doi: 10.30067/TECNL.202609_(53).0001

利用核繞射波探索地核地函邊界構造

郁文哲¹、戴夏飛¹、洪淑蕙²、黃信樺^{1, 2}、柯彥廷³

• ¹中央研究院地球科學研究所
• ²國立臺灣大學地質科學系
• ³國立臺灣大學海洋研究所

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下部地函最深層（Lowermost Mantle, LMM，指地核地函邊界上方約300公里厚區域）是地球內部熱與物質組成對流的邊界。地震學家透過全球地震層析成像發現，非洲與太平洋下方存在數千公里的「大型低剪切波速度省」（LLSVPs）。然而，這些深部巨型低速構造究竟是單純由高溫引起的熱對流，還是富含特殊化學成分的物質？一直是地球動力學中的核心爭議。

研究團隊建立了一套自動化波形量測流程。本研究直接將SCARDEC震源時間函數資料庫融入AxiSEM與Instaseis計算的1D格林函數中，能在進行波形交叉相關前，去除複雜地震震源破裂的影響。我們處理了全球超過202萬筆Pdiff+P波與196萬筆SHdiff+SH波的多頻段波形資料，構建出目前最具規模的核繞射波走時殘差資料庫。核繞射波（Pdiff與SHdiff）因沿著地核地函邊界（CMB）長距離貼伏傳播，對下部地函最深層的波速異常具敏感性。

分析結果顯示，下部地函最深層的SH波走時異常（δt_{SH_g}）強度普遍比P波（δt_{P_g}）強上2至3倍。值得注意的是，非洲LLSVP的剪切波減速幅度顯著強於太平洋LLSVP達2至3倍，揭示這兩大深部構造可能擁有不同的演化歷史或物質構成。

為釐清其物理機制，透過同路徑子集資料排除採樣偏差，進一步分析R_SH/P（即δt_{SH_g}/δt_{P_g}）比值。結果發現其分布呈現顯著散佈（主要介於-2至+5之間），超出純熱效應所預測的1.7至2.6狹窄範圍。此外，δt_{SH_g}的統計分布呈現明顯的低速偏態（Skewed distribution），而δt_{P_g}則接近常態高斯分布。

這些觀測證據強烈證實：下部地函最深層的LLSVPs並非單純的熱效應所致，而是熱與化學成分（如富含鐵元素或矽酸鹽礦物布里曼石）共同作用的「熱化學構造」（Thermochemical structures）。本研究不僅為下部地函最深層提供了高解析度數據約束，也為未來進行三維（3D）全波形層析成像奠定基礎。

參考文獻

• Yu, W., Deschamps, F., Hung, S.-H., Huang, H.-H., & Ko, J. Y.-T. (2026). Mapping Lowermost Mantle Seismic Structures With Core‐Diffracted Waves. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 131(6). https://doi.org/10.1029/2025jb031561