下地幔温压下(Mg,Fe)SiO3钙钛矿的相稳定性——对冲击回收样品的微观分析

 在60~110 GPa冲击压力（估算温度为2 300~4 800 K）范围内进行了5发原始样品为(Mg_0.92,Fe_0.08)SiO₃顽火辉石的冲击压缩回收实验，对回收样品进行的X射线衍射（XRD）和红外吸收光谱（IR）分析结果表明：（1）回收样品的主相均是单链状结构硅酸盐，而非钙钛矿结构；（2）回收样品中均未观察到氧化物SiO₂和(Mg_0.92,Fe_0.08)O的XRD 和IR特征谱线；（3）回收样品的XRD、IR特征谱线变得简略，并发现了与原始样品有某些不同的特征谱线，随冲击压力增加，这种变化趋于明显；（4） 通过对比冲击压力在85 GPa以下和97 GPa以上回收样品的XRD、IR特征谱线，没有观察到明显的新谱线特征出现。结合先前的冲击Hugoniot状态方程实验数据分析，可以认为：在冲击压缩过程中样品处于钙钛矿结构，在冲击卸载过程中样品发生了由钙钛矿结构向单链状结构的逆转相变；特别是，在实验的温度压力范围内，不可能发生由(Mg_0.92,Fe_0.08)SiO₃向SiO₂和(Mg_0.92,Fe_0.08)O的化学分解相变，顽火辉石的高压相——钙钛矿结构是稳定的。回收样品和原始样品的谱线差异可能对应于高压加载或卸载过程引起的某种晶格畸变，而高压加载导致钙钛矿型顽火辉石晶格畸变的可能性更大。这一结果将对下地幔矿物学模型的建立和下地幔地震波探测结果的解释提供基础物理依据。     

顽火辉石(Mg0.92,Fe0.08)SiO3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(Mg_0.92, Fe_0.08)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，(Mg_0.92, Fe_0.08)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(Mg_0.92, Fe_0.08)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(Mg_0.92, Fe_0.08)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(Mg_0.92, Fe_0.08)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K_0S=259.6(9) GPa及其对压力的一阶偏导数K′_0S=4.20(5)，其ρ₀=4.19 g/cm³。(Mg_0.92, Fe_0.08)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。     

镁橄榄石和顽辉石的高温高压合成

 用国产六面顶压机,在温度为1 000～1 500 ℃和压力为2～5 GPa的高温高压条件下,对氧化镁（MgO）和二氧化硅（SiO₂）混合粉末样品进行了处理。通过对所得产物的观察与X射线衍射分析结果表明,在较宽的压力范围内,可以得到镁橄榄石（Mg₂SiO₄）单晶体和顽辉石（MgSiO₃）单晶体。讨论了地幔物质镁橄榄石（Mg₂SiO₄）和顽辉石（MgSiO₃）的生成条件、生长特性及相变关系。     

高压下天然顽火辉石能量色散X射线粉末衍射研究

 在北京同步辐射装置（BSRF）高压站对采自于河北大麻坪的天然顽火辉石,在室温高压（0~31.64 GPa）下,利用金刚石压腔装置（DAC）,进行了能量色散X射线粉末衍射（EDXD）原位测量,得到了顽火辉石在不同压力下的衍射图谱,并利用UnitCell软件进行解谱,获得了其晶胞参数a、b、c和晶胞体积V及其随压力的变化,最后利用Murnaghan等温方程得到了天然顽火辉石的体积模量K_T(0)=172 GPa、压缩系数及p-V状态方程,发现沿a、b、c三方向的压缩系数存在明显的各向异性,结果与斜方辉石的弹性波速各向异性完全一致。     

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。     

静高压下非晶(Fe0.99,Mo0.01)78Si9B13合金晶化过程的热力学研究

 在600~930 K，常压到7 GPa的范围内，对非晶(Fe_0.99,Mo_0.01)₇₈Si₉B₁₃合金等温等压退火30 min。实验表明：其晶化产物α-Fe(Mo, Si)、Fe₃B和Fe₂B相的析出与所加压力密切相关。压力使非晶(Fe_0.99,Mo_0.01)₇₈Si₉B₁₃合金的晶化温度和亚稳Fe₃B相的析出温度下降，在一定的压力和温度下，亚稳Fe₃B相将向稳定Fe₂B相转变，其转变温度随压力而变化。还对非晶(Fe_0.99,Mo_0.01)₇₈Si₉B₁₃合金的晶化和亚稳Fe₃B到稳定Fe₂B转变的热力学机制进行了讨论，并给出Fe₃B向Fe₂B的相转变方程。     

铝硅酸盐钙钛矿的晶格参数

 本文根据MgSiO₃－CaSiO₃－Al₂O₃系统在高温超高压下（p>40 GPa，T~1 500 ℃）合成铝硅酸盐钙钛矿的实验结果，并通过(Mg,Al)(Si,Al)O₃钙钛矿和(Mg,Fe)SiO₃钙钛矿的对比，研究组分对钙钛矿的晶格常数、畸变和稳定性的影响。查明在650 km的地震波速度不连续面以下的地幔中，Al₂O₃和CaO的存在形式。     

Fe40Ni40P12B8非晶合金的冲击晶化实验研究

 本文研究了Fe₄₀Ni₄₀P₁₂B₈非晶合金冲击波加载下的晶化行为，冲击波由二级轻气炮发射的告诉弹丸撞击靶产生。实验结果表明：Fe₄₀Ni₄₀P₁₂B₈非晶合金在冲击波加载下，晶化可在加载时间（微秒量级）内发生；晶化的阈值压力在30~50 GPa之间，相应的冲击温度约为510~800 K，晶化析出相与冲击压力有关，低压下析出相是面心立方γ-(Fe, Ni)固溶体和Fe₃(P_0.37B_0.63)化合物，高压下（大于60 GPa）析出相除了面心立方γ-(Fe, Ni)固溶体和Fe₃(P_0.37B_0.63)化合物之外，还包括(Fe, Ni)₃P化合物。     

2.0~5.5 GPa压力下合成的SiO2玻璃

 在温度为355～445 ℃、压力为2.0～5.5 GPa条件下，用光谱纯SiO₂合成了一系列SiO₂玻璃，它们的红外光谱谱带特征与高密度石英玻璃相似。SiO₂玻璃和高密度石英玻璃的折光率与压力的对数之间呈线性关系。SiO₂玻璃中含有少量的水，并且以OH^-离子的形式存在。可能正是由于少量的水对SiO₂的非晶化起了重要作用。     

与Al发生扩散反应的非晶(Fe0.99Mo0.01)78Si9B13晶化

 高压下与Al发生扩散反应的非晶(Fe_0.99Mo_0.01)₇₈Si₉B₁₃（FMSB）的晶化产物与纯FMSB的不同。与Al反应的FMSB非晶在3.0~5.0 GPa、780~900 K热处理时,晶化为α-Fe(Al)和次亚稳非晶合金;在这一压力范围以外,720~900 K热处理时,晶化为α-Fe(Si)、Fe₃B或Fe₂B。与Al发生反应的FMSB非晶可能通过与Al的扩散反应在Al/FMSB界面开始晶化。压力和温度对晶化过程的影响主要是由于α-Fe固溶体的Gibbs自由能随压力、温度和Al含量的变化。     

高压下顽火辉石的相态用其地球物理意义

利用Birch-Murnahan有限应变状态方程和Gru neisen　状态方程,计算了钙钛矿型((Mgo. 86Fe     

A Strength Softening Phase Transition Observed in Shocked （Mg0.92,Fe0.08）SiO3 Perovskite at About 83 GPa

We report the experimental data of Hugoniot longitudinal sound velocity VL for natural （Mg0.92,Fe0.08）SiO3 enstatite sample at about 40-140 GPa, consisting of three new data and five previously reported data but revised by our new Hugoniot equation of state parameters. Three segments, separated by two discontinuities, appear in the VL-PH （shock pressure） plot. Analyses show that the first discontinuity at about 64 GPa, with a sharp increase of VL of about 21%, is judged to be a phase transition from enstatite to Pbnm perovskite （PV）; while the second one at about 83 GPa, with a dramatic decrease of VL of about 23%, is likely caused by a subtle structural change from Pbnm PV to tetragonal PV, accompanied by material strength softening due to melting of oxygen sublattices. This strength softening evidence is obtained first from shock wave experiments, and probably has profound implications for probing into the origin of low seismic velocity anomaly in the Earth＇s lower mantle and thus constraining the geophysical and geochemical models for the Earth＇s lower mantle.     

Fe2+取代对MgSiO3钙钛矿高温高压物性的影响

(Mg, Fe)SiO₃钙钛矿是下地幔中最主要的候选矿物成分之一, 关于其高温高压特性的研究对于深层地幔状态的理解和地震波变化规律的探索具有重要意义. 应用第一性原理计算了MgSiO₃和(Mg_0.75, Fe_0.25)SiO₃在0–140 GPa静水压范围内的晶体结构和弹性模量, 并由Voigt-Reuss-Hill方程计算了地震波速随压力的变化, 利用准简谐近似下的Debye模型模拟了高温效应, 分析了Fe²⁺取代Mg²⁺后镁铁钙钛矿弹性和热学性质的变化, 推断Fe²⁺取代行为软化了MgSiO₃等含镁的地球深部矿物的地震波速. 为解释地幔中某些区域的地震波速软化现象提供了一个有力的理论依据. 关键词： 钙钛矿 铁 高压 波速     

用同步辐射和高温DAC装置研究Fe2SiO4的γ→α相变动力学过程

 通过对γ-Fe₂SiO₄样品在常压和温度分别为894、926、948和993 K时转变为α相的实验的具体描述，介绍了采用同步辐射和高温DAC装置及高压高温原位X光衍射技术进行高温高压相变动力学过程研究的一般方法。