DENSITY MODEL FOR THE CENTRAL PART OF PARANÁ BASIN, USING MAGNETOTELLURICS AS BASEMENT CONSTRAINT, SOUTH PORTION OF BRAZIL

Abstract

ABSTRACT. This article presents a geological-geophysical model along the 320 km NW-SE profile at the central region of the Paraná basin, based primarily on a 2D gravity model that complements the magnetotelluric (MT) field campaigns conducted by the National Petroleum Agency. Studies of large structures within the basement underneath a sedimentary basin are of vital importance for the understanding of its tectonic-stratigraphic evolution. The Paraná basin is a basin with a depocenter, reaching approximately 7000m in estimated depth. Two large regional structures are remarkable in the study area: the Ponta Grossa Arch, a NW-SE direction feature; and the a NW-SE gravimetric high anomaly. The region also includes great lava flows represented by basalt rocks of the Serra Geral Formation. Intrusion of dikes and sills of diabase, dating mainly from the Cretaceous that equally strikes the region. A regional model was created by a 40 km wavelength filtering process, used to estimate the limit of the upper mantle-lower crust, and the limit upper crust/lower crust. The cutoff value was calculated by considering the deep sources of the radial power spectrum of the area. The proposed final gravimetric model includes the regional topography and presents a fit, with an error of 1.229 mGal. Its shallowest part was obtained by analyzing data from six stratigraphic wells and by integrating a 1D magnetotelluric composed section. The deepest structures of the model were connected from studies of deep seismic refraction, receptor function analysis, and surface waves dispersion, in particular the Moho depth from previous studies conduced on the Basin. Tests with synthetic MT models support the proposed geological-geophysical model, which presents some notable characteristics: a smooth lower crust-upper mantle interface, which oscillates around 42 km deep. The upper crust was represented, on the final model, by a sedimentary basin and three main crustal blocks, designated as the Paraná River Block, the Paranapanema Block, and the Apiaí Block, in accordance with the geotectonic context. The basin-basement limit, derived from the 1D MT models, revealed a fractured surface with an average depth of 6000 m. The sedimentary portion can be differentiated in its established supersequences, but does not solve the problems posed by dikes and sills.

Keywords: Radial Average Power Spectrum, Gravimetric Inversion model, Composed 1D Magnetotelluric Inversion models.

RESUMO. Este artigo apresenta um modelo geológico-geofísico ao longo do perfil NW-SE de 320 km na região central da bacia do Paraná, com base principalmente em um modelo de gravidade 2D que complementa as campanhas de campo magnetotelluricas (MT) realizadas pela Agência Nacional de Petróleo. Estudos de grandes estruturas dentro do porão embaixo de uma bacia sedimentar são de vital importância para a compreensão de sua evolução tectônica-estratigráfica. A bacia do Paraná é uma bacia com um depocentro, atingindo aproximadamente 7000 m de profundidade estimada. Duas grandes estruturas regionais são notáveis na área de estudo: o Arco Ponta Grossa; anomalia NW-SE de alto valor de gravidade. A região também inclui grandes fluxos de lava representados pelas rochas basálticas da Formação Serra Geral. A intrusão de diques e soleiras de diabásio, que são principalmente ao Cretáceo, atingem igualmente a região. Um modelo regional foi criado por um processo de filtragem de comprimento de onda de 40 km, usado para estimar a superfície do Moho. O valor de corte foi calculado considerando as fontes profundas do espectro de potência radial. O modelo gravimétrico final proposto inclui a topografia regional e apresenta um ajuste, com erro de 1.229 mGal. Sua parte mais rasa foi obtida através da análise de dados de seis poços estratigráficos e integrando uma seção composta magnetotelúrica 1D. As estruturas mais profundas do modelo foram conectadas a partir de estudos de refração sísmica profunda, análise de função de receptor e dispersão de ondas de superfície, em particular a profundidade de Moho de estudos prévios de sismologia e gravimetria por satélite. Os testes com modelos MT sintéticos suportam o modelo geológico-geofísico proposto, que apresenta algumas características notáveis: uma interface muito suave da interface crosta inferior - manto superior, que oscila em torno de 42 km de profundidade. A crosta superior foi representada por uma Bacia Sedimentar, e três blocos crustais, designados como Bloco Rio Paraná, Bloco Paranapanema e Bloco Apiaí, de acordo com o contexto geotectônico. O limite do embasamento da bacia, derivado dos modelos 1D MT, revelou uma superfície fraturada com uma profundidade média de 6000 m. A porção sedimentar pode ser diferenciada em suas supersequências estabelecidas, mas não resolve os problemas causados por diques e soleiras.

Palavras-chave: Espectro de potência médio radial, Modelo de inversão gravimétrica, Modelos de Inversão Magnetotellúrica 1D compostados.