GEOLOGICA CARPATHICA, APRIL 2005, 56, 2, 103–112

www.geologicacarpathica.sk

Geophysical and structural characteristics of the pre-Tertiary

basement of the Mura Depression (SW Pannonian Basin,

NE Slovenia)

ANDREJ GOSAR

Environmental Agency of the Republic of Slovenia, Dunajska 47, SI-1000 Ljubljana, Slovenia; andrej.gosar@gov.si

University of Ljubljana, Faculty of Natural Sciences and Engineering, Aškerèeva 12, SI-1000 Ljubljana, Slovenia

(Manuscript received January 7, 2004; accepted in revised form June 16, 2004)

Abstract: The Mura Depression is located at the SW border of the Pannonian Basin in the transition zone to the Eastern

Alps. The Periadriatic Lineament, Labot, Ljutomer and Raba faults govern its structural characteristics. Ridges trending

in the NEE–SWW direction divide the depression into three sub-basins. Therefore, the thickness of Miocene to Quater-

nary sediments varies considerably. The greatest depth to the Paleozoic metamorphic rocks is over 5500 m in the Ptuj-

Ljutomer synform. The structure of the pre-Tertiary basement is well resolved by seismic reflection, gravity and mag-

netic investigations, as well as by drilling for hydrocarbons and thermal water exploration. The main tectonic units of the

Mura Depression were correlated by using geophysical data to the structures outcropping at its western and southern

rims. A compiled structural map of the pre-Tertiary basement is presented and geophysical and structural characteristics

of  main  geotectonic  units  discussed.  Beside  minor  production  of  oil  and  gas,  the  Mura  Depression  is  an  important

geothermal area. Some locations were also explored as promising for the construction of an underground gas storage

facility in aquifers.

Key words: Pannonian Basin, Mura Depression, seismic reflection, gravity, magnetic, geothermal.

Introduction

The  Mura  Depression  is  one  of  the  deep  depressions  of  the

Pannonian Basin system, and is situated at its SW rim. The

largest part of the Mura Depression is located in NE Slovenia

(Fig. 1), but it also extends into Austria, Hungary and Croatia.

The Mura Depression is not a uniform sedimentary basin, but

is divided into at least three sub-basins, by ridges trending in

the  NEE–SWW  direction  (Voncina  1965;  Kisovar  1977).  In

Slovenia,  the  following  tectonic  units  are  distinguished

(Fig. 2), listed from NW to SE: — Rdeci breg, — Radgona de-

pression,  —  Murska  Sobota  massif,  —  Ptuj-Ljutomer  syn-

form, — Ormoz-Selnica antiform.

South-east from the Ormoz-Selnica antiform, the Cakovec

depression  is  located  within  the  Croatian  territory  (Mioc  &

Markovic 1998). The greatest depth to the pre-Tertiary meta-

morphic basement is over 5500 m, located west of Lendava in

the Ptuj-Ljutomer synform (Plenicar 1970). The Mura Depres-

sion  is  an  important  geothermal  area  (Kralj  &  Kralj  2000),

while the current production of oil and gas is rather low (Mioc

&  Znidarcic  1996).  Some  localities  in  the  Mura  Depression

have potential for the development of an underground storage

facility of natural gas in aquifers. Geophysical investigations

related to this project are described in separate article in Gosar

(2005).

In this article, an overview of geophysical data available for

the Mura Depression, including gravity, magnetic, geothermal

and seismic reflection data, is given. On the basis of these data

sets and using borehole information, a structural map of the

pre-Tertiary basement is presented. Geophysical and structural

characteristics of the main geotectonic units are described and

their correlation to the structures outcropping west and south

of the Mura Depression is discussed. The interpretation of two

seismic reflection profiles together with gravity and magnetic

profiles from the NW part of the Mura Depression are present-

ed, to put in a regional context a detailed seismic reflection in-

vestigation performed for underground storage of gas in aqui-

fers of the Pecarovci and Dankovci structures located on the

Murska Sobota massif.

Fig. 1.  Location  map  of  the  Mura  Depression.  Dark  areas  —  out-

crops of the pre-Tertiary basement.

104                                                                                                GOSAR

Fig. 2. 

Structural 

map 

of 

the 

pre-Tertiary 

basement 

in 

the 

Mura 

D

epression. 

C

ross-section 

A–A’ 

shown 

in 

Fig. 6 

and 

two 

seismic 

reflecti

on 

profiles 

shown 

in 

Fig. 7 

are 

indicated. 

The 

square 

area

indicates 

detailed 

reflection 

profiling 

for 

underground 

gas 

storage 

in 

aquifers.

GEOPHYSICAL AND STRUCTURAL CHARACTERISTICS OF THE MURA DEPRESSION                               105

Geological setting

The Mura Depression is situated in the transition zone be-

tween the Alps, the Dinarides and the Pannonian Basin. This

results  in  its  quite  complex  structural  pattern  (Haas  et  al.

2000). To the west, the Mura Depression is confined by the

Boc, Pohorje and Kozjak Mountains (Fig. 2) and to the south

by  the  Donacka  gora,  Ravna  gora,  Ivanscica  and  Kalnik

Mountains in Croatia. To the north and north-east, the border

is represented by outcrops of Paleozoic rocks at Gleichenberg

in Austria and at Közag in Hungary. From the Steiermark de-

pression,  towards  the  NW,  it  is  separated  by  the  structural

height of Burgenland (Kroell et al. 1988) and from the Drava

depression towards the SE, it is separated by the Inka massif.

Separation from the Zala depression in the NE is not so clearly

evident.  Therefore,  some  authors  (e.g.  Márton  et  al.  2002)

consider both depressions collectively as the Mura-Zala Basin.

The  total  area  of  the  Mura  Depression  is  3300 km

2

,  from

which 2460 km

2

 belongs to Slovenia.

The  Mura  Depression  was  formed  due  to  a  ENE–WSW

trending crustal extension in the late Early Miocene (Márton

et al. 2002). Firstly, marine sedimentation took place. Later,

during thermal subsidence, deltaic and fluvial sediments were

deposited. The main deformation took place in the latest Mi-

ocene–Pliocene as a result of NNW–SSE compression, which

caused  folds,  reverse  and  strike-slip  faults  (Márton  et  al.

2002). The tectonic background is controlled by major faults,

such  as  the  Periadriatic  Lineament,  Rába,  Labot  and  Donat

faults (Fodor et al. 2002). The eastern continuation of the Peri-

adriatic  Lineament  is  most  probably  related  to  the  Ljutomer

fault and the mid-Hungarian line. These tectonic lines separate

areas with different Paleogene and Early Miocene sedimenta-

tion  (Sachsenhofer  et  al.  2001).  The  Ljutomer  fault  was

formed in late Early Miocene as a normal fault and was reacti-

vated in post-Miocene times as a reverse fault. It separates the

Ptuj-Ljutomer  synform  filled  with  more  than  5000 m  thick

Neogene sediments from the Ormoz-Selnica antiform (Fig. 2).

Basin inversion, younger than the steep dipping Late Miocene

sediments (Sachsenhofer et al. 2001), and the formation of an-

ticlines is caused by rotation of blocks north of the Ljutomer

fault and by dextral movements along the Labot fault (Fodor

et al. 1998) situated at the SW rim of the Pohorje Mountain.

Lithostratigraphy

Pre-Tertiary basement. In the deep boreholes drilled within

the  Mura  Depression,  mainly  Paleozoic  metamorphic  rocks

were found beneath the Tertiary sediments. They outcrop in

the western and southern border of the depression and in Rde-

ci breg. They are composed of quartz-sericite schists, phyllite

and  phyllite  schists,  amphibolites,  pyroxenite  and  gneiss.  In

some places, on the top of the metamorphic rocks, Mesozoic

rocks  (limestone,  dolomite  and,  also  locally,  lime  marl  and

breccia)  were  found.  In  some  places,  their  thickness  is  only

tens  of  meters,  but  in  others  up  to  several  hundred  meters.

During Tertiary and Quaternary, the basement was faulted and

thrusted, leaving fractures that were widened in some places

by dissolution (Rajver et al. 2002).

Neogene sediments. In the Mura Depression Miocene clays,

sands,  marls,  sandstones  and  conglomerates  as  well  as

Pliocene  clayey  sediments  prevail.  Correlation  of  lithostrati-

graphic and chronostratigraphic units in the Mura Depression

was presented by Znidarcic & Mioc (1989) and for the whole

Pannonian  Basin  by  Horváth  &  Pogácsas  (1988).  The  Neo-

gene sediments are divided into the Murska Sobota, Lendava

and Mura Formations. The Murska Sobota Formation is up to

2000 m  thick  and  comprises  Lower  and  Middle  Miocene

units,  including  Eggenburgian  (M

1

,  average  thickness  is

400 m), Ottnangian (M

2

, 300 m), Karpatian (M

3

, 300 m), Bad-

enian (M

4

, 350 m) and Sarmatian (M

5

, 300 m) stages accord-

ing  to  Central  Paratethys  divisions  (Steininger  et  al.  1988).

The Lendava Formation is up to 1500 m thick and consists of

Upper Miocene and possibly Lower Pliocene rocks, including

the  Pannonian  (M

6

,  300 m)  and  Pontian  (M

7

  or  Pl

1

,  650 m)

stages. The youngest Mura Formation is up to 1500 m thick

and corresponds in its entirety to Pliocene rocks of the Dacian

(Pl

1 

and  Pl

2

)  to  Romanian  (Pl

3

)  stages  (Turk  1993).  Upper

Pliocene volcaniclastic sediments and alkali basalts related to

basaltic  volcanism  in  the  neighbouring  Styrian  Basin  are

found  in  the  central  part  of  the  Radgona  depression  (Kralj

2000).

Quaternary  sediments.  Quaternary  sediments  cover  the

whole Mura Basin, the Drava-Ptuj Lowland and large areas in

Goricko, Slovenske gorice and Haloze. The Pleistocene cover

is  composed  of  sandy  clay  with  lenses  of  gravel  and  sandy

gravel  in  fluvial  terraces.  These  sediments  are  up  to  35 m

thick.  The  Holocene  layers  are  composed  mainly  of  marsh

sediments, deluvium, proluvium and alluvium deposits up to

15 m thick.

Geophysical data

Gravity,  magnetic,  geothermal  and  seismic  reflection  data

acquired in the Mura Depression during more than 50 years

were  compiled  from  different  published  and  unpublished

sources.  Potential  filed  data  were  mainly  acquired  in  the

1950’s and 1960’s and are preserved in the archives of Geoin-

zeniring and Geological Survey of Slovenia in Ljubljana.

The Bouguer anomaly gravity map of the Mura Depression

shown in Fig. 3 was constructed from 3700 points measured

with an average density of 1.5 points/km

2

 using Worden grav-

ity meter (Urh 1956; Plenicar 1970). Bouguer anomalies were

calculated  using  reference  density  values  between  1.9  and

2.2 g/cm

3

  derived  from  several  profiles  using  the  Nettleton

method. Data were reduced to the datum plane of 150 m a.s.l.

which is very close to the lowest elevation of the surface in the

area. Terrain corrections were computed in a radius of 10 km

using  segmentation  by  concentric  circles  and  radial  division

lines.

A magnetic map of the Mura Depression (Fig. 4) was ex-

tracted from the regional map of the vertical component of the

magnetic field in Slovenia (Ravnik et al. 1995a). This is based

on the surface magnetic measurements with an average densi-

ty of 2 points/km

2

 using balance magnetometer Ruska and tor-

sion  magnetometer  Askania  (Novak  1959;  Miklic  1969).

Therefore, the vertical component of the magnetic field is pre-

106                                                                                                GOSAR

sented in the Fig. 4. Normal geomagnetic field was removed

according  to  Bock  (1959)  with  coefficients  extrapolated  for

the epoch 1969. Smaller parts of the Mura Depression were

later surveyed for the project of underground gas storage also

with proton precession magnetometer. There was no aeromag-

netic survey performed in this region yet.

The Mura Depression is an important geothermal area char-

acterized by increased heat flow density in comparison to the

other parts of Slovenia. Heat flow density is in the range of 80

to 120 mW/m

2

 (Fig. 5). The highest values were detected be-

tween  Lenart,  G.  Radgona  and  Murska  Sobota  within  the

Murska Sobota massif and on the SE flank of the Radgona de-

pression (Ravnik et al. 1995b). The most important geother-

mal aquifers are Pliocene and/or Upper Miocene sands within

the Mura Formation. They have an effective maximum thick-

ness of 60 m, dipping from the surface down to the depths of

1500 m (Kralj & Kralj 2000). The thermal waters have tem-

peratures  of  up  to  80 °C.  Mineralization  (1–7 g/l)  is  mainly

dependent on CO

2

 content. Fig. 5 shows the temperature dis-

tribution in the Mura Depression at the depth of 1000 m (Ra-

jver  et  al.  2002).  Temperature  gradually  increases  from  the

south-west part of the Mura Depression towards the Murska

Sobota massif.

Altogether,  more  than  2000 km  of  reflection  seismic  pro-

files (Djurasek 1988; Gosar 1995) have been acquired to date

within the Mura Depression, mainly due to hydrocarbon pros-

Fig. 3. Bouguer anomaly map of the Mura Depression (after Urh 1956). A–A’ indicates cross-section shown in Fig. 6.

pecting.  The  density  of  seismic  profiles  varies  considerably.

The densest coverage is close to the Lendava in the SE Mura

Depression, where the oil and gas fields of Petisovci and Doli-

na are still producing, and near Dobrovnik, where the Filovci

field  has  already  been  closed.  Most  of  the  profiles  were  re-

corded  by  Geofizika  Zagreb  using  line  explosive  sources

(Geoflex  and  Primacord).  The  distance  between  geophone

groups was 30–40 m and CMP (common-midpoint) coverage

24 or 30 fold. Some newer profiles were recorded using the

Vibroseis source. Data processing, using standard processing

flow  was  performed  mainly  by  INA-Naftaplin  in  Zagreb

(Djurasek 1988).

Structure of the pre-Tertiary basement

The structural map of the pre-Tertiary basement was con-

structed using the interpretation of seismic reflection profiles

and the data from about 40 exploration boreholes that reached

the basement. In the area NE of the Mura river it is based on

the map drawn by Djurasek (1989), which does not cover oth-

er parts of the depression. This part of the map was also modi-

fied  according  to  newly  acquired  data  and  using  improved

seismic  velocity  information  from  reflection  profiling  and

measurements  in  boreholes,  which  allowed  more  accurate

time  to  depth  conversion  (Gosar  2005).  The  main  tectonic

GEOPHYSICAL AND STRUCTURAL CHARACTERISTICS OF THE MURA DEPRESSION                               107

Fig. 4. Map of the vertical component of the magnetic field in the Mura Depression (after Miklic 1969 and Ravnik et al. 1995a). A–A’

indicates the cross-section shown in Fig. 6.

units of the Mura Depression are shown in the structural map

of the pre-Tertiary basement (Fig. 2), in gravity (Fig. 3), mag-

netic (Fig. 4) and temperature/heat flow density (Fig. 5) maps,

and in a regional cross-section Rdeci breg-Cakovec (Fig. 6).

The topography of the pre-Tertiary basement is well reflect-

ed  in  the  map  of  Bouguer  anomalies  (Figs. 3  and  6)  which

shows the main structures stretching in a SW–NE direction.

Axes  of  antiform  structures  correspond  fairly  well  with  the

gravity maximums, while there is a discrepancy between the

axes  of  synform  structures  (Radgona  depression,  Ptuj-Lju-

tomer  synform)  and  gravity  minimums.  The  observed  shifts

are discussed later. The main tectonic units are not so well re-

flected in a magnetic map (Fig. 4) as in gravity data, especially

in  the  SE  part  of  the  Mura  Depression.  It  seems  that  lateral

variations  in  susceptibility  or  deeper  structures  have  greater

influence on the magnetic anomalies than the topography of

the metamorphic rocks. Since the metamorphic basement was

drilled only in a few boreholes, the boundaries between differ-

ent  lithological  units  are  only  roughly  known.  Moreover,

metamorphic rocks are covered with Mesozoic carbonates and

clastic sediments in the Radgona depression, the SE part of the

Ptuj-Ljutomer synform and the Ormoz-Selnica antiform.

Rdeci breg. Outcrops of quartz-sericite schists and phyllite

at the border between Slovenia and Austria are the only out-

crops of the metamorphic rocks inside the Mura Depression.

They are expressed as prominent positive magnetic (+150 nT)

and gravity (+46 mGal) anomalies. The latter continues to the

SW into the Cmurek anticline (+18 mGal). Both are the east-

ward  continuation  of  the  Kozjak  Metamorphic  Complex.

There is a strong fault separating Rdeci breg from the Radgo-

na  depression  (Poljak  1984).  It  can  be  correlated  with  the

Kungota fault to the SW (Znidarcic & Mioc 1989) and to the

Rába fault, or a fault parallel to it, to the NE, in Hungary.

Radgona  depression.  The  Radgona  depression  is  located

south of the structural height of Burgenland, which separates

the Mura Depression from the Steiermark depression. It is a

continuation  of  the  Ribnica-Selnica  tectonic  graben  located

between  the  Kozjak  and  Pohorje  Mountains  (Znidarcic  &

Mioc 1989). The pre-Tertiary bedrock dips in a NE direction

from the depth of 1700 m at Cankova to 4500 m at Dolenci.

The  NW  slope  of  the  depression  towards  the  Rdeci  breg  is

quite steep, producing a lateral gravity gradient of 5–7 mGal/

km.  Radgona  depression  has  two  closed  minimum  areas:

+5 mGal  between  Lenart  and  G.  Radgona  and  –5 mGal  at

Cankova, pointing to two smaller sub-basins. The third mini-

mum to the NE has at Salovci a value of 0 mGal, but continues

further into Hungary. The axis of gravity minimums is shifted

to the SE with respect to the axis of the basement topography

in  the  depression  as  is  derived  from  seismic  reflection  data.

Since only a few boreholes were drilled in the area through the

Mesozoic  carbonates  and  clastic  sediments  to  the  metamor-

phic rocks, there is not yet enough data about the lateral extent

108                                                                                                GOSAR

of individual lithological units and their densities to give an

explanation  for  this  observation.  In  the  magnetic  data  the

Radgona depression is expressed in its SW part as elongated

negative anomaly (–25 nT). The small circular positive anom-

aly (+75 nT) NW of Mackovci is related to the Upper Pliocene

basalts and basaltic tuffs.

Murska  Sobota  massif.  This  structure  represents  a  direct

continuation of the Pohorje Metamorphic Complex below the

Neogene sediments of the Pannonian Basin. It is very clearly

reflected in gravity and magnetic data. At Krog, it is split into

two ridges: the northern one is the Murska Sobota ridge and

the southern the Martjanci ridge. In-between is the Martjanci

“gulf”. In the SW part of the massif, the depth to the basement

is between 400 and 500 m, while at the Murska Sobota it is in

the range of 1100–1200 m. The Murska Sobota massif is cut

by several minor faults with maximum displacements of sev-

eral tens of meters. In the gravity map the Murska Sobota mas-

sif is expressed as a clear elongated positive anomaly with two

maximums (+13 and +12 mGal). East of the Murska Sobota

there is a wide plateau (+6 mGal) related to the Martjanci gulf.

On the other hand, in the magnetic map there is a prominent

positive anomaly (+150 nT), which is clearly shifted towards

the SE with respect to the structural height of the Murska So-

bota massif. Since in the NE part of the Murska Sobota massif

all the boreholes were stopped in the Mesozoic carbonates and

clastic  sediments  overlying  the  metamorphic  rocks,  it  is  not

Fig. 5.  Geothermal  map  of  the  Mura  Depression.  Temperatures  (°C)  at  1000 m  depth  (after  Rajver  et  al.  2002)  and  heat  flow  density

(mW/m

2

) (after Ravnik et al. 1995b).

possible to make any estimation on lateral lithological varia-

tions in the metamorphic rocks to cause this discrepancy. The

measured  susceptibility  of  the  amphibolites,  pyroxenite  and

gneiss prevailing in the area also cannot explain the relatively

high amplitude of this anomaly. Therefore, it is most probably

that it is caused by a deeper unknown structure comprised of

metamorphic  rocks  with  higher  susceptibility.  Within  the

Murska Sobota massif the highest values (70 °C) of tempera-

ture at 1000 m depth in the whole Mura Depression were mea-

sured near Murska Sobota and between Lenart and Radenci.

At the same time this is the area of highest heat flow density

(120 mW/m

2

). Within the Murska Sobota massif, two struc-

tures  (Pecarovci  and  Dankovci)  having  potential  for  under-

ground storage of gas in aquifers were also explored (Gosar

2005).

Ptuj-Ljutomer synform. This is the deepest sub-basin of the

Mura Depression, which continues into the Zala depression in

Hungary. It is separated from the Ormoz-Selnica antiform by

the prominent Ljutomer fault. Gravity measurements covered

only the NE part of the Ptuj-Ljutomer synform, but there is a

clear shift of the gravity minimum observed between Ljutomer

and  Beltinci  (–5 mGal)  towards  the  NW  with  respect  to  the

deepest  part  of  this  synform  (5500 m)  located  between  Lju-

tomer and Mostje. In the area between Ljutomer, Mostje and

Lendava  the  metamorphic  rocks  are  covered  with  Mesozoic

carbonates and clastic rocks. On the other hand, between Bel-

GEOPHYSICAL AND STRUCTURAL CHARACTERISTICS OF THE MURA DEPRESSION                               109

Fig. 6. Regional cross-section across the Mura Depression showing the topography of the pre-Tertiary basement, gravity and magnetic

profiles.

tinci, Dobrovnik and Domanjsevci there are amphibolites and

pyroxenites laying directly under the Neogene sediments. The

variation of lithology and density of the pre-Tertiary basement

is  therefore  not  sufficiently  known  to  explain  the  observed

shift  of  the  gravity  minimum,  which  can  be  caused  also  by

deeper structures. In spite of the fact that the strong positive

magnetic anomaly (+150 nT) is also shifted from the Murska

Sobota massif towards the Ptuj-Ljutomer synform, there is a

clear minimum in the magnetic anomaly (–25 nT) related to

the deepest part of the Ptuj-Ljutomer synform. Quite low tem-

peratures (40 °C) were encountered in the transition zone be-

tween the Murska Sobota massif and the Ptuj-Ljutomer syn-

form near Beltinci and Dobrovnik.

Ormoz-Selnica  antiform.  This  structure  is  strongly  de-

formed in longitudinal and transversal directions and confined

by the Ljutomer and Selnica faults. In the gravity data, the Or-

moz-Selnica antiform is expressed as a strong positive anoma-

ly  (+20 mGal)  which  diminishes  towards  the  NE.  This  is  in

agreement with the dipping of the bedrock from 2500 m in the

central part of the antiform to the depth of 4000 m on the bor-

der with Hungary. Gravity data show that the northern limb of

the  structure  towards  the  Ptuj-Ljutomer  synform  is  steeper

than the southern limb dipping towards the Cakovec depres-

sion. Only the small part of the Ormoz-Selnica antiform which

belongs to Slovenia is covered by the magnetic data. The max-

imum value of the magnetic anomaly is +75 nT. In the NE part

of this unit, there are oil and gas fields at Petisovci and Dolina.

These are the single hydrocarbon accumulations in the Mura

Depression, which are still in production.

Interpretation of two regional seismic reflection

profiles

In the next section, the interpretation of two regional seis-

mic reflection profiles recorded in the NW part of the Mura

Depression  is  presented,  together  with  gravity  and  magnetic

profiles, and correlated with the profile recorded approximate-

ly 20 km to the NE, within the Zala Basin situated in Hungary.

The  seismic  reflection  profiles,  Dan-3-90  and  Pec-2-90

(Fig. 7), are located in a NW–SE direction 4 km apart, across

three tectonic units which spread in a SW–NE direction: Rdeci

breg, the Radgona depression and the Murska Sobota massif

(Fig. 2). The profiles are 15 and 14 km long respectively. The

basic structural characteristics of both profiles are similar. In

the NW, the pre-Tertiary metamorphic bedrock is approaching

110                                                                                                GOSAR

Fig. 7. The line drawing interpretation of two regional seismic profiles, Dan-3-90 (a) and Pec-2-90 (b), with gravity and magnetic profiles.

The KB horizon corresponds to the boundary between the Badenian and Sarmatian sediments and the Pt horizon to the pre-Tertiary bedrock.

Mz — Mesozoic, M4 — Badenian, M5 — Sarmatian, M6 — Pannonian, M7 — Pontian, Pl — Pliocene.

the surface, as it is outcropping in the continuation of the Pec-

2-90 profile within the Rdeci breg. In the transition zone be-

tween the Rdeci breg and the Radgona depression, there is a

stronger unnamed fault, which can be correlated to the Kungo-

ta fault to the SW and to the Rába fault, or a fault parallel to it,

to the NE, in Hungary. It should be stressed however, that the

appearance of this fault is different in both profiles considered.

In the Dan-3-90 profile, there are two parallel normal faults

GEOPHYSICAL AND STRUCTURAL CHARACTERISTICS OF THE MURA DEPRESSION                               111

clearly displacing the pre-Tertiary basement (Pt horizon), but

without  visible  displacement  of  Neogene  sediments.  In  the

Pec-2-90 profile, a single listric normal fault is interpreted in

the basement, which also cuts the KB horizon (discordant top

boundary of Badenian layers) and Middle Miocene strata. It

is accompanied by a clear antithetic fault. In the maps present-

ed by Djurasek (1989) and Poljak (2000), this fault is shown

as a normal fault. Rumpler & Horváth (1988) have interpreted

more faults related to the regional Rába fault in the profile Zi-

108 from the Zala Basin. According to their interpretation, this

fault expresses oblique displacement but it has a much greater

strike slip component than a dip-slip component. On the other

hand, Znidarcic & Mioc (1989) suppose for the Kungota fault

(SW continuation of this fault system in the Slovenske gorice)

a reverse character. Despite incomplete information about the

lithology on both sides of the fault in the Mura Depression, a

strike-slip fault with an important dip-slip component seems

to be more realistic.

The maximum depth to the pre-Tertiary basement within the

Radgona depression is on the Dan-3-90 profile around 2800 m

and on the Pec-2-90 profile around 2500 m. From the deepest

point,  towards  the  SE,  the  basement  gradually  rises  towards

the Murska Sobota ridge, which is the northern branch of the

Murska Sobota massif. In this area, two structures (Pecarovci

and  Dankovci)  were  investigated  for  possible  underground

storage of gas in aquifers. Two boreholes, Pec-1 and Dan-1,

were drilled in this area down to the pre-Tertiary basement and

one, Dan-3, down to the KB horizon. The metamorphic rocks

are here overlaid by layer of Mesozoic carbonates up to 100 m

a thick. On the SE side of both structures, a normal fault with a

minor  dip-slip  was  interpreted  in  both  seismic  profiles.  A

more detailed image of the faults in this area was obtained by

extensive reflection profiling carried out for the project related

to underground gas storage (Gosar 2005). A smaller sub-basin

is located in the SE part of the Dan-3-90 profile. The depth to

the pre-Tertiary basement at its SE termination is calibrated by

the Mt-3 borehole. The topography of the pre-Tertiary base-

ment is also well reflected in the gravity anomalies (Fig. 7),

while magnetic profiles seem to be more sensitive to lateral

variations  in  the  magnetic  susceptibilities  of  metamorphic

rocks, but a clear correlation with the basement topography is

also evident.

Tectonic and kinematic characteristics of the

Mura Depression

The  structural  characteristics  of  the  Mura  Depression  de-

rived from geophysical data and presented in this paper can be

related to the results of structural-geological investigations in

the border areas and to the larger structural context of the SW

part  of  the  Pannonian  Basin  (Royden  et  al.  1983;  Horváth

1993).  According  to  these  studies  the  Mura  Depression  was

formed  due  to  the  ENE–WSW  trending  crustal  extension  in

the late Early Miocene. The main deformation took place in

the  latest  Miocene–Pliocene  as  a  result  of  NNW–SSE  com-

pression,  which  formed  folds,  reverse  and  strike-slip  faults

(Márton  et  al.  2002).  The  formation  of  anticlines  separating

the Mura Depression into more sub-basins is caused by the ro-

tation  of  blocks  north  of  the  Ljutomer  fault  and  by  dextral

movements along the Labot fault situated SW of the Pohorje

Mountain (Fodor et al. 1998).

Rumpler & Horváth (1988) have provided analysis of a re-

gional stress field based on the structural interpretation of se-

lected  reflection  seismic  profiles  from  the  Pannonian  Basin.

According to their analysis, the tectonic activity culminated in

the Middle Miocene, but locally minor activities have contin-

ued until recent times. For the most of the transition zone be-

tween the Alps, the Dinarides and the Pannonian Basin, two

sets of conjugate strike-slip faults are characteristic: NE–SW

strike faults are left-lateral and NW–SE strike faults are right-

lateral. Areas of extension and normal faulting are associated

with  discontinuous  or  divergent  strike-slip  faults  and  with

fragmentation  in  zones  bounded  by  two  major  strike-slip

faults. Locally thrust faults and folds are also present. In the

Mura  Depression,  a  similar  tectonic  style  is  observed,  gov-

erned by the main regional faults which are: Periadriatic Lin-

eament,  Rába,  Labot  and  Donat  faults.  The  development  of

compressional and extensional structures occurred at about the

same time. Rumpler & Horváth (1988) think that separate pe-

riods characterized by contrasting styles of deformation can-

not be distinguished in the Pannonian Basin for the period be-

tween  the  Miocene  and  Quaternary.  In  spite  of  the  fact  that

some  temporal  variations  in  the  stress  field  may  have  oc-

curred, the spatial variation seems to have been more impor-

tant. Analysis of geophysical data and the structural character-

istics of the Mura Depression has shown that this is also valid

for this depression located at the junction between the Eastern

Alps and the Pannonian Basin.

Conclusions

The structure of the Mura Depression was analysed on the

basis  of  the  compilation  of  older  gravity  and  magnetic  data

and newer seismic reflection, borehole and geothermal data.

The presented structural map of the pre-Tertiary basement is

constructed from the interpretation of seismic reflection pro-

files  using  new  seismic  velocity  information  and  data  from

boreholes. In the major part of the depression the correlation

of this map with potential filed data is rather good, but in some

parts there are important discrepancies between the topogra-

phy of the basement and gravity or magnetic anomalies. Since

in  the  areas  under  discussion  only  a  few  boreholes  have

reached the metamorphic basement, covered mainly by Meso-

zoic  carbonates  and  clastic  sediments,  in  general  it  was  not

possible to explain the source of observed shifts. The strongest

positive  magnetic  anomaly  (+150 nT)  in  the  depression,  ob-

served  between  Beltinci,  Murska  Sobota  and  Dobrovnik,

which  is  shifted  with  respect  to  the  structural  height  of  the

Murska Sobota massif, is most probably caused by a deeper

structure. Gravity and magnetic modelling can give some ad-

ditional  insight  into  these  questions,  but  in-situ  data  on  the

density and magnetic susceptibility of the metamorphic rocks

from the basement is too sparse for reliable conclusions. Nev-

ertheless, it was possible to correlate the established structures

with the outcrops of the metamorphic complexes to the west

of the Mura Depression.

112                                                                                                GOSAR

The interpretation of two regional seismic reflection profiles

measured from the Rdeci breg, across the Radgona Depression

to the Murska Sobota massif has shown that also the interpre-

tation of major faults in the Mura Depression cannot always

be unique. Two alternative interpretations of the strong fault

in the transition zone between Rdeci breg and the Radgona de-

pression, which can be related to the Rába fault towards the

NE  and  to  the  Kungota  fault  towards  the  SW,  are  therefore

given.

The  presented  structural  characteristics  based  on  the  geo-

physical data are in agreement with the results of structural-

geologic investigations in the border areas and with the struc-

tural context of the SW part of the Pannonian Basin. A more

detailed seismic reflection investigation performed for under-

ground storage of gas in aquifers of the Pecarovci and Dank-

ovci  structures  located  on  the  Murska  Sobota  massif  is  pre-

sented in a separate article in Gosar (2005).

Acknowledgments:  The  author  is  grateful  to  M.  Bielik,  P.

Krzywiec and J. Mrlina for thorough and constructive reviews

of  the  article.  Geoinzeniring  and  the  Geological  Survey  of

Slovenia  are  acknowledged  for  the  provision  of  geophysical

data from their archives.

References

Bock R. 1959: A European field of the normal geomagnetic vertical

intensity  and  its  secular  variation.  Geophys.  Prospect.  7,  4,

389–413.

Djurasek S. 1988: Results of geophysical investigations in Slovenia

in years 1985–87. Nafta 39, 6, 311–326 (in Croatian).

Djurasek S. 1989: Overview map of the pre-Tertiary basement in the

Mura depression, 1 sheet, Nafta Lendava, Lendava (internal re-

port, in Slovenian).

Fodor  L.,  Jelen  B.,  Márton  E.,  Skaberne  D.,  Car  J.  &  Vrabec  M.

1998:  Miocene-Pliocene  tectonic  evolution  of  the  Slovenian

Periadriatic  line  and  surrounding  area  —  implication  for  Al-

pine-Carpathian extrusion models. Tectonics 17, 690–709.

Fodor L., Jelen B., Márton E., Rifelj H., Kraljic M., Kevric R., Már-

ton P., Koroknai B. & Báldi-Béke M. 2002: Miocene to Quater-

nary  deformation,  stratigraphy  and  paleogeography  in  NE

Slovenia and SW Hungary. Geologija 45, 1, 103–114.

Gosar  A.  1995:  Modelling  of  seismic  reflection  data  for  under-

ground gas storage in the Pecarovci and Dankovci structures —

Mura depression. Geologija 37–38, 483–549, (in Slovenian).

Gosar A. 2005: Seismic reflection investigations for gas storage in

acquifers (the Mura depression, NE Slovenia). Geol. Carpathi-

ca in print.

Haas J., Mioc P., Pamic J., Tomljenovic B., Árkai P., Berczi-Makk

A., Koroknai B., Kovacs S. & Felgenhauer E.R. 2000: Complex

structural  pattern  of  the  Alpine-Dinaridic-Pannonian  triple

junction. Int. J. Earth Sci. 89, 377–389.

Horváth F. & Pogácsas G. 1988: Contribution of seismic reflection

data to chrono-stratigraphy of the Pannonian basin. In: Royden

L.H. & Horváth F. (Eds.): The Pannonian basin: A study in ba-

sin evolution. AAPG Memoir 45, 97–105.

Horváth F. 1993: Towards a kinematic model for the formation of

the Pannonian basin. Tectonophysics 226, 333–357.

Kisovar M. 1977: Contribution to the structural relations in the Mura

depression. Znanstveni savjet za naftu, JAZU, Zbornik radova I

311–322 (in Croatian).

Kralj  P.  2000:  Upper  Pliocene  alkali  basalt  at  Grad,  NE  Slovenia.

Geologija 43, 2, 213–218.

Kralj  Pe.  &  Kralj  Po.  2000:  Thermal  and  mineral  waters  in  north-

eastern Slovenia. Environmental Geol. 39, 5, 488–500.

Kroell A., Fluegel W. & Weber F. 1988: Steiresches Becken-Sued-

burgenlandische  Schwelle,  Reliefkarte  des  preterciaren  Unter-

grundes, 1:200,000. Geol. Bundesanstalt, Wien.

Márton  E.,  Fodor  L.,  Jelen  B.,  Márton  P.,  Rifelj  H.  &  Kevric  R.

2002:  Miocene  to  Quaternary  deformation  in  NE  Slovenia:

complex  paleomagnetic  and  structural  study.  J.  Geodynamics

34, 627–651.

Miklic F. 1969: Magnetic map of Slovenia. Geol. Surv. Slovenia, 1–

84 (internal report, in Slovenian).

Mioc P. & Znidarcic M. 1996: Geological characteristics of the oil

fields  in  the  Slovenian  part  of  the  Pannonian  basin.  Geol.

Croatica 49, 2, 271–275.

Mioc P. & Markovic S. 1998: Basic geological map 1:100,000, Sheet

Cakovec with explanatory text. IGGG, 1–84 (in Slovenian).

Novak J. 1959: Report on geophysical investigations in NE Slovenia

in  years  1956–1958.  Geoinzeniring  1–17  (internal  report,  in

Slovenian).

Plenicar  M.  1970:  Basic  geological  map  SFRJ  1:100,000,  Sheet

Goricko with explanatory text. Zvezni geoloski zavod, 1–39 (in

Slovenian).

Poljak M. 1984: Neotectonic evolution in the Pannonian basin based

on satellite images. Advances in Space Research 11, 139–146.

Poljak M. 2000: Structural-tectonic map of Slovenia, 1 sheet. Geol.

Surv. Slovenia, Ljubljana.

Ravnik D., Stopar R., Car M., Zivanovic M., Gosar A., Rajver D. &

Andjelov M. 1995a: Applied geophysical investigations in Slo-

venia.  History  of  Slovenian  geodesy  and  geophysics.  Book  of

contributions, SZGG, 49–67 (in Slovenian).

Ravnik D., Rajver D., Poljak M. & Zivcic M. 1995b: Overview of the

geothermal field of Slovenia in the area between the Alps, the Di-

narides and the Pannonian basin. Tectonophysics 250, 135–149.

Rajver D., Ravnik D., Premru U., Mioc P. & Kralj P. 2002: Slovenia.

In: Hurter S. & Haenel R. (Eds.): Atlas of geothermal resources

in Europe. Official Publications of the European Communities,

Brussels, 54–56.

Royden L.H., Horváth F. & Rumpler J. 1983: Evolution of the Pan-

nonian basin System. 1. Tectonics. Tectonics 2, 1, 63–90.

Rumpler J. & Horváth F. 1988: Some representative seismic reflec-

tion  lines  from  the  Pannonian  basin  and  their  structural  inter-

pretation. In: Royden L.H. & Horváth F. (Eds.): The Pannonian

basin: A study in basin evolution. AAPG Memoir 45, 153–169.

Sachsenhofer R.F., Jelen B., Hasenhuettl C., Dunkl I. & Rainer T.

2001: Thermal  history of Tertiary  basins in  Slovenia  (Alpine-

Dinaride-Pannonian junction). Tectonophysics 223, 77–99.

Steininger F.F., Mueler C. & Rögl F. 1988: Correlation of Central

Paratethys,  Eastern  Paratethys  and  Mediterranean  Neogene

stages.  In:  Royden  L.H.  &  Horváth  F.  (Eds.):  The  Pannonian

basin: A study in basin evolution. AAPG Memoir 45, 79–87.

Turk V. 1993: Reinterpretation of chronostratigraphic in lithostrati-

graphic relationships in Mura depression.  Rud.-Metalur.  Zbor.

40, 1–2, 145–148 (in Slovenian).

Urh I. 1956: Gravity measurements in Pomurje. Geol. Surv. Slove-

nia, 1–70 (internal report, in Slovenian).

Voncina  Z.  1965:  Geotectonic  division  of  the  Mura-river  depres-

sion. Nafta 1, 1–3 (in Croatian).

Znidarcic  M.  &  Mioc  P.  1989:  Basic  geological  map  SFRJ

1:100,000, Sheets Maribor and Leibnitz with explanatory text.

Zvezni geoloski zavod, 1–60 (in Slovenian).