Multistage evolution of a volcanic suite in the Eastern Mecsek Mountains, Southern Hungary

Summary This paper proposes a magmagenetic model for the Lower Cretaceous volcanic rocksuite from the Eastern Mecsek Mountains in Southern Hungary based on both major and trace element analysis as well as mineralogical investigations.Trace element patterns of these volcanic rocks refer to a parental melt that originated from a re-enriched mantle. Relatively low Cr, Ni, and Mg# even in the least fractionated olivine-clinopyroxene basalts indicate fractionation of olivine and clinopyroxene prior to the ascent ofolivine-clinopyroxene basaltic magmas which is evident by glomeroporphyritic clinoproxenes with forsterite-rich olivines. Subsequent fractionation of some more 35% of the olivine-clinopyroxene basaltic magma resulted in the formation ofplagioclase basaltic magmas which are devoid of olivine. Instead plagioclase and opaques became the dominant crystallizing phases. After about 60% fractionationmugearites formed from the residual melt. These are depleted in Ni and Cr as well as in Fe, Ti, and V indicating the fractionation of additional Fe-Ti oxides.Tephriphonolitic dike-rocks formed by further fractionation totalling 70–80%, with apatite and feldspar as additional fractionating phases. Finally, thephonolites represent 15–20% residuum of the olivine-clinopyroxene basaltic melt which these calculations started with. They are characterized by strong depletion of Ti and V and all compatible elements; Zr/Hf ratios increase due to clinopyroxene and Fe-Ti oxide fractionation, P and middle rare earth elements are depleted due to apatite fractionation, and Sr, Ba, and Eu are depleted due to feldspar fractionation. Incompatible trace elements such as rare earth elements, Zr, Hf, Nb, Ta, and Rb reach maximum concentrations in the phonolites, yet their distribution patterns resemble still those of olivine-clinopyroxene basalts confirming their cogenetic relationship.The suggested crystallization sequence of olivine + clinopyroxene Fe-Ti oxides plagioclase indicates a high-pressure regime (> 5Kbar) in the magma chamber. Corroded and rimmed clinopyroxene-phenocrysts and the comparison of rims with matrix minerals suggest stepwise pressure release due to adiabatic ascent of magma batches and crystallization under varying conditions.The rocks are classified as within-plate alkali basalts and their fractionation products. Magma genesis is suggested to have been triggered by rifting of the passive European continental margin. Consequent compression indicated by uplift and erosion of the surface, however, prohibited the bulk magma from further ascent causing high-pressure fractionation with only small magma batches reaching the surface.

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Mehrphasige Entwicklung der Magmenabfolge im östlichen Mecsek-Gebirge, Süd- Ungarn

Zusammenfassung Anhand von Haupt- und Spurenelementanalysen sowie mineralogischen Untersuchungen wird ein magmagenetisches Modell für die Abfolge der Vulkanite im östlichen Mecsek-Gebirge (Süd-Ungarn) vorgeschlagen.Spurenelementverteilungsmuster dieser Vulkanite weisen auf eine Ausgangsschmelze aus einem wiederangereicherten Mantel hin. Relativ niedrige Cr- und Ni-Gehalte und niedrige Mg#, selbst in den am wenigsten fraktionierten Olivin Clinopyroxen-Basalten, zeigen eine Fraktionierung derOlivin-Klinopyroxen-basaltischen Magmen noch vor deren Aufstieg an, was durch glomerophyrische Klinopyroxene mit Forsterit-reichen Olivinen bestätigt wird. Die folgende Fraktionierung von weiteren 35% des Olivin-Klinopyroxen-basaltischen Magmas führte zuPlagioklas-basaltischen Magmen, die Olivin-frei sind. Statt Olivin wurden Plagioklas und Erzphasen die vorherrschenden kristallisierenden Phasen. Nach etwa 60% Fraktionierung bildeten sich aus der RestschmelzeMugearite. Diese sind an Ni und Cr sowie an Fe, Ti und V verarmt, was auf die zusätzliche Fraktionierung von Fe-Ti Oxiden zurückgeführt wird.Tephriphonolith-Gänge bildeten sich durch weitere Fraktionierung (70–80%), wobei Apatit und Feldspat als fraktionierende Phasen zunehmend wichtiger wurden. DiePhonolithe repräsentieren eine Restschmelze von 15–20% bezogen auf die Olivin-Clinopyroxenbasaltische Schmelze, die den Berechnungen zugrunde liegt. Sie zeichnen sich durch eine starke Verarmung an allen kompatiblen Elementen sowie Ti and V, durch steigende Zr/Hf-Verhältnisse aufgrund von Klinopyroxen- und Fe-Ti-Oxid-Fraktionierung, durch Verarmung an P und mittleren Seltenerdelementen durch Apatit-Fraktionierung und durch eine Abnahme von Sr, Ba und Eu durch Fraktionierung von Feldspäten aus. Inkompatible Spurenelemente wie die Seltenerdelemente, Zr, Hf, Nb, Ta und Rb erreichen in den Phonolithen Höchstwerte. Ihre Verteilungsmuster ähneln jedoch noch immer jenen der Olivin-Klinopyroxen-Basalte, was ihre kogenetische Beziehung bestätigt.Die ermittelte Kristallisationsfolge Olivin + Clinopyroxen Fe - Ti - Oxide Plagioklas spricht für Drucke > 5 Kbar in der Magmenkammer. Korrodierte Clinopyroxen-Phänokristalle mit Anwachssäumen, sowie der Vergleich der Anwachssäume mit Matrixmineralen, sprechen für einen schrittweisen Druckabfall durch adiabatischen Aufstieg einzelner Magmenschübe und Kristallisation unter sich ändernden Bedingungen.Diese Gesteine werden als Intraplatten-Alkalibasalte und deren Fraktionierungsprodukte klassifiziert. Wahrscheinlich wurde die Magmenbildung durch Dehnung im passiven Kontinentalrand Europas ausgelöst. Nachfolgende Kompression, angezeigt durch Hebung und Erosion der Oberfläche, verhinderte jedoch den weiteren Aufstieg der Magmen. Dies bewirkte eine Hochdruck-Fraktionierung, und nur kleine Magmenschübe konnten die Oberfläche erreichen.