background image

                                                 311

PALEOCEANOGRAPHY OF PARATETHYS DURING OLIGOCENE IN AUSTRIAN MOLASSE BASIN

GEOLOGICA CARPATHICA, 55, 4, BRATISLAVA, AUGUST 2004

311–323

PALEOCEANOGRAPHY OF THE WESTERN CENTRAL PARATETHYS

DURING EARLY OLIGOCENE NANNOPLANKTON ZONE NP23 IN

THE AUSTRIAN MOLASSE BASIN

HANS-MARTIN SCHULZ

1

, ACHIM BECHTEL

2*

, THOMAS RAINER

2

,

REINHARD F. SACHSENHOFER

2

 and ULRICH STRUCK

3

1

Department of Petroleum Geology, Institute of Geology and Paleontology, Technical University of Clausthal, Leibnizstr. 10,

D-38678 Clausthal-Zellerfeld, Germany;  schulz@geologie.tu-clausthal.de

2

Department of Geosciences, Montanuniversität Leoben, Peter-Tunner-Str. 5, A-8700 Leoben, Austria

*Present address: Institute of Mineralogy and Petrology, University of Bonn, Poppelsdorfer Schloss, D-53115 Bonn, Germany

  

 3

GeoBio-Center, Ludwig-Maximilians-University, Richard-Wagner-Str. 10, D-80333 München, Germany

(Manuscript received April 30, 2003; accepted in revised form October 2, 2003)

Abstract: The 5.5 m thick Dynow Marlstone in well Oberschauersberg 1 in the Upper Austrian Molasse Basin was

studied using mineral and maceral petrography, SEM, organic geochemistry, and C- and N-isotopy of the organic mate-

rial. The well is located on the former upper slope of the northern basin margin. The depositional period of the Dynow

Marlstone covers parts of the Early Oligocene nannoplankton Zone NP23, which corresponds to the culmination of the

first Paratethys isolation. The Dynow Marlstone represents a carbonate-rich, organic-poor interval (0.5–2 % TOC) inter-

calated between organic-rich formations. The onset of the deposition of the Dynow Marlstone was characterized by an

abrupt increase in primary carbonate productivity, but persisting photic zone anoxia. Both high organic carbon produc-

tivity and photic zone anoxia prevailed during deposition of the Dynow Marlstone. These constant conditions were

overprinted by cyclic increases in the trophic level favouring blooms of calcareous nannoplankton. Limestones with low

TOC contents were deposited during algal blooms, whereas organic-rich marls accumulated during periods with low

production of calcareous nannoplankton. Sulphate reduction extended into the water column. The intensive consumption

of labile organic material decreased the hydrogen index. Intensified photic zone anoxia and an increase in salinity

worsened the ecological environment for calcareous nannoplankton and led to deposition of the organic-rich marls of the

Eggerding Formation within a constantly eutrophic and normal-marine environment.

Key words: Kiscellian, Paratethys, Dynow Marlstone, paleoceanography, C–N isotopes, biomarker, organic carbon.

Fig.  1.  Paleogeography  during  nannoplankton  Zone  NP23  (modi-

fied after Rögl 1999) and study area.

Introduction

The separation of the Paratethys from the Tethys commenced

at  the  Eocene/Oligocene  boundary  and  reached  a  maximum

during  middle  Kiscellian  time  in  the  nannoplankton  Zone

NP23  of  Martini  1971  (32.2–30 Ma;  Rögl  1996)  when  the

Paratethys lost its connection to the World Ocean (Solenovian

Event,  e.g.  Popov  et  al.  1993;  Fig. 1).  Basin  isolation  was

coupled  to  the  development  of  dysaerobic  to  anoxic  bottom

water conditions from the Molasse Basin to the Caspian Sea

(Rögl  1999).  These  favoured  the  deposition  of  organic-rich

rocks  acting  as  hydrocarbon  source  rocks  in  several

Paratethyan  basins  including  the  Molasse  Basin  (Wehner  &

Kuckelkorn 1995; Schmidt & Erdogan 1996; Ziegler & Roure

1999).

Deposition of organic-rich sediments in the western Central

Paratethys (e.g. Upper Austrian Molasse Basin) commenced

during the latest Priabonian and continued till Early Miocene

(Egerian) times, but was progressively focussed to the north-

ern basin slope (Fig. 2). Different paleoceanographic models

have  been  proposed  for  the  formation  of  the  organic-rich

rocks. Many authors favour a stagnant basin model for the for-

mation  of  Kiscellian  rocks  (Gerhard  1982, 1988;  Dohmann

1991; Schulz et al. 2002), whereas Wagner (1996, 1998) con-

sidering  the  asymmetric  facies  distribution  during  Egerian

times proposed an upwelling scenario.

background image

312

SCHULZ et al.

Accumulation of organic-rich rocks was only temporarily

interrupted  during  the  middle  part  of  NP23,  when  light

coloured marls and marly carbonates (Dynow Marlstone, for-

merly  Heller  Mergelkalk;  Wagner  1998)  representing  short-

term paleoceanographic changes of less than 2 m.yr. (Krhovský

et al. 2001) were deposited.

The Dynow Marlstone was first described from the Polish

part  of  the  Western  Carpathians  (Kotlarczyk  1979)  and  is

documented now in the German and Austrian Molasse Basin,

along the entire Carpathian Flysch Belt and in the Transylva-

nian Basin (Krhovský et al. 1991; Popov et al. 1993; Rögl et

al. 1997; Rusu et al. 1996). Nevertheless, a formal lithostrati-

graphic definition is missing.

Detailed studies of the Dynow Marlstone were performed

in the Waschberg Zone (Lower Austria; Rögl et al. 2001) and

in the Ždánice Unit of the Western Carpathians (Krhovský &

Djurasoinovic 1993; Krhovský 1995; Krhovský et al. 2001).

There, typical features of the Dynow Marlstone are monospe-

cific, low-salinity tolerant nannoplankton (and diatoms) and

tiny endemic (brackish) bivalves. The lack of benthic organ-

isms indicates bottom water anoxia. Surface water salinities

below 27 ‰ have been referred to a higher runoff water sup-

ply (Budilova et al. 1992).

High-resolution  data  of  the  Dynow  Marlstone  from  the

western Central Paratethys in Upper Austria are not available

yet. Therefore, in the present study vertical lithological and

sedimentological variations of a 5.5 m thick succession cored

by  a  borehole  (Oberschauersberg 1)  in  the  Upper  Austrian

Molasse Basin are recorded together with organic geochemi-

cal proxies and C–N isotopes of the organic material. Main

aims of the study are (1) to examine the paleoceanographic

changes in the western Central Paratethys, which resulted in

the accumulation of carbonate-rich, organic-poor rocks inter-

calated between prolific hydrocarbon source rocks, and (2) to

compare the factors controlling the deposition of the Dynow

Marlstone  in  the  Upper  Austrian  Molasse  Basin  with  those

prevailing in the Western Carpathians.

Fig. 2. Stratigraphic sketch of the Eocene/Oligocene transition from the Austrian Molasse Basin to the Carpathian Foredeep (modified after

Wagner 1988). The sections for the Waschberg Zone and the Ždánice Unit are from Krhovský et al. (2001).

Regional geology

The study area is located in the Austrian part of the Molasse

Basin  (Fig. 3),  an  east–west  trending  foreland  trough,  which

resulted from the subduction of the southern margin of the Eu-

ropean  plate  beneath  the  Adriatic  plate  (Ziegler  1987).  The

basement is formed by crystalline rocks of the Bohemian Mas-

sif covered by autochthonous sediments of Jurassic and Creta-

ceous  age.  Sedimentation  within  the  Molasse  Basin  lasted

from Late Eocene to Miocene times. The southern part of the

Molasse Basin was overridden by the Alpine nappes (Flysch

and Helvetic units, Calcareous Alps) and was included within

the overthrust system.

Sedimentation in the Molasse Basin commenced during the

Late Eocene in non-marine and shallow-marine environments,

which  graded  southwards  into  the  deeper  marine  Helvetic

realm and the 3000 m deep Flysch Basin. At the Eocene/Oli-

gocene transition the Molasse Basin subsided rapidly to deep-

water  conditions  which  resulted  in  a  pronounced  change  in

depositional  environments.  The  changes  included  the  extinc-

tion of a carbonate platform with algal reefs (Bachmann et al.

1987),  the  beginning  of  slope  currents  and  the  deposition  of

the  organic  matter-rich  Schöneck  Formation  on  the  northern

basin  slope  (NP19–20  to  lower  part  of  NP23;  Schulz  et  al.

2002).

According  to  Schulz  et  al.  (2002),  deposition  of  the

Schöneck Formation terminated when decreasing surface wa-

ter salinity caused a break-down of water column stratification

and allowed oxygenation of the water body. The overlying or-

ganic-lean Dynow Marlstone (NP23; Rögl 1999) is typically

about 5 m thick (Fig. 3), but may reach a thickness of up to

15 m. In general, it is described as a light-coloured marlstone

originating from pure nannofossil chalk (the first evidence of

coccoliths was given by Müller & Blaschke 1971) deposited in

a basin with reduced salinity (Báldi 1984; Rögl 1999) and high

nutrient  content  (Rögl  et  al.  2001).  After  deposition  of  the

Dynow Marlstone, favourable conditions for the accumulation

background image

                                                 313

PALEOCEANOGRAPHY OF PARATETHYS DURING OLIGOCENE IN AUSTRIAN MOLASSE BASIN

of  organic  matter-rich  sediments  recurred  during  Late

Kiscellian to Early Miocene times resulting in the deposition

of  the  organic-rich  Eggerding  (formerly  Bändermergel;

Wagner  1998)  and  Ebelsberg  Formations  (formerly  Älterer

Schlier; Wagner & Wessely 1997; Wagner 1998; Fig. 2).

Materials and methods

The  study  is  based  on  core  material  from  the  well

Oberschauersberg 1 (Osch1; Fig. 2) drilled in 1985 by Rohöl-

Aufsuchungs AG (RAG, Vienna), which recovered a complete

succession  of  the  Dynow  Marlstone  including  the  Schöneck

Formation at the base and the Eggerding Formation at the top.

A previous study on the Schöneck Formation showed that the

Dynow  Marlstone  in  this  well  is  immature  (R

r

<0.35 %;

Schulz et al. 2002). Additional core material from wells Fischl-

ham 1 (Fi1, 1970), Dietach 1 (Di1, 1972) and Rappersdorf 2

(Ra2,  1977;  Fig.  3)  representing  the  lowermost  part  of  the

Dynow  Marlstone  was  inspected.  Sonic  logs  of  these  wells

and  the  wells  Hochburg 1  (Hobg1,  1985)  and  Oberhofen 1

Fig. 3. Geological situation of the study area and site of wells Fischlham 1 (Fi1), Dietach 1 (Di1), Rappersdorf 2 (Ra2), Hochburg 1 (Hobg1),

Oberhofen 1 (Obhf1), and Oberschauersberg 1 (Osch1) which recovered a complete succession of the Dynow Marlstone. Below: Sonic log

patterns of the Dynow Marlstone.

(Obhf1,  1982)  were  provided  by  RAG  for  correlation  pur-

poses (Fig. 3).

The  cores  were  described,  photographed,  and  sampled  in

detail. Samples were analysed by means of thin sections and

scanning  electron  microscopy  (SEM).  Maceral  analysis  was

performed  by  incident  and  blue  light  excitation  and  point

counting transects (400 points per sample).

Powdered samples were analysed for total sulphur (S), total

carbon (TC), and organic carbon contents (TOC, after acidifi-

cation of samples to remove carbonate) using a Leco CS-225

analyser. The difference between TC and TOC is the total in-

organic  carbon  (TIC).  Calcite  is  the  only  carbonate  mineral

present. Therefore, calcite contents were calculated using the

formula  TIC*8.33.  Pyrolysis  measurements  were  performed

using a Rock-Eval 5 instrument.

After removing carbonates by 2 N HCl, powdered samples

were analysed simultaneously for δ

13

TOC and δ

15

N

tot

 with a

Thermo/Finnigan  MAT  Delta  plus  isotope  ratio  mass  spec-

trometer,  coupled  to  a  Thermo  NA  2500CN  elemental

analyser via a Thermo/Finnigan Conflo II interface. The refer-

ence  gas  was  pure  N

2

  and  CO

2

  from  a  cylinder  calibrated

background image

314

SCHULZ et al.

against IAEA standards N-1 and N-2 and carbonate (NBS-18,

NBS-19), respectively. The isotopic results are expressed in

the usual delta notation δ

13

C

TOC

 or δ

15

N

tot

. The standard de-

viation of the isotope analyses was better than 0.15%. Bulk

rock nitrogen isotopes δ

15

N

tot

 may closely represent those val-

ues expected from organic nitrogen in organic-rich sediments

(Calvert et al. 1996; Caplan & Bustin 1998). Most of the ni-

trogen resides in organic matter according to the very good

correlation between TOC and N

tot

 (r

2

 = 0.91).

As for organic geochemical analyses, portions of the pul-

verized samples were extracted for approximately 1 h using

dichloromethane in a Dionex ASE 200 accelerated solvent ex-

tractor at 75 °C and 5 MPa. After evaporation of the solvent to

0.5 ml total solution in a Zymark Turbo Vap 500 closed cell

concentrator,  asphaltenes  were  precipitated  from  a  hexane-

dichloromethane solution (80 : 1) and separated by centrifuga-

tion. The fractions of the hexane-soluble organic matter were

separated into saturated hydrocarbons, aromatic hydrocarbons

and NSO compounds by medium-pressure liquid chromatog-

raphy using a Köhnen-Willsch MPLY instrument (Radke et

al. 1980).

The  saturated  and  aromatic  hydrocarbon  fractions  were

analysed by a gas chromatograph equipped with a 25 m DB-1

fused silica capillary column (i.d. 0.25 mm) and coupled to a

Finnigan  MAT  GCQ  ion  trap  mass  spectrometer.  The  oven

temperature was programmed from 70 to 300 °C at a rate of

4 °C min

–1

 followed by an isothermal period of 15 min. He-

lium was used as carrier gas. The mass spectrometer was oper-

ated in the EI (electron impact) mode and a scan range from

50 to 650 daltons (0.7 s total scan time). Data were processed

Fig. 4. Core intervals of the Dynow Marlstone with Schöneck Formation at the base and Ebelsberg Formation on the top. a — Transition of

Schöneck Formation to Dynow Marlstone, b — Transition of Dynow Marlstone to Eggerding Formation. 1, 2, 3 — Top of cycles in the

Dynow Marlstone. Note difference between upper cycle and boundary between Dynow Marlstone and Eggerding Formation (see also text).

with a Finnigan data system. Identification of individual com-

pounds was accomplished by retention time in the total ion

current (TIC) chromatogram and by comparison of the mass

spectra  with  published  data.  Absolute  biomarker  concentra-

tions in the saturated and aromatic hydrocarbon fractions were

calculated using peak areas from the gas chromatograms in re-

lation to that of internal standards. The concentrations were

normalized to the TOC content.

Sedimentology and diagenesis

The Dynow Marlstone in well Osch1 represents a heteroge-

neous sedimentary unit with a sharp lower boundary towards

the  Schöneck  Formation  and  a  gradual  transition  into  the

Eggerding  Formation  at  the  top  (Figs. 3,  4, 5).  The  lower

boundary is developed as a 2 cm thick interval with rapidly

upward  increasing  carbonate  contents,  which  grades  into  a

massive whitish mudstone (according to DUNHAM’s carbon-

ate  classification)  about  35 cm  thick  (Fig. 5).  This  type  of

massive  whitish  mudstone  recurs  one  meter  above.  Apart

from the mudstone layers, the Dynow Marlstone is predomi-

nantly  composed  of  laminated  to  wavy  bedded  white  limy

marlstones to dark grey silty marlstones (Fig. 4). The upper

boundary of the Dynow Marlstone is poorly defined, because

an  increasing  portion  of  laminated,  dark  grey  marlstones

forms a transitional interval to the Eggerding Formation. In

Figs. 4 and 5 the upper boundary of the Dynow Marlstone is

drawn at the top of the uppermost relatively bright, carbonate-

rich marlstone.

background image

                                                 315

PALEOCEANOGRAPHY OF PARATETHYS DURING OLIGOCENE IN AUSTRIAN MOLASSE BASIN

Calcite contents show an overall upward decreasing trend

and suggest that the different lithologies occur within several

cycles  (Figs. 4, 5).  Each  cycle  starts  with  massive  to  lami-

nated, whitish mudstones and grades continuously into dark

grey mudstones that contain fine-silty quartz (Fig. 6). Wavy

lamination occurs within the first cycle and to a lesser extent

in the second cycle. The third and fourth cycle (lower part of

Eggerding Formation) are characterized by more or less lami-

nated layers. Wavy bedding characteristics within the lower

Dynow Marlstone indicate an intensified bottom water current

regime.  Massive  mudstones  (nannochalks  in  origin)  at  the

base and within the first cycle lack irregular bedding charac-

teristics, due to intensive recrystallization. In general, an in-

crease  of  siliciclastic  input  (mainly  clay  and  fine  silt-sized

quartz) correlates with wavy to disruptive bedding character-

istics.

Besides  very  rarely  occurring  glauconite,  phosphatic  par-

ticles from organic debris are frequently distributed through-

out the Dynow Marlstone.

The Dynow Marlstone and the overlying Eggerding Forma-

tion contain framboidal pyrite, which is predominantly small-

sized and unimodally distributed. The distribution pattern is

Fig. 5. Lithological sketch, calcite content and sonic log pattern of the Dynow Marlstone in well Oberschauersberg 1. Cycle classification is

based on calcite contents (in detail in Fig. 8). Samples D-11, D-15 and D-17 in cycle 2 were investigated for calcareous nannoplankton.

background image

316

SCHULZ et al.

characterized by mean sizes between 3 and 4 µm and a stan-

dard  deviation  (σ)  of  less  than  3 µm  (Fig. 7).  Size  distribu-

tions of framboidal pyrite have been applied to reconstruct the

oxygenation state of depositional environments (Wilkin et al.

1996).  Framboid  nucleation  and  growth  of  pyrite  within  an

anoxic  water  column  in  euxinic  environments  are  generally

shorter  than  in  sediments  with  anoxic  pore  waters.  Thus,

unimodal-distributed  small  pyrite  framboids  in  the  Dynow

Marlstone and the transition to the Eggerding Formation re-

flect crystallization within an anoxic bottom water column.

Similar pyrite framboid distributions have been found in the

middle and upper part of the Schöneck Formation (e.g. “I” in

Fig. 7; approx. 1.5 m below the top of the Schöneck Forma-

Fig. 6. Sedimentary development of cycle 2 in Dynow Marlstone in

well Oberschauersberg 1. a — Transition from well-bedded bitumi-

nous  marlstone  to  well-bedded  white  to  light  grey  marlstone  with

distinct  bituminous  silty  marlstone  layers.  Core  2,  Box  7,  32–54.

b —   Intercalation  of  grey  and  dark  grey  bituminous  silty  marl-

stones with slightly wavy bedding. Core 2, Box 8, 10–32. c — Tran-

sition  from  well-bedded  grey  marlstone  to  well-bedded  dark  grey

marlstone. Core 2, Box 8, 40–60.

Fig. 7. Mean framboid diameter vs. standard deviation (σ) of the py-

rite diameter (according to Wilkin et al. 1996) in Dynow Marlstone

and transitions to the top and bottom (well Oberschauersberg 1). See

Fig. 8 for sampling.

tion).  During  deposition  of  the  uppermost  part  of  the

Schöneck Formation, brackish water conditions resulted in a

break-down of water stratification (Schulz et al. 2002). This is

reflected  by  larger  framboidal  pyrites  and  by  distributions

with a higher standard deviation (“II”; “III”). Sample “IV” in

Fig. 7 marks the re-establishment of an anoxic bottom water

body, which prevailed during deposition of the Dynow Marl-

stone and the Eggerding Formation.

Log correlation

The  insert  in  Fig. 5  shows  that  in  the  case  of  the  Dynow

Marlstone  and  the  lower  Eggerding  Formation,  the  interval

transit time recorded by the sonic log is mainly a function of

carbonate  contents.  Therefore,  the  sonic  log  can  be  used  to

correlate limestone layers. The (marly) limestone beds form-

ing the base of cycles 1, 2 and 4 are clearly visible in the logs

(Fig. 3), but a separation between cycles 3 and 4 is barely pos-

sible. In some logs the upper limestone layer in cycle 1 can be

distinguished.

In well Obhf1 the Dynow Marlstone is missing in the au-

tochthonous  Molasse  section.  However,  Dynow  Marlstone

occurs  in  this  well  at  a  depth  of  about  2730 m  in

allochthonous  Molasse  imbricates  (Wagner  et  al.  1986;

Fig. 3). According to palinspastic reconstructions by Wagner

(1998), these sediments were deposited at least 30 to 65 km

south of their present-day position.

The  sonic  logs  presented  in  Fig.  3  document  that  the

Dynow Marlstone continues laterally. The major cycles 1, 2

and 4 can be traced over roughly 100 km in an E–W direction

(Di1–Hobg1) and at least 50 kilometers in a N–S direction.

This clearly proves that the mechanisms controlling the cyclic

structure  of  the  Dynow  Marlstone  and  the  lower  Eggerding

Formation were effective on a basin-wide scale.

Organic petrography and proxies of the organic

material

The TOC contents in the Dynow Marlstone range from 0.5

to  2 %  (Fig.  8),  while  within  the  studied  interval  of  the

Eggerding Formation they are up to 3.5 %. The TOC contents

are  closely  related  to  cycles  1  to  4  with  upward  increasing

TOC contents within each cycle. There is a strong negative

correlation between TOC and calcite (correlation coefficient

r

2

 = 0.79; Fig. 9) which, according to Ricken (1991), indicates

roughly constant production of organic matter and dilution by

varying amounts of calcite. Calcite in the studied section is

mainly derived from calcareous nannoplankton, suggesting a

negative correlation between TOC contents and algal blooms.

The organic petrographic composition of the Dynow Marl-

stone is related to the lithology of the host rock. The massive

mudstones at the base of the first two cycles contain exclu-

sively bituminite (petrographic association “I“ in Fig. 8). Grey

marlstones are also dominated by bituminite, but include mi-

nor  amounts  (<5  vol. %  of  total  visible  organic  matter)  of

small  alginite  and  detrital  liptinite,  huminite  and  inertinite,

(association  “I–II”).  Alginite  and  humodetrinite  percentages

are above 5 vol. % in association “II”, which occurs in dark

background image

                                                 317

PALEOCEANOGRAPHY OF PARATETHYS DURING OLIGOCENE IN AUSTRIAN MOLASSE BASIN

grey marlstones in the upper part of the Dynow Marlstone and

in the Eggerding Formation. Thus, a slight but progressive in-

put of terrestrial organic material into the depositional setting

can be recorded.

Most hydrogen index values (HI) fall in the range between

500  and  600 mg

HC

/g

TOC

.  TOC/S  ratios  vary  from  1  to  3

(Fig. 8). The trend lines for both proxies highlight a continu-

ous decrease within the lower part of the Dynow Marlstone

and  a  continuous  increase  within  the  uppermost  part  and

within the Eggerding Formation.

Because there is no indication for massive changes in or-

ganic  matter  input,  the  slightly  reduced  HI  values  in  the

middle part of the section may be due to intensified bacterial

overprint  of  the  organic  material  during  deposition  of  the

Dynow Marlstone. Suppressed TOC/S ratios point to more ef-

fective  sulphate  reduction  and  support  this  hypothesis.  The

observed TOC/S ratios <2.8 furthermore indicate anoxic bot-

tom water conditions (Berner 1984; Berner & Raiswell 1983).

Biomarkers and C–N isotopes of the organic

material

After a significant drop across the base of the Dynow Marl-

stone, pristane/phytane ratios increase slightly upwards from

about 2 to 3 (Fig. 10). Pristane/phytane ratios are known to be

affected by maturation (Tissot & Welte 1984) and by differ-

ences in the precursors for acyclic isoprenoids (i.e. bacterial

origin; Volkman & Maxwell 1986; ten Haven et al. 1987). An

influence of different maturity on pristane/phytane ratios can

Fig. 8. Organic geochemical proxies, organic petrography and C-N isotopes in Dynow Marlstone and transitions to the top and bottom (well

Oberschauersberg 1). 1–3 — cycles within Dynow Marlstone, 4 — cycle leading to permanent depositional conditions of the Eggerding For-

mation. Roman numbers I, I–II and II in the field for organic petrography are explained in the text. Sampling and sample numbers are indi-

cated in the field for TOC.

Fig. 9. TOC vs. calcite content in Dynow Marlstone and Eggerding

Formation in well Oberschauersberg 1. Insert in the upper right cor-

ner shows type of deposition reflected by different relationships be-

tween TOC and calcite (simplified after Ricken 1991). Note insert

in the lower left corner: TOC-Calcite plots for single cycles (1–4)

yield similar regression lines and prove decreasing carbonate input

from cycle 1 to cycle 4.

background image

318

SCHULZ et al.

be ruled out, due to the low vertical distance of the samples

within  the  investigation  profile  in  well  Osch1  (about  6 m).

The  low  maturity  at  Osch1  (R

r

<0.35 %)  further  argues

against the formation of pristane from tocopherols (vitamin-E)

or  chromanes  (Goossens  et  al.  1984).  However,  a  bacterial

origin  of  phytane  from  phytanyl  ether  lipids  found  in

archaebacteria  cannot  be  excluded  (Volkman  &  Maxwell

1986; ten Haven et al. 1987). According to previous studies

(Didyk  et  al.  1978),  an  increase  in  pristane/phytane  ratios

would indicate the establishment of more oxic conditions in

the  bottom  water  during  sedimentation.  This  interpretation

contradicts the increase in C

14

-arylisoprenoid concentrations

(Fig. 10; see below).

Aryl isoprenoids are thought to be derived from the caro-

tenoid isorenieratene, which is specific for the photosynthetic

green sulphur bacteria Chlorobiaceae and purple sulfur bacte-

ria Chromatiaceae (Summons & Powell 1987). These organ-

isms are phototrophic anaerobes and, thus, require both light

and H

2

S for growth. In modern environments they appear in

sulphate-containing  water  bodies  that  are  sufficiently  quies-

cent and organic-rich to enable sulphide production close to

Fig.  10.  Carbon  preference  index  (CPI),  pristane/phytane  and  steranes/hopanes  ratios,  and  concentrations  of  4-methylsteranes,  tri-MTTC

and C

14

-arylisoprenoid in the Dynow Marlstone and transitions to the top and bottom (well Oberschauersberg 1).

the photic zone (Summons 1993). Euxinic conditions in the

deep water zone are required, and the intensity of the green

spectral  component  of  the  light  used  for  photosynthesis

should be reduced by particulate organic matter or vegetation

in the water column (Pfennig 1977). Besides the lowermost

sample, the concentration of aryl isoprenoids remains rather

constant  within  the  Dynow  Marlstone  and  increases  in  the

Eggerding Formation. Increasing concentrations may also be

due to a rising chemocline (Repeta 1993; Sinninghe-Damsté

et al. 1987b).

Constant values of the carbon preference index (CPI, calcu-

lated after Bray & Evans 1961) throughout the Dynow Marl-

stone  and  along  the  transition  to  the  Eggerding  Formation

(Fig. 10) point to similar sources of humic material, which is

abundant  in  different  concentrations  (see  organic  petrogra-

phy). Furthermore, the percentages of saturated and aromatic

hydrocarbons, NSO compounds and asphaltenes remain con-

stant throughout the investigated profile (18:15:50:17) and

indicate a rather similar organic matter composition.

A  trimethylated  2-methyl-2-trimethyl-tridecylchroman

(C

29

-chroman; tri-MTTC) occurs in significant amounts and

background image

                                                 319

PALEOCEANOGRAPHY OF PARATETHYS DURING OLIGOCENE IN AUSTRIAN MOLASSE BASIN

has been identified by comparison of the mass spectrum with

published  data  (Sinninghe  Damsté  et  al.  1987a;  Schwark  &

Püttmann 1990; for a review about chroman geochemistry see

Schwark et al. 1998). The corresponding dimethylated com-

pound (di-MTTC) has also been found in very low intensities

in  the  aromatic  hydrocarbon  fractions  of  the  sediment

samples. The predominance of tri-MTTC over its dimethyl-

ated counterpart is indicative for mesohaline to euhaline (30–

40 ‰)  conditions.  Chroman  assemblages  dominated  by  di-

MTTC were found in sediments deposited under hypersaline

conditions  (Sinninghe  Damsté  et  al.  1987a;  Schwark  &

Püttmann 1990). Except for one outlier at the base, the ratio of

both biomarkers (di-/tri-MTTC) remains on a fairly constant

level  of  less  than  0.1  throughout  the  Dynow  Marlstone

(Fig. 10).  A  value  of  more  than  0.2  recorded  in  the  lower

Eggerding Formation suggests an important increase in salinity.

Other  constituents  of  the  saturated  hydrocarbons  are  αβ-

and βα-hopanes from C

27

 to C

35

, but the C

28

 hopanes are ab-

sent. Hopanoids have been identified as membrane constitu-

ents in many procaryotes (e.g. bacteria) including some grow-

ing anaerobically (Ourisson et al. 1979).

Steroids are dominated by 5α-steranes from C

27

 to C

29

 and

minor amounts of 5β-steranes, as well as 4α-methylsteranes.

The predominant primary producers of sterols are phytoplank-

ton  and  photosynthetic  bacteria  living  in  the  photic  zone  of

the water column (Volkman 1986). Sterane concentrations in-

crease in cycle 1 of the Dynow Marlstone indicating increased

sterol productivity and remain on a rather constant level in the

upper part of the section.

The  steranes/hopanes  ratio  increases  upwards  slightly  but

constantly from about 1 to 2 (Fig. 10). High steranes/hopanes

ratios (up to 3) in the lower part of the Schöneck Formation

were  interpreted  as  consistent  with  full-marine  conditions

(Schulz et al. 2002). Furthermore, increasing steranes/hopanes

ratios in the German Kupferschiefer reflect an increasing ma-

rine  influence  during  the  initial  Zechstein  transgression

(Bechtel  &  Püttmann  1997).  Additionally,  variations  of  the

steranes/hopanes ratio can be attributed to fluctuations of the

trophic  level  during  deposition  of  the  Schöneck  Formation

(Schulz et al. 2002). Thus, an increase of this ratio in the in-

vestigated profile points either to increasing nutrient contents

or to the establishment of normal marine conditions.

δ

13

C values in the studied section range from –30 to –23 ‰

and  show  an  upward  trend  towards  heavier  values  (Fig. 8).

Because  organic  carbon  of  terrigenous  material  is  typically

isotopically  lighter  (~ –27 ‰)  than  marine  organic  material

(~ –21 ‰; Meyers 1994), the measured δ

13

C values may re-

flect  a  mixed  organic  matter  source.  The  trend  towards

heavier values parallels the change from petrographic associa-

tion I dominating in the lower part of the Dynow Marlstone to

petrograpic association II prevailing in the Eggerding Forma-

tion (Fig. 8) and may be triggered by the change from brack-

ish to fully marine conditions in the Eggerding Formation (see

di-/tri-MTTC  ratio  in  Fig. 10).  According  to  Schulz  et  al.

(2002), the very light δ

13

C values at the top of the Schöneck

Formation result from CO

2

 recycling.

Small-scale  cyclic  variations,  each  with  a  tendency  to

higher values at the top, exist within the general tendency to

heavier δ

13

C values. As the sterane concentrations data for the

first cycle indicate an increase in primary sterol productivity

(Fig. 10), heavier δ

13

C signals may reflect CO

2

 limitation and

less fractionation during CO

2

 uptake. This phenomenon can

be explained by the reduced buffering capacity of carbonate

systems with low salinity water, which leads to an increase in

pH during high primary productivity periods (Voß & Struck

1997). However, the sterane concentrations remain on a fairly

constant level throughout the following cycles 2–4 (Fig. 10).

Thus, intra-cycle variations to heavier δ

13

C values may be con-

tingent on an increased amount of marine organic material.

δ

15

N data in the Dynow Marlstone cycle 1 scatter widely

(Fig. 8). In contrast, the cycles 2 and 3 reveal clear trends with

upward increasing values, whereas cycle 4 exhibits a (weak)

trend towards lighter values. δ

15

N values of sedimentary or-

ganic matter reflect integrated signals of various factors. First,

they  can  be  used  to  distinguish  between  organic  matter  de-

rived from algae and land-plants (Meyers 1997). Atmospheric

N

15

N  about  0 ‰)  is  the  nitrogen  source  for  terrestrial

plants, whereas dissolved nitrate with heavier δ

15

N values is

the nitrogen source for plankton. Land-plants, therefore, are

characterized  by  lower  δ

15

N  values.  Second,  high  nutrient

concentrations in surficial waters lead to the production of or-

ganic matter with low δ

15

N values, because faster uptake ki-

netics cause preferential assimilation of 

14

N (relative to 

15

N)

when nutrients are abundant. Third, the totally different inter-

pretation  invoking  diagenetic  alteration  of  nitrogen  isotopic

ratios in the presence of oxygen (cf. Sachs & Repeta 1999 and

references  herein)  can  be  excluded,  because  C

14

-aryl-

isoprenoids (Fig. 10) indicate permanent bottom water anoxia

throughout  deposition  of  the  studied  profile.  Thus,  the  ob-

served trends in cycles 2 and 3 reflect either increasing con-

tents  of  plankton,  or — more  likely — decreasing  N-isotope

fractionation because of decreasing nutrient availability. Isoto-

pic fractionation due to partial utilization of dissolved inorganic

nitrogen  may  account  for  the  tendency  towards  lighter  δ

15

N

values within cycle 4 (according to Altabet & Francois 1994).

Paleoceanographic implications

In  the  Upper  Austrian  Molasse  Basin,  the  Dynow  Marl-

stone, about 5 m thick, is interbedded between two organic-

rich  formations  (Schöneck  and  Eggerding  Formation).  The

rock unit, relatively poor in organic matter, represents a major

break  in  the  evolution  of  the  Paratethys.  In  some  wells  the

Dynow Marlstone is missing (e.g. the autochthonous part of

Obhf1), perhaps because of submarine erosion or slumping.

Furthermore, this sedimentary unit is not described from mar-

ginal basin connections (Upper Rhine Valley, Lower Inn De-

pression,  Slovenian  Corridor;  Ortner  &  Sachsenhofer  1996;

Schmiedl et al. 2002; Doebl 1970). Nevertheless, the lateral

continuity of this unit is remarkably high, arguing for tectoni-

cally stable conditions.

Nannoplankton of three samples from the second cycle in

the  Dynow  Marlstone  have  been  described  by  Báldi-Beke

(2003; see Fig. 5 for position of samples). In general, the nan-

noplankton  diversity  is  poor,  but  indicative  of  the  nanno-

plankton Zone NP23. Reticulofenestra ornata predominates.

This species formed blooms during NP23 and NP24, but has a

range from NP22 to NP25. At the top of cycle 2 Transverso-

pontis  fibula  has  been  identified,  which  is  characteristic  for

background image

320

SCHULZ et al.

Fig.  11. Depositional model for the Dynow Marlstone (a)  and  the

upper part of the Dynow Marlstone cycles and the lowermost Egg-

erding Formation (b) in well Oberschauersberg 1. The accumulation

of the Dynow Marlstone was controlled by periodical blooms of cal-

careous nannoplankton (a). The produced carbonate dilutes the or-

ganic matter in the sediments and results in varying and relatively

low  TOC  contents.  Nannoplankton  blooms  were  caused  by  high

trophic levels probably related to fresh water ingressions. Contem-

poraneously, bottom currents reworked the sediment and led to fluc-

tuations  of  sulphate  reduction  intensity  due  to  limited  sulphate

availability.  The  primary  productivity  of  organic  carbon  remained

roughly  constant  and  anoxic  bottom  water  conditions  favoured or-

ganic matter preservation during the deposition of the Dynow Marl-

stone and Eggerding Formation. Changes at the transition from the

Dynow  Marlstone  to  the  Eggerding  Formation  include  intensified

photic zone anoxia and an increase in salinity (b).

the  lowermost  NP23.  The  Transversopontis  fibula-Reticulo-

fenestra ornata assemblage (“olbinian-type nannoflora”) has

been  described  as  characteristic  for  the  Central  and  Eastern

Paratethys  and  may  indicate  brackish  water  conditions

(Nagymarosy & Voronina 1992).

Transversopontis  fibula  is  often  related  to  a  level  to  en-

demic  bivalves  (“Cardium  lipoldi”-fauna)  and  ostracods

(Cyprididae), a fact which enables correlations throughout the

entire Paratethys (Popov et al. 1993). This marker horizon has

been described from the Dynow Marlstone in the Waschberg

Unit (Rögl et al. 2001) and the Carpathians (Krhovský et al.

2001), but is not present in well Osch1.

Reticulofenestra ornata also predominates in the lower part

of the Eggerding Formation, whereas Transversopontis fibula

was not found. This phenomenon has been referred to a strong

salinity decrease (Nagymarosy & Voronina 1992). However,

this interpretation is in conflict with increasing di-/tri-MTTC

ratios (Fig. 10), which point to increasing salinities.

According  to  our  results,  oligotrophic  conditions  prevailed

and surface water salinities decreased during the final stages of

the deposition of the Schöneck Formation. Decreasing salinities

were  referred  to  increasing  fresh  water  ingressions.  Further-

more, the end of CO

2

 recycling was referred to a break-down of

water stratification (Schulz et al. 2002). Pyrite framboid diam-

eters suggest a short time interval with dysoxic (to oxic?) condi-

tions (Fig. 7). However, detectable C

14

-arylisoprenoids across

the transition and within the complete Dynow Marlstone advo-

cate for persistent photic zone anoxia (Fig. 10).

Cartoons  illustrating  different  processes,  active  during

deposition  of  the  Dynow  Marlstone  and  the  lowermost

Eggerding Formation are presented in Figs. 11a and 11b, re-

spectively.  With  the  onset  of  Dynow  Marlstone  sedimenta-

tion, an abrupt increase in nutrients favoured an abrupt return

to  the  eutrophic  conditions  that  earlier  had  occurred  during

deposition of the lower Schöneck Formation. Eutrophic con-

ditions continued until the deposition of the Eggerding For-

mation. The high primary production level during deposition

of the Dynow Marlstone promoted cyclic blooms of calcare-

ous nannoplankton.

This scenario favoured nitrogen fixation (δ

15

N = –1 to +4;

Fig. 8). Variations of the δ

15

N signals to heavier values within

the  single  cycles  are  referred  to  diminished  N-isotope  frac-

tionation  probably  due  to  decreasing  nutrient  supply.  How-

ever, the primary organic carbon productivity remained fairly

constant during deposition of the Dynow Marlstone (sterane

concentrations in Fig. 10). The different δ

15

N values are not

useful source indicators (land plant vs. plankton) in the case

of the Dynow Marlstone. Questions remain regarding the ex-

tent of denitrification and anaerobic oxidation of ammonia in

the  anoxic  water  column  during  deposition  of  the  Dynow

Marlstone  (“anammox  reaction”;  Kuypers  et  al.  2003;

Dalsgaard et al. 2003).

A shift to heavier carbon isotope values within the single

cycles indicates increasing portions of marine organic mate-

rial. Thus, stronger CO

2

 reduction during enhanced primary

production  resulting  from  eutrophication  and  high  primary

production  in  low  salinity  water  can  be  excluded  (Voß  &

Struck  1997).  Preservation  of  the  organic  material  was  en-

hanced  by  contemporaneously  establishing  anoxic  bottom

water.  On  the  other  hand,  intensive  sulphate  reduction  low-

ered the hydrogen index in the upper part of the Dynow Marl-

stone. Due to the lack of reactive iron within the pore water,

pyrite  formation  was  depressed  and  hydrogen  sulphide  es-

caped into the bottom water.

The  organic  geochemical  data  indicate  euhaline  to

mesohaline (30–40 ‰) surface water conditions during deposi-

tion of the Dynow Marlstone as tri-MTTC predominates by far

over  its  dimethylated  counterpart  (Sinninghe  Damsté  et  al.

1987; Schwark & Püttmann 1990). On the other hand, the ini-

tial  deposition  of  the  Eggerding  Formation  was  coupled  to  a

progressively intensified water stratification and a salinity in-

crease (increasing C

14

-arylisoprenoid concentrations and di-/tri-

MTTC ratios; Fig. 10). The salinity proxy (di-/tri-MTTC ratio)

indicates a gradual return to normal-marine conditions, but con-

tradicts the nannoplankton findings (see previous chapter).

Similar  environments  occurred  during  deposition  of  the

Dynow Marlstone in the Western Carpathians in the Ždánice

Unit (Czechia; Krhovský 1995). There, brackish surface water

background image

                                                 321

PALEOCEANOGRAPHY OF PARATETHYS DURING OLIGOCENE IN AUSTRIAN MOLASSE BASIN

and  anoxic  bottom  water  conditions  were  inferred  from  the

paleontological record. In contrast to the Molasse Basin, the

Dynow  Marlstone  in  the  Ždánice  Unit  contains  silica  from

diatom frustules. According to Krhovský (1995), the silicified

marlstones were deposited during relatively dry climatic peri-

ods characterized by high seasonality (hot and dry summers,

cool  and  wet  winters)  linked  to  short-term,  orbitally  forced

changes  of  seasonality  within  a  long-eccentricity  orbital

cycle. Sandy layers within the upper part of the Dynow Marl-

stone should indicate a following wetter period, which caused

intensified  weathering  on  the  Bohemain  Massif  and  stimu-

lated the input of detrital material.

The Dynow Marlstone in the Ždánice Unit is overlain by

slumps and pebbles that transfer to the deposition of pelitic

rocks (Šitboøice Event; Krhovský 1995). This regional event

is considered a consequence of a sea-level fall during eustatic

cycle TA 4.5 according to Haq et al. (1987) or of tectonic ac-

tivity (Krhovský & Djurasoinovic 1993).

Considering  the  results  from  the  Ždánice  Unit,  there  are

three factors that may have influenced the sedimentary change

from the Dynow Marlstone to the Eggerding Formation in the

Upper Austrian Molasse Basin:

1 — Intensified photic zone anoxia and increasing salinities

may  have  changed  the  ecological  conditions  for  calcareous

nannoplankton and limited the carbonate production. Increas-

ing salinities and a return to full-marine conditions are prob-

ably  related  to  the  reactivation  of  the  connection  of  the

Paratethys  with  the  open  sea  (Popov  et  al.  1993;  Popov  &

Stolyarov 1996).

2  —  Climatic  changes  postulated  by  Krhovský  (1995)

caused increased weathering and run-off from the Bohemian

Massif  and  provided  enhanced  amounts  of  detrital  material.

However, this interpretation may be in conflict with the ob-

served rise in salinity during deposition of the Eggerding For-

mation.

3 — The transition to the Eggerding Formation may be re-

lated to the Šitboøice Event (Krhovský 1995). However, this

event  was  not  described  until  now  in  the  Upper  Austrian

Molasse Basin, and no evidence for slumping or sedimenta-

tion in lowstand fans was found in the present study.

Therefore,  a  basin-wide  decline  in  carbonate  production

due to ecological changes is the most probable explanation for

the  observed  change  from  the  deposition  of  bright-coloured

calcareous muds to the deposition of dark-coloured (calcare-

ous)  shales.  This  is  also  in  accordance  with  the  observed

negative  correlation  between  carbonate  and  TOC  (Fig. 9)

showing that organic matter deposition was controlled by the

amount of carbonate rather than by the amount of detrital ma-

terial and explains why this change extended across the whole

outer Paratethyan shelf during the second half of NP23.

Conclusions

Massive  organic  carbon  accumulation  in  the  Upper  Aus-

trian Molasse Basin was interrupted during NP23 by deposi-

tion  of  the  organic-poor  intervals  of  the  approximately  5 m

thick Dynow Marlstone.

During deposition of the uppermost part of the organic-rich

Schöneck  Formation,  oligotrophic  conditions  prevailed  and

surface  water  salinities  decreased.  The  base  of  the  Dynow

Marlstone is characterized by an abrupt increase in primary

organic productivity, but persisting photic zone anoxia.

This stable depositional scenario of the Dynow Marlstone

was  overprinted  by  cyclic  increases  in  the  trophic  level

favouring  blooms  of  calcareous  nannoplankton.  Subse-

quently, trophic levels and the production of calcareous nan-

noplankton decreased gradually. Within each cycle, the per-

centage of marine organic material increases. Limestones with

low TOC contents, a consequence of the dilution of organic

matter by the calcareous nannoplankton, were deposited dur-

ing  algal  blooms,  whereas  organic-rich  marls  accumulated

during  periods  with  low  production  of  calcareous  nanno-

plankton. Sulphate reduction occurred in the sediment as well

as in the anoxic bottom water. Hydrogen sulphide generated

in the sediment escaped due to the lack of reactive iron. The

intensive  consumption  of  labile  organic  material  decreased

the hydrogen index.

The cyclic physicochemical conditions were modified after

the  last  major  bloom  of  calcareous  nannoplankton  (top  of

Dynow  Marlstone).  The  biomarker  data  suggest  intensified

photic  zone  anoxia  (increase  of  concentrations  of  C

14

-

arylisoprenoids) coupled to a marked increase in salinity (in-

crease  of  di-/tri-MTTC;  both  proxies  in  Fig. 10).  These

changes  resulted  in  the  deposition  of  the  marls  of  the

Eggerding  Formation,  characterized  by  upward  increasing

TOC contents. Sulphate reduction in impermeable pelites of

the Eggerding Formation was limited by sulphate availability.

Acknowledgments:  The  authors  thank  Rohölaufsuchungs

AG (Vienna) for providing core material and well logs. Tech-

nical assistance was given by colleagues at the Geological De-

partments in Clausthal (Germany) and Leoben (Austria). Spe-

cial  thanks  to  Fred  Rögl,  Maria  Báldi-Beke  and  András

Nagymarosy, whose help on various aspects of the “Dynow”

enhanced  our  interpretations.  Furthermore,  the  paper  ben-

efited greatly from the critical remarks of Alessandra Negri,

Ján Soták, and Phil Meyers.

References

Altabet M.A. & Francois R. 1994: Sedimentary nitrogen isotopic

ratio as a recorder for surface ocean nitrate utilization. Global

Biogeochemical Cycles 8, 1, 103–116.

Bachmann  G.H.,  Müller  M.  &  Weggen  K.  1987:  Evolution  of  the

Molasse  Basin  (Germany,  Switzerland).  Tectonophysics  137,

77–92.

Báldi T. 1984: The terminal Eocene and Early Oligocene events in

Hungary  and  the  separation  of  an  anoxic,  cold  Paratethys.

Eclogae Geol. Helv. 77, 1, 1–27.

Báldi-Beke  M.  2003:  Report  on  nannoplankton  assemblages  from

the  Dynow  Marlstone,  Upper  Austrian  Molasse  Basin.  Üröm

April 2003. 1–2 (unpublished).

Bechtel  A.  &  Püttmann  W.  1997:  Palaeoceanography  of  the  early

Zechstein  Sea  during  Kupferschiefer  deposition  in  the  Lower

Rhine basin (Germany): A reappraisal from stable isotope and

organic  geochemical  investigations.  Palaeogeogr.  Palaeo-

climatol. Palaeoecol. 136, 331–358.

Berner  R.A.  1984:  Sedimentary  pyrite  formation:  An  update.

Geochim. Cosmochim. Acta 48, 605–615.

Berner R.A. & Raiswell R. 1983: Burial of organic carbon and py-

background image

322

SCHULZ et al.

rite sulfur in sediments over Phanerozoic time: A new theory.

Geochim. Cosmochim. Acta 47, 885–862.

Bray E.E. & Evans E.D. 1961: Distribution of n-paraffins as a clue

to recognition of source beds. Geochim. Cosmochim. Acta 22,

2–15.

Budilová  P.,  Hladíková  J.  &  Krhovský  J.  1992:  Late  Eocene  and

Early Oligocene planktonic foraminifera and sediments of the

Ždánice  and  Pouzdøany  Units:  carbon  and  oxygen  isotopic

study. Scripta 22, 67.

Calvert S.E., Bustin R.M. & Ingall E.D. 1996: Influences of water

column anoxia and sediment supply on the burial and preserva-

tion of organic carbon in marine shales. Geochim. Cosmochim.

Acta 60, 1577–1593.

Caplan  M.L.  &  Bustin  R.M.  1998:  Paleoceanographic  controls  on

geochemical  characteristics  of  organic-rich  Exshaw  mud-

rocks:  role  of  enhanced  primary  production.  Organic

Geochemistry 30, 161–188.

Dalsgaard  T.,  Canfield  D.E.,  Petersen  J.,  Thamdrup  B.  &  Acuña-

Gonzalez J. 2003: N

2

 production by the anammox reaction in

the  anoxic  water  column  of  Golfo  Dulce,  Costa  Rica.  Nature

422, 606–608.

Didyk  B.M.,  Simoneit  B.R.T.,  Brassell  S.C.  &  Eglinton  G.  1978:

Organic  geochemical  indicators  of  palaeo-environmental  con-

ditions of sedimentation. Nature 272, 216–222.

Doebl F. 1970: Die tertiären und quartären Sedimente des südlichen

Rheingrabens. In: Illies H. & Mueller S. (Eds.): Graben Prob-

lems. Sci. Rep. Int. Upper Mantle Proj. 27, Stuttgart, 56–66 (in

German).

Dohmann  L.  1991:  Die  unteroligozänen  Fischschiefer  im

Molassebecken.  PhD  thesis,  Ludwig-Maximilian-Universität,

Munich, 1–365 (in German).

Gerhard  J.  1982:  Geochemische  Untersuchungen  an  einem

potentiellen  Erdölmuttergestein.  Gießener  Geologische

Schriften 29, 1–191 (in German).

Gerhard  J.  1988:  Faziesdiagnose  und  Paläoenvironment  des

Sannois-Fischschiefers  (Alpines  Molassebecken,  Bayern,

Süddeutschland).  DGMK  Dtsch.  Wissenschaftliche  Gesell-

schaft  für  Erdöl,  Erdgas  und  Kohle  e.V.  Berichte  406,  1–128

(in German).

Goossens H., de Leeuw J.W., Schenck P.A. & Brassell S.C. 1984:

Tocopherols  as  likely  precursors  of  pristane  in  ancient  sedi-

ments and crude oils. Nature 312, 440–442.

Haq B.U., Hardenbol J. & Vail P.R. 1987: Chronology of fluctuat-

ing sea levels since the Triassic. Science 235, 115–1167.

ten Haven H., de Leeuw J.W., Rullkötter J. & Sinninghe Damsté J.S.

1987:  Restricted  utility  of  the  pristane/phytane  ratio  as  a

palaeoenvironmental indicator. Nature 330, 641–643.

Kotlarczyk J. 1979: Introduction to stratigraphy of the Skole Unit

of the Flysch Carpathians. Badania Palaeontologiczne Karpat

Przemyskich 14–26 (in Polish).

Krhovský  J.  1995:  Early  Oligocene  palaeoenvoronmental  changes

in  the  West  Carpathian  Flysch  Belt  of  southern  Moravia.  4

th

Proccedings  of  the  Carpatho-Balcan  Geological  Association,

September  1995,  Athens,  Greece.  Geol.  Soc.  Greece,  Spec.

Publ. 209–213.

Krhovský J. & Djurasoinovic M. 1993: The nannofossil chalk layers

in  the  early  Oligocene  Šitboøice  Member  in  Velké  Nemèice

(the  Menilitic  Formation,  Ždánice  Unit,  South  Moravia):

Orbitally  forced  changes  in  paleoproductivity.  In:  Hamršmíd

B. (Ed.): Nové výsledky v terciéru Západních Karpat. Sborník

referátù  z  10.  konference  o  mladším  terciéru,  Brno,  27.–

28.4.1992. Knihovnièka ZPN 15, 33–53.

Krhovský  J.,  Adamová  M.,  Hladíková  J.  &  Maslowská  H.  1991:

Paleoenvironmental  changes  across  the  Eocene/Oligocene

boundary  in  the  Ždánice  and  Pouzdøany  Units  (Western

Carpathians,  Czechoslovakia):  the  long-term  trend  and

orbitally  forced  changes  in  calcareous  nannofossil  assem-

blages. In: Hamršmíd B. & Young J.R. (Eds.): Nannoplankton

research. Proceed. 4th Internat. Nannoplankton Assoc. Confer-

ence, II, Knihovnièka ZPN 14b, 105–187.

Krhovský  J.,  Rögl  F.  &  Hamršmíd  B.  2001:  Stratigraphic  correla-

tion  of  the  Late  Eocene  to  Early  Miocene  of  the  Waschberg

Unit  (Lower  Austria)  with  the  Ždánice  and  Pouzdøany  Units

(South Moravia). In: Piller W.E. & Rasser M.W. (Eds.): Paleo-

gene  of  the  Eastern  Alps.  Österreichische  Akademie  der

Wissenschaften.  Schriftenreihe  der  Erdwissenschaftlichen

Kommissionen 14, 225–254.

Kuypers M.M.M., Sliekers A.O., Lavik G., Schmid M., Jørgensen

B.B., Kuenen J.G., Sinninghe Damsté J.S., Strous M. & Jetten

M.S.M.  2003:  Anaerobic  ammonium  oxidation  by  anammox

bacteria in the Black Sea. Nature 422, 608–611.

Martini E. 1971: Standard Tertiary and Quarternary calcareous nan-

noplankton  zonation.  Proc.  2

nd

  planktonic  Conference,  Roma

1970. Ed. Tecnoscienza, Roma, 739–785.

Meyers P.A. 1994: Preservation of elemental and isotopic identifica-

tion of sedimentary organic matter. Chem. Geol. 144, 289, 302.

Meyers  P.A.  1997:  Organic  geochemical  proxies  of  paleoceano-

graphic,  paleolimnologic,  and  paleoclimatic  processes.  Or-

ganic Geochemistry 27, 5/6 213, 250.

Müller G. & Blaschke H. 1971: Coccoliths: Important rock-forming

elements in bituminous shales of Central Europe. Sedimentol-

ogy 17, 119–124.

Nagymarosy A. & Voronina A.A. 1992: Calcareous nannoplankton

from the Lower Maykopian Beds (Early Oligocene, Union of

Independent  States).  Proc.  of  the  Fourth  INA  Conference,

Prague. Knihovnièka ZPN 14b, vol. 2, 189–221.

Ortner H. & Sachsenhofer R.F. 1996: Evolution of the Lower Inn

Valley  Tertiary  and  constraints  on  the  development  of  the

source area. In: Wessely G. & Liebl W. (Eds.): Oil and gas in

Alpidic  thrustbelts  and  basins  of  Central  and  Eastern  Europe.

EAGE Spec. Publ. 5, 237–247.

Ourisson  G.,  Albrecht  P.  &  Rohmer  M.  1979:  The  hopanoids:

palaeochemistry and biochemistry of a group of natural prod-

ucts. Pure Appl. Chemistry 51, 709–729.

Pfennig N. 1977: Phototrophic green and purple bacteria: a compara-

tive, systematic survey. Ann. Rev. Microbiology 31, 275–290.

Popov  S.V.  &  Stolyarov  A.S.  1996:  Paleogeography  and  anoxic

environemnts  of  the  Oligocene-Early  Miocene  Paratethys.  Is-

rael J. Earth Sci. 45, 161–167.

Popov S.V., Akhmet’ev M.A., Zaporozhets N.I., Voronina A.A. &

Stolyarov  A.S.  1993:  Evolution  of  Eastern  Paratethys  in  the

late Eocene-early Miocene.  Stratigraphy and Geological Cor-

relation 1, 6, 10–39.

Radke M., Willsch H. & Welte D.H. 1980: Preparative hydrocarbon

group  type  determination  by  automated  medium  pressure  liq-

uid chromatography. Analytical Chemistry 52, 406–411.

Repeta  D.J.  1993:  A  high  resolution  historical  record  of  Holocene

anoxygenic  primary  production  in  the  Black  Sea.  Geochim.

Cosmochim. Acta 57, 4337–4342.

Ricken  W.  1991:  Variation  of  sedimentation  rates  in  rhythmically

bedded  sediments.  Distinction  between  depositional  types.  In:

Einsele  G.,  Ricken  W.  &  Seilacher  A.  (Eds.):  Cycles  and

events in stratigraphy. Springer, Berlin, 167–187.

Rögl F. 1996: Stratigraphic correlation of the Paratethys Oligocene

and  Miocene.  Mitt.  Gesell.  Geol.-u.  Bergbaustud.  Österreich

41, 65–73.

Rögl F. 1999: Mediterranean and Paratethys. Facts and hypotheses

of an Oligocene to Miocene paleogeography (Short Overview).

Geol. Carpathica 50, 4, 339–349.

Rögl  F.,  Krhovský  J.,  Braunstein  R.,  Hamršmíd  B.,  Sauer  R.  &

Seifert P. 2001: The Ottenthal Formation revised — sedimen-

tology,  micropaleontology  and  stratigraphic  correlation  of  the

background image

                                                 323

PALEOCEANOGRAPHY OF PARATETHYS DURING OLIGOCENE IN AUSTRIAN MOLASSE BASIN

Oligocene  Ottenthal  sections  (Waschberg  Unit,  Lower  Aus-

tria). In: Piller W.E. & Rasser M.W. (Eds.): Paleogene of the

Eastern  Alps.  Österreichische  Akademie  der  Wissenschaften.

Schriftenreihe  der  Erdwissenschaftlichen  Kommissionen  14,

291–346.

Rögl  F.,  Krhovský  J.  &  Hamršmíd  B.  1997:  Neue  Beiträge  zum

Oligozän  von  Ottenthal  in  der  Waschbergzone,  Nieder-

österreich. Österr. Geol. Gessel., Exkursionsführer 17, 83–96.

Rusu  A.,  Popescu  G.  &  Melinte  M.  1996:  Field  Symposium  Oli-

gocene  —  Miocene  transition  and  main  geological  events  in

Romania, 28. August–2. September 1996. A. Excursion guide.

Inst. Geol. Romaniei, IGCP Project No. 326, 1–47, 21 figs.

Sachs  J.P.  &  Repeta  D.J.  1999:  Oligotrophy  and  nitrogen  fixation

during  eastern  Mediterranean  sapropel  events.  Science  286,

2485–2488.

Schmidt F. & Erdogan L.T. 1996: Palaeohydrodynamics in explora-

tion. In: Wessely G. & Liebl W. (Eds.): Oil and gas in Alpidic

thrustbelts  and  basins  of  Central  and  Eastern  Europe.  EAGE

Special Publication 5. The Alden Press, Oxford, 255–265.

Schmiedl G., Scherbacher M., Bruch A.A., Jelen B., Nebelsick J.H.,

Hemleben  C.,  Mosbrugger  V.  &  Rifelj  H.  2002:  Paleo-

environmental evolution of the Paratethys in the Slovenian Ba-

sin during the Late Paleogene. Int. J. Earth Sci. 91, 123–132.

Schulz H.-M., Sachsenhofer R.F., Bechtel A., Polesny H. & Wagner

L.  2002:  Origin  of  hydrocarbon  source  rocks  in  the  Austrian

Molasse Basin (Eocene–Oligocene transition). Mar. Petroleum

Geol. 19, 6, 683–709.

Schwark L. & Püttmann W. 1990: Aromatic hydrocarbon composi-

tion of the Permian Kupferschiefer in the Lower Rhine Basin,

N.W. Germany. Organic Geochemistry 16, 749–761.

Schwark L., Vliex M. & Schaeffer P. 1998: Geochemical character-

ization  of  Malm  Zeta  laminated  carbonates  from  the

Franconian Alb, SW-Germany (II). Organic Geochemistry 29,

8, 1921–1952.

Sinninghe  Damsté  J.S.,  Kock-Van  Dalen  A.C.,  De  Leeuw  J.W.,

Schenk P.A., Guo-ying S. & Brassell S.C. 1987a: The identifi-

cation  of  mono-,  di-,  and  trimethyl  2-methyl-2-(4,8,12-

trimethyltridecyl) chromans and their occurrence in geosphere.

Geochim. Cosmochim. Acta 51, 2393–2400.

Sinninghe Damsté J.S., Wakeham S.G., Kohnen M.E.L., Hayes J.M.

& De Leeuw J.W. 1987b: A 6,000-year sedimentary molecular

record of chemocline excursions in the Black Sea. Nature 362,

827–829.

Summons  R.E.  1993:  Biogeochemical  cycles:  A  review  of  funda-

mental  aspects  of  organic  matter  formation,  preservation,  and

composition.  In:  Engel  M.H.  &  Macko  S.A.  (Eds.):  Organic

geochemistry  —  principles  and  applications.  Plenum  Press,

New York, 3–21.

Summons R.E. & Powell T.G. 1987: Identification of aryl isoprenoids

in source rocks and crude oils: biological markers for the green

sulphur bacteria. Geochim. Cosmochim. Acta 51, 557–566.

Tissot  B.T.  &  Welte  D.H.  1984:  Petroleum  formation  and  occur-

rences. 2. Ed. Springer, Berlin, 1–699.

Volkman J.K. 1986: A review of sterol markers for marine and ter-

rigenous organic matter. Organic Geochemistry 9, 83–99.

Volkman J.K. & Maxwell J.R. 1986: Acyclic isoprenoids as biologi-

cal  markers.  In:  Johns  R.B.  (Ed.):  Biological  markers  in  the

sedimentary record. Elsevier, Amsterdam, 1–42.

Voß M. & Struck U. 1997: Stable nitrogen and carbon isotopes as

indicators of eutrophication of the Oder river (Baltic sea). Mar.

Chemistry 59, 35–49.

Wagner  L.R.  1996:  Stratigraphy  and  hydrocarbons  in  Upper  Aus-

trian  Molasse  Foredeep  (active  margin).  In:  Wessely  G.  &

Liebl W. (Eds.): Oil and gas in Alpidic thrustbelts and basins of

Central and Eastern Europe. EAGE Spec. Publ. 5, 217–235.

Wagner  L.R.  1998:  Tectonostratigraphy  and  hydrocarbons  in  the

Molasse Foredeep of Salzburg, Upper and Lower Austria. In:

Mascle  A.,  Puigdefàbregas  C.  &  Luterbacher  H.P.  (Eds.):

Cenozoic foreland basins of Western Europe. Geol. Soc. Spec.

Publ. 134, 339–369.

Wagner L. & Wessely G. 1997: Exploration opportunities. In: Fed-

eral  Ministry  for  Economic  Affairs  &  Geological  Survey  of

Austria (Ed.): Hydrocarbon potential and exploration opportu-

nities in Austria. Malek, Krems, 19–33.

Wagner L., Kuckelkorn K. & Hiltmann W. 1986: Neue Ergebnisse

zur  alpinen  Gebirgsbildung  Oberösterreichs  aus  der  Bohrung

Oberhofen 1 — Stratigraphie, Fazies, Maturität und Tektonik.

Erdöl Erdgas Kohle 102, 1, 12–19 (in German).

Wehner  H.  &  Kuckelkorn  K.  1995:  Zur  Herkunft  der  Erdöle  im

nördlichen  Alpen-/Karpatenvorland.  Erdöl  Erdgas  Kohle  111,

12, 508–514 (in German).

Wilkin R.T., Barnes H.L. & Brantley S.L. 1996: The size distribu-

tion of framboidal pyrite in modern sediments: An indicator of

redox conditions. Geochim. Cosmochim. Acta 60, 3897–3912.

Ziegler  P.A.  1987:  Late  Cretaceous  and  Cenozoic  intraplate  com-

pressional  deformations  in  the  Alpine  foreland  —  a

geodynamic model. Tectonophysics 137, 389–420.

Ziegler P.A. & Roure F. 1999: Petroleum systems of Alpine-Medi-

terranean  foldbelts  and  basins.  In:  Durand  B.,  Loivet  L.,

Horváth  F.  &  Séranne  M.  (Eds.):  The  Mediteranean  Basins:

Tertiary  extension within the Alpine Orogen. Geol. Soc. Lon-

don, Spec. Publ. 156, 517–540.