下地幔溫壓條件下（Mg,Fe）SiO-,3-鈣鈦礦的相穩(wěn)定性及熱狀態(tài)方程.pdf

1、該文研究主要取得以下一些認(rèn)識(shí):(1)設(shè)計(jì)了一種新的沖擊回收實(shí)驗(yàn)裝置,在碰撞速度高達(dá)6.0km/s的條件下可對(duì)樣品成功進(jìn)行回收,為直觀分析(Mg,Fe)SiO<,3>的相穩(wěn)定性提供了可能.這是實(shí)驗(yàn)技術(shù)的創(chuàng)新.(2)在60~110GPa沖擊壓力(估算溫度為2400~5000K)范圍內(nèi)進(jìn)行了五發(fā)原始樣品為頑火輝石(Mg<,0.92>,Fe<,0.08>)SiO<,3>的沖擊回收實(shí)驗(yàn),對(duì)回收樣品進(jìn)行了X射線衍射(XRD)和紅外吸收光譜(IR)分

2、析.結(jié)果表明五發(fā)回收樣品的主相均與原始樣品相同,是單鏈狀結(jié)構(gòu)的頑火輝石,而非鈣鈦礦結(jié)構(gòu),而且在五發(fā)回收樣品中均未觀察到氧化物(Mg,Fe)O和SiO<,2>的特征譜線.因此,我們認(rèn)為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的(Mg<,0.92>,Fe<,0.08>)SiO<,3>在60~110GPa沖擊壓力(估算溫度為2400~5000K)范圍內(nèi)沒(méi)有發(fā)生化學(xué)分解相變.(3)應(yīng)用最新的實(shí)驗(yàn)熱力學(xué)數(shù)據(jù),對(duì)反應(yīng):MgSiO<,3>(Pv)=MgO(Pe)+SiO<,2>(

3、St)在1000-3500K和30-150GPa范圍內(nèi)的熱力學(xué)計(jì)算分析結(jié)果顯示,在壓力30GPa以上,沿1000-3500K的等溫線鈣鈦礦的Gibbs自由能比MgO(Pe)+SiO<,2>(St)混合物的要低,同時(shí)鈣鈦礦的摩爾體積比分解氧化物的要小0.1-0.5cm<'3>/mol.因此,熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果否定該分解反應(yīng)發(fā)生的可能.用最新發(fā)現(xiàn)的SiO<,2>的新相態(tài)參數(shù)重新計(jì)算該反應(yīng),結(jié)果表明SiO<,2>的新相態(tài)不影響鈣鈦礦結(jié)構(gòu)MgSiO

4、<,3>在下地幔條件下熱力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)論.(4)對(duì)之前(Mg,Fe)SiO<,3>的Hugoniot實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果、聲速實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果和該文的沖擊回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(Mg,Fe)SiO<,3>相穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了綜合分析,確認(rèn)在140GPa沖擊壓力下鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的頑火輝石不發(fā)生化學(xué)分解相變.但是壓力-聲速實(shí)驗(yàn)關(guān)系顯示在60-90GPa之間聲速出現(xiàn)一個(gè)小的階躍,結(jié)合回收樣品對(duì)比初始樣品在X射線衍射(XRD)和紅外吸收光譜(IR)譜線上的

5、一些變化,不排除有結(jié)構(gòu)相變的可能性.(5)由Hugoniot實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(Mg,Fe)SiO<,3>的熱狀態(tài)方程參數(shù):對(duì)γ=γ<,0>(ρ<,0>/ρ)<'q>、γ<,0>=1.84,q=1.69;等熵體積模量K<,0S>=260.1(9)GPa,其壓力偏導(dǎo)數(shù)K<,0S>'=4.18(4),其中ρ<,0>=4.19g/cm<'3>.(6)通過(guò)分析對(duì)比,靜高壓和沖擊波動(dòng)高壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間具有很好的一致性,同時(shí)說(shuō)明我們獲得的熱狀態(tài)