Evaluation of the gravity data using edge detection methods; Case study Eskisehir

Abstract

Edge enhancement and edge detection methods which are applied to delineate the edges of the geologic structures play important role for interpreting potential field data. Derivative-based different methods are used for this purpose. In this study, Tilt angle (TIA), Theta angle (THA), hyperbolic tilt angle (HTIA), total horizontal derivative of the tilt angle (THDR-TIA), the normalized horizontal derivatives (NTHD), and the new normalized total horizontal derivative (NNTHD) methods were applied to gravity data to determine the geological subsurface model. First, generated theoretical gravity data was evaluated in order to analyse the performance of the methods. To understand effect of noise on the methods, random noise was added to theoretical data and results of the methods were investigated. Finally, the gravity data of Eskişehir and surroundings were evaluated using the same edge detection methods. When the results are examined, it has been seen that TIA, THA and NTHD methods in theoretical gravity data are relatively more successful than the other methods. It has been observed that all the methods applied to Eskişehir gravity data give results that are in harmony with the general tectonic trend of the region but, the results of TIA, HTIA and THDR-TIA methods are more compatible than the other methods.

Keywords

• Edge detection,Gravity data,Eskişehir

Gravite verilerinin sınır analizi yöntemleriyle değerlendirilmesi; Eskişehir örneği

Öz

Potansiyel alan verilerinin yorumlanmasında jeolojik yapıların sınırlarını belirginleştirmek amacıyla uygulanan sınır iyileştirme teknikleri ve sınır analizi yöntemleri önemli rol oynamaktadır. Türev tabanlı farklı yöntemler bu amaç için uygulanmaktadır.  Bu çalışmada yer altı jeolojik modeli belirlemek amacıyla tilt açısı (TIA), Theta açısı (THA),  hiperbolik tilt açısı (HTIA), tilt açısının toplam yatay türevi (THDR-TIA), normalleştirilmiş yatay türev (NTHD), ve yeni normalleştirilmiş toplam yatay türev (NNTHD) yöntemleri gravite verilerine uygulanmıştır. Öncelikle yöntemlerin performanslarını test etmek amacıyla oluşturulan teorik gravite verisi değerlendirilmiştir. Gürültünün yöntemler üzerindeki etkisini ölçmek amacıyla teorik veriye rastgele gürültü eklenmiş ve yöntemlerin sonuçları irdelenmiştir. Son olarak Eskişehir ve çevresine ait gravite verileri aynı sınır analizi yöntemleri ile değerlendirilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde teorik gravite verisinde TIA, THA ve NTHD yöntemlerinin uygulanan diğer yöntemlere göre nispeten daha başarılı olduğu görülmüştür. Eskişehir gravite verilerinde uygulanan tüm yöntemlerin bölgenin genel tektonik trendine uygun sonuçlar verdiği ancak TIA, HTIA ve THDR-TIA yöntemlerinin sonuçlarının diğer yöntemlere göre daha uyumlu olduğu gözlenmiştir. 

Anahtar Kelimeler

• Sınır analizi,Gravite verisi,Eskişehir

References

1. Evjen HM. “The place of the vertical gradient in gravitational interpretations”. Geophysics, 1(1), 127-136, 1936.
2. Blakely RJ, Simpson W. “Approximating edges of source bodies from magnetic or gravity anomalies”. Geophysics, 51(7), 1494-1498, 1986.
3. Hood PJ, Teskey DJ. “Aeromagnetic gradiometer program of the Geological Survey of Canada”. Geophysics, 54(8), 1012-1022, 1989.
4. Miller HG, Singh V. “Potential field tilt-a new concept for location of potential field sources”. Journal of Applied Geophysics, 32(2-3), 213-217,1994.
5. Thurston JB, Smith RS. “Automatic conversion of magnetic data to depth, dip and susceptibility contrast using the SPI method”. Geophysics, 62(3), 807-813, 1997.
6. Boschetti F. “Improved edge detection and noise removal in gravity maps via the use of gravity gradients”. Journal of Applied Geophysics, 57(3), 213-225, 2005.
7. Verduzco B, Fairhead JD, Green CM. “New insights into magnetic derivatives for structural mapping”. The Leading Edge, 23(2), 116-119, 2004.
8. Wijns C, Perez C, Kowalczyk P. “Theta map: edge detection in magnetic data”. Geophysics, 70(4), 39-43, 2005.

9. Arısoy MÖ, Dikmen Ü. 2013 “Edge detection of magnetic sources using enhanced total horizontal derivative of the tilt angle”. Yerbilimleri, Hacettepe Universitesi Yerbilimleri Uygulama ve Araştırma Merkezi Bulteni, 34(1), 73-82, 2013.
10. Nabighian MN. “The analytic signal of two dimensional magnetic bodies with polygonal cross section: its properties and use for automated anomaly interpretation”. Geophysics, 37(3), 507-517, 1972.
11. Nabighian MN. “Toward a three dimensional automatic interpretation of potential field data via generalized Hilbert transforms: Fundamental relations”. Geophysics 49(6), 780-786, 1984.
12. Cordell L. “Gravimetric expression of graben faulting in Santa Fe country and the Espanola Basin, New Mexico”. In: Ingersoll, RV, Edition: Guidebook to Santa Fe Country, New Mexico Geological Society, Socorro, 59-64, 1979.
13. Cooper GRJ, Cowan DR. “Edge enhancement of potential-field data using normalized statistics” Geophysics, 73(3), 1-4, 2008.
14. Ekinci YL, Kaya MA. “Manyetik verilerde sınır analizi yöntemi kullanılarak gömülü arkeolojik yapı sınırlarının tanımlanması”. Yerbilimleri, Hacettepe Üniversitesi Yerbilimleri Uygulama ve Araştırma Merkezi Bülteni, 27(2), 97-107, 2006.
15. Arısoy MÖ, Dikmen Ü. “Potensoft: MATLAB-based Software for potential field data processing, modelling and mapping”. Computer & Geosciences, 37(7), 935-942, 2011.
16. Aydogan D. “Extraction of lineaments from gravity anomaly maps using the gradient calculation: Application to Central Anatolia”. Earth Planets Space, 63(8), 903-909, 2011.
17. Oruç B. “Edge detection and depth estimation using a tilt angle map from gravity gradient data of the Kozaklı-Central Anatolia region, Turkey”. Pure and Applied Geophysics, 168(10), 1769-1780, 2011.
18. Oruç B, Selim HH. “Interpretation of magnetic data in the Sinop area of Mid Black Sea, Turkey, using tilt derivative, Euler deconvolution, and discrete wavelet transform”. Journal of Applied Geophysics, 74(4), 194-204, 2011.
19. Sertçelik İ, Kafadar O. “Application of edge detection to potential field data using eigenvalue analysis of structure tensor”. Journal of Applied Geophysics, 84, 86-94, 2012.
20. Hoseini AA, Doulati A, Faramarz T, Seyed H, Hezarkhani A. “Edge detection in gravity field of the gheshm sedimentary basin”. International Journal of Min & Geo-Eng (IJMGE), 47(1), 41-50,2013.
21. Altınoğlu FF, Sarı M, Aydın A. “Detection of lineaments in Denizli basin of western anatolia region using bouguer gravity data”. Pure and Applied Geophysics, 172(2), 415-425, 2015.
22. Yuan Y, Danian H, Qinglu Y, Pengyu L. “Edge detection of potential field data with improved structure tensor methods”. Journal of Applied Geophysics 108, 35-42, 2014.
23. Zhou S, Huang D. “Edge detection using directional eigenvalues of potential field gradient tensor data”. Global Geology, 18(3), 188-195, 2015.
24. Cooper, GRJ, Cowan, DR. “Enhancing potential field data using filters based on the local phase”. Computers and Geosciences, 32(10), 1585-1591, 2006.
25. Ma G, Li L. “Edge detection in potential fields with the normalized total horizontal derivative”. Computers & Geosciences, 41, 83-87, 2012.
26. Askari A. “Edge detection of gravity anomaly sources via the tilt angle, total horizontal derivative, total horizontal derivative of the tilt angle and new normalized total horizontal derivative”. Scholars Journal of Engineering and Technology (SJET); 2(6B), 842-846, 2014.
27. Altunel E, Barka A. “Eskişehir fay zonunun İnönü-Sultandere arasında neotektonik aktivitesi”. Türkiye Jeoloji Bülteni, 41(2), 41-52, 1998.
28. Özsayın E, Dirik K. “Quaternary activity of the Cihanbeyli and Yeniceoba fault zones: İnönü-Eskişehir fault system, Central Anatolia”. Turkish Journal of Earth Sciences, 16, 471-492, 2007.
29. Emre Ö, Duman T Y, Özalp S. “1:250.000 Ölçekli Türkiye Diri Fay Haritaları Serisi”. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara-Türkiye, Eskiehir (NJ36-1) Paftası, SeriNo:15, 2011.
30. Erden, F. “Eskişehir-Mihalıççık bölgesi gravite etüdü”. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, Rapor No. 62901, Bilinmeyen Tarih.