杨振 王桂琴 徐玉明 曾玉玲

1. 同位素地球化学国家重点实验室，中国科学院广州地球化学研究所，广州 510640 2. 中国科学院大学，北京 100049 3. 中国科学院比较行星学卓越创新中心，合肥 230026

地球核幔相互作用持续影响着地核和地幔的物理化学性质，进而广泛地影响了地球磁场运转、地幔岩浆对流和地表造山运动等过程，是深部地球研究的重要科学问题之一。地震波研究表明(Ahrens, 1982)，地幔由镁铁质硅酸盐和氧化物组成，地核由Fe-Ni合金(90%)与O、Mg、Si、S等轻元素(10%)组成，以核幔边界(Core-Mantle Boundary, CMB)作为二者分离的界面。然而，对橄榄陨铁的研究表明，行星核幔边界是一个金属、硅酸盐和其他成分发生相互作用的区域(McKibbinetal., 2019)。对地球而言，45亿年来，地核和地幔通过核幔边界以缓慢的速度持续发生着核幔相互作用(Core-Mantle Interaction, CMI)，互相传递热量、电流、动量和质量，并赋予了核幔边界以独特的物理化学性质(Buffett, 2015)。地球物理研究表明，核幔边界的上下方分别存在一个地震波速异常的区域(图1)：(1)核幔边界至下方约200km范围内存在一个密度异常低的区域，称为E′层(E′ layer)。其低密度特征被归因于较高的轻元素含量，反映了下地幔硅酸岩物质的混入(Buffett and Seagle, 2010)；(2)核幔边界至上方约200km范围内存在一个地震波速异常低且极不均匀的区域，称为D″层(D″ layer)。此区域内部温度、密度、成分等物理化学性质复杂多变，反映了地核金属物质的混入(Buffettetal., 2000; Jeanloz, 1993; Wicksetal., 2017)。

图1 核幔相互作用示意图(据Brandon and Walker, 2005; Yuan and Romanowicz, 2017修改)

地震学层析成像技术在D″层内识别出两个剪切波速异常低的区域，分别位于非洲和太平……