俯冲带深部橄榄石相变动力学研究

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俯冲带主要矿物橄榄石的相变对于俯冲带的物质结构、温度场有很大影响,进而会影响到俯冲带的流变结构以及应力场,涉及到俯冲带最终物质去向,深源地震形成机制等地球内部物理问题。 尤其是在温度较低的俯冲带内部,地幔橄榄石(olivine)到其高压相尖晶石(wadsleyite)相变的速度会变慢,从而有可能存在于稳态的相边界下面形成亚稳态橄榄石。 对俯冲带主要矿物橄榄石的相变动力学研究是本文的主要内容。相变动力学研究涉及三个方面的问题:相变体积分数、长大率、形核率。本文的工作涉及所有这三个方面的内容,并尝试应用相变动力学的研究结果重新估算了俯冲带中亚稳态橄榄石的存在情况。 考虑到生成相物质的晶粒形状为透镜体而非传统模型中使用的球形,本文首先对传统的相变体积分数计算公式进行了修正,并验证了修正的正确性。结果表明修正对于相变动力学计算不会产生很大影响,但是对于生成相晶粒的大小分布会产生很大影响,这将改变我们对于俯冲带流变结构的理解。 接着,本文论证了传统的长大率公式对于含水的镁橄榄石是适用的。同时明确了长大率方程的指前系数为常数,以及水对于相变长大率的影响在于降低长大所需要的活化自由能,接着拟合出不同含水量的镁橄榄石以及名义上干的地幔橄榄石的活化自由能。 然后,本文从相变过程中挤碰的概念出发,首次根据已有实验数据确定了地幔橄榄石形核率及形核率参数的取值范围。考虑了生成相物质的晶核形状的影响,对非均匀形核情形下的形核率方程进行了修正。新的方程表明形核率的指前系数并非常数,而是形状因子和表面能的函数。应用新的形核率公式可以帮助我们从实验数据中同时拟合出形状因子和表面能。 最后,我们尝试性地对具有不同热参数(ThermalParameter)的俯冲带中亚稳态橄榄石的存在情况进行了初步计算,认为在冷的俯冲带中可能存在可观测的亚稳态橄榄石。
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