Isostatic Crustal Thickness Under The Tibetan Plateau And Himalayas From Satellite Gravity Gradiometry Data

Abstract

The global gravity and crustal models are used in this study to determine the regional Moho model. For this purpose, we solve the Vening Meinesz-Moritz’s (VMM) inverse problem of isostasy de ned in terms of the isostatic gravity gradient. The functional relation between the Moho depth and the second-order radial derivative of the VMM isostatic potential is formulated by means of the (linearized) Fredholm integral equation of the rst kind. Methods for a spherical harmonic analysis and synthesis of the gravity eld and crustal structure models are applied to evaluate the gravity gradient corrections and the respective corrected gravity gradient, taking into consideration major known density structures within the Earth’s crust (while mantle heterogeneities are disregarded). The resulting gravity gradient is compensated isostatically based on applying the VMM scheme. The VMM inverse problem for finding the Moho depths is solved iteratively. The regularization is applied to stabilize the ill-posed solution. The global geopotential model GOCO-03s, the global topographic/bathymetric model DTM2006.0 and the global crustal model CRUST1.0 are used to generate the VMM isostatic gravity gradient with a spectral resolution complete to a spherical harmonic degree of 250. The VMM inverse scheme is used to determine the regional isostatic crustal thickness beneath the Tibetan Plateau and Himalayas (compiled on a 1x1 arc-deg grid). The differences between the isostatic and seismic Moho models are modeled and subsequently corrected for by applying the non-isostatic correction. Our results show that the regional gravity gradient inversion can model realistically the relative Moho geometry, while the solution contains a systematic bias. We explain this bias by more localized information on the Earth’s inner structure in the gravity gradient eld compared to the potential or gravity fields. Espesor isostático de la corteza bajo la meseta tibetana y los Himalayas a partir de datos satelitales de gradiente gravitatoria ResumenEste estudio utiliza los modelos globales de gravedad y de espesor de la corteza para determinar un modelo regional de la discontinuidad de Mohorovičić (Moho). Con este fin se resolvió el problema inverso de isostasia Vening Meinesz-Moritz (VMM) de nido en términos de gradiente gravitatoria isostática. La relación funcional entre la profundidad de la Moho y la derivación radial de segundo orden del potencial isostático VMM fue formulado a través de la ecuación integral Fredholm de primera clase. Se aplicaron métodos para el análisis esférico armónico y para la síntesis del campo gravitacional, y los modelos de estructura de corteza para evaluar las correcciones de gradiente gravitatoria y el respectivo gradiente gravitatorio corregido, considerando el conocimiento de las principales densidades de la estructura al interior de la corteza de la Tierra (las heterogenidades del manto fueron ignoradas). El gradiente gravitatorio resultante se compensó isostáticamente con la aplicación del esquema VVM. Se resolvió reiterativamente el problema inverso VVM para encontrar las profundidades de la discontinuidad Moho. Se aplicó la regularización para estabilizar la solución planteada. El modelo geopotencial global GOCO-03s, el modelo global topográfico/batimetrico DTM2006.0 y el modelo global de la corteza CRUST 1.0 permitieron generar el gradiente gravitacional isostático VVM con una resolución espectral completa a un grado esférico armonioso de 250. A través del esquema inverso VMM se determinó el espesor isostático regional bajo la meseta Tibetana y los Himalayas (compilada en una cuadrícula de 1x1 grados sexagesimales). Las diferencias entre los modelos isostático y sísmico de la Moho fueron modeladas y corregidas con la aplicación de la corrección no isostática. Los resultados muestran que la inversión del gradiente gravitatorio puede modelar realísticamente la geometría de la Moho, a pesar que la solución contiene una desviación sistemática. Esta inclinación se explica por la información estructural interna de la Tierra en el campo del gradiente gravitatorio comparado con el potencial gravitatorio.