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

5. Summary and conclusions

We have applied a new method for a joint 3D inversion of the gravity and magnetic data at the study 

area of the Thuringian Basin. The aim of the study was to investigate how geological constraints and 

results   of   other   geophysical   methods   can   decrease   the   degree   of   non-uniqueness   by   means   of 

interpreting the potential field data, while assuming that we solve the geometry of a restricted body 

with the same field as the given set of 3D line segments. The approximation based on segments 

provided very stable estimates for the centre of mass coordinates. After introducing the spherical 

coordinates   with   the   origin   in   this   point   and   employing   the   fixed   density   contrast   value   from 

boreholes data, the solution of the inverse problem become unique. We also addressed the problem 

of ambiguity in interpretation of long wavelengths.

The following conclusions are drawn from our study:

1. Based on applying the subsequent upward and downward continuation, we separated the 

gravity and magnetic data in Thuringia into the long, medium and short wavelengths. Using 

deep sources generated anomalies with prevailing long wavelengths, the converse implication 

is not valid as low frequencies can also be caused by shallow objects. In the case of the 

Thuringian basin structure contributes substantially to the long wavelengths of gravity along 

with the Moho uplift. However, our numerical experiments with intermediate wavelengths 

shown that it was not possible to explain negative anomalies with the topography of near-

surface   layers.   The   upper   part   of   the   geological   section   is   usually   well   investigated   by 

boreholes; therefore, it is not always achievable to shift sources upward, because this would 

contradict available geological information.

2.

For each local anomaly, its interpretation includes several steps. We subtracted the model of 

the   regional   field   (2D   harmonic   function),  then  approximated  the   residuals   with   3D   line 

segments and transformed a chosen set of line segments into a restricted object or a contact 

surface with the same field. Each time, we solved a nonlinear integral equation related to the 

function determining the geometry of an unknown object. Using this approach, we obtained a 

model for medium wavelengths which included three restricted bodies (granitic intrusions) and 

the mass density interface with the topography below them.

3. It is helpful to subtract the effect of the geological model beforehand. For short wavelengths, 

this procedure pronounced the linear positive gravity anomalies correlated with known fault 

zones. Another type of anomalies become also visible in magnetic data. For these anomalies, 

we transformed magnetic data to the pseudo-gravity and compared it with the measured 

gravity. We regard their correlation as an indication that both anomalies are allegedly caused 

by the same object. Two main anomalies of this type were inverted for a 3D topography of 

contact surface. We interpret these anomalies as caused by uplift of the crystalline basement.

4. For   three   local   areas,   we   made   detailed   modelling   for   residual   short   wavelengths   after 

subtracting the effect of geological model. Our goal was to investigate salt tectonics. We 

observed that, with some preliminary assumptions, it was possible to isolate the effect of a salt 

deposit. We applied the modification of our inversion algorithm and obtained geometry of a 

salt pillow which was supported by data from boreholes.