利用埃及北西奈地区Gebel Libni以西的磁力和重力数据，对地壳的结构成分及厚度进行了研究

《Journal of African Earth Sciences》：Delineation of structural elements and thickness of the Earth's crust using magnetic and gravity data west of Gebel Libni, North Sinai, Egypt.

本研究利用磁力与重力数据对埃及西部的Gebel Libni地区进行地质构造分析，揭示了NE-SW走向的叙利亚弧构造带，并确定基底面深度1.7-5.4km，康拉德面12.7-23.7km，莫霍面21.5-43.2km，断层系统与地震活动关联密切，为区域油气勘探和地下水调查提供新依据。

　　

穆罕默德·S·塔哈（Mohammed S. Taha）|苏丹·A·S·阿拉法（Sultan A.S. Araffa）|艾哈迈德·S·赫拉利（Ahmed S. Helaly）|阿拉·纳耶夫（Alaa Nayef）|艾哈迈德·M·阿卜杜勒-加瓦德（Ahmed M. Abdel-Gawad）

埃及开罗艾因沙姆斯大学（Ain Shams University）理学院地球物理系，邮编11566

摘要

研究区域位于西奈半岛北部，吉贝尔利布尼（Gebel Libni）以西。该地区地形变化多样，包括沉积盆地和基底隆起。本研究旨在利用磁力和重力数据描绘该地区的构造环境、基底（Conrad层）和莫霍面（Moho surface）的分布。通过对现有数据进行处理和分析，揭示了该地区的主要构造特征。重力数据显示，断层主要呈东北-西南（NE-SW）和西北-东南（NW-SE）方向分布，同时还存在少量西-西北-东南（WNW-ESE）方向的断层。磁力数据则显示了东-北-西（ENE-WSW）、西-西北-东南（WNW-ESE）、东北-西南（NE-SW）和西北-东南（NW-SE）方向的断层，此外还有一条主要的北-北-西南（NNE-SSW）方向的断层。此外，多种深度估算方法表明，基底表面深度在东部中心区域为1.7公里，而在中部西南部的沉积盆地中达到5.4公里。

此外，电位数据模型显示，康拉德层（Conrad layer）的深度在12.7至23.7公里之间，而莫霍面的深度在21.5至43.2公里之间。地震活动主要集中在东北部地区，与一些已识别的活动断层位置一致。这些地震事件的深度范围为0至18公里，里氏震级在1.2至2.8之间。

引言

研究区域位于西奈半岛中北部的吉贝尔利布尼以西，经度介于33°28′30.71″–33°58′13.11″，纬度介于30°32′16.97″–30°56′35.79″之间，总面积约为2131平方公里（图1a）。该区域属于埃尔阿里什盆地（El-Arish Basin）的一部分，地形复杂，中西部和东南部地势较高，而向北部逐渐降低。这种地形特征与地质构造密切相关，如埃尔阿里什盆地的地质图所示（基于埃及地质调查与矿业局EGSMA的数据，1992年、1993年），并结合了该盆地的数字高程模型（DEM）（图1a）。

从地质学角度来看，该地区主要由页岩、砂岩、石灰岩、白云质石灰岩和无水石膏等沉积岩组成。关于西奈半岛中北部的区域地层和构造特征，已有大量研究（Farag, 1959; Said, 1962, 1990; May, 1991; Ammar and Afifi, 1992; Abdel Aal and Laboudy, 1993; Abd El-Gawad and Ibraheem, 2005; Abd El-Gawad et al., 2006; El-Sehamy et al., 2022）。此外，还使用地球电法（Schlumberger配置）对该地区的地下水资源进行了调查（Helaly and Abdel-Gawad, 2017）。

地球物理方法被广泛应用于构造划分、地下水勘探、地质测绘、工程研究、环境评估、采矿和考古学等领域（例如Sultan and Santos, 2008; Elbarbary et al., 2021; Shebl et al., 2022; Araffa et al., 2023; Hamed et al., 2023; Hussien et al., 2023; Ahmed et al., 2024; Mohamaden et al., 2024）。尽管此前已进行了多项地质和近地表调查，但西奈半岛中北部地区的深层地壳结构仍知之甚少，尤其是在断层几何形态、地壳不连续性及其构造意义方面。

本研究利用埃及地质调查与矿业局（EGSMA）提供的高分辨率重力和磁力数据来填补这些知识空白。主要目标是通过识别浅层和深层断层的趋势和深度来描绘该地区的构造框架，绘制基底表面以及康拉德层和莫霍面的分布图，评估地壳厚度变化，并将获得的构造特征与局部地震活动联系起来，为地下水和油气勘探提供地质物理依据。

这些目标通过结合光谱分析、位场滤波技术（包括向上和向下延拓）以及定量二维和三维建模的综合方法来实现。对重力和磁力数据的综合解释为了解自晚白垩世至始新世以来影响该地区的压缩构造机制提供了新的见解。

方法论

本研究使用的地球物理数据包括由埃及地质调查与矿业局（EGSMA）获取的布格异常（Bouguer anomaly）图（图3a）和总磁强度（TMI）图（图3b），其等高线间隔分别为1 mGal和5 nT。数据经过海拔、密度、潮汐、纬度和地形等因素的校正。同时，还对磁力数据应用了国际地磁参考场（IGRF）和日变校正。

本研究旨在……

布格异常重力图

布格异常图（图3a）显示，西北部地区存在明显的正异常，呈东北-西南（NE-SW）方向分布，重力值向西北方向递增，最大值达到3 mGal。这种正异常向东南方向延伸，而较低的重力值则呈现西北-东南（NW-SE）趋势。重力值向南逐渐减小，最低值达到-36 mGal，形成明显的负异常，呈现西-西北-东南（WNW-ESE）方向。此外……

讨论

对吉贝尔利布尼以西地区的地球物理调查成功地将地表地质与深层地壳结构联系起来，提供了对北西奈地区深层地壳结构的全面了解。该地区的构造特征主要受叙利亚弧（Syrian Arc）构造的影响，表现为东北-西南（NE-SW）方向的褶皱和断层。

结论

通过对吉贝尔利布尼以西地区的重力和磁力数据进行分析，本研究成功描绘了该地区的深层构造框架和地壳不连续性。研究揭示了复杂的构造历史，主要由叙利亚弧构造系统控制，表现为东北-西南方向的褶皱和断层。此外，还发现了多种断层系统，包括与红海和海湾相关的西北-东南（NW-SE）和北-北-东南（NNW-SSE）方向的断层。

局限性

本研究的局限性在于缺乏钻孔数据，如密度和岩性记录，这些数据本可以用于更精确地构建二维重力和磁力模型，从而更准确地绘制基底、康拉德层和莫霍面的分布图。此外，重力磁力数据的解释存在较大不确定性。

建议

建议避免在地震活跃区域建造建筑物。建议在含有沉积盆地的西南部地区进行额外的大地电磁、磁大地电、二维和三维地震勘探，以寻找油气资源。同时，建议进行额外的电磁、二维和三维地球电法勘探，以确定该地区浅层和深层含水层的分布和数量。此外，还建议进行……

作者贡献声明

阿拉·纳耶夫（Alaa Nayef）：撰写、审稿与编辑。艾哈迈德·索布希·赫拉利（Ahmed Sobhy Helaly）：撰写、审稿与编辑。苏丹·阿瓦德·苏丹·阿拉法（Sultan Awad Sultan Araffa）：撰写、审稿与编辑、可视化处理、概念化。穆罕默德·谢里夫·塔哈（Mohammed Sherif Taha）：撰写、初稿撰写、软件开发、方法论设计、数据采集。艾哈迈德·莫斯塔法·阿卜杜勒-加瓦德（Ahmed Mostafa Abdel-Gawad）：撰写、审稿与编辑、项目监督、软件开发、资源管理、数据整理

未引用参考文献

Ammar et al., 1992; 埃及地质调查与矿业局（EGSMA），1992; 埃及地质调查与矿业局（EGSMA），1993; Cairo and May, 1991; Odek et al., 2013.

利益冲突声明

作者声明与本文内容无关的财务利益和个人关系，并声明不存在任何利益冲突。

数据获取

本研究使用的数据集未公开发布，但可向通讯作者（Mohammed S. Taha，邮箱：[e-mail]）申请获取。

资金支持

本研究未获得任何公共部门、商业机构或非营利组织的资助。

致谢

作者衷心感谢审稿人对本文的宝贵意见。