加载、加热路径上橄榄石的相变及其对相变动力学参数计算的影响

本文研究了橄榄石原位相变实验中加载、加热路径上的相变及其对确定相变动力学参数的影响.利用文献[1]所给出的退火后先加温后加压,且相对低温条件下实验结果确定出的Ni_2SiO_4橄榄石相变动力学参数,计算了加载、加热路径上所发生的相变对确定成核率、长大率及相变体积分数的影响.结果表明,退火后先加压后加温,且相对高温条件下的实验数据受到加热路径上成核的影响.根据这样的实验数据得到的成核率会明显高于实际温压条件下的成核率.尤其是当多数实验都是高温实验时,根据这些成核率数据所确定的成核率参数会严重偏离其真值,从而严重影响对俯冲带颗粒粒度及俯冲带流变结构的计算.尽管目前有很多关于Mg_2SiO_4橄榄石长大率的实验数据,也有通过对挤碰物理图像的分析对(M g_(0.89)Fe_(0.11))_2SiO_4橄榄石成核率的估算,但只有文献[2]通过退火后先加压后加温的原位实验得到了Mg_2SiO_4橄榄石的相变成核率,且属于高温实验.根据本文的研究结果,我们认为亟需补充退火后先加温后加压或相对低温的实验数据以得到正确的地幔橄榄石成核率参数.

橄榄石成核动力学方程的修正及其对动力学数据的约束

本文从成核动力学理论出发,考虑新相晶核的表面能对其形状的影响,修正了晶面成核情形的成核动力学方程.新的成核率方程还原了传统成核率方程中通常简化为常数的指前系数.结合修正的相变体积分数计算公式,新的成核率方程可以确定出成核过程中的两个物理参量:新相晶粒与反应相晶粒的接触角度及新相物质与反应相物质之间的表面能.分析结果表明,Ni_2SiO_4的接触角度和表面能分别为0.57°,32.33 J·m^(-2),而Mg_2SiO_4和(Mg,Fe)_2SiO_4的数据质量不足以确定表面能与形状因子.结合对加温加载路径在高温高压试验中影响的研究,我们认为亟需补充高质量的成核率数据来确定橄榄石的成核率参数.