background image

GEOLOGICA CARPATHICA

, OCTOBER 2019, 70, 5, 418–431

doi: 10.2478/geoca-2019-0024

www.geologicacarpathica.com

Geophysical and geological interpretation  

of the Vienna Basin pre-Neogene basement  

(Slovak part of the Vienna Basin)

LENKA ŠAMAJOVÁ

1, 

, JOZEF HÓK

1

, TAMÁS CSIBRI

1

, MIROSLAV BIELIK

2,3

,  

FRANTIŠEK TEŤÁK

4

, BIBIANA BRIXOVÁ

2

, ĽUBOMÍR SLIVA

5

 and BRANISLAV ŠÁLY

1

Department of Geology and Paleontology, Faculty of Natural Sciences, Comenius University in Bratislava, Mlynská dolina, Ilkovičova 6, 

842 15 Bratislava, Slovakia; 

 

samajova7@uniba.sk

2

Department of Applied and Environmental Geophysics, Faculty of Natural Sciences, Comenius University in Bratislava, Mlynská dolina, 

Ilkovičova 6, 842 15 Bratislava, Slovakia

3

Earth Science Institute of the SAS, the Slovak Academy of Sciences, Dúbravská cesta 9, 840 05 Bratislava, Slovakia

4

State Geological Institute of Dionýz Štúr, Mlynská dolina 1, 817 04 Bratislava 1, Slovakia

5

NAFTA a.s., Plavecký Štvrtok 900, 900 68 Plavecký Štvrtok, Slovakia 

(Manuscript received March 14, 2019; accepted in revised form July 26, 2019)

Abstract: The Vienna Basin is situated at the contact of the Bohemian Massif, Western Carpathians, and Eastern Alps. 

Deep borehole data and an existing magnetotelluric profile were used in density modelling of the pre-Neogene basement 

in the Slovak part of the Vienna Basin. Density modelling was carried out along a profile oriented in a NW–SE direction, 

across the expected contacts of the main geological structures. From bottom to top, four structural floors have been  

defined.  Bohemian  Massif  crystalline  basement  with  the  autochthonous  Mesozoic  sedimentary  cover  sequence.   

The accretionary sedimentary wedge of the Flysch Belt above the Bohemian Massif rocks sequences. The Mesozoic 

sediments considered to be part of the Carpathian Klippen Belt together with Mesozoic cover nappes of Alpine and 

 Carpathian provenance are thrust over the Flysch Belt creating the third structural floor. The Neogene sediments form  

the highest structural floor overlying tectonic contacts of the Flysch sediments and Klippen Belt as well as the Klippen 

Belt and the Alpine/Carpathians nappe structures. 

Key words: Applied geophysics, gravimetry, magnetotelluric, tectonics, Western Carpathians.

Introduction 

The  Vienna  Basin  represents  a  Neogene  structure  superim-

posed on the rock sequences of the Bohemian Massif, Eastern 

Alps, External and Internal Western Carpathians (Fig. 1; e.g. 

Arzmüller et al. 2006). The paper presents the results of geo-

logical and tectonic interpretation of gravimetric and magne-

totelluric data from the Slovak part of the Vienna Basin and 

provides discussion regarding tectonic affiliation of different 

Mesozoic complexes.

The Vienna Basin represents one of the areas where the first 

gravimetric  measurements  were  performed.  These  measure-

ments have been carried out by the Eötvös torsion balance in 

the Gbely (Egbell) oil field back in 1915‒1916 (Pekár 1928; 

de  Böckh  1934).  The  result  of  these  measurements  was  

a Torsion-balance map (horizontal gravity map) of the Gbely 

high. Since then, the Vienna Basin has been in the centre of 

interest of both geologists and geophysicists. 

The Vienna Basin is considered one of the most explored 

basins. Among the numerous geophysical works, we mention 

only those, which we have drawn the most information (e.g., 

Tomek & Budík 1981; Šefara et al. 1987; Speváková 2011 and 

references herein). The results of Speváková (2011) provided 

important  data  on  the  densities  of  the  Tertiary  Basin  rocks  

on  the  basis  of  seismic  logging  data  (Novák  1997).  These  

data were first converted into velocities and using a shifted 

Cornwell polynomial of the fourth degree were transformed to 

densities.

The  geological/geophysical  model  was  constructed  along 

the profile oriented in a NW‒SE direction passing the tectonic 

mega  units,  in  order  to  clarify  their  mutual  configuration.  

The profile crosses the boreholes Cunín-10 (Cu-10), Gbely-105 

(G-105),  Smolinské-26  (Sm-26),  Šaštín-9  (Š-9),  Šaštín-12 

(Š-12), and Lakšárska Nová Ves-7 (LNV-7) within the Vienna 

Basin,  passes  through  the  Malé  Karpaty  Mts.  and  borehole 

Vištuk-2  (V-2)  situated  in  the  Danube  Basin  (Fig.  2).  Data 

from boreholes were published by Němec & Kocák (1976); 

Biela (1978); Kysela & Kullmanová (1988) and Jiříček (1988) 

(Fig. 3). The depth of the pre-Neogene basement is displayed 

on maps (Němec & Kocák 1976; Fusán et al. 1987; Jiříček 

1988; Kilényi & Šefara 1989; Wessely 1990, 1992).

The  aim  of  the  contribution  is  to  bring  new  insight  on  

the pre-Neogene basement of the Vienna Basin inferred from 

the  interpretation  of  geological,  gravimetric  and  magneto-

telluric  data.  Particular  attention  has  been  paid  to  the  long- 

discussed issue of the Alpine or Carpathian tectonic affiliation 

of the Mesozoic cover nappes in the pre-Neogene basement of 

the Slovak part of the Vienna Basin (Němec & Kocák 1976; 

background image

419

GEOPHYSICAL AND GEOLOGICAL INTERPRETATION OF THE VIENNA BASIN PRE-NEOGENE BASEMENT

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 418–431

Fusán et al. 1987; Jiříček 1988; Kysela & Kullmanová 1988; 

Wessely 1992; Wessely et al. 1993).

Geological background

The  geological  structure  of  the  investigated  area  (Fig.  1) 

includes from NW to SE the accretionary prism (Flysch Belt) 

of the External Western Carpathians thrust onto the Bohemian 

Massif during the Miocene. The Flysch Belt consists mainly 

of  Upper  Cretaceous  to  Paleogene  sediments  separated  into 

numerous  rootless  thrust  sheets  of  the  Magura  and  Krosno 

(Waschberg–Ždánice–Pouzdřany Unit) nappe systems (Biely 

et al. 1996). The Bohemian Massif rock complexes are repre-

sented  mainly  by  crystalline  rocks  (Picha  et  al.  2006). 

Sediments of the autochthonous Mesozoic cover of the Bohe-

mian Massif crystalline basement were drilled by several deep 

wells in the area of the Vienna Basin and its marginal parts. 

Due to the location of the area in question, the nearest deep 

borehole in the Austrian part of the Vienna Basin is Zistersdorf 

Üt 2A (Wessely 1988; Eliáš & Wessely 1990). In the southern 

part of the south-eastern slopes of the Bohemian Massif (NW 

marginal  part  of  the  Vienna  Basin)  the  boreholes  Sedlec-1, 

Bulhary-1,  Kobylí-1  or  Nové  Mlýny-1,2,3  were  drilled 

(Špička et al. 1977; Adámek 1986, 2005). All these boreholes 

have  proved  the  presence  of  autochthonous  Mesozoic  sedi-

ments  (mainly  represented  by  the  Upper  Jurassic  Mikulov 

marls)  in  max.  1500  m  layer  thickness.  The  Klippen  Belt 

forms  the  frontal  part  of  the  Internal  Western  Carpathians 

composed mainly of Jurassic and Cretaceous sediments which 

underwent  several  phases  of  folding  and  faulting  during  

the  Late  Cretaceous  to  Miocene  (Plašienka  &  Soták  2015; 

Hók et al. 2016; Plašienka 2018).

The  Tatricum,  Fatricum  and  Hronicum  tectonic  units  

(Fig. 2) are situated internally (south-eastward) of the Klippen 

Belt. The Tatricum is a thick-skinned structure and contains 

the crystalline basement and the Mesozoic cover (autochtho-

nous) sediments with a minor portion of Permian sediments. 

The Fatricum and Hronicum are cover nappe structures con-

taining  mostly  Mesozoic  sedimentary  sequences  thrust  over 

the Tatricum. The Hronicum comprises also the late Paleozoic 

volcano-sedimentary sequence of the Ipoltica Group (Vozárová 

Fig. 1. Simplified tectonic map of the Western Carpathians and adjacent areas (modified after Lexa et al. 2000). BM — Bohemian Massif;  

EA — Eastern Alps; EWC — External Western Carpathians; IWC — Internal Western Carpathians.

background image

420

ŠAMAJOVÁ, HÓK, CSIBRI, BIELIK, TEŤÁK, BRIXOVÁ, SLIVA and ŠÁLY

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 418–431

& Vozár  1988). Alpine  provenance  cover  nappes  are  repre-

sented by the Bajuvaric, Tirolic and Juvavic nappe systems of 

the  Northern  Calcareous  Alps  (e.g.,  Janoschek  &  Matura 

1980;  Fuchs  &  Grill  1984;  Sauer  et  al.  1992).  The  Upper 

Cretaceous  to  Paleogene  sediments  (Gosau  Group)  overlie  

the Alpine cover nappes as well as the Hronicum tectonic unit. 

Besides these, the Paleogene sediments are tectonically incor-

porated  between  the  Hronic  imbricated  thrust  slices  in  the 

Malé  Karpaty  Mts.  (Polák  et  al.  2011).  The  Neogene  sedi-

ments  overlie  the  crystalline,  Mesozoic  and  Paleogene  rock 

sequences with significant angular unconformity. 

Borehole data and their interpretations

The most important information was yielded by boreholes 

(Fig. 3) Lakšárska Nová Ves-7 (LNV-7), Šaštín-12 (Š-12) and 

Studienka-83 (St-83).

The borehole LNV-7 (Fig. 3) drilled Upper Cretaceous grey, 

dark grey organodetritic limestone below the Miocene sedi-

ments in depth 1564 m. Downwards dolomite (Hauptdolomite), 

Opponitz  limestone  and  subvertical  dipping  strata  of  the  

Lunz  Fm.  continue.  There  is  a  tectonically  disturbed  zone 

below the Lunz Fm., and below this zone up to the final depth 

(6400 m) the dolomite (?Hauptdolomite) and Opponitz lime-

stone  occur,  both  with  abundant  intercalations  of  anhydrite 

(Němec & Kocák 1976; Biela 1978; Kysela & Kullmanová 

1988).

In the borehole Š-12 the pre-Neogene basement occurs at 

depth 2200 m. From this depth to 4142 m the Upper Triassic 

(Norian) Hauptdolomite is presented with inclination of bed-

ding between 40° to 80°. Below the Hauptdolomite a lime-

stone/dolomite sequence with abundant anhydrite was drilled 

(Carnian; most probably the Opponitz Fm.). This sequence is 

followed  by  the  Lunz  Fm.,  Opponitz  limestone  and  again 

Lunz Fm., according to graded bedding in overturned position 

and finally again dolomite (Kysela & Kullmanová 1988).

Borehole St-83 (Studienka-83) is located out of the profile 

(Fig.  2)  south-west  of  borehole  LNV-7.  Pre-Neogene  base-

ment was reached in the interval 3087‒ 4117 m. From the top 

to the bottom, the Upper Cretaceous (“Senonian”) carbo nate 

breccia is composed of clasts of the Triassic carbonate with 

Upper  Cretaceous  limestone  and  sandstone  also  occurring. 

The  clasts  indicate  a  deeper  erosion  of  the  nappe  or  its  

frontal  part  with  synsedimentary  displacements  during  the 

Upper Cretaceous (late Cretaceous clasts in the late Cretaceous 

sediments,  Bujnovský  et  al.  1992).  Similar  late  Cretaceous 

sediments in the same position were drilled on the frontal part 

Fig. 2. Simplified tectonic map of the investigated area with position of the gravity and magnetotelluric profiles and boreholes.

background image

421

GEOPHYSICAL AND GEOLOGICAL INTERPRETATION OF THE VIENNA BASIN PRE-NEOGENE BASEMENT

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 418–431

of  the  Ötscher  nappe  at  Prottes  in  the Austrian  part  of  the 

Vienna Basin (cf. Kröll & Wessely 1973; Wessely 1975). 

The  deeper  portion  of  the  sequence  below  the  breccia  is 

 represented  by  the  Reingraben  shales,  Steinalm  Limestone, 

Gutenstein  Fm.,  evaporitic  Reichenhall  Fm.  and  finally  the 

Upper Cretaceous to Paleocene dark grey carbonate claystone 

(Jiříček 1988; Bujnovský et al. 1992). The lithostratigraphic 

character  of  the  Triassic  sediments,  especially  presence  of  

the Reingraben Fm. and Reichenhall Fm., allows us to cor-

relate them with the Tirolicum nappe system (c.f., borehole 

Berndorf-1, Wachtel & Wessely 1981).

The Smolinské-26 (Sm-26, Fig. 3) borehole reached below 

the 1700 m of the Miocene sediments the Cretaceous (mostly 

Albian‒Cenomanian) marlstone, clayey limestone considered 

Fig. 3. Boreholes data (adapted from: Němec & Kocák 1976; Biela 1978; Jiříček 1988; Kysela & Kullmanová 1988 and Bujnovský et al. 1992). 

The off-profile boreholes are grey.

background image

422

ŠAMAJOVÁ, HÓK, CSIBRI, BIELIK, TEŤÁK, BRIXOVÁ, SLIVA and ŠÁLY

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 418–431

to be a part of the Carpathian Klippen Belt (Němec & Kocák 

1976;  Biela  1978;  Jiříček  1988  and  Kysela  &  Kullmanová 

1988). Boreholes Gbely-105 (G-105) and Cunín-10 (Cu-10) 

penetrated the sandy clays, and carbonatic sandstones of the 

Magura nappe system (Biele Karpaty Unit) below the Neogene 

sediments.

Geophysical methods 

The  2D  density  model  was  created  in  GM-SYS  software 

(GM-SYS User’s Guide for version 4.9, 2004). It is an interac-

tive  software  for  calculating  the  gravity  and  magnetic  field 

from the geological models. 2D model is composed of closed 

polygons  with  representative  density.  The  calculations  of  

the gravitational effects of the geological bodies are based on 

the  formulae  of Talwani  et  al.  (1959),  with Won  &  Bevis’s 

algorithm (GM-SYS User’s Guide 4.9, 2004).

For elimination of the edge-effect, the GM-SYS  software 

allows us to extend the profile up to the distance of ±30,000 km. 

The  input  model  was  based  on  the  boreholes  (Table  1)  and 

surface geological data. The densities used in final models are 

shown in Fig. 4. The final model was modified by the trial and 

error  method  until  a  reasonable  fit  was  obtained  between  

the  measured  and  calculated  gravity  data.  In  this  study,  the 

maximum deviation between gravitational effect and observed 

gravity reaches only ±0.85 mGal.

The magnetotelluric method (Szalaiová et al. 2011) is a pas-

sive  electromagnetic  technique  for  which  the  electric  and 

magnetic  fields  are  measured  in  orthogonal  directions  on  

the earth’s surface. The field sources are: equivalent current 

systems in the ionosphere (frequency range — below 1 Hz) 

and lightning discharges in the earth-ionosphere cavity in the 

equatorial zone (Audio-frequency Magnetotelluric frequency 

range from 1 Hz to 10 kHz). The periodicity of the source as 

well  as  the  resistivity  distribution  of  the  subsurface  has 

 influence on the depth of information retrieval. The depth of 

investigation  is  from  a  few  tens  of  metres  to  hundreds  of 

kilometres.

In 2D space the equations for resolving apparent resistivity 

and phase decouple into two different models of propagation 

(Szalaiová  et  al.  2011).  In  one  mode,  electric  currents  are 

flowing parallel to the strike of structures, and are termed the 

transverse–electric mode. The other mode describes currents 

crossing  the  structure  and  is  called  the  transverse  magnetic 

mode.  For  2D  models  one  can  invert  two  pairs  of  apparent 

resistivity and phase curves. When the complexity of the Earth 

is  fully  taken  into  account,  3D  special  modelling  inversion 

algorithms should be used. At present this approach is time 

consuming  and  does  not  give  satisfactory  results.  In  some 

cases restricted 2D interpretation of 3D data may be valid.

Gravity data

The gravity data were obtained from the Bouguer anomaly 

map with the grid of 200×200 m (Pašteka et al. 2014, 2017). 

The topography data were taken from the Topographic Institute 

(2012).  The  2D  quantitative  interpretation  depends  on  geo-

metry of the modelled polygons that approximate geological 

bodies and the knowledge of the rock densities.

The  surface  and  subsurface  structures  of  the  individual 

 tectonic  units  was  constrained  using  the  geological  map, 

 structural data and deep boreholes (lithology, tectonic affilia-

tion and sediment thickness).

The Moho depth (crustal thickness) along the profile is con-

sistent with the Moho depth imaged in the papers of Alasonati 

Tašárová  et  al.  (2016)  and  Bielik  et  al.  (2018).  The  Moho 

depth  varies  between  32  km  (Vienna  Basin)  to  29.7  km 

(Danube Basin).

The  lithosphere–asthenosphere  boundary  (lithospheric 

thickness)  has  been  taken  from  Dérerová  et  al.  (2006)  and 

Alasonati  Tašárová  et  al.  (2016).  The  lithosphere–astheno-

sphere boundary in the study area is more or less horizontal 

and has a depth of about 105 km.

The sediment densities were constrained using data summa-

rized  in  the  paper  of  Šamajová  &  Hók  (2018).  The  natural 

densities of the tectonic units which form the upper part of  

the upper crust (Fig. 4) were taken from the map of the tec-

tonic  units  of  the  Western  Carpathians  (Šamajová  &  Hók 

2018). Input average densities of the lower part of the upper 

crust, lower crust, mantle lithosphere and asthenosphere were 

determined by analysis of the results of Lillie et al. (1994); 

Bielik (1995, 1998); Hrubcová et al. (2005, 2010); Alasonati 

Tašárová et al. (2008, 2009, 2016); Šimonová & Bielik (2016) 

and Šimonová et al. (2019).

To present final model of the deep and subsurface structures 

in  relevant  resolution,  the  lithosphere–asthenosphere  boun-

dary and Moho discontinuity are not shown 

in the final model. However, their gravita-

tional effects were calculated.

Magnetotelluric data 

The  magnetotelluric  profile  (Fig.  2)  was 

located near Šaštín-Stráže, crossing the deep 

boreholes  (Sm-26,  Š-12,  LNV-7;  Table  1) 

and it was ended by the high-density hou sing 

(Lakšáre elevation, Němec & Kocák 1976).

Name

Locality

TD [m]

Latitude

Longitude

Z [m a.s.l.]

Cu-10

Cunin

950

48°45’44.219’’ N

17°3’35.836’’ E

158.53

Gb-105

Gbely

1300

48°43’14.424’’ N

17°4’59.832’’ E

168.80

Sm-22

Smolinské

2100

48°40’51.401’’ N

17°7’29.972’’ E

198.88

Sm-26

Smolinské

6405

48°40’26.178’’ N

17°7’30.387’’ E

184.24

Š-9

Šaštín

2200

48°38’58.376’’ N

17°8’37.326’’ E

178.91

Š-12

Šaštín

6505

48°38’44.909’’ N

17°8’47.136’’ E

168.02

LNV-7

Lakšárska Nová Ves

6405

48°33’55.698’’ N

17°11’39.21’’ E

245.80

St-83

Studienka

4186

48°31’31.372’’ N

17°5’54.717’’ E

201.29

V-2

Vištuk

2335

48°18’53.478’’ N

17°22’19.054’’ E

192.53

Table 1: Boreholes maximum depth and coordinates.

background image

423

GEOPHYSICAL AND GEOLOGICAL INTERPRETATION OF THE VIENNA BASIN PRE-NEOGENE BASEMENT

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 418–431

Fig. 4. Geological interpretation of the gravimetric profile.

background image

424

ŠAMAJOVÁ, HÓK, CSIBRI, BIELIK, TEŤÁK, BRIXOVÁ, SLIVA and ŠÁLY

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 418–431

Data acquisition was made with the use of system 2000.net 

manufactured by Phoenix Geophysics, Canada. Recording of 

the electromagnetic field components was carried out in the 

frequency range 0.0005–10,000 Hz. Electric dipoles E

x

 were 

oriented at azimuth 0°. Electric dipoles E

y

 were perpendicular 

to E

x

. For recording magnetic field components two horizontal 

and  one  vertical  magnetic  coils  were  used.  To  eliminate  or 

reduce the effects of artificial electromagnetic noise, magnetic 

remote reference point was applied and reference processing 

was made. A remote reference station was located in Poland 

(Chyrowa  remote  site),  close  to  Dukla  town.  Results  of  the 

geophysical  and  geological  interpretation  with  description 

were made by PBG Ltd. Krakow Branch for NAFTA a.s.

Based  on  analysis  of  the  distribution  of  the  skew  of  the 

impedance tensor (Szalaiová et al. 2011) it was found that for 

the whole frequency band, the survey area is characterized by 

the geological structure equivalent to the 1D or 2D geoelectri-

cal model (skew values for the whole area are less than 0.3). 

Only in the case of the MT site (S1_57), the 1D or 2D hypo-

thesis was not perfectly valid and for the whole range of fre-

quency. As it is the last point of the profile, the measurement 

does not have much impact on the quality of magnetotelluric 

interpretation.  Higher  values  of  Skew  (for  noise  free  data) 

indicate 3D effect, which was also confirmed by looking at 

polar diagrams. Therefore, an analysis of polar diagrams was 

also  done  to  produce  more  precise  information  about  the 

dimensionality. The analysis of polar diagrams indicated that 

the  geoelectric  environments  are  almost  1D  for  frequencies 

from 10 kHz to about 0.1 kHz. For lower frequencies, a 2D 

model should generally be taken into account. Tipper values 

vary  between  0.05  and  0.4  remaining  within  an  acceptable 

range for main range frequency. It is well known that tipper 

parameter values occurring above 1.0 are incorrect and it is the 

result of larger noise of the vertical component of the magnetic 

field,  therefore  they  should  not  be  interpreted  in  any  way.  

In the presented magnetotelluric measurements higher values 

for tipper occurred mainly in the interval 1.0–0.1 Hz. It means 

that the measured curves obtained by processing are very good 

quality. From this point of view the easiest approach how to 

show  the  results  in  cross-section  was  the  using  the  Bostick 

transformation (Szalaiová et al. 2011).

Interpretation of the gravity profile

The resultant lithospheric density model along the interpre-

tative profile is shown in Fig. 4. It is important to note, that  

the density model was calculated up to the lithosphere–asthe-

nosphere boundary, since our goal is to interpret the structure 

of the pre-Neogene basement. Since the gravity effects of the 

Moho discontinuity, and the lithosphere-asthenosphere boun-

dary are almost constant the resultant model displays density 

inhomogeneities only up to a depth of ~25 km.

The  calculated  gravity  of  the  resultant  model  consists  of 

several local anomalies. The Vienna Basin is represented by  

a gravity low (values vary between 52 mGal and 15 mGal), 

which  is  due  to  the  superposition  of  the  gravity  effects  of  

the Neogene and Paleogene sediments with low densities. This 

interpretation  is  also  supported  by  the  field  of  the  stripped 

gravity map (Tomek & Budík 1981). The Vienna Basin gravity 

low, which is a part of the westernmost Western Carpathian 

low (Tomek et al. 1979) is divided by the system of faults into 

the  partial  depressions.  The  faults  in  the  Vienna  Basin  are 

interpreted  according  to  Němec  &  Kocák  (1976);  Jiříček 

(1988); Kysela & Kullmanová (1988); Wessely et al. (1993).

The  density  model  suggests  that  the  Magura  and  Krosno 

nappe systems, mostly formed by the Upper Cretaceous and 

Paleogene  sediments,  are  overthrust  onto  the  Bohemian 

Massif. They emerge on the surface from beneath the Neogene 

sediments NE of the Vienna Basin. Both nappe systems are 

formed by “flysch” character deposits in which sandstone and 

claystone (marl) layers alternate. The density characteristic is 

different depending on the prevailing grain size. The Krosno 

nappe  system,  represented  by  the  Waschberg–Ždánice–

Pouzdřany  Unit,  is  mostly  composed  of  fine-grained  sedi-

ments  (clays,  marls,  marlstones),  while  the  Magura  nappe 

system contains primarily sandstones (Siary and Rača units) 

with fine-grained sediments occurring only to a lesser extent 

(Biele  Karpaty  and  Bystrica  units).  The  total  thickness  of  

the Flysch Belt wedge sediments in the Vienna Basin reaches 

about 9‒11 km. The thickness of the Magura nappe system on 

the contact with the Klippen Belt (7‒8 km) was estimated on 

the basis of the results of Picha et al. (2006).

The  Carpathian  Klippen  Belt  is  interpreted  as  a  shallow 

structure  thrust  together  with  Mesozoic  cover  nappes  over  

the Flysch Belt sediments. In gravity field all these tectonic 

units are characterized by small local gravity anomalies with  

a maximum amplitude of 5 mGal.

Two local anomalies were observed consisting of one local 

gravity high and low on the profile section from 16 km to 33 km 

(Fig.  4).  The  first  one  is  a  result  of  the  larger  thickness  of  

the Mesozoic sediments of Alpine and Carpathian provenance 

(see  borehole  LNV-7).  The  second  one  (gravity  low  with 

maxi mum  amplitude  of  20  mGal)  is  due  to  the  Zohor–

Plavecká  depression.  Careful  investigation  of  the  borehole/

subsurface data and correlation of Mesozoic/Triassic lithostra-

tigraphy of Alpine and Carpathian nappes allows us to propose 

criteria for their discrimination. The key feature is the presence 

or absence of anhydrite-rich strata (Opponitz Fm. the Reichen-

hall Fm., Haselgebirge Fm.). Furthermore, the occurrence of 

an anhydrite-rich Mesozoic sequence affects the density value. 

The sediments of the Gosau Group are infolded or overthrust 

by the Triassic carbonate.

The  density  model  clearly  indicates  fault  contacts  of  the 

Malé  Karpaty  Mts.  with  the  Vienna  and  Danube  basins.  

The contact between the Vienna Basin and Malé Karpaty Mts. 

is  characterized  by  a  large  horizontal  gradient  of  about  

5.3 mGal/km, while the contact between the Malé Karpaty and 

Danube  Basin  is  represented  by  a  smaller  one  (~3.5  mGal/

km). The horst structure of the Malé Karpaty Mts. is repre-

sented  by  a  significant  gravity  high  with  amplitude  of   

~20 mGal. 

background image

425

GEOPHYSICAL AND GEOLOGICAL INTERPRETATION OF THE VIENNA BASIN PRE-NEOGENE BASEMENT

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 418–431

The westernmost part of the Danube Basin is accompanied 

by  a  gravity  low.  The  Tatricum  crystalline  basement  below  

the Neogene sediments was penetrated by in borehole Vištuk-2 

(V-2). Therefore, this tectonic unit was modelled by granitoids 

(2.70  g.cm

-3

)  and  crystalline  schist  (2.78  g.cm

-3

).  The  deep 

contact of the Tatricum tectonic unit outcropping in the Malé 

Karpaty Mts. is slightly shifted over the Bohemian Massif.

The  boundary  between  the  upper  and  lower  crust  was 

 modelled at depths of about 17.5 and 19 km. The deep contact 

between the Flysch Belt nappes and the Bohemian Massif is 

characterized  by  a  small  inclination.  It  is  frequently  visible  

in evolutionary models of continental collision maintained in 

isostatic equilibrium (e.g., Karner & Watts 1983; Stockmal & 

Beaumont 1987; Lillie 1991; Lillie et al. 1994).

Interpretation of the magnetotelluric profile

Four floors of different resistivity are interpreted on the mag-

netotelluric profile. The first two floor are controlled by bore-

hole  data.  The  first  of  these  floors  belongs  to  the  Neogene 

sediments.

The second floor with significantly higher resistivity is rep-

resented by the Mesozoic sediments (boreholes Sm-26, Š-9, 

Š-12, LNV-7). The Magura nappe system of the Flysch Belt 

with a significant portion of the sandstones occupied the NW 

part of profile (boreholes Cu-10 and G-105).

The  third  floor  is  characterized  by  low  resistivity  (0.0– 

0.2 Ohm.m) and density (2.58–2.60 g.cm

-3

). These resistivity 

and  density  values  are  representative  for  the  Krosno  nappe 

system  sediments  as  well  as  the  autochthonous  Mesozoic 

 sediments  of  the  Bohemian  Massif  (Figs.  4,  5).  However,  

the position and thickness of this floor better correspond to  

the  lithological  character  of  the  Krosno  nappe  system  (e.g., 

Chlupáč  et  al.  2002).  On  the  other  hand,  autochthonous 

Mesozoic sediments were identified beneath the Flysch belt 

and Neogene sediments as known from wells (Eliáš & Wessely 

1990;  Adámek  2005),  thus  their  presence  cannot  be  com-

pletely excluded. Therefore, the presence of an autochthonous 

Mesozoic layer on the top of the Bohemian Massif crystalline 

basement is assumed in a limited thickness below the Krosno 

nappe system (Fig. 5).

Based  on  the  former  magnetotelluric  results  published  by 

Jankowski et al. (1985, 2008) in the structures below 6 km  

it  could  be  also  considered  the  presence  of  the  Carpathian 

Conductivity Anomaly (CCA). On the closest Profile P-78a  

to  our  study  area,  the  CCA  was  estimated  in  the  depth  

interval 10–20 km (Jankowski et al. 1985). It is characterized 

by the same low resistivity values (1–4 Ohm.m) we attributed 

to  the  ?Paleozoic  rocks  in  our  interpretation.  This  general  

well  known  anomaly  and  its  origin  is  topic  for  debate  for 

decades  (Hvoždara  &  Vozár  2004;  Jankowski  et  al.  2008).  

Its  presence  could  also  cover  the  more  resistive  structures 

below.

The deepest high resistivity floor is attributed to the crystal-

line complexes of the Bohemian Massif (Picha et al. 2006). 

The interpretation is also supported by the seismic interpreta-

tion along the Profile 8HR (Tomek & Hall 1993).

Discussion

Gravimetric and magnetotelluric surveys were done to cla-

rify the geological structure of the Slovak part of the Vienna 

Basin pre-Neogene basement. The thickness of the Neogene 

sediments  was  obtained  from  borehole  data.  The  Neogene 

sedi mentary fill is represented by a low-resistivity anomaly on 

the magnetotelluric profile. Similar resistivity values for the 

sedimentary  layers  were  observed  in  older  magnetotelluric 

and geomagnetic deep sounding works, along the international 

Deep  Seismic  Sounding  profile  No.  VI  (Červ  et  al.  2001).  

The newest and closest geoelectrical study situated just a few 

kilometres to the west from our analysed profile (Klanica et al. 

2018) and the borehole logs confirms these resistivity values. 

The course of this anomaly is observable in detail in the gra-

vimetric  interpretation.  The  density  ranges  from  2.20  to  

2.50 g.cm

-3

, depending on the lithification rate of the Neogene 

sediments.  The  applied  densities  have  been  compared,  in 

detail, with the densities calculated on the basis of seismic log-

ging data converted to velocities and their subsequent trans-

formation to densities. The densities thus determined directly 

on the wells Šaštín-9 (Š-9), Šaštín-12 (Š-12), and Lakšárska 

Nová Ves-7 (LNV-7) are in good accordance with our deter-

mined densities (e.g., Eliáš & Uhmann 1968; Stránska et al. 

1986; Ibrmajer et al. 1989; Šamajová & Hók 2018).

The pre-Neogene basement is reliably visible on the both 

geophysical  interpretations.  The  pre-Neogene  floor  of  the 

Vienna Basin consists of Mesozoic and Paleogene sediments. 

Based on the magnetotelluric interpretation, it is possible to 

differentiate the position of the Paleogene (low resistivity) and 

Mesozoic sequences (high resistivity). The gravimetric inter-

pretations  allow  variation  in  the  density  value  of  these 

sequences. Tectonic  affiliations  of  the  Mesozoic  nappe  sys-

tems mainly in the south-west (Austrian) part is indisputable. 

A  problematic  and  long-discussed  question  is  the  tectonic 

classification of the Mesozoic sediments in the north-eastern 

(Slovak) part of the Vienna Basin. The main problem is the 

lithofacial similarity of the individual lithostratigraphic mem-

bers  of  the  Bajuvaricum,  Tirolicum  and  Hronicum  tectonic 

units (c.f., Wessely 1992 and Havrila 2011).

According  to  Fusán  et  al.  (1987),  Kysela  &  Kullmanová 

(1988) and partially also Němec & Kocák (1976) the Mesozoic 

sediments of the Slovak part of the Vienna Basin belong to  

the  Hronicum  tectonic  unit.  Continuation  of  the  Northern 

Calcareous  Alps  nappes  below  the  Neogene  sediments  of  

the Slovak part of Vienna Basin is reported by Jiříček (1988); 

Hamilton  et  al.  (1990);  Wessely  (1992)  and  Wessely  et  al. 

(1993).

The Hronicum tectonically overlies the Fatricum and rep-

resents  the  highest  nappe  system  of  the  Middle  group  of 

nappes of the Internal Western Carpathians (sensu Hók et al. 

2014).  The  Triassic  lithostratigraphy  of  the  Fatricum  and 

background image

426

ŠAMAJOVÁ, HÓK, CSIBRI, BIELIK, TEŤÁK, BRIXOVÁ, SLIVA and ŠÁLY

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 418–431

Fig. 5. Magnetotelluric profile between boreholes Lakšárska Nová Ves-7 (LNV-7) and Smolinské-26 (Sm-26). Visualization of the measured 

data to the depth 20.0 km (A), more detailed visualization to the depth 6.0 km (B).

background image

427

GEOPHYSICAL AND GEOLOGICAL INTERPRETATION OF THE VIENNA BASIN PRE-NEOGENE BASEMENT

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 418–431

Hronicum is considerably different (e.g., Biely et al. 1996). 

However, the Triassic lithostratigraphy of the Hronicum and 

the Tirolicum and/or Bajuvaricum is in many aspects similar 

(Table  1).  Correlation  of  the  Bajuvaricum  (especially  Fran-

kenfels–Lunz  nappe  system)  and  Fatricum  (Wessely  1992) 

can be excluded due to different Triassic lithostratigraphy of 

these tectonic units. The Fatric nappe system does not contain 

lithostratigraphic members typical for the Bajuvaricum (e.g., 

Reichenhall Fm., Reifling Fm., Opponitz Fm.). This lithostra-

tigraphy is closer to the Biely Váh and/or Dobrá Voda basinal 

sequences of the Hronic nappe system in the Internal Western 

Carpathians  (Kováč  et  al.  2002;  Havrila  2011).  Moreover,  

the  Carpathian  Keuper  sequence  systematically  presented 

within  the  Fatricum  has  only  limited  occurrences  in  the 

Bajuvaric  (Frankenfels-Lunz)  and/or  Hronic  nappe  systems 

(e.g., Mandl 2000; Polák et al. 2003; Havrila 2011). 

The  Tirolic  nappes  in  the  pre-Neogene  basement  of  the 

Vienna Basin were linked to the Malé Karpaty Mts. and cor-

related with the Veterlín, Havranica and Jablonica nappes of 

the Hronic nappe system (Jiříček 1988; Hamilton et al. 1990; 

Wessely 1992; Wessely et al. 1993). The original paleogeo-

graphic position of the Tirolicum and western parts of Hro-

nicum was probably in proximity as seen from the lithofacial 

similarity of Triassic lithostratigraphic members (Table 2).

The  decisive  argument  how  to  distinguish  between  the 

Tirolicum and Hronicum or Alpine versus Carpathian tectonic 

provenance is the presence or absence of the anhydrite-rich 

strata  of  the  Opponitz  Fm.  and  Reichenhall  Fm.  as  well  as  

the Reingraben Fm. The Opponitz Fm. is the integral member 

of the Havranica and Jablonica partial nappes of the Hronicum, 

but does not contain anhydrite (Began et al. 1984; Salaj et al. 

1987; Havrila 2011). In the boreholes of the Závod series (e.g., 

Jiříček 1988) the Haselgebirge Fm., which probably indicates 

the presence of Juvavicum, has also been documented. None 

of these formations occur in the Hronicum even in the whole 

Western Carpathians (Table 2). Therefore, the anhydrite-rich 

sediments in the lower sections of boreholes LNV-7 and Š-12 

(Fig. 3) are interpreted as part of the Alpine provenance nappe 

system,  while  the  upper  sections  belong  to  the  Hronicum  

(Fig. 6). Similarly, the Triassic interval with the Reingraben 

shales,  Steinalm  Limestone,  Gutenstein  Fm.  and  evaporitic 

Reichenhall  Fm.  in  borehole  Studienka-83  (Fig.  3)  belongs  

to  the  Tirolicum  (Unterberg  nappe  in  borehole  Berndorf-1 

 section, Wachtel  & Wessely  1981). The  Upper  Cretaceous‒

Paleocene sediments below the Triassic sequence in borehole 

Studienka-83  can  be  correlated  with  the  Gießhübel  basin 

(Bujnovský et al. 1992; Stern & Wagreich 2013) and Bajuvaric 

nappe system can be expected below.

The upper boundary (12 km; Fig. 5) crystalline basement of 

the Bohemian Massif is visible on the magnetotelluric inter-

pretation as a high resistivity anomaly (5–19 Ohm.m). On the 

gravimetric  profile,  the  high  density  Bohemian  Massif  was 

interpreted (in depth 11 km; Fig. 4).

The Bohemian Massif is overlain by autochthonous Meso-

zoic  cover.  This  structure  is  undetectable  in  the  magneto-

telluric profile. The gravimetric interpretation is supported by 

well  log  analyses  and  by  study  of  the  borehole  lithology 

Zistersdorf  Üt  2A,  Sedlec-1;  Bulhary-1;  Kobylí-1  or  Nové 

Mlýny-1,2,3 (Špička et al. 1977; Adámek 1986, 2005; Wessely 

1988;  Eliáš  &  Wessely  1990)  even  though  the  sediments  

were not reached in the borehole Berndorf-1 

(Wachtel & Wessely 1981).

The  Flysch  Belt,  located  directly  below  

the  Neogene  sediments,  outcrops  only  in  the 

northern  part  of  the Vienna  Basin.  However, 

we assume that it extends deeper, even below 

the Northern Calcareous Alps as well as below 

the Internal Western Carpathians units almost 

to the NW margin of the Malé Karpaty Mts. 

(compare Arzmüller et al. 2006).

The mentioned assumptions are based on the 

know ledge of the surface structure of the Flysch 

Belt  (Potfaj  et  al.  2014),  the  borehole  data 

from the Vienna Basin (Adámek 2005; Picha 

et  al.  2006)  and  surroundings  (Lubina-1,  see 

Leško et al. 1982; Klanečnica-1, Teťák 2016) 

as well as the magnetotelluric data (Fig. 5).

We assume a 3–6 km thick complex formed 

by  “flysch“  deposits  above  the  crystalline 

basement  and  autochthonous  Mesozoic  sedi-

ments of the Bohemian Massif.

It is represented (upward) by the autochtho-

nous  Paleogene  sediments  and  overlaying 

Krosno and Magura nappe systems. Krosno 

nappe system represents in particular 

Waschberg–Ždánice–Pouzdřany Unit. They are 

Table 2: Lithostratigraphic columns of the Hronicum and Tirolicum nappe systems 

(Piller et al. 2004; Buček in Polák et al. 2012). The Opponitz Formation does not con-

tain anhydrite intercalations in the Hronicum. *Göstling Fm., ** Reingraben Fm.

background image

428

ŠAMAJOVÁ, HÓK, CSIBRI, BIELIK, TEŤÁK, BRIXOVÁ, SLIVA and ŠÁLY

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 418–431

partly autochthonous deposits of the margin of the Bohemian 

Massif, and partly thrust-sheets or duplexes of the Waschberg–

Ždánice–Pouzdřany Unit and other external units. We do not 

expect that the Silesian Unit or the Fore-Magura Unit reach so 

far west. The Waschberg–Ždánice–Pouzdřany Unit is formed 

predominantly  by  Upper  Cretaceous  (Campanian–Maas-

trichtian)  to  Lower  Miocene  (Egerian  to  Karpatian)  marls  

and mudstones. The organic-rich rocks of the Menilitic Fm. of 

the  Waschberg–Ždánice–Pouzdřany  Unit  or  the  autochtho-

nous  Paleogene  sedi  ments  are  an  important  source  rocks  of 

hydrocarbons in the Vienna Basin (Picha et al. 2006). Based 

on  the  mentioned  pre vailing  lithology,  the  density  of  this 

 complex is 2.58 g.cm

-3

.

The sediments of the Magura nappe system are thrust over 

the  Krosno  nappe  system.  Prevailing  Upper  Cretaceous  to 

Paleogene flysch deposits analogous to underlying units are 

found here, although their stratigraphy and lithology are fun-

damentally different. The lowest and most external Siary Unit 

(northern  Rača  Unit)  is  formed  by  typical  thick  sandstone 

complexes of the Soláň and Zlín Fms. Sandstone rich litho-

logy  is  overlying  the  Rača  Unit  with  sandstones  of  the 

Luhačovice  and  Zlín  Fms.  (Picha  et  al.  2006).  Based  on  

the predominant sandstone lithology, we determine the density 

of the Siary and Rača units at 2.70 g.cm

-3

The marls are typical for the Bystrica Unit of the Magura 

nappe system. The Bystrica Unit does not outcrop on the sur-

face. If this unit occurs in the Vienna Basin, it will most likely 

occupy deeper parts close to the Klippen Belt.

The  Biele  Karpaty  Unit  reaches  much  larger  dimensions 

(Potfaj 1993). The Biele Karpaty Unit is represented by the 

Bošáca  Nappe  predominantly  containing  marls  and  mud-

stones. The stratigraphically and tectonically higher sandstone- 

rich  Javorina  Nappe  either  does  not  occur  here  or  only  in  

a limited extent with a reduced proportion of sandstone due to 

the distal position of Javorina type sandstones. The density of 

the Siary and Rača units is 2.58 g.cm

-3

.

We do not expect the occurrence of Magura nappe system 

sediments  internally  from  the  Klippen  Belt.  If  they  were  to  

be present, then only to a limited extent and represented by  

the Biele Karpaty Unit with lower density.

Conclusion

Geophysical  and  geological  modelling  and  interpretations 

along  the  gravimetric  and  magnetotelluric  profiles  brought 

new results on the structures of the pre-Neogene basement of 

the Slovak part of the Vienna Basin (Fig. 1). The gravimetric 

Fig. 6. Simplified geological map with the position of the Alpine and Carpathians nappe systems. FB — Flysch Belt; KB — Klippen Belt;  

NCA — North Calcareous Alps; Bj — Bajuvaric nappe system; Ti — Tirolic nappe system; IWC — Internal Western Carpathians; Hr — Hronic 

nappe system.

background image

429

GEOPHYSICAL AND GEOLOGICAL INTERPRETATION OF THE VIENNA BASIN PRE-NEOGENE BASEMENT

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 418–431

profile  was  constructed  in  the  NW‒SE  direction  along  the 

expected  tectonic  contacts  and  deep  boreholes.  Part  of  

the gravimetric profile is parallel to the magnetotelluric profile 

(Fig.  2).  The  data  from  deep  boreholes,  especially  from 

Lakšárska  Nová  Ves-7  (LNV-7)  and  Šaštín-12  (Š-12),  have 

been reviewed from the point of view of the current lithostrati-

graphic knowledge of the Mesozoic rock sequences (Fig. 3). 

The obtained results can be summarized as follows:

•  Four  floors  with  different  geological  structure  can  be 

defined (Figs. 4, 5)

•  The deepest floor is formed by the crystalline basement of 

the Bohemian Massif and its autochthonous Mesozoic cover 

(Figs. 4, 5).

•  The  floor  above  the  Bohemian  Massif  is  represented  by  

the  accretionary  prism  of  the  Flysch  Belt  formed  by 

(upward)  the  Krosno  (Waschberg–Ždánice–Pouzdřany 

Unit)  and  Magura  nappe  systems  thrust  over  the  rock 

sequences of the Bohemian Massif (Figs. 4, 5).

•  The third floor is controlled by borehole data. It contains  

the  Mesozoic  sequences  of  the  Klippen  Belt  and  cover 

nappes of the Alpine and Carpathian tectonic provenance.

•  The decisive argument for determining the tectonic identity 

of the cover nappes is the presence or absence of anhyd rite-

rich strata documented in boreholes (Opponitz Fm., Rein-

graben  Fm.,  Reichenhal  Fm.)  that  do  not  occur  in  the 

Hro nicum tectonic unit (Fig. 3).

•  The  Hronicum  tectonic  unit  is  thrust  over  the Tirolic  and 

Bajuvaric nappe systems (Fig. 6).

•  The Neogene sediments of the Vienna Basin infill represent 

the highest floor of geological structure in the interpreted/

modelled profiles (Figs. 4, 5).

Acknowledgements: This work was supported by the Slovak 

Research and Development Agency under the contracts nos. 

APVV-0212-12,  APVV-16-0146,  APVV-16-0121,  APVV- 

16-0482,  APVV-17-0170  and  APVV  SK-AT-2017-0010  by  

the VEGA Slovak Grant Agency under projects nos. 2/0006/19 

and  1/0115/18  and  by  the  grants  of  Comenius  University  

No. UK/268/2017. Thanks also to the comments of the revie-

wers  which  helped  to  clarify  some  aspects  of  the  original 

 manuscript.

References

Adámek J. 1986: Geological knowledge about Mesozoic structure of 

southeastern slope of the Bohemian Massif section. Zemní Plyn 

a nafta 31, 4, 453–484 (in Czech).

Adámek J. 2005:  The  Jurassic  floor  of  the  Bohemian  Massif  in 

 Moravia — geology and paleogeography. Bulletin of Geosciences 

80, 4, 91–305.

Alasonati Tašárová Z., Bielik M. & Götze H.J. 2008: Stripped image 

of the gravity field of the Carpathian–Pannonian region based on 

the combined interpretation of the CELEBRATION 2000 data. 

Geol. Carpath. 59, 3, 199–209.

Alasonati Tašárová Z., Afonso J.C., Bielik M., Götze H.J. & Hók J. 

2009:  The  lithospheric  structure  of  the  Western  Carpathian– 

Pannonian region based on the CELEBRATION 2000 seismic 

experiment and gravity modeling. Tectonophysics 475, 454–469. 

Alasonati Tašárová Z., Fullea J., Bielik M. & Środa P. 2016: Litho-

spheric structure of Central Europe: Puzzle pieces from Panno-

nian  Basin  to  Trans-European  Suture  Zone  resolved  by  geo-

physical–petrological modelling. Tectonics 35, 1–32.

Arzmüller  G.,  Buchta  Š.,  Ralbovský  E.  &  Wessely  G.  2006:  

The Vienna Basin. In: Golonka J. & Picha F.J. (Eds.): The Carpa-

thians and their foreland: Geology and hydrocarbon resources. 

AAPG Memoir 84, 191–204.

Began A., Hanáček J., Mello J. & Salaj J. 1984: Geological map of 

Myjavská pahorkatina Hills, Brezovské and Čachtické Karpaty 

Mts. State Geological Institute of Dionýz Štúr, Bratislava.

Biela A. 1978: Deep drilling in the covered areas of the Inner Western 

Carpathians. Regionálna Geológia Záp. Karpát 10, State Geo­

logical Institute of Dionýz Štúr, Bratislava, 1‒224 (in Slovak).

Bielik M. 1995: Continental convergence in the Carpathian region by 

density modelling. Geol. Carpath. 46, 3‒12.

Bielik M. 1998: Analysis of the gravity field in the Western and Eas-

tern Carpathian junction area: density modelling. Geol. Carpath

49, 75–83.

Bielik M., Makarenko I., Csicsay K., Legostaeva O., Starostenko V., 

Savchenko A., Šimonová B., Dérerová J., Fojtíková L., Pašteka 

R. & Vozár, J. 2018: The refined Moho depth map in the Car-

pathian–Pannonian  region.  Contributions to Geophysics and 

 Geodesy 48, 2, 179–190.

Biely A., Bezák V., Elečko M., Gross P., Kaličiak M., Konečný V., 

Lexa  J.,  Mello  J.,  Nemčok  J.,  Potfaj  M.,  Rakús  M.,  Vass  D., 

Vozár J. & Vozárová A. 1996: Explanations to Geological map of 

Slovakia  1:500,000.  State Geological Institute of Dionýz Štúr, 

Bratislava, 1–76 (in Slovak with English summary).

Bujnovský A., Samuel O. & Snopková P. 1992: Geological evaluation 

of pre-Neogene basement in the well Studienka-83 and Kuklov-4 

(Vienna Basin). Geol. Práce Správy 94, 35‒43 (in Slovak).

Červ V., S. Kovačiková J. Pek, J. Pěčová & Praus P. 2001: Geoelectri-

cal structure across the Bohemian Massif and the transition zone 

to the West Carpathians. Tectonophysics 332, 1–2, 201–210.

Chlupáč I., Brzobohatý R., Kovanda J. & Stráník Z. 2002: Geolo gic His-

tory of the Czech Republic. Academia, Praha, 1–436 (in Czech).

de  Böckh  H.  1934:  Gravity  Measurements  in  the  Great  Hungarian 

Plain. Journal of the Institution of Petroleum Technologists 20, 

884–890.

Dérerová J., Zeyen H., Bielik M. & Salman K. 2006: Application of 

integrated geophysical modelling for determination of the conti-

nental lithospheric thermal structure in the eastern Carpathians. 

Tectonics 25, 3, 1–12, TC3009.

Eliáš M. & Uhmann J. 1968: Densities of the rocks in Czechoslo-

vakia. Geological Survey, Prague, 1–84.

Eliáš M. & Wessely G. 1990: The autochthonous Mesozoic on the 

eastern flank of the Bohemian Massif - an object of mutual geo-

logical efforts between Austria and CSSR. In: Minaříková D. & 

Lobitzer H. (Eds.): Thirty years of geological cooperation be-

tween Austria and Czechoslovakia. Fed. Geol. Survey Vienna, 

Geol. Survey Prague, 23‒32.

Fuchs W. & Grill R. (Eds.) 1984: Geologische Karte von Wien und 

Umgebung 1:200,000. Geologische Bundesanstalt, Wien.

Fusán  O.,  Biely A.,  Ibrmajer  J.,  Plančár  J.  &  Rozložník  L.  1987: 

Pre-Tertiary basemnet of the Inner Western Carpathians [Pod-

ložie terciéru vnútorných Západných Karpát]. State Geological 

Institute of Dionýz Štúr, Bratislava,  1–103  (in  Slovak  with 

 English summary).

GM-SYS

®

 User’s Guide for version 4.9. 2004: Northwest Geophy­

sical Associates Inc Corvallis.

Hamilton W., Jiříček R. & Wessely G. 1990: The Alpine–Carpathian 

floor of the Vienna Basin in Austria and ČSSR. In: Minalikov B. D. 

&  Lobitzer  H.  (Eds.):  Thirty  years  of  geological  cooperation 

 between Austria and Czechoslovakia. Fed. Geol. Survey Vienna, 

Geol. Survey Prague, 46‒55.

background image

430

ŠAMAJOVÁ, HÓK, CSIBRI, BIELIK, TEŤÁK, BRIXOVÁ, SLIVA and ŠÁLY

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 418–431

Havrila M. 2011: Hronicum: paleogeography and stratigraphy (Upper 

Pelson–Tuvalian), tectonic individualization and structure. Geol. 

Práce 117, 7–103 (in Slovak).

Hók J., Šujan M. & Šipka F. 2014: Tectonic division of the Western 

Carpathians: an overview and a new approach. Acta Geologica 

Slovaca 6, 135–143 (in Slovak with English summary).

Hók J., Kováč M., Pelech O., Pešková I., Vojtko R. & Králiková S. 

2016: The Alpine tectonic evolution of the Danube Basin and its 

northern periphery (southwestern Slovakia). Geol. Carpath. 67, 

495‒505.

Hrubcová P., Środa P., Špičák A., Guterch A., Grad M., Keller G. R., 

Brückl  E.  &  Thybo  H.  2005:  Crustal  and  uppermost  mantle 

structure  of  the  Bohemian  Massif  based  on  CELEBRATION 

2000 data. J. Geophys. Res. 110, 1–21, B11305. 

Hrubcová P., Środa P., Grad M., Geissler W.H., Guterch A., Vozár J., 

Hegedüs  E.  &  SUDETES  2003  Working  Group  2010:  From  

the  Variscan  to  the  Alpine  Orogeny:  crustal  structure  of  

the Bohemian Massif and the Western Carpathians in the light of 

the SUDETES 2003 seismic data. Geophys. J. Int. 183, 611–633.

Hvoždara M. & Vozár J. 2004: Laboratory and geophysical implica-

tions for explanation of the nature of the Carpathian conductivity 

anomaly. Acta Geophys. Pol. 52, 4, 497–508.

Ibrmajer J., Suk M., Bližkovský M., Buday T., Cidlinský K., Čekan 

V., Čermák V., Daňko J., Filo M., Fusán O., Hrouda F., Kocák 

A., Král M., Krs M., Kubeš P., Lizoň I., Manová M., Marušiak I., 

Matolín I., Mořkovský M., Muška P., Novotný A., Obernauer D., 

Orlický O., Oujezdská V., Píchová E., Pokorný L., Stránska M., 

Šalanský  K.,  Tkáč  J.,  Uhmann  J.,  Venhodová  D.  &  Weiss  J. 

1989:  Geophysical  picture  of  the  ČSSR.  1

st 

. edition. ÚÚG,  

Praha, 1–354 (in Czech with English summary).

Jankowski J., Jóźwiak W. & Vozár J. 2008: Arguments for ionic na-

ture of the Carpathian electric conductivity anomaly. Acta Geo­

phys. 56, 2, 455–465. 

Jankowski  J.,  Tarlowski  Z.  Praus  O.  Pěčová  J.  &  Petr  V.  1985:  

The results of deep geomagnetic soundings in the West Carpa-

thians. Geophys. J. R. Astr. Soc. 80, 561–574.

Janoschek W.R & Matura A. 1980: Outline of the Geology of Austria. 

Abh. Geol. Bundesanst. 34, 7‒98.

Jiříček  R.  1988:  Geologická  stavba  mezozoika  na  ložisku  Závod. 

Zemní Plyn a nafta 33, 2, 191‒260 (in Czech).

Karner  G.D.  &  Watts  A.B.  1983:  Gravity  anomalies  and  flexure  

of  the  lithosphere  at  mountain  ranges. J. Geophys. Res. 88, 

10449–10477.

Kilényi E. & Šefara J. (Eds.) 1989: Pre-Tertiary Basement Countour 

Map of the Carpathian Basin Beneath Austria, Czechoslovakia 

and Hungary. ELGI, Budapest.

Klanica R., Červ V. & Pek J. 2018: Magnetotelluric study of the eas-

tern  margin  of  the  Bohemian  Massif:  relations  between  the 

 Cadomian, Variscan, and Alpine orogeny. Int. J. Earth Sci. 107, 

8, 2843–2857.

Kováč M. & Plašienka D. (Eds.), Aubrecht R., Halouzka R., Krejčí 

O., Kronome B., Nagymarosy A., Přichystal A. & Wagreich M. 

2002: Geological structure of the Alpine–Carpathian–Pannonian 

junction  and  neighbouring  slopes  of  the  Bohemian  Massif. 

Comenius University, Bratislava, 1–84.

Kröll A. & Wessely G. 1973: Neue Ergebnise beim Tiefenaufschluss 

im Wiener Becken. Erdöl Erdgas Z. 83, Wien, 342‒353.

Kysela J. & Kullmanová A. (Eds.) 1988: Reinterpretation of the geo-

logical structure of the pre-Neogene basement of the Slovak part 

of  the Vienna Basin  [Reinterpretácia  geologickej stavby  pred-

neogénneho  podložia  slovenskej  časti  viedenskej  panvy].  

Západné Karpaty sér. Geológia 11, 7–51 (in Slovak).

Leško B. (Ed.), Babák B., Borovcová D., Boučková B., Dubecký K., 

Ďurkovič  T.,  Faber  P.,  Gašpariková  V.,  Harča  V.,  Köhler  E., 

Kuděra L., Kullmanová A., Okénko J., Planderová E., Potfaj M., 

Samuel  O.,  Slámková  M.,  Slanina  V.,  Summer  J.,  Sůrová  E., 

Štěrba  L.  &  Uhman  J.  1982:  Structural  borehole  Lubina-1 

[Oporný vrt Lubina-1].  Regionálna geológia Západných Karpát 

17, 7–116 (in Slovak).

Lexa J., Bezák V., Elečko M., Eliáš M., Konečný V., Less G., Mandl 

G.W., Mello J., Pálenský P., Pelikán P., Polák M., Radócz Gy., 

Rylko  W.,  Schnabel  G.W.,  Straník  Z.,  Vass  D.,  Vozár  J.  & 

 Zelenka T. 2000: Geological map of Western Carpathians and 

adjacent areas. Ministry of Env. of Slovak Rep. and Geological 

Survey of Slovak Rep., Bratislava.

Lillie R. J. 1991: Evolution of gravity anomalies across collisional 

mountain belts: Clues to the amount of continental convergence 

and underthrusting. Tectonics, 10, 672–687.

Lillie  R.J.,  Bielik  M.,  Babuška  V.  &  Plomerová  J.  1994:  Gravity 

model ling of the lithosphere in the Eastern Alpine–Western Car-

pathian–Pannonian Basin region. Tectonophysics 231, 215–235.

Mandl G. 2000: The Alpine sector of the Tethyan shelf — Examples 

of Triassic to Jurassic sedimentation and deformation from the 

Northern Calcareous Alps. Mitt. Öster. Geol. Ges. 92, 61‒77.

Němec F. & Kocák A. 1976: Pre-Neogene basement of the Slovak 

part of the Vienna Basin [Předneogenní podloží slovenské části 

vídeňské pánve]. Mineralia slovaca 8, 481–555 (in Czech).

Novák J. 1997: Elastic vaves velocities in the Slovakian part of the 

Vienna basin and its basement. Zemní Plyn a nafta 42, 2, 59–81 

(in Czech with English summary).

Pašteka R., Zahorec P., Mikuška J., Szalaiová V., Papčo J., Krajňák 

M., Kušnirák D., Pánisová J., Vajda P. & Bielik M. 2014: Recal-

culation of regional and detailed gravity database from Slovak 

Republic and qualitative interpretation of new generation Bou-

guer anomaly map. Geophys. Res. Abstracts  16,  EGU2014-

9439.

Pašteka R., Záhorec P., Kušnirák D., Bošanský M., Papčo J., Marušiak 

I., Mikuška J. & Bielik M. 2017: High resolution Slovak Bou-

guer gravity anomaly map and its enhanced derivative transfor-

mations:  new  possibilities  for  interpretation  of  anomalous 

 gravity fields. Contributions to Geophysics and Geodesy 47, 2, 

81–94.

Pekár  D.  1928:  Die  Entwicklung  der  Eötvösschen  Originaldreh-

wagen. Naturwissenschaften 16, 1079–1088.

Picha F.J., Stráník Z. & Krejčí O. 2006: Geology and hydrocarbon 

resources of the Outer Western Carpathians and their foreland, 

Czech Republic. In: Golonka J. & Picha F.J. (Eds.): The Car-

pathians and their foreland: Geology and hydrocarbon resources. 

AAPG Memoir 84, 49–175.

Piller  W.E.,  Egger  H.,  Erhart  C.W.,  Gross  M.,  Harzhauser  M., 

 Hubmann  B.,  Van  Husen  D.,  Krenmayr  H.-G.,  Krystyn  L.,  

Lein R., Lukeneder A., Mandl G., Rögl F., Roetzel R., Rupp C., 

Schnabel W., Schönlaub H.P., Summesberger H., Wagreich M. 

& Wessely G. 2004: Die stratigraphische Tabelle von Österreich 

(sedimentäre Schichtfolgen).

Plašienka D. 2018: Continuity and episodicity in the early Alpine tec-

tonic  evolution  of  the  Western  Carpathians:  How  large-scale 

processes are expressed by the orogenic architecture and rock 

record data. Tectonics 37, 1–51.

Plašienka D. & Soták J. 2015: Evolution of Late Cretaceous‒Paleo-

gene synorogenic basins in the Pieniny Klippen Belt and adja-

cent  zones  (Western  Carpathians,  Slovakia):  tectonic  controls 

over a growing orogenic wedge. Annales Societatis Geologorum 

Poloniae 85, 43–76.

Polák M. (Ed.), Filo I., Havrila M., Bezák V., Kohút M., Kováč P., 

Vozár J., Mello J., Maglay, J., Elečko M., Vozárová A., Olšavský 

M., Siman P., Buček S., Siráňová Z., Hók J., Rakús M., Lexa J., 

Šimon L., Pristaš J., Kubeš P., Zakovič M., Liščák P., Žáková E., 

Boorová D. & Vaněková H. 2003: Explanatory notes to the Geo-

logical map of the the Staré Hory Mts, ČierťažMts and northern 

part of the Zvolenská kotlina Depression 1: 50,000 [Vysvetlivky 

ku geologickej mape Starohorských vrchov, Čierťaže a severnej 

background image

431

GEOPHYSICAL AND GEOLOGICAL INTERPRETATION OF THE VIENNA BASIN PRE-NEOGENE BASEMENT

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 418–431

časti  Zvolenskej  kotliny  1:50  000].  Ministerstvo  Životného 

 

Prostredia Slovenskej Republiky, Štátny Geologický ústav 

 Dio nýza  Štúra, Bratislava, 1–218.

Polák M. (Ed.), Plašienka D., Kohút M., Putiš M., Bezák V., Filo I., 

Olšavský  M.,  Havrila  M.,  Buček  S.,  Maglay  J.,  Elečko  M., 

Fordinál  K.,  Nagy  A.,  Hraško  L.,  Németh  Z.,  Ivanička  J.  & 

 Broska  I.  2011:  Geological  map  of  the  Malé  Karpaty  Mts  

1:50,000. State Geological Institute of Dionýz Štúr, Bratislava.

Polák M., Plašienka D., Kohút M., Putiš M., Bezák V., Maglay J., 

Olšavský  M.,  Havrila  M.,  Buček  S.,  Elečko  M.,  Fordinál  K., 

Nagy A., Hraško Ľ., Németh Z., Malík P., Liščák P., Madarás J., 

Slavkay  M,  Kubeš  P.,  Kucharič  Ľ.,  Boorová  D.,  Zlínska  A., 

Siráňová Z. † & Žecová K. 2012: Explanation to the geological 

map of the Malé Karpaty Mts (scale 1:50,000).State Geological 

Institute of Dionýz Štúr, Bratislava, 1–287.

Potfaj M. 1993: Position and role of the Biele Karpaty Unit in the 

Flysch  Zone  of  the  West  Carpathians.  Geol. Práce, Spr. 98,  

55–78 (in Slovak with English summary).

Potfaj M., Teťák F. (Eds.), Havrila, M., Filo, I., Pešková, I., Olšavský, 

M. & Vlačiky M. 2014: Geological map of the Biele Karpaty 

Mts (southern part) and Myjavská pahorkatina Upland 1:50,000. 

State Geological Institute of Dionýz Štúr, Bratislava.

Salaj J., Began A., Hanáček J., Mello J., Kullman E., Čechová A. & 

Šucha  P.  1987:  Explanation  to  the  geological  map  (scale 

1:50,000) of the Myjavská pahorkatina, Brezovské and Čachtické 

Karpaty Mts. Geological Institute of Dionýz Štúr,  Bratislava, 

1–181 (in Slovak).

Sauer R., Seifert P. & Wessely G. 1992: Guidebook to excursions in 

the Vienna basin and the adjacent Alpine-Carpathian Thrustbelt 

in Austria. Mitt. Österr. Geol. Gesell. 85, 1–264.

Speváková  E.  2011:  Application  of  modern  geophysical  methods 

during the survey of the central part of the Vienna Basin (3D 

gravity field modeling using the conversion of seismic logging 

measurements to density). Ph.D. Thesis, Comenius University in 

BratislavaFaculty of Natural Sciences. Department of Applied 

and Environmental Geophysics, 1–108 (in Slovak with English 

summary). 

Stern G. & Wagreich M. 2013: Provenance of the Upper Cretaceous 

to Eocene Gosau Group around and beneath the Vienna Basin 

(Austria and Slovakia). Swiss J. Geosci. 106, 3, 505–527.

Stockmal G.S. & Beaumont C. 1987: Geodynamic models of conver-

gent margin tectonics: The southern Canadian Cordillera and the 

Swiss  Alps.  Canadian Society of Petroleum Geology Special 

Publications 12, 393–411.

Stránska M., Ondra P., Husák Ľ. & Hanák J. 1986:  Gravimetric map 

of  the  Western  Carpathians  on  the  ČSSR  territory  [Hustotná 

mapa  hornín  Západných  Karpát  na  území  ČSSR].  Open file  

report, Geofyzika Brno, 1–261 (in Slovak and Czech).

Szalaiová V., Wojdyła M. & Sito Ł. 2011: Interpretation of magneto-

telluric profiles from Vienna Basin (Záhorská Lowlands). Open 

file report, Geofond, Bratislava, 467/2011 (NAFTA a.s.).

Šamajová L. & Hók J. 2018: Density of rock formations of the Wes-

tern Carpathians on the territory of Slovakia. Geol. Práce Spr

132, 31–52 (in Slovak).

Šefara J., Bielik M., Bodnár J., Čížek P., Filo M., Gnojek I., Grecula 

P.,  Halmešová  S.,  Husák  Ľ.,  Janoštík  M.,  Král  M.,  Kubeš  P., 

 Kurkin  M.,  Leško  B.,  Mikuška  J.,  Muška  P.,  Obernauer  D., 

 Pospíšil L., Putiš M., Šutora A. & Velich R. 1987: Structure– 

tectonic map of the Inner Western Carpathians for the prognoses 

of the ore deposits — geophysical interpretations. Explanation to 

the collection of the maps. Open file reportGeophysics Brno, 

Enterprise Bratislava, 1–267 (in Slovak).

Šimonová B. & Bielik M. 2016: Determination of rock densities in 

the  Carpathian–Pannonian  Basin  lithosphere:  based  on  the 

 CELEBRATION 2000 experiment. Contributions to Geophysics 

and Geodesy 46, 269–87.

Šimonová B., Zeyen H. & Bielik M. 2019: Continental lithospheric 

structure from the East European Craton to the Pannonian Basin 

based on integrated geophysical modelling. Tectonophysics 750, 

289–300.

Špička V., Adam Z. & Ciprys V. 1977: The Contribution of reflection 

seismics for the solution of the geological construction of the 

autochton between Nikolčice and Kobylí. Sbor. Geol. Věd 14, 

53–72 (in Czech).

Talwani M., Worzel J.L. & Landisman M. 1959: Rapid gravity com-

putations  for  two  dimensional  bodies  with  application  to  the 

Mendocino  submarine  fracture  zone.  Journal of Geophysical 

Research 64, 49–59.

Teťák F. 2016: Biele Karpaty Unit western of the Veľká Javorina — 

geological structure and evolution.. Štúdio F — Ing. František 

Teťák, Námestovo, 1–31. ISBN 978-80-89070-67-1 (in Slovak 

with English summary)

Tomek Č. & Budík L. 1981: Construction and interpretation of the 

uncovered gravity map of the Vienna Basin. Journal of Geolo­

gical SciencesApplied Geophysics 2, 173–186.

Tomek Č. & Hall J. 1993: Subducted continental margin imaged in 

the Carpafthian of Czechoslovakia. Geology 21, 535‒538.

Tomek Č., Švancara J. & Budík L. 1979: The depth and the origin of 

the  West  Carpathian  gravity  low.  Earth Planet. Sci. Lett. 44, 

39‒42.

Topographic Institute 2012: Digital terrain model version 3 (online). 

http://www.topu.mil.sk/14971/digitalny-model-reliefu- 

urovne-3-%28dmr-3%29.php.

Vozárová A. & Vozár J. 1988: Late Paleozoic in the West Carpatians. 

Geol. Úst. D. Štúra, Bratislava, 1‒314.

Wachtel G. & Wessely G. 1981: Die Tiefbohrung Berndorf-1 in den 

östlichen Kalkalpen und ihr geologischer Rahmen. Mitt. Österr. 

Geol. Ges. 74/75, 137‒165.

Wessely G. 1975: Rand und Untergrund des Wiener BeckensVerbin-

dungen und Vergleiche. Mitt. Geol. Gesell. 66/67, 265‒287.

Wessely G. 1988: Structure and Development of the Vienna Basin in 

Austria.  In  Royden  L.H.  &  Horvath  F.  (Eds.): The  Pannonian 

System. A study in basin evolution. Amer. Assoc. Petrol. Geol. 

Mem. 45, 333‒346.

Wessely G. 1990: Geological results of deep exploration in the Vienna 

Basin. Geol. Rundsch. 79, 2, 513‒520.

Wessely  G.  1992: The  calcareous Alps  below  the Vienna  Basin  in 

Austria  and  their  structural  and  facial  development  in  the  

Alpine–Carpathian border zone. Geol. Carpath. 43, 6, 347‒353.

Wessely G., Kröll A., Jiříček R. & Němec F. 1993: Wiener Becken 

und angrenzende Gebiete: Geologische Einheiten des präneoge-

nen Beckenuntergrundes 1:200,000. Geol.  Bundes anstalt, Wien.