Crustal density distribution in the eastern Qinghai-Tibet Plateau revealed by gravity gradients

Abstract:

As the highest, largest and most active plateau on Earth, the Qinghai-Tibet Plateau has a complex crust-mantle structure, especially in its eastern part. In response to the subduction of the lithospheric mantle of the Indian plate, large-scale crustal motion occurs in this area. Here we used GOCE gravitational gradients at an altitude of 10km after reducing the effects of terrain, sediment thickness variations, and Moho undulations to image the density structures of eastern Tibet. We inverted the residual satellite gravitational gradients using a least square approach. The initial density model for the inversion is based on seismic velocities from the tomography. The model is composed of rectangular blocks, having a uniform density, with widths of about 100 km and variable thickness and depths. The thickness of the rectangular cells changes from10 to 60km in accordance with the seismic model. The results reveal some large-scale, structurally controlled density variations at depths. The lithospheric root defined by higher-density contrast features from southwest to northeast, with shallowing in the central part: base of lithosphere reaches a depth of100 km, less than 180km, and 200 km underneath the Songpan-Ganzi<span">， Lhasa, and Ordos crustal blocks, respectively. However, these depth values only represent a first-order parameterization because they depend on model discretization inherited from the original seismic tomography model. Low-density crustal anomalies beneath the southern Lhasa and Songpan-Ganzi blocks in our model support the idea of weak lower crust and possible crustal flow, as a result of the thermal anomalies caused by the upwelling of hot deep materials. The weak lower crust may cause the decoupling of the upper crust and the mantle. These results are consistent with many other geophysical studies, confirming the effectiveness of the GOCE gravitational gradient data. Using these data in combination with other geodynamic constraints, an improved dynamic model can be derived.