网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

关玉蕊 | 李娟等:基于深度学习的全球核幔边界散射体分布新图景

0
分享至

论文信息:关玉蕊,李娟*,肖卓伟,王巍,徐涛. Global distribution of PKP precursors derived from three decades of seismic data with deep learning[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2026, 131: e2025JB033195. DOI: 10.1029/2025JB033195.

核幔边界(core-mantle boundary,CMB)及其上覆的下地幔底部区域,深刻影响着地幔柱的起源、俯冲板片的归宿,以及地幔与地核之间的物质和能量交换。地震学观测表明,该区域存在显著的多尺度热-化学横向不均一性,例如横向延伸数千公里的大尺度低速省(LLVP)、数十至百公里的超低速带(ULVZ),以及约10 km量级的小尺度散射体。然而,地震层析成像虽能刻画下地幔底部的大尺度速度结构,但其有限的分辨率却难以约束小尺度散射体;后者作为古老的化学异常体,可能蕴藏着地球深部物质混合与再循环过程的关键信息。

研究下地幔底部小尺度结构的主要证据,来自高频P波散射震相。其中PKP 前驱波因其特殊的采样路径和到时特征、对小尺度结构的高度敏感性、不受其他震相干扰以及广泛的采样覆盖,而成为应用最为广泛的震相之一。然而,其应用亦面临诸多挑战:前驱波振幅弱、信噪比低,加之散射源位置存在模糊性,定位往往依赖密集台阵,而全球密集台阵数量有限且分布不均,因此仅在有限区域能够得到有效约束。此外,前驱波的识别长期依赖人工逐条筛查,效率低且判别标准主观性强,导致现有全球目录规模有限、空间覆盖高度不均。上述限制恰恰表明,海量地震数据未能得到充分利用,下地幔复杂结构中的诸多关键线索仍有待进一步系统、客观地发掘。

为此,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研究生关玉蕊与导师李娟研究员、肖卓伟博士后、王巍特聘研究员、徐涛研究员,采用不依赖台站分布的单台波形分类策略,将监督学习的卷积-循环神经网络(CNN-RNN)框架与人机迭代优化相结合,成功获取了覆盖全球的PKP前驱波分布图,构建了迄今规模最大的核幔边界散射观测目录DeepScatter-PKP。该方法建立了“波形质量判别—前驱波检测—震相拾取”三级模型(图 1),自动扫描1990–2024年间4859个远震事件(6.0≤Mw≤8.8,震中距120°–141°)的200余万条垂直分量波形,并逐条进行分析。经两轮人机迭代优化,波形质量分类与前驱波检测的准确率分别达到 98.37%和96.15%。最终自动检出约 17.5 万条高质量PKP前驱波,样本量较前人全球目录提高约一个量级。



图1 基于深度学习的PKP前驱波识别与分析流程。流程包括数据获取、深度学习模型(波形质量分类、前驱波判别、震相拾取)与核幔边界潜在散射结构全球成图三个环节;图中给出三类波形的代表性示例,红色虚线为IASP91模型给出的PKIKP理论到时

然而,检出前驱波并不等于确定了散射体的位置。由于震源侧与台站侧的散射都可产生前驱波,而单台记录无法提供慢度与反方位角等信息,PKIKP在核幔边界的穿刺点只能作为一阶地理参考,并非散射体的真实位置。为了把“在哪里观测到了前驱波”转化为“哪里可能存在散射体”,研究提出了Pocc–Pscat双概率框架,从统计与成像两个互补的角度刻画核幔边界的散射特征。前驱波出现概率Pocc用于度量散射信号被观测到的稳定性(图 2);对小孔径台阵记录到的相干型前驱波作等走时偏移计算散射体位置概率Pscat,约束局部强散射结构的可能位置。Pocc表征观测的一致性而非散射强度,Pscat给出概率位置而非精确位置;二者高值叠合之处可能发育局部强散射体,高Pocc–低Pscat区域则可能对应弥散的弱散射背景。



图2 核幔边界处PKIKP穿刺点的全球分布。(a)观测到PKP前驱波的穿刺点;(b)未观测到前驱波的穿刺点;(c)前驱波出现概率Pocc

目录规模的扩大显著改善了全球采样密度与空间覆盖范围。以亚洲内陆—东亚—西太平洋过渡带为例,平均采样密度较前人提高12倍以上,空间覆盖率由不足10%提升至50.5%;泛美地区、东印度洋至中太平洋等处原本孤立零散的采样斑块也连成连续的异常条带。在此基础上,研究将高Pocc区与PcP、SPdKS、ScS等震相所揭示的深部异常进行系统的交叉检验,二者在空间上总体对应。在已知区域得到印证之后,该框架进一步将有效观测推进至此前的研究空白区,圈定出6个此前欠采样但散射潜力高的“优先靶区”(图3黑色虚线框):北大西洋东部至中欧、北欧亚高纬地区、西北太平洋至阿拉斯加的跨洋条带、南部非洲及其东缘、南大西洋东南海盆,以及环南极带。此外,Pscat的分布还呈现出两大LLVP之间的明显不对称,高值集中于太平洋LLVP及其边缘。这一不对称性,可能受环太平洋密集台阵、丰富深源地震等采样优势的影响;也可能反映真实的结构差异,持续俯冲使太平洋LLVP内部保留了更强的不均一性,而非洲LLVP的古老物质相对均一。




图3 基于相干型PKP前驱波的核幔边界散射体位置概率与采样密度。(a)散射体位置概率Pscat,粉色等值线为LLVP边界(SP12RTS-S模型),浅红与浅黄色块分别表示已确认和存疑的ULVZ,浅红色与金色空心十字分别为2018–2025年间报道的已确认和潜在ULVZ的近似位置;(b)相干型前驱波的采样命中数;(c)Pscat与SP12RTS-S模型给出的核幔边界处剪切波速扰动的叠加,黑色虚线框为新识别的高潜力散射区

总的来说,该研究实现了PKP前驱波的全球尺度自动检测,建立了样本量提高约一个量级的DeepScatter-PKP数据集,并借助Pocc–Pscat双概率框架,从统计与成像两个层面独立验证了多处与超低速带相关的散射区,识别出6个新的高潜力“散射靶区”。研究推测,核幔边界附近的小尺度结构可能与多期俯冲板片残余、部分熔融以及矿物相变等过程有关,为后续多震相联合反演与核幔边界精细成像提供了数据基础与优先目标。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
港媒评苹果首款折叠iPhone Duo:席卷全球的工程灾难 盘点列出七宗罪

港媒评苹果首款折叠iPhone Duo:席卷全球的工程灾难 盘点列出七宗罪

快科技
2026-10-27 12:28:11
梁咏琪:西班牙丈夫为她卖房搬到香港,15年把跨国婚姻过成了日子

梁咏琪:西班牙丈夫为她卖房搬到香港,15年把跨国婚姻过成了日子

飘飘然的娱乐汇
2026-10-26 21:10:12
赵薇公开露面,意味深长

赵薇公开露面,意味深长

人间颂
2026-10-27 13:15:12
苏州盛典,娜扎“空杯”尴尬,王玉雯肿了,迪丽热巴被15万人围观

苏州盛典,娜扎“空杯”尴尬,王玉雯肿了,迪丽热巴被15万人围观

洲洲影视娱评
2026-10-24 13:27:42
心理学:男人有以下特征,往往说明心眼很坏,尽量远离

心理学:男人有以下特征,往往说明心眼很坏,尽量远离

心理观察局
2026-07-28 06:27:16
姜黄色瑜伽套装街拍|熟女人妻活力穿搭赏析

姜黄色瑜伽套装街拍|熟女人妻活力穿搭赏析

只要高兴就好
2026-10-20 08:00:50
24小时内四箭齐发!军报:随时备战灭台独,台岛精细卫星图公布

24小时内四箭齐发!军报:随时备战灭台独,台岛精细卫星图公布

铁锤简科
2026-10-27 09:11:18
连续三年换新王!33岁凯恩终封王,金球不再偏爱少年天才

连续三年换新王!33岁凯恩终封王,金球不再偏爱少年天才

月光作笺a
2026-10-27 13:00:54
今冬最冷时间表出炉了,什么时候最冷?2027年春节要冷到哭吗?建议了解

今冬最冷时间表出炉了,什么时候最冷?2027年春节要冷到哭吗?建议了解

小谈食刻美食
2026-10-27 12:09:38
美国不许韩国升级芯片厂,韩国:想让我们被中国企业干掉就直说

美国不许韩国升级芯片厂,韩国:想让我们被中国企业干掉就直说

互联鱼
2026-10-27 09:45:58
泰国部长爆出惊人言论:被骗的全是中国人,是受害者自己太贪心

泰国部长爆出惊人言论:被骗的全是中国人,是受害者自己太贪心

白日追梦人
2026-10-26 15:31:38
提莫:我太想念家人所以离开中国;成都是我心目中第一位

提莫:我太想念家人所以离开中国;成都是我心目中第一位

懂球帝
2026-10-26 20:56:08
电诈魔头刘忍等待法律宣判!4个兄弟姐妹隐身,父母仍住安徽农村

电诈魔头刘忍等待法律宣判!4个兄弟姐妹隐身,父母仍住安徽农村

起喜电影
2026-10-27 11:56:45
台北忽然公开毛泽东辞职信

台北忽然公开毛泽东辞职信

砚田文化
2026-09-20 09:13:35
刘国正雷洋直言不讳!为何蒯曼打孙颖莎很强势,碰王曼昱却被横扫

刘国正雷洋直言不讳!为何蒯曼打孙颖莎很强势,碰王曼昱却被横扫

林子说事
2026-10-27 06:40:31
苹果iOS 27.2正式版国行“最重要专属功能”,可禁止App摇一摇跳转

苹果iOS 27.2正式版国行“最重要专属功能”,可禁止App摇一摇跳转

IT之家
2026-10-27 09:50:50
一个料酒,是厨房最大的谎言!所有的肉,都有一个天生克星!

一个料酒,是厨房最大的谎言!所有的肉,都有一个天生克星!

华庭讲美食
2026-10-24 12:08:22
蒙牛:终止与姆巴佩的全部合作,对于任何伤害中国人民感情的言行,蒙牛坚决抵制、零容忍

蒙牛:终止与姆巴佩的全部合作,对于任何伤害中国人民感情的言行,蒙牛坚决抵制、零容忍

都市快报橙柿互动
2026-10-27 11:59:58
菅韧姿和高圆圆爬山,两位姐姐爬山搭子气色红润,美貌自带氛围感

菅韧姿和高圆圆爬山,两位姐姐爬山搭子气色红润,美貌自带氛围感

草莓解说体育
2026-10-27 08:52:57
又轰下52+10+8!抱歉威少:你从历史第二变成了历史第三

又轰下52+10+8!抱歉威少:你从历史第二变成了历史第三

篮球大视野
2026-10-26 16:06:18
2026-10-27 13:52:49
中科院地质地球所 incentive-icons
中科院地质地球所
地球科学科普平台
1072文章数 151198关注度
往期回顾 全部

科技要闻

Anthropic最硬气招股书,先把丑话说在前头

头条要闻

上海女子继承2亿遗产 结婚才1年的丈夫起诉离婚分财产

头条要闻

上海女子继承2亿遗产 结婚才1年的丈夫起诉离婚分财产

体育要闻

世界上最无趣的前锋,拿下了金球奖

娱乐要闻

8登春晚毛宁,57岁唱涛声依旧无人问津

财经要闻

金价跌回8字头

汽车要闻

云辇-M上车 第二代海豹07让驾驶者也能爱上的家用车

态度原创

艺术
游戏
时尚
本地
军事航空

艺术要闻

梵高这幅《巴黎小说》,4.46亿元!

《PUBG》将与“IVE”展开联动

王菲到底影响了多少人?

本地新闻

十月奔赴迪庆,解锁梅里日照金山

军事要闻

伊总统佩泽希齐扬抵达莫斯科 俄仪仗队列队迎接

无障碍浏览 进入关怀版