核幔边界（Core-mantle boundary, CMB）是地球内部最为极端的不连续界面，分隔液态富铁外核与固态硅酸盐地幔。该界面主导热量与化学物质的动态交换，为地幔对流提供能量并维持地球发电机过程。因此，精确刻画其结构及其时变特征，对于深入理解核幔相互作用和地球深部动力学过程具有重要意义。近几十年来，地震学研究揭示了CMB附近广泛存在多种尺度的不均匀结构：地幔侧存在大陆尺度的大低速省（Large low velocity province, LLVP）、中小尺度超低速区（Ultralow velocity zone, ULVZ）及小尺度散射体等；外核侧可能存在大尺度低速层及小尺度局部刚性区（Core rigidity zone, CRZ）；同时，CMB本身也存在多尺度地形起伏。板块运动、核幔耦合以及地核生长等深部动力学过程共同塑造了当前CMB的复杂结构特征，并可能驱动其随时间持续演化。然而，关于CMB是否存在地震学可分辨的时变性，目前仍存在争议，且缺乏全球尺度的系统性研究（Wang et al., 2024; Zhang and Wen, 2025）。

针对这一问题，中国科学院地质与地球物理研究所行星科学与前沿技术重点实验室崔天宇博士后与王巍特聘研究员、合作导师艾印双研究员及其他合作者共同开展研究，基于前人构建的全球重复地震目录（Yang and Song, 2023），系统分析了全球尺度CMB非均匀结构及其地形潜在时变特征。该研究系统收集了全球中-小孔径台阵记录到的重复地震的前临界核反射震相（PcP、ScP和ScS），最终筛选出含1320对PcP、82对ScS以及22对ScP波形对的高质量研究数据集。该数据集覆盖广泛的震中距范围，空间上分布于欧亚大陆北部、环太平洋地区、南极及东南亚等地区（图1），重复地震对的时间间隔从数年至二十余年不等，为约束CMB潜在的时间变化提供了可靠的数据观测基础。研究团队对上述核反射震相的波形相似性及振幅相对变化进行了系统分析，并进一步对直达P波和S波开展对比研究，以评估震源复杂性、浅部结构非均匀性及背景噪声对观测结果的潜在影响。

图1 全球重复地震与中–小孔径地震台阵之间核反射震相在CMB上的采样点分布示意图。左下角插图为震源深度300公里条件下PcP、ScP和ScS震相在震中距40与60时的射线路径对比，右下角插图为KURK小孔径台阵的几何分布

研究结果表明，ScP与ScS震相整体波形相似性较低，且缺乏直达P或S波高度相似（CC0.99）的稳定事件对；结合振幅特征分析，未能可靠识别出CMB潜在的时变信号，观测差异更可能受震源复杂性或噪声影响。相比之下，1320对PcP提供了更密集的全球采样，整体上PcP与直达P波相似性呈正相关，多数差异可归因于震源或浅部结构等因素，但少数异常样例在初步分析中表现出潜在的CMB相关特征（图2）。这些异常主要源于同一小孔径KURK台阵记录的三次重复地震，其中2019年事件的PcP波形相较2007年和2011年呈现系统性差异，而直达P波保持高度一致（图3）；进一步的台阵分析表明，该潜在时变信号实为来自不同传播方向的近震地震信号干扰，而非CMB结构或地形的真实变化（图4）。在当前观测精度与时间尺度范围内，采样区域未能可靠识别CMB附近结构或地形的潜在时变信号，呈现出相对稳定的特征。因此，研究团队认为其动力学演化过程可能发生在数十年甚至更长的时间尺度上，或者其瞬态变化幅度低于当前地震观测手段的分辨能力。这一结果对约束CMB附近的动力学演化状态具有重要意义。

图2 重复地震中核反射波与直达波的互相关分布及波形对比图。（a–c）为直达波与核反射波的波形相似性分布。横轴为反射波相似性，纵轴为直达波相似性；灰色阴影表示相似性0.9，颜色表示振幅差异因子（ ）。1的数据以虚线边框标示，直达波互相关系数CC0.99的数据以实线边框标示，红色虚线圈出最可能反映CMB时变信号的样例。（d–i）为不同相似性组合下的归一化波形对比图。蓝色与红色分别代表重复地震对中的早期与后期事件，灰色曲线为两条波形之差

图3 KURK台阵记录的三次重复地震P与PcP波形对比。（a）三次事件的直达P波高度相似；（b）2019年事件的PcP前、后至波出现明显异常，与前两次事件不同；（c）2019年事件与前两次的波形差异在小孔径台阵不同台站间表现为最大约10 s的到时差（橙色阴影）

图4 重复地震fk与速度谱分析中慢度与反方位角结果。（a）2011年地震事件的观测fk归一化功率谱，白色十字标示主到达波的水平慢度和反方位角；（b）同（a），为2019年事件；（c）两次事件fk功率谱之差。（d–f）分别为2011年、2019年及其差值的反方位角速度谱；（g–i）为对应的慢度速度谱

研究成果发表于国际学术期刊GRL（崔天宇，王巍^*，John Vidale，张昊，罗浩，艾印双. 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）。研究受国家自然科学基金项目（42388101, 42394111）、中国科学院地质与地球物理研究所重点研究项目（IGGCAS-202204）和中国科学院战略性先导科技专项（B类）（XDB18000000）的资助。

崔天宇（博士后）