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古地台构造演化与三维电性建模：基于磁电测深法（MT）的巴西Borborema省SJCN地区研究。通过11个MT观测站、20小时平均观测时长和三维反演技术，揭示SJCN地区存在三层电性结构，莫霍面深度18-24 km，被区域剪切带切割，围岩为 Paleoproterozoic 年龄花岗岩体。三维模型显示Archean核心（3.4-2.7 Ga）与周围Paleoproterozoic岩石在电性特征和构造形态上的差异。
N.C.V. Silva | C. Magini | E.L. Dantas | F.M. da Silva | R.M.G. Castelo Branco | R.A. Fuck | J.A. Martins | V.S. Moreira
UFCE地质学研究生项目
摘要
太古代和古元古代岩石圈的地壳演化模型旨在确定地壳/地幔之间的关系，而深部地球物理技术可以识别它们之间的不同流变极限。当应用于宽带采集时，磁测深（MT）方法已被证明非常适合这类研究。在巴西东北部Borborema省的S?o José do Campestre核心区（SJCN）进行的MT研究中，目的是绘制每个地质单元的地壳厚度、其几何形状以及形成不同年龄地形的主要线性构造。电阻率/电导率结果显示了两层：导电性最强和导电性最弱的层，并指出了位于18-24公里深度的莫霍面（Moho），这与太古代核心及其周围的古元古代带有关。这两层被区域剪切带所切割，这些剪切带是新元古代花岗岩体的通道，后者的根深小于7公里。3D模型能够可视化这三个具有不同年龄和不同地球电响应的单元，无论是横截面还是水平截面。
引言
MT方法的基本理论最初由Tikhonov（1950年提出，1986年重印）提出，Cagniard（1953年）对其进行了更详细的阐述。两位作者的核心观点是，通过延长磁测深探测周期，可以从任何深度获得电磁响应。理解太古代和古元古代地形的地壳-地幔结构对于重建大陆岩石圈的早期演化至关重要。在许多克拉通和挤压省中，深部构造边界、流变过渡以及具有不同年龄的地壳块并未完全暴露在地表，因此需要地球物理成像技术来准确识别它们。
使用宽带磁测深方法研究了克拉通地区的岩石圈厚度和大陆地壳的性质及其构造边界，新的数据处理技术提高了自然磁场和地球电场结果的准确性，不仅能够区分不同的地壳块，还能识别界定它们的深部结构，如区域剪切带（Habibian等人2010年；Ye等人2019年；Ye等人2022年；Pavankumar等人2023年）。
磁测深研究能够识别古老地核之间的缝合带和碰撞带，例如Khoza等人（2013年）在刚果克拉通的研究以及Santos等人（2014年）在北部与S?o Francisco克拉通相邻的年轻活动带的研究。穹隆结构也可以识别不同性质的地形边界（Tank等人2018年）及其合并结构（Billerot等人2017年）；因此，这是一种多功能且广泛适用的方法，适用于大规模研究，如地质制图。在巴西东北部的Borborema省，区域重力、磁测、居里面和地震研究（Castro等人2011年；Oliveira和Medeiros 2012年；Luz等人2015年；Lima等人2015年；Correa等人2016年；Oliveira等人2023年、2024年）显示莫霍面的平均深度在28至33公里之间，并定义了分隔不同构造域的地壳块之间的构造边界，例如Central Ceará和Rio Grande do Norte地区的增生系统，这些之前已由Van Schmus等人（1995a、1995b）研究过。
代表古老地壳缝合带的线性构造在Seridó群变沉积序列下的岩石中表现出不同的地球电响应（Padilha等人2021年），位于Lages块和S?o José do Campestre核心区之间，这一缝合带被称为Picuí-Jo?o Camara剪切系统。
S?o José Campestre核心区（SJCN）南部的3D模型旨在表征由34亿至27亿年古老岩石组成的太古代核心，该核心呈穹隆状，并被不同年龄的古元古代地形所环绕，同时受到新元古代花岗岩体的侵入（Dantas等人2004年、2013年）。问题是这种结构是否也存在于深层，以及是否能够确定这些界限，即围绕核心的较年轻的地壳块，其莫霍面边界同样位于28公里处，这些问题的答案将在本研究中得到阐明。为此，对南部边缘的研究设置了11个MT站点，平均采集时间为20小时，并通过多站点处理将两个2D剖面整合起来，随后将数据整合成3D块图。
在这个复杂的造山系统中，我们试图利用MT数据重建构造排列，展示太古代、古元古代和新元古代岩性单元之间的几何关系及其侧向和深度界限，以及它们不同的地球电响应。
部分摘录
S?o José do Campestre核心区（SJCN）的地质
最初命名为Caldas Brand?o地块（Brito Neves 1975年；Brito Neves等人2000年；Dantas 1997年），现在称为S?o José do Campestre核心区（SJCN），涵盖了巴西东北部Rio Grande do Norte地区的太古代地质。它呈现出S形区域形态，其中较老的核心包含超过30亿年的岩石，周围是较年轻的古元古代地形（图1）。内部以正片麻岩-混合岩为主
MT数据采集、处理和维度
为了构建可靠的3D MT模型，站点必须按照多边形布局分布，沿剖面的间距约为10公里，站点之间的间距约为15公里，这是SJCN调查的计划（图1）。这种配置确保了足够的空间覆盖，并允许MT响应的线性和侧向整合。
在本研究中，MT数据使用Metronix设备按照Simpson & Bahr（2005年）和Chave & Jones（2012年）描述的标准现场配置进行采集。
3D模型
站点的非均匀和有限分布给3D反演带来了挑战。然而，维度分析表明这是一种更可靠的方法。在这种非理想布局下，进行了测试以确定获得具有相对均匀数据失配的稳健模型的最佳程序。在里斯本大学集群上安装了ModEM代码的版本（Egbert & Kelbert，2012年）
结果与解释
无论是在两个剖面中解释数据（图6A、B），还是在不同深度的平面图中（图7），都能区分出大陆地壳和莫霍面边界。这一边界通过电阻率-深度对比清晰地标记出来。莫霍面的电阻率对比范围为1000至3000 Ωm，深度范围为24公里至18公里。这一层面或表面也标志着大陆地壳底部的起伏。
在这一界限之上，有导电性较强的C1、C2和C3层
结论
无论是在剖面中还是在不同深度的切片中，都能区分SJCN的太古代核心和周围的古元古代岩石。大陆地壳的莫霍面边界位于21公里至27公里之间，该边界由不均匀的起伏地形所标记，并受到大型构造线状构造的影响。
CRediT作者贡献声明
Jackson Alves Martins： 形式分析，数据管理。Reinhardt Adolf Fuck： 撰写 – 审稿与编辑，资金获取。Raimundo M. G. Castelo Branco： 撰写 – 审稿与编辑，验证，数据管理，概念化。Fabiano Mota da Silva： 撰写 – 初稿，软件，数据管理。Elton Luis Dantas： 撰写 – 审稿与编辑，验证，概念化。Christiano Magini： 撰写 – 审稿与编辑，验证，概念化。Nilton Cesar Vieira Silva： 撰写 –
未引用的参考文献
Araujo等人，2014年；Tikhonov，1986年。
资金支持
INCT-ET：项目465613/2014-4，Reinhardt A. Fuck教授。支持：里斯本大学提供的集群和超级计算机支持，UFCE，特别是Raimundo Mariano Gomes Castelo Branco教授领导的地球物理实验室。
利益冲突声明
? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：NILTON CESAR VIEIRA SILVA报告称，他获得了INCT ET提供的财务支持、设备、药品或物资以及旅行费用。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
感谢INCT-ET、UFCE以及所有使这项研究成为可能的专业人士和学生。
