第一性原理计算斯石英，CaCl2型石英以及α-PbO2型石英的相界，热力学和弹性性质

论文摘要

在下地幔中,石英经过了两个相变,从斯石英相变到CaCl2型石英再相变为α-PbO2型石英。在本研究中,基于第一性原理的密度泛函理论,计算得到了斯石英,CaCl2型石英和α-PbO2型石英的晶体结构,晶体振动频率信息,并且用这些结果计算出在高温高压下的热力学性质。计算的热力学性质中的斯石英的热膨胀系数,热容量,与实验的结果吻合地很好。并且,采用计算弹性的新方法,计算得到的石英在高温高压下的弹性常数,密度以及波速。这三相石英的相变边界通过计算其对应的自由能得到,结合计算得到的相界和石英的波速,从CaCl2型石英到α-PbO2型石英相变的P波和S波跳变分别为+0.5%和-2%-3%。在地震学中观测到的在下地幔约2500km处横波速减小的跳变可能是由石英的相变导致。相较于PREM模型,石英的P波速度比PREM高12%,横波速度比PREM高14%。由于石英和正常地幔的超高的波速差异,地震观测到的下地幔中的高波速异常区即有可能是由于石英一定量的富集所导致。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 第一性原理密度泛函理论简介
•   1.2 地球内部构造简介
• 2研究背景'>  1.3 下地幔中的SiO₂研究背景
•     1.3.1 俯冲带MORB的组成成分
• 2的来源'>    1.3.2 下地幔中SiO₂的来源
• 2的研究现状'>  1.4 地幔中高压相SiO₂的研究现状
• 第2章 密度泛函理论
•   2.1 Born-Oppenheimer近似
•   2.2 Hartree-Fock近似
•   2.3 Hohenberg-Kohn定理
•   2.4 Kohn-Sham方程
•   2.5 交换关联泛函
•   2.6 赝势
• 第3章 晶体热力学性质和弹性性质
•   3.1 晶格振动
•     3.1.1 晶格振动方程
•     3.1.2 晶格振动态密度
•   3.2 晶体的热力学性质
•     3.2.1 热力学量
•     3.2.2 配分函数
•     3.2.3 格林爱森参数
•   3.3 弹性变形过程热力学
•   3.4 广义胡克定理
•   3.5 计算弹性的传统方法
• ij方法'>  3.6 SAM-C_ij方法
• 第4章 下地幔石英的热力学、弹性性质以及其相界
•   4.1 计算软件以及步骤
•   4.2 状态方程
•   4.3 热力学性质
•   4.4 下地幔石英的弹性性质
• 2之间的相界'>  4.5 下地幔SiO₂之间的相界
• 2的地学意义讨论'>第5章 下地幔SiO₂的地学意义讨论
• 2沿绝热地温曲线的波速'>  5.1 下地幔SiO₂沿绝热地温曲线的波速
•   5.2 核幔边界上方的高速区域
•   5.3 相变的波速跳变
•   5.4 小结
• 参考文献
• 附录A 补充材料
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邹帆

导师: 吴忠庆

关键词: 热力学性质,高压相石英,斯石英,型石英,弹性,相界

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 中国科学技术大学

分类号: P578.494

总页数: 65

文件大小: 4251K

下载量: 136