采用金刚石压腔(DAC)外加温技术,在高压同时高温条件下,利用同步辐射微区探测技术获得含水和无水条件下橄榄石的X光衍射数据,原位观测衍射峰随压力、温度的变化,得到橄榄石晶胞参数随压力和温度的变化,从而得到橄榄石的压缩系数和热膨胀系数,以及不同压力下的热膨胀系数和不同温度下的压缩系数和P-V-T全状态方程(EOS),通过对比分析得到高温高压下水的存在对橄榄石的衍射峰特征、晶胞参数、压缩系数及热膨胀系数等的影响,并利用Raman光谱技术分析高温高压下水在橄榄石中的存在形式,进而探讨在地幔条件下水的存在对橄榄石结构的影响及其内在机理,为地球物理探测成果的解释和地幔物质组成模型的建立提供高质量的原始性数据。
水在很多地球物理和地球化学过程中起着非常重要的作用,地球深部水的存在不仅影响着地球的形成、演化,也影响着矿物的物理性质。橄榄石被认为是上地幔最重要的矿物组分,它对于410Km和670Km间断面的成因也有着非常重要的意义。水对橄榄石晶体结构和物性参数等的影响的研究有助于更好地理解上地幔的组成及动力学过程。在建立了外加温DAC系统和电火化打孔装置的基础上,利用同步辐射和DAC装置,在高温高压条件下对天然橄榄石(镁橄榄石(Mg90,Fe10)2SiO4)样品,在无水和含水条件下进行了能量色散X射线粉末衍射研究,获得了天然样品的X光衍射数据,利用UnitCell软件进行解谱,得到橄榄石晶胞参数随压力和温度的变化,并利用Birch-Murnaghan等温状态方程,获得了无水和含水橄榄石的状态方程、体积模量、压缩系数及热膨胀系数等。分析无水和含水样品的实验结果,发现水的存在会弱化天然橄榄石的强度,使得其体积模量变小,压缩系数增大,而相近压力下的热膨胀系数变大。同时还发现,无论是无水还是含水橄榄石,其三个结晶方向的压缩性均为kb > kc > ka,具有明显的各向异性,但无水时各向异性程度更强。