地球固態(tài)內(nèi)核與液態(tài)外核的邊界（內(nèi)核邊界）是地球內(nèi)部的一階間斷面，該邊界性質(zhì)對(duì)理解地球內(nèi)核增長(zhǎng)、外核對(duì)流和地磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力具有重要科學(xué)意義。現(xiàn)代地震學(xué)已經(jīng)揭示內(nèi)核邊界并非完全橫向均勻，存在局部小尺度地形起伏和糊狀層的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。然而，由于地震觀測(cè)數(shù)據(jù)的限制，前人對(duì)于東亞下方的內(nèi)核邊界研究仍聚焦于零星分散的局部區(qū)域，缺乏對(duì)東亞地區(qū)內(nèi)核邊界結(jié)構(gòu)整體的認(rèn)識(shí)。

中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理所地球與行星物理院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士畢業(yè)生章浩東與博士生崔天宇、導(dǎo)師艾印雙研究員利用中國(guó)數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)2009-2018年期間記錄的1014個(gè)寬頻帶地震臺(tái)站數(shù)據(jù)，拾取到4272條具有清晰地球內(nèi)外核反射震相對(duì)（PcP和PKiKP）波形記錄（圖1），分析了地核反射震相的走時(shí)殘差分布和波形相似性，獲得了東亞地區(qū)下方內(nèi)核邊界精細(xì)結(jié)構(gòu)的新認(rèn)識(shí)。

圖1?地震數(shù)據(jù)。（a）地核反射震相的射線路徑（震源用黑色五角星表示，深度為100 km）。內(nèi)核邊界反射震相PKiKP和外核邊界反射震相PcP的射線路徑分別用紅色和藍(lán)色表示；（b）地震與臺(tái)站分布圖。圖中分別標(biāo)注出地震（紅色五角星）、臺(tái)站（黑色三角形）和PKiKP震相的大圓路徑（橙色實(shí)線）；（c）按震中距排列的事件3垂直分量波形圖。該地震圖顯示出318個(gè)臺(tái)站記錄到的包括P、S、PcP、ScP和PKiKP（紅色虛線標(biāo)示）多個(gè)清晰震相信號(hào)

波形對(duì)比和正演模擬計(jì)算表明，東亞下方地核反射震相的波形高度相似，暗示該區(qū)域內(nèi)核邊界的厚度不超過(guò)2千米（圖2）。此外，經(jīng)過(guò)地球曲率和地幔不均勻速度結(jié)構(gòu)校正后，地核反射震相的走時(shí)殘差相較于一維PREM模型的均值為-0.25秒，表明東亞下方的外核厚度與PREM模型的預(yù)測(cè)值基本一致。這些結(jié)果指示著東亞下方的地球內(nèi)核邊界整體上是尖銳的，即物質(zhì)在外核與內(nèi)核之間是由液態(tài)迅速變化為固態(tài)，也可能存在局部地區(qū)小尺度地形起伏（圖3）。東亞下方內(nèi)核邊界的整體認(rèn)識(shí)有助于增加對(duì)地球內(nèi)核的生長(zhǎng)模式和半球差異性，以及理解外核對(duì)流模式。

圖2 PKiKP波形受不同內(nèi)核邊界參數(shù)影響。（a）存在糊狀層內(nèi)核邊界的密度剖面圖。該剖面穿過(guò)內(nèi)核邊界（紅色虛線），以兩個(gè)參數(shù)描述：表示糊狀層厚度，表示相對(duì)于PREM模型（藍(lán)色線所示）在內(nèi)核邊界處糊狀層的密度躍變值；（b） 理論P(yáng)KiKP波形。通過(guò)一系列具有糊狀層的內(nèi)核邊界模型生成的合成波形（紅色波形）與尖銳內(nèi)核邊界PREM模型的波形（藍(lán)色波形）的對(duì)比，其中黑色波形表示觀測(cè)到的PKiKP波形

圖3 本研究地核反射震相觀測(cè)數(shù)據(jù)的解釋模型：外核厚度變化或核幔邊界/內(nèi)核邊界的地形起伏。紅線表示在內(nèi)核邊界（ICB）反射的PKiKP射線路徑，而藍(lán)線表示在核幔邊界（CMB）反射的PcP射線路徑；它們由地震（紅色五角星）激發(fā)并被臺(tái)站（紅色三角形）記錄

研究成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊JGR-Solid Earth（章浩東#，崔天宇#，艾印雙*. Using Extensive Core-Reflected Phases to Constrain Sharp Inner Core Boundary beneath East Asia [J].Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2024, 129(10): e2024JB028698. DOI: 10.1029/2024JB028698.）。研究受到中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)B類項(xiàng)目（XDB18000000）和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41125015）的共同資助。

編輯：劉強(qiáng)