Alternative gravimetric methodology for isostatic analyses. An example for Bolivian Andes

Abstract

In this work we present a new, alternative methodology for performing isostatic studies by means of geoid undulations, excluding the use of measured gravity anomalies. An example on Bolivian Andes is presented as case study. Considering a digital elevation model as input data, a theoretical perfectly isostatically balanced Airy crustal model was constructed for Bolivia. The free-air and the Bouguer anomalies, and the geoid undulations produced by this theoretical model, were directly evaluated by means of three-dimensional integration. The “real” geoid undulations were computed from the EGM96 global geopotential model, and were filtered from long wavelengths by means of a sparse Fourier transform method. The residual “real” geoid undulations were compared with the theoretical geoid undulations for Bolivian Andes, showing a global tendency towards isostatic balance, agreeing with previous results obtained using traditional gravimetry. The free-air and the Bouguer anomalies from the EGM96 residual geoid undulations were also evaluated and then compared with the anomalies produced by the theoretical model. The Bouguer anomalies support definitely the results obtained using the geoid undulations while the free-air anomalies, although less consistently, showed the same global tendency.

En este trabajo presentamos una nueva metodología alternativa para realizar estudios isostáticos empleando ondulaciones del geoide, sin utilizar anomalías de gravedad observadas. Un ejemplo sobre los Andes Bolivianos se presenta como caso de estudio. Considerando un modelo digital de elevación como dato de entrada, se construyó un modelo cortical teórico perfectamente balanceado siguiendo la hipótesis de Airy para Bolivia. Las anomalías de aire libre y de Bouguer, y las ondulaciones del geoide producidas por dicho modelo teórico se evaluaron directamente mediante integraciones en tres dimensiones. Las ondulaciones del geoide “reales” se obtuvieron a partir del modelo geopotencial global EGM96, de las cuales se filtraron las largas longitudes de onda mediante el empleo de una transformada de Fourier rala. Las ondulaciones del geoide “residuales” fueron comparadas con las ondulaciones teóricas en los Andes Bolivianos, mostrando una tendencia general al equilibrio isostático, en total acuerdo con los resultados gravimétricos previos. Se evaluaron también las anomalías de aire libre y de Bouguer a partir de las ondulaciones del geoide residuales derivadas del EGM96, las cuales se compararon con las anomalías de gravedad generadas por el modelo teórico. Las anomalías de Bouguer certificaron definitivamente el resultado encontrado empleando el geoide, y las anomalías de aire libre, si bien resultaron menos consistentes, mostraron la misma tendencia global.