尖晶石高温高压下的弹性对Hales不连续面的影响

摘要

地球内部存在很多不连续面，如莫霍面、古登堡面、410公里不连续面、660公里不连续面等。除了这些不连续面之外，还有很多二级不连续面，如Hales不连续面。掌握这些地震不连续面的形成原因对于理解地球内部的进化过程非常关键。Hales不连续面首次在美国中部被观测到，表现为在深度75公里处存在一个～4％的横波波速VS跳变。Hales认为该不连续面是由尖晶石向石榴子石转变引起的，但对于该不连续面存在的原因解释较多。 为了判断Hales不连续面是否由尖晶石向石榴子石转变导致的，获得尖晶石的弹性数据，从而计算出该转变所能引起的横波波速VS跳变。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算获得了尖晶石在高温高压下的弹性常数。研究发现:尖晶石的弹性常数C12和绝热体模量KS随压强P的增加线性增大，而弹性常数C11，C44和剪切模量G随着压强P的增加呈现出轻微的非线性增大。纵波波速VP和横波波速VS与压强P的关系为非线性，这主要是由于剪切模量G与压强P的关系为非线性导致的。没有观测到尖晶石的727cm-1和492cm-1拉曼峰。也没有观测到在常温条件下，压强上升到～5GPa的时候，尖晶石的绝热体模量KS出现明显的软化现象。在上地幔顶部的温压条件下，尖晶石对横波各向异性AS的最大贡献仅仅是2％，它在上地幔中所引起的各项异性可以被忽略。在上地幔矿物中，尖晶石的纵波波速VP、横波波速VS和波速比VP/VS均是最大。由尖晶石向石榴子石转变引起的横波波速VS跳变远小于在Hales不连续面中观测到的～4％的横波波速VS跳变。因此，Hales不连续面很可能不是由尖晶石向石榴子石转变引起的。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1 引言

1．2材料物性高温高压研究方法

1．3研究背景及意义

1．4研究进展

第2章密度泛函理论和晶格振动

2．1．1 绝热近似

2．1．3 Hohenberg-Kohn定理

2．1．4 Khon-Sham方程

2．1．5交换关联能的简化

2．2晶格振动

2．2．1晶格振动方程

2．2．2声学波和光学波

2．2．3赝势

2．2．4格林爱森参数

2．2．5晶格振动态密度

2．3晶格的热力学性质

2．3．1 热力学能量和偏微分关系

2．3．2配分函数与晶格振动的简谐近似

2．3．3准简谐近似

第3章弹性计算方法

3．1 晶体弹性常数

3．2计算弹性的新方法

第4章尖晶石高温高压下热力学与弹性性质计算

4．1 计算细节

4．2尖晶石的振动频率和热动力学性质

4．3尖晶石的热弹性性质

4．4尖晶石的波速和各向异性

4．5结果讨论及地球物理意义

4．6小结

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果