MgSiO-,3-鈣鈦礦高溫高壓狀態(tài)方程、Fe-S-C熔化研究及相關(guān)地學(xué)意義.pdf

1、西南交通大學(xué)博士學(xué)位論文MgSiO鈣鈦礦高溫高壓狀態(tài)方程、FeSC熔化研究及相關(guān)地學(xué)意義姓名：鄧力維申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：固體力學(xué)指導(dǎo)教師：龔自正費(fèi)英偉20080903第1|頁(yè)西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文歐拉有限應(yīng)變方程擬合得到的絕熱體秘模量硒s及其對(duì)壓力的一階偏導(dǎo)數(shù)Kos分別是254(士10)GPa和39(士O17)。通過與以頑火輝石為初始樣品的沖擊數(shù)據(jù)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)：MgSi03鈣鈦礦在下地幔溫壓條件下無化學(xué)分解反應(yīng)發(fā)生，并且90

2、GPa沖擊壓力以上時(shí)MgSi03頑火輝石才徹底轉(zhuǎn)變?yōu)殁}鈦礦相。本文的數(shù)據(jù)完全排除了低壓相頑火輝石的影響，首次提供了通過直接沖擊壓縮鈣鈦礦所得到的狀態(tài)方程參數(shù)，為今后構(gòu)建地幔礦物學(xué)組成模型提供了更準(zhǔn)確的熱力學(xué)約束。也為進(jìn)一步利用沖擊手段研究地幔高壓物性做了有益的探索。(3)在3520GPa，110017000C范圍內(nèi)開展了FeC—S三元體系的高溫高壓熔化實(shí)驗(yàn)研究，通過對(duì)淬火樣品紋理的仔細(xì)觀察，并結(jié)合掃描電鏡、電子探針等測(cè)試分析手段，考察了

3、壓力、溫度、組份對(duì)該體系高壓相關(guān)系的影響。低壓下，該體系將出現(xiàn)富S熔體與富C熔體的不互溶現(xiàn)象。隨著壓力的升高，不互溶液體漸漸融合，并最終在49GPa成為一個(gè)化學(xué)均勻的熔體。壓力的改變還促使了一系列復(fù)雜中間相的生成，共熔溫度隨之變化。在等壓線上隨著溫度的降低，F(xiàn)eC合金首先結(jié)晶，繼而是熔點(diǎn)較低的FeS合金結(jié)晶出溶。使用兩種不同的初始樣品導(dǎo)致固相線下形成的礦物相迥異。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于了解在行星演化過程中，(富含C，S)行星核的分化歷史及對(duì)

4、核元素組成的限定具有非常重要的意義：當(dāng)行星核分化過程中核壓小于5GPa時(shí)，由于熔體的不互融，將出現(xiàn)分層的核，即富S的液體外核及富C的液體內(nèi)核。隨著核的冷卻，F(xiàn)e—C合金將慢慢析出形成固體內(nèi)核。而對(duì)于核壓大于5GPa的行星體，在其核內(nèi)將無分層現(xiàn)象。特別地，基于本文的研究推論，我們提出了含C的固體內(nèi)地核及富含S(貧C)的液態(tài)外地核模型。(4)采用密度泛函理論和平面波贗勢(shì)方法針對(duì)MgSi03鈣鈦礦開展了第一性原理計(jì)算研究。模擬得到了O120G