下地幔CaSiO_(3)钙钛矿的稳定性及其对LLSVPs的启示

摘要

LLSVPs的成因是当前固体地球科学研究的前沿热点,对这一成因的认识仍然存在很大的争议。认识LLSVPs的成因,对了解全球地幔对流性质、下地幔热结构以及化学物质的运输和演化等具有重要的科学意义。CaSiO_(3)钙钛矿(Ca-Pv)作为下地幔最丰富的矿物之一,也是近年来学术界关注的热点。Ca-Pv在下地幔条件下的晶体结构仍然是目前研究的主要问题之一,Ca-Pv能否与其结构和化学式都相近的含铁布里奇曼石形成固溶体?本文通过第一性原理地球化学计算,研究了Ca-Pv及固溶体的基态稳定性,弹性性质和地震波波速特性。研究结果表明,在20~120 GPa压力下,Ca-Pv最稳定的基态结构为四方结构。基态下Ca-Pv的弹性波速值低于Mg-Pv约5%。与非互溶体系相比,x(Fe)为0%~10%的固溶体体系,引起了-2%~0%的剪切波波速负异常;-1.2%~0%的纵波波速负异常;-0.45~0.15%的体波速异常。因此,推测固溶体Mg_(1-x-y)Ca_(x)Fe_(y)SiO_(3)可能作为下地幔LLSVPs的候选矿物组分之一。