background image

www.geologicacarpathica.com

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA

, OCTOBER 2015, 66, 5, 409—426                                                     doi: 10.1515/geoca-2015-0034

Depositional environment, organic matter characterization

and hydrocarbon potential of Middle Miocene sediments

from northeastern Bulgaria (Varna-Balchik Depression)

ALEXANDER ZDRAVKOV

1

, ACHIM BECHTEL

2

, STJEPAN ĆORIĆ

3

 and

REINHARD F. SACHSENHOFER

2

1

Department of Economic Geology, University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski”, 1700 Sofia, Bulgaria;  alex_zdravkov@mgu.bg

2

Department Angewandte Geowissenschaften und Geophysik, Montanuniversität Leoben, Peter-Tunner-Str. 5, A-8700 Leoben, Austria;

achim.bechtel@unileoben.ac.at;  reinhard.sachsenhofer@unileoben.ac.at

3

Geological Survey of Austria, Neulinggasse 38, A-1030 Vienna, Austria; 

 

stjepan.coric@geologie.ac.at

(Manuscript received January 9, 2015; accepted in revised form June 23, 2015)

Abstract: The depositional environments and hydrocarbon potential of the siliciclastic, clayey and carbonate sedi-
ments from the Middle Miocene succession in the Varna-Balchik Depression, located in the south-eastern parts of
the Moesian Platform, were studied using core and outcrop samples. Based on the lithology and resistivity log the
succession is subdivided from base to top into five units. Siliciclastic sedimentation prevailed in the lower parts of
units I and II, whereas their upper parts are dominated by carbonate rocks. Unit III is represented by laminated clays
and biodetritic limestone. Units IV and V are represented by aragonitic sediments and biomicritic limestones, corre-
lated with the Upper Miocene Topola and Karvuna Formations, respectively. Biogenic silica in the form of diatom
frustules and sponge spicules correlates subunit IIa and unit III to the lower and upper parts of the Middle Miocene
Euxinograd Formation. Both (sub)units contain organic carbon contents in the order of 1 to 2 wt. % (median: 0.8 for
subunit IIa; 1.3 for unit III), locally up to 4 wt. %. Based on Hydrogen Index values (HI) and alkane distribution
pattern, the kerogen is mainly type II in subunit IIa (average HI = 324 mg HC/g TOC) and type III in unit III (average
HI ~ 200 mg HC/g TOC). TOC and Rock Eval data show that subunit IIa holds a fair (to good) hydrocarbon genera-
tive potential for oil, whereas the upper 5 m of unit III holds a good (to fair) potential with the possibility to generate
gas and minor oil. The rocks of both units are immature in the study area. Generally low sulphur contents are prob-
ably due to deposition in environments with reduced salinity. Normal marine conditions are suggested for unit III.
Biomarker composition is typical for mixed marine and terrestrial organic matter and suggests deposition in dysoxic
to anoxic environments.

Key words: organic geochemistry, hydrocarbon potential, Euxinograd Formation, NE Bulgaria, Eastern Paratethys.

Introduction

The western Black Sea has long been recognized as a region
with high petroleum potential. The Tyulenovo Field (Fig. 1b)
was detected in the Bulgarian sector of the Black Sea in the
1950s. It contains significant oil ( ~ 30 Mbs) and gas reserves
( ~ 30 Bcf;  Georgiev  2012).  Additional  potentially  oil-  and
gas-bearing  structures  have  been  identified  on  and  offshore
Bulgaria in the 1990s. One of them, the Galata deposit, off-
shore  cape  Galata  near  Varna,  already  produced  dry  gas  of
about 55 Bcf (Georgiev 2012).

The  question  of  active  source  rocks  is  an  important  issue

for understanding petroleum systems. Georgiev (2012) con-
sidered the Middle to Late Jurassic shales from the Etropole
and  Provadia  Formations,  drilled  in  the  Galata  area,  as  the
most likely source rocks for the formation of Tyulenovo oil.
The same author, however, reports the presence of oleanane,
which  is  an  indicator  for  post-Jurassic  source  rocks,  within
this  oil.  Sachsenhofer  et  al.  (2009)  studied  Oligocene  clays
of the Ruslar Formation and determined a good potential for
hydrocarbon  generation.  Apart  from  Oligocene  rocks,
Eocene  successions,  which  are  of  considerable  thickness  in

the deeper parts of the western Black Sea may hold a source
potential (Georgiev 2012).

No  studies  have  been  conducted  so  far  on  the  Miocene

succession,  although  there  are  some  notes  on  the  presence
of organic matter-rich lenses within the diatomaceous clays
of  the  Middle  Miocene  Euxinograd  Formation  (Koleva-
Rekalova 1997). Thus, the limited knowledge on the amount
and  origin  of  the  organic  matter  within  the  Miocene  rocks
leaves a gap in our understanding of the petroleum system in
NE Bulgaria and its off-shore part.

Therefore, the main aim of the present paper is to study li-

thology, depositional environment, and hydrocarbon potential
of the Miocene Euxinograd Formation and to explore vertical
and  partly  lateral  facies  variations.  To  reach  this  goal,  core
material from Miocene rocks from borehole C-180a (Fig. 1b)
was  studied.  Additional  samples  from  the  upper  part  of  the
Euxinograd  Formation  were  taken  from  an  outcrop  near
Albena  resort.  The  present  investigation  is  based  on  bulk
geochemical  parameters  (inorganic  and  organic  carbon,  sul-
phur,  hydrogen  index),  biomarker,  and  stable  carbon  isotope
composition of the organic matter. Since the lower part of the
Miocene succession, especially in the Balchik area, is not well

background image

410

ZDRAVKOV, BECHTEL, ĆORIĆ and SACHSENHOFER

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

studied due to limited core material, we also investigate rocks
underlying the Euxinograd Formation.

Geological setting

Miocene  rocks  are  present  in  the  southeastern  part  of  the

Moesian  Platform  in  Bulgaria  and  Romania  (Popov  et  al.
1986;  Popov  &  Kojumdgieva  1987;  Fig. 1)  and  have  been
studied intensively, because of their rich macro- and micro-
fauna,  as  well  as  diatom  flora  (Kojumdgieva  1965;
Kojumdgieva & Dikova 1978; Kojumdgieva & Popov 1987;
Darakchieva 1989; Temniskova-Topalova 1990).

The Miocene succession, about 300 m thick, has been depos-

ited in the relatively small, south-east widening Varna-Balchik
Depression (Fig. 1c) of the Eastern Paratethys (Kojumdgieva
& Popov 1981). The sediments overlie denudated Late Oli-
gocene clays (Ruslar Fm) and represent the time span from
the  early  Middle  Miocene  (Tarkhanian)  to  the  middle  Late

Miocene (Khersonian) (Popov & Kojumdgieva 1987). Based
on differences in sedimentary facies, Kojumdgieva & Popov
(1981), Popov et al. (1986) and Popov & Kojumdgieva (1987)
subdivided  the  Varna-Balchik  Depression  into  the  Varna
part, dominated by shallow marine siliciclastic deposits, and
the Balchik part, in which (sub-)littoral sandy to clayey sedi-
mentation prevailed (Figs. 1c, 2).

The  following  summary  of  basin  evolution  is  based

mainly  on  Popov  et  al.  (1986)  and  Popov  &  Kojumdgieva
(1987),  who  subdivided  the  Miocene  succession  into  seven
formal and two informal lithostratigraphic units (Fig. 2).

The  oldest  Miocene  rocks  are  biogenic  limestones,  2  to

3 m thick, of Middle to Late Tarkhanian age (Karapelit Fm;
not shown in Fig. 2). They were formed in a relatively nar-
row  strait  along  the  South  Dobrudzha  lowlands  (Fig. 1c),
which at that time connected the Eastern Paratethys with the
Fore Carpathian Basin. Within the Varna part of the depres-
sion, Tarkhanian sediments are represented by a few meters
of laminated clays near the base of Galata Formation. A ma-

Fig. 1. a – Tectonic map of Bulgaria, showing the position of the study area within the south-eastern part of the Moesian Platform (simplified
after Dabovski et al. 2002); b – Simplified geological map of the studied area (modified after Cheshitev et al. 1994a,b, 1995); c – Schematic
scheme of the paleogeography of the studied area during the Miocene (modified after Popov & Kojumdgieva 1987).

background image

411

ORGANIC MATTER AND HYDROCARBON IN MIDDLE MIOCENE SEDIMENTS (NE BULGARIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

rine regression triggered by enhanced tectonic activity inter-
rupted the connection with the Fore Carpathian Basin at the
end of the Tarkhanian.

The overlying Galata Formation is limited to the Varna part

of  the  depression  (Fig. 2).  It  is  composed  predominantly  of
mid-  to  coarse-grained  sands,  intercalated  by  frequent  clay
and  rare  limestone  and  clayey  sandstone  beds.  Ori  (2004)
investigated outcrops south of Varna and established a shal-
low  marine  environment  with  predominant  beach  sands,
tidal  deposits  and  deltaic  channels.  According  to  Popov  &
Kojumdgieva (1987), the southern part of the depression be-
came dry land at the end of the Chokrakian shifting the area of
maximum sedimentation northwards. North of Varna, deposi-
tion of the sediments of the Galata Formation continued until
Early Volhynian time (Fig. 2), but the quantity of siliciclastic
material  was  significantly  reduced  (Popov  &  Kojumdgieva
1987). At the same time up to 85 m of white-greenish calcare-
ous clays, irregularly alternating with marls, and oolitic, bio-

genic, or bioclastic limestones were deposited in the Balchik
part of the depression (Clay-limestone formation; Fig. 2). The
rocks are known from few wells and poorly studied.

The  overlying  Euxinograd  Formation  (Fig. 2)  is  made  up

of finely laminated, diatomaceous pelites with frequent thin
(2—20 mm) coquina intercalations composed of well-stratified
shell  fragments.  Koleva-Rekalova  (1997)  also  reported  the
presence of lenses, rich in plant remains. Thin interlayers of
sandstone  or  limestone  are  very  rare.  Some  rocks  were  de-
scribed as diatomite (Popov & Kojumdgieva 1987). However,
Koleva-Rekalova  (1997)  showed  that  opal  sponge  spicules
prevail  over  diatom  frustules.  Studies  performed  by  Koleva-
Rekalova (1997, 1998), indicate deposition in a sublittoral low
energy environment, influenced by surface water currents, in-
troducing  significant  amounts  of  bioclastic  material  to  the
deeper zones of the depression. Based on the abundant fauna
Kojumdgieva & Dikova (1978), estimate a water depth of less
than  100 m,  which  is  consistent  with  the  predominance  of

Fig.  2.  Lithological  columns  of  the  Miocene  suc-
cession in the Varna-Balchik Depression (modified
after Popov & Kojumdgieva 1987). Correlation of
regional stages after Steininger & Wessely (2000).

background image

412

ZDRAVKOV, BECHTEL, ĆORIĆ and SACHSENHOFER

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

benthic  foraminifera  (Darakchieva  1989)  and  with  high
amounts  of  sponge  spicules  (Koleva-Rekalova  1998).  The
thickness  of  the  Euxinograd  Formation  varies  considerably
and exceeds 100 m in the central part of the depression north
of Varna (Popov & Kojumdgieva 1987). North and west of
Balchik, the sand-limestone formation splits the Euxinograd
Formation into a lower and an upper unit (Fig. 2 – Popov &
Kojumdgieva  1987)  and  reduces  its  thickness  significantly.
Increased  terrigenous  input  from  the  north  (sand-limestone
fm)  and  south  (Franga  Fm),  was  probably  a  result  of  late
Volhynian  uplift  of  surrounding  areas  (Fig. 2  –  Popov  &
Kojumdgieva  1987),  limited  the  area  of  deposition  of  the
Euxinograd Formation to the central basin between Balchik
and  Albena  resort.  This  situation  lasted  until  the  Early
Bessarabian,  when  decreased  terrigenous  input  allowed  ex-
pansion of the area of clay deposition to the northern part of
the depression.

After the Middle Bessarabian water salinity increased rap-

idly resulting in carbonate sedimentation. The area of the ba-
sin gradually diminished and was generally restricted to the
Balchik  part  of  the  depression.  Koleva-Rekalova  (1994,
1997,  1998);  Koleva-Rekalova  &  Darakchieva  (2002)  pro-
vide a comprehensive overview of the Sarmatian rocks. Po-
rous  bioclastic  to  oolitic  limestones  with  micritic  cement
(Odarci Fm; Fig. 2) were deposited in shallow environments,
followed by massive aragonitic sediments that in upper part
show seasonal lamination (Topola Fm; Fig. 2). According to
Koleva-Rekalova (1998) these rock formed due to chemical
precipitation of needle-like aragonite crystals in shallow wa-
ter  under  specific  conditions.  The  youngest  Miocene  rocks
are  micritic  limestones  with  varying  abundance  of  bivalve
shells (Karvuna Fm; Fig. 2).

Methods

The  present  study  is  based  on  47  core  samples  from  well

C-180a drilled during the 1980s. The aim of the well was to
study  the  Lower  Cretaceous  (Valanginian)  carbonate  succes-
sion, the main aquifer in north-eastern Bulgaria. Unfortunately
there is no information on Miocene rocks. Therefore, we use
geophysical  data  from  well  C-180,  located  about  20 m  north
of C-180a, to reconstruct the lithology of the missing parts of
the studied core. Twelve additional samples were taken from
an  outcrop  near  Albena  resort  (Fig. 1b),  representing  about
5 m from the upper part of the Euxinograd Formation.

For  microscopic  investigations  thin  slides  were  prepared

and  studied  under  transmitted  light  using  polarized  micro-
scope Leica DM 2500P.

Total  carbon  (TC)  and  sulphur  (S)  contents  were  deter-

mined with an Eltra Helios C/S analyser. Total organic car-
bon  (TOC)  content  was  determined  on  samples  pretreated
with phosphoric acid. Total inorganic carbon (TIC =TC—TOC)
contents were used to calculate calcite equivalent percentages
(calcite

eq

= TIC

×8.34).  Rock-Eval  pyrolysis  was  performed

using  a  Rock-Eval 6  instrument.  S

1

  and  S

2

  (mg HC/g rock)

values were used to calculate Hydrogen index (HI = 100

×S

2

/

TOC[mg HC/g TOC]) and Production index (PI = S

1

/(S

1

+ S

2

);

Espitalié  et  al.  1977).  The  temperature  of  maximum  hydro-

carbon  generation  (T

max

)  was  recorded  as  a  maturity  para-

meter.

Biogenic silica contents were measured using the method

proposed  by  Zolitschka  (1998)  and  a  Perkin-Elmer 3000
AAS spectrometer. The silica contents were used to calculate
the opal percentages ( = biogenic silica

×2.4).

21  samples,  mostly  containing  TOC  greater  than  1 wt. %,

were  chosen  for  biomarker  analysis.  Approximately  10 g  of
each  sample  were  extracted  for  approximately  1 h  using
dichloromethane  (DCM)  in  a  Dionex ASE 200  accelerated
solvent  extractor.  Asphaltenes  were  precipitated  from  a  hex-
ane-DCM  solution  (80 : 1)  and  separated  by  centrifugation.
The  hexane-soluble  fractions  were  subdivided  into  saturated
and  aromatic  hydrocarbons  and  NSO  components  using  a
Köhnen-Willsch  MPLC  instrument  (Radke  et  al.  1980).  No
separation of the aliphatic and aromatic fractions was conducted
only in the case of sample C-20, due to the low amount of ex-
tract. This sample was analysed by GC-MS as total fraction.

The  saturated  and  aromatic  hydrocarbons  fractions  were

analysed by a gas chromatograph-mass spectrometer (GC-MS)
Thermo Fisher Trace Ultra, equipped with a silica capillary
column. Oven temperature was programmed from 70-300 °C
with steps of 4 °C/min, followed by an isothermal period of
15 min. Helium was used as the carrier gas. The device was
set in electron impact mode with a scan rate of 50—650 Daltons
(0.7 sec/scan).  Data  were  processed  with  Thermo-Fisher
Xcalibur  ®  v. 2.0.  Identification  of  biomarkers  is  based  on
retention  time  and  comparison  of  mass  spectra  with  pub-
lished data. The determination of absolute concentrations of
biomarkers  was  done  using  internal  standards  (deuterated
n-tetracosane  for  the  aliphatic  fraction  and  1,1’-binaphthyl
for the aromatic fraction). The concentrations were normal-
ized against the total organic carbon contents.

Carbon  isotope  determination  of  n-alkanes  and  isoprenoid

hydrocarbons was performed on 11 samples using a Trace GC
ultra attached to a ThermoFisher DELTA-V ir-MS via a com-
bustion interface (GC Isolink, ThermoFisher). For calibration,
a CO

2

 standard was injected at the beginning and end of each

analysis. The GC coupled to the ir-MS was equipped with the
column described above and the temperature program was the
same as for GC-MS analysis. Isotopic composition is reported
in the 

δ notation relative to the PDB standard.

Results and discussion

The lithological profile of well C-180a is plotted together

with the resistivity log in Fig. 3. Based on lithology, the Mio-
cene succession can be divided into five units, which in gen-
eral  correspond  to  the  lithostratigraphic  units  introduced  by
Popov & Kojumdgieva (1987).

Lithology

Unit I

Unit I  discordantly  overlies  finely  laminated  Oligocene

brownish  clays  and  correlates  with  the  Clay-limestone  for-
mation from the northern part of the Varna-Balchik Depres-

background image

413

ORGANIC MATTER AND HYDROCARBON IN MIDDLE MIOCENE SEDIMENTS (NE BULGARIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

sion  and  with  the  Galata  Formation  from  its  southern  part
(Popov & Kojumdgieva 1987). The unit is 87 m thick (Fig. 3)
and can be subdivided into two subunits.

Subunit  Ia    is  about  35 m  thick  and  is  represented  by

white-greenish, very soft fine-grained glauconitic sands. The
rocks appear homogenous, but sedimentary structures within
the  non-lithified  sands  may  have  been  obliterated  during
coring.  Carbonate  contents  are  typically  low  (<3 wt. %;
Table 1),  but  reach  up  to  25 wt. %  in  the  upper  part  of  the
section. Carbonate is exclusively represented by micrite crys-
tals.  No  biogenic  carbonate  remains  were  detected.  Micro-
scopic  investigations  showed  that  the  detrital  material  is
predominantly of fine- and very fine sand-size fractions. The
mineral composition is relative uniform and is dominated by
quartz and glauconite. Rare feldspar (mostly orthoclase; rare
microcline), as well as mica flakes, can also be found. Some
samples  contain  lithic  fragments,  composed  of  polycrystal-
line  quartz,  and  fine  charcoal  fragments.  Irregular-shaped,

subangular to subrounded quartz grains are the predominant
detrital  component.  Significant  amounts  (15—30 wt. %)  of
light green glauconitic pellets with very fine sand sizes give
the rocks a pale greenish colour. Under the microscope, most
glauconite  grains  show  red-brownish  colours,  indicating
initial  oxidation.  Although  an  authigenic  origin  of  glau-
conite is possible, we assume a detrital origin, because glau-
conite-bearing  Cretaceous  and  Paleogene  rocks  exist  in  the
hinterland.

Subunit  Ib  about  52 m  thick  (Fig. 3),  is  composed  of

hard,  but  highly  porous  biomicritic  limestone  layers  with
randomly  orientated  intact  and  fragmented  bivalve  shells.
These rocks alternate irregularly with marlstones, up to 1 m
thick.  A  thin  layer  of  oolitic  limestone  was  observed  in  the
upper part of the subunit. Although the core representing the
lower  part  of  subunit Ib  is  missing,  a  gradual  upward  in-
crease  in  resistivity  suggests  a  continuous  transition  from
subunits Ia to Ib.

Popov et al. (1986) give a similar description for the rocks

from  the  Clay-limestone  formation  in  two  other  drill  holes
from  the  Balchik  area.  Considering  the  above  data,  we  as-
sume that deposition of subunit Ia commenced in a sand and
mud  dominated  shallow  marine  environment,  characterized
by high terrigenous input. The small grain size indicates for-
mation  in  a  relatively  low  energy  environment,  probably
within the inner shelf below the wave-dominated zone. Ac-
cording to Kojumdgieva (1965), the Chokrakian was a time
of reduced salinity. Very low sulphur contents in sediments
of unit Ia may support this interpretation.

During the later stages of subunit Ia sediment deposition, a

gradual  decrease  of  the  terrigenous  input  enabled  increased
carbonate deposition. Apart from this, the sedimentary envi-
ronment  most  probably  did  not  change  significantly.  The
dominance of biomicritic limestone with random orientation
of  the  fossils  in  subunit Ib  argues  for  deposition  in  shallow
marine  environments  with  bottom  currents  and/or  waves.
Oolitic  limestone  interbeds  in  the  upper  part  of  the  subunit
indicate  a  change  to  a  very  shallow,  high  energy  environ-
ment (Tucker & Wright 1990).

Unit II

Unit II, about 47 m thick, follows above unit I with a sharp

boundary. Similar to unit I, two subunits can be distinguished
(Fig. 3).

Subunit IIa  is composed of 13-m-thick sandy limestone

in  transition  to  fine  sand  with  micrite  matrix.  The  rocks  are
white to white-grey, very soft and friable. The carbonate con-
tent varies significantly between 21 and 80 wt. % and is rela-
tive  low  in  the  middle  part  of  the  subunit  (Table 1,  Fig. 4).
Carbonates  are  almost  exclusively  represented  by  micrite
crystals. With the exception of few foraminifera, detected by
light microscopy, no other organic remains were detected.

The siliciclastic component is composed of fine and very

fine  sand-sized  quartz  grains  and  rare  feldspar  and  glauco-
nite  grains.  The  clastic  fraction  is  further  characterized  by
the presence of detrital mudstone fragments, often including
small charcoal fragments. This shows that at least part of the
organic matter is redeposited.

Fig.  3.  Lithologi-
cal profile of well
C-180a,  together
with  geophysical
resistivity log.

background image

414

ZDRAVKOV, BECHTEL, ĆORIĆ and SACHSENHOFER

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

Table 1: Depth from surface, sulphur (S), total organic carbon (TOC), total inorganic carbon (TIC), calcite equivalent (eq.) percentages, biogenic
silica (BSi), TOC/S ratio, Rock Eval parameters (S

1

, S

2

T

max

), hydrogen index (HI), production index (PI), soluble organic matter yield (SOM),

and relative proportion of saturated (Sat. HC) and aromatic (Aro. HC) hydrocarbons, polar compounds (NSO) and asphaltenes (Asph.).

Sample  Depth  Unit 

S TOC  TIC  Calcite eq.  BSi 

TOC/S 

S

1

 

S

2

 Tmax 

HI PI 

SOM 

(mg/g TOC) 

Sat. HC  Aro. HC  NSO  Asph. 

(wt. %) 

mg HC/g 

rock 

(°C) 

(wt. %, SOM) 

Drillhole C-180a 
C-1 

107.0 

U

n

it

 II

0.2 1.6  6.6 

54.9 2.4 

6.7 0.2  4.2  423 254 0.04 

19 16 

67 

14 

C-2 

107.4 0.7 

1.6 

6.4 

53.0 2.6 

2.4 0.2  3.7  424 229 0.04 

  

C-3 

107.9 0.0 

0.7 

9.9 

82.3 1.2 

93.6 0.1  1.6  429 210 0.05 

29 18 

71 

10 

C-4 

108.2 1.0 

2.6 

4.2 

35.3 6.5 

2.6 0.4  7.9  422 301 0.05 

  

C-5 

108.5 1.4 

4.3 

4.0 

33.1 1.9 

3.0 0.5  8.6  423 201 0.05 

25 22 

65 

12 

C-6 

108.8 1.5 

3.7 

3.4 

28.1 3.9 

2.5 0.4  7.5  422 205 0.05 

  

C-7 

109.0 1.0 

3.2 

5.2 

43.4 2.4 

3.1 0.3  6.5  422 203 0.04 

21 12 

72 

15 

C-8 

109.3 1.2 

2.9 

4.7 

39.4 1.7 

2.4 0.3  5.2  424 176 0.05 

  

C-9 

109.5 0.4 

1.8 

7.2 

60.0 0.9 

4.8 0.1  3.2  423 179 0.04 

18 16 

71 

11 

C-10 

109.8 0.4 

1.2 

7.3 

60.6 1.0 

3.4 0.1  2.8  425 227 0.04 

  

C-11 

110.2 0.5 

1.3 

6.6 

55.2 2.4 

2.8 0.1  2.2  425 174 0.04 

35 34 

58 

C-12 

110.6 0.3 

1.2 

6.2 

51.6 2.4 

4.8 0.1  3.3  422 272 0.03 

26 18 

67 

14 

C-13 

110.7 0.2 

0.6 

8.0 

66.8 1.0 

3.3 0.1  1.0  428 172 0.06 

  

C-14 

111.5 0.7 

1.1 

6.0 

49.7 1.9 

1.7 0.2  3.8  425 333 0.04 

35 14 

74 

12 

C-15 

112.0 0.5 

1.3 

5.1 

42.5 1.9 

2.5 0.1  1.7  426 129 0.05 

30 16 

74 

C-16 

113.0 0.0 

0.6 

8.6 

71.6 1.0 

49.8 0.1  1.3  429 213 0.05 

51 42 

55 

C-17 

113.7 0.0 

0.6 

8.8 

73.4 2.0 

80.9 0.1  1.2  429 194 0.05 

37 12 

84 

C-18 

114.0 0.0 

0.6 

8.3 

69.0 1.7 

94.6 0.1  0.9  428 136 0.06    

C-19 

114.2 0.0 

0.6 

7.6 

63.1 1.9  184.7 0.0  0.6  433 96 

0.06 

C-20 

114.5 0.0 

0.2 

10.4 

86.4 0.9  146.7 –

 

 

 

 

 

41 –

 

 

 

 

C-21 

148.7 

Uni

t IIa

 

0.0 1.7  8.1 

67.7 0.5 

63.1 0.2  3.8  420 223 0.06 

16 31 

18 

37 

14 

C-23 

149.4 0.0 

0.7 

5.6 

47.0 9.0 

37.3 0.2  2.2  419 318 0.06 

  

  

C-24 

149.8 0.0 

0.3 

7.7 

63.8 5.1 

45.9 0.1  1.0  419 309 0.07 

C-25 

150.3 0.0 

0.8 

8.0 

66.3 2.1 

48.4 0.2  2.5  419 318 0.07 

C-26 

152.0 0.5 

1.1 

4.5 

37.8 3.3 

2.2 0.3  4.3  416 397 0.07 

21 9 

83 

C-27 

153.0 0.0 

0.9 

4.6 

38.3 11.8 

38.0 0.3  3.4  415 359 0.08 

  

C-28 

153.9 0.0 

1.0 

7.8 

64.9 14.3 

47.2 0.3  3.8  421 360 0.07 

20 24 

10 

59 

C-29 

154.7 0.1 

0.8 

2.9 

24.4 4.5 

6.2 0.2  3.4  418 427 0.06 

  

C-30 

155.2 0.0 

0.5 

6.6 

55.0 8.7 

27.3 0.1  1.4  418 287 0.07 

C-22 

155.7 0.9 

2.8 

2.5 

20.9 2.4 

3.1 0.5  7.3  419 257 0.06 

14 31 

13 

41 

15 

C-31 

157.9 0.0 

1.0 

3.7 

31.0 22.1 

40.4 0.4  4.8  419 464 0.08 

40 18 

62 

11 

C-32 

158.6 0.0 

0.9 

4.2 

35.1 11.1 

46.3 0.3  4.4  422 501 0.06 

  

C-34 

159.7 0.0 

0.2 

6.7 

55.5 1.5  260.2 0.0  0.3  423 186 0.08 

C-35 

160.5 0.0 

0.7 

8.4 

69.7 1.5 

42.9 0.1  1.4  420 209 0.06 

18 22 

13 

55 

C-36 

161.5 0.0 

0.6 

9.6 

80.2 1.3 

43.2 0.1  1.6  423 248 0.07    

C-37 

214.3 

Uni

t Ia 

0.3 0.1  0.3 

2.3 –

 

0.2 –

 

 

 

 

 

  

  

  

  

  

  

C-38 

215.3 0.1 

0.1 

2.3 

19.5 –

 

0.6 –

 

 

 

 

 

C-39 

216.4 0.2 

0.1 

2.4 

19.6 –

 

0.4 –

 

 

 

 

 

C-40 

219.2 0.0 

0.2 

3.1 

25.5 –

 

33.9 –

 

 

 

 

 

C-41 

221.0 0.0 

0.0 

0.9 

7.1 –

 

11.0 –

 

 

 

 

 

C-42 

230.0 0.0 

0.1 

0.1 

0.5 –

 

18.7 –

 

 

 

 

 

C-43 

231.0 0.0 

0.0 

0.0 

0.2 –

 

17.7 –

 

 

 

 

 

C-44 

232.0 0.0 

0.0 

0.0 

0.4 –

 

11.2 –

 

 

 

 

 

C-45 

236.0 0.1 

0.1 

0.1 

0.8 –

 

0.5 –

 

 

 

 

 

C-46 

238.0 0.0 

0.0 

0.2 

1.5 –

 

13.4 –

 

 

 

 

 

C-47 

240.0 0.0 

0.1 

0.1 

0.9 –

 

16.4 –

 

 

 

 

 

C-48 

241.0 0.0 

0.1 

0.3 

2.6 –

 

44.2 –

 

 

 

 

 

Outcrop near Albena resort* 
  

A-1 

3.7 

Uni

t III

 

0.0 0.1  0.2 

1.4 8.2 

1.9 –  –

 

 

 

 

  

A-2 

4.1 1.1 

0.9 

1.5 

12.2 8.5 

0.8 0.1  1.5  411 166 0.06 

A-3 

4.4 0.8 

1.1 

1.8 

14.7 12.8 

1.4 0.2  2.4  414 216 0.06 

21 11 

53 

31 

A-4 

4.8 1.0 

1.2 

1.9 

16.2 1.4 

1.2 0.2  2.5  417 213 0.06 

  

  

A-5 

5.2 0.4 

1.0 

2.2 

18.4 11.6 

2.7 0.1  2.0  417 200 0.05 

A-6 

5.6 0.3 

0.7 

3.0 

25.0 7.3 

2.2 0.1  1.3  413 171 0.06 

A-7 

6.0 0.6 

1.1 

2.5 

21.1 10.6 

1.8 0.1  2.4  412 207 0.02 

15 12 

51 

31 

A-8 

6.4 0.4 

0.7 

3.4 

28.2 3.7 

1.7 0.2  0.6  419 77 

0.22 

  

  

A-9 

6.7 0.6 

1.1 

2.8 

23.3 8.6 

1.8 0.1  2.4  419 213 0.04 

A-10 

7.1 0.5 

1.0 

3.5 

29.1 9.9 

2.0 0.1  2.5  415 256 0.05 

A-11 

7.6 0.5 

1.3 

4.1 

33.8 5.5 

2.5 0.1  2.2  415 175 0.05 

19 12 

42 

39 

A-12 

8.1 0.5 

1.1 

2.7 

22.3 1.6 

2.1 0.1  2.4  423 220 0.04    

* — Sampling position in meters above sea level.

background image

415

ORGANIC MATTER AND HYDROCARBON IN MIDDLE MIOCENE SEDIMENTS (NE BULGARIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

Fig. 4. Vertical distribution of total organic carbon (TOC), sulphur, calcite equivalent percentages, biogenic silica (BSi), hydrogen index (HI),
relative  proportions  of  n-alkanes,  CPI,  pristane/phytane  ratio,  sterane  and  hopane  concentrations  in  core  samples  from  subunit IIa  and
unit III, and outcrop samples.

background image

416

ZDRAVKOV, BECHTEL, ĆORIĆ and SACHSENHOFER

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

Rocks  from  subunit IIa  contain  varying  amounts  of  bio-

genic silica derived from diatom frustules (Table 1). Diatom
remains  were  previously  detected  mostly  within  clays  of
the  Euxinograd  Formation  (Popov  &  Kojumdgieva  1987;
Temniskova-Topalova  1990).  This  suggests  that  subunit IIa
is  coeval  with  the  lower  part  of  this  formation.  Biogenic
silica  contents  reach  a  maximum  of  22 wt. %  about  4 m
above  the  base  of  the  subunit  (C-31)  and  decrease  upwards
(Fig. 4,  Table 1).  However,  the  biogenic  silica  content  may
significantly under estimated diatom contents. For example,
microscopic  inspection  revealed  that  sample  C-23  (9 wt. %
silica) contains significantly more than 50 % of diatoms. The
abundance of diatoms reflects a high nutrient supply and dis-
solved  silica  (DeMaster  2003).  High  nutrient  supply  is  also
supported  by  the  frequent  occurrence  of  calcareous  nanno-
plankton  assemblage  rich  in  Braarudosphaera  bigelowii
(Gran  &  Braarud  1935)  Deflandre,  1947  in  sample  C-31,
which also argues for reduced salinity and cold water envi-
ronment.  High  nutrient  and  silica  supply  may  be  related  to
rhyolitic volcanic activity, indicated by tephra layers within
the Euxinograd Formation (Milakovska et al. 2001). The oc-
currence of Cyclicargolithus floridanus (Roth & Hay in Hay
et  al.  1967)  Bukry,  1971  shows  that  sample  C-23  is  not
younger than 13.33 Ma (Lourens et al. 2004).

Subunit IIb    is  represented  by  white  to  grey-white

biomicritic limestone, similar to that in subunit Ib. Although
significant  parts  of  the  core  are  missing,  the  resistivity  log
suggests the presence of limestone within the missing inter-
vals. The similarity of the lithologies of units I and II suggest
that the rocks formed in similar sedimentary environments.

Unit III

Unit III in well C-180a is about 14 m thick and represents

the  upper  part  of  the  Euxinograd  Formation  (Figs. 2, 3).  Its
characteristics  are  similar  to  the  5-m-interval  studied  in  the
outcrop section. At both sites unit III is composed of a mo-
notonous  succession  of  fine-laminated  clays  and  detritus  of
bivalve  shells.  With  the  exception  of  a  few  samples,  the

Fig. 5. Graphs of TOC versus calcite equivalent percentages.

rocks  contain  no  detrital  sand-sized  grains.  Needle-shaped
siliceous sponge spicules are extremely abundant in the up-
per  part  of  the  unit  (samples  C-10  to  C-1)  where  biogenic
silica contents reach up to 6.5 wt. % (Table 1).

The presence of sponge spicules proves deposition in a low

energy  sedimentary  environment  (Krautter  1998).  A  low  en-
ergy  environment  and  oxygen-depleted  conditions  are  also
supported  by  the  lamination  of  the  rocks  (see  also
Kojumdgieva  &  Dikova  1978;  Koleva-Rekalova  1998).  The
presence  of  ascidian  spicules  indicates  shallow  water  condi-
tions  and  enrichment  in  the  nutrient  supply  (Toledo  et  al.
2007). Whereas sponge spicules are abundant in well C-180a,
diatoms  are  more  frequent  in  the  outcrop  samples,  maybe
due to different distance from the shoreline.

Redeposited  coaly  organic  material  is  present,  as  in  sub-

unit IIa.

Units IV and V

Units IV and V correlate with the Upper Miocene Topola

and  Karvuna  Formations  (Popov  &  Kojumdgieva  1987),
respectively.  They  are  represented  mainly  by  white  mas-
sive  and  fine  laminated  aragonitic  sediments  (Topola  Fm;
Fig. 2 – Koleva-Rekalova 1994) and biomicritic limestones
(Karvuna Fm; Fig. 2). Since the rocks do not contain organic
matter, they are not considered in this study.

TOC and Rock-Eval parameters

Total organic carbon (TOC) contents are listed in Table 1

and  are  plotted  versus  depth  in  Fig. 4.  TOC  contents  in
subunit Ia  are  very  low  ( < 0.2 wt. %;  Table 1)  and  vary  be-
tween 0.2 and 4.3 wt. % in the rest of the samples. The high-
est TOC contents (1.8—4.3 wt. %) were detected in the upper
part  of  unit III  from  well  C-180a  (Table 1,  Fig. 4).  Single
samples with TOC contents up to 2.8 wt. % also exist in the
middle and upper part of subunit IIa (Table 1, Fig. 4).

Fig. 5 shows the relationship between TOC and calcite eq.

percentages.  Whereas  there  is  no  linear  relation  for  units Ia

background image

417

ORGANIC MATTER AND HYDROCARBON IN MIDDLE MIOCENE SEDIMENTS (NE BULGARIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

and IIa, and the studied outcrop (unit III), a strong negative
relation  (correlation  coefficient:  —0.86)  exists  for  samples
from  unit III  from  well  C-180a.  Ricken  (1991)  points  out
that a negative correlation is indicative for roughly constant
organic  matter  production  and  dilution  by  varying  amounts
of calcite. Calcite in this unit is mostly derived from calcare-
ous bivalve shell fragments.

Because of very low TOC contents, TOC/S ratios have not

been  calculated  for  samples  from  subunit Ia.  For  samples
from  units IIa  and  III  TOC/S  ratios  range  between  1.7  and
260.2.  In  general,  the  ratios  are  higher  in  subunit IIa  (me-
dian:  42.9)  than  in  unit III  (3.4).  High  values  in  subunit IIa
are  consistent  with  a  salinity-reduced  environment.  The
TOC/S trend in unit III suggests an upward increase of salin-
ity  to  normal  marine  conditions  during  deposition  of  the  up-
permost part of the Euxinograd Formation. Anoxic conditions
indicated by TOC/S ratios below 2.8 (Berner 1984; Raiswell
& Berner 1986) are not reflected by the data.

Hydrogen  index  (HI)  values  are  summarized  in  Table 1.

Their  vertical  distribution  is  shown  in  Fig. 4.  Peters  (1986)
points out that pyrolysis experiments usually give erroneous
results in samples with low TOC contents. For that reason HI
was not calculated for samples, containing less than 0.2 wt. %
TOC.  These  are  mostly  from  subunit Ia,  but  also  samples
C-20 and A-1 from unit III. HI values vary significantly be-
tween 77 and 501 mg HC/g TOC.

Surprisingly, the sandy subunit IIa exhibits higher HI val-

ues  (Fig. 6a;  average:  324 mg HC/g TOC),  than  the  clayey
unit III  (205  and  192  for  core  and  outcrop  samples,  respec-
tively).  This  is  also  reflected  in  plots  of  S

2

  versus  TOC

(Langford  &  Blanc-Valleron  1990)  and  HI  versus  T

max

(Fig. 6b – Espitalié et al. 1984). Whereas kerogen types II-III
prevails  in  unit III,  kerogen  type II  predominates  in  sub-
unit IIa. Because biomarker data (see below) argue against a
higher  contribution  of  landplants  to  the  organic  matter  in
unit III,  the  difference  might  reflect  enhanced  microbial  al-
teration of the organic matter in unit III.

Hydrocarbon potential

Peters  (1986)  proposed  a  classification  scheme  for  source

rocks based on TOC, S

2

 and HI values. The respective average

values for subunit IIa (TOC : 0.9 wt. %; S

2

: 3.0 mg HC/g rock;

HI : 324 mg HC/g TOC) show that it holds a fair to good hy-
drocarbon generative potential for oil. The upper 5 m of unit III
(TOC:1.7 wt. %; S

2

:3.5 mg HC/g rock; HI:205 mg HC/g TOC)

show that this thin interval holds a good to fair potential with
the possibility to generate gas and minor oil.

The low maturity and the relatively low thickness of both

diatom-bearing  intervals,  which  are  considered  equivalents
of  the  Euxinograd  Formation,  prevent  significant  hydrocar-
bon  generation  in  onshore  areas.  However,  both,  thickness
and maturity may increase towards the east in offshore areas.

Molecular composition of the hydrocarbons

The normalized yields of the soluble organic matter (SOM)

are presented in Table 1 together with the contents of satur-
ated  and  aromatic  hydrocarbons,  hetero-compounds  (NSO)
and  asphaltenes.  The  contents  of  SOM  are  generally  low
(14—51 mg/g TOC), which is in accordance with a low matu-
rity of the organic matter. In all samples, the SOM is mainly
represented by polar compounds (37—84 wt. %; Table 1). It is
noticeable,  that  most  borehole  samples  show  increased  con-
tents of saturated hydrocarbons and are depleted in aromatics
and  asphaltenes,  in  relation  to  outcrop  samples.  This  finding
might be an indication of the presence of free hydrocarbons in
these samples. However, very low PI values (Table 1) are not
consistent with the presence of mobile products.

n-Alkanes

The total ion current (TIC) chromatograms of the saturated

hydrocarbon fractions of eight samples are shown in Fig. 7.
The vertical trends of the n-alkanes and CPI (Carbon Prefer-
ence Index after Bray & Evans 1961) in units IIa and III in
well C-180a, are presented in Fig. 4.

Fig. 6. Plots of S2 versus TOC (a) and HI versus T

max

 (b). Dashed

lines in Fig. 6a represent HI values of 200 mgHC/gTOC (kerogen
type III) and 700 mgHC/gTOC (kerogen type I).

background image

418

ZDRAVKOV, BECHTEL, ĆORIĆ and SACHSENHOFER

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

All samples are characterized by the presence of n-alkanes

in the range of n-C

15

 to n-C

33

 (Fig. 7). However, their distri-

butions vary justifying the definition of three groups.

(i) Most  samples  from  subunit IIa  and  six  samples  from

unit III  are  characterized  by  a  predominance  of  short-chain
n-alkanes (n-C

15—20

; Table 2, Fig. 7) and contain minor amounts

of  mid-  and  long-chain  hydrocarbons.  Typically,  the  domi-
nant n-alkane is n-C

17

, accompanied by appreciable amounts

of n-C

16

 and n-C

18

, with no odd-over-even predominance.

(ii) Outcrop samples from unit III show distributions domi-

nated  by  mid-  (n-C

21—25

)  and  long-chain  n-alkanes  (n-C

27—33

;

e.g.  sample  A-7  in  Fig. 7),  with  maximum  concentrations  of
n-C

29

 or n-C

31

. The CPI is moderately high (1.7—2.2; Table 2),

and short-chain hydrocarbons are usually absent.

(iii) Another six borehole samples from unit III are domi-

nated either by n-C

20—22

, with a maximum at n-C

21

(e.g. C-5,

C-9) and a CPI of 1.2 to 1.7, or by n-alkanes in the range of
n-C

23—33 

with a low CPI (1.1—1.3; e.g. C-11; Fig. 7).

Short-chain  n-alkanes originate mostly from algae and mi-

croorganisms (Blumer et al. 1971; Cranwell 1977). Han et al.
(1968)  and  Han  &  Calvin  (1969)  established  a  marked  pre-
dominance  of  n-C

17

  in  blue-green  algae,  and  appreciable

amounts of n-C

16

 and n-C

18

 in photosynthetic and non-photo-

synthetic  bacteria.  Considering  the  predominance  of  n-C

17

,  a

significant  contribution  from  phytoplankton  and  microorgan-
isms can be suggested for samples with a type (i) distribution.

Mid-chain n-alkanes (n-C

21—25

) are typical mostly for sub-

merged  aquatic  plants  and  some  moss  species  (Cranwell

Fig. 7. Gas chromatograms of the saturated hydrocarbon fraction (Std. = standard). The numbers correspond to n-alkanes with the respective
carbon atoms. Asterisk numbers correspond to iso-alkanes with the respective carbon atoms.

background image

419

ORGANIC MATTER AND HYDROCARBON IN MIDDLE MIOCENE SEDIMENTS (NE BULGARIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

Table 2: Molecular composition of the organic matter.

n

-C

15—20

/n-C

15—33 

=                        ; n-C

21—25

/n-C

15—33 

=                      ; n-C

27—31

/n-C

15—33 

=                        .

CPI — Carbon Preference Index (according to Bray & Evans 1961),

CPI = 0.5*(                                                        +                                                        ).

Pri – Pristane, Phy – Phytane;

C-27/steranes =                                     ; C-28/steranes =                                     ; C-29/steranes =                                   .

Ts – 18

α-22,29,30-trisnorneohopane, Tm – 17α-22,29,30-trisnorhopane, MN – methyl naphtalenes, DMN – dimethyl naphtalenes,

TMN – trimethyl naphtalenes, P  –  phenanthrene, MPh – methyl phenanthrenes, PAH – polyaromatic hydrocarbons (fluoranthrene
+ pyrene + benzo[a]pyrene + chrysene).

Aryl Isoprenoids =

di-MTTC/tri-MTTC =                                                                                              .

Σ 

20

    i=15

(n-Ci)

Σ 

33

    i=15

(n-Ci)

Σ 

25

    i=21

(n-Ci)

Σ 

33

    i=15

(n-Ci)

Σ 

33

    i=27

(n-Ci)

Σ 

33

    i=15

(n-Ci)

(n-C

25

+n-C

27

+n-C

29

+n-C

31

+n-C

33

)

(n-C

24

+n-C

26

+n-C

28

+n-C

30

+n-C

32

)

(n-C

25

+n-C

27

+n-C

29

+n-C

31

+n-C

33

)

(n-C

26

+n-C

28

+n-C

30

+n-C

32

+n-C

34

)

1977;  Ficken  2000).  However,  Han  &  Calvin  (1969)  estab-
lished  that  mid-chain  n-alkanes  are  typical  components  of
bacterial lipids, especially in sulphate-reducing bacteria, thus
indicating  that  microorganisms  could  also  be  a  source  of
these hydrocarbons.

Long-chain n-alkanes with a high CPI are characteristic of

waxes  from  vascular  plants  (Eglinton  &  Hamilton  1967).
This suggests a major contribution of land plants for outcrop
samples with a type (ii) distribution and a minor contribution
for  type  (i)  samples.  However,  other  possible  sources  for
long-chain  n-alkanes  have  also  been  recognized.  These  in-
clude different bacterial communities, which produce mostly
hydrocarbons with lower odd-over-even predominance (Albro
&  Dittmer  1967;  Han  &  Calvin  1969;  Johnson  &  Calder

1973;  Volkman  et  al.  1980,  1983;  Lichtfouse  et  al.  1994).
Furthermore bacterial degradation of organic matter is known
to reduce the CPI (Allen et al. 1971; Johnson & Calder 1973;
Gagosian  et  al.  1983;  Meyers  1994;  Volkman  &  Tanoue
2002).  Considering  the  partly  high  amount  of  long-chain
n-alkanes with a low CPI in samples with a type (iii) distri-
bution,  a  significant  contribution  of  bacterial  sources  to  the
long-chain  n-alkanes  can  be  assumed.  As  seen  in  Table 3,
the  isotopic  fractionation  of  the  long-  and  short-chain  n-al-
kanes do not differ significantly, which might be due to their
similar origin. Nevertheless, the higher plant contribution to
the long-chain alkanes is also noticeable by the slight deple-
tion  in 

13

C  ( ~ 0.5 ‰)  of  these  compounds.  On  the  other

hand,  redeposition  of  terrestrial  organic  matter  might  also

Σ αααC

27

(20S+20R)

Σ

 

29

    i=27

αααC

i

(20S+20R)

ΣαααC

28

(20S+20R)

Σ

 

29

    i=27

αααC

i

(20S+20R)

ΣαααC

29

(20S+20R)

Σ

 

29

    i=27

αααC

i

(20S+20R)

Σ

 

21

   i=13

C

trimetyl (2,3,6)-alkylbenzol.

dimethylated  2-methyl-2-(4´,8´,12´-trimethyltridecyl)chroman

trimethylated  2-methyl-2-(4´,8´,12´-trimethyltridecyl)chroman

Sa

m

p

le

 

n-Alkanes 

CP

Isoprenoids 

Steranes Hopanespanes 

 

Naphthalenes 

 

S

u

m

 (

µ

g/

TO

C

n

-C

15–20

/n

-C

15–33

 

n

-C

21–25

/n

-C

15–33

 

n

-C

26–31

/n

-C

15–33

 

S

u

m

 (

µ

g/

TO

C

Pr/Ph

 

S

u

m

 (

µ

g/

TO

C

C

27

/Σ

st

era

n

es 

C

28

/Σ

st

era

n

es 

C

29

/Σ

st

era

n

es 

S

u

m

 (

µ

g/

TO

C

Ts

/(

Ts

+

T

m)

 

2

2

S

/(

22

S+22

R)  

C

-31-

H

o

p

a

n

es

 

Ho

p-1

7

(2

1

)-e

n  

g/

g T

O

C)

 

S

a

t.

 D

it

erp

en

oid

g/

g T

O

C)

 

MN (µ

g/

g T

O

C)

 

DMN (µ

g/

g T

O

C)

 

TM

N

 (

µ

g/

TO

C

M

P

 (

µ

g/

TO

C

P

A

H

 (

µ

g/

TO

C

A

ryl

 I

sop

ren

oid

g/

g T

O

C)

 

Chr

o

m

a

ns  

g/

g T

O

C)

 

d

i-

M

TTC

/t

ri-

M

TTC

 

C-1 

102.8  0.5  0.2  0.2  2.4  23.8 1.3  0.6  0.4  0.1  0.5 

7.0  0.23  0.43  0.5 0.0 0.1  1.5  1.1  0.6  0.6  0.8 0.07  0.3 

C-3 

208.3  0.6  0.2  0.1  2.5  54.1 1.0  0.1  0.3  0.2  0.5 

3.0  0.36 

– 0.0 0.0 

0.0  0.7  1.3  1.6  0.6  1.5 0.02  0.3 

C-5 

747.5  0.1  0.7  0.1  1.2  33.6 0.9  1.0  0.5  0.2  0.4 

2.9 

 

0.63  0.6 0.0 0.1  5.2  4.2  1.3  1.9  3.1 0.26  0.6 

C-7 

226.9  0.2  0.4  0.2  1.3  21.5 0.9  0.4  0.4  0.3  0.3 

1.5 

 

0.38  0.6 0.3 0.1  0.8  0.8  1.0  0.5  1.5 0.19  0.7 

C-9 

188.8  0.4  0.4  0.1  1.7  36.0 1.0  1.3  0.5  0.3  0.3 

3.8  0.23  0.54  0.2 0.0 0.2  1.6  2.0  2.8  1.4  1.7 0.24  0.2 

C-11 

795.5  0.2  0.4  0.2  1.2  79.8 0.8  1.3  0.4  0.4  0.3 

5.2 

– 

 

1.9 0.9 0.4  4.1  4.5  2.2  1.1  5.3 0.01  0.7 

C-12 

460.8  0.2  0.6  0.1  1.3  50.6 1.3  1.3  0.5  0.2  0.3 

2.9  0.25 

 

0.0 0.0 0.1  0.7  0.8  0.6  0.4  1.9 0.04  0.4 

C-14 

314.5  0.5  0.3  0.2  1.8  60.1 0.9  5.6  0.4  0.1  0.5  11.8  0.36  0.47  0.4 0.8 0.0  0.7  1.2  0.6  0.4  1.2 0.08  0.3 

C-15 

205.2  0.6  0.2  0.1  1.9  41.1 0.7  0.3  0.7  0.2  0.2 

6.6  0.15  0.51  0.2 1.2 0.2  1.2  0.9  0.5  0.4  0.9 0.02  0.1 

C-16  3132.8  0.1  0.5  0.3  1.1  70.1 0.8  0.3  0.4  0.1  0.5 

 

 

 

 

0.0 0.0  0.7  1.2  1.0  0.7  1.5 0.09  0.1 

C-17 

253.2  0.6  0.2  0.1  1.8  68.9 0.9  0.8  0.5  0.3  0.2 

2.3  0.25  0.59  0.2 1.3 0.5  4.4  3.2  1.3  1.3  1.9 0.03  0.1 

C-20 

469.8  0.3  0.3  0.3  1.4  84.3 1.0 

– 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.7 

 

 

 

 

C-21 

  71.5  0.3  0.4  0.2  1.2  12.2 0.9  0.4  0.4  0.2  0.4 

7.4  0.80  0.65  0.8 0.8 0.0  0.0  0.0  0.6  0.4  0.0 0.00 

 

C-26 

368.2  0.5  0.3  0.1  1.4  40.2 0.6  0.4  0.4  0.2  0.4 

3.8  0.50  0.57  1.2 1.2 0.0  0.3  0.5  0.5  1.0  0.0 0.00 

 

C-28 

  42.2  0.5  0.2  0.1  2.1  13.2 0.7  0.0  0.4  0.2  0.4 

2.4  0.50  0.63  0.2 0.2 0.0  0.1  0.1  0.2  0.2  0.0 0.00 

 

C-22 

  27.5  0.6  0.2  0.1  2.2 

 8.0  0.8  0.4  0.5  0.2  0.4 

0.8  0.34  0.66  0.2 0.2 0.0  0.1  0.1  0.1  0.4  0.0 0.00 

 

C-31 

155.2  0.4  0.2  0.2  2.0  36.1 0.7  0.3  0.2  0.2  0.6 

2.4  0.54  0.65  0.2 0.2 0.1  0.7  0.8  0.6  1.7  0.0 0.00 

 

C-35 

  86.3  0.4  0.3  0.2  1.7  11.9 0.5  0.6  0.4  0.2  0.4 

1.8  0.66  0.66  0.0 0.0 0.0  0.2  0.6  0.1  4.0  0.0 0.00 

 

A-3 

164.1  0.1  0.4  0.4  2.0 

 2.8  0.6  0.4  0.4  0.2  0.4 

1.5  0.57  0.57  0.2 0.2 0.2  0.0  0.0  0.1  0.1  0.0 0.01  0.2 

A-7 

163.8  0.0  0.4  0.4  2.2    1.3  0.6  0.1  0.4  0.2  0.4 

2.0  0.36  0.41  0.1 0.1 0.2  0.0  0.0  0.1  0.2  0.0 0.01  0.2 

A-11 

154.5  0.0  0.4  0.4  1.7    0.9  0.7  0.2  0.4  0.2  0.4 

2.7  0.54  0.51  1.3 1.3 0.2  0.0  0.6  1.0  4.7  0.0 0.07  0.1 

background image

420

ZDRAVKOV, BECHTEL, ĆORIĆ and SACHSENHOFER

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

represent  a  substantial  factor  for  the  low  CPI  values,  ob-
served in the studied samples.

Isoprenoids

In the studied samples, the isoprenoids are represented by

a series of compounds in the C

14—20 

range (Table 2). Among

them, pristane and phytane are the most important, because
of their ubiquity in sediments and oils of different maturity
(Brooks et al. 1969). The relative proportions of isoprenoids
depend  on  the  Eh  setting  of  the  environment,  since  anoxic
conditions  favour  the  formation  of  phytane  and  more  oxic
conditions favour the formation of pristane (e.g. Volkman &
Maxwell  1986).  Hence,  the  pristane/phytane  (Pr/Ph)  ratio
can be used to evaluate the Eh potential of the depositional
environment (Didyk et al. 1978).

However,  because  pristane  is  formed  during  maturation  of

the organic matter, the Pr/Ph ratio is also influenced by ther-
mal  maturity  (Goossens  et  al.  1984;  Volkman  &  Maxwell
1986; Hughes et al. 1995; Koopmans et al. 1999). Moreover,
pristane may be formed from the isoprenoidal side-chain of to-
copherols (Goossens et al. 1984; ten Haven et al. 1987), phy-
toplankton and bacteria (Han et al. 1968; Han & Calvin 1969;
Volkman  1988),  and  phytane  may  be  formed  from  bacterial
lipids (e.g. Volkman & Maxwell 1986; Volkman 1988).

Minor  contributions  from  additional  sources  to  both  pris-

tane and phytane cannot be completely discarded. However,
since  the  low  maturity  of  the  rocks  suppresses  a  significant
contribution to pristane concentrations due to thermal matu-
rity,  the  Pr/Ph  ratio  is  considered  an  indicator  of  the  oxic/
dysoxic  depositional  conditions.  Furthermore,  the  isotopic
ratios of both pristane and phytane do not differ significantly
(Table 3),  which  might  be  an  indication  for  their  common
origin from chlorophyll-a. The Pr/Ph ratio is 1.3 for samples
C-12  and  C-1  from  the  middle  and  upper  parts  of  unit III
(Table 2, Fig. 4) indicating dysoxic conditions. The Pr/Ph of
all remaining samples ranges between 0.5 and 1.0 (Table 2),

Sample 

A-7  C-1  C-5  C-7  C-11 C-14 C-16 C-21 C-22 C-26 C-35 

n-C

15

 

–28.3 –28.2 –28.7 –29.1 –29.3 

 

n-C

16

 

–28.6 

–28.3 

–28.8 

–29.4 

–29.1 

–29.5 

–29.0 

–29.5 

–28.6 

n-C

17

 

–28.5 –28.7 –28.7 –29.5 –29.4 –29.9 –29.6 –29.4 –29.1 –29.1 

Pristane 

–30.1 –29.8 –29.8 –30.2 –30.1 –30.4 –29.9 –30.2 –30.4 –29.9 

n-C

18

 

–29.0 –28.7 –28.7 –29.5 –29.3 –29.4 –29.1 –29.3 –28.5 –29.4 

Phytane 

–29.9 –29.8 –30.1 –30.7 –30.5 –30.2 –30.1 –30.2 –30.1 –30.2 

n-C

19

 

–28.5 

–28.6 

–28.5 

–28.4 

–29.0 

–28.7 

–28.8 

–28.8 

–28.7 

–29.2 

n-C

20

 

–28.1 –28.3 –28.7 –28.5 –28.0 –28.3 

 

–29.2 –27.9 –29.0 

n-C

21

 

–27.9 –28.2 –28.1 –28.8 –27.7 

–28.6 –28.5 

n-C

22

 

–28.3 

–28.1 –27.7 –27.2 –28.1 –27.4 

–27.6 –28.0 

n-C

23

 

–27.5 

–28.3 –28.1 –27.0 –28.3 –27.6 

–28.5 –27.9 

n-C

24

 

–28.0 

–27.5 

–26.9 

–26.8 

–27.8 

–26.9 

–27.8 

–28.1 

–27.7 

n-C

25

 

–27.7 –28.6 –28.0 –27.2 –26.6 –28.1 –27.0 –28.6 –28.8 –28.7 –28.1 

n-C

26

 

–27.7 –28.7 –27.8 –27.4 –26.5 –28.4 –26.9 –28.2 –27.9 –28.0 –27.8 

n-C

27

 

–28.1 –28.1 –28.6 –27.6 –27.0 –29.2 –27.1 –28.8 –29.2 –28.8 –28.8 

n-C

28

 

–28.3 –27.6 –29.1 –28.2 –26.7 –28.7 –27.0 –28.6 –28.0 –28.4 –27.9 

n-C

29

 

–28.8 

–28.9 

–28.6 

–28.1 

–27.5 

–29.1 

–27.1 

–28.9 

–28.9 

–29.3 

–28.9 

n-C

30

 

–29.5 –28.4 –28.5 –27.8 –27.7 –29.1 –26.9 –28.7 –28.5 –28.3 –28.1 

n-C

31

 

–29.7 –28.7 –28.5 –28.4 –28.2 –29.3 –26.9 –29.1 –29.4 –29.2 –28.9 

n-C

32

 

–29.1 

 

–26.4 –28.5 –27.8 –28.2 –28.5 

n-C

33

 

–29.2 –27.2 

–27.6 

 

–27.6 –27.8 

Table 3: Compound-specific carbon isotopic composition of selected samples (

δ

13

C, ‰; PDB).

which  argues  for  deposition  of  organic  matter  in  a  strongly
oxygen depleted environment.

Steroids and hopanoids

All  the  studied  sediments  are  characterized  by  the  occur-

rence of C

27

—C

29 

regular steranes in very low concentrations.

For  the  most  samples,  the  steroid  contents  vary  between  0.1
and  0.6 µg/g TOC  (Table 2),  although  higher  concentrations
(0.8—1.3 µg/g TOC)  were  also  found,  mostly  in  the  middle
and upper parts of the core samples from unit III. Only sample
C-14 is characterized by raised steroid contents (up to 5.6 µg/g
TOC;  Table 2).  Interestingly,  diasteranes  or  diasterenes  were
not detected, despite the high amounts of clay in the samples.
Furthermore,  the  aromatic  fraction  is  characterized  by  com-
plete absence of aromatic steroids indicating the low maturity
of the organic matter (Mackenzie et al. 1981).

In  all  samples,  comparable  steroid  distribution  patterns,

composed  of  either  nearly  equal  amounts  of  C

27

  and  C

29

steranes, or a slightly predominating C

27

 compounds, were de-

tected  (Table 2,  Fig. 8).  For  most  samples,  the  C

28

  steranes

are present in very low amounts (10—20 %; Table 2). Slightly
increased C

28

 concentrations (up to 40 %) exist only within

the  core  samples  from  unit III.  The  steranes  show  very  low
20S/(20S + 20R)  ratios  of  the 

ααα isomers (Fig. 8). In addi-

tion to the regular steranes, a series of C

28

—C

30

 4-methylster-

anes in almost equal amounts were detected in sample C-14.

Steranes originate from sterols present in living organisms

(Mackenzie et al. 1982; Waples & Machihara 1991; Meyers
1997; Volkman 2003, 2005). The main sources of C

29

 sterols

are photosynthesizing organisms, including terrestrial plants,
while  C

27

  sterols  are  more  characteristic  for  marine  phy-

toplankton  (Brassell  &  Eglinton  1981;  Volkman  1986;
Barrett et al. 1995; Volkman et al. 1998). However, numer-
ous results from biomarker studies indicate that phytoplank-
ton  and  microalgae  also  produce  high  proportions  of  C

29

sterols  (Volkman  et  al.  1998;  Volkman  1999,  2003).  The

background image

421

ORGANIC MATTER AND HYDROCARBON IN MIDDLE MIOCENE SEDIMENTS (NE BULGARIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

Fig. 8. Typical mass chromatogram (m/z 217 + 231) of the steroids and their methyl substituted derivatives.

most probable source of C

28

 steranes are marine microalgae,

as  suggested  by  the  presence  of  significant  amounts  of  C

28

sterols  in  marine  diatoms  (Kates  et  al.  1977;  Barrett  et  al.
1995; Volkman et al. 1998; Volkman 2003). Methyl steroids
are also related to marine and lacustrine microalgal precursors
(Volkman  et  al.  1990,  1998).  A  specific  class  of  C

30

  4-me-

thyl steranes with dinosterol structure is a biomarker for dino-
flagellates (Robinson et al. 1984; Mansour et al. 1999).

Considering these facts, the steranes distribution patterns ar-

gue  for  mixed  organic  matter,  composed  predominantly  of
marine phytoplankton, but with significant contributions from
terrestrial  plants.  Enhanced  contributions  of  C

29

  steranes  are

observed  in  few  core  samples  from  unit III  (e.g.  C-1,  C-3,
C-14;  Table 2),  as  well  as  in  sample  C-31  from  unit IIa,
(Table 2). None of these samples shows increased concentra-
tion  of  long-chain  n-alkanes.  Therefore,  the  slight  predomi-
nance of C

29

 steranes in these samples might reflect a change

in the phytoplankton communities. It is noticeable that in con-
trast  to  n-alkanes  distribution,  the  steranes  distributions  are
similar  in  outcrop  and  core  samples  from  unit III.  Therefore,
significant compositional changes in the short-chain hydrocar-
bons, possibly due to weathering, can be assumed.

Hopane  concentrations  range  from  1.5  to  11.8 µg/g TOC

(Table 2, Fig. 4). Two set of samples can be separated based
on the hopane composition. The first set comprises the core
samples  from  unit III,  in  which  hopanes  are  represented  by
17

α,21β(H)-, 17β,21α(H), and 17β,21β(H) compounds with

27—32 carbon atoms (Fig. 9a). C

28

 hopanes are missing. An

overall  positive  correlation  in  these  samples  exists  between
the hopane and sterane concentrations (r = 0.76), suggesting a
proportional  increase  of  bacterial  activity  together  with  the
increase of organic matter input (see also Fig. 4). The second
set  comprises  samples  from  subunit IIa  and  the  outcrop
samples, in which hopanes are represented by 17

α,21β(H)-,

17

β,21α(H) and 17β,21β(H) compounds with 27—35 carbon

atoms, with the C

28

 hopane absent (Fig. 9b). For subunit IIa

the  vertical  distribution  of  the  hopanoids  shows  a  marked
upward increase (Fig. 4). However, no correlation exists be-

tween the hopane and sterane concentrations, suggesting that
the increase of bacterial activity is probably related to a shift
to  a  more  oxygen-rich  environment,  as  recent  studies  indi-
cated aerobic bacteria as the main source of hopanes (Talbot
et al. 2008; Rezanka et al. 2010).

For both sets the hopane distribution is characterized by a

marked  predominance  of  hopanoids  in  the  17

α(H),21β(H)

configuration (Fig. 9 – Ourisson et al. 1979). Dominant in all
samples are 17

α(H)-C

29 

and 17

α(H)-C

30

 hopanes (Fig. 9), ac-

companied  by  17

β,21α(H)—C

30

  moretane  and  C

27

  hopanes.

The  core  samples  from  unit III  are  characterized  by  low
Ts/(Ts+Tm) ratios (0.2—0.4; Table 2). This ratio and appreci-
able  amounts  of  hopanes  with  17

β,21β(H)  configuration

(Fig. 9a) argue for a low maturity of the organic matter. In con-
trast,  Ts/(Ts + Tm)  ratio  is  significantly  higher  (0.4—0.8;
Table 2) for subunit IIa samples and the outcrop samples, in-
dicating enhanced diagenetic changes. Furthermore, the ratio
of  22S/(22S + 22R)  C

31

-hopanes  shows  generally  very  high

values  (0.38—0.66),  which  are  typical  for  marginal  mature
organic matter. However, both ratios are known to be influ-
enced by facies variations (Waples & Machihara 1991; Peters
et al. 2005).

The  most  probable  biological  precursors  of  hopanoid

biomarkers  are  bacteriohopanepolyol  derivatives,  and  to  a
lesser extent 3-desoxyhopanes (Ourisson et al. 1979; Rohmer
et  al.  1992),  identified  in  the  membrane  of  aerobic  bacteria
such  as  cyanobacteria,  and  heterotrophic  and  methano-
trophic bacteria (e.g. Gibson et al. 2008; Talbot et al. 2008;
Rezanka et al. 2010).

The extended hopanes with 31 to 35 carbon atoms are rep-

resented in relatively low amounts (data not shown) (Fig. 9).
According  to  Van  Dorselaer  et  al.  (1975),  the  formation  of
17

α,21β(H)-homohopane  (22R)  implies  complex  reactions

in  acidic  environments  under  oxic  conditions.  However,  a
direct  bacterial  input  to  the  organic  matter  should  also  be
considered, as Thiel et al. (2003) has proved the presence of
homohopanoic acids with 

αβ configuration in living micro-

bial mats.

background image

422

ZDRAVKOV, BECHTEL, ĆORIĆ and SACHSENHOFER

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

Hop-17(21)-ene was detected in small amounts ( < 1.9 µg/g

TOC; Table 2) in almost all samples. Its biological precursor
has not yet been established (Bottari et al. 1972; Ourisson et
al. 1979; Brassell et al. 1980; Volkman et al. 1986; Wakeham
et al. 1980b; Wolff et al. 1992; Sabel et al. 2005).

Other terpenoids with non-hopanoid skeleton

Terpenoids  are  widespread  in  the  geosphere  (Thomas

1969)  as  part  of  the  tissues  of  higher  plants.  Among  them,

Fig. 9. Typical mass chromatograms (m/z 191) of the hopanoid hydrocarbons.

di-and  tri-terpenoids  are  valuable  biomarkers  for  determin-
ing  the  type  of  precursor  vegetation  (Simoneit  1977,  1986,
1999).  In  most  of  the  studied  samples  very  low  amounts
(<1.3 µg/g TOC;  Table 2)  of  diterpenoids  were  detected.
They  are  represented  by  hydrocarbons  with  phyllocladane
and  pimarane  type  structure.  The  individual  compounds
identified are 

α-phyllocladane, occurring as a major compo-

nent,  whereas  the  samples  from  subunit IIa  and  the  outcrop
samples  also  contain  trace  amounts  of 

β-phyllocladane and

pimarane.  Phyllocladanes  are  biomarkers  for  gymnosperms

background image

423

ORGANIC MATTER AND HYDROCARBON IN MIDDLE MIOCENE SEDIMENTS (NE BULGARIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

Fig. 10. a – Typical gas chromatogram of the aromatic fraction: MN – methyl naphthalenes, DMN – dimethyl naphthalenes, TMN – tri-
methyl naphthalenes, Ph – phenanthrene, MPh – methyl phenanthrenes; b – Gas chromatogram of the aryl isoprenoids (m/z 133) and chro-
mans (m/z 400 + 414): ar-i-C

14 ÷ 19

 trimethyl (2,3,6)-alkylbenzol, Di-MTTC – dimethylated 2-methyl-2-(4’,8’,12’-trimethyltridecyl)chroman;

Tri—MTTC – trimethylated 2-methyl-2-(4’,8’,12’-trimethyltridecyl)chroman.

(e.g.  Podocarpaceae,  Taxodiaceae,  Araucariaceae  and
Cupressaceae – Noble et al. 1985; Sukh Dev 1989; ten Haven
et al. 1992; Otto & Wilde 2001). Triterpenoids with oleanane,
lupane  and  ursane  type  skeleton  structure  and  their  aromatic
derivatives,  derived  from  angiosperm  plants  (Philp  1985;
Simoneit 1986), were not detected in the studied samples.

Aromatic hydrocarbons

The composition of the aromatic fraction in all the studied

samples  is  relative  uniform  and  comprises  methyl-,  dim-
ethyl- and trimethyl-naphthalenes, phenanthrene and its me-
thyl  derivatives,  as  well  as  low  amounts  of  polyaromatic
hydrocarbons (PAHs), represented by fluoranthrene, pyrene,
benzo[a]pyrene and chrysene (Table 2, Fig. 10a). PAHs may
form  due  to  diagenetic  alteration  of  natural  biolipids,  but
most authors accept an origin by wildfires (e.g. LaFlamme &
Hites  1979;  Wakeham  et  al.  1980a,b;  Venkatesan  &  Dahl
1989; Killops & Massoud 1992; Yunker 2002, 2003). Con-
sidering this, we speculate that the detected PAHs are of ter-
restrial  origin  and  were  transported  into  the  basin  together
with charcoal particles.

The  aromatic  hydrocarbon  composition  is  further  charac-

terized  by  the  occurrence  of  aryl  isoprenoids  in  the  range
C

13

—C

21

  with  a  2,3,6-trimethyl  substitution  pattern  for  the

aromatic  ring  and  a  tail-to-tail  isoprenoid  chain  (Fig. 10b).
They  are  present  in  low  amounts  in  the  core  samples  from
unit III  (Table 2).  The  aryl  isoprenoids  are  derived  from
isorenieratene, which is known to be synthesized by photo-
synthetic  green  sulphur  bacteria.  These  organisms  are  pho-
totrophic anaerobes and require both light and H

2

S for growth

(Summons 1993; Pfennig 1997). Therefore, aryl isoprenoids
are  widely  used  as  a  biomarker  for  green  sulphur  bacteria
and  photic  zone  anoxia  (e.g.  Summons  &  Powell  1987;
Sinninghe  Damsté  et  al.  2001).  However,  Koopmans  et  al.
(1996) found out that aryl isoprenoids with a 2,3,6-trimethyl
substitution pattern can also form due to diagenetic transfor-
mation  of  the  more  ubiquitous  carotenoid 

β-carotene,  and,

therefore, have only limited applicability as a biomarker. In
the present case, isorenieratene itself has not been identified
in the samples.

The  aromatic  fraction  of  the  samples  from  unit III  is  fur-

ther characterized by very low amounts of di- and trimethyl-
ated  2-methyl-2-trimethyltridecylchromans  (MTTC;  Table 2,
Fig. 10b).  Among  them,  tri-MTTCs  predominate  (di-/tri-
MTTCs ratios: 0.1—0.4; Table 2). There are, however, samples
(e.g. C-5, C-7, C-11), which also contain appreciable amounts
of di-MTTCs (di-/tri-MTTCs ratios: 0.6—0.7).

The  origin  of  the  methyl  substituted  MTTCs  is  still  un-

known  (e.g.  Li  et  al.  1995).  Sinninghe  Damsté  et  al.  (1987,
1993) suggest that MTTCs form in the upper parts of the water
column, either from photosynthetic or non-photosynthetic or-
ganisms.  On  the  contrary,  Barakat  &  Rullkötter  (1997)  sug-
gested  that  chromans  are  a  result  of  cyclization  of  alkylated
phenols. Despite this limitation, methyl-substituted chromans
are widely used as a paleosalinity indicators (e.g. Schwark &
Püttmann 1990; Sachsenhofer et al. 2009). Sinninghe Damsté
et al. (1987, 1993) indicate that formation and preservation of
mono-, di- and trimethyl substituted chromans require marine
environments with normal to enhanced salinity and stratifica-
tion  of  the  water  column.  Furthermore,  the  authors  observed
increasing  di-/tri-MTTC  ratios  with  increasing  salinity.  Con-

background image

424

ZDRAVKOV, BECHTEL, ĆORIĆ and SACHSENHOFER

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

sidering this, fully marine conditions are suggested during the
deposition  of  unit III,  perhaps  with  a  salinity  stratified  water
column. This suggestion is supported by the lamination of the
clays,  as  well  as  by  the  overall  positive  correlation  between
the concentrations of MTTC and sulphur (r = 0.51) as well as
MTTC and aryl isoprenoids (r = 0.68).

Conclusions

The  Middle  to  Upper  Miocene  succession  in  the  Varna-

Balchik Depression, located in the south-eastern part of the
Moesian Platform, is up to 300 m thick and is represented by
sandy,  clayey  and  carbonate  rocks.  Based  on  lithology  and
resistivity  log  response,  the  succession  is  subdivided  from
base to top into five units.

Sedimentation  of  fine-grained  siliciclastic  material  pre-

vailed  during  deposition  of  the  lower  parts  of  units I  and  II
(subunits Ia and IIa, respectively), whereas their upper parts
(subunits Ib,  IIb)  are  composed  of  biomicritic  limestone.
Based on high diatom contents, subunit IIa is considered co-
eval  with  the  lower  part  of  the  Euxinograd  Formation.
Unit III represents the upper part of the Euxinograd Forma-
tion. It is composed of laminated clays with bioclastic layers
and significant amounts of biogenic silica, which are mainly
derived from sponge spicules in core samples and from dia-
tom frustules in outcrop samples. Units IV and V are repre-
sented predominantly by carbonate rocks and are correlated
with the Upper Miocene Topola and Karvuna Formations.

Whereas  TOC  contents  in  subunit Ia  are  negligible

(<0.2 wt. %),  TOC  contents  in  subunit IIa  and  unit III
(Euxinograd  Fm)  are  generally  between  1  and  2 wt. %,  but
can reach 4 wt. % in unit III. Sulphur contents are typically
low  ( < 0.5 %)  and  exceed  1.0 %  only  in  samples  from
unit III.  Low  sulphur  contents  may  be  due  to  deposition  in
environments  with  reduced  salinity.  Normal  marine  condi-
tions are suggested for unit III.

The biomarker composition is typical for mixed marine and

terrestrial  organic matter, and shows no significant  changes
in  subunit IIa  and  unit III.  The  molecular  composition  and
biomarker ratios support the presence of immature organic mat-
ter,  deposited  in  dysoxic  to  anoxic  environments.  Kerogen  is
mainly type II in subunit IIa (average HI = 324 mg HC/g TOC)
and type III for unit III (average HI ~ 200 mg HC/g TOC).

Considering  the  classification  scheme  of  Peters  (1986),

TOC and Rock Eval data show that subunit IIa holds a fair to
good hydrocarbon potential for oil, whereas the upper 5 m of
unit III holds a good to fair potential with the possibility to
generate  gas  and  minor  oil.  Both  units  are  immature  in  on-
shore areas, but thickness and maturity may increase towards
the east in offshore areas.

Acknowledgments: Financial support from OMV, awarded
to AZ, is greatly appreciated. In addition, the authors would
like  to  express  their  gratitude  to  E.  Kozhukharov,  OMV
Bulgaria,  for  his  technical  assistance.  The  manuscript  also
benefited  from  the  valuable  suggestions  made  by  Dr.  P.
Kosakowski, Dr. M. Stefanova, Dr. E. Koleva-Rekalova and
an anonymous reviewer.

References

Albro  P.W.  &  Dittmer  J.C.  1967:  Bacterial  hydrocarbons:  occurrence,

structure and metabolism. Lipids 5, 320—325.

Allen J.E., Formery F.W. & Markovetz A.J. 1971: Microbial degrada-

tion of n-alkanes. Lipids 6, 448—452.

Barakat A.O. & Rullkötter J. 1997: A comparative study of molecular

paleosalinity  indicators:  chromans,  tocopherols  and  C20  iso-
prenoid  thiophenes  in  Miocene  lake  sediments  (Nördlinger  Ries,
Southern Germany). Aquat. Geochem. 3, 169—190.

Barrett S., Volkman J.K. & Dunstan G.A. 1995: Sterols of 14 Species

of marine diatoms (bacillariophyta). J. Phycology 31, 360—369.

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

Cosmochim. Acta 48, 605—615.

Blumer  M.,  Guillard  R.R.  &  Chase  T.  1971:  Hydrocarbons  of  marine

phytoplankton. Int. J. Life Ocean. Coast. Waters 8, 180—183.

Bottari F., Marsili A., Morelli I. & Pacchiani M. 1972: Aliphatic and tri-

terpenoid hydrocarbons from ferns. Phytochemistry 11, 2519—2523.

Brassell  S.C.  &  Eglinton  G.  1981:  Biogeochemical  significance  of  a

novel sedimentary C27 stanol. Nature 290, 579—582.

Brassell S.C., Comet P.A., Eglinton G., Isaacson P.J., McEvoy J., Max-

well  J.R.,  Thompson  I.D.,  Tibbetts  P.J.C.  &  Volkman  J.K.  1980:
The origin and fate of lipids in the Japan Trench. In: Douglas A.G.
&  Maxwell  J.R.  (Eds.):  Advances  in  organic  geochemistry  1979.
Pergamon Press, Oxford, 375—392.

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.

Brooks J.D., Gould K. & Smith J.W. 1969: Isoprenoid hydrocarbons in

coal and petroleum. Nature 222, 257—259.

Cheshitev G., Chontova T., Popov N. & Kojumdgieva E. 1995: Explana-

tory  note  to  the  geological  map  of  Bulgaria  on  scale  1 : 100,000,
Balchik  and  Shabla  map  sheets.  “Geology  and  Geophysics”  AG
(in Bulgarian).

Cheshitev G., Chontova T., Milanova V., Popov N. & Kojumdgieva E.

1994a:  Explanatory  note  to  the  geological  map  of  Bulgaria  on
scale 1 : 100,000, Dobrich map sheet. “Geology and Geophysics” AG
(in Bulgarian).

Cheshitev  G.,  Milanova  V.,  Popov  N.  &  Kojumdgieva  E.  1994b:  Ex-

planatory  note  to  the  geological  map  of  Bulgaria  on  scale
1 : 100,000, Varna and Zlatni Pyassatsi map sheets. “Geology and
Geophysics” AG
 (in Bulgarian).

Cranwell  P.A.  1977:  Organic  geochemistry  of  CamLoch  (Sutherland)

sediments. Chem. Geol. 20, 205—221.

Dabovski C., Boyanov I., Khrischev K., Nikolov T., Sapunov I., Yanev

Y.  &  Zagorchev  I.  2002:  Structure  and  Alpine  evolution  of  Bul-
garia. Geol. Balcanica 32, 9—15.

Darakchieva S. 1989: Foraminiferal zonation of the Miocene in North-

eastern Bulgaria. Bulg. Acad. Sci. Palaeontol. Stratigr. Lithol. 27,
31—43 (in Bulgarian).

DeMaster  D.  2003:  The  diagenesis  of  biogenic  silica:  Chemical  trans-

formations  occurring  in  the  water  column,  seabed,  and  crust.  In:
Mackenzie F.T. (Ed.): Sediments, diagenesis, and sedimentary rocks.
Treatise on Geochemistry 7, Elsevier Pergamon, 87—98.

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

ganic geochemical indicators of paleoenvironmental conditions of
sedimentation. Nature 272, 216—222.

Eglinton G. & Hamilton R.J. 1967: Leaf epicuticular waxes. Science 156,

1322—1335.

Espitalié  J.,  Marquis  F.  &  Barsony  I.  1984:  Geochemical  logging.  In:

Voorhess  K.J.  (Ed.):  Analytical  pyrolysis.  Butterworths,  Boston,
276—304.

Espitalié J., LaPorte J.L., Madec M., Marquis F., Leplat P., Paulet J. &

Boutefeu A. 1977: Méthode rapide de la caractérisation des roches
méres de leur potential pétrolier et de leur degré dévolution. Rev.
Inst. France Pétrole
 32, 23—42.

Ficken K.J. 2000: An n-alkane proxy for the sedimentary input of sub-

merged/floating  freshwater  aquatic  macrophytes.  Org.  Geochem.
31, 745—749.

Gagosian R., Nigrelli G. & Volkman J.K. 1983: Vertical transport and

background image

425

ORGANIC MATTER AND HYDROCARBON IN MIDDLE MIOCENE SEDIMENTS (NE BULGARIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

transformation  of  biogenic  organic  compounds  from  a  sediment
trap experiment off the coast of Peru. In: Coastal upwelling and its
sediment record. NATO Conf. Series 10B, 241—272.

Georgiev  G.  2012:  Geology  and  hydrocarbon  systems  in  the  Western

Black Sea. Turkish J. Earth Sci. 21, 723—754.

Gibson  R.,  Talbot  H.,  Kaur  G.,  Pancost  R.  &  Mountain  B.  2008:

Bacteriohopanepolyol  signatures  of  cyanobacterial  and  methano-
trophic bacterial populations recorded in a geothermal vent sinter.
Org. Geochem. 39, 1020—1023.

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

copherols as likely precursors of pristane in ancient sediments and
crude oils. Nature 312, 440—442.

Han J. & Calvin M. 1969: Hydrocarbon distribution of algae and bacte-

ria,  and  microbiological  activity  in  sediments.  Proc.  Nat.  Acad.
Sci. U.S.A.
 64, 436—443.

Han  J.,  McCarthy  E.D.,  Van  Hoeven  W.,  Calvin  M.  &  Bradley  W.H.

1968:  Organic  geochemical  studies.  II.  A  preliminary  report  on
the distribution of aliphatic hydrocarbons in algae, in bacteria, and
in a recent lake sediment. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 29, 29—33.

Hughes W.B., Holba A.G. & Dzou L.I.P. 1995: The ratios of dibenzo-

thiophene to phenanthrene and pristane to phytane as indicators of
depositional environment and lithology of petroleum source rocks.
Geochim. Cosmochim. Acta 59, 3581—3598.

Johnson R.W. & Calder J.A. 1973: Early diagenesis of fatty acids and

hydrocarbons in a salt marsh environment. Geochim. Cosmochim.
Acta
 37, 1943—1955.

Kates M., Tremblay P., Volcani B.E., Diego S. & Jolla L. 1977: Identifi-

cation of the free and conjugated sterol in a non-photosynthetic dia-
tom, Nitzschio alba, as 24-methylene cholesterol. Lipids 13, 34—41.

Killops  S.  &  Massoud  M.  1992:  Polycyclic  aromatic  hydrocarbons  of

pyrolytic origin in ancient sediments: evidence for Jurassic vege-
tation fires. Org. Geochem. 18, 1—7.

Kojumdgieva  E.  1965:  On  some  properties  of  the  stratigraphy  of

Karaganian  age  in  Varna  district.  Bull.  Inst.  Sci.  Rech.  Geol.  2,
49—59 (in Bulgarian).

Kojumdgieva  E.  &  Dikova  P.  1978:  Miocene  sediments  from  borings

near  Obrochishte  (North—Eastern  Bulgaria).  Bulg.  Acad.  Sci.
Palaeontol. Stratigr. Lithol.
 8, 69—75 (in Bulgarian).

Kojumdgieva  E.  &  Popov  N.  1981:  Regions  structuro-paleogeogra-

phiques  en  Bulgarie  du  Nord—Est  pendant  le  Negene.  C.R.  Acad.
Bulg. Sci.
 34, 1273—1275.

Kojumdgieva  E.  &  Popov  N.  1987.  The  molluscan  communities  from

the  Sarmatian  in  North—Eastern  Bulgaria.  Bulg.  Acad.  Sci.
Palaeontol. Stratigr. Lithol.
 24, 60—69 (in Bulgarian).

Koleva-Rekalova E. 1994: Sarmatian aragonite sediments in Northeast-

ern Bulgaria – origin and diagenesis. Geol. Balcanica 24, 47—64.

Koleva-Rekalova  E.  1997:  Sedimentological  characteristic  of  the  Sar-

matian rocks from the Balchik area, NE Bulgaria. Rev. Bulg. Geol.
Soc.
 58, 31—42 (in Bulgarian).

Koleva-Rekalova  E.  1998:  Formational  conditions  of  the  Sarmatian

sedimentary rocks from the Balchik area, North—Eastern Bulgaria.
Rev. Bulg. Geol. Soc. 59, 1, 69—74 (in Bulgarian).

Koleva-Rekalova E. & Darakchieva S. 2002: The Bessarabian foramin-

iferal limestones of the Odurtsi Formation, Northeastern Bulgaria.
Geol. Miner. Resour. 4, 31—33 (in Bulgarian).

Koopmans  M.P.,  Schouten  S.,  Kohnen  M.E.L.  &  Sinninghe  Damsté

J.S.  1996:  Restricted  utility  of  aryl  isoprenoids  as  indicators  for
photic zone anoxia. Geochim. Cosmochim. Acta 60, 4873—4876.

Koopmans  M.P.,  Rijpstra  W.I.C.,  Klapwijk  M.M.,  de  Leeuw  J.W.,

Lewan M.D. & Sinninghe Damsté J.S. 1999: A thermal and chemi-
cal  degradation  approach  to  decipher  pristane  and  phytane  precur-
sors in sedimentary organic matter. Org. Geochem. 30, 1089—1104.

Krautter  M.  1998:  Ecology  of  siliceous  sponges  –  application  to  the

environmental  interpretation  of  the  Upper  Jurassic  sponge  facies
(Oxfordian) from Spain. Cuad. Geol. Ibérica 24, 223—239.

LaFlamme  R.E.  &  Hites  R.A.  1979:  Tetra-  and  pentacyclic,  naturally

occurring,  aromatic  hydrocarbons  in  recent  sediments.  Geochim.
Cosmochim. Acta
 43, 1687—1691.

Langford  F.F.  &  Blanc-Valleron  M.-M.  1990:  Interpreting  Rock-Eval

pyrolysis data using graphs of pyrolyzable hydrocarbons vs. total

organic carbon. AAPG Bulletin 74, 799—804.

Li  M.,  Larter  S.,  Taylor  P.,  Jones  D.,  Bowler  B.  &  Bjoroy  M.  1995:

Biomarkers or not biomarkers? A new hypothesis for the origin of
pristane  involving  derivation  from  methyltrimethyltridecyl-
chromans  (MTTCs)  formed  during  diagenesis  from  chlorophyll
and alkylphenols. Org. Geochem. 23, 159—167.

Lichtfouse E., Derenne S., Mariotti A. & Largeau C. 1994: Possible al-

gal origin of long chain odd n-alkanes in immature sediments as re-
vealed  by  distributions  and  carbon  isotope  ratios.  Org.  Geochem.
22, 1023—1027.

Lourens  L.,  Hilgen  F.,  Shackleton  N.J.,  Laskar  J.  &  Wilson  J.  2004:

The Neogene period. In: Gradstein F., Ogg J. & Smith A. (Eds.):
A Geologic Time Scale 2004. Cambridge University Press, Cam-
bridge, 409—440.

Mackenzie A.S., Hoffmann C.F. & Maxwell J.R. 1981: Molecular para-

meters of maturation in the Toarcian shales, Paris Basin, France. III.
Changes in aromatic steroid hydrocarbons. Geochim. Cosmochim.
Acta
 45, 1345—1355.

Mackenzie A.S., Brassell S.C., Eglington G. & Maxwell J.R. 1982: Chemi-

cal fossils: the geological fate of steroids. Science 80, 217, 491—504.

Mansour M., Volkman J.K., Jackson A.E. & Blackburn S.I. 1999: The

fatty acid and sterol composition of five marine dinoflagellates. J.
Phycology
 35, 710—720.

Meyers P. 1994: Preservation of elemental and isotopic source identifi-

cation of sedimentary organic matter. Chem. Geol. 114, 289—302.

Meyers  P.  1997:  Organic  geochemical  proxies  of  paleoceanographic,

paleolimnologic, and paleoclimatic processes. Org. Geochem. 27,
213—250.

Milakovska Z., Koleva-Rekalova E. & Rekalov K. 2001: A new occur-

rence  of  tephra  layers  in  the  Lower  Sarmatian  (Volhynian)  clay
deposits from NE Bulgaria. Rev. Bulg. Geol. Soc. 62, 31—35.

Noble  R.A.,  Alexander  R.,  Kagi  R.I.  &  Knox  J.  1985:  Tetracyclic

diterpenoid hydrocarbons in some Australian coals, sediments and
crude oils. Geochim. Cosmochim. Acta 49, 2141—2147.

Ori  G.G.  2004:  The  Miocene  depositional  setting  of  northeastern  Bul-

garia. Unpubl. Report, 1—75.

Otto A. & Wilde V. 2001: Sesqui-, di-, and triterpenoids as chemosystem-

atic markers in Extant conifers – a review. Bot. Rev. 67, 141—238.

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

chemistry  and  biochemistry  of  a  group  of  natural  products.  Pure
Appl. Chem.
 51, 709—729.

Peters K.E. 1986: Guidelines for evaluating petroleum source rock us-

ing programmed pyrolysis. AAPG Bulletin 70, 318—329.

Peters K.E., Walters C.C. & Moldowan J.M. 2005: The biomarker guide

Vol. 2: Biomarkers and isotopes in petroleum exploration and Earth
history. Cambridge University Press, New York, 1—1155.

Pfennig  N.  1997:  Phototrophic  green  and  purple  bacteria:  a  compara-

tive, systematic survey. Ann. Rev. Microbiol. 31, 275—290.

Philp  R.P.  1985:  Fossil  fuel  biomarkers.  Applications  and  spectra.

Methods Geochem. Geophys. 23, 1—294.

Popov N. & Kojumdgieva E. 1987: The Miocene in Northeastern Bul-

garia  (lithostratigraphic  subdivision  and  geological  evolution).
Rev. Bulg. Geol. Soc. 38, 15—33 (in Bulgarian).

Popov N., Stancheva M. & Darakchieva S. 1986: Reference sections of

the Neogene from Northeastern Bulgaria. Bulg. Acad. Sci. Palae-
ontol. Stratigr. Lithol.
 23, 25—45 (in Bulgarian).

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

group  type  determination  by  automated  medium  pressure  liquid
chromatography. Anal. Chem. 52, 406—411.

Raiswell R. & Berner R.A. 1986: Pyrite and organic-matter in Phanerozoic

normal marine shales. Geochim. Cosmochim. Acta 50, 1967—1976.

Rezanka T., Siristova L., Melzoch K. & Sigler K. 2010: Hopanoids in bac-

teria and cyanobacteria – their role in cellular biochemistry and phy-
siology, analysis and occurrence. Mini-Rev. Org. Chem. 7, 300—313.

Ricken W. 1991: Variation of sedimentation rates in rhythmically bed-

ded  sediments.  Distinction  between  depositinal  types.  In:  Einsele
G., Ricken W. & Seilacher A. (Eds.): Cycles and events in strati-
graphy. Springer, Berlin, 167—187.

Robinson  N.,  Eglinton  G.,  Brassell  S.C.  &  Cranwell  P.A.  1984:

Dinoflagellate  origin  for  sedimentary  4a-methylsteroids  and  5b

background image

426

ZDRAVKOV, BECHTEL, ĆORIĆ and SACHSENHOFER

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 5, 409—426

(H)-stanols. Nature 308, 439—442.

Rohmer M., Bisseret P. & Neunlist S., 1992: The hopanoids, prokaryo-

tic triterpenoids and precursors of ubiquitous molecular fossils. In:
Moldowan  J.M.,  Albrecht  P.  &  Philp  R.P.  (Eds.):  Biological
markers  in  sediments  and  petroleum.  Prentice—Hall,  Englewood
Cliffs, NJ, 1—17.

Sabel  M.,  Bechtel  A.,  Püttmann  W.  &  Hoernes  S.  2005:  Palaeo-

environment of the Eocene Eckfeld Maar lake (Germany): impli-
cations from geochemical analysis of the oil shale sequence. Org.
Geochem.
 36, 873—891.

Sachsenhofer  R.F.,  Stummer  B.,  Georgiev  G.,  Dellmour  R.,  Bechtel  A.,

Gratzer R. & Ćorić S. 2009: Depositional environment and hydrocar-
bon  source  potential  of  the  Oligocene  Ruslar  Formation  (Kamchia
Depression; Western Black Sea). Mar. Petrol. Geol. 26, 57—84.

Schwark L. & Püttmann W. 1990: Aromatic hydrocarbon composition

of  the  Permian  Kupferschiefer  in  the  Lower  Rhine  Basin,  N.W.
Germany. Org. Geochem. 16, 749—761.

Simoneit B.R.T. 1977: Diterpenoid compounds and other lipids in deep-

sea sediments and their geochemical significance. Geochim. Cos-
mochim. Acta
 41, 463—476.

Simoneit  B.R.T.  1986:  Cyclic  terpenoids  of  the  geosphere.  In:  Johns

R.B. (Ed.): Biological markers in the sedimentary record. Elsevier,
Amsterdam, 43—99.

Simoneit B.R.T. 1999: A review of biomarker compounds as source in-

dicators and tracers for air pollution. Environ. Sci. Pollut. Res. 6,
159—169.

Sinninghe  Damsté  J.S.,  Schouten  S.  &  van  Duin  A.C.T.  2001:

Isorenieratene derivatives in sediments: Possible controls on their
distribution. Geochim. Cosmochim. Acta 65, 1557—1571.

Sinninghe  Damsté  J.S.,  Kock-Van  Dalen  A.,  de  Leeuw  J.W.,  Schenck

P., Guoying S. & Brassell S.C. 1987: The identification of mono-,
di-  and  trimethyl  2-methyl-2-(4,8,12-trimethyltridecyl)chromans
and their occurrence in the geosphere. Geochim. Cosmochim. Acta
51, 2393—2400.

Sinninghe Damsté J.S., Keely B.J., Betts S.E., Baas M., Maxwell J.R.

&  de  Leeuw  J.W.  1993:  Variations  in  abundances  and  distribu-
tions  of  isoprenoid  chromans  and  long-chain  alkylbenzenes  in
sediments of the Mulhouse Basin: a molecular sedimentary record
of palaeosalinity. Org. Geochem. 20, 1201—1215.

Steininger  F.F.  &  Wessely  G.  2000:  From  the  Tethyan  Ocean  to  the

Paratethys  Sea:  Oligocene  to  Neogene  stratigraphy,  paleogeo-
graphy  and  palaeobiogeography  of  the  circum-Mediterranean  re-
gion  and  the  Oligocene  to  Neogene  Basin  evolution  in  Austria.
Mitt. Österr. Geol. Gesell. 92, 95—116.

Sukh Dev 1989: Terpenoids. In: Rowe J.W. (Ed.): Natural products of

woody plants. Springer, Berlin, 691—807.

Summons R.E. 1993: Biogeochemical cycles: a review of fundamental

aspects  of  organic  matter  formation,  preservation,  and  composi-
tion. In: Engel M.H. & Macko S.A. (Eds.): Organic geochemistry
– principles and applications. Plenum Press, NewYork, 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.

Talbot  H.,  Summons  R.,  Jahnke  L.,  Cockell  C.,  Rohmer  M.  &

Farrimond  P.  2008:  Cyanobacterial  bacteriohopanepolyol  signa-
tures  from  cultures  and  natural  environmental  settings.  Org.
Geochem.
 39, 232—263.

Temniskova-Topalova  D.  1990:  Biostratigraphic  subdivision  of  Mio-

cene in northeast Bulgaria based on diatomic algae. In: Microfos-
sils  in  Bulgarian  stratigraphy.  Union  of  Researchers  in  Bulgaria,
Sofia, 73—80 (in Bulgarian).

ten  Haven  L.,  Peakman  M.  &  Rullkötter  J.  1992:  Early  diagenetic

transformation of higher-plant triterpenoids in deep-sea sediments
from Baffin Bay. Geochim. Cosmochim. Acta 56, 2001—2024.

ten Haven L., de Leeuw W.J., Rullkötter J. & Sinnighe Damsté J. 1987:

Restricted utility of the pristane/phytane ratio as a palaeoenviron-
mental indicator. Nature 330, 641—643.

Thiel  V.,  Blumenberg  M.,  Pape  T.,  Seifert  R.  &  Michaelis  W.  2003:

Unexpected  occurrence  of  hopanoids  at  gas  seeps  in  the  Black
Sea. Org. Geochem. 34, 81—87.

Thomas B.R. 1969: Kauri resins – modern and fossil. In: Eglinton G.

&  Murphy  M.T.J.  (Eds.):  Organic  geochemistry  –  methods  and
results. Springer, New York, 599—618.

Toledo  F.A.L.,  Cachão  M.,  Costa  K.B.  &  Pivel  M.A.G.  2007:  Plank-

tonic  foraminifera,  calcareous  nannoplankton  and  ascidian  varia-
tions  during  the  last  25  kyr  in  the  Southwestern  Atlantic:  A
paleoproductivity signature? Mar. Micropaleont. 64, 67—79.

Tucker M.E. & Wright V.P. 1990: Carbonate sedimentology. Blackwell

Science Ltd., 1—482.

Van Dorselaer A., Albrecht P. & Connan J. 1975: Changes in composi-

tion  of  polycyclic  alkanes  by  thermal  maturation  (Yallourn  Lig-
nite,  Australia).  In:  Campus  R.  &  Goni  J.  (Eds.):  Advances  in
organic geochemistry. Enadimsa, Madrid, 53—59.

Venkatesan M.I. & Dahl J. 1989: Organic geochemical evidence for glo-

bal fires at the Cretaceous/Tertiary boundary. Nature 338, 57—60.

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

enous organic matter. Org. Geochem. 9, 83—99.

Volkman J.K. 1988: Biological marker compounds as indicators of the

depositional  environments  of  petroleum  source  rocks.  In:  Fleet
A.J., Kelts K. & Talbot M.R. (Eds.): Lacustrine petroleum source
rocks. Geol. Soc. London, Spec. Publ. 40, 103—122.

Volkman J.K. 1999: Eustigmatophyte microalgae are potential sources

of C29 sterols, C22—C28 n-alcohols and C28—C32 n-alkyl diols in
freshwater environments. Org. Geochem. 30, 307—318.

Volkman  J.K.  2003:  Sterols  in  microorganisms.  Appl.  Microbiol.  Bio-

technol. 60, 495—506.

Volkman J.K. 2005: Sterols and other triterpenoids: source specificity and

evolution of biosynthetic pathways. Org. Geochem. 36, 139—159.

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

markers. In: Johns R.B. (Ed.): Biological markers in the sedimen-
tary record. Elsevier, Amsterdam, 1—42.

Volkman J.K. & Tanoue E. 2002: Chemical and biological studies of par-

ticulate organic matter in the ocean. J. Oceanography 58, 265—279.

Volkman J.K., Johns R. & Gillan F. 1980: Microbial lipids of an inter-

tidal  sediment  –  I.  Fatty  acids  and  hydrocarbons.  Geochim.
Cosmochim. Acta
 44, 1133—1143.

Volkman J.K., Kearney P. & Jeffrey S.W. 1990: A new source of 4-me-

thyl sterols and 5 [alpha](H)-stanols in sediments: prymnesiophyte
microalgae of the genus Pavlova. Org. Geochem. 15, 489—497.

Volkman  J.K.,  Farrington  J.,  Gagosian  R.B.  &  Wakeham  S.G.  1983:

Lipid  composition  of  coastal  marine  sediments  from  the  Peru  up-
welling region. In: Bjoroy M. (Ed.): Advances in organic geochem-
istry 1981. John Wiley and Sons, London, 228—240.

Volkman J.K., Allen D., Stevenson P. & Burton H. 1986: Bacterial and

algal hydrocarbons in sediments from a saline Antarctic lake, Ace
Lake. Org. Geochem. 10, 671—681.

Volkman J.K., Barrett S.M., Blackburn S.I., Mansour M.P., Sikes E.L.

&  Gelin  F.  1998:  Microalgal  biomarkers:  A  review  of  recent  re-
search developments. Org. Geochem. 29, 1163—1179.

Wakeham  S.G.,  Schaffner  C.  &  Giger  W.  1980a:  Polycyclic  aromatic

hydrocarbons  in  recent  lake  sediments.  I.  Compounds  having  an-
thropogenic origins. Geochim. Cosmochim. Acta 44, 403—413.

Wakeham  S.G.,  Schaffner  C.  &  Giger  W.  1980b:  Polycyclic  aromatic

hydrocarbons in recent lake sediments – II. Compounds derived
from  biological  precursors  during  early  diagenesis.  Geochim.
Cosmochim. Acta
 44, 415—429.

Waples D. & Machihara T. 1991: Biomarkers for geologists – a prac-

tical  guide  to  the  application  of  steranes  and  triterpanes  in  petro-
leum geology. Methods in Exploration, AAPG, 1—91.

Wolff G.A., Rukin N. & Marshall J.D. 1992: Geochemistry of an early

diagenetic  concretion  from  the  Birchi  Bed  (L.  Lias,  W.  Dorset,
UK). Org. Geochem. 19, 431—444.

Yunker M. 2002: PAHs in the Fraser River basin: a critical appraisal of

PAH  ratios  as  indicators  of  PAH  source  and  composition.  Org.
Geochem.
 33, 489—515.

Yunker  M.  2003:  Alkane  and  PAH  depositional  history,  sources  and

fluxes  in  sediments  from  the  Fraser  River  Basin  and  Strait  of
Georgia, Canada. Org. Geochem. 34, 1429—1454.

Zolitschka B. 1998: Paläoklimatische Bedeutung laminierter Sedimente.

Relief Boden Paläoklima 13, 1—176.