本文主要研究内容
作者孙宁宇（2019）在《下地幔矿物的高温高压物理性质研究》一文中研究指出：地震学观测数据是我们了解地球内部结构的重要依据。而高温高压矿物学实验给出的矿物的密度、波速、相变等信息对我们理解下地幔的速度密度变化和异常也有十分重要的作用。在本文中,我们利用激光加热的金刚石对顶砧结合同步辐射X射线衍射技术探究了下地幔与下地幔俯冲洋中脊玄武岩中的几种重要矿物的结构相变以及热力学状态方程。我们首先通过对下地幔中含量第三的CaSiO3钙钛矿的热力学状态方程的测量,结合布里基曼石和铁方镁石的文献调研得到了下地幔地幔岩模型成分的密度与体波波速数据与PREM模型最为吻合。继而,通过对富Fe布里基曼石结构相变与状态方程的研究,我们给出了下地幔D"层速度不连续面的多种形式的可能来源。最后,我们探究了SiO2的相变和状态方程,并对其在俯冲板片附近可能带来的速度异常进行了讨论。我们的结果为下地幔多种主要矿物的热力学状态方程提供了更好的约束,也为下地幔的物质组成和速度异常的研究提供了更好的支持。CaSiO3钙钛矿是下地幔中含量第三的矿物,在俯冲洋中脊玄武岩中含量更达到了22-25%。本文中,我们首先在24至156 GPa,最高达到2600 K的范围内拟合了 CaSiO3钙钛矿的热力学状态方程。同时,我们统一了其他两种主要成分(布里基曼石和铁方镁石)在不同研究中的压标,得到了成分变化两者状态方程的影响。在考虑了铁方镁石自旋转变的前提下,我们建立了下地幔地幔岩模型与球粒陨石模型的密度、体波波速以及dlnρ/dlnVΦ的剖面模型。我们发现,含有75%的布里基曼石、17%的铁方镁石以及8%的CaSiO3钙钛矿的地幔岩模型的速度密度性质与地震学PREM模型最为吻合。并且,在布里基曼石和铁方镁石比例不变的情况下,CaSiO3钙钛矿的含量并不会对下地幔密度和体波波速产生明显的影响。但是由于铁自旋转变的存在,铁方镁石含量微小的变化也会反映在dlnρ/dlnVΦ的变化中。而后我们又在高达203 GPa的压强范围内验证了CaSiO3钙钛矿立方晶型和四方晶型的稳定性。同时,我们重新确定了四方晶型CaSiO3钙钛矿的结构与状态方程——这对我们理解包含CaSiO3钙钛矿的金刚石包裹体的形成条件非常重要。继而,我们探究了下地幔中含量最多的布里基曼石-后钙钛矿系统的相界和状态方程。在55至202 GPa,最高达到3000 K的范围内,我们测量了富Fe的Mg0.735Fe0.21Al0.07Si0.965O3样品的相关性质。我们的结果显示,Fe和Al的加入会在2200 K的温度下存在一个宽达26 GPa(410 km)的共存区间,并且将相变开始的位置提前到98 GPa(2000 K)。并且,与Al的影响相反,Fe含量的增加会降低布里基曼石向后钙钛矿相变过程中的密度和体波波速变化。而根据我们的结果,为了达到地震学研究中观测到的D"层不连续面的深度和形式的变化,下地幔底部必须处于强烈的横向的温度和成分不均一中。由于宽阔的共存区间,在布里基曼石成分为Mg0.9Fe0.1Al0.1Si0.9O3的平均地幔中,相变产生的速度和密度变化都十分平滑,难以被观测到。而在俯冲板片附近的富Fe地幔中,D"层不连续面会表现出明显的速度梯度的变化,这与地震学在东阿拉斯加下方观测到的结果十分吻合。只有在贫Fe、A1的地幔中,才能观测经典的剪切波速的突变。最后,我们测量了在下地幔俯冲板片中含量达到22-25%的SiO2的相关性质。我们在55至147 GPa之间,最高温度达到3500 K的范围内探究了SiO2在下地幔条件下的两个高压相——CaCl2相和α-PbO2结构的SiO2的相界和状态方程。结合之前的研究成果,我们认为在108-130 GPa范围内2000 K以上与CaC12相共同存在的α-PbO2结构的SiO2应当处于亚稳态。而无论利用不定型态SiO2还是CaC12相SiC2作为其实样品,稳定的单相α-PbO2结构的SiO2都会在132-136 GPa,1400K左右的条件下产生。CaCl2相和α-PbO2结构的SiO2的相界经过132 GPa,2000 K,克拉伯龙斜率为6.8 MPa/K。在地质学的时间尺度中,CaCl2相SiO2应当为纯SiO2系统在下地幔底部的主要存在形式;而除非是在极冷的俯冲板片中,否则α-PbO2结构的SiO2基本不会出现在下地幔中。而利用已知的SiO2各相的热力学状态方程,我们发现自斯石英至CaCl2相SiO2的相变不会带来密度变化,但是会给体波波速带来～10%的降低。考虑到SiO2在俯冲洋中脊玄武岩中的含量,我们认为这个相变在整个系统中带来的速度异常约为～2%,而这和地震学在1400-1800 km深度观测到的异常是可以对应上的。利用高温高压的实验结果,本文模拟得到了下地幔和俯冲板片不同成分与组合在不同条件下的速度密度模型。与地震学的结果结合,本文为下地幔中存在的速度密度异常与整体成分给出了可能的解释。
Abstract
de zhen xue guan ce shu ju shi wo men le jie de qiu nei bu jie gou de chong yao yi ju 。er gao wen gao ya kuang wu xue shi yan gei chu de kuang wu de mi du 、bo su 、xiang bian deng xin xi dui wo men li jie xia de man de su du mi du bian hua he yi chang ye you shi fen chong yao de zuo yong 。zai ben wen zhong ,wo men li yong ji guang jia re de jin gang dan dui ding zhen jie ge tong bu fu she Xshe xian yan she ji shu tan jiu le xia de man yu xia de man fu chong xiang zhong ji xuan wu yan zhong de ji chong chong yao kuang wu de jie gou xiang bian yi ji re li xue zhuang tai fang cheng 。wo men shou xian tong guo dui xia de man zhong han liang di san de CaSiO3gai tai kuang de re li xue zhuang tai fang cheng de ce liang ,jie ge bu li ji man dan he tie fang mei dan de wen suo diao yan de dao le xia de man de man yan mo xing cheng fen de mi du yu ti bo bo su shu ju yu PREMmo xing zui wei wen ge 。ji er ,tong guo dui fu Febu li ji man dan jie gou xiang bian yu zhuang tai fang cheng de yan jiu ,wo men gei chu le xia de man D"ceng su du bu lian xu mian de duo chong xing shi de ke neng lai yuan 。zui hou ,wo men tan jiu le SiO2de xiang bian he zhuang tai fang cheng ,bing dui ji zai fu chong ban pian fu jin ke neng dai lai de su du yi chang jin hang le tao lun 。wo men de jie guo wei xia de man duo chong zhu yao kuang wu de re li xue zhuang tai fang cheng di gong le geng hao de yao shu ,ye wei xia de man de wu zhi zu cheng he su du yi chang de yan jiu di gong le geng hao de zhi chi 。CaSiO3gai tai kuang shi xia de man zhong han liang di san de kuang wu ,zai fu chong xiang zhong ji xuan wu yan zhong han liang geng da dao le 22-25%。ben wen zhong ,wo men shou xian zai 24zhi 156 GPa,zui gao da dao 2600 Kde fan wei nei ni ge le CaSiO3gai tai kuang de re li xue zhuang tai fang cheng 。tong shi ,wo men tong yi le ji ta liang chong zhu yao cheng fen (bu li ji man dan he tie fang mei dan )zai bu tong yan jiu zhong de ya biao ,de dao le cheng fen bian hua liang zhe zhuang tai fang cheng de ying xiang 。zai kao lv le tie fang mei dan zi xuan zhuai bian de qian di xia ,wo men jian li le xia de man de man yan mo xing yu qiu li yun dan mo xing de mi du 、ti bo bo su yi ji dlnρ/dlnVΦde pou mian mo xing 。wo men fa xian ,han you 75%de bu li ji man dan 、17%de tie fang mei dan yi ji 8%de CaSiO3gai tai kuang de de man yan mo xing de su du mi du xing zhi yu de zhen xue PREMmo xing zui wei wen ge 。bing ju ,zai bu li ji man dan he tie fang mei dan bi li bu bian de qing kuang xia ,CaSiO3gai tai kuang de han liang bing bu hui dui xia de man mi du he ti bo bo su chan sheng ming xian de ying xiang 。dan shi you yu tie zi xuan zhuai bian de cun zai ,tie fang mei dan han liang wei xiao de bian hua ye hui fan ying zai dlnρ/dlnVΦde bian hua zhong 。er hou wo men you zai gao da 203 GPade ya jiang fan wei nei yan zheng le CaSiO3gai tai kuang li fang jing xing he si fang jing xing de wen ding xing 。tong shi ,wo men chong xin que ding le si fang jing xing CaSiO3gai tai kuang de jie gou yu zhuang tai fang cheng ——zhe dui wo men li jie bao han CaSiO3gai tai kuang de jin gang dan bao guo ti de xing cheng tiao jian fei chang chong yao 。ji er ,wo men tan jiu le xia de man zhong han liang zui duo de bu li ji man dan -hou gai tai kuang ji tong de xiang jie he zhuang tai fang cheng 。zai 55zhi 202 GPa,zui gao da dao 3000 Kde fan wei nei ,wo men ce liang le fu Fede Mg0.735Fe0.21Al0.07Si0.965O3yang pin de xiang guan xing zhi 。wo men de jie guo xian shi ,Fehe Alde jia ru hui zai 2200 Kde wen du xia cun zai yi ge kuan da 26 GPa(410 km)de gong cun ou jian ,bing ju jiang xiang bian kai shi de wei zhi di qian dao 98 GPa(2000 K)。bing ju ,yu Alde ying xiang xiang fan ,Fehan liang de zeng jia hui jiang di bu li ji man dan xiang hou gai tai kuang xiang bian guo cheng zhong de mi du he ti bo bo su bian hua 。er gen ju wo men de jie guo ,wei le da dao de zhen xue yan jiu zhong guan ce dao de D"ceng bu lian xu mian de shen du he xing shi de bian hua ,xia de man de bu bi xu chu yu jiang lie de heng xiang de wen du he cheng fen bu jun yi zhong 。you yu kuan kuo de gong cun ou jian ,zai bu li ji man dan cheng fen wei Mg0.9Fe0.1Al0.1Si0.9O3de ping jun de man zhong ,xiang bian chan sheng de su du he mi du bian hua dou shi fen ping hua ,nan yi bei guan ce dao 。er zai fu chong ban pian fu jin de fu Fede man zhong ,D"ceng bu lian xu mian hui biao xian chu ming xian de su du ti du de bian hua ,zhe yu de zhen xue zai dong a la si jia xia fang guan ce dao de jie guo shi fen wen ge 。zhi you zai pin Fe、A1de de man zhong ,cai neng guan ce jing dian de jian qie bo su de tu bian 。zui hou ,wo men ce liang le zai xia de man fu chong ban pian zhong han liang da dao 22-25%de SiO2de xiang guan xing zhi 。wo men zai 55zhi 147 GPazhi jian ,zui gao wen du da dao 3500 Kde fan wei nei tan jiu le SiO2zai xia de man tiao jian xia de liang ge gao ya xiang ——CaCl2xiang he α-PbO2jie gou de SiO2de xiang jie he zhuang tai fang cheng 。jie ge zhi qian de yan jiu cheng guo ,wo men ren wei zai 108-130 GPafan wei nei 2000 Kyi shang yu CaC12xiang gong tong cun zai de α-PbO2jie gou de SiO2ying dang chu yu ya wen tai 。er mo lun li yong bu ding xing tai SiO2hai shi CaC12xiang SiC2zuo wei ji shi yang pin ,wen ding de chan xiang α-PbO2jie gou de SiO2dou hui zai 132-136 GPa,1400Kzuo you de tiao jian xia chan sheng 。CaCl2xiang he α-PbO2jie gou de SiO2de xiang jie jing guo 132 GPa,2000 K,ke la bai long xie lv wei 6.8 MPa/K。zai de zhi xue de shi jian che du zhong ,CaCl2xiang SiO2ying dang wei chun SiO2ji tong zai xia de man de bu de zhu yao cun zai xing shi ;er chu fei shi zai ji leng de fu chong ban pian zhong ,fou ze α-PbO2jie gou de SiO2ji ben bu hui chu xian zai xia de man zhong 。er li yong yi zhi de SiO2ge xiang de re li xue zhuang tai fang cheng ,wo men fa xian zi si dan ying zhi CaCl2xiang SiO2de xiang bian bu hui dai lai mi du bian hua ,dan shi hui gei ti bo bo su dai lai ～10%de jiang di 。kao lv dao SiO2zai fu chong xiang zhong ji xuan wu yan zhong de han liang ,wo men ren wei zhe ge xiang bian zai zheng ge ji tong zhong dai lai de su du yi chang yao wei ～2%,er zhe he de zhen xue zai 1400-1800 kmshen du guan ce dao de yi chang shi ke yi dui ying shang de 。li yong gao wen gao ya de shi yan jie guo ,ben wen mo ni de dao le xia de man he fu chong ban pian bu tong cheng fen yu zu ge zai bu tong tiao jian xia de su du mi du mo xing 。yu de zhen xue de jie guo jie ge ,ben wen wei xia de man zhong cun zai de su du mi du yi chang yu zheng ti cheng fen gei chu le ke neng de jie shi 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自中国科学技术大学的孙宁宇，发表于刊物中国科学技术大学2019-07-12论文，是一篇关于高温高压论文,热力学状态方程论文,相变论文,下地幔论文,速度密度模型论文,中国科学技术大学2019-07-12论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自中国科学技术大学2019-07-12论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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