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識:(1)設計了一種新的沖擊回收實驗裝置,在碰撞速度高達6.0km/s的條件下可對樣品成功進行回收,為直觀分析(Mg,Fe)SiO<,3>的相穩(wěn)定性提供了可能.這是實驗技術的創(chuàng)新.(2)在60~110GPa沖擊壓力(估算溫度為2400~5000K)范圍內進行了五發(fā)原始樣品為頑火輝石(Mg<,0.92>,Fe<,0.08>)SiO<,3>的沖擊回收實驗,對回收樣品進行了X射線衍射(XRD)和紅外吸收光譜(IR)分

2、析.結果表明五發(fā)回收樣品的主相均與原始樣品相同,是單鏈狀結構的頑火輝石,而非鈣鈦礦結構,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,我們認為鈣鈦礦結構的(Mg<,0.92>,Fe<,0.08>)SiO<,3>在60~110GPa沖擊壓力(估算溫度為2400~5000K)范圍內沒有發(fā)生化學分解相變.(3)應用最新的實驗熱力學數(shù)據(jù),對反應:MgSiO<,3>(Pv)=MgO(Pe)+SiO<,2>(

3、St)在1000-3500K和30-150GPa范圍內的熱力學計算分析結果顯示,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,熱力學計算結果否定該分解反應發(fā)生的可能.用最新發(fā)現(xiàn)的SiO<,2>的新相態(tài)參數(shù)重新計算該反應,結果表明SiO<,2>的新相態(tài)不影響鈣鈦礦結構MgSiO

4、<,3>在下地幔條件下熱力學性質穩(wěn)定的結論.(4)對之前(Mg,Fe)SiO<,3>的Hugoniot實驗測量結果、聲速實驗測量結果和該文的沖擊回收實驗結果,對鈣鈦礦結構(Mg,Fe)SiO<,3>相穩(wěn)定性問題進行了綜合分析,確認在140GPa沖擊壓力下鈣鈦礦結構的頑火輝石不發(fā)生化學分解相變.但是壓力-聲速實驗關系顯示在60-90GPa之間聲速出現(xiàn)一個小的階躍,結合回收樣品對比初始樣品在X射線衍射(XRD)和紅外吸收光譜(IR)譜線上的

5、一些變化,不排除有結構相變的可能性.(5)由Hugoniot實驗數(shù)據(jù)得到了鈣鈦礦結構(Mg,Fe)SiO<,3>的熱狀態(tài)方程參數(shù):對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,其壓力偏導數(shù)K<,0S>'=4.18(4),其中ρ<,0>=4.19g/cm<'3>.(6)通過分析對比,靜高壓和沖擊波動高壓實驗數(shù)據(jù)之間具有很好的一致性,同時說明我們獲得的熱狀態(tài)