基于秋本石和其他矿物的弹性数据对多个660不连续面的解释和下地幔温度成分的反演

发布时间：2022-11-08 22:34

　　探究地球内部的温度和成分分布是固体地球物理学的一个重要课题。第一性原理计算得到的矿物高温高压下的弹性数据可以达到和实验相比拟的准确度。结合这些弹性数据和地震学的研究结果,可以对地球深部的成分和温度获得更多认识。我们利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,得到了高温高压条件下秋本石的状态方程和弹性性质。计算结果与实验数据吻合很好。结合秋本石和其他矿物的弹性数据,我们计算了由秋本石相关的相变引起的VP、VS和密度变化。秋本石到布里奇曼石的相变会导致VP和VS分别增加4.6%和8.3%,仅为超硅石榴石到秋本石相变的二分之一左右。此外,由于超硅石榴石到秋本石以及秋本石到布里奇曼石的相变都具有很宽的相界,所以这两个相变可能难以解释俯冲带区域660 km深度附近的多个不连续面。最近的研究表明,在冷的俯冲板块中,辉石和石榴石转变为超硅石榴石的过程会被强烈抑制。镁铝榴石会在660 km深度以下分解为布里奇曼石和刚玉,并且该相变具有尖锐的相界和很大的波速和密度跳变。因此,对于俯冲板块中700-750 km深度处的不连续面,镁铝榴石的分解是一个更为合理的解释。此外,在低温下600 km左右的深度,斜方辉石高... 

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 高温高压矿物物理学研究
    1.2 矿物物理学与地震学的结合
        1.2.1 地球内部波速模型与矿物成分模型
        1.2.2 地震波不连续面
        1.2.3 地震波各向异性
    1.3 论文结构
第二章 计算方法简介
    2.1 密度泛函理论
        2.1.1 多粒子体系的薛定谔方程
        2.1.2 玻恩-奥本海默近似
        2.1.3 Hartree-Fock近似
        2.1.4 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.5 Kohn-Sham定理
        2.1.6 交换关联泛函、赝势
    2.2 晶体热力学性质计算
        2.2.1 准简谐近似
        2.2.2 从自由能到晶体热力学性质
    2.3 晶体高温弹性性质计算
        2.3.1 晶体和聚合体的弹性
        2.3.2 高温弹性计算常规方法
        2.3.3 高温弹性计算新方法
第三章 高温高压下秋本石的热力学和弹性性质:对俯冲带600-750km深度多个不连续面和地震波各向异性的启示
    3.1 研究背景及进展
        3.1.1 秋本石(akimotoite)
        3.1.2 俯冲带“660”附近的多个不连续面及地震波各向异性
        3.1.3 研究目标
    3.2 计算细节
    3.3 秋本石的热力学性质
        3.3.1 状态方程
        3.3.2 振动频率和热力学性质
    3.4 秋本石的热弹性性质
    3.5 讨论
        3.5.1 冷俯冲板块600-750 km深度多个不连续面的成因
        3.5.2 俯冲板块过渡带底部上地幔顶部地震波各向异性的解释
    3.6 小结
第四章 结合矿物计算数据和全球层析成像模型的下地幔矿物成分和温度三维反演
    4.1 研究背景
    4.2 反演方法与测试
        4.2.1 马尔科夫链蒙特卡洛方法
        4.2.2 参数设置和测试
    4.3 反演结果和讨论
        4.3.1 一维平均成分和温度结果
        4.3.2 LLSVP成分和温度结果
第五章 总结与展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果



本文编号：3704676