Geophysical Analysis of the Relationships Between Magnetic Anomalies, Volcanism, and Seismicity in Central Anatolia

Abstract

Central Anatolia is an active geodynamic region characterized by tectonic deformation and volcanic activity. In this study, earthquake distributions and magnetic anomaly characteristics around the Tuz Gölü Fault Zone were evaluated together to investigate the region’s active tectonic framework and deep crustal structures. Reduction to the Pole (RTP), Analytic Signal (AS), and First Vertical Derivative (FVD) filters were applied to the EMAG2-v3 aeromagnetic dataset, and magnetic source depths were estimated. Earthquake data include events with magnitudes of M≥3.0 recorded between 1900 and 2026. The results show that high magnetic gradient zones are concentrated around the Tuz Gölü Fault Zone and volcanic centers. Magnetic source depths range between approximately 1.3 and 9.7 km and generally correlate with earthquake focal depths. Seismicity analyses indicate that earthquakes are mainly clustered around Bala-Kulu, Aksaray-Nevşehir, Niğde-Obruk, and Kırşehir-Çiçekdağı. The spatial relationship between magnetic gradient zones and earthquake clusters suggests a connection between tectonic and magmatic processes. Overall, the study demonstrates that magnetic methods are effective for identifying active fault systems, volcanic structures, and deep crustal discontinuities in Central Anatolia.

Keywords

• Magnetic
• depth
• volcano
• Tuz Gölü
• Analytic Signal

Orta Anadolu’da Manyetik Anomaliler, Volkanizma ve Depremsellik İlişkilerinin Jeofizik Analizi

Abstract

Orta Anadolu, aktif tektonik deformasyon ve volkanik faaliyetlerin birlikte gözlendiği önemli bir jeodinamik bölgedir. Bu çalışmada, Tuz Gölü Fay Zonu ve çevresindeki deprem dağılımları ile manyetik anomali özellikleri birlikte değerlendirilerek bölgenin aktif tektonik yapısı ve derin kabuksal özellikleri araştırılmıştır. Çalışma kapsamında, NOAA tarafından geliştirilen EMAG2-v3 aeromanyetik veri setine Kutba İndirgeme, Analitik Sinyal ve Birinci Düşey Türev filtreleri uygulanmış, manyetik kaynak derinlikleri hesaplanmıştır. Deprem verileri 1900–2026 yılları arasında meydana gelen M≥3.0 depremlerden oluşturulmuştur. Elde edilen sonuçlar, yüksek manyetik gradyan zonlarının özellikle Tuz Gölü Fay Zonu ve volkanik merkezler çevresinde yoğunlaştığını göstermektedir. Manyetik kaynak derinlikleri yaklaşık 1.3–9.7 km arasında değişmekte olup, deprem odak derinlikleriyle genel olarak uyumludur. Depremsellik analizleri, depremlerin özellikle Bala-Kulu, Aksaray-Nevşehir, Niğde-Obruk ve Kırşehir-Çiçekdağı çevresinde kümelendiğini göstermektedir. Ayrıca yüksek manyetik gradyan zonları ile deprem kümeleri arasındaki mekânsal uyum, bölgedeki aktif tektonizma ile magmatik süreçler arasında ilişki bulunduğuna işaret etmektedir. Sonuç olarak, manyetik yöntemlerin Orta Anadolu’daki aktif fay sistemleri, volkanik yapılar ve derin kabuksal süreksizliklerin belirlenmesinde etkili sonuçlar verdiği anlaşılmıştır.

Keywords

• Manyetik
• derinlik
• volkan
• Tuz Gölü
• Analitik Sinyal

Supporting Institution

Destekleyen Kurum Bulunmamaktadır.

Ethical Statement

Bu çalışmada, “Yükseköğretim Kurumları Bilimsel Araştırma ve Yayın Etiği Yönergesi” kapsamında uyulması gerekli tüm kurallara uyulduğunu, bahsi geçen yönergenin “Bilimsel Araştırma ve Yayın Etiğine Aykırı Eylemler” başlığı altında belirtilen eylemlerden hiçbirinin gerçekleştirilmediğini taahhüt ederiz.

References

1. [1] Dhont, D., Chorowicz, J., Yurur, T., Froger, J.-L., Kose, O., Gündogdu, N. 1998. Emplacement of volcanic vents and geodynamics of Central Anatolia, Turkey. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 85, 33–54.
2. [2] McKenzie, D. 1972. Active tectonics of the Mediterranean region. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, 30(2), 109–185.
3. [3] Şengör, A.M.C., Görür, N., Saroglu, F. 1985. Strike-slip faulting and related basin formation in zones of tectonic escape: Turkey as a case study. In: Biddle, K.T., Christie-Blick, N. (Eds.), Strike-Slip Deformation, Basin Formation and Sedimentation. Soc. Econ. Palaeontol. Mineral. Spec. Publ., 37, 227–264.
4. [4] Pearce, J.A., Bender, J.F., De Long, S.E., Kidd, W.S.F., Low, P.J., Guner, Y., Saroglu, F., Yilmaz, Y., Moorbath, S., Mitchell, J.G. 1990. Genesis of collision volcanism in Eastern Anatolia, Turkey. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 44(1–2), 189–229.
5. [5] Temel, A. 1992. Kapadokya eksplosif volkanizmasinin petrolojik ve jeokimyasal özellikleri. Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 208 s, Ankara.
6. [6] Storetvedt, K.M. 2003. Global Wrench Tectonics, Norway, Fagbokforlaget, 397s.
7. [7] Büyüksaraç, A., Jordanova, D., Ates, A., Karloukovski, V. 2005. Interpretation of the gravity and magnetic anomalies of the Cappadocia Region, Central Turkey. Pure Appl. Geophys., 162, 2197-2213.
8. [8] Emre, Ö., Duman, T.Y., Özalp, S., Elmacı, H., Olgun, Ş., Şaroğlu, F., 2013. Türkiye Diri Fay Haritası. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Özel Yayın Serisi No: 30, Ankara.

9. [9] Wessel, P., Luis, J., Uieda, L., Scharroo, R., Wobbe, F., Smith, W. H. F., Tian, D. 2019. The Generic Mapping Tools Version 6. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 20 (11), 5556–5564.
10. [10] Büyüksaraç, A., Gündoğdu, E., Bektaş, Ö., Işık, E. 2024. Failure mechanism by wrench faulting in Central Anatolia. Engineering Failure Analysis, 156, 107786.
11. [11] Öztürk, S. 2020. A study on the variations of recent seismicity in and around the Central Anatolian region of Turkey. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 301, 106453.
12. [12] Öztürk, S. 2021. Statistical behaviours of earthquake occurrences in the Central Anatolian Region of Turkey: region-time-magnitude analyses. Baltica, 34(2), 157–173.
13. [13] Kayın, S. Dolmaz, M. N. 2025. Kırşehir-Nevşehir-Yozgat Civarının Manyetik – Depremsellik İncelemesi. International Journal of Advanced Natural Sciences and Engineering Researches, 9(11), 23-32.
14. [14] Aktaş, G., 2025. Edge Detection Analysis Using EMAG2 Magnetic Data in Lake Van and Its Surroundings, Türkiye. International Journal of Environment and Geoinformatics 12 (2), 25–33. https://doi.org/10.26650/ijegeo.1643787.
15. [15] Aydar, E., Gourgaud, A., 1998. The geology of Mount Hasan stratovolcano, central Anatolia, Turkey. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 85(1–4), 129–152. https://doi.org/10.1016/S0377-0273(98)00053-5
16. [16] Hedger, E., Gottsmann, J., 2022. Investigating stress transfer between the Tuz Gölü fault zone and Hasan Dağ volcano (Turkey). Frontiers in Earth Science, 9, 732696. https://doi.org/10.3389/feart.2021.732696
17. [17] MTA. 2013. Türkiye Magmatik Kayaçlar Haritası. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara.
18. [18] Schmitt, A.K., Danišík, M., Aydar, E., Şen, E., Ulusoy, İ., Lovera, O.M., 2014. Identifying the volcanic eruption depicted in a Neolithic painting at Çatalhöyük, Central Anatolia, Turkey. PLoS ONE, 9(1), e84711.
19. [19] Friedrichs, B., Atıcı, G., Danišík, M., Atakay, E., Çobankaya, M., Harvey, J.C., Yurteri, E., Schmitt, A.K., 2020. Late Pleistocene eruptive recurrence in the post-collisional Mt. Hasan stratovolcanic complex (Central Anatolia) revealed by zircon double-dating. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 404, 107007. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2020.107007
20. [20] Meyer, B., Chulliat, A., Saltus, R. 2017. Derivation and error analysis of the Earth magnetic anomaly grid at 2 arc min resolution version 3 (EMAG2v3). Geochem Geophys Geosyst, 18, 4522–4537.
21. [21] Baranov, V. 1957. A new method for interpretation of aeromagnetic maps, pseudo-gravimetric anomalies. Geophys, 22, 359-363.
22. [22] Erbek, E. 2021. An investigation on the structures and the basement depth estimation in the western Anatolia, Turkey using aeromagnetic data. Geosci. J., 25, 891–902.
23. [23] Roest, W.R., Verhoef, J., Pilkington, M. 1992. Magnetic interpretation using the 3-D analytic signal. Geophysics, 57, 116–125.
24. [24] Erbek, E., Dolmaz, M. N. 2019. Investigation of the thermal structure and radiogenic heat production through aeromagnetic data for the southeastern Aegean Sea and western part of Turkey. Geothermics, 113-122.
25. [25] Reeves C. 2005. Aeromagnetic Surveys; Principles, Practice and Interpretation. GEOSOFT, 155s.
26. [26] Reid, A.B., Allsop, J.M., Granser, H., Millett, A.J., Somerton, I.W. 1990. Magnetic interpretation in three dimensions using Euler deconvolution. Geophysics, 55: 80-91.
27. [27] Tan, O ., Tapırdamaz, M. C., Ergintav, S., İnan, S., İravul, Y., Saatçılar, R., Tüzel, B., Tarancıoğlu, A., Karakısa, S., Kartal, R. F., Zünbül, S., Yanık, K., Kaplan, M., Şaroğlu, F., & Koçyiğit, A. 2010. Bala (Ankara) Earthquakes: Implications for Shallow Crustal Deformation in Central Anatolian Section of the Anatolian Platelet (Turkey). Turkish Journal of Earth Sciences 19 (4): 449-471
28. [28] Özmen, B. 2015. Assessment of the statistical earthquake hazard parameters for the Central Anatolia region, Turkey. Arabian Journal of Geosciences, 8, 6341 -6351.
29. [29] Kalafat, D. 2021. A Recent Example of Active Intraplate Deformation in the Central Anatolia, Turkey: Obruk-Bor (Nigde) Earthquakes. Fresenius Environmental Bulletin, 30, 12, 13367-13384.
30. [30] Soysal, H., Sipahioğlu, S., Kolçak, D., Altınok Y. 1981. Historical Earthquake catalog of Turkey and its Surrounding Area (BC 2100-AD 1900). Tübitak Publications, TUBİTAK Project No. TBAG 341, İstanbul. 1-85.
31. [31] Ambraseys, N. N. Finkel, C. F. 1995. The Seismicity of Turkey and Adjacent Areas: A Historical Review 1500 - 1800. Eren Publications, İstanbul. 1-240s.
32. [32] Ambraseys, N. N. 1988. Engineering seismology. Journ. Earthq. Eng. & Struct. Dyn. 17(1), 105
33. [33] Temiz, U., Gökten, Y. E. 2016. 10 Ocak 2016 Hacıduraklı-Çiçekdağı (Kırşehir) depremi (Mw = 5.0); ilgili yapılar ve tektonik ortam, Orta Anadolu – Türkiye. Türkiye Jeoloji Bülteni, 59, 2, 155-166.
34. [34] Parejas, E., Pamir, H. N., 1939. 19 Nisan 1938 Orta Anadolu yer deprenmesi (Le tremblement de terre du 19 avril 1938 en Anatolie Centrale). İstanbul Üniversitesi Jeoloji Enstitüsü Neşriyatı, No 5, Şubat 1940, 11 s. İst. Üniv, Fen. Fak. Yayınl., seri B., cilt IV, no. 3/4.
35. [35] Kalafat, D., Güneş, Y., Kekovalı, K., Kara, M., Deniz, P., Yılmazer, M. 2011. A revised and extended earthquake cataloque for Turkey since 1900 (1900- 2010 ; M ≥4.0), Boğaziçi University Library Cataloging-in Publication Data, İstanbul. 640s.
36. [36] Kalafat, D., Kekovalı, K., Deniz, P., Güneş, Y., Pınar, A., Horasan, G. 2008. July 31, 2005 - August 1, 2005 and December 20-27, 2007 Afşar-Bala (Ankara) Earthquake Sequence. İstanbul Journal of Earth Sciences. 21(2), 47-60
37. [37] Çubuk, Y., Yolsal-Çevikbilen, S., Taymaz, T. 2014. Source parameters of the 2005–2008 Balâ–Sırapınar (central Turkey) earthquakes: Implications for the internal deformation of the Anatolian plate. Tectonophysics 635, 125–153.
38. [38] Esat, K., Çivgin, B., Kaypak, B., Işık, V.; Ecevitoğlu, B., Seyitoğlu, G. 2014. The 2005 - 2007 Bala (Ankara, central Turkey) earthquakes: a case study for strike-slip fault terminations Geologica Acta, 12, 1, 71-85
39. [39] Koçyiğit, A. 2009. Ankara’nın depremselliği ve 2005–2007 Afşar (Bala-Ankara) depremlerinin kaynağı. Harita Dergisi 141, 1–12
40. [40] Gutenberg B., Richter, C.F. 1944. Frequency of earthquakes in California, B. Seismol. Soc. Am. 34 185-188.
41. [41] Frohlich C., Davis S. 1993. Teleseismic b-values: Or, much ado about 1.0, J. Geophys. Res. 98(B1) 631-644.
42. [42] Ateş, A., Bilim, F., Buyuksarac, A. 2005. Curie point depth investigation of central Anatolia, Turkey. Pure Appl Geophys 162, 2, 357-371.
43. [43] Bilim, F., Aydemir, A., Ateş, A. 2015. Determination of block rotations and the Curie Point Depths of magnetic sources along the NW-SE-trending Suluklu-Cihanbeyli-Goloren and Sereflikochisar-Aksaray Fault Zones, Central Anatolia, Turkey. Geodinamica Acta, 27, 2-3, 203-213.
44. [44] Bilim, F., Kosaroglu, S., Aydemir, A., Büyüksaraç, A. 2017. Thermal Investigation in the Cappadocia Region, Central Anatolia-Turkey, Analyzing Curie Point Depth, Geothermal Gradient, and Heat-Flow Maps from the Aeromagnetic Data. Pure Appl Geophys, 174, 12, 4445-4458.
45. [45] Maden, N. 2010. Curie-point Depth from Spectral Analysis of Magnetic Data in Erciyes Stratovolcano (Central TURKEY). Pure Appl Geophys, 167, 3, 349-358.