Original paper

Magnetic and gravity modelling of the crystalline basement in the North German Basin

Scheibe, Reiner; Seidel, Knut; Vormbaum, Mario; Hoffmann, Norbert

Abstract

The knowledge about the surface of the crystalline basement in the North German Basin is of special interest for the exploration of the tectonic-structural and lithological-facial conditions in the Pre-Permian with regard to the genesis and accumulation of hydrocarbons. Due to the great depth, it is important that beside the results of deep seismic surveys information gained from geophysical potential field methods is included in the integrative geological-geophysical interpretation.On the basis of recently developed unique gravity and magnetic data bases for the North German Basin, a gravity and magnetic 3D-modelling of the crystalline basement was performed by dividing the basement in rectangular prisms with variable physical properties (magnetization, density). Two different model versions were calculated – one preferring changes in the relief and one preferring changes in the physical properties. In addition to the forward modelling, a simple inversion method was used for determining the relief and/or property changes.The derived models of the crystalline basement of the North German Basin shall be understood as a contribution to the comprehension of the material-structural development of the deeper ground. The magnetic and gravity modelling of the crystalline basement show that the anomalies which are related to this deep level can be explained mainly by a change of the physical parameters of the rocks of the crystalline basement (magnetization and density) and that changes in the relief do not necessarily play a decisive role. The uncertainty of the gravity results is greater than that of the magnetic results due to the necessary assumptions regarding the sources above and below the basement.

Kurzfassung

Kenntnisse über die Oberfläche des kristallinen Grundgebirges sind von großem Interesse für die Erkundung der tektonisch-strukturellen und lithologisch-faziellen Verhältnisse des Präperms im Norddeutschen Becken, auch in Bezug auf die Genese und Akkumulation von Kohlenwasserstoffen. Auf Grund der großen Tiefenlage ist es wichtig, dass dazu neben den Resultaten der Tiefenseismik auch Informationen aus den Potential-feldmethoden in die integrative geologisch-geophysikalische Interpretation einbezogen werden.Auf der Basis einheitlicher Datengrundlagen, die für Gravimetrie und Magnetik in den letzten Jahren für das Norddeutsche Becken geschaffen wurden, erfolgte eine 3D-Modellierung des kristallinen Grundgebirges. Dabei wurde das Grundgebirge in rechtwinklige Prismen zerlegt, deren physikalische Eigenschaften (Magnetisierung, Dichte) variabel sind. Zwei verschiedene Modellversionen wurden berechnet – einmal mit Bevorzugung von Reliefänderungen und einmal mit primärer Änderung der physikalischen Eigenschaft der Prismen. Zusätzlich zur Vorwärtsmodellierung kam auch ein einfacher Inversionsalgorithmus für die Bestimmung von Relief und/oder physikalischer Eigenschaft zum Einsatz.Die aus Magnetik und Gravimetrie abgeleiteten Modelle des kristallinen Grundgebirges sollen als Beitrag zur Diskussion der materiellen und strukturellen Entwicklung des tieferen Untergrundes verstanden werden. Sie zeigen, dass die magnetischen und gravimetrischen Anomalien, welche dem tiefen Untergrund zugeordnet werden, in den meisten Fällen durch eine Veränderung der physikalischen Eigenschaften der Gesteine des kristallinen Grundgebirges erklärt werden können und stärkere Variationen im Relief keine entscheidende Rolle spielen müssen. Die Unsicherheit der gravimetrischen Ergebnisse ist wegen der notwendigen Annahmen über die Quellen oberhalb und unterhalb des kristallinen Grundgebirges als größer einzuschätzen als die der magnetischen Resultate.

Keywords

north german basinmagneticsgravityreliefdepthmagnetization and density of the crystalline basem