核幔邊界（Core-mantle boundary, CMB）是地球內(nèi)部最為極端的不連續(xù)界面，分隔液態(tài)富鐵外核與固態(tài)硅酸鹽地幔。該界面主導(dǎo)熱量與化學(xué)物質(zhì)的動(dòng)態(tài)交換，為地幔對(duì)流提供能量并維持地球發(fā)電機(jī)過(guò)程。因此，精確刻畫其結(jié)構(gòu)及其時(shí)變特征，對(duì)于深入理解核幔相互作用和地球深部動(dòng)力學(xué)過(guò)程具有重要意義。近幾十年來(lái)，地震學(xué)研究揭示了CMB附近廣泛存在多種尺度的不均勻結(jié)構(gòu)：地幔側(cè)存在大陸尺度的大低速?。↙arge low velocity province, LLVP）、中小尺度超低速區(qū)（Ultralow velocity zone, ULVZ）及小尺度散射體等；外核側(cè)可能存在大尺度低速層及小尺度局部剛性區(qū)（Core rigidity zone, CRZ）；同時(shí)，CMB本身也存在多尺度地形起伏。板塊運(yùn)動(dòng)、核幔耦合以及地核生長(zhǎng)等深部動(dòng)力學(xué)過(guò)程共同塑造了當(dāng)前CMB的復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征，并可能驅(qū)動(dòng)其隨時(shí)間持續(xù)演化。然而，關(guān)于CMB是否存在地震學(xué)可分辨的時(shí)變性，目前仍存在爭(zhēng)議，且缺乏全球尺度的系統(tǒng)性研究（Wang et al., 2024; Zhang and Wen, 2025）。
針對(duì)這一問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所行星科學(xué)與前沿技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室崔天宇博士后與王巍特聘研究員、合作導(dǎo)師艾印雙研究員及其他合作者共同開展研究，基于前人構(gòu)建的全球重復(fù)地震目錄（Yang and Song, 2023），系統(tǒng)分析了全球尺度CMB非均勻結(jié)構(gòu)及其地形潛在時(shí)變特征。該研究系統(tǒng)收集了全球中-小孔徑臺(tái)陣記錄到的重復(fù)地震的前臨界核反射震相（PcP、ScP和ScS），最終篩選出含1320對(duì)PcP、82對(duì)ScS以及22對(duì)ScP波形對(duì)的高質(zhì)量研究數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)集覆蓋廣泛的震中距范圍，空間上分布于歐亞大陸北部、環(huán)太平洋地區(qū)、南極及東南亞等地區(qū)（圖1），重復(fù)地震對(duì)的時(shí)間間隔從數(shù)年至二十余年不等，為約束CMB潛在的時(shí)間變化提供了可靠的數(shù)據(jù)觀測(cè)基礎(chǔ)。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)上述核反射震相的波形相似性及振幅相對(duì)變化進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并進(jìn)一步對(duì)直達(dá)P波和S波開展對(duì)比研究，以評(píng)估震源復(fù)雜性、淺部結(jié)構(gòu)非均勻性及背景噪聲對(duì)觀測(cè)結(jié)果的潛在影響。
圖1?全球重復(fù)地震與中–小孔徑地震臺(tái)陣之間核反射震相在CMB上的采樣點(diǎn)分布示意圖。左下角插圖為震源深度300公里條件下PcP、ScP和ScS震相在震中距40°與60°時(shí)的射線路徑對(duì)比，右下角插圖為KURK小孔徑臺(tái)陣的幾何分布
研究結(jié)果表明，ScP與ScS震相整體波形相似性較低，且缺乏直達(dá)P或S波高度相似（CC≥0.99）的穩(wěn)定事件對(duì)；結(jié)合振幅特征分析，未能可靠識(shí)別出CMB潛在的時(shí)變信號(hào)，觀測(cè)差異更可能受震源復(fù)雜性或噪聲影響。相比之下，1320對(duì)PcP提供了更密集的全球采樣，整體上PcP與直達(dá)P波相似性呈正相關(guān)，多數(shù)差異可歸因于震源或淺部結(jié)構(gòu)等因素，但少數(shù)異常樣例在初步分析中表現(xiàn)出潛在的CMB相關(guān)特征（圖2）。這些異常主要源于同一小孔徑KURK臺(tái)陣記錄的三次重復(fù)地震，其中2019年事件的PcP波形相較2007年和2011年呈現(xiàn)系統(tǒng)性差異，而直達(dá)P波保持高度一致（圖3）；進(jìn)一步的臺(tái)陣分析表明，該潛在時(shí)變信號(hào)實(shí)為來(lái)自不同傳播方向的近震地震信號(hào)干擾，而非CMB結(jié)構(gòu)或地形的真實(shí)變化（圖4）。在當(dāng)前觀測(cè)精度與時(shí)間尺度范圍內(nèi)，采樣區(qū)域未能可靠識(shí)別CMB附近結(jié)構(gòu)或地形的潛在時(shí)變信號(hào)，呈現(xiàn)出相對(duì)穩(wěn)定的特征。因此，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為其動(dòng)力學(xué)演化過(guò)程可能發(fā)生在數(shù)十年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間尺度上，或者其瞬態(tài)變化幅度低于當(dāng)前地震觀測(cè)手段的分辨能力。這一結(jié)果對(duì)約束CMB附近的動(dòng)力學(xué)演化狀態(tài)具有重要意義。
圖2?重復(fù)地震中核反射波與直達(dá)波的互相關(guān)分布及波形對(duì)比圖。（a-c）為直達(dá)波與核反射波的波形相似性分布。橫軸為反射波相似性，縱軸為直達(dá)波相似性；灰色陰影表示相似性≥0.9，顏色表示振幅差異因子（Adiff）。Adiff≤1的數(shù)據(jù)以虛線邊框標(biāo)示，直達(dá)波互相關(guān)系數(shù)CC>0.99的數(shù)據(jù)以實(shí)線邊框標(biāo)示，紅色虛線圈出最可能反映CMB時(shí)變信號(hào)的樣例。（d-i）為不同相似性組合下的歸一化波形對(duì)比圖。藍(lán)色與紅色分別代表重復(fù)地震對(duì)中的早期與后期事件，灰色曲線為兩條波形之差
圖3 KURK臺(tái)陣記錄的三次重復(fù)地震P與PcP波形對(duì)比。（a）三次事件的直達(dá)P波高度相似；（b）2019年事件的PcP前、后至波出現(xiàn)明顯異常，與前兩次事件不同；（c）2019年事件與前兩次的波形差異在小孔徑臺(tái)陣不同臺(tái)站間表現(xiàn)為最大約10 s的到時(shí)差（橙色陰影）
圖4?重復(fù)地震fk與速度譜分析中慢度與反方位角結(jié)果。（a）2011年地震事件的觀測(cè)fk歸一化功率譜，白色十字標(biāo)示主到達(dá)波的水平慢度和反方位角；（b）同（a），為2019年事件；（c）兩次事件fk功率譜之差。（d–f）分別為2011年、2019年及其差值的反方位角速度譜；（g–i）為對(duì)應(yīng)的慢度速度譜
研究成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊GRL（崔天宇，王巍*，John Vidale，張昊，羅浩，艾印雙. Decadal Stability of Multi-Scale Core-Mantle Boundary in Core-Reflections of Repeating Earthquakes [J].?Geophysical Research Letters, 2026,?53, e2025GL119930. DOI:?10.1029/2025GL119930）。研究受國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42388101, 42394111）、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所重點(diǎn)研究項(xiàng)目（IGGCAS-202204）和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）（XDB18000000）的資助。
崔天宇（博士后）