下地幔温压下（Mg，Fe）SiO钙钛矿的相稳定性及其与铁的化学反应

摘要

本学位论文以冲击压缩技术为手段，采用对冲击压缩后的回收样品进行微观分析的方法，结合高压物理理论分析，研究了下地幔中的主要侯选矿物组分钙钛矿结构的(Mg，Fe)SiO3在高温高压下的相稳定性及其与铁的化学反应。这一问题的研究将对限定下地幔的矿物学模型和核-幔边界处的物质成份，以及对下地幔和核－幔边界处的地震波速结构的解释提供基础物理依据。　　本文的主要研究内容和取得的创新认识如下：(1)在69～100GPa冲击压力(估算温度为2600～4300K)范围内进行了初始样品为MgO+SiO2的冲击压缩回收实验，这是本文的创新实验设计之一。同时还进行了初始样品为(Mg0.92，Fe0.08)SiO3顽火辉石的冲击压缩回收实验。(2)在78～115GPa冲击压力(估算温度为3000～5000K)范围内进行了两发原始样品为(Mg0.92，Fe0.08)SiO3顽火辉石+铁(Fe)的冲击压缩回收实验，这是国际上首次采用冲击波回收技术来研究铁与硅酸盐的反应，是本文的又一创新实验设计。本文采用最小绝对值的方法对几类物质的D-u线进行直线拟合，并将其与常用的最小二乘法拟合的结果进行了比较。其结果显示：对所有物质，最小绝对值法拟合的平均绝对误差比最小二乘法拟合的要小；对于实验数据分散性较小的密实材料(金属、离子晶体、氧化物等)，两种方法拟合的线性系数一致；而对于实验数据分散性较大的一些疏松材料(包括液体等)，两种方法拟合的线性系数有差异。(4)利用高温高压下相变热力学计算方法以及现在常用的柯石英-斯石英的相变熵和相变焓对柯石英-斯石英的相边界进行了计算，通过与实验结果的对比，给出了柯石英-斯石英最合理的相变熵(△S2980)和相变焓(△H2980)分别为33.81KJ/mol和14.1J/mol；在此基础上计算得到了与实验值最符合的柯石英-斯石英相边界的斜率dP/dT=0.0028，柯石英-斯石英的相边界为：P=5.5355+0.0028T。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

本章摘要

1.1高压研究—窥视地球深部的窗口

1.2地球内部的层圈结构

1.3下地幔温压下(Mg，Fe)SiO3钙钛矿的稳定性

1.3.1(Mg，Fe)SiO3钙钛矿的晶体结构

1.3.2(Mg，Fe)SiO3钙钛矿的稳定性

1.4核-幔边界(CMB)条件下硅酸盐和铁的反应

1.5本文研究内容

参考文献

第二章(Mg0.92，Fe0.08)SiO3钙钛矿稳定性的冲击回收实验

本章摘要

2.1冲击回收实验技术

2.1.1冲击压缩的测量原理

2.1.2由阻抗匹配法确定样品的冲击压缩状态

2.1.3叠加原理

2.1.4冲击回收实验技术

2.1.5 X-ray衍射分析

2.2实验预估

2.3冲击回收实验及分析

2.3.1冲击回收实验

2.3.2对回收样品的XRD分析

2.4高温高压下(Mg，Fe)SiO3钙钛矿的稳定性

参考文献

第三章高温高压下铁与硅酸盐可能的化学反应

本章摘要

3.1冲击回收实验

3.1.1实验预估

3.1.2回收实验结果

3.1.3对回收产物的XRD分析结果

3.2高温高压下铁与硅酸盐可能的化学反应

3.2.1对化学反应的分析和讨论

3.2.2结论

参考文献

第四章D-u关系的最小绝对值法的线性拟合

本章摘要

4.1最小二乘法

4.2最小绝对值拟合法

4.3计算结果及讨论

4.3.1密实材料

4.3.2疏松材料

4.4结论

参考文献

第五章高温高压下柯石英-斯石英相边界的热力学计算

本章摘要

5.1本章引言

5.2计算方法

5.3计算结果及其分析

5.4相边界的热力学计算小结

参考文献

第六章全文结论

致谢

附录