Depth to the Bottom of Lithospheric Magnetic Sources in Mongolia

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

We estimate the depth to the bottom of lithospheric magnetic sources for the territory of Mongolia based on the global lithospheric magnetic field EMAG2v3 model using a centroid method. The obtained results are compared with independent geophysical data and a distribution of epicenters of regional earthquakes with M ≥ 5.0 for the observation period of 1900–2023. It has been found that the shallowest depths to the bottom of the lithospheric magnetoactive layer (<30 km) are seen predominantly under the mountain regions in Western and Central Mongolia and adjacent areas while the deepest bottom depths (> 35 km) are observed to the east of 105° E. Therefore, the lithospheric magnetoactive layer is within the crust under the considered territory. A negative correlation between the Moho depth and the depth to the bottom of lithospheric magnetic sources is traced and there is a positive correlation between the lithospheric thickness and the depth to the bottom of lithospheric magnetic sources. We also demonstrate in this study that sources of the most earthquakes with M ≥ 6.0, recorded in 1900–2023, are nucleated in the areas in which a sharp change (> 5 km) in the magnetoactive layer thickness is observed.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. I. Filippova

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: aleirk@mail.ru
Russian Federation, Troitsk

S. V. Filippov

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of the Russian Academy of Sciences

Email: sfilip@izmiran.ru
Russian Federation, Troitsk

References

  1. Абрамова Д.Ю., Абрамова Л.М., Варенцов И.М. Филиппов С.В. Морфология региональных магнитных аномалий Байкальской рифтовой зоны и окружающих ее территорий // Геофизические исслед. Т. 19. № 4. С. 31–45. 2018. https://doi.org/10.21455/gr2018.4-3
  2. Аюушжав Г., Бямбаа Ч., Луговенко В.Н. Основные черты строения аномального магнитного поля на территории Монголии // Анализ пространственно-временной структуры геомагнитного поля. М.: Наука, С. 201–209. 1975.
  3. Блюменцвайг Г.И., Попов А.И. О связи магнитного поля с геологической структурой Центральной Монголии / Геофизические исследования Сибирской платформы. Иркутск: Вост.-Сиб. Изд-во, С. 93–103. 1977.
  4. Голубев В.А. Кондуктивный и конвективный вынос тепла в Байкальской рифтовой зоне. Новосибирск: Академическое изд-во “Гео”, 222 с. 2007.
  5. Гордиенко И.В., Метелкин Д.В., Ветлужских Л.И. Строение Монголо-Охотского складчатого пояса и проблема выделения Амурского микроконтинента // Геология и геофизика. Т. 60. № 3. С. 318–341. 2019. https://doi.org/10.15372/GiG2019018
  6. Зорин Ю.А., Новоселова М.Р., Рогожина В.А. Глубинная структура территории МНР. Новосибирск: Наука, 93 с. 1982.
  7. Коваленко Д.В., Ярмолюк В.В., Козловский А.М. Палеомагнетизм центральной части Центрально-Азиатского складчатого пояса (Тува, Монголия) // Доклады РАН. Науки о Земле. Т. 504. № 1. С. 75–84. 2022. https://doi.org/10.31857/S2686739722050085
  8. Лухнев А.В., Саньков В.А., Мирошниченко А.И., Ашурков С.В., Кале Э. Вращения и деформации земной поверхности в Байкало-Монгольском регионе по данным GPS-измерений // Геология и геофизика. Т. 51. № 71. С. 1006–1017. 2010.
  9. Мельникова В.И., Середкина А.И. Параметры сейсмотектонических деформаций земной коры Монголии по данным о механизмах очагов землетрясений // Опасные геологические процессы и прогнозирование чрезвычайных ситуаций природного характера на территории Центральной Монголии. Ред. Д.П. Гладкочуб. Иркутск: Изд-во ИГУ, С. 61–67. 2017.
  10. Мордвинова В.В., Улзийбат М., Кобелев М.М., Хритова М.А., Кобелева Е.А., Батсайхан Ц. Скоростное строение и азимутальная анизотропия земной коры и верхней мантии Монголии по данным объемных волн // Опасные геологические процессы и прогнозирование чрезвычайных ситуаций природного характера на территории Центральной Монголии. Ред. Д.П. Гладкочуб. Иркутск: Изд-во ИГУ, С. 29–39. 2017.
  11. Середкина А.И., Кожевников В.М., Соловей О.А. Глубинное строение и анизотропные свойства верхней мантии Монголии по данным о дисперсии волн Рэлея и Лява // Опасные геологические процессы и прогнозирование чрезвычайных ситуаций природного характера на территории Центральной Монголии. Ред. Д.П. Гладкочуб. Иркутск: Изд-во ИГУ, С. 20–29. 2017.
  12. Середкина А.И., Соловей О.А. Анизотропные свойства верхней мантии Центральной Азии по данным дисперсии групповых скоростей волн Рэлея и Лява // Геодинамика и тектонофизика. Т. 9. № 2. С. 413–426. 2018. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-2-0354
  13. Середкина А.И., Филиппов С.В. Глубины залегания магнитных источников в Арктике и их связь с параметрами литосферы // Геология и геофизика. Т. 62. № 7. С. 902–916. 2021. https://doi.org/10.15372/GiG2020162
  14. Смекалин О.П., Чипизубов А.В., Имаев В.С. Сейсмогеология Верхнекеруленской впадины (Хэнтей, Северная Монголия) // Геодинамика и тектонофизика. Т. 7. № 1. С. 39–57. 2016. https://doi.org/10.5800/GT-2016-7-1-0196
  15. Филиппова А.И., Филиппов С.В. Глубины залегания литосферных магнитных источников и тепловой режим литосферы под Восточно-Сибирским морем // Физика Земли. № 4. С. 71–84. 2022. https://doi.org/10.31857/S0002333722040032
  16. Филиппова А.И., Филиппов С.В. Глубины залегания литосферных магнитных источников под Балтийским щитом // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 63. № 5. С. 667–679. 2023а. https://doi.org/10.31857/S0016794023600059
  17. Филиппова А.И., Филиппов С.В. Тепловой режим литосферы под полуостровом Таймыр по геомагнитным данным // Геомагнетизм и аэрономия. T. 63. № 3. С. 391–402. 2023б. https://doi.org/10.31857/S0016794022600600
  18. Филиппова А.И., Филиппов С.В. Глубина нижней границы литосферных магнитных источников северо-востока Евразии: тепловой режим литосферы и связь с сейсмичностью // Геомагнетизм и аэрономия. 2024. T. 64. № 1. С. 149–160. https://doi.org/10.31857/S0016794024010155
  19. Хуторской М.Д., Голубев В.А., Козловцева С.В., Митник М.М., Ярмолюк В.В. Тепловой режим недр МНР. М.: Наука, 127 с. 1991.
  20. Яновский Б.М. Земной магнетизм. Л.: Ленинградский университет, 592 с. 1978.
  21. Яновская Т.Б., Кожевников В.М. Анизотропия верхней мантии Азиатского континента по групповым скоростям волн Рэлея и Лява // Геология и геофизика. Т. 47. № 5. С. 622–629. 2006.
  22. Яншин А.Л. Тектоника Монгольской Народной Республики. М.: Наука, 283 с. 1974.
  23. Artemieva I.M. Global 1° × 1° thermal model TC1 for the continental lithosphere: Implications for lithosphere secular evolution // Tectonophysics. V. 416. P. 245–277. 2006. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2005.11.022
  24. Barruol G., Deschamps A., Déverchère J., Mordvinova V., Ulziibat M., Perrot J., Artemiev A., Dugarmaa T., Bokelmann G. Upper mantle flow beneath and around the Hangay dome, Central Mongolia // Earth Planet. Sci. Lett. V. 274. P. 221–233. 2008. https://doi.org/10.1016/epsl.2008.07.027
  25. Calais E., Vergnolle M., San’kov V., Lukhnev A., Miroshnichenko A., Amarjargal S.,
  26. Déverchère J. GPS measurements of crustal deformation in the Baikal-Mongolia area (1994–2002): implications for current kinematics of Asia // J. Geophys. Res. V. 108. 2501. 2003. https://doi.org/10.1029/2002JB002373
  27. Deng Y., Tesauro M. Lithospheric strength variations in Mainland China: Tectonic implications // Tectonics. V. 35. P. 2313–2333. 2016. https://doi.org/10.1002/2016TC004272
  28. Dyment J., Arkani-Hamed J. Equivalent source magnetic dipoles revisited // Geophys. Res. Lett. V. 25. № 11. P. 2003–2006. 1998. https://doi.org/10.1029/98GL51331
  29. Filippova A.I., Golubev V.A., Filippov S.V. Curie point depth and thermal state of the lithosphere beneath the northeastern flank of the Baikal rift zone and adjacent areas // Surv. Geophys. V. 42. № 5. P. 1143–1170. 2021. https://doi.org/10.1007/s10712-021-09651-7
  30. Filippova A.I., Filippov S.V., Radziminovich Ya.B. Thermal state of the lithosphere beneath the Laptev Sea: Geodynamic implications from geomagnetic data // J. Asian Earth Sci. V. 261. 105970. 2024. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2023.105970
  31. Fuchs S.; Norden B., Artemieva I. et al. The Global Heat Flow Data-base: Release 2021. GFZ Data Services. 2021a. https://doi.org/10.5880/fidgeo.2021.014
  32. Fuchs S., Beardsmore G., Chiozzi P. et al. A new database structure for the IHFC Global Heat Flow Database // International Journal of Terrestrial Heat Flow and Applied Geothermics. V. 4. № 1. P. 1–14. 2021b. https://doi.org/10.31214/ijthfa.v4i1.62
  33. Gard M., Hasterok D. A global Curie depth model utilizing the equivalent source magnetic dipole method // Phys. Earth Planet. Inter. V. 313. 106672. 2021. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2021.106672
  34. Global CMT Web Page. 2024. On-line Catalog. Lamont-Doherty Earth Observatory (LDEO) of Columbia University, Columbia, SC, USA. Available from http://www.globalcmt.org. Last accessed 19 September 2024.
  35. Heidbach O., Rajabi M., Cui X. et al. The World Stress Map database release 2016: Crustal stress pattern across scales // Tectonophysics. V. 744. P. 484–498. 2018. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2018.07.007
  36. Hou J., Fang J., Wang K. The Curie surface and lithospheric thermal structure in Mongolia‐Baikal region // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. V. 129. e2024JB028778. 2024. https://doi.org/10.1029/2024JB028778
  37. International Seismological Centre. 2024. On-line Bulletin. Internatl. Seis. Cent., Thatcham, United Kingdom. Available from http://www.isc.ac.uk. Last accessed 19 September 2024.
  38. Langel R.A., Hinze W.J. The magnetic field of the Earth’s lithosphere. Cambridge University, Cambridge, UK. 450 p. 1998.
  39. Laske G., Masters G., Ma Z., Pasyanos M. Update on CRUST1.0 − A 1-degree global model of Earth’s crust / Abstracts European Geoscience Union General Assembly. Vienna, Austria, 7–12 April, 2013. № EGU2013-2658. 2013.
  40. Lei Y., Jiao L., Huang Q., Tu J. A continental model of Curie Point Depth for China and surroundings based on Equivalent Source Method // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. V. 129. e2023JB027254. 2024. https://doi.org/10.1029/2023JB027254
  41. Li C.-F., Wang J. Variations in Moho and Curie depths and heat flow in Eastern and Southeastern Asia // Mar. Geophys. Res. V. 37. № 1. P. 1–20. 2016. https://doi.org/10.1007/s11001-016-9265-4
  42. Li Y., Wu Q., Pan J., Zhang F., Yu D. An upper-mantle S-wave velocity model for East Asia from Rayleigh wave tomography // Earth Planet. Sci. Lett. V. 377. P. 367–377. 2013. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2013.06.033
  43. Li C.-F., Lu Y., Wang J. A global reference model of Curie-point depths based on EMAG2 // Sci. Rep.V. 7. 45129. 2017. https://doi.org/10.1038/srep45129
  44. Maus, S., Barckhausen U., Berkenbosch H. et al. EMAG2: A 2-arc-minute resolution Earth Magnetic Anomaly Grid compiled from satellite, airborne and marine magnetic measurements // Geochem. Geophys. Geosyst. V. 10. Q08005. 2009. https://doi.org/10.1029/2009GC002471
  45. Meyer B., Chulliat A., Saltus R. Derivation and error analysis of the earth magnetic anomaly grid at 2 arc min resolution version 3 (EMAG2v3) // Geochem. Geophys. Geosyst. V. 18. P. 4522–4537. 2017. https://doi.org/10.1002/2017GC007280
  46. NOAA National Centers for Environmental Information. 2022: ETOPO 2022 15 Arc-Second Global Relief Model. https://doi.org/10.25921/fd45-gt74. Available from https://www.ncei.noaa.gov/products/etopo-global-relief-model. Last accessed 19 September 2024.
  47. Núñez Demarco P., Prezzi C., Sánchez Bettucci L. Review of Curie point depth determination through different spectral methods applied to magnetic data // Geophys. J. Int. V. 224. № 1. P. 17–39. 2021. https://doi.org/10.1093/gji/ggaa361
  48. Okubo Y., Graf R.J., Hansen R.O., Ogawa K., Tsu H. Curie point depths of the island of Kyushu and surrounding areas, Japan // Geophysics. V. 50. P. 481–494. 1985.
  49. Okubo Y., Matsunaga T. Curie point depth in northeast Japan and its correlation with regional thermal structure and seismicity // J. Geophys. Res. V. 99. № B11. P. 22363–22371. 1994.
  50. Olsen N., Ravat D., Finlay C.C., Kother L.K. LCS-1: a high-resolution global model of the lithospheric magnetic field derived from CHAMP and Swarm satellite observations // Geophys. J. Int. V. 211. № 3. P. 1461–1477. 2017. https://doi.org/10.1093/gji/ggx381
  51. Pirttijärvi M. 2D Fourier domain operations, FOURPOT program. 2015. https://wiki.oulu.fi/x/0oU7AQ/
  52. Salazar J. M., Vargas C.A., Leon H. Curie point depth in the SW Caribbean using the radially averaged spectra of magnetic anomalies // Tectonophysics. V. 694. P. 400–413. 2017. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2016.11.023
  53. Seredkina A., Kozhevnikov V., Melnikova V., Solovey O. Seismicity and S-wave velocity structure of the crust and the upper mantle in the Baikal rift and adjacent regions// Phys. Earth Planet. Inter. V. 261. P. 152–160. 2016. http://dx.doi.org/10.1016/j.pepi.2016.10.011
  54. Seredkina A.I., Melnikova V.I. Seismotectonic crustal strains of the Mongol-Baikal seismic belt from seismological data / Moment tensor solutions. Ed. S. D’Amico. Springer, Cham. P. 497–517. 2018. https://doi.org/10.1007/978-3-319-77359-9_22
  55. Sibson R.H. Roughness at the base of the seismogenic zone: Contributing factors // J. Geophys. Res.: Solid Earth. V. 89. № B7. P. 5791–5799. 1984. https://doi.org/10.1029/JB089iB07p05791
  56. Tanaka A., Ishikawa Y. Crustal thermal regime inferred from magnetic anomaly data and its relationship to seismogenic layer thickness: The Japanese islands case study // Phys. Earth Planet. Inter. V. 152. P. 257–266. 2005. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2005.04.011
  57. Tseden T., Murao S., Dorjgotov D. Introduction to geology of Mongolia // Bulletin of the Geological Survey of Japan. V. 43. № 12. P. 735–744. 1992.
  58. Tseesuren B. Geothermal resources in Mongolia and potential uses / Geothermal Training Programme, Iceland. P. 347–374. 2001.
  59. Tserendug Sh., Bayanjargal G., Mungunshagai M. The heat flows via CPD / Book of extended abstracts. The International Conference on Astronomy and Geophysics in Mongolia. Ulaanbaatatar, Mongolia, 20–22 July 2017. P. 74–78. 2017.
  60. Sloan R.A., Jackson J.A., McKenzie D., Priestley K. Earthquake depth distributions in central Asia, and their relations with lithosphere thickness, shortening and extension // Geophys. J. Int. V. 185. № 1. P. 1–29. 2011. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2010.04882.x
  61. Tanaka A., Okubo Y., Matsubayashi O. Curie point depth based on spectrum analysis of the magnetic anomaly data in East and Southeast Asia // Tectonophysics. V. 306. P. 461–470. 1999.
  62. Wu H., Huang Z., Zhao D. Deep structure beneath the southwestern flank of the Baikal rift zone and adjacent areas // Phys. Earth Planet. Inter. V. 310. 106616. 2021. https://doi.org/10.1016/j.pepi. 2020. 106616

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Study area. Topography (h, m - altitude) is shown according to the ETOPO 2022 global model [NOAA..., 2022]. Rectangles denote areas considered in [Tserendug et al., 2017].

Download (894KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Modulus of the total vector of the anomalous geomagnetic field (Ta, nTL) at an altitude of 4 km above sea level over the study area according to the EMAG2v3 model [Meyer et al., 2017] and the centre points of the 200 × 200 km blocks (white circles) within which the calculations of lithospheric magnetic source depths were performed.

Download (943KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Depth of the lower boundary of lithospheric magnetic sources (Zb, km).

Download (355KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Depth of the Moho boundary (H, km) according to the global CRUST 1.0 model [Laske et al., 2013].

Download (335KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Surface heat flux (q, mW/m2) from [Fuchs et al., 2021a] (a) and thermal water sources with maximum temperature (T, °C) from [Tseesuren, 2001] (b) in comparison with the depth distribution of the lower boundary of lithospheric magnetic sources (Zb, km) obtained by us.

Download (643KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Epicenters of regional earthquakes with M ≥ 5.0 registered in 1900-1950 (grey circles) and 1950-2023 inclusive (white circles), according to the ISC catalogue [Internarional..., 2024] in comparison with the distribution of the depth of the lower boundary of lithospheric magnetic sources (Zb, km) obtained by us.

Download (468KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences