Gehalt von vier Rutil- und zwei Cassiterit-Einkristallen wurde mittels Kernreaktions-Analyse (NRA) und polarisierter FTIR Mikrospektroskopie untersucht. Die OH Absorptionsbanden beider Minerale sind um 3.300 cm⁻¹ zentriert, mit unterschiedlichen Absorptionserscheinungen. Der analytische H₂O-Gehalt, der mit NRA bestimmt wurde, schwankt von 70 bis 820 Gew.ppm. Die integrierten molaren Absorptionskoeffizienten, die auf den gesamten integrierten OH-Absorptionen basieren, betragen etwa 38.000 lċmol⁻¹ _H2Oċcm⁻² für Rutil and 65.000 lċmol⁻¹ _H2Oċcm⁻² für Cassiterit. Für beide Minerale sind die Absorptionskoeffizienten signifikant kleiner als die, die auf Grund der linearen Kalibrationskurven von Paterson (1982) und Libowitzky und Rossmann (1997) zu erwarten sind.

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Received January 4, 2000; revised version accepted April 10, 2000     

Geochemistry and geodynamics of a Late Cretaceous bimodal volcanic association from the southern part of the Pannonian Basin in Slavonija (Northern Croatia)

Summary ?In this paper we present petrological and geochemical information on a bimodal basalt-rhyolite suite associated with A-type granites of Late Cretaceous age from the South Pannonian Basin in Slavonija (Croatia). Basalts and alkali-feldspar rhyolites, associated in some places with ignimbrites, occur in volcanic bodies that are interlayered with pyroclastic and fossiliferous Upper Cretaceus sedimentary rocks. The petrology and geochemistry of the basalts and alkali-feldspar rhyolites are constrained by microprobe analyses, major and trace element analyses including REE, and radiogenic and stable isotope data. Basalts that are mostly transformed into metabasalts (mainly spilites), are alkalic to subalkalic and their geochemical signatures, particularly trace element and REE patterns, are similar to recent back-arc basalts. Alkali-feldspar rhyolites have similar geochemical features to the associated cogenetic A-type granites, as shown by their large variation of Na₂O and K₂O (total 8–9%), very low MgO and CaO, and very high Zr contents ranging between 710 and 149 ppm. Geochemical data indicate an amphibole lherzolite source within a metasomatized upper mantle wedge, with the influence of upper mantle diapir with MORB signatures and continental crust contamination. Sr incorporated in the primary basalt melt had an initial ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio of 0.7039 indicating an upper mantle origin, whereas the ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio for the alkali-feldspar rhyolites and associated A-type granites is 0.7073 indicating an apparent continental crust origin. However, some other geochemical data favour the idea that they might have mainly originated by fractionation of primary mafic melt coupled with contamination of continental crust. Only one rhyolite sample appears to be the product of melting of continental crust. Geological and geodynamic data indicate that the basalt-rhyolite association was probably related to Alpine subduction processes in the Dinaridic Tethys which can be correlated with recent back-arc basins. The difference in geological and isotope ages between the bimodal basalt-rhyolite volcanism with A-type granite plutonism (72 Ma) and the final synkinematic S-type granite plutonism (48 Ma) can be taken as a lifetime of the presumed BARB system of the Dinaridic Tethys. Remnants of this presumed subduction zone can be traced for 300 km along the surrounding northernmost Dinarides.

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Zusammenfassung ?Zur Geochemie und Geodynamik einer sp?tkretazischen bimodalen Vulkanit-Assoziation aus dem südlichen Pannonischen Becken, Slavoníen (Nordkroatien) In dieser Arbeit pr?sentieren wir petrologische und geochemische Daten einer bimodalen Basalt – Rhyolithsuite aus dem südlichen Pannonischen Becken in Slavonien (Kroatien), die mit A-Typ Graniten kretazischen Alters assoziiert ist. Die Basalte und Alkalifeldspat-Rhyolithe – sie sind stellenweise mit Ignimbriten vergesellschaftet – treten in vulkanischen K?rpern auf, die mit pyroklastischen und fossilführenden Sedimentgesteinen der Oberen Kreide wechsellagern. Die Petrologie und Geochemie der Basalte und Alkalifeldspat-Rhyolithe wird durch Mikrosondenuntersuchungen, Haupt- und Spurenelementgeochemie, inklusive der SEE, sowie durch radiogene und stabile Isotope eingegrenzt. Die Basalte, die gro?teils in Metabasalte (haupts?chlich Spilite) umgewandelt wurden, sind alkalisch bis subalkalisch und ihre geochemischen Charakteristika, haupts?chlich die Spurenelement- und die SEE- Patterns, sind ?hnlich rezenten Back-Arc Basalten. Die Alkalifeldspat-Rhyolithe zeigen geochemische Auml;hnlichkeiten mit den assoziierten cogenetischen A-Typ Graniten, was sich in der gro?en Variation der Na₂O und K₂O-Gehalte (in Summe 8–9%), in niedrigen MgO- und CaO- und in sehr hohen Zr- Gehalten, die zwischen 149 und 710 ppm liegen, widerspiegelt. Die geochemischen Daten zeigen eine Amphibolit-Lherzolithquelle innerhalb eines metasomatisierten Mantelkeils mit Einflüssen eines Diapirs des oberen Mantels mit MORB-Signatur und kontinentaler Krustenkontamination an. Sr der prim?ren Basalte hatte ein ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr Initial von 0.7039, was eine Herkunft aus dem oberen Mantel anzeigt. Das ⁸⁷/⁸⁶Sr Verh?ltnis der Alkalifeldspat-Rhyolithe und der assoziierten A-Typ Granite von 0.7073 weist auf eine krustale Herkunft hin. Andere geochemische Daten allerdings favorisieren die Idee, da? diese durch Fraktionierung prim?rer mafischer Schmelzen, gekoppelt mit Kontamination durch kontinentale Kruste, entstanden. Nur eine Rhyolithprobe scheint ein tats?chliches Aufschmelzungsprodukt der kontinentalen Kruste zu sein. Die geologischen und geodynamischen Daten belegen, dass die Basalt–Rhyolithabfolge wahrscheinlich mit der alpidischen Subduktion in der Thetys der Dinariden, die mit rezenten Back-Arc Becken korreliert werden kann, in Beziehung zu setzen ist. Die Unterschiede zwischen den geologischen und Isotopenaltern des bimodalen Vulkanismus, mit A-Typ Granit-Plutonismus (72 Ma) und finalem synkinematischen S-Typ Granit-Plutonismus (48 Ma), repr?sentiert sehr wahrscheinlich die Dauer des vermuteten BARB Systems in der Thetys der Dinariden. Relikte der vermuteten Subduktionszone lassen sich über 300 km entlang der umgebenden n?rdlichsten Dinariden verfolgen.

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Received March 7, 1997;/revised version accepted May 18, 1999     

P-T paths and tectonic evolution of shear zones separating high-grade terrains from cratons: examples from Kola Peninsula (Russia) and Limpopo Region (South Africa)

Summary ?The petrology and P-T evolution of mica schists from two regional scale tectonic (shear) zones that separate high grade terrains (“mobile belts”) from cratons are described. These are the 2.4–1.9 Ga Tanaelv Belt, a suture zone that separates the Lapland granulite complex from the Karelian craton (Kola Peninsula–Fennoscandia), and the 2.69 Ga Hout River Shear Zone that separates the > 2.9 Ga Kaapvaal craton from the 2.69 Ga South Marginal Zone of the Limpopo high-grade terrain (South Africa). Two metamorphic zones are identified in strongly deformed mica schists from the 1.9 Ga Korva Tundra Group of the Tanaelv belt: (1) a chlorite-staurolite zone tectonically overlaying gneisses of the Karelian craton, and (2) a kyanite-biotite zone tectonically underlying garnet amphibolites of the Tanaelv Belt, which are in tectonic contact with the Lapland granulite complex. The prograde reaction Chl+St+Ms ↠ Ky+Bt+Qtz+H₂O clearly defines a boundary between zones (1) and (2). Rotated garnet porphyroblasts from zone (1) contain numerous inclusions (Otz, Chl, Ms), and show clear Mg/Fe chemical zoning, suggesting garnet growth during prograde metamorphism. The metamorphic peak, T = 650°C and P = 7.5 kbar, is recorded in the kyanite-biotite zone and characterized by unzoned snowball garnet. In many samples of mica schists euhedral garnet porphyroblasts of the retrograde stage are completely devoid of mineral inclusions while N _Mg decreases from core to rim, indicating a decrease in P-T from 650°C, 7.5 kbar to 530°C, 5 kbar. The Hout River Shear Zone (South Africa) shows metamorphic zonation from greenschists through epidote amphibolites to garnet amphibolites. Rare strongly deformed mica schists (Chl+Grt+Pl+Ms+Bt+Qtz) occur as thin layers among epidote-amphibolites only. Garnet porphyroblasts in the schists are similar to that of the Tanaelv Belt recording a prograde P-T path with peak conditions of T = 600°C and P∼ 5.5 kbar. The retrograde stage is documented by the continuous reaction Prp+2Ms+Phl ↠ 6Qtz+3East recording a minimum T = 520°C and P ∼ 3.3 kbar. Similar narrow clock-wise P-T loops recorded in mica schists from both studied shear zones suggest similarities in the geodynamic history of both shear zones under consideration.

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Zusammenfassung ?P-T Pfade und tektonische Entwicklung von Scherzonen, die hochgradige Terranes von Kratonen trennen: Zwei Beispiele von der Halbinsel Kola (Russland) und der Limpopo-Region (Südafrika) Die Petrologie und P-T Entwicklung von Glimmerschiefern aus zwei regionalen tektonischen Scherzonen, die hochgradige Terranes (“mobile belts”) von Kratonen trennen, werden beschrieben. Diese sind der 2.4−1.9 Ga Tanaev Belt, eine Suturzone, die die Lappland Granulite vom karelischen Pluton (Halbinsel Kola - Fennoskandien) trennt, sowie die 2.69 Ga Hout River Shear Zone, die den > 2.9 Ga Kaapvaal Kraton von der 2.69 Ga South Marginal Zone des hochgradigen Limpopo Terranes (Südafrika) trennt. Zwei metamorphe Zonen sind in stark deformierten Glimmerschiefern der 1.9 Ga Korva Tundra Group zu unterscheiden: (1) eine Chlorit-Staurolith-Zone, die den Gneisen des karelischen Kratons auflagert, und (2) eine Kyanit-Biotit-Zone, die die Granatamphibolite des Tanaev Belt unterlagert und in tektonischem Kontakt mit dem Lappland Granulitkomplex steht. Die prograde Reaktion Chl+St+Ms ↠ Ky+Bt+Qtz+H₂O trennt die beiden Zonen. Rotierte Granatporphyroblasten aus der Zone (1) enthalten zahlreiche Einschlüsse (Qtz, Chl, Ms) und zeigen eine Mg/Fe Zonierung, die Granatwachstum w?hrend des prograden Metamorphosestadiums nahelegen. Der Metamorphoseh?hepunkt (650°C, 7.5 kbar) wurde in der Kyanit-Biotit-Zone erreicht und ist durch nicht zonierte Schneeballgranate charakterisiert. In vielen Glimmerschieferproben sind die euhedralen Granatporphyroblasten des retrograden Stadiums vollkommen einschlu?frei und N _Mg nimmt vom Kern zum Rand hin ab. Das zeigt eine Abnahme der P-T Bedingungen von 650°C, 7.5 kbar auf 530°C, 5 kbar an. Die Hout River Shear Zone in Südafrika zeigt eine metamorphe Zonierung von Grünschiefern, über Epidotamphibolite zu Granatamphiboliten. Selten kommen stark deformierte Glimmerschiefer (Chl+Grt+Pl+Ms+Bt+Qtz) als dünne Lagen zwischen den Epidotamphiboliten vor. Die Granatporphyroblasten sind ?hnlich wie die aus dem Tanaev Belt und belegen eine prograde P-T Entwicklung mit Peak-Bedingungen von 600°C und ≈ 5.5 kbar. Das retrograde Stadium ist durch die kontinuierliche Reaktion Prp+2Ms+Phl ↠ 6Qtz+3East mit minimal 530°C und ≈ 3.3 kbar dokumentiert. Die sehr ?hnlichen P-T Pfade der Glimmerschiefer belegen ?hnlichkeiten in der geodynamischen Geschichte der beiden bearbeiteten Scherzonen.

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Received January 29, 1999;/revised version accepted August 10, 1999     

Zur Formulierung metamorpher Mineralreaktionen

Zusammenfassung Es wird die Formulierung kornplizierter metamorpher Mineralreaktionen mit Hilfe eines Determinantenschemas an zwei Beispielen erläutert. Metasomatische Reaktionen sind erst berechenbar, wenn die Zusammensetzung der eindringenden und der abwandernden Gas- oder Lösungsphase bekannt ist.

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The stoichiometric formulation of complicated metamorphic mineral reactions by means of determinants will be illustrated for two special examples. At present time the method is not applicable to metasomatic rocks unless the composition of the invading and of the leaving gaseous or liquid phase would be known.

     

Hornblende thermobarometry of granitoids from the Central Odenwald (Germany) and their implications for the geotectonic development of the Odenwald

Summary The three major units of the Bergstr?sser Odenwald (Frankenstein Complex, Flasergranitoid Zone and southern Bergstr?sser Odenwald) are, according to literature, separated by two major shear zones. The aim of the present paper is to evaluate the importance of these sutures by comparing new hornblende geothermobarometry data from five plutons of the Flasergranitoid Zone with published P-T data from the entire Bergstr?sser Odenwald. Furthermore radiometric, geochemical and structural data from the literature were also used for this purpose. Temperatures were calculated with the amphibole-plagioclase thermometer and range from 600 to 800 °C. Determinations of the intrusion depth, using the Al-in-hornblende barometer show that most plutons intruded at pressures ranging from about 4 to 6 kbar (13 to 20 km). These combined data do not allow to postulate a major suture zone between the Flasergranitoid Zone and the southern Bergstr?sser Odenwald, while comparison of similar data from the Flasergranitoid Zone and the Frankenstein Complex verify the importance of this shear zone. Moreover, our P-T data show that the high temperature – low pressure metamorphism in the Bergstr?sser Odenwald can also be interpreted as contact metamorphism and not necessarily as regional metamorphism.

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Zusammenfassung Hornblende-Thermobarometrie an Granitoiden des Mittleren Odenwaldes (Deutschland) und ihre Implikation für die geotektonische Entwicklung des Odenwaldes Die drei Haupteinheiten des Bergstr?sser Odenwaldes (Frankenstein-Komplex, Flasergranitoid-Zone und südlicher Bergstr?sser Odenwald) werden nach der Literatur durch zwei bedeutende Scherzonen voneinander getrennt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die wirkliche Bedeutung dieser beiden Suturen herauszuarbeiten. Dazu wurden eigene, neue Hornblende-Geothermobarometrie-Daten, die an fünf Plutonen der Flasergranitoid-zone ermittelt wurden, mit bereits publizierten P-T-Date aus dem gesamten Bergstr?sser Odenwald verglichen. Zudem wurden radiometrische, geochemische und strukturgeologische Datens?tze aus der Literatur für diesen Zweck benutzt. Kristallisationstemperaturen wurden mit Hilfe des Amphibol-Plagioklas-Thermometers errechnet und liegen zwischen 600 und 800 °C. Die Bestimmung der Intrusionstiefe mit dem Al-in-Hornblende-Barometer ergab für die meisten Plutone Drücke im Bereich von 4–6 kbar (13–20 km). Diese, sowie radiometrische, geochemische und strukturgeologische Daten aus der Flasergraitoid-zone und dem südlichen Bergstr?sser Odenwald geben keinen Hinweis auf eine wichtige Suturzone zwischen diesen beiden geotektonischen Einheiten, wohingegen der Vergleich ?hnlicher Daten aus der Flasergranioid-Zone und dem Frankenstein-Komplex die Bedeutung der Scherzone zwischen diesen beiden Einheiten hervorhebt. Unsere P-T-Daten zeigen au?erdem, da? die Hochtemperatur-Niederdruck-Metamorphose im Bergstr?sser Odenwald nicht notwendigerweise eine Regionalmetamorphose sein mu?, sondern ebenso gut als Kontaktmetamorphose interpretiert werden kann.

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Received July 14, 1999; revised version accepted October 6, 2000     

Högbomite in migmatitic paragneiss in the Betroka shear belt, Vohidava area, Precambrian of southern Madagascar

Summary ?The Betroka sinistral shear belt is a major geotectonic unit in the Precambrian of southern Madagascar. It consists of migmatitic paragneiss commonly interlayered with phlogopite-bearing diopsidite, phlogopite-humite-diopside-spinel marble, sillimanite-garnet quartzite and syn-tectonic S-type leucogranite. H?gbomite occurs sporadically in the migmatitic paragneiss in patches of magnetite with hercynite, and at the border of magnetite where it is in contact with hercynite, rare ilmenite, rutile and cordierite, which contains a network of chlorite, pyrophyllite and rare corundum/diaspore. X_Mg = Mg/(Mg + Fe) decreases as follows: Crd > Bt > Chl > H?g > Hc. The textural relations suggest the following h?gbomite-participating reactions: Ti-bearing hercynite ↠ hercynite + h?gbomite (intergrown/exsolution lamellae) ilmenite + cordierite ↠ hercynite + h?gbomite + rutile + chlorite/pyrophyllite   h?gbomite ↠ hercynite + ilmenite + corundum The chemical composition of h?gbomite varies substantially from grain to grain in individual samples and from sample to sample, this variation being highly dependent on the associated minerals. There is a weak zoning from core to rim in individual grains intergrown with hercynite and also in grains at the margin of hercynite, but this zoning is overprinted by zones formed at grain rims depending on the surrounding phases. In contact with hercynite, h?gbomite has FeO (total Fe as FeO) 27.1–28.5 wt.%, and MgO 4.5–5.8 wt.%, and in contact with magnetite FeO 24.9–26.5 wt.%, and MgO 6.0–8.5 wt.% and the core contents are within these values. TiO₂7.5–4.0 wt.% and Al₂O₃62.0–59.0 wt.% show zonations with increase from core to rim. Estimated P-T conditions are 6.0 ± 1.0 kbar and 700 ± 100 °C reached during a peak metamorphic stage of the Pan-African orogeny. However, the presence of diaspore with exsolved hercynite-magnetite indicates extreme retrograde metamorphism in the decompressional central part of this shear belt of southern Madagascar.

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Zusammenfassung ?H?gbomit in migmatitischem Paragneis von Vohidava in der Betroka Scherzone im südlichen Pr?kambrium von Madagaskar Die sinistrale Betroka Scherzone ist eine ausgepr?gte tektonische Einheit des Pr?kambriums in Süd Madagaskar. Sie besteht aus migmatitischem Paragneis, in dem Phlogopit-führender Diopsidit, Phlogopit-Humit-Diopsid-Spinell-Marmor, Sillimanit-Granat-Quarzit und syntektonischer S-Typ Granit eingelagert sind. Im migmatitischen Paragneis kommen sporadisch H?gbomit/Hercynit Nester im Magnetit vor und am Magnetitrand findet sich H?gbomit im Kontakt mit Hercynit und Cordierit, der mit einem Netzwerk aus Chlorit/Pyrophyllit gefüllt ist, sowie sporadisch mit Korund/Diaspor, Ilmenit und Rutil. X_Mg = Mg/(Mg + Fe) nimmt in folgender Reihung ab: Crd > Bt > Chl > H?g > Hc. Aus den texturellen Beziehungen werden folgende H?gbomit-partizipierende Reaktionen abgeleitet: Ti-führender Hercynit ↠ Hercynit + H?gbomit (verwachsen/Entmischungslamellen)   H?gbomit ↠ Hercynit + Ilmenit + Korund Die chemische Zusammensetzung von H?gbomit variiert betr?chtlich von Korn zu Korn in einer Probe und von Probe zu Probe; wobei die Variation von den Kontaktmineralen abh?ngt. H?gbomit im Hercynit hat eine schwache Zonierung von Kern zum Rand. Im H?gbomit am Hercynitrand ist die Kern-Rand-Zonierung durch die von den Kontaktmineralen abh?ngige Randzusammensetzung überpr?gt. Im Kontakt zum Hercynit hat H?gbomit 27,1–28,5 Gew.% FeO (total Fe als FeO) und 4,5–5,8 Gew.% MgO und im Kontakt zu Magnetit 24,9–26,5 Gew.% FeO und 6,0–8,5 Gew.% MgO, die Kernzusammensetzung liegt zwischen den beiden Randwerten. TiO₂nimmt vom Kern zu den R?ndern von 7,5 bis 4,0 Gew.% ab und Al₂O₃von 62,0 bis 59,0 Gew.%. Die P-T Bedingungen des Metamorphose-Peaks w?hrend der Pan-Afrikanischen Orogenese erreichten 6,0 ± 1,0 Kbar und 700 ± 100 °C. Die sp?te Bildung von Diaspor und die Hercynit-Magnetit-Entmischung weisen auf eine tiefgreifende retrograde Metamorphose im Dekompressions-Zentralbereich der Betroka-Scherzone im südlichen Madagaskar hin.

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Received January 15, 1999;/revised version accepted July 6, 1999     

Exceptionally Cr-rich basalts in the komatiitic volcanic association of the Archaean Kuhmo greenstone belt, eastern Finland

Summary Exceptionally Cr-rich metabasalts related to a komatiite-dominant volcanic sequence occur in the Archaean Kuhmo greenstone belt, eastern Finland. These basalts contain more chromium (1300–4500 ppm) than any other terrestrial basalts analysed so far, and also have high nickel concentrations (200–1700 ppm). In stratigraphy, these Cr-rich basalts occur above the komatiite and komatiitic basalt units forming the uppermost units of the komatiite sequence. Extremely reducing conditions during magma generation or fractional crystallization are suggested as a reason for these exceptional compositions. Low oxygen fugacity has prevented crystallization of chromite and decreased the olivine/liquid partition coefficient for nickel in olivine fractionation, thus causing the enrichment of Cr and Ni in the residual melt.

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Zusammenfassung Au?ergew?hnlich Cr-reiche Basalte in der komatiitischen vulkanischen Assoziation des Archaischen Kuhmo-Grünsteingürtels in Ostfinnland Im archaischen Kuhmo-Grünsteingürtel in Ostfinnland treten au?ergew?hnlich Cr-reiche Metabasalte auf, die mit einer komatiitdominanten vulkanischen Sequenz verbunden sind. Diese Basalte enthalten mehr Chrom (1300–4500 ppm) als alle anderen terrestrischen Basalte, die bislang analysiert worden sind, und sie weisen zudem auch hohe Nickelkonzentrationen auf (200–1700 ppm). In der Stratigraphie treten die Cr-reichen Basalte über dem Komatiit und den komatiitischen Basalteinheiten auf und bilden die obersten Einheiten der Komatiitsequenz. Extrem reduzierende Bedingungen w?hrend der Magmabildung oder fraktionierte Kristallisation werden als eine Ursache für diese au?ergew?hnlichen Zusammensetzungen vorgeschlagen. Die niedrige Sauerstoff-Fugazit?t hat die Kristallisation des Chromits gehemmt, den Verteilungskoeffizienten Olivin/Schmelze für Nickel bei der Olivinfraktionierung herabgesetzt und dadurch die Anreicherung von Cr und Ni in der Restschmelze verursacht.

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Received November 24, 1997; revised version accepted July 22, 1999     

Paleostress-tensor analysis of late deformation events in the Odenwald Crystalline Complex and comparison with other units of the Mid-German Crystalline Rise, Germany

Summary Geometric data of fault planes and fault plane lineations, together with the observed sense of shear on the slip planes, were used to calculate paleostress tensors and fields responsible for the post metamorphic peak D3 and D4 deformation events in the four Odenwald units sensu Krohe (1991). The paleostress fields were calculated using the method of Will and Powell (1991). As inferred from the paleostress analysis, the D3 strike-slip deformation west of the Otzberg fault zone was caused by a, ± N-S directed, compressional regional stress field, with shallowly plunging σ₁ axes and σ₃ directions that plunge at shallow to moderate angles to the E or W; the calculated mean orientations are: σ₁ 06 → 350, σ₂ 77 → 234 and σ₃ 12 → 085. The B?llsteiner Odenwald east of the Otzberg fault zone was not affected by this stress field. This implies that the Bergstr?sser and B?llsteiner Odenwald were spatially separated and formed independent crustal blocks during D3. The D4 faulting event is recognised in all areas investigated, even though most prominently in units III and IV, and juxtaposed the Bergstr?sser and B?llsteiner Odenwald. This faulting episode was caused by a paleostress field with a steeply westerly plunging σ₁ axis and a shallowly southsoutheasterly plunging σ₃ axis. The orientations of the principal stresses are: σ₁ 52 → 270, σ₂ 38 → 085 and σ₃ 06 → 174. With continued deformation from D3 to D4, there was a progressive change in the orientation of the stress field indicating a change from a N-S compressional to extensional stress field, accompanied by the progressive development of strike-slip faults and late normal faults. Paleostress field orientations in the Pfalz Forest, SW of the Odenwald, determined by Fl?ttmann and Oncken (1992) are very similar to those obtained for the Odenwald region and indicate a regionally consistent stress pattern in the southwestern part of the Mid-German Crystalline Rise (MGCR) during strike-slip and normal faulting deformations.

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Zusammenfassung Paleostress-Tensor Analyse sp?ter Deformationsereignisse im Odenwald-Kristallin und ein Vergleich mit anderen Einheiten der Mitteldeutschen Kristallinzone, Deutschland Für die vier Odenwald-Einheiten im Sinne von Krohe (1991) wurden Pal?ostressfelder für die Blattverschiebungs- und Abschiebungsereignisse D3 und D4 mit der Methode von Will und Powell (1991) berechnet. Die Analyse ergibt, da? das regionale Spannungsfeld, das westlich der Otzberg-Zone im Bergstr?sser Odenwald zum D3-Ereignis führte, ein ± N-S gerichtetes kompressives Stresssfeld war. Die σ₁-Achse f?llt flach nach N bzw. S ein, die σ₃-Achse mit kleinen bis moderaten Winkeln nach E bzw. W; die berechneten Orientierungen der Hauptspannungsrichtungen sind: σ₁ 08 → 350, σ₂ 77 → 234 and σ₃ 12 → 085. Der B?llsteiner Odenwald, ?stlich der Otzberg-Zone, wurde von diesem Spannungsfeld nicht erfa?t. Dies impliziert, da? Bergstr?sser und B?llsteiner Odenwald w?hrend des D3-Ereignisses voneinander getrennt waren und separate Krusteneinheiten darstellten. Auswirkungen der D4-Deformation k?nnen im gesamten Untersuchungsgebiet erkannt werden, am st?rksten jedoch in den Einheiten III und IV. Dieses Ereignis wurde von einem Pal?ostressfeld mit einer steil nach W einfallenden σ₁- und einer flach nach SSE einfallenden σ₃-Achse verursacht und führte zum Zusammenschlu? von Bergstr?sser und B?llsteiner Odenwald. Die berechneten Orientierungen der Hauptspannungsrichtungen sind: σ₁ 52 → 270, σ₂ 38 → 085 und σ₃ 06 → 174. Die Rotation der Hauptspannungsrichtungen war mit einer ?nderung von einem kompressionalen N-S gerichteten (D3) hin zu einem extensionalen (D4) Stressfeld verbunden. Die erzielten Ergebnisse sind sehr ?hnlich mit Resultaten, die Fl?ttmann und Oncken (1992) im Pf?lzer Wald ermittelten. Dies weist auf ein regional übereinstimmendes Spannungsfeld im SW-Teil der Mitteldeutschen Kristallinzone hin.

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Received July 8, 1999; revised version accepted March 28, 2000     

Petrology and geochemistry of Paleogene tonalites from the easternmost parts of the Periadriatic Zone

Summary The Pohorje Mts. and Karavanke plutons occur in the easternmost parts of the Periadriatic Zone separating the Eastern Alps from the Southern Alps and the northwesternmost Dinarides, respectively. The plutons, which are composed largely of tonalites with subordinate granodiorites and rare diorites mainly of medium-K calc-alkaline affinity, are part of a series of mid-Tertiary intrusives emplaced over ∼700 km E-W along the Periadriatic Zone. Major and trace element data indicate that gabbrodiorites originated by fractional crystallization of a primary mafic magma, but with a significant contribution of continental crust. REE patterns are steep and characterized by LREE enrichment, and a weak Eu anomaly, suggesting fractional crystallization of primary mafic magma. ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios indicate that on the basis of Sr isotopic composition an upper mantle melt contribution cannot be recognized. The ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr vs.δ¹⁸O diagram demonstrates that all analyzed rocks plot near the centre of the Adamello pluton field. Tonalite plutonism was genetically controlled by previously subducted Mesozoic oceanic crust, metasomatized upper mantle wedge, and overlying continental crust. All analytical data obtained indicate that primary mafic magma was of olivine tholeiite affinity. Based on element modelling data it is reasonable to assume that a garnet peridotite, probably slightly metasomatized, was the source rock which was subjected to partial melting. The governing AFC processes resulted in crustal isotopic signatures due to crustal assimilation and melting which produced the most acid members of the tonalite suite.

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Zusammenfassung Petrologie und Geochemie der pal?ogenen Tonalite der ?stlichsten Periadriatischen Zone zwischen Ostalpen und nordwestlichsten Dinariden Die Plutone des Bachergebirges und der Karawanken liegen in den ?stlichsten Teilen der Periadriatischen Zone, die die Ostalpen von den Südalpen bzw. den nordwestlichsten Dinariden trennt. Es handelt sich um Tonalite, untergeordnet Granodiorite und selten Diorite mit kalk-alkalischer Affinit?t die als Teil einer Serie mittelterti?rer Intrusivk?rper entlang der Periadriatischen Zone über ca. 600–700 km intrudierten. Haupt- und Spurenelemente belegen, dass die Granodiorite durch fraktionierte Kristallisation eines mafischen Magmas unter betr?chtlicher Beteiligung kontinentaler Kruste entstanden. Die SEE sind durch Anreicherung der leichten SEE, recht steile SEE Kurven und eine schwache Eu-Anomalie gekennzeichnet, was auf die fraktionierte Kristallisation eines prim?ren mafischen Magmas hinweist. ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Daten k?nnen eine Mantelherkunft nicht nachweisen. Das ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-¹⁸O Diagramm zeigt, dass alle untersuchten Gesteine im Mittelfeld des Adamello-Plutons liegen. Der tonalitische Plutonismus wurde durch die subduzierte mesozoische Ozeankruste, metasomatisiertes Mantelmaterial des Mantelkeils und darüberliegende kontinentale Kruste kontrolliert. Alle analytischen Daten zeigen, dass das prim?re mafische Magma olivintholeiitische Affinit?t hatte. Auf der Basis von Spurenelement-Modellierungen ist ein vielleicht leicht metasomatisierter Granatperidotit, der teilaufgeschmolzen wurde, als Quelle anzunehmen. Die kontrollierenden AFC Prozesse resultierten in krustaler Isotopensignatur infolge von Assimilation und Aufschmelzung von Kruste und produzierten die sauersten Glieder der Tonalitsuite.

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Received July 7, 1999; revised version accepted November 26, 1999     

Metamorphism and PGE-Au content of chromitite from the Ipanema mafic/ultramafic Complex, Minas Gerais, Brazil

Summary The Santa Cruz massif, which forms part of the Ipanema mafic/ultramafic Complex, Minas Gerais, Brazil, has an exposed upward sequence of metadunite, metaharzburgite (including three separate chromitite layers), metapyroxenite, metagabbro, and meta-anorthosite. Primary igneous chromite grains in the main chromitite layer are poikiloblastic and tectonically fragmented, and have a narrow (10–20 μm) margin of chromian spinel. Cataclased chromite fragments are extensively replaced and mantled by chromian spinel; they have a composite margin comprised of an inner zone of more aluminous spinel and an euhedral outer zone of more Cr-rich spinel, representing granulite and amphibolite facies metamorphic events, respectively. The contents of platinum-group elements (PGE) and Au in chromite separates are relatively high (Os 45, Ir 23, Ru 136, Rh 19, Pt 98, Pd 63, and Au 83 ppb), and significantly enriched (∼ 4x) over whole rock values. Platinum-group minerals are not observed and micrometre-sized inclusions of sulfide minerals (chalcopyrite and pentlandite) in relict chromite are rare. However, comparison of mineral proportions in the separated chromite and whole rock shows that the precious metals are hosted predominantly in the relict igneous chromite grains, rather than the secondary chromian spinel and primary and secondary Mg-rich silicates. The major element composition and average chondrite-normalized PGE pattern of the separated chromite correspond to S-poor stratiform chromitite. We suggest that the precious metals accumulated with chromite during crystallization of a S-poor magma, and were not remobilized in the relict chromite during the subsequent high grade metamorphism.

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Zusammenfassung Metamorphose und PGE-Au-Gehalte von Chromitit aus dem mafischen/ultramafischen Ipanema Komplex, Minas Gerais, Brasilien Das Santa Cruz Massiv, das Teil des mafischen/ultramafischen Ipanema Komplexes, Minas Gerais, Brasilien, ist, beinhaltet eine (von unten nach oben) Abfolge von Metadunit, Metaharzburgit (mit drei Chromititlagen), Metapyroxenit, Metagabbro und Metaanorthosit. Prim?re magmatische Chromitk?rner in der Chromit-Hauptlage sind poikiloblastisch, tektonisch fragmentiert und werden von einem dünnen (10–20 m) Saum von Chromspinell umgeben. Kataklastische Chromitfragmente sind intensiv umgewandelt zu und werden ummantelt von Chromspinell. Dieser mehrphasige Saum beinhaltet eine innere Zone mit Al-reicherem Spinell und eine euhedrale Au?enzone mit Cr-richerem Spinell, die sich bei granulit- bzw. amphibolitfaziellen Metamorphoseereignissen gebildet haben. Die Gehalte an Platingruppen-Elementen (PGE) und Au in Chromit-Separaten sind relativ hoch (Os 45, Ir 23, Ru 136, Rh 19, Pt 98, Pd 63, Au 83 ppb) und signifikant angereichert (∼ 4-fach) im Vergleich zum Gesamtgestein. Platingruppen-Minerale sind nicht zu beobachten und Mikrometer gro?e Einschlüsse von Sulfiden (Chalcopyrit und Pentlandit) in den Chromitrelikten sind selten. Der Vergleich der Mineralverh?ltnisse in den separierten Chromiten und Gesamtgesteinen zeigt aber, dass die Edelmetalle haupts?chlich in den reliktischen Chromitk?rnern sitzen und nicht so sehr in den sekund?ren Chromspinellen und Mg-reichen Silikaten. Die Hauptelement-Zusammensetzung und die Chondrit-normierten PGE Muster der separierten Chromite stimmen mit denen S-armer stratiformer Chromite überein. Wir vermuten, dass die Edelmetalle sich mit Chromit bei der Kristallisation eines S-armen Magmas akkumulierten und w?hrend der anschlie?enden hochgradigen Metamorphose nicht remobilisiert wurden.

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Received April 3, 2000; revised version accepted October 12, 2000     

Plagioclase morphologies in assimilation experiments. Implications for disequilibrium melting in the generation of granodiorite rocks

Summary Assimilation experiments have been performed using a crustal contaminant and several basaltic compositions in order to study the morphologies of plagioclase crystals produced in the course of the assimilation reactions. A Crd-Bt anatectic gneiss was used as a crustal contaminant. Both a synthetic basaltic glass, with the composition of a high-Al ocean tholeiite, and a natural Hb gabbro were used as basaltic compositions. Experiments were carried out at temperatures in the range 900–1100 °C and at pressures of 4, 5 and 10 kbar. Plagioclase crystals with skeletal and honeycomb morphologies are produced in the assimilation experiments. These morphologies result from destabilisation of the crystal-melt interface caused by the disequilibrium production of a Ca-rich melt. The production of the Ca-rich metastable melt is the result of reaction between two compositionally dissimilar systems, pelite and basalt. This interpretation, based on the kinetics of plagioclase and melt production, may be applied to granodiorite rocks characterised by plagioclase with Ca-rich, skeletal cores.

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Zusammenfassung Plagioklas-Morphologie und Assimilations-Experimente: Die Bedeutung von Ungleichgewichts-Schmelzvorg?ngen bei der Entstehung von Granodioriten Assimilations-Experimente mit einer krustalen Komponente und verschiedenen basaltischen Zusammensetzungen wurden durchgeführt, um die Morphologien von Plagioklas-Kristallen, die im Laufe von Assimilations-Reaktionen entstehen, zu studieren. Ein CRD-PT anatektischer Gneis wurde als krustale Beimengung benützt. Ein synthetisches basaltisches Glas mit der Zusammensetzung eines Al-reichen ozeanischen Tholeiites und ein natürlicher Hb-Gabbro wurden als basaltische Zusammensetzungen verwendet. Die Experimente wurden bei Temperaturen zwischen 900 und 1.100° und bei Drucken von 4, 5 und 10 kb durchgeführt. Plagioklas-Kristalle mit skelettartigen und Bienenwaben-f?rmigen Morphologien entstehen bei den Assimilations-Experimenten. Diese Morphologien sind das Ergebnis der Destabilisation der Kristall-Schmelze-Kontaktfl?che, die durch die Entstehung einer im Ungleichgewicht befindlichen Ca-reichen Schmelze gef?rdert wird. Die Entstehung von Ca-reichen metastabilen Schmelzen geht auf die Reaktion zwischen zwei in der Zusammensetzung verschiedenen Systemen, Pelit und Basalt, zurück. Diese Interpretation, die auf der Kinetik von Plagioklas und Schmelz-Entstehung basiert, kann auf granodioritische Gesteine angewendet werden, die durch Plagioklasse mit Ca-reichen, skelettf?rmigen Kernen gekennzeichnet sind.

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Received December 7, 1999; revised version accepted April 14, 2000     

Compositional variations in ferrotapiolite + tantalite pairs from the beryl-columbite pegmatite at Moravanynad Váhom, Slovakia

Summary ?Three texturally and compositionally distinct pairs of ferrotapiolite + tantalite, all spatially related to a cleavelandite unit, were distinguished in the zoned beryl-columbite pegmatite at Moravany nad Váhom, Považsky Inovec Mts., Slovakia. (1) Inclusions of ferrotapiolite I (∼200 μm) in zoned ferrotantalite I exhibit crosscutting tielines of coexisting compositions in the columbite-tantalite quadrilateral. (2) Large ferrotapiolite II grains and adjacent, compositionaly variable grains of ferro- to manganotantalite II (∼100 μm) display remarkably diverse tielines, not yet observed in a single sample or locality. (3) Sn-depleted and slightly Mn,Ta-enriched narrow rims (∼20 μm) of ferrotapiolite III with small inclusions of manganotantalite III (≤ 5 μm) are located along a late, hydrothermal, fracture-filling microlite vein cross-cutting ferrotapiolite II. Changes in fO₂ derived from calculated Fe₂O₃ as well as variations in Ti, Sn, W concentrations through the ferrotapiolite + tantalite pairs I to III are negligible. Consequently, it seems plausible to explain the broadening of the two-phase field and the enrichment of ferrotapiolite and tantalite in Mn and Ta particularly by decreasing temperature. A disequilibrium crystallization from highly evolved residual melt and/or fluids is suggested for all textural types.

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Zusammenfassung ?Zusammensetzung von Ferrotapiolit-Tantalit-Paaren im Beryll-Columbit Pegmatit von Moravany nad Váhom (Považsky Inovec Mts., Slowakei) Drei Ferrotapiolit-Tantalit-Paare k?nnen in dem zonierten Beryll-Columbit-Pagmatit von Moravany nad Váhom, Povazsky Inovec Mts., Slowakei, auf der Basis detaillierter textureller und chemischer Untersuchungen unterschieden werden. Sie wurden in verschiedenen Stadien der Pegmatit-Kristallisation gebildet und sind r?mlich in Beziehung zu der Cleavelandit-Einheit (1). Einschlüsse von Ferrotapiolit I (∼200 μm) in zoniertem Ferrotantalit I zeigen sich kreuzende Konoden im Columbit-Tantalit Quadrilateral, die koexistierende K?rner beider Minerale miteinander verbinden. Dies legt nahe, dass Ferrotapiolit ein Produkt prim?rer (magmatischer) Disequilibrium-Kristallisation ist, und gleichzeitig mit den assoziierten Mineralen der Columbit-Gruppe gebildet wurde (2). Gro?e Ferrotapiolit II K?rner und K?rner von angrenzenden Ferro- bis Manganotantalit II (∼100 μm) zeigen Konoden mit bemerkenswerter Verschiedenheit, die bisher nicht in einer einzigen Probe beobachtet wurden. Eine sehr betonte Disequilibrium-Kristallisation aus stark fraktionierter Restschmelze dürfte hierfür verantwortlich sein (3). An Zinn verarmte und etwas an Mn, Ta angereicherter Ferrotapiolit III bildet dünne R?nder (∼20 μm) mit schmalen Einschlüssen von Manganotantalit III (≤5 μm) l?ngs einer Mikrolit-Ader. Erhat sich w?hrend hydrothermaler Subsolidus Verdr?ngung von Ferrotapiolit II durch Sprünge füllenden Microlit gebildet. Schwankungen in fO₂, berechnet aus Fe₂O₃ und die Gehalten an Ti, Sn und W k?nnen in den Ferrotapiolit-Tantalit-Paaren (1) bis (3) vernachl?ssigt werden. Dementsprechend erscheint es naheliegend, die Erweiterung des Zweiphasenfeldes und die Anreicherung von Ferrotapiolit und Tantalit an Mn und Ta durch Temperaturabnahme zu erkl?ren.

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Received May 4, 1999;/revised version accepted January 5, 2000     

The geochemistry of the PGE Subzone in the Selukwe Subchamber, Great Dyke: an intraformational layer model for Platinum Group Element enrichment in layered intrusions

Summary ?The zone of enrichment of platinum group elements (PGE) in the pyroxenite hosted Main Sulphide Zone (MSZ) of the Great Dyke coincides with the stage at which the magma had become saturated in sulphide. No fundamental characteristics of the MSZ have previously been recognized other than the concentration of PGE at the base of the sulphide zone. This zone of enrichment, referred to here as the PGE Subzone, as well as the footwall and hangingwall sequences to the PGE Subzone, are recognized in this work as comprising a series of petrologically and chemically distinct rock layers. Characterization is on the basis of (a) distinct Pd:Pt ratios, (b) cyclicity in pyroxene compositions and, (c) cyclicity in the concentrations of incompatible elements in the whole rock. The incompatible element contents in whole rocks (eg. Zr) are closely linked with the TiO₂ contents of the orthopyroxene. The strong interdependence of these parameters indicates an integrated primary process for the PGE mineralization and does not support an origin by which late stage metasomatising fluids transported PGE into the mineralized zone. It also does not support previous models for the MSZ based on progressive fractional segregation of sulphide as a continuous process extracting PGE. An intraformational layer model is suggested by which liquid layers in a double diffusive convective system break down and become sequentially incorporated into the crystallizing zone resulting in offset chemical trends in silicate compositions together with extraction of PGE into sulphide of effectively constant values for Pd:Pt ratio. Reequilibration of pyroxene is recognized for each of the sublayers as well as minor redistribution of PGE across the boundaries of the sublayers.

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Zusammenfassung ?Die Geochemie der PGE – Subzone in der Selukwe Subchamber, Great Dyke: ein intraformationales Modell für Anreicherung von Platingruppenelementen in geschichteten Intrusionen Die Anreicherungszone von Platinelementen in der Main Sulphide Zone (MSZ) in den Pyroxeniten des Great Dyke entspricht dem Entwicklungsstadium, in dem das Magma an Sulfiden ges?ttigt wurde. Bisher wurden keine grunds?tzlichen Eigenschaften der MSZ erkannt, abgesehen von der Anreicherung der PGE an der Basis der Sulfidzone. Diese Anreicherungszone, die wir hier als PGE Subzone bezeichnen, wie auch die Abfolgen in ihrem Hangenden und im Liegenden enthalten eine Serie von petrologisch und chemisch eindeutig charakterisierten Gesteinsschichten. Diese Erkenntnis beruht auf (a) klaren Pd-Pt-Verh?ltnissen, (b) der Zyklizit?t der Pyroxenzusammensetzungen und (c) den Konzentrationen inkompatibler Elemente im Gesamtgestein. Letztere (z.B. Zr) sind eng mit den TiO₂-Gehalten der Orthopyroxene verbunden. Die deutliche gegenseitige Abh?ngigkeit dieser Parameter weist auf einen integrierten prim?ren Prozess für die PGE-Vererzung hin und liefert keine Unterstützung für eine Entstehung, bei der sp?te metasomatische Fluide PGE in die mineralisierte Zone transportiert haben. Es unterstützt auch nicht frühere Modelle für die MSZ, die auf einer progressiven fraktionalen Trennung von Sulfiden als einem kontinuierlichen Anreicherungsprozess für PGE beruhten. Ein intraformationales Schichtmodell wird hier vorgeschlagen, wobei flüssige Lagen in einem doppelt diffusiven Konvektionssystem aufbrechen und sequentiell in die kristallisierte Zone inkorporiert werden. Dies resultiert in abweichenden chemischen Trends für Silikat-Zusammensetzungen und ebenso auch in einer Extraktion der PGE in Sulfide mit konstanten Pd/Pt-Verh?ltniszahlen. Reequilibrierung von Pyroxenen wird für jede der Sublayers nachgewiesen, wie auch geringfügige Umverteilung der PGE über die Grenzen der einzelnen Sublayers hinaus.

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Received November 30, 1998;/revised version accepted July 12, 1999     

Re-equilibration textures of fluid inclusionsin exhumed high-pressure rocks: the exampleof the Tuscan Archipelago (NorthernTyrrhenian Sea, Italy)

Summary  Occurrence of (Fe, Mg)-carpholite-bearing parageneses in metapelites from Giglio and Gorgona islands (Tuscan Archipelago, Northern Tyrrhenian Sea) attests a continuity of blueschist metamorphism from Alpine Corsica to the Tuscan region. Numerous fluid inclusions have been trapped in quartz crystals associated with (Fe, Mg)-carpholite fibers from the two blueschist metamorphic cores. Textures of fluid inclusions (annular, semi-annular, negative crystal shaped), microthermometry (constancy of values) and SEM investigations (presence of primary Fe-rich fluid/s) confirm that re-equilibration occurred during a nearly isothermal (T not in excess of 300 °C) exhumation path.

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Zusammenfassung. Reequilibrierungstexturen von Flüssigkeitseinschlüssen in exhumierten Hochdruckgesteinen: Ein Beispiel aus dem toskanischen Archipel (Nordthyrrhenisches Meer) Das Auftreten von (Fe-Mg)-Karpholith-führenden Paragensen in Metapeliten auf den Inseln Giglio und Gorgona (toskanischer Archipel, Nordthyrrhenisches Meer) best?tigt die Kontinuit?t einer blauschieferfaziellen Metamorphose vom alpinen Korsika bis in die Toskana. Zahlreiche Flüssigkeitseinschlüsse wurden in Quarz eingeschlossen, der gemeinsam mit (Fe-Mg)-Karpholithfasern in diesen beiden blauschieferfaziellen metamorphen Kernen vorkommt. Die Textur der Einschlüsse (annular, semi-annular, negative Kristallgestalt), die Mikrothermometrie (Konstanz der Werte) und die SEM Untersuchungen (Vorhandensein prim?rer Fe-reicher Fluide) best?tigen, dass die Reequilibrierung entlang eines beinahe isothermen Exhumationspfades (T nicht über 300 °C) erfolgte.

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Received February 22, 2000; revised version accepted July 17, 2000