background image

GEOLOGICA CARPATHICA

, FEBRUARY 2018, 69, 1, 51–70

doi: 10.1515/geoca-2018-0004

www.geologicacarpathica.com

Petrographic and biomarker analysis of xylite-rich coal 

from the Kolubara and Kostolac lignite basins  

(Pannonian Basin, Serbia) 

NATAŠA ĐOKOVIĆ

1

, DANICA MITROVIĆ

1

, DRAGANA ŽIVOTIĆ

2

, ACHIM BECHTEL

3

REINHARD F. SACHSENHOFER

3

 and KSENIJA STOJANOVIĆ 

4, 1, 

 

1 

University of Belgrade, Innovation Centre of the Faculty of Chemistry, Studentski trg 12-16, 11000 Belgrade, Serbia;  

ndjokovicpost@gmail.com; danicamitrovic87@gmail.com 

2 

University of Belgrade, Faculty of Mining and Geology, Đušina 7, 11000 Belgrade, Serbia; dragana.zivotic@rgf.bg.ac.rs 

3 

Montanuniversität Leoben, Department of Applied Geosciences and Geophysics, Peter-Tunner-Str. 5, A-8700 Leoben, Austria;  

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

4 

University of Belgrade, Faculty of Chemistry, Studentski trg 12-16, 11000 Belgrade, Serbia; 

 

ksenija@chem.bg.ac.rs

(Manuscript received March 29, 2017; accepted in revised form December 12, 2017)

Abstract: The maceral and biomarker characteristics of 4 sublithotypes of xylite-rich coal (SXCs), pale yellow, dark 

yellow, brown and black, originating from the Kolubara and Kostolac lignite basins were determined. Based on these 

results, differences in sources and changes of organic matter (OM) resulting in formation of 4 SXCs were established. 

Conifers (particularly Cupressaceae, Taxodiaceae and Pinacea) had a significant impact on the precursor OM of all SXCs. 

The  contribution  of  gymnosperm  vs.  angiosperm  vegetation  decreased  in  order  pale  yellow  SXC > dark  yellow  SXC >  

brown  SXC > black  SXC.  The  distribution  of  non-hopanoid  triterpenoids  indicates  that  change  of  SXC  colour  from 

 yellow to black is associated with reduced input of angiosperm plants from the Betulacea family. Differences in hopane 

distribution, bitumen content, proportion of short-chain n-alkanes and degree of aromatization of di- and triterpenoids of 

pale yellow SXC are controlled by microbial communities which took part in the diagenetic alteration of OM. The content 

of total huminites increased from black to pale yellow SXC, whereas contents of total liptinite and inertinite macerals 

showed the opposite trend. SXCs differ according to textinite/ulminite ratio, which sharply decreased from pale yellow 

to  black  SXC,  reflecting  increase  in  gelification  of  woody  tissue.  Regarding  the  composition  of  liptinite  macerals,   

the SXCs mostly differ according to resinite/liptodetrinite and resinite/suberinite ratios, which are higher in yellow than 

in brown and black SXC. This result along with values of TOC/ratio and Carbon Preference Index indicate that the 

contribution of well preserved woody material, including lignin tissue vs. the impact of epicuticular waxes decreased 

from yellow to black SXC.

Keywords: Kolubara, Kostolac, lignite, sublithotypes of xylite-rich coal, macerals, biomarkers.

Introduction

Lignite  is  one  of  the  main  energy  resources  in  central  and 

southeast Europe. According to Reichl et al. (2016), Poland, 

Turkey, Greece, Czech Republic, Serbia, Bulgaria, Bosnia and 

Herzegovina, Romania and Hungary are placed among the 15 

greatest producers. Serbia produced about 30 Mt of lignite in 

2014. The main lignite deposits in Serbia are located in the 

Upper Miocene Kolubara and Kostolac basins (Fig. 1), and in 

the Kovin deposit (Jelenković et al. 2008). 

According  to  their  macropetrographic  composition,  struc-

ture and texture, lignites can be classified into several litho-

types.  The  lithotype  classification  system  for  lignite  (soft 

brown coal) proposed by the International Committee for Coal 

and Organic Petrology (ICCP 1993; Taylor et al. 1998) distin-

guishes: xylite-rich coal, matrix coal, charcoal-rich coal and 

mineral-rich coal. Lithotype varieties (sublithotypes) can be 

differentiated by their degree of gelification and colour (Jacob 

1961;  Ercegovac  1989;  Kwiecińska  &  Wagner  1997). 

Composition  and  characteristics  of  lignite  which  directly 

influence its applicability depend on sources of organic matter 

(OM)  and  the  degree  of  transformation  during  peat  genesis 

and diagenesis. For establishing the precursors of lignite OM 

and  its  digenetic  alteration,  micropetrographic  (maceral) 

 analysis and biomarker composition are most useful. 

Although  numerous  petrographic  and  biomarker  studies 

have been performed on whole lignite samples (e.g., Bechtel 

et. al. 2007; Zdravkov et al. 2011; Životić et al. 2014; Mitrović 

et al. 2016), to the best of our knowledge detailed investiga-

tion of lignite sublithotypes has not been performed. Xylite-

rich coal is widespread and can form layers, several tens of 

metres  thick.  This  lithotype  is  abundant  in  Upper  Miocene 

deposits of Serbia, Bulgaria and Greece. Moreover, individual 

sublithotypes of xylite-rich coal (SXC) influence lignite utili-

zation. In this study, four different SXCs (pale yellow, dark 

yellow,  brown,  black)  were  isolated  from  lignites  of  the 

Kolubara and Kostolac, the most important basins in Serbia. 

The main objective was to establish the sources and to reveal 

the differences of precursor organic matter which resulted in 

the formation of four different SXCs. For that purpose maceral 

background image

52

ĐOKOVIĆ, MITROVIĆ, ŽIVOTIĆ, BECHTEL, SACHSENHOFER and STOJANOVIĆ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

compositions  and  biomarker  distri-

butions were investigated in detail. 

Geological setting 

The most important Serbian lignite 

basins belong to the Pannonian Basin 

System and were formed in shallow 

lacustrine,  delta  plain  and  fluvial 

environments  during  the  Miocene. 

Upper  Miocene  (“Pontian”)  coal- 

bearing series from the Kolubara and 

Kostolac  lignite  basins  (Pontian–

Messinian-ICS; Fig. 2) were formed 

in freshwater environments. In both 

basins, the coal seams are associated 

with sandy–clayey sediments.

The  Kolubara  Basin  is  located 

about  60  km  S-SW  of  Belgrade 

(44°28’21”  N,  20°12’18”  E),  and 

 covers  an  area  of  almost  600  km

2

while  the  Kostolac  Basin  is  loca-

ted  about  90  km  E  of  Belgrade 

(44°43’41”  N,  21°14’45”

 

  E)  and 

covers  an  area  of  145  km

(Fig.  1). 

Annually,  the  Kolubara  Basin  pro-

duces about 30 Mt of lignite (http://

www.rbkolubara.rs/index.php? 

o p t i o n = c o m _ c o n t e n t & v i e w = 

article&id=83&Itemid=189).  The 

Kosto  lac  Basin  produces  9–12  Mt 

(http://www.te-ko.rs). 

The  basement  of  the  Kolubara 

Basin consists of Devonian and 

Carbo niferous schists, gneisses, slates 

and  sandstones,  Mesozoic  mica-rich 

sandstones,  shales,  dolomitic  lime-

stones,  limestones  and  flysch,  and 

Tertiary  phenoandesites,  pheno da -

ci tes,  quartz-latite,  ignimbrites  and 

quartz- latite  tuffs  (Ercegovac  & 

Pulejković 1991; Životić et al. 2014). 

The Upper Miocene (“Pontian”) coal- 

bearing  sediments,  250  to  320  m 

thick, host three coal seams (Kezović 

2011; Fig. 2): Seam III (Lower Coal 

Seam),  Seam  II  (Main  Coal  Seam) 

and Seam I (Upper Coal Seam) with 

average thicknesses of 7 m, 25 m and 

11 m, respectively. The coal-bearing 

sediments dip at low angles towards 

the  northern  and  central  parts  of  

the  basin.  On  the  southern  border  

of  the  SE  part  of  the  basin,  coal- 

bearing  sediments  are  characterized 

Fig. 1.  Main  geotectonic  and  metallogenic  units  of  Serbia  (modified  after  Dimitrijević  2000; 

Schmid et al. 2008). 

1 — Pannonian Basin; 2 — Budva-Cukali Zone; 3 — High Karst Unit; 4 — Pre-Karst and Bosnian 

Flysch Unit; 5 — East Bosnian-Durmitor Thrust Sheet; 6 — Dinaric Ophiolitic Belt; 7 — Western 

Vardar  Ophioliic  Unit;  8  —  Drina-Ivanjica  Thrust  Sheet;  9  —  Jadar-Kopaonik  Thrust  Sheet;  

10 — Sava Zone; 11 — Eastern Vardar Ophiolitic Unit; 12 — Serbo-Macedonian Unit; 13 — Getic 

Unit; 14 — Danubian Nappes; 15 — Ceahlau-Severin Unit; 16 — Central Balkan and Prebalkan 

Units; 17 — Moesian Platform; 18 — External Moesian Foredeep; 19 — Boundary of metallo-

genic units; 20 — Locations of the Kolubara (A) and Kostolac (B) basins.

background image

53

PETROGRAPHIC AND BIOMARKER ANALYSIS OF XYLITE-RICH COAL (PANNONIAN BASIN, SERBIA)

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

by  a  syn form,  due  to  the  intense  post-sedimentary  faulting, 

causing occasional erosion of coal in the SE part of the basin.

The basement of the Kostolac Basin consists of Devonian 

crystalline rocks overlain by Neogene sediments (Stojanović 

et  al.  2012;  Fig.  2).  The  Upper  Miocene  (“Pontian”)  coal- 

bearing  series  of  the  Kostolac  Basin  hosts  five  coal  seams, 

which are termed from bottom to top seams III, II-a, II, I-a, 

and I. The average thickness of Seam III is 19.4 m, while it is 

1.4  m  for  IIa,  4.1  m  for  II,  1.5  for  Ia  and  13.9  m  for  coal   

seam  I  (Životić  et  al.  2014).  The  coal-bearing  sediments 

 generally dip toward NW at low angles of 5 –15

o

.

Methods

Two representative feed lignite samples (mass ~ 5 kg of each) 

from  the  Kolubara  and  the  Kostolac  basins  were  collected 

from  the  pre-boiler  mills  of  thermal  power  plants  “Nikola 

Tesla” and “Kostolac B”, respectively. 

For lithotype analyses, the lignite samples were crushed to 

a maximum particle size of 3 mm and dried at room tempera-

ture. Lignites were manually separated into matrix, char coal, 

mineral-rich coal, dopplerite coal (a black very brittle type of 

coal made of humic gel; Taylor et al. 1998; Feller et al. 2010; 

Pontian

Pannonian

Sarmatian

KOST

OLAC

KOLUBARA

Badenian

Ottnangian-Karpathian

Lower

Miocene

(

)

M

1

Middle

Miocene

(

)

M

2

Late

Miocene

(

)

M

3

I

II

III

M (?)

1,2

Quaternary Q

( )

Middle Pliocene Pl

(

)

2

Ia

I

IIa

III

II

~
~
~
~

L E G E N D:

Clay and clayey

sediments

Sandy-clayey

sediments

Marly-clayey

sediments

Sand and sandy

sediments

Marlstone and

y

marl sediments

Lignite

Sandstone

Limestone

I

II

KOLUBARA

Basin

Seam mark

Lithology

0

200

100

400

300

500

Scale

(m)

Fig. 2.  Schematic  lithostratigraphic  column  of 

the Neogene from the Kolubara and Kostolac.

background image

54

ĐOKOVIĆ, MITROVIĆ, ŽIVOTIĆ, BECHTEL, SACHSENHOFER and STOJANOVIĆ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

Suárez-Ruiz et al. 2012), four different sublithotypes of xylitic 

coal (pale yellow, dark yellow, brown and black; Fig. 3) and 

mineral  matter  under  the  stereo  microscope.  Four  sublitho-

types  of  xylite-rich  coal  (SXCs;  pale  yellow,  dark  yellow, 

brown and black), from each basin, in total 8 samples, were 

further analysed in detail (Table 1). The macroscopic descrip-

tion of the coal lithotypes followed the nomenclature proposed 

by ICCP (ICCP 1993; Taylor et al. 1998). The xylite descrip-

tion used in this study follows the terminology developed by 

Jacob (1961) and modified by Ercegovac (1989). 

For  maceral  analyses,  separated  SXCs  were  crushed  to 

a maximum particle size of 1 mm, mounted in epoxy resin and 

polished.  The  maceral  analyses  were  performed  on  a  Leitz 

DMLP microscope in monochromatic and UV light illumina-

tion on 500 points (ISO 7404-3, 2009). The maceral descrip-

tion used in this study follows the terminology developed by 

the International Committee for Coal and Organic Petrology 

for  huminite  (Sykorova  et  al.  2005),  liptinite  (Pickel  et  al. 

2017) and inertinite (ICCP 2001) nomenclature.

Elemental analysis was performed to determine the contents 

of sulphur, nitrogen and total organic carbon (TOC). TOC con-

tent was determined after removal of carbonates with diluted 

hydrochloric  acid  (1:3,  v:v).  The  measurements  were  done 

using a Vario EL III, CHNS/O Elemental Analyser, Elementar 

Analysensysteme GmbH. 

For the determination of the molecular composition of OM 

approximately  5  g  of  pulverized  material 

(<150  μm)  was  extracted  with  dichloro-

methane  for  1  h  at  75 

o

C  and  pressure  of  

50 bar using a Dionex ASE 200 accelerated 

solvent extractor. Solvent was evaporated and 

extracts  (bitumens)  were  concentrated  by 

a  Zymark  Turbo  Vap  500  device.  Extracts 

were dissolved in a mixture of n-hexane:di-

chloromethane  (80:1,  v:v)  and  asphaltenes 

were  subsequently  separated  by  centrifuga-

tion. The n-hexane-soluble organic compounds 

(maltenes)  were  separated  into  saturated 

hydrocarbons,  aromatic  hydrocarbons  and 

NSO-fraction (polar fraction, which contains 

nitrogen,  sulphur,  and  oxygen  compounds) 

using  a  Kohnen–Willsch  MPLC  (medium 

pressure  liquid  chromatography)  instrument 

(Radke et al. 1980).

The  saturated  and  aromatic  hydrocarbon 

fractions  were  analysed  by  gas  chromato-

graphy-mass  spectrometry  (GC-MS). A  gas 

chromatograph equipped with a 30 m DB-5MS 

fused silica capillary column (i.d. 0.25 mm; 

0.25 μm film thickness) coupled to a Thermo 

Scientific ISQ quadrupole mass spectrometer 

was  used.  The  oven  temperature  was  pro-

grammed from 70 °C to 300 °C at a rate of  

4 °C/min followed by an isothermal period of 

15  min.  Helium  was  used  as  carrier  gas.  

The sample was injected in the splitless mode 

with  the  injector  temperature  at  275  °C.  The  mass  spectro-

meter  was  operated  in  the  electron  impact  (EI)  mode  over 

a scan range from m/z 50 to m/z 650 (0.7 s total scan time). 

Identification  of  individual  compounds  was  accomplished 

based on comparison of the mass spectra with published data 

(Wakeham et al. 1980; Philp 1985; Stout 1992; Killops et al. 

1995, 2003; Otto & Simoneit 2002; Peters et al. 2005). Data 

were processed with an Xcalibur data system. Absolute con-

centrations  of  individual  compounds  were  calculated  using 

peak areas in relation to those of internal standards (deuterated 

n-tetracosane for saturated hydrocarbons and 1,1’-binaphthyl 

for aromatic hydrocarbons). The concentrations were norma-

lized against TOC contents. 

Results and discussion 

Bulk organic geochemical parameters

TOC  contents  (Table  1)  are  generally  similar  (55–61 %) 

with  the  exception  of  pale  yellow  SXC  from  the  Kolubara 

Basin, which shows a lower amount (48 %). Sulphur content 

does  not  show  any  relationship  with  the  SXC,  but  is  lower  

in  Kolubara  samples  (< 0.9 %)  than  in  Kostolac  samples  

(1.1–2.3 %)  (Table  1).  Since  lignites  in  both  basins  were 

formed in freshwater environments, higher sulphur content in 

a)

20 mm

c)

10 mm

b)

20 mm

d)

5 mm

Fig. 3. Photomicrographs of different SXCs isolated from the Kolubara and Kostolac 

lignites under the stereo microscope: a — Pale yellow SXC; b — Dark yellow SXC;  

c — Brown SXC; d — Black SXC.

background image

55

PETROGRAPHIC AND BIOMARKER ANALYSIS OF XYLITE-RICH COAL (PANNONIAN BASIN, SERBIA)

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

the Kostolac samples could be attributed to calcium-rich sur-

face waters derived from the surrounding calcareous country 

rock, which caused increase of the pH (Markic & Sachsenhofer 

1997).  Therefore  the  obtained  result  suggests  slightly  more 

alkaline conditions during peatification in the Kostolac than in 

the Kolubara Basin. The TOC/N ratios exceed 60 in all sam-

ples (Table 1), which is typical for terrestrial flora (Meyers & 

Ishiwatari  1993).  The  highest  ratios  in  both  basins  were 

detected in yellow (pale yellow and dark yellow) SXCs, which 

may be considered as an indication of terrestrial plants with 

domination of lignin tissue (Edress 2007).  

The extract yield of the soluble organic matter (bitumen) is 

variable and ranges from 15.31 to 273.24 mg/g TOC (Table 1). 

It has been attributed to the variable proportion of biogenic 

and diagenetic compounds. The content of bitumen decreases 

in the following order: pale yellow SXC > dark yellow SXC > 

brown  SXC > black  SXC  in  both  basins  suggesting  certain 

 differences  in  the  source  material,  followed  by  less  pro-

nounced condensation into macromolecular structures and/or 

more intense microbial degradation of precursor biomolecules 

in yellow SXCs. 

The  contents  of  saturated  and  aromatic  hydrocarbons  are 

low, while the contents of asphaltenes and polar NSO fraction 

(containing  nitrogen,  sulphur  and  oxygen  compounds)  are 

high  (Table  1),  as  expected  for  immature  terrestrial  organic 

material.

Molecular composition of the organic matter

General characteristics

All  investigated  samples  are  dominated  by  diterpenoids, 

 followed  by  non-hopanoid  triterpenoids  and  n-alkanes  

(Figs. 4–7; Table 2). Pale yellow and dark yellow SXCs from 

both basins and black SXC from Kostolac are characterized by 

higher content of non-hopanoid triterpenoids than n-alkanes, 

whereas brown SXCs from both basins and Kolubara black 

SXC  displayed  the  opposite  trend.  Since  distributions  of  

n-alkanes  (see  Section  n-Alkanes  and  isoprenoids)  showed 

that  these  biomarkers  mostly  originated  from  epicuticular 

waxes, the obtained result may indicate lower contribution of 

waxes  to  yellow  SXCs  in  comparison  to  brown  and  black 

SXCs. Other hydrocarbon constituents of bitumen are hopa-

noids, sesquiterpenoids, steroids and isoprenoids (Figs. 4–7; 

Table  2).  Diterpenoids  have  the  highest  proportion  in  all 

 samples. Proportion of diterpenoids decreased in order: pale 

 yellow  SXC > dark  yellow  SXC > brown  SXC > black  SXC, 

whereas proportions of all other biomarkers increased in the 

opposite trend, with the exception of sesquiterpenoids which 

showed a higher proportion in brown than in black SXCs from 

both  basins  (Table  2).  Hopanoids  are  more  abundant  than 

 sesquiterpenoids  in  Kolubara  samples,  whereas  SXCs  from 

Kostolac demonstrate the opposite trend, with the exception of 

Kostolac black SXC, which contains slightly a higher amount 

of  hopanoids  in  comparison  to  sesquiterpenoids  (Table  2). 

This result generally indicates more intense microbial activity 

during peatification in the Kolubara Basin. 

Diterpenoids, non-hopanoid triterpenoids and sesqui-

terpenoids 

Total  diterpenoids  (sum  of  diterepenoids  in  saturated  and 

aromatic fractions) represent the most abundant hydrocarbons 

in  bitumen,  indicating  a  significant  contribution  of  conifers 

(gymnosperms) to the precursor OM. The presence of a con-

siderable amount of non-hopanoid triterpenoids implies that 

SXC

Short description

W

an

 (%) TOC (%)

S (%)

N (%) TOC/N* Extract yield 

(mg/g TOC)

Saturated 

HC (%)

Aromatic 

HC (%)

NSO 

(%)

Asp 

(%)

Kolubara

Pale yellow Pale yellow, with well–

preserved wood tissue

5.79

48.08

0.46

0.20

280.47

110.81

4.34

1.12

33.12

61.42

Dark yellow Dark yellow, with well–

preserved wood tissue

7.82

57.72

0.39

0.39

172.67

62.49

3.43

0.91

49.00

46.66

Brown

Light to dark brown, 

with preserved wood 

tissue

8.20

56.88

0.53

0.52

127.62

49.88

1.83

0.75

71.20

26.22

Black

Black, with visible 

wood structure

9.10

56.03

0.89

0.68

96.13

22.12

3.71

1.84

48.17

46.28

Kostolac

Pale yellow Pale yellow, with well–

preserved wood tissue

7.66

60.85

2.30

0.57

124.55

273.24

3.43

0.50

73.84

22.23

Dark yellow Dark yellow, with well–

preserved wood tissue

8.35

59.78

1.09

0.52

134.12

46.57

6.71

1.23

45.63

46.43

Brown

Light to dark brown, 

with preserved wood 

tissue

9.22

55.14

1.36

0.78

82.47

30.26

4.53

1.71

55.95

37.81

Black

Black, with visible 

wood structure

10.29

59.82

1.65

0.96

72.70

15.31

5.12

2.13

50.00

42.75

W

an

  — Analytical  moisture  content;  TOC  —  Total  organic  carbon  content,  dry  basis;  S  —  Total  sulphur  content,  dry  basis;  N  —  Total  nitrogen  content,  dry  basis;  

* — Molar ratio; HC — Hydrocarbons; NSO — polar fraction, which contains nitrogen, sulphur and oxygen compounds; Asp — Asphaltenes. 

Table 1: Short description of SXCs and values of bulk organic geochemical parameters.

background image

56

ĐOKOVIĆ, MITROVIĆ, ŽIVOTIĆ, BECHTEL, SACHSENHOFER and STOJANOVIĆ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

angiosperms  also  contributed  to  coal  formation  (Figs.  4–7; 

Table 2). The ratio of total diterpenoids to total non-hopanoid 

terpenoids, Di/(Di+Tri) (Bechtel et al. 2002, 2003a), which is 

indicative for the contribution of gymnosperm vs. angiosperm 

vegetation  decreased  in  the  order  pale  yellow  SXC > dark 

 yellow  SXC > brown  SXC > black  SXC  (Table  2).  In  all  

samples sesquiterpenoids were present in lower amounts than  

di- and triterpenoids (Figs. 4–7; Table 2).

Distributions  of  individual  diterpenoids  in  saturated  frac-

tions  are  similar.  The  16α(H)-phyllocladane  and  pimarane  

are  dominant  by  far.  Other  diterpenoid  type  constituents  of 

saturated  fraction  are  isopimaradiene,  isonorpimarane, 

 norpimarane,  dihydrorimuene,  isophyllocladene  and  16β(H)- 

phyllocladane  (Figs.  4,  5).  A  high  amount  of  16α(H)- 

phyllocladane indicates a peat-forming vegetation built up by 

Taxodiaceae,  Podocarpaceae,  Cupressaceae,  Araucariaceae 

and/or  Phyllocladaceae,  while  high  abundance  of  pimarane 

suggests Pinaceae, Taxodiaceae and/or Cupressaceae (Otto et 

al. 1997; Otto & Wilde 2001; Stefanova et al. 2005a). 

Distributions  of  individual  diterpenoids  in  the  aromatic 

fractions  of  all  samples  are  relatively  similar  (Figs.  6,  7).  

The  aromatic  diterpenoids  consist  of  norabieta-6,8,11,   

13-tetraenes,  norabieta-8,11,13-trienes,  dehydroabietane, 

 simonellite,  retene,  sempervirane,  totarane,  hibaene  and 

2-methylretene.  Simonellite  and  dehydroabietane  are  predo-

minant  compounds  in  Kolubara  samples,  while  simonellite 

prevailed in all samples from Kostolac (Figs. 6, 7). Almost all 

of the aromatic diterpenoids are non-specific conifer markers, 

because  they  are  diagenetic  products  of  a  great  variety  of 

 abietane-type precursors that are common constituents of all 

conifers  except  Phyllocladaceae  (Otto  et  al.  1997;  Otto  & 

Wilde 2001; Stefanova et al. 2005a). However, the presence of 

totarane and hibaene in the aromatic fraction of all samples 

(Figs. 6, 7) clearly indicates the contribution of Cupressaceae, 

Taxodiaceae, Podocarpaceae and/or Araucariaceae to the pre-

cursor biomass (Otto & Wilde 2001). This is consistent with 

the  implications  obtained  by  the  analysis  of  saturated 

biomarkers. 

The ratio of saturated to aromatic diterpenoids is higher than 

1 in all samples (Table 2) suggesting a low degree of aromati-

zation of these biomarkers. The ratio generally decreased from 

yellow  to  brown  and  black  SXCs,  suggesting  more  intense 

diagenetic aromatization of ditepenoids in later. 

Yellow SXCs from the Kolubara Basin have higher absolute 

content of non-hopanoid triterpenoids than brown and black 

SXCx, whereas the opposite trend is observed for the Kostolac 

samples (Table 2). However, the proportion of non-hopanoid 

triterpenoids in both basins clearly increased in the order pale 

yellow  SXC < dark  yellow  SXC < brown  SXC < black  SXC 

(Table 2). 

Although,  non-hopanoid  triterpenoid  biomarkers  are  indi-

cative for angiosperm input, they are not useful for a precise 

determination of the precursor plant family, with the exception 

of  lupane  derivatives  which  are  generally  more  abundant  

in  the  Betulacea  family  (Hayek  et  al.  1989;  Regnery  et  al. 

2013). 

The non-hopanoid triterpenoids are present in low amounts 

in the saturated fractions of all SXCs and consist exclusively 

of  des-A  degraded  compounds  (des-A-olean-13(18)-ene,  

des-A-olean-12-ene and des-A-lupane; Figs. 4, 5). 

On the other hand, non-hopanoid triterpenoids predominate 

in the aromatic fraction of all SXCs from the Kolubara Basin 

and after diterpenoids represent the most abundant aromatic 

biomarkers  in  Kostolac  samples  (Figs.  6,  7;  Table  2). 

Considerably higher abundance of aromatized in comparison 

to saturated angiosperm triterpenoids, resulting in the ratio of 

saturated to aromatic non-hopanoid triteprenoids notably < 1 

in all samples (Table 2), which indicates intense aromatization 

of triterpenoids during diagenesis. The same observation was 

also reported by Kalkreuth et al. (1998) and Nakamura et al. 

(2010),  which  showed  that  aliphatic  angiosperm-derived 

 triterpenoids  are  more  easily  altered  to  aromatic  derivatives 

than gymnosperm-derived diterpenoids, resulting in the selec-

tive loss of analogous aliphatic compounds. 

The distributions of individual non-hopanoid terpenoids in 

the  aromatic  fractions  of  all  samples  are  relatively  similar 

(Figs.  6,  7).  The  following  tetra-  and  pentacyclic  aromatic 

 triterpenoids occur in the aromatic fractions: ring-A-monoaro-

matic  triterpenoids  (24,25-dinoroleana-1,3,5(10),12-tetraene, 

24,25-dinorursa-1,3,5(10),12-tetraene, 24,25-dinorlupa-

1,3,5(10)- triene,  24,25-dinorlupapentaene,  trisnorlupatriene, 

trisno r oleanatetraene,  trisnorlupapentaene),  tetramethyl octa-  

hydrochrysenes,  trimethyltetrahydrochrysenes,  tetramethyl-

octahydropicenes and trimethyltetrahydropicenes. 24,25- Dino - 

roleana-1,3,5(10),12-tetraene  and  24,25-dinorlupa-1,3,5(10)- 

triene are predominant compounds in all SXCs (Figs. 6, 7). 

Pentacyclic triterpenoids are more abundant than tetracyclic 

chrysene derivatives in all samples. This result indicates that 

the main pathway of aromatization was progressive aromati-

zation (Stout 1992). 

Oleanane  and  lupane  derivatives  predominated  over  non- 

hopanoid  triterpenoids  with  ursane  skeleton  in  all  SXCs  

(Table 2). The ratio of olenane- vs. lupane derivatives increased 

from yellow to brown and black SXCs (Table 2). Since lupane 

derivatives mostly originated from Betulacea family (Hayek et 

al. 1989; Regnery et al. 2013), the obtained result could sug-

gest a higher contribution of this family to yellow SXCs. 

In contrast to the ratio of saturated to aromatic diterpenoids 

which  decreased  from  yellow  to  brown  and  black  SXCs,  

the corresponding ratio based on non-hopanoid triterpenoids 

showed  the  opposite  trend  (Table  2).  The  obtained  results 

 suggest that brown and black SXCs are enriched in aromatic 

diterpenoids in comparison to yellow SXCs, whereas aromati-

zation  of  non-hopanoid  triterpenoids  was  more  intense  in 

 yellow sublithotypes of xylite-rich coal. This observation may 

be attributed to differences in precursor OM and activity of 

different microbial communities. Moreover, degree of aroma-

tization of non-hopanoid triterpenoids is higher in Kolubara 

than in Kostolac samples consistent with the already assumed 

more intense microbial activity in this basin. 

In all the studied samples, sesquiterpenoids occur in rela-

tively low quantities (Figs. 4–7). The absolute contents of ses-

background image

57

PETROGRAPHIC AND BIOMARKER ANALYSIS OF XYLITE-RICH COAL (PANNONIAN BASIN, SERBIA)

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

Time (min)

Time (min)

Time (min)

Time (min)

5

10

15

20

25

30

35

40

55

60

65

45

50

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

16 ( )-

l o ladan

a H Phy l c

e

Pr

Ph

Norpimarane

Isonorpimarane

Std.

C 17 21 (R)

31

a

b

Pimarane

13

14

15

16

21

23

25

27

29

31

17

18

16 ( )-

l o ladan

a H Phy l c

e

Pr

Ph

Norpimarane

Std.

C 17 21 (R)

31

a

b

C 17 21

31

b

b

Pimarane

13

14

15

16

21

23

25

27

29

31

33

17

18

19

16 ( )-

l o ladan

a H Phy l c

e

Pr

Ph

Isonorpimarane

Isonorpimarane

Isonorpimarane

Norpimarane

Dihydrorimuene

Dihydrorimuene

Isophyllocladene

Isophyllocladene

Std.

C 17 21 (R)

31

a

b

C 17 21

31

b

b

Pimarane

13

14

15

16

21

23

25

27

29

31

33

35

17

18

16 ( )-

l o ladan

a H Phy l c

e

16 ( )-

l o ladan

b H Phy l c

e

Pr

Ph

Norpimarane

Isopimaradiene

Isopimaradiene

Isopimaradiene

Isopimaradiene

Std.

C Hop-17(21)-ene

30

C Hop-17(21)-ene

30

C Hop-17(21)-ene

30

C Hop-17(21)-ene

30

C 17 21 (R)

31

a

b

C 17 21

31

b

b

Pimarane

14

15

16

21

23

25

27

29

31

33

35

17

18

a) Pale yellow SXC

b) Dark yellow SXC

c) Brown SXC

d) Black SXC

60

100

0

20

40

80

Relative

Abundance (%)

0

20

40

60

80

100

Relative

Abundance (%)

0

20

40

60

80

100

Relative

Abundance (%)

0

20

40

60

80

100

Relative

Abundance (%)

Fig. 4TIC (Total Ion Chromatogram) of the saturated fraction of SXCs from the Kolubara Basin. • — n-Alkanes are labelled according to their 

carbon number; Pr — Pristane; Ph — Phytane; Std. — Standard (deuterated n-tetracosane); 17α21β and 17β21β designate configurations at 

C-17 and C-21 in hopanes, (R) designates configuration at C-22 in hopanes.

background image

58

ĐOKOVIĆ, MITROVIĆ, ŽIVOTIĆ, BECHTEL, SACHSENHOFER and STOJANOVIĆ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

0

20

40

60

80

100

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

0

0

0

20

20

20

40

40

40

60

60

60

80

80

80

100

100

100

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Dihydrovalencene

Dihydrovalencene

Dihydrovalencene

Dihydrovalencene

16 ( )-

l o ladan

a H Phy l c

e

Pr

Ph

Norpimarane

Std.

Pimarane

13

15

16

21

23

25

27

29

31

17

18

19

16 ( )-

l o ladan

a H Phy l c

e

Pr

Ph

Std.

C 17 21 (R)

31

a

b

13

14

15

16

21

23

25

27

29

31

33

17

18

19

16 ( )-

l o ladan

a H Phy l c

e

Pr

Ph

Std.

C 17 21 (R)

31

a

b

C 17 21

31

b

b

13

15

16

21

23

25

27

29

31

33

35

17

18

19

16 ( )-

l o ladan

a H Phy l c

e

Pr

Ph

Norpimarane

Norpimarane

Norpimarane

Isonorpimarane

Dihydrorimuene

Dihydrorimuene

Std.

Des-A-Olean-13(18)-ene

Des-A-Olean-12-ene

Des-A-Lupane

C 17 21 (R)

31

a

b

C 17 21

31

b

b

Pimarane

Pimarane

Pimarane

15

16

21

23

25

27

29

31

33

35

17

18

Cubebane

Cubebane

Cubebane

Cubebane

Eudesmane

Eudesmane

Eudesmane

Eudesmane

a) Pale yellow SXC

b) Dark yellow SXC

c) Brown SXC

d) Black SXC

Relative

Abundance (%)

Relative

Abundance (%)

Relative

Abundance (%)

Relative

Abundance (%)

Time (min)

Time (min)

Time (min)

Time (min)

C Hop-17(21)-ene

30

C Hop-17(21)-ene

30

C Hop-17(21)-ene

30

C Hop-17(21)-ene

30

Fig. 5.  TIC  of  the  saturated  fraction  of  SXCs  from  the  Kostolac  Basin.  •  —  n-Alkanes  are  labelled  according  to  their  carbon  number;  

Pr — Pristane; Ph — Phytane; Std. — Standard (deuterated n-tetracosane); 17α21β and 17β21β designate configurations at C-17 and C-21 in 

hopanes, (R) designates configuration at C-22 in hopanes.

background image

59

PETROGRAPHIC AND BIOMARKER ANALYSIS OF XYLITE-RICH COAL (PANNONIAN BASIN, SERBIA)

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

Time (min)

Time (min)

Time (min)

Time (min)

a) Pale yellow SXC

b) Dark yellow SXC

c) Brown SXC

d) Black SXC

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

0

20

40

60

80

100

0

20

40

60

80

100

0

20

40

60

80

100

0

20

40

60

80

100

Relative

Abundance (%)

Relative

Abundance (%)

Relative

Abundance (%)

Relative

Abundance (%)

Pyrene

Pyrene

Pyrene

Pyrene

Calamenene

Cuparene

Curcumene

Dihydro-ar- curcumene

Dihydro-ar- curcumene

Dihydro-ar- curcumene

Dihydro-ar- curcumene

Cadalene Isocadalene

Phenanthrene

Hibaene

18-Norabieta-6,8,11,13-tetraene

18-Norabieta-8,11,13-triene

Dehydroabietane

Simonellite

Retene

T

otarane

Std.

Perylene

24,25-Dinorlupa-1,3,5(10),12-triene

19-Norabieta-6,8,11,13-tetraene

24,25-Dinoroleana-1,3,5(10),12-tetraene

Calamenene

Cuparene

Curcumene

Cadalene

Isocadalene

Phenanthrene

Hibaene

18-Norabieta-6,8,11,13-tetraene

18-Norabieta-8,11,13-triene

18-Norabieta-8,11,13-triene

Dehydroabietane

Simonellite

Retene

T

otarane

Std.

Perylene

24,25-Dinorlupa-1,3,5(10),12-triene

19-Norabieta-6,8,11,13-tetraene

24,25-Dinoroleana-1,3,5(10),12-tetraene

Calamenene

Cuparene

Curcumene

Cadalene

Isocadalene

Phenanthrene

Hibaene

18-Norabieta-6,8,11,13-tetraene

18-Norabieta-6,8,11,13-tetraene

Dehydroabietane

Dehydroabietane

Simonellite

Retene

T

otarane

Std.

3,4,7,12a-T

etramethyl-1,2,3,4,4a,

1

1,12,12a-octahydrochrysene

3,4,7,12a-T

etramethyl-1,2,3,4,4a,

1

1,12,12a-octahydrochrysene

3,3,7-T

rimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydrochrysene

3,3,7-T

rimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydrochrysene

3,4,7-

T

rimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydrochrysene

3,4,7-

T

rimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydrochrysene

Perylene

24,25-Dinorursa-1,3,5(1

0),12-

tetraene

24,25-Dinorursa-1,3,5(10),1

2-

tetraene

24,25-Dinorursa-1,3,5(

10),12-

tetraene

24,25-Dinorursa-

1,3,5(10),12-tetraene

24,25-Dinorlupa-1,3,5(10),12-triene

19-Norabieta-6,8,11,13-tetraene

19-Norabieta-6,8,11,13-tetraene

1,2,4a,9-Tetramethyl-1,2,3,4,4a,5,6,14b-

octahydropicene

1,2,4a,9-Tetramethyl-1,2,3,4,4a,5,6,14b-

octahydropicene

1,2,4a,9-Tetramethyl-1,2,3,4,4a,5,6,14b-

octahydropicene

1,2,4a,9-Tetramethyl-1,2,3,4,4a,5,6,14b-

octahydropicene

4-Methyl, 24-ethyl, 19-norcholesta-

1,3,5(10)-triene

4-Methyl, 24-ethyl, 19-norcholesta-

1,3,5(10)-triene

4-Methyl, 24-ethyl, 19-norcholesta-

1,3,5(10)-triene

4-Methyl, 24-ethyl, 19-norcholesta-

1,3,5(10)-triene

7-Methyl, 3’-ethyl, 1,2-cyclo-

pentanochrysene

7-Methyl, 3’-ethyl, 1,2-cyclo-

pentanochrysene

7-Methyl, 3’-ethyl, 1,2-cyclo-

pentanochrysene

7-Methyl, 3’-ethyl, 1,2-cyclo-

pentanochrysene

1,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydropicene

1,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydropicene

1,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydropicene

1,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydropicene

2,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydropicene

2,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydropicene

2,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydropicene

2,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydropicene

24,25-Dinoroleana-1,3,5(10),12-tetraene

3,4,7,12a-T

etramethyl-1,2,3,4,4a,

1

1,12,12a-octahydrochrysene

3,3,7-T

rimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydrochrysene

3,4,7-

T

rimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydrochrysene

3,4,7,12a-T

etramethyl-1,2,3,4,4a,

1

1,12,12a-octahydrochrysene

3,3,7-T

rimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydrochrysene

3,4,7-

T

rimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydrochrysene

Calamenene

Cuparene

Curcumene

Cadalene

Isocadalene

Phenanthrene

Simonellite

Retene

T

otarane

Std.

Perylene

24,25-Dinorlupa-1,3,5(10),12-triene

24,25-Dinoroleana-1,3,5(10),12-tetraene

H

H

H

H

Fig. 6. TIC of the aromatic fraction of SXCs from the Kolubara Basin. Std. – Standard (1,1′ binaphthyl); H – D-ring monoaromatic hopane.

background image

60

ĐOKOVIĆ, MITROVIĆ, ŽIVOTIĆ, BECHTEL, SACHSENHOFER and STOJANOVIĆ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

a) Pale yellow SXC

b) Dark yellow SXC

c) Brown SXC

d) Black SXC

0

20

40

60

80

100

0

20

40

60

80

100

0

20

40

60

80

100

0

20

40

60

80

100

Relative

Abundance (%)

Relative

Abundance (%)

Relative

Abundance (%)

Relative

Abundance (%)

Time (min)

Time (min)

Time (min)

Time (min)

Calamenene

Cuparene

Curcumene

Cadalene Isocadalene

Fenantren

Hibaene

19-Norabieta-8,11,13-triene

19-Norabieta-8,11,13-triene

18-Norabieta-8,11,13-triene

18-Norabieta-8,11,13-triene

Dehydroabietane

Dehydroabietane

Simonellite

Retene

T

otarane

Std.

Perylene

24,25-Dinorlupa-1,3,5(10),12-triene

24,25-Dinorlupa-1,3,5(10),12-triene

19-Norabieta-6,8,11,13-tetraene

19-Norabieta-6,8,11,13-tetraene

1,2,4a,9-Tetramethyl-1,2,3,4,4a,5,6,14b-

octahydropicene

1,2,4a,9-Tetramethyl-1,2,3,4,4a,5,6,14b-

octahydropicene

4-Methyl, 24-ethyl, 19-norcholesta-

1,3,5(10)-triene

4-Methyl, 24-ethyl, 19-norcholesta-

1,3,5(10)-triene

7-Methyl, 3’-ethyl, 1,2-cyclopentano-

chrysene

7-Methyl, 3’-ethyl, 1,2-cyclopentano-

chrysene

1,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetrahydro-

picene

1,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetrahydro-

picene

2,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetrahydro-

picene

2,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetrahydro-

picene

24,25-Dinoroleana-1,3,5(10),12-tetraene

24,25-Dinoroleana-1,3,5(10),12-tetraene

Calamenene

Cuparene

Curcumene

Cadalene Isocadalene

Hibaene

Simonellite

Retene

T

otarane

Std.

Perylene

Calamenene

Cuparene

Curcumene

Cadalene

Isocadalene

Hibaene

Simonellite

Retene

T

otarane

Std.

Perylene

Calamenene

Cuparene

Curcumene

Cadalene

Isocadalene

Hibaene

Simonellite

Retene

Sempervirane

Sempervirane

2-Methylretene

2-Methylretene

T

otarane

Std.

Perylene

Pyrene

Pyrene

Pyrene

Pyrene

24,25-Dinorursa-1,3,5(1

0),12-

tetraene

24,25-Dinorursa-1,3,5(10),12

-

tetraene

3,4,7,12a-T

etramethyl-1,2,3,4,4a,

1

1,12,12a-octahydrochrysene

3,4,7,12a-T

etramethyl-1,2,3,4,4a,

1

1,12,12a-octahydrochrysene

3,3,7-T

rimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydrochrysene

3,3,7-T

rimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydrochrysene

19-Norabieta-8,11,13-triene

18-Norabieta-8,11,13-triene

Dehydroabietane

24,25-Dinorlupa-1,3,5(10),12-triene

19-Norabieta-6,8,11,13-tetraene

1,2,4a,9-Tetramethyl-1,2,3,4,4a,5,6,14b-

octahydropicene

4-Methyl, 24-ethyl, 19-norcholesta-

1,3,5(10)-triene

7-Methyl, 3’-ethyl, 1,2-cyclopentano-

chrysene

1,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetrahydro-

picene

2,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetrahydro-

picene

24,25-Dinoroleana-1,3,5(10),12-tetraene

24,25-Dinorursa-1,3,5(1

0),12-

tetraene

3,4,7,12a-T

etramethyl-1,2,3,4,4a,

1

1,12,12a-octahydrochryse

ne

3,3,7-T

rimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydrochrysene

19-Norabieta-8,11,13-triene

18-Norabieta-8,11,13-triene

Dehydroabietane

24,25-Dinorlupa-1,3,5(10),12-triene

19-Norabieta-6,8,11,13-tetraene

1,2,4a,9-Tetramethyl-1,2,3,4,4a,5,6,14b-

octahydropicene

4-Methyl, 24-ethyl, 19-norcholesta-

1,3,5(10)-triene

7-Methyl, 3’-ethyl, 1,2-cyclopentano-

chrysene

1,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetrahydro-

picene

2,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetrahydro-

picene

24,25-Dinoroleana-1,3,5(10),12-tetraene

24,25-Dinorursa-1,3,5(10),1

2-

tetraene

3,4,7,12a-T

etramethyl-1,2,3,4,4a,

1

1,12,12a-octahydrochryse

ne

3,3,7-T

rimethyl-1,2,3,4-tetra-

hydrochrysene

H

H

H

H

Fig. 7TIC of the aromatic fraction of SXCs from the Kostolac Basin. Std — Standard (1,1′ binaphthyl); H — D-ring monoaromatic hopane.

background image

61

PETROGRAPHIC AND BIOMARKER ANALYSIS OF XYLITE-RICH COAL (PANNONIAN BASIN, SERBIA)

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

quiterpenoids  decreased  in  the  following  order:  black  

SXC > brown  SXC > dark  yellow  SXC > pale  yellow  SXC. 

However,  the  proportion  of  these  biomarkers  was  slightly 

higher  in  brown  than  in  black  SXC  from  both  basins  

(Table 2). 

The  saturated  fractions  of  all  samples  contain  cubebane, 

dihydrovalencene  and  eudesmane,  whereas  sesquiterpenoid 

type  constituents  of  aromatic  fractions  are  calamenene, 

cuparene, curcumene, cadalene and isocadalene. Eudesmane 

predominates  in  distribution  of  saturated  sesquiterpenoids, 

whereas  cadalene  is  the  most  abundant  aromatic  sesquiter-

penoid in all samples (Figs. 4–7). Sesquiterpenoid biomarkers 

are  often  not  useful  for  a  precise  determination  of  the 

precursor plant community (van Aarssen et al. 1990; Otto et al. 

1997; Otto & Simoneit 2002), with the exception of cuparene. 

The presence of cuparene in all SXCs (Figs. 6, 7) clearly indi-

cates  a  contribution  of  the  conifer  family  Cupressaceae  as 

a precursor of OM (Otto & Wilde 2001; Haberer et al. 2006). 

Diterpenoids and sesquiterpenoids are more abundant in the 

saturated  than  in  the  aromatic  fraction  (Table  2),  indicating 

a relatively low degree of aromatization. Since almost all iden-

tified sesquiterpenoids (Figs. 4 –7), as diterpenoids, originated 

from conifers, the similar behaviour of these classes of bio-

markers regarding aromatization is understandable (Table 2). 

The  highest  degree  of  sesquiterpenoids  aromatization  is 

observed for dark yellow SXC and the lowest for brown SXC. 

Basin

Kolubara 

Kostolac 

SXC

Pale yellow Dark yellow

Brown

Black Pale yellow Dark yellow

Brown

Black

Sat Di (μg/g TOC)

3153.69

2237.88

322.09

113.31

8487.60

1733.02

866.87

350.28

Arom Di (μg/g TOC)

133.40

95.48

22.77

18.60

212.57

181.37

71.03

75.11

Total Di (μg/g TOC)

3287.09

2333.36

344.86

131.91

8700.17

1914.39

937.90

425.39

Sat Tri (μg/g TOC)

0.15

2.04

1.44

1.33

2.17

2.06

10.30

12.68

Arom Tri (μg/g TOC)

126.93

123.39

41.65

49.00

50.86

54.82

50.10

62.98

Total Tri (μg/g TOC)

127.08

125.43

43.09

50.33

53.03

56.88

60.40

75.66

Sat Sesq (μg/g TOC)

37.91

17.27

22.26

10.02

46.33

20.96

59.18

20.68

Arom Sesq (μg/g TOC)

12.42

15.45

5.14

2.77

7.17

15.59

7.10

8.02

Total Sesq (μg/g TOC)

50.33

32.72

27.40

12.79

53.50

36.55

66.28

28.70

Sat hopanoids (μg/g TOC)

3.52

67.67

48.56

79.29

9.58

5.69

15.91

11.00

Arom hopanoids (μg/g TOC)

8.11

7.44

2.79

3.59

11.15

8.78

10.57

13.13

Total hopanoids (μg/g TOC)

11.63

75.11

51.35

82.88

20.73

14.47

26.48

24.13

Sat steroids (μg/g TOC)

1.11

1.14

2.84

3.03

2.84

0.62

7.40

6.88

Arom steroids (μg/g TOC)

1.51

2.57

1.29

1.05

1.66

0.40

1.43

0.51

Total steroids (μg/g TOC)

2.62

3.71

4.13

4.08

4.50

1.02

8.83

7.39

Total n-alkanes (μg/g TOC)

80.15

86.78

78.20

93.54

43.20

19.60

75.05

51.07

Total isoprenoids (μg/g TOC)

8.47

6.48

2.38

2.22

8.47

2.68

0.82

1.96

Proportion of total Di (%)

92.14

87.60

62.54

34.92

98.00

93.67

79.69

69.37

Proportion of total Tri (%)

3.56

4.71

7.81

13.32

0.60

2.78

5.13

12.34

Proportion of total Sesq (%)

1.41

1.23

4.97

3.39

0.60

1.79

5.63

4.68

Proportion of total hopanoids (%)

0.33

2.82

9.31

21.94

0.23

0.71

2.25

3.93

Proportion of total steroids (%)

0.07

0.14

0.75

1.08

0.05

0.05

0.75

1.20

Proportion of total n-alkanes (%)

2.25

3.26

14.18

24.76

0.49

0.96

6.38

8.33

Proportion of total isoprenoids (%)

0.24

0.24

0.44

0.59

0.03

0.04

0.17

0.15

Di / (Di + Tri)

0.96

0.95

0.89

0.72

0.99

0.97

0.94

0.85

Sat Di/Arom Di

23.64

23.44

14.15

6.09

39.93

9.56

12.20

4.66

Sat Tri/Arom Tri

0.001

0.02

0.03

0.03

0.04

0.04

0.21

0.20

Sat Sesq/Arom Sesq

3.05

1.12

4.33

3.62

6.46

1.34

8.34

2.58

Sat hopanoids/Arom hopanoids

0.43

9.10

17.44

22.08

0.86

0.65

1.51

0.84

Sat steroids/Arom steroids

0.73

0.45

2.20

2.89

1.71

1.55

5.19

13.50

Proportion of Ol in total Tri (%)

38.44

52.25

53.79

65.55

48.50

51.97

60.94

62.00

Proportion of Urs in total Tri (%)

16.88

10.44

11.71

8.67

15.66

19.48

8.15

10.52

Proportion of Lup in total Tri (%) 

44.68

37.31

34.50

25.78

35.84

28.55

30.91

27.48

Ol/Lup

0.86

1.40

1.56

2.54

1.35

1.82

1.97

2.26

Proportion of n-C

14

− n-C

20

 in total n-alkanes (%)

39.30

23.16

13.83

7.51

26.88

19.00

9.71

5.33

Proportion of n-C

21

− n-C

25

 in total n-alkanes (%)

19.45

17.70

15.68

19.12

23.67

14.09

15.46

13.64

Proportion of n-C

26

− n-C

33

 in total n-alkanes (%)

41.25

59.14

70.49

73.37

49.45

66.91

74.83

81.03

CPI

1.26

4.62

2.64

2.41

2.13

2.30

3.91

2.80

Pr/Ph

1.13

1.10

1.17

1.05

1.03

1.31

1.04

1.39

Sat  —  Saturated; Arom  — Aromatic;  Di  —  Diterpenoids;  Tri  —  Non-hopanoid  triterpenoids;  Sesq  —  Sesquiterpenoids;  Ol  —  Oleanane  derivatives;  Urs — Ursane 

derivatives;  Lup  —  Lupane  derivatives;  CPI  —  Carbon  Preference  Index  determined  for  distribution  of  n-alkanes  C

23

– C

33

,  CPI = 1/2  [Σ odd (n-C

23

 − n-C

33

)/ 

Σ even (n-C

22

 − n-C

32

) + Σ odd (n-C

23

 − n-C

33

) /Σ even (n-C

24

 − n-C

34

)] (Bray & Evans 1961); Pr – Pristane; Ph – Phytane.

Table 2: Absolute contents of biomarker classes, relative proportions of biomarker classes and values of biomarker parameters. 

background image

62

ĐOKOVIĆ, MITROVIĆ, ŽIVOTIĆ, BECHTEL, SACHSENHOFER and STOJANOVIĆ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

n-Alkanes and isoprenoids

n-Alkanes  are  relatively  abundant  in  the  total  ion  current 

(TIC)  of  the  saturated  fraction  in  both  basins  (Figs.  4,  5;  

Table 2). n-Alkanes are identified in the range from C

13

 or C

14

 

to  C

33

  or  C

35

.  Absolute  contents  of  n-alkanes  do  not  show 

a  clear  relationship  with  SXCs.  However,  the  proportion  of 

n-alkanes in both basins clearly increased from pale and dark 

yellow to brown and black SXCs (Table 2). 

The n-alkane patterns of all samples are dominated by odd 

long-chain homologues (C

27 

– C

31

) with a maximum at n-C

29

 

(Figs.  4,  5),  indicating  a  significant  contribution  of  epicuti-

cular waxes. Although samples showed generally similar dis-

tributions of n-alkanes, some differences in n-alkane patterns 

could  be  observed. The  proportion  of  short-chain  n-alkanes 

(C

14 

– C

20

) in both basins decreased in the order: pale yellow 

SXC > dark yellow SXC > brown SXC > black SXC, associated 

with an increase in the proportion of long-chain homologues 

(C

26

 – C

33

)  (Table  2).  Since  yellow  SXCs  contain  a  lower 

amount of liptinite macerals (see later Table 4), elevated con-

tent  of  short  chain  n-alkanes  can  be  attributed  to  microbial 

degradation  of  long  chain  n-alkanes  resulting  in  increasing 

content  of  lower  n-alkane  homologues  (Faure  et  al.  1999; 

Marynowski & Wyszomirski 2008; Marynowski et al. 2011). 

On  the  other  hand,  a  higher  proportion  of  short-chain  

n-alkanes in yellow SXCs could be related to direct impact of 

certain microbial communities since most of them are capable 

of  synthesizing  short-chain  n-alkanes  (Peters  et  al.  2005).  

The influence of different bacteria has already been supposed 

based on observed differences in the aromatization degree of 

di- and triterpenoids in different SXCs (Table 2). The propor-

tion of middle chain n-alkanes (C

21

 – C

25

) which have nume-

rous  precursors  such  as  vascular  plants,  microalgae, 

cyano  bacteria, sphagnum and aquatic macrophytes (Ficken et 

al. 2000; Nott et al. 2000) was generally similar in all SXCs, 

showing  slightly  elevated  value  in  pale  yellow  SXC  from 

Kostolac (Table 2). 

The values of the CPI (Carbon Preference Index; Bray & 

Evans 1961), ranging from 1.26 to 4.62 (Table 2), are in accor-

dance  with  terrestrial  immature  OM  (Bechtel  et  al.  2002, 

2007; Zdravkov et al. 2011, 2015). The lowest CPI in both 

basins is observed for pale yellow SXC (Table 2). This result 

could be attributed to the lower input of fatty acids from cuti-

cular waxes, because these acids predominantly contain even 

numbers of carbon atoms in a molecule and after decarboxy-

lation they produce odd-carbon-atom n-alkanes. The obtained 

result  is  consistent  with  the  observation  of  Fabiańska  & 

Kurkiewicz  (2013)  who  also  reported  lower  CPI  values  in 

xylites  with  well  preserved  wood  structure.  However,  the  

CPI  does  not  show  any  relationship  with  other  studied 

sublithotypes.

Isoprenoids, pristane and phytane are identified in all sam-

ples in low amounts (Table 2). It is consistent with the obser-

vation that terrestrial immature OM usually contains very low 

concentrations of isoprenoids (Dzou et al. 1995; Hughes et al. 

1995; Vu et al. 2009). Content of isoprenoids was the highest 

in  yellow  SXCs  from  Kolubara  and  pale  yellow  SXC  from 

Kostolac  (Table  2)  in  accordance  with  higher  content  of 

extractable  OM  (bitumen)  in  these  samples  (Table  1). 

However, the proportion of isoprenoids increased from yellow 

to brown and black SXCs (Table 2). 

Taking  into  account  the  low  abundance  of  pristane  and 

 phytane in the studied samples and possible differences in the 

precursors  for  acyclic  isoprenoids  (Goossens  et  al.  1984; 

Volkman  &  Maxwell  1986;  ten  Haven  et  al.  1987),  the 

pristane/ phytane (Pr/Ph) ratio must be interpreted with care 

and  it  is  usually  omitted  from  interpretation  of  lignites.  

The investigated SXCs have generally similar values of Pr/Ph 

ratio (1.03 –1.39; Table 2), which are in the range reported for 

Middle and Upper Miocene lignites in Austria (Bechtel et al. 

2007), Bulgaria (Zdravkov et al. 2011), Poland (Fabiańska & 

Kurkiewicz 2013) and Turkey (Bechtel et al. 2014).

Steroids and hopanoids

Steroids  were  identified  in  the  analysed  samples  in  low 

amounts.  The  low  content  of  steroids  (Table  2)  could  be 

explained by the fact that the steroids mostly originate from 

higher plants, which contain very low amount of these bio-

markers. The absolute content of steroids is higher in brown 

and black than in yellow SXCs and the relative proportions of 

these biomarkers follow the same trend (Table 2). Steroid bio-

markers  in  the  saturated  fraction  consist  predominantly  of  

C

29

 Δ

4

-,  Δ

2

-  and  Δ

5

-sterenes,  consistent  with  peat  formation 

from  terrigenous  plants,  whereas  C

27

  and  C

28

 Δ

4

-,  Δ

2

- and 

Δ

5

-sterenes  are  identified  in  trace  amounts  in  all  samples.  

The single steroid compound detected in the aromatic fraction 

was 4-methyl, 24-ethyl, 19-norcholesta-1,3,5(10)-triene.

The  ratio  of  saturated  to  aromatic  steroids  was  > 1  in  all 

samples, with the exception of Kolubara pale and dark yellow 

SXCs, and showed the increasing trend from yellow to brown 

and  black  SXCs  as  it  was  observed  for  aromatization  of 

non-hopanoid triterpenoids (Table 2). 

All the samples from the Kolubara Basin, with exception of 

pale  yellow  SXC,  have  higher  contents  of  hopanoids  than 

samples  from  the  Kostolac  Basin  (Table  2)  indicating  more 

intense microbial activity and peatification in a slightly more 

oxic environment, which is consistent with a lower amount of 

sulphur (Table 1). The content of hopanoids is similar in SXCs 

from the Kostolac Basin, whereas dark yellow and black SXCs 

from the Kolubara Basin are enriched in these biomarkers in 

comparison  to  pale  yellow  and  brown  SXCs.  However,  the 

proportion of hopanoids generally increased from pale yellow 

to black SXC (Table 2).

The  hopane  composition  in  the  saturated  fraction  of  all 

 samples  is  characterized  by  the  presence  of  17α(H)21β(H), 

17β(H)21α(H)  and  17β(H)21β(H)  compounds  with  27–31 

 carbon atoms, with the exception of C

28

 homologues. In all 

 samples unsaturated C

27

 hop-17(21)-ene and C

30

 hop-17(21)-ene 

are  also  identified  (Table  3).  The  aromatic  hopanoids  are 

 represented by series of orphan aromatic hopanoids bearing 

an ethyl group at C-21. 

background image

63

PETROGRAPHIC AND BIOMARKER ANALYSIS OF XYLITE-RICH COAL (PANNONIAN BASIN, SERBIA)

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

The main precursors of hopanoids are prokaryotes, which 

were detected in much lower amounts in ferns, lichens, mosses 

and fungi. C

31

 17α(H)21β(H)22(R)-Hopane is the most abun-

dant hopanoid in the saturated fraction of all studied samples, 

except the pale yellow SXC from Kostolac and Kolubara where 

C

27

 17β(H)-22,29,30-trisnorhopane  and  C

27

  hop-17(21)-ene, 

respectively  predominates  hopane  distribution  (Table  3). 

Regarding  hopane  distribution,  pale  yellow  SXC  from  both 

basins differs mostly from other samples by having the lowest 

proportion  of  C

31

 17α(H)21β(H)22(R)-hopane  and  elevated 

proportions of C

27

 hop-17(21)-ene, C

27

 17β(H)-22,29,30-trisnor-

hopane, C

29

 17β(H)21β(H)-30-norhopane; C

30

 hop-17(21)-ene, 

C

30

 17α(H)21β(H)-hopane  and  C

30

 17β(H)21β(H)-hopane 

(Table 3). This result suggests a distinguished microbial com-

munity taking part in peatification of this SXC. The observed 

differences for pale yellow SXC, which were reflected through 

the highest content of bitumen (Table 1), highest proportion of 

short-chain n-alkanes and differences in aromatization degree 

of  di-  and  triterpenoids  (Table  2),  can  be  partly  related  to 

 differences in microbial communities.  

Prominent C

31

 17α(H)21β(H)22(R)-hopane is often reported 

in  low  rank  coals  (Stefanova  et  al.  2005b;  Vu  et  al.  2009)  

and  numerous  precursors  were  proposed  for  this  hopanoid 

 biomarker  (van  Dorselaer  et  al.  1975;  Killops  et  al.  1998; 

Thiel  et  al.  2003;  Pancost  et  al.  2007).  C

27

 17β(H)-  and  

C

29

 17β(H)21β(H)-hopanes could originate from heterotrophic 

bacteria,  chemoautotrophic  bacteria  and  methanotrophic 

 bacteria (Neunlist & Rohmer 1985; Duan et al. 2004; Bechtel 

et al. 2014; Mitrović et al. 2016). In addition to chemoauto-

trophic  bacteria  and  methanotrophic  bacteria,  cyanobacteria 

(Rohmer  et  al.  1984;  Yamada  et  al.  1997),  anaerobic,  sul-

phate-reducing (Wolff et al. 1992) and ammonium oxidizing 

bacteria  (Sinninghe  Damsté  et  al.  2004),  as  well  as  some 

eukaryotic  phyla  (e.g.,  ferns,  mosses;  Bottari  et  al.  1972; 

Wakeham  1990)  were  proposed  as  possible  sources  of  

C

30

 hop-17(21)-ene. Therefore, the absence of a clear relation-

ship between abundance of individual hopanoids and investi-

gated SXCs (with the exception of pale yellow SXC) can be 

related  to  the  mutual  origin  of  individual  hopanoids  from 

 different prokaryotes. 

The  ratio  of  saturated  to  aromatic  hopanoids  sharply 

increases  from  yellow  to  brown  and  black  Kolubara  SXCs, 

being > 1 in all sublithotypes with the exception of pale  yellow. 

On the other hand, in all Kostolac SXCs except brown SXC, 

aromatic hopanoids were somewhat more abundant than their 

saturated counterparts, resulting in a relatively uniform ratio 

of  saturated  to  aromatic  hopanoids  in  the  range  0.65 – 0.86 

(Table 2). This result can be attributed to a higher content of 

saturated hopanoids in the Kolubara than in the Kostolac Basin. 

Maceral composition of SXCs 

The observed differences in biomarker distributions of SXCs, 

related  to  difference  in  sources  and  diagenetic  alteration  of 

OM, are also reflected in petrographic characteristics. 

Maceral composition of SXCs from the Kolubara Basin

Huminite  macerals  predominate  in  all  SXCs  from  the 

Kolubara Basin (Fig. 8; Table 4). The content of total huminite 

macerals  increased  in  order:  black  SXC < brown  SXC < dark 

yellow  SXC < pale  yellow  SXC,  whereas  lipitinite  contents 

showed  the  opposite  tend.  Dark  yellow,  brown  and  black 

SXCs from the Kolubara Basin have relatively similar amounts 

of total inertinites, while pale yellow Kolubara SXC contained 

less of this maceral group. The content of total mineral matter 

showed  the following  trend: pale  yellow SXC < dark  yellow 

SXC < brown SXC < black SXC. Pronounced differences were 

observed  in  the  composition  of  huminite  group  macerals 

(Table 4). In yellow SXCs notable predominance of texitinite 

was  observed,  however  this  maceral  was  more  abundant  in 

pale yellow SXC. On the other hand ulminite prevailed among 

the  huminite  group  macerals  in  brown  and  black  SXC. As 

expected,  densinite  and  attrinite  were  present  in  xylite-rich 

sublithotypes in a low amount. The contents of both macerals 

increased  from  yellow  to  brown  and  black  SXC  (Table  4).  

The  content  of  gelinite  was  also  very  low,  showing  the 

increased trend from pale yellow to black SXC.  Content of 

corpohuminite was the highest in dark yellow SXC and the 

lowest in brown SXC (Table 4). 

Basin

Kolubara

Kostolac

SXC

Pale yellow Dark yellow

Brown

Black

Pale yellow Dark yellow

Brown

Black

C

27

 Hop-17(21)-ene

15.29

1.37

0.53

0.93

18.38

32.78

10.49

6.44

C

27

 17α(H)-Hopane

0.00

0.18

0.03

0.17

6.66

1.09

0.25

1.20

C

27

 17β(H)-Hopane

9.21

5.51

4.43

3.95

21.42

5.84

14.03

8.49

C

29

 17α(H)21β(H)-Hopane

7.71

1.41

1.82

1.81

13.08

2.44

7.40

3.21

C

30

 Hop-17(21)-ene

12.04

2.00

2.99

3.15

6.56

2.33

1.59

4.61

C

29

 17β(H)21α(H)-Hopane

12.05

3.19

3.35

4.54

1.74

6.12

13.77

9.55

C

30

 17α(H)21β(H)-Hopane

4.68

1.15

0.69

0.82

5.13

1.76

0.50

0.82

C

29

 17β(H)21β(H)-Hopane

2.29

0.30

0.71

0.86

0.41

0.47

5.64

0.36

C

30

 17β(H)21α(H)-Hopane

10.08

1.68

0.59

1.59

0.76

0.91

4.65

0.35

C

31

 17α(H)21β(H)22(R)-Hopane

6.81

74.56

77.02

73.63

17.45

35.68

24.66

51.32

C

30

 17β(H)21β(H)-Hopane

7.74

2.15

1.40

1.20

7.02

3.45

2.45

3.20

C

31

 17β(H)21α(H)-Hopane

7.87

6.32

6.36

7.31

0.06

6.67

13.91

10.18

C

31

 17β(H)21β(H)-Hopane

4.23

0.18

0.08

0.04

1.33

0.46

0.66

0.27

Table 3: Relative proportions (%) of individual hopanoids calculated from mass chromatograms m/z 191.

background image

64

ĐOKOVIĆ, MITROVIĆ, ŽIVOTIĆ, BECHTEL, SACHSENHOFER and STOJANOVIĆ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

Fig. 8. Photomicrographs of typical macerals for pale yellow SXC (a–b); dark yellow SXC (c–d); brown SXC (e–f); black SXC (g–h) in 

normal light (a, c, e, g) and UV light (b, d, f, h). Te — Textinite; Ul — Ulminite.

background image

65

PETROGRAPHIC AND BIOMARKER ANALYSIS OF XYLITE-RICH COAL (PANNONIAN BASIN, SERBIA)

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

Brown and black SXCs are characterized by predominance 

of  suberinite  among  the  liptinite  maceral  group  (Table  4).  

In  yellow  SXCs  resinite  prevailed  over  liptodetrinite,  while 

brown and black SXCs showed the opposite trend.  

Black  SXC  is  characterized  by  predominance  of  inerto-

detrinite  and  funginite  among  the  inertinite  group  macerals 

(Table 4). In brown SXC the prevalence of funginite, followed 

by fusinite was observed. In pale yellow SXC, which gene-

rally contained a very low content of inertinites, inertodetrinite 

was the most abundant inertinite maceral. 

Maceral composition of SXCs from the Kostolac Basin

Huminite macerals predominate in SXCs from the Kostolac 

Basin (Fig. 8; Table 4). The content of total huminite macerals 

increased in order: black SXC < brown SXC < dark yellow SXC 

< pale  yellow  SXC.  Xylite  sublithotypes  from  the  Kostolac 

Basin  have  uniform  lipitinite  contents,  whereas  inertinite 

 content increased in order: pale yellow < dark yellow < brown  

< black. The  content  of  total  mineral  matter  enlarged  in  the 

same order as inertines indicating partly allochthonous origin 

of  inertinite  macerals.  Texitinite  was  predominant  huminite 

maceral in yellow SXCs, whereas ulminite prevailed among 

the huminite group macerals in brown and particularly black 

SXC. The contents of densinite, attrinite and gelinite increased 

from yellow to brown and black SXC (Table 4). The content of 

corpohuminite is comparable in all SXCs from the Kostolac 

Basin with the exception of brown SXC, which has obviously 

a lower amount of this maceral (Table 4).  

Resinite  is  the  most  abundant  liptinite  group  maceral  in 

 yellow SXCs, while suberinite prevailed in brown and black 

SXCs.  Inertodetrinite  is  the  predominant  inertinite  maceral 

group in yellow SXCs, whereas brown and black SXCs are 

characterized by prevalence of funginite. 

Comparison of maceral compositions of SXCs from the 

 Kolubara and Kostolac Basin and their relationship with 

biomarker assemblages  

Based on the data given in previous two chapters we can 

conclude that same individual SXCs (pale yellow, dark yellow, 

brown  and  black)  from  both  basins  generally  have  similar 

maceral composition among itself (Table 4). 

The  content  of  total  huminites  increased  in  the  order:  

black SXC < brown SXC < dark yellow SXC < pale yellow SXC, 

whereas inertinite content showed the opposite trend in both 

basins. The  content  of  total  mineral  matter  increased  in  the 

following order: pale yellow SXC < dark yellow SXC < brown 

SXC < black SXC in both basins, and amount of mineral mat-

ter was almost equal in the same individual SXCs (Table 4). 

Basin

Kolubara

Kostolac

SXC

Pale yellow

Dark yellow

Brown

Black

Pale yellow

Dark yellow

Brown

Black

Textinite

91.2

76.1

41.4

23.4

81.8

65.7

49.2

9.5

Ulminite

0.8

6.8

42.0

48.5

5.4

19.3

33.3

64.4

Attrinite

0.8

1.8

3.4

4.0

0.8

1.0

2.4

2.8

Densinite

0.3

1.8

2.8

5.4

2.4

2.2

4.2

7.5

Gelinite

0.3

0.8

1.8

3.4

0.8

1.0

1.2

1.2

Corpohuminite

5.1

7.8

3.8

5.5

5.2

5.6

3.4

5.4

Total huminite

98.6

95.1

95.1

90.2

96.4

94.9

93.6

90.7

Sporinite

0.3

0.4

0.2

2.0

0.2

0.4

0.4

0.6

Cutinite

0.0

0.0

0.2

0.4

0.0

0.0

0.0

0.0

Resinite

0.3

0.4

0.2

0.4

2.4

1.6

0.4

0.4

Suberinite

0.0

0.4

0.8

2.4

0.4

0.0

1.1

1.4

Liptodetrinite

0.0

0.2

0.6

0.7

0.0

0.4

0.6

0.8

Total liptinite

0.6

1.5

2.1

5.9

3.0

2.4

2.5

3.2

Fusinite

0.0

0.6

1.0

0.4

0.0

0.2

0.8

0.4

Semifusinite

0.3

1.1

0.4

0.4

0.0

0.6

0.8

0.4

Macrinite

0.0

0.2

0.0

0.0

0.0

0.0

0.2

0.0

Funginite

0.0

0.4

1.2

1.4

0.2

0.8

1.2

2.8

Inertodetrinite

0.5

1.0

0.2

1.6

0.4

1.0

0.8

2.4

Total inertinite

0.8

3.4

2.8

3.9

0.6

2.7

3.9

6.0

Mineral matter

3.2

4.3

4.5

8.0

3.1

4.2

4.8

7.4

Textinite/Ulminite

110.38

11.20

0.99

0.48

15.25

3.40

1.48

0.15

Resinite/Liptodetrinite

N.D.

2.00

0.33

0.67

N.D.

3.75

0.67

0.57

Resinite/Suberinite

N.D.

1.00

0.25

0.18

5.75

N.D.

0.40

0.31

TPI

49.47

16.81

10.79

5.38

20.81

17.06

10.06

5.77

GI

0.07

0.21

1.06

2.01

0.16

0.41

0.76

4.27

ΣG (vol. %)

6.13

14.41

35.58

45.03

11.17

21.09

29.64

54.70

TPI — Tissue Preservation Index = (Textinite + Ulminite + Corpohuminite + Fusinite) / (Attrinite + Densinite + Gelinite + Inertodetrinite) (Diessel 1986, adopted by Kalkreuth et 

al. 1991 and Bechtel et al. 2003b); GI — Gelification Index = (Ulminite + Corpohuminite + Densinite + Gelinite) / (Textinite + Attrinite + Total inertinite) (Diessel 1986, adopted 

by  Kalkreuth  et  al.  1991  and  Bechtel  et  al.  2003b);  ΣG = Gelinite + Corpohuminite + 0.67  (Ulminite + Densinite),  mineral  matter-free  basis  (Bielowicz  2013);  

N.D. — Not determined, due to the absence of liptodetrinite or sporinite. 

Table 4: The maceral composition of SXCs based on mineral matter-free (vol. %) and values of petrographic indices.

background image

66

ĐOKOVIĆ, MITROVIĆ, ŽIVOTIĆ, BECHTEL, SACHSENHOFER and STOJANOVIĆ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

This result suggests that clastic material is rather associated 

with black and brown than with yellow SXCs.  

Regarding the composition of huminite group macerals, in 

accordance  with  the  published  data,  SXCs  differ  by  the 

 textinite/ulminite ratio which sharply decreased in the order: 

pale yellow SXC > dark yellow SXC > brown SXC > black SXC 

(Table  4).  Textinite  showed  moderate  positive  correlation  

with content of total diterpenoids and triterpenoids with ursane 

and lupane skeleton, whereas ulminite negatively correlated 

with mentioned biomarkers (Table 5). The contents of densi-

nite,  attrinite  and  gelinite  increased  from  yellow  to  brown   

and black SXC in both basins. Attrinite and gelinite showed 

negative  correlation  with  the  content  of  total  diterpenoids, 

 sesquiterpenoids and triterpenoids having ursane and lupane 

skeleton, whereas positive correlations were observed between 

these  macerals  and  contents  of  n-alkanes  (particularly,  

C

26

– C

33

 long-chain homologues) and hopanoids. The obtained 

result  suggests  a  higher  contribution  of  epicutilar  waxes  to 

brown  and  black  SXCs  and  more  intense  gelification  

induced  by  microorganisms.  The  content  of  corpohuminite 

showed  the  same  increasing  trend  in  both  basins:  brown 

SXC < pale   yellow  SXC < black SXC < dark  yellow  SXC. 

Corpohuminite positively correlated with triterpenoids, parti-

cularly  those  with  oleanane  skeleton,  indicating  a  more 

 pronounced  contribution  of  certain  angiosperm  families  to 

dark yellow SXC.   

Although the content of total liptinites did not show a clear 

relationship  with  individual  SXCs,  probably  due  to  the  low 

content of this maceral group in all samples, some differences 

are  observed  in  abundance  of  particular  liptinite  macerals. 

Brown and black SXCs are characterized by predominance of 

suberinite among the liptinite maceral group (Table 4). A typi-

cal feature of yellow SXCs is the prevalence of resinite over 

liptodetrinite, while brown and black SXCs showed the oppo-

site trend in both basins. Consequently, regarding the compo-

sition of liptinite macerals, SXCs mostly differ according to 

resinite/liptodetrinite and resinite/suberinite ratios, which are 

higher  in  yellow  than  in  brown  and  black  SXCs  (Table  4). 

Resinite showed significant positive correlation with content 

of  diterpenoids  and  negative  correlation  with  content  of  

n-alkanes, particularly long-chain n-alkanes (C

26

-C

33

), whereas 

liptodetrinite and suberinite showed the opposite correlations 

(Table  5).  Therefore,  it  can  be  supposed  that  decrease  of 

 resinite/liptodetrinite  and  resinite/suberinite  ratios  reflect  

that  change  in  colour  from  pale-  and  dark  yellow  to  brown  

and  black  of  SXC  is  followed  by  reduced  contribution  of 

 conifer resinous material and increased impact of epicuticular 

waxes. A low contribution of epicuticular waxes to pale  yellow 

SXC  has  already  been  assumed  based  on  lower  CPI  values 

(Table 2). 

No clear relationship between contents of individual inerti-

nite macerals and sublithotypes was observed, with the excep-

tion of funginite the content of which increased in the order: 

pale yellow SXC < dark yellow SXC < brown SXC < black SXC 

in both basins (Table 4). The absence of relationships between 

contents of individual inertinite macerals and xylite sublitho-

type could be attributed to heterogeneity (Borrego et al. 1997, 

2000) and possible allochthonous origin of inertinite macerals 

(O’Keefe et al. 2013). 

The change in colour of SXC from pale- and dark yellow to 

brown  and  black  is  followed  by  variations  in  the  values  of 

maceral  indices,  Tissue  Preservation  Index  (TPI)  and 

Gelification Index (GI) (Diessel 1986, adopted by Kalkreuth 

et al. 1991 and Bechtel et al. 2003b) (Table 4). TPI decreased 

in  order  pale  yellow  SXC > dark  yellow  SXC > brown  SXC  

> black SXC, while GI, as expected, showed the opposite trend 

in both basins (Table 4). Negative correlation between TPI and 

content  of  oleanane  derivatives,  accompanied  by  positive 

 correlation between TPI and content of non-hopanoid triter-

penoids with lupane skeleton (Table 5), indicates that greater 

tissue preservation in yellow than in brown and black SCXs, 

in part can be attributed to elevated content of Betulacea tissue 

which is characterized by relatively high tree density, being 

therefore resistant to degradation.

r – Correlation coefficient 

Tex.

Ulm.

Attr.

Gel. Corpohum.

Res.

Sub. 

Liptodetr.

TPI

Total diterpenoids 

0.68

− 0.69

− 0.72

− 0.50

0.15

0.81

− 0.50

− 0.81

0.44

Total non-hopanoid triterpenoids 

0.50

− 0.52

− 0.44

− 0.57

0.59

− 0.33

− 0.43

− 0.52

0.65

Total sesquiterpenoids 

0.56

− 0.51

− 0.63

− 0.68

− 0.39

0.30

− 0.52

− 0.48

0.43

Total steroids 

− 0.51

0.53

0.40

0.09

− 0.44

− 0.29

0.49

0.50

− 0.47

Total hopanoids 

− 0.32

0.24

0.67

0.69

0.40

− 0.41

0.58

0.30

− 0.53

Total n-alkanes 

− 0.11

0.08

0.53

0.39

0.03

− 0.74

0.45

0.11

− 0.05

Total oleanane derivatives 

0.18

− 0.23

− 0.16

− 0.37

0.68

− 0.44

− 0.13

− 0.20

− 0.79

Total ursane derivatives 

0.70

− 0.69

− 0.71

− 0.69

0.40

− 0.03

− 0.69

− 0.72

0.48

Total lupane derivatives 

0.63

− 0.64

− 0.51

− 0.61

0.46

− 0.28

− 0.52

− 0.65

0.79

C

14

 – C

20

 n-alkanes

0.71

− 0.71

− 0.41

− 0.45

0.35

− 0.25

− 0.46

− 0.73

0.94

C

21

 – C

25

 n-alkanes

0.11

− 0.15

0.33

0.34

0.15

− 0.49

0.35

− 0.17

0.36

C

26

 – C

33

 n-alkanes

− 0.53

0.49

0.85

0.67

− 0.10

− 0.75

0.75

0.54

− 0.89

Tex. — Textinite; Ulm. — Ulminite; Attr. — Attrinite; Gel. — Gelinite; Corpohum. — Corpohuminite; Res — Resinite; Sub. — Suberinite; Liptodetr. — Liptodetrinite; 

TPI — Tissue Preservation Index = (Textinite + Ulminite + Corpohuminite + Fusinite) / (Attrinite + Densinite + Gelinite + Inertodetrinite) (Diessel 1986, adopted by Kalkreuth et 

al. 1991 and Bechtel et al. 2003b). The limiting value of r for significance level (p) of 95 % is 0.70 (Davis 2002).

Table 5: Correlations between contents of selected macerals (based on mineral matter-free, vol. %) and contents of biomarkers (μg/g TOC

according to Pearson test. 

background image

67

PETROGRAPHIC AND BIOMARKER ANALYSIS OF XYLITE-RICH COAL (PANNONIAN BASIN, SERBIA)

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

Conclusions

The petrographic composition and biomarker assemblages 

of  four  SXCs  (pale  yellow,  dark  yellow,  brown  and  black) 

originating from the most important lignite basins in Serbia 

were studied. 

All the samples are dominated by diterpenoids, followed by 

non-hopanoid triterpenoids and n-alkanes. Other hydrocarbon 

constituents  of  bitumen  are  hopanoids,  sesquiterpenoids, 

 steroids  and  isoprenoids.  The  proportions  of  diterpenoids 

decrease  in  the  following  order:  pale  yellow  SXC > dark 

 yellow SXC > brown SXC > black SXC, whereas proportions 

of all other biomarkers increase in the opposite trend, with the 

exception of  sesquiterpenoids which  showed  slightly higher 

proportions in brown than in black SXC from both basins. 

Distributions of biomarkers indicate that the contribution of 

arboreal  vegetation  vs.  impact  of  herbaceous  peat-forming 

plants decreased in the order: pale yellow SXC > dark yellow 

SXC > brown SXC > black SXC, which resulted in reduction of 

tissue preservation. Conifers contributed significantly to the 

organic matter of all samples and predominated over angio-

sperms.  Input  of  gymnosperm  vs.  angiosperm  vegetation 

decreased  from  yellow  to  brown  and  black  SXC.  From  the 

identified sesqui- and diterpenoids, a predominant role of the 

conifer  families  Cupressaceae,  Taxodiaceae  and  Pinacea  is 

concluded  in  all  samples.  Distribution  of  non-hopanoid  tri-

terpenoids indicates that the input of plants from the Betulacea 

family decreased from yellow to brown and black SXCs. 

The ratio of short-chain (C

14 

– C

20

) to long-chain (C

26 

– C

33

n-alkanes  decreased  in  the  order:  pale  yellow  SXC > dark 

 yellow  SXC > brown  SXC > black  SXC.  In  addition,  pale 

 yellow  SXC  from  both  basins  showed  the  lowest  Carbon 

Preference Index (CPI) values. These results imply the lower 

input of fatty acids from epicuticular waxes, since these acids 

predominantly  contain  even  numbers  of  carbon  atoms  in 

a molecule and by decarboxylation produce odd-carbon-atom 

n-alkanes.  The  lower  contribution  of  epicuticular  waxes  to 

pale yellow SXC is also confirmed by the lowest content of 

liptinite macerals and total n-alkanes in this sublithotype. 

Regarding hopanoid distribution, pale yellow SXC differs 

mostly  from  other  SXCs  having  the  lowest  proportion  of  

C

31

 17α(H)21β(H)22(R)-hopane. Differences in hopane distri-

bution, bitumen content, proportion of short-chain n-alkanes 

and degree of aromatization of di- and triterpenoids indicate 

that  pale  yellow  SXC  differs  from  other  studied  samples, 

mostly because of strong OM alteration caused by microbial 

communities. 

The observed differences in precursor OM and diagenetic 

transformations are also reflected in petrographic characteris-

tics. The content of total huminite macerals increases in the 

order:  black  SXC < brown  SXC < dark  yellow  SXC < pale 

 yellow SXC, whereas contents of total liptinite and inertinite 

macerals showed the opposite trend. The predominant humi-

nite macerals in all SXCs are textinite or ulminite. SXCs differ 

according to the textinite/ulminite ratio which notably decrea-

sed  in  the  order:  pale  yellow > dark  yellow > brown > black. 

Regarding  the  composition  of  liptinite  macerals,  the  SXCs 

mostly differ according to resinite/liptodetrinite and resinite/

suberinite ratios, reflecting the contribution of well preserved 

woody  material,  including  lignin  tissue  vs.  the  impact  of 

 epicuticular waxes. These ratios are higher in yellow than in 

brown and black SXC. 

Acknowledgements: The study was financed by the Ministry 

of Education, Science and Technological Development of the 

Republic of Serbia (Projects 176006 and 451-03-01039/2015-

09/05) and Österreichischer Austauschdienst (OeAD) (Project 

No. SRB 18/2016) which are gratefully acknowledged. We are 

also grateful to the anonymous reviewers. 

References

Bechtel A., Sachsenhofer R.F., Gratzer R., Lücke A. & Püttmann W. 

2002: Parameters determining the carbon isotopic composition 

of  coal  and  fossil  wood  in  the  Early  Miocene  Oberdorf  

lignite  seam  (Styrian  Basin,  Austria).  Org. Geochem. 33, 8, 

1001–1024.

Bechtel A., Gruber W., Sachsenhofer R.F., Gratzer R., Lücke A. & 

Püttmann W. 2003a: Depositional environment of the Late Mio-

cene  Hausruck  lignite  (Alpine  Foreland  Basin):  insights  from 

petrography, organic geochemistry, and stable carbon isotopes. 

Int. J. Coal Geol. 53, 3, 153–180.

Bechtel A., Sachsenhofer R.F., Markic M., Gratzer R., Lücke A. & 

Püttmann  W.  2003b:  Paleoenvironmental  implications  from 

 biomarker  and  stable  isotope  investigations  on  the  Pliocene 

 Velenje  lignite  seam  (Slovenia).  Org. Geochem. 34, 9, 

 

1277–1298.

Bechtel A., Reischenbacher A., Sachsenhofer R.F., Gratzer R., Lücke 

A. & Püttmann W. 2007: Relations of petrographical and geo-

chemical  parameters  in  the  middle  Miocene  Lavanttal  lignite 

(Austria). Int. J. Coal Geol. 70, 4, 325–349.

Bechtel A., Karayiğit A.I., Sachsenhofer R.F., İnaner H., Christanis 

K. & Gratzer R. 2014: Spatial and temporal variability in vege-

tation and coal facies as reflected by organic petrological and 

geochemical  data  in  the  Middle  Miocene  Çayirhan  coal  field 

(Turkey). Int. J. Coal Geol. 134–135, 46–60. 

Bielowicz B. 2013: Petrographic composition of Polish lignite and its 

possible use in a fluidized bed gasification process. Int. J. Coal 

Geol. 116–117, 236–246.

Borrego A.G., Alvarez D. & Menéndez R. 1997: Effects of Inertinite 

Content  in  Coal  on  Char  Structure  and  Combustion.  Energy 

 Fuels 11, 3, 702–708.

Borrego A.G., Marbán G., Alonso M.J.G., Álvarez D. & Menéndez R. 

2000: Maceral Effects in the Determination of Proximate Vola-

tiles in Coals. Energy Fuels 14, 1, 117–126.

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

triterpenoid  hydrocarbons  from  ferns.  Phytochemistry 11, 8, 

2519–2523.

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

recognition of source beds. Geochim. Cosmochim. Acta 22, 1, 

2–15.

Davis J. 2002: Statistics and Data Analysis in Geology, 3

rd

 Edition. 

John Wiley & Sons, Inc. New York, 1–638.

Diessel  C.F.K.  1986:  On  the  correlation  between  coal  facies  and 

 depositional  environments.  In:  20

th

  Newcastle  Symposium  on 

“Advances in the Study of the Sydney Basin”: Publ., 246, Proc., 

1986.  Department of Geology, University of Newcastle

 Australia, 19–22.

background image

68

ĐOKOVIĆ, MITROVIĆ, ŽIVOTIĆ, BECHTEL, SACHSENHOFER and STOJANOVIĆ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

Dimitrijević  M.D.  (Ed.)  2000:  Geological  Atlas  of  Serbia  No-14. 

 Metallogenic map and map of ore formations. Ministry of  Mining 

and Energy, Republic of Serbia, Belgrade (in Serbian). 

Duan Y., Wu B., Zheng G., Zhang H. &

 

Zheng C. 2004: 

 

The specific 

carbon isotopic compositions of branched and cyclic hydrocar-

bons from Fushun oil shale. Chin. Sci. Bull. 49, 4, 369–373.

Dzou L.I.P., Noble R.A. & Senftle J.T. 1995: Maturation effects on 

absolute biomarker concentration in a suite of coals and asso-

ciated vitrinite concentrates. Org. Geochem. 23, 7, 681–697.

Edress N. 2007: Coalification, Coal Facies and Depositional Environ-

ment  of  the  9

th

 to 12

th

  Coal  Seams  of  the  Jan  Šverma  Mine 

Group,  Lampertice  Member  (Intra-Sudetic  Basin,  Czech 

 Republic) from the View Point of Coal Petrology. ICCP News 

41, 23–24.

Ercegovac  M.  1989:  Micropetrographic  composition  of  coal  from 

Stanari  with  special  emphasis  on  the  content  of  xylite  and 

 features of briquetting. Bulletin of Mines 28, 28–37 (in Serbian 

with English abstract). 

Ercegovac M. & Pulejković D. 1991: Petrographic Composition and 

Coalification  Degree  of  Coal  in  the  Kolubara  Coal  Basin. 

 Annales Geol. de la penin. Balkanique 55, 2, 223–239. 

Fabiańska M.J. & Kurkiewicz S. 2013: Biomarkers, aromatic hydro-

carbons  and  polar  compounds  in  the  Neogene  lignites  and 

gangue  sediments  of  the  Konin  and  Turoszów  Brown  Coal 

 Basins (Poland). Int. J. Coal Geol. 107, 24–44. 

Faure P., Landais P. & Griffault L. 1999: Behavior of organic matter 

from  Callovian  shales  during  low-temperature  air  oxidation. 

Fuel 78, 13, 1515–1525. 

Feller  C.,  Brossard  M.,  Chen  Y.,  Landa  E.R.  &  Trichet  J.  2010: 

 Selected  pioneering  works  on  humus  in  soils  and  sediments 

during the 20th century: A retrospective look from the Interna-

tional Humic Substances Society view. Phys. Chem. Earth 35, 

15-18, 903–912. 

Ficken  K.J.,  Li  B.,  Swain  D.L.  &  Eglinton  G.  2000: An  n-alkane 

proxy  for  the  sedimentary  input  of  submerged/floating  fresh-

water aquatic macrophytes. Org. Geochem. 31, 7–8, 745–749.

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

Tocopherols as likely precursors of pristane in ancient sediments 

and crude oils. Nature 312, 440–442.

Haberer  M.R.,  Mangelsdorf  K.,  Wilkes  H.  &  Horsfield  B.  2006: 

 Occurrence  and  palaeoenvironmental  significance  of  aromatic 

hydrocarbon biomarkers in Oligocene sediments from the  Mallik 

5L-38  Gas  Hydrate  Production  Research Well  (Canada).  Org. 

Geochem. 37, 5, 519–538.

Hayek E.W.H., Jordis U., Moche W. & Sauter F. 1989: A bicentennial 

of betulin. Phytochemistry 28, 9, 2229–2242.

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

 dibenzothiophene  to  phenanthrene  and  pristane  to  phytane  

as  indicators  of  depositional  environment  and  lithology  of 

 petroleum  source  rocks.  Geochim. Cosmochim. Acta 59, 17, 

3581–3598.

International  Committee  for  Coal  Petrology  (ICCP)  1993:  http://

www.iccop.org/documents/1993-iccp-international-handbook-

of-coal-petrography-3rd-suppl-to-2nd-ed-pdf.pdf  (last  accessed 

November 28, 2017).

International Committee for Coal Petrology (ICCP) 2001: The new 

inertinite  classification  (ICCP  System  1994).  Fuel 80, 4, 

 

459–471.

ISO 7404-3 2009: Methods for the Petrographic Analysis of Coals 

— Part 3: Method of Determining Maceral Group Composition. 

International Organization for Standardization, Geneva, 

 Switzerland, 1–7. 

Jacob H. 1961: Die Petrographische Bestimmung das Xylitgehaltes 

von Weichbraunkohlen. Geol. Jahrb. 79, 145–172.

Jelenković R., Kostić A., Životić D. & Ercegovac M. 2008: Mineral 

resources of Serbia. Geol. Carpath. 59, 4, 345–361.

Kalkreuth  W.,  Kotis  T.,  Papanicolaou  C.  &  Kokkinakis  P.  1991:  

The  geology  and  coal  petrology  of  a  Miocene  lignite  profile  

at  Meliadi  Mine  Katerini,  Greece.  Int. J. Coal Geol. 17, 1,  

51–67.

Kalkreuth W., Keuser C., Fowler M., Li M., McIntyre D., Püttmann 

W. & Richardson R., 1998: The petrology, organic geochemistry 

and  palynology  of  Tertiary  age  Eureka  Sound  Group  coals, 

 Arctic Canada. Org. Geochem. 29, 1–3, 799–809.

Kezović M. 2011: Coal bearing in Kolubara basin. The Journal of  

the Public Enterprise Electric Power Industry of Serbia 64,  

154–163 (in Serbian with English abstract).

Killops  S.D.,  Raine  J.I.,  Woolhouse  A.D.  &  Weston  R.J.  1995: 

 Chemostratigraphic  evidence  of  higher-plant  evolution  in  

the   Taranaki  Basin,  New  Zealand.  Org. Geochem. 23, 5, 

 429–445. 

Killops  S.D.,  Funnell  R.H.,  Suggate  R.P.,  Sykes  R.,  Peters  K.E., 

 Walters  C.C.,  Woolhouse  A.D.,  Weston  R.J.  &  Boudou  J.-P. 

1998: Predicting generation and expulsion of paraffinic oil from 

vitrinite-rich coals. Org. Geochem. 29, 1-3, 1–21.

Killops  S.,  Cook  R.,  Raine  J.,  Weston  R.  &  Woolhouse  T.  2003:  

A  tentative  New  Zealand  chemostratigraphy  for  the  Jurassic–

Cretaceous based on terrestrial plant biomarkers. New Zealand 

J. Geol. Geophys. 46, 1, 63–77. 

Kwiecińska  B.  &  Wagner  M.  1997:  Classification  of  Qualitative 

 Features  of  Brown  Coal  from  Polish  Deposits  according  to 

 Petrographical,  Chemical  and  Technological  Criteria.  Wydaw-

nictwo Centrum PPGSMiE PAN, Kraków, 1–87 (in Polish with 

English summary).

Markic M. & Sachsenhofer R.F. 1997: Petrographic composition and 

depositional environments of the Pliocene Velenje lignite seam 

(Slovenia). Int. J. Coal Geol. 33, 3, 229–254.

Marynowski L. & Wyszomirski P. 2008: Organic geochemical evi-

dences  of  early  diagenetic  oxidation  of  the  terrestrial  organic 

matter during the Triassic arid and semi arid climatic conditions. 

Appl. Geochem. 23, 9, 2612–2618.

Marynowski L., Szełęg E., Jędrysek M.O. & Simoneit B.R.T. 2011: 

Effects  of  weathering  on  organic  matter:  II.  Fossil  wood 

 weathering and implications for organic geochemical and petro-

graphic studies. Org. Geochem. 42, 9, 1076–1088.

Meyers P.A. & Ishiwatari R. 1993: Lacustrine organic geochemistry 

an  overview  of  indicators  of  organic  matter  sources  and  dia-

geneses in lake sediments. Org. Geochem. 20, 7, 867–900.

Mitrović  D.,  Đoković  N.,  Životić  D.,  Bechtel  A,  Šajnović  A.  & 

 Stojanović  K.  2016:  Petrographical  and  organic  geochemical 

study of the Kovin lignite deposit, Serbia. Int. J. Coal Geol. 168, 

80–107.

Nakamura  H.,  Sawada  K.  &  Takahashi  M.  2010:  Aliphatic  and 

 aromatic  terpenoid  biomarkers  in  Cretaceous  and  Paleogene 

 angiosperm fossils from Japan. Org. Geochem. 41, 9, 975–980.

Neunlist S. & Rohmer M. 1985: Novel hopanoids from the methylo-

trophic  bacteria  Methylococcus capsulatus and  Methylomonas 

methanica.  (22S)-35-aminobacteriohopane-30,31,32,33,34- pentol 

and  (22S)-35-amino-3β-methylbacteriohopane-30,31,32,33,34- 

pentol. Biochem. J. 231, 3, 635–639.

Nott C.J., Xie S., Avsejs L.A., Maddy D., Chambers F.M. & Evershed 

R.P. 2000: n-Alkane distributions in ombrotrophic mires as indi-

cators  of  vegetation  change  related  to  climate  variation.  Org. 

Geochem. 31, 2-3, 231–235.

O’Keefe J.M.K., Bechtel A., Christanis K., Dai S., Di Michele W.A., 

Eble C.F., Esterle J.S., Mastalerz M., Raymond A.L., Valentim 

B.V., Wagner N.J., Ward C.R. & Hower J.C. 2013: On the funda-

mental difference between coal rank and coal type. Int. J. Coal 

Geol. 118, 58–87. 

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

systematic markers in extant conifers – a review. Bot. Rev. 67, 2, 

141–238.

background image

69

PETROGRAPHIC AND BIOMARKER ANALYSIS OF XYLITE-RICH COAL (PANNONIAN BASIN, SERBIA)

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

Otto A.  &  Simoneit  B.R.T.  2002:  Biomarkers  of  Holocene  buried 

 conifer  logs  from  Bella  Coola  and  North  Vancouver,  British 

 Columbia, Canada. Org. Geochem. 33, 11, 1241–1251.

Otto A., Walther H. & Püttmann W. 1997: Sesqui- and diterpenoid 

biomarkers preserved in Taxodium-rich Oligocene oxbow lake 

clays,  Weisselster  Basin,  Germany.  Org. Geochem. 26, 1–2, 

105–115.

Pancost R.D., Steart D.S., Handley L., Collinson M.E., Hooker J.J., 

Scott A.C.,  Grassineau  N.V.  &  Glasspool  I.J.  2007:  Increased 

terrestrial  methane  cycling  at  the  Palaeocene–Eocene  thermal 

maximum. Nature 449, 332–336. 

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

Guide  Vol.  2:  Biomarkers  and  Isotopes  in  the  Petroleum 

 Exploration  and  Earth  History.  Cambridge University Press

Cambridge, 475–1155.

Pickel W.,  Kus  J.,  Flores  D.,  Kalaitzidis  S.,  Christanis  K.,  Cardott 

B.J., Misz-Kennan M., Rodrigues S., Hentschel A., Hamor-Vido 

M., Crosdale P., Wagner N. 2017: Classification of liptinite — 

ICCP System 1994. Int. J. Coal Geol. 169, 40–61. 

Philp R.P. 1985: Fossil Fuel Biomarkers: Applications and Spectra. 

Methods in Geochemistry and Geophysics. Elsevier, Amsterdam, 

1–294.

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

group type determination by automated medium pressure liquid 

chromatography. Anal. Chem. 52, 3, 406–411.

Regnery  J.,  Püttmann  W.,  Koutsodendris A.,  Mulch A.  &  Pross  J. 

2013:  Comparison  of  the  paleoclimatic  significance  of  higher 

land  plant  biomarker  concentrations  and  pollen  data:  a  case 

study of lake sediments from the Holsteinian interglacial. Org. 

Geochem. 61, 73–84.

Reichl C., Schatz M. & Zsak G. 2016: World-Mining-Data, vol. 31, 

Minerals  Production,  Vienna,  Federal Ministry of Science, 

 Research and Economy, Vienna, 1–248.

Rohmer M., Bouvier-Nave P. & Ourisson G. 1984: Distribution of 

hopanoid  triterpenes  in  prokaryotes.  J. Gen. Microbiol. 130, 

1137–1150.

Schmid  S.,  Bernoulli  D.,  Fugenschuh  B.,  Matenco  L.,  Schefer  S., 

Schuster R., Tischler M. & Ustaszewski K. 2008: The Alpine- 

Carpathian-Dinaridic orogenic system: correlation and evolution 

of tectonic units. Swiss J. Geosci. 101, 139–183.

Sinninghe  Damsté  J.S.,  Rijpstra  W.I.C.,  Schouten  S.,  Fuerst  J.A., 

 Jetten M.S.M. & Strous M. 2004. The occurrence of hopanoids 

in planctomycetes: Implications for the sedimentary biomarker 

record. Org. Geochem. 35, 5, 561–566.

Stefanova M,. Markova K., Marinov S. & Simoneit, B.R.T. 2005a: 

Biomarkers  in  the  fossils  from  the  Miocene-aged  Chukurovo 

 lignite, Bulgaria: sesqui- and diterpenoids. Bull. Geosci. 80, 1, 

93–97.

Stefanova M., Markova K., Marinov S. & Simoneit B. R.T. 2005b: 

Molecular indicators for coal-forming vegetation of the Miocene 

Chukurovo lignite, Bulgaria. Fuel 84, 14-15, 1830–1838. 

Stojanović K., Životić D., Šajnović A., Cvetković O., Nytoft H.P. & 

Scheeder G. 2012: Drmno lignite field (Kostolac Basin, Serbia): 

origin and palaeoenvironmental implications from petrological 

and  organic  geochemical  studies.  J. Serb. Chem. Soc. 77, 8, 

1109–1127.

Stout S. 1992: Aliphatic and aromatic triterpenoid hydrocarbons in 

a Tertiary angiospermous lignite. Org. Geochem. 18, 1, 51–66. 

Suárez-Ruiz I., Flores D., Mendonça Filho J.G. & Hackley P.C. 2012: 

Review and update of the applications of organic petrology: Part 

1, geological applications. Int. J. Coal Geol. 99, 54–112. 

Sykorova I., Pickel W., Christanis K., Wolf M., Taylor G.H. & Flores, 

D. 2005: Classification of huminite-ICCP System 1994. Int. J. 

Coal Geol. 62, 1-2, 85–106.

Taylor G.H., Teichmüller M., Davis A., Diessel C.F.K., Littke R. & 

Robert  P.  1998:  Organic  Petrology.  Gebrüder Borntraeger

 Berlin,  1–704.

ten Haven H.L., 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.

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, 1, 81–87.

van Aarssen B.G.K., Cox H.C., Hoogendoorn P. & de Leeuw J.W. 

1990: A cadinene biopolymer in fossil and extant dammar resins 

as  a  source  for  cadinanes  and  bicadinanes  in  crude  oils  from 

South East Asia. Geochim. Cosmochim. Acta 54, 11, 3021–3031.

van Dorselaer A., Albrecht P. & Connan J. 1975: Changes in compo-

sition  of  polycyclic  alkanes  by  thermal  maturation  (Yallourn 

Lignite, Australia). In: Campus R. & Goñi J. (Eds.): Advances in 

Organic Geochemistry. Enadimsa, Madrid, 53–59.

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

gical markers. In: Johns, R.B. (Ed.): Biological Markers in the 

Sedimentary Record. Elsevier, Amsterdam, 1–42.

Vu  T.T.A.,  Zink  K.-G.,  Mangelsdorf  K.,  Sykes  R.,  Wilkes  H.  & 

 Horsfield  B.  2009:  Changes  in  bulk  properties  and  molecular 

compositions within New Zealand Coal Band solvent extracts 

from  early  diagenetic  to  catagenetic  maturity  levels.  Org. 

 Geochem. 40, 9, 963–977.

Wakeham S.G. 1990: Algal and bacterial hydrocarbons in particulate 

material and interfacial sediment of the Cariaco Trench. Geochim. 

Cosmochim. Acta 54, 5, 1325–1336.

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

hydrocarbons in Recent lake sediments. II. Compounds derived 

from  biological  precursors  during  early  diagenesis.  Geochim. 

Cosmochim. Acta 44, 3, 415–429.

Wolff  G.A.,  Ruskin  N.  &  Marshall  J.D.  1992:  Biogeochemistry  of 

an  early  diagenetic  concretion  from  the  Birchi  Bed  (L.  Lias,  

W. Dorset, U.K.). Org. Geochem. 19, 4–6, 431–444.

Yamada K., Ishiwatari R., Matsumoto K. & Naraoka H. 1997: δ

13

Records of diploptene in the Japan Sea sediments over the past 

25 kyr. Geochem. J. 31, 5, 315–321.

Zdravkov A., Bechtel A., Sachsenhofer R.F., Kortenski J. & Gratzer 

R. 2011: Vegetation differences and diagenetic changes between 

two Bulgarian lignite deposits - insights from coal petrology and 

biomarker composition. Org. Geochem. 42, 3, 237–254.

Zdravkov  A.,  Bechtel  A.,  Ćorić  S.  &  Sachsenhofer  R.F.  2015: 

 Depositional environment, organic matter characterization and 

hydrocarbon potential of Middle Miocene sediments from north-

eastern  Bulgaria  (Varna-Balchik  Depression).  Geol. Carpath. 

66, 5, 409–426.

Životić  D.,  Bechtel  A.,  Sachsenhofer  R.,  Gratzer  R.,  Radić  D., 

 Obradović M. & Stojanović K. 2014: Petrological and organic 

geochemical  properties  of  lignite  from  the  Kolubara  and 

 Kostolac basins, Serbia: Implication on Grindability Index. Int. 

J. Coal Geol. 131, 344–362.

background image

70

ĐOKOVIĆ, MITROVIĆ, ŽIVOTIĆ, BECHTEL, SACHSENHOFER and STOJANOVIĆ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2018, 69, 1, 51–70

Table I: The list of compounds identified in the saturated and aromatic fractions of the analysed SXCs (Figs. 4–7).

Appendix

Compound

Molecular mass

Base peak(s) in the mass spectrum

Saturated fraction
Cubebane

206

163

Dihydrovalencene

206

93

Eudesmane

208

109

Isopimaradiene

272

257

Isonorpimarane

262

123, 109

Norpimarane

262

233

Dihydrorimuene

274

259, 149

Isophyllocladene

272

120

Pimarane

276

247, 163, 123, 191

16β(H)-Phyllocladane

274

123

16α(H)-Phyllocladane

274

123 

Des-A-olean-13(18)-ene

328

189, 204, 313,

Des-A-olean-12-ene

328

203, 218, 189,

Des-A-lupane

330

163,149,191,

C

30

 Hop-17(21)-ene

410

367, 231 

C

31

 17α(H)21β(H)-hopane

426

191

C

31

 17β(H)21β(H)-hopane

426

205, 191

Aromatic fraction
Dihydro-ar-curcumene

204

119

Cuparene

202

132

Calamenene

202

159

Curcumene

204

119

Cadalene

198

183

Isocadalene

198

183

Phenanthrene

178

178

19-Norabieta-6,8,11,13-tetraene

254

239

Hibaene

272

134

18-Norabieta-6,8,11,13-tetraene

254

239

18-Norabieta-8,11,13-triene

256

241, 159

Dehydroabietane

270

255

Pyrene

202

202

Simonellite

252

237

Totarane

252

237, 195, 179

Sempervirane

252

237, 193, 179, 207

Retene

234

219

2-Methylretene

248

234

3,4,7,12a-Tetramethyl-1,2,3,4,4a,11,12,12a-octahydrochrysene

292

207

3,4,7-Trimethyl-1,2,3,4-tetrahydrochrysene

274

259

Perylene

252

252

24,25-Dinoroleana-1,3,5(10),12-tetraene

376

145, 158

24,25-Dinorursa-1,3,5(10),12-tetraene

376

145

24,25-Dinorlupa-1,3,5(10)-triene

378

145

D-ring monoaromatic hopane

364

211

1,2,4a,9-Tetramethyl-1,2,3,4,4a,5,6,14b-octahydropicene

342

257

4-Methyl, 24-ethyl, 19-norcholesta-1,3,5(10)-triene

394

211

7-Methyl, 3’-ethyl, 1,2-cyclopentanochrysene

310

281

1,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetrahydropicene

324

324, 309

2,2,9-Trimethyl-1,2,3,4-tetrahydropicene

324

324, 268