4.0 GPa压力下纯橄岩弹性纵波速度和衰减的实验研究

 应用超声波透射法和超声波频谱振幅比法、在4.0 GPa压力条件下、测量了弹性纵波通过纯橄岩的波速（v_P）和品质因子值（Q_P，用于表征衰减）随压力的变化，并分析了纯橄岩内部结构的变化对波速和衰减的影响。在实验压力范围内（≤4.0 GPa），随压力升高，纯橄岩的纵波速度逐渐增大：从7.6 km/s（0.4 GPa）逐渐增大至8.5 km/s（4.0 GPa），升高了11.8%，低压时的增大幅度大于高压时的增大幅度。纯橄岩的品质因子值呈两段式线性变化：从低压区间到高压区间品质因子值的增大幅度明显变小（0.4~2.4 GPa压力范围内Q_P增大了358.5%，2.4~4.0 GPa压力范围内Q_P仅升高了7.6%）。纯橄岩的品质因子从54（0.4 GPa）升高至266.4（4.0 GPa），增大幅度达393.3%。在相对低压（0.4~2.4 GPa）条件下，纵波通过纯橄岩的速度增大、衰减降低主要是由于样品内的孔隙和微裂纹大量闭合，岩石密度增大，纵波在通过样品内孔隙和裂缝时损失的机械能降低，因此纵波通过纯橄岩的能量增大（即衰减降低），波速升高；当围压较高（2.4~4.0 GPa）时，纯橄岩内大部分裂纹已经闭合，而且矿物颗粒边界接触紧密。岩石内部的裂纹和颗粒之间由于摩擦滑动而损失的能量也变少，所以在高压时纯橄岩的波速和衰减的变化幅度变缓，但波速仍呈线性增大，而品质因子值（衰减）随压力升高几乎趋于不变。     

0.5～4.0 GPa、100～300 ℃条件下辉长岩弹性波速及衰减特征

 报道了100～300 ℃、0.5～4.0 GPa条件下辉长岩纵波速度（v_P）和横波速度（v_S）,并且根据品质因子（Q_P、Q_S）的变化讨论了该条件下辉长岩的物性特征及其地震地质意义。实验结果表明：压力为0.5～4.0 GPa时,固定温度下辉长岩v_P、v_S、Q_P、Q_S随压力增大而递增,并且在0.5～2.3 GPa压力范围内它们随压力的变化率比在2.3～4.0 GPa范围内的大;固定压力下,温度从100 ℃增至300 ℃时,辉长岩v_P、v_S、Q_P、Q_S呈线性下降趋势。进一步分析得到：在0.5～2.3 GPa压力下,随着压力的增加辉长岩样品不断被压缩,样品的连续性变好,弹性加强,弹性波衰减变小,波速与Q值升高;在2.3～4.0 GPa压力下,样品被压密,样品接近连续弹性介质,弹性波衰减很小,波速与Q值的变化速率变小;在温度为100～300 ℃条件下,辉长岩样品内部以膨胀为主,样品密度变小,弹性波速与Q值呈线性下降趋势。研究结果表明,在岩石圈内构造应力局部集中会导致岩石Q值增大,岩石破裂、热物质局部聚集会导致岩石Q值降低,这也解释了地震前后观测到的震源区Q值的类似变化。     

2.0 GPa、室温至1 200 ℃条件下斜长角闪岩的纵波速度及其衰减

 利用YJ-3000 t 压力机，在2.0 GPa、室温至1 200 ℃条件下，测量了新疆库地地区斜长角闪岩的纵波速度（v_p）和力学品质因子（Q值）。实验结果表明：斜长角闪岩的v_p和Q值随温度的升高而降低，在升温的初始阶段，v_p和Q值随温度下降的幅度较小，随着温度的升高其下降的幅度逐渐增大；由于斜长角闪岩的各向异性，导致了在3个方向上v_p随温度而下降的幅度显著增大时的温度不同，其中x和y方向为812 ℃，z方向为673 ℃。而在各方向上的Q值随温度下降的幅度显著增大时的温度相差不大，约为812 ℃。观察回收的实验产物表明：当温度大于647 ℃时，产物中开始出现熔体，v_p在x和y方向上的下降幅度没有明显的变化，而在z方向上的下降幅度增大；此时熔体对Q值的影响不大。当温度大于812 ℃时，产物中的熔体含量明显增多，v_p和Q值下降的幅度都显著增大。据此认为，部分熔融是弹性波速度减小和衰减增大的主要原因。     

水绿矾的状态方程和高压熔化

 用阻抗匹配法和压电探针技术测量了初始密度为1.714 g/cm³（孔隙率α=ρ₀/ρ₀₀=1.898/1.714=1.107）的水绿矾（FeSO₄·7H₂O）的冲击压缩线,发现其在0～100 GPa范围内存在两个明显相区：含有部分熔融的低压相和完全熔化的高压相。在两个相区内,冲击波速度D和波后粒子速度u可分别描述为：D=0.59+2.06u（u<3.12 km/s）和D=3.18+1.223u（u≥3.12 km/s）。从冲击压缩数据出发,用欧拉有限应变理论得到了其等熵状态方程。其熔化方程可用p_m(GPa) =0.159(T_m(K)/1000)^6.3371+0.69来近似描述。     

块状密实铁/蓝宝石界面的冲击温度测量

 利用二级轻气炮技术并结合对称碰撞方法对铁样品进行了冲击加载,通过测量铁/蓝宝石的界面光谱辐射亮度获得该界面的冲击温度。实验中,采用了新的样品/窗口界面制备途径和更加可靠的高温计标定方法,有效地消除了直接接触界面的“尖峰”辐射现象,观测到了Fe/Al₂O₃接触界面的稳定辐射。实验结果表明,在164 GPa冲击压力下Fe/Al₂O₃的界面温度为（3 950±180） K。     

钨合金的超声测量及力学参量估算

 利用两面顶压机和六面顶压机作为压力装置，分别对93钨合金材料进行了高压超声测量。测得了93钨合金材料在常态下的横、纵波声速及在0~3 GPa压力范围内的纵波声速随压力的变化关系。测量结果为：在常温常压下，93钨合金的纵波声速为c_L＝5.135 km/s，横波声速为c_t＝2.987 km/s。纵波声速随压力变化的关系式为：c_L＝5.053+0.602p（GPa）。估算的93钨合金相关力学参量为：G＝157.4 GPa，E＝393.0 GPa，K＝260.2 GPa，λ＝155.3 GPa，μ＝157.4 GPa，ν＝0.248。经过对两种超声测量方法测量结果的比较及冲击波测量数据的验证，这些参数是可靠的。     

极化电子与极化核子的深度非弹散射过程

本文在光锥代数的基础上,用层子模型中核子的波函数和计算方法,由vW₂^P的实验曲线定出参数,并计算了 vG₁、v²G₂的值,得到了具有一定自旋取向的价层子的分布函数 h（?）（x）.其中波函数中的时空函数取类谐振子的形式.文中对具有 SU（6）对称和不具有 SU（6）对称的两种旋量结构进行了讨论.计算得到的 A₁^P×vW₂^P 的理论值与实验相符合,对 SU（6）对称情况得到6 integral from 0 to 1{vG₁^P-vG₁ⁿ}dx=-1.16,实验支持 SU（6）对称的波函数.     

高压下纳米尺寸Sr2FeMoO6粉末的结构稳定性和电学特性的研究

 采用高分子网络凝胶法，通过控制其化学反应过程，合成了高纯的多晶纳米级粉末Sr₂FeMoO₆样品A（50 nm）和样品B（100 nm）。对其在高压下的结构稳定性和电学性质进行了研究，并将样品A和样品B的实验结果与已报道的粒度达微米级的块状Sr₂FeMoO₆样品C的实验结果进行了对比。在实验测量范围内，样品A（50 nm）呈现出最大的体弹模量B₀，并在电阻-压力曲线中，电阻下降区域表现出相对较缓的变化率，晶界效应可以用来很好地解释此结果。电学性质测量实验表明，样品在高压下发生了电子结构相变。     

高岭石的高温高压相图及其地学意义

 用阻抗匹配法和PZT压电探针技术,在100 GPa的冲击压力范围内测量了初始密度分别为1.375 g/cm³和2.001 g/cm³两种孔隙度叙永石样品的Hugoniot状态方程。根据其p_H-ρ_H线所给出的高温高压相变点,用Grüneisen状态方程计算其相变点压力所对应的温度,并结合常压下受热相变的温度值,建立了“高岭石/Al₂O₃+SiO₂+H₂O”的温度-压力相平衡图。通过该相图与线性地热线的交点推断：高岭石至少可在上地幔50 km深处作为一种含水（OH^-）矿物而稳定存在;或在俯冲板块中至少于133 km深处作为一种含水（OH^-）泥质沉积物的过渡相而存在。     

相对论性电磁束缚系统（π±μ干）、（K±μ干）的库仑裂解与衰变

本文应用复合粒子量子场论的微扰展开式和相对论性的（π^&;#177;μ^?）、（K^&;#177;μ^?）的B.S.波函数,计算了在原子核屏蔽库仑场中高能（π^&;#177;μ^?）、（K^&;#177;μ^?）原子的裂解能谱和截面。在极端相对论近似下,对大多数原子核,它们的裂解截面分别约为10^-18cm²和10^-17cm²。利用同样的波函数,还计算了（π^&;#177;μ^?）→π⁰+v_μ（v_μ）,（K^&;#177;μ^?）→K⁰+v_μ（v_μ）,以及（π^&;#177;μ^?）→μ⁺+μ^-+v_μ（v_μ）,（K^&;#177;μ^?）→μ⁺+μ^-+v_μ（v_μ）的衰变几率。     

A system for measuring elastic wave velocity under high pressure and high temperature using a combination of ultrasonic measurement and the multi‐anvil apparatus at SPring‐8

An experimental system to measure the elastic wave velocities of hot‐pressed polycrystalline samples at high pressure and high temperature has been installed at SPring‐8. It uses a combination of the ultrasonic pulse‐echo‐overlap method and Kawai‐type multi‐anvil apparatus (SPEED‐1500). X‐ray radiographic imaging enables the sample length to be determined at high pressure and high temperature, which is indispensable for precise determination of elastic wave velocity. Precise measurements of the elastic wave velocities of various minerals have been determined at pressures up to 19 GPa and temperatures up to 1673 K. The experimental technique provides the precise elastic wave velocities of various materials corresponding to those in the Earth's mantle.     

Pressure effects on structural,elastic and electronic properties of BaZnO2: first-principles study

The structural, elastic and electronic properties of BaZnO₂ under pressure are investigated by the plane wave pseudopotential density functional theory (DFT). The calculated lattice parameters and unit cell volume of BaZnO₂ at the ground state are in good agreement with the available experimental data and other theoretical data. The pressure dependences of elastic constants C_ij, bulk modulus B, shear modulus G, B/G, Poisson’ s ratio σ, Debye temperature Θ and aggregate acoustic velocities V_P and V_S are systematically investigated. It is shown that BaZnO₂ maintains ductile properties under the applied pressures. Analysis for the calculated elastic constants has been made to reveal the mechanical stability and mechanical anisotropy of BaZnO₂. At the ground state, the calculated compressional and shear wave velocities are 8.26 km/s and 1.81 km/s, respectively, and the Debye temperature Θ is 240.8 K. The pressure dependences of the density of states and the bonding property of BaZnO₂ are also investigated.     

铝在校正高压下物质弹性波速测量上的应用

 自从在紧装式六面顶高压装置上建立了高温超高压下弹性波速的测量方法之后，已经获得了大量的有关岩石矿物的波速数据，利用这些波速数据解决了许多地质问题。然而，其高压弹性波速数据的精度没有解决，一直无法校正上、下顶砧的真正走时。根据弹性理论和标准物质铝的有关弹性参数，计算出铝的波速与压力的关系，然后，根据铝的波速与压力的关系推导出上、下顶砧的实际走时，校正后测量的较低压力下铁的波速与前人的资料吻合很好，并且铁的波速与压力也具有较好的非线性关系。因而，今后可以根据标准物质铝和铁来校正上、下顶砧的走时，从而获得物质在高压下更加精确的波速数据。     

光散射谱学在地球内部物质弹性波速测量中的应用与展望

高温高压下地球内部物质弹性波速的实验测量数据,可直接与地震波观测结果相结合,对地球内部的组成、状态和物质运移方式等进行反演,是了解地球深部信息的重要手段。在金刚石压砧(diamond anvil cell, DAC) 中利用布里渊散射对矿物波速进行原位测量,是人们研究地球各圈层弹性性质的重要方法。随着DAC实验技术发展,一方面,可以获得模拟地球各圈层的极高温压条件;另一方面,DAC的光学特性使得各种光学分析和测试方法得到了广泛的应用。要获得高温高压下的弹性波速,首先需要对样品腔中的实验压力和加热温度进行精确的标定和测量;其次需对散射信号进行处理,通过布里渊散射频移,求出样品中的波速;最后结合X射线技术获得的晶格常数,可由固体弹性理论解出矿物的各弹性参数。重点介绍了布里渊散射和拉曼散射等光谱学方法在弹性波速实验研究中的应用,阐述了它们在波速测量、压力和温度标定等方面的基本原理和研究进展。分析了两种光谱学定压方法(荧光光谱压标和拉曼光谱压标) 的定压方式和适用范围,以及两种主要的光谱学温标(黑体辐射温标和拉曼光谱温标) 在温度测量中的应用。最后,回顾了基于光谱学测量建立起来的布里渊散射系统对下地幔主要矿物(钙钛矿、方镁铁矿、斯石英等) 弹性波速测量取得的新成果,深入讨论了它们的地球物理意义,并对其未来的发展进行了展望。     

JB-9001钝感炸药冲击Hugoniot关系测试

 利用“压力对比法”实验技术，通过锰铜压力计测试待测炸药样品和LY12铝样品在LY12铝飞片的同时撞击下的界面压力p_exp和p_Al，从冲击波关系式和正交回归直线拟合分析，确定了JB-9001钝感炸药的冲击Hugoniot关系。     

冲击波温度和压力对二氧化钛相变的影响

 介绍了一种简便易行的降低疏松固体物质冲击波温度的方法，其要点是用液体石蜡充填样品的空隙。以用粉末锐钛矿压装成型的样品为例，对比了不充填和充填液态石蜡时冲击波作用的结果。在同样的冲击加载条件下（均为钢飞片，撞击速度为3.16 km/s），估算两种样品中达到的压力分别为36.3 GPa和46.8 GPa，平均温度分别约为4.7×10³ ℃和2.0×10³ ℃，即：充填液态石蜡的样品中压力增加了约10 GPa，但平均温度降低了近3×10³ ℃。对冲击后回收样品的分析结果表明，不充填石蜡样品的主要产物为金红石，即冲击波产生的高温起了主要作用。而充填液态石蜡时，主要生成β-TiO₂高压相，即高压起了主要作用。     

Review on Application of Optical Scattering Spectroscopy for Elastic Wave Velocity Study on Materials in Earth's InteriorSCIEI北大核心CSCD

In-situ experimental results on the elastic wave velocity of Earth materials at high pressure and high temperature in combination with data from seismic observation can help to inverse the chemical composition, state and migration of materials in Earth's interior, providing an important approach to explore information of deep earth. Applying the Brillouin scattering into the Diamond Anvil Cell (DAC) to obtain the in situ elastic wave velocities of minerals, is the important approach to investigate elastic properties of Earth's Interior. With the development of DAC technology, on the one hand, the high temperature and high pressure experimental environment to simulate different layers of the earth can be achieved; on the other hand, the optical properties of DAC made many kinds of optical analysis and test methods have been widely applied in this research field. In order to gain the elastic wave velocity under high temperature and high pressure, the accurate experimental pressure and heating temperature of the sample in the cavity should be measured and calibrated first, then the scattering signal needs to dealt with, using the Brillouin frequency shift to calculate the velocity in the sample. Combined with the lattice constants obtained from X ray technique, by a solid elastic theory, all the elastic parameters of minerals can be solved. In this paper, firstly, application of methods based on optical spectrum such as Brillouin and Raman scattering in elasticity study on materials in Earth's interior, and the basic principle and research progress of them in the velocity measurement, pressure and temperature calibration are described in detail. Secondly, principle and scope of application of two common methods of spectral pressure calibration (fluorescence and Raman spectral pressure standard) are analyzed, in addition with introduce of the application of two conventional means of temperature calibration (blackbody radiation and Raman temperature scale) in temperature determination. Lastly, geophysical applications of mineral elasticity are discussed on the basis of the recent research results derive from Brillouin scattering system of wave velocities for major minerals in Earth's lower mantle (perovskite, ferropericlase, etc.), and the future research work is inspected.