Article in Journal of Applied Geophysics · January 2017 doi: 10. 1016/j jappgeo

V

z

(x, y - h)

. After the 

solution was  found, we calculated  the  pseudo-gravity at the Earth's surface based on applying the 

Poisson’s integral.

The transformation of magnetic data to the pseudo-gravity allows for comparing the gravitational and 

magnetic anomalies not only qualitatively, but also quantitatively. We obtained the anomalies of the 

same type which make study of their mutual correlation more reasonable. We transformed both the 

linear magnetic anomaly in the central part of the basin and the arc-shaped one to the pseudo-gravity. 

We then calculated its correlation coefficient with the measured gravity for both anomalies. In both 

cases it reaches nearly 70%. We regarded this correlation as an indication that both, the gravity and 

magnetic anomalies are due to the same object (allegedly an uplift of crystalline).

Since both anomalies are better visible in magnetic data and pseudo-gravity, we inverted the pseudo-

gravity for a 3D topography of density interface by means of the method of local corrections. The SW-

NE anomaly in the central part of the basin in the gravity and magnetic data as well as the obtained 

depths to the contact surface are shown in Fig. 5.

---

The uplift corresponding to the arc-shaped anomaly is located in depths between 0.7 and 1.6 km. The 

depth to the uplift causing the linear anomaly in the central part of the basin ranges from 1.3 to 2.1 

km.

Since in the study area there are no boreholes deeper than 2 km and only few deep seismic profiles 

are available, geological constraints were not sufficient to study a more detailed 3D topography for the 

upper boundary of the crystalline basement. Hence we investigated this contact surface based on 

applying a 3D inversion of magnetic data. Our inversion results for the arc-shaped anomaly lead us to 

the suggestion that the Kyffhäuser Mountain corresponds not to an isolated hill surrounded by the flat 

upper boundary of crystalline like in the current geological model, but to the top of the prolonged 

mountain chain. Both, the arc-shaped and the linear magnetic anomalies continue further to the 

north-east, where these anomalies are regarded as the northern and southern boundaries of the Mid-

German Crystalline High which confirmed our interpretation.

We further divided the central part of the Thuringian Basin into three separate areas. For each of 

them, very detailed 3D modelling was performed. At this stage, our goal was to take into account (in 

the best possible way) all available geological information. Depths to geological boundaries were set 

according to boreholes data. Geometry of shallow layers coincides with the TLUG geological model. 

We   subtracted   the   effect   from   the   uplift   of   crystalline   of   which   the   3D   topography   was   found 

beforehand. The effect of the TLUG model was also subtracted. We obtained three positive anomalies 

of which shape closely resembles the known outcrops of Buntsandstein (for the Tannrodaer anticline) 

and Muschelkalk (for Ettersberg and the Fahner Hoehe). We observed also several negative anomalies 

in the residual gravity. Their interpretation was demonstrated for the area around the Fahner Hoehe.

The residual gravity for the area is shown in Fig. 6 (left). To the south of the residual positive anomaly 

associated with the Fahner Hoehe we detected a negative anomaly.  The Neudietendorf borehole is 

located at the outskirts of the anomaly, where the 175 m thick layer of Permian salt was penetrated by 

drilling. Taking this into consideration, we attributed the negative anomaly to salt deposits. The lower 

Fig. 5. Short wavelengths and interpretation of the 

SW-NE anomaly. Top: gravity (left) and magnetics 

(right). Bottom: depths to the contact surface 

found by our inversion algorithm. Both anomalies 

are caused allegedly by the same uplift of the 

crystalline basemen

t

---

boundary of the sought object is known and coincides with the upper boundary of the Zechstein layer 

(Permian rocks) accepted from the TLUG geological model. To find the unknown upper boundary of 

salt, we applied a 3D inversion algorithm by solving the following integral equation:

Δg



x',y',z'



=GΔσ

∬



s



x

−

x',y

−

y',z



x,y



−

z'



−

s



x

−

x',y

−

y',z

0



x,y



−

z'





dxdy,

     (4)

where s(x, y, z) = (x

2

 + y

2

 +z

2

)

-1/2

. In Eq. (4) we denote 

(x’, y’, z’) 

coordinates of an observation point at 

the Earth's surface,  

z=z

0

(x, y)

  is the equation on the known lower boundary of the object and the 

unknown upper boundary is determined by the equation  

z=z(x, y)

. The integral equation for the 

inverse problem (Prutkin and Saleh, 2009) can be obtained from Eq. (4) for the particular case

 z

0

(x, y) 

≡ H

, where 

H

 is the depth to the horizontal asymptotic plane. To find the unknown function 

z(x, y)

 in 

(4), we applied the method of local corrections.

By   solving   Eq.   (4)   we   utilized  the   density   contrast   value  

Δσ

  from   the   borehole   data.   Estimated 

geometry of the salt pillow is shown in Fig. 6 (right).  The salt pillow is located  at  depth  interval 

between 700 and 900 m, while its maximal thickness of about 200 m closely agrees with drilling data 

from the Neudietendorf borehole.

Fig. 6. 3D inversion for salt deposit geometry. Left: residual gravity, star – location of the Neudietendorf 

borehole. Right: inversion results, red – upper boundary of the Zechstein layer according to the TLUG 

geological model, blue – shape of the found salt pillow

---