Geophysical investigation of the tectonic framework of the northern Paraná basin

This study presents a new three-dimensional lithospheric-scale resistivity model for central-western Brazil derived from joint inversion of broadband and long-period magnetotelluric (MT) and geomagnetic depth sounding (GDS) data. The model provides unprecedented resolution of crustal and upper-mantle structure beneath the northern Paraná Basin and adjacent tectonic provinces, revealing a coherent lithospheric framework inherited from Neoproterozoic-Cambrian tectonic processes. Two extensive resistive lithospheric domains are identified: an eastern domain underlying the eastern Paraná Basin, Brasília Belt, and extending toward the southwestern margin of the São Francisco Craton, and a western domain beneath the western Paraná Basin and Pantanal region. These domains are separated by a prominent northsouth-oriented lithospheric conductor, the Northern Paraná Conductive Anomaly (NCA), continuously imaged from the lower crust to upper-mantle depths of ∼120130 km. The NCA exhibits strong lateral continuity, a systematic westward dip, and spatial correlation with segments of the Transbrasiliano Lineament, supporting its interpretation as a preserved Neoproterozoic paleosuture formed during Western Gondwana assembly. Internal branching of conductive zones indicates a complex sutureshear system rather than a single discrete boundary. Following continental collision, the NCA persisted as a mechanically weakened lithospheric zone that localized early Paleozoic subsidence and controlled the initial development of the Paraná Basin. Its deep lithospheric expression likely facilitated enhanced heat transfer and fluid circulation, promoting lithospheric relaxation and sustained basin subsidence. During the Early Cretaceous, this inherited structure exerted first-order control on Serra Geral magmatism, focusing melt ascent beneath the northern basin and contributing to the dominance of high-Ti basalts, in contrast to low-Ti magmatism in the colder lithosphere of the southern basin. The eastern resistive domain is characterized by a fragmented geometry at crustal depths, particularly near the NCA where deep subvertical conductors partition the lithosphere into discrete resistive bodies. No resolvable lithospheric-scale resistivity contrast defines a boundary between the Paranapanema Block and the São Francisco Craton, despite geological evidence for Neoproterozoic suturing. Consequently, this domain is interpreted as a single integrated lithospheric entity, termed the Paranapanema/São Francisco Paleocontinent. The western resistive domain is interpreted as the Maracaju microcontinent, a distinct continental fragment positioned between the Amazonian Craton and the Paranapanema/São Francisco Paleocontinent. This microcontinent acted as an intermediate accretionary element during the late Neoproterozoic, regulating subduction polarity, collision timing, and stress transfer. Its involvement in the closure of the Clymene Ocean and formation of the Paraguay Belt during the late Neoproterozoicearly Cambrian highlights its pivotal role in the final stages of Western Gondwana amalgamation. Recognition of the NCA, the Paranapanema/São Francisco Paleocontinent, and the Maracaju microcontinent provides a unified lithospheric framework linking deep inheritance to basin evolution, magmatism, and continental assembly in the South American Platform. RESUMO: Este estudo apresenta um novo modelo tridimensional de resistividade em escala litosférica para o centro-oeste do Brasil, derivado da inversão conjunta de dados de levantamentos magnetotelúricos (MT) de banda larga e longo período e de sondagens geomagnéticas profundas (GDS). O modelo fornece uma resolução sem precedentes da estrutura crustal e do manto superior sob a porção norte da Bacia do Paraná e províncias tectônicas adjacentes, revelando uma estrutura litosférica coerente herdada de processos tectônicos neoproterozoicos. Dois extensos domínios litosféricos resistivos são identificados: um domínio oriental subjacente à porção leste da Bacia do Paraná, à Faixa Brasília e que se estende em direção à margem sudoeste do Cráton São Francisco, e um domínio ocidental sob a porção oeste da Bacia do Paraná e a região do Pantanal. Esses domínios são separados por um proeminente condutor litosférico orientado na direção norte-sul, a Anomalia Condutiva do Norte da Bacia do Paraná (NCA), continuamente imageada desde a crosta inferior até o manto superior em profundidades de aproximadamente 120130 km. A NCA exibe forte continuidade lateral, mergulho sistemático para oeste e correlação espacial com segmentos do Lineamento Transbrasiliano, corroborando sua interpretação como uma paleossutura neoproterozoica preservada, formada durante a aglutinação do Gondwana Ocidental. A ramificação interna das zonas condutivas indica um complexo sistema de sutura-cisalhamento, em vez de um único limite discreto. Após a colisão continental, a NCA persistiu como uma zona litosférica mecanicamente enfraquecida que atuou para localizar a subsidência do Paleozoico Inferior e controlou o desenvolvimento inicial da Bacia do Paraná. Sua expressão litosférica profunda provavelmente facilitou a transferência de calor e a circulação de fluidos, promovendo o relaxamento litosférico e a subsidência sustentada da bacia. Durante o Cretáceo Inferior, essa zona de fraqueza exerceu controle de primeira ordem sobre o magmatismo da Serra Geral, concentrando a ascensão do magma sob a porção norte da bacia e contribuindo para a predominância de basaltos ricos em titânio ("high-Ti"), em contraste com o observado ("low-Ti") na litosfera mais fria do sul da bacia. O domínio resistivo oriental é caracterizado por uma geometria fragmentada em profundidades crustais, particularmente próximo à NCA, onde condutores subverticais profundos particionam a litosfera em corpos resistivos discretos. Nenhum contraste de resistividade identificável em escala litosférica define um limite entre o Bloco Paranapanema e o Cráton do São Francisco, apesar das evidências geológicas de sutura neoproterozoica. Consequentemente, este domínio é interpretado como uma única entidade litosférica integrada, denominada paleocontinente Paranapanema/São Francisco. O domínio resistivo ocidental é interpretado como o microcontinente Maracaju, um fragmento continental exótico posicionado entre o Cráton Amazônico e o Paleocontinente Paranapanema/São Francisco. Esse microcontinente atuou como um elemento acrecionário intermediário durante o final do Neoproterozoico, regulando a polaridade de subducção, os intervalos de tempo das colisões continentais e a transferência de esforços. Sua participação no fechamento do Oceano Clymene e na formação da Faixa Paraguai durante o final do Neoproterozoico e o início do Cambriano destacam seu papel fundamental nos estágios finais da amalgamação do Gondwana Ocidental. O reconhecimento neste estudo do NCA, do Paleocontinente Paranapanema/São Francisco e do microcontinente Maracaju dá suporte a uma estrutura litosférica unificada conectada à evolução da Bacia do Paraná, ao magmatismo e à formação da Faixa Paraguai nessa porção da Plataforma Sul-Americana.