顽火辉石(Mg_(0.92),Fe_(0.08))SiO_3的冲击相变和高压状态方程及其地球物理意义

用阻抗匹配法和电探针技术在48-140 GPa冲击压力范围内对化学组分为(Mg0.92,Fe0.08)SiO3、初始密度为3.06 g/cm3的天然顽火辉石进行了冲击压缩实验。根据本工作13发实验数据,结合McQueen等人的数据可以看出,(Mg0.92,Fe0.08)SiO3顽火辉石在冲击压缩过程中,大约经历三个明显区域:低压相区,压力范围为0-40 GPa;混合相区,压力范围为40-67 GPa;高压相区,压力范围为68-140 GPa。在低压相区,D-u关系已由McQueen给出;而在高压相区(68-140 GPa),可由本实验数据得到。由叠加原理计算得到的混合物(Mg0.92,Fe0.08)O(Mw)+SiO2(St)的D-u关系及p-ρ关系曲线明显偏离了实验数据的拟合曲线,从而排除了在高达140 GPa冲击压力下,钙钛矿结构的(Mg0.92,Fe0.08)SiO3发生向氧化物化学分解相变的可能性。对高压相区的实验数据进行拟合,可以得到(Mg0.92,Fe0.08)SiO3钙钛矿的Grüneisen参数γ。通过三阶Birch-Murnaghan有限应变状态方程,由冲击波实验数据得到了零压等熵体积模量K0S=259.6(9)GPa及其对压力的一阶偏导数K′0S=4.20(5),其0ρ=4.19 g/cm3。(Mg0.92,Fe0.08)SiO3钙钛矿冲击压缩下的密度数据与PREM密度剖面吻合很好,支持钙钛矿为主要成分的下地幔模型。

下地幔矿物研究及其进展

文中综述了20世纪90年代以来对下地幔矿物高温高压研究的进展,详细评论了下地幔温压下(Mg,Fe)SiO3钙钛矿的稳定性、(Mg, Fe)SiO3 钙钛矿和(Mg, Fe)O镁方铁矿的高压状态方程和热弹性及高压熔化、核幔边界温压下铁和硅酸盐的化学反应等几个热点问题;探讨了下地幔的矿物学组成,对下地幔的地震波速异常给出了可能的矿物学解释;介绍了国内同领域的研究工作;展望了下地幔矿物研究的发展方向。

大块钙钛矿MgSiO_3和镁方铁矿(Mg,Fe)O的高压合成

钙钛矿相MgSiO3和镁方铁矿(Mg,Fe)O作为地球下地幔含量最丰富的候选矿物,其高温高压实验数据通常用来与地震学探测数据做对比,对限定下地幔的真实矿物学组分具有决定性的作用。但天然的钙钛矿相MgSiO3和镁方铁矿(Mg,Fe)O很难得到,给这两种矿物的高温高压实验研究工作带来不便。介绍了应用活塞圆筒(Piston-Cylinder)压机和大腔体二级压砧(Mutli-Anvil)压机高温高压合成大块钙钛矿相MgSiO3和不同Fe/Mg比的镁方铁矿(Mg,Fe)O样品的实验技术和实验方法,对所得到的样品进行了微区电子探针、拉曼光谱和X射线衍射分析。所得样品可以作为高压实验特别是冲击压缩实验的初始样品。

碳化硅压腔和高压下的中子衍射

使用宝石级碳化硅晶体作为压砧材料,成功研制出了碳化硅压腔(MAC),并应用全景式MAC进行了高压下物质的中子衍射实验研究.结果表明,MAC是一种既能产生高的压力又具有大的高压样品室的装置,特别适合于高压下的中子衍射研究.