高温高压极端条件下H2O-CO2流体性质及其对橄榄岩体系高压物性的影响研究

The properties of H2O-CO2 liquid system and the interaction with the minerals inside the earth is the significant content of condensed matter physics,geophysical science and the evolution of the earth. In this project, the synchrotron X ray diffraction technique and laser heating brillouin scattering system,which is developed in our lab will be used to study the properties of the H2O-CO2 liquid system, the acoustic velocity,refraction index and the EOS of the liquid system under hihg pressure and high temperature condition will be investigated.Furthermore,how do the pressure,tempreature and component of the liquid system affect the basic physics properties of Olivine mineral,such as crystal strutures,path of phase transtions,etc, will also be studied. The project will investigate the principle of the decomposition of the molecular system and the properties of supercritical liquid. The data could also be used to understand the complicated phenomenon of the earth.The content of this project is significant for both the theory study and the application science.

高温高压下水、二氧化碳流体体系的物理化学性质及其与地球内部物质的相互作用是凝聚态物理、地球物理及地球演化过程的重要研究内容。本课题拟采用自主发展的激光加热布里渊散射技术，建立高温高压下二元流体体系布里渊散射实验方法，对高温高压极端条件下水及二氧化碳二元流体体系的性质进行研究，探索水及二氧化碳二元流体体系的声速、折射率、状态方程等物理量随温度压力的变化规律；同时结合激光加热高压同步辐射X射线衍射技术，进一步研究橄榄岩体系在高温高压水及二氧化碳流体作用下的晶体结构、相变路径等物理性质随流体的组分、温度、压力的变化规律，探索分子解离的微观机制以及超临界流体奇异宏观性质，为加深理解地球内部各种地质活动的起因以及地球内部矿物组成元素的存在形式和富集迁移的规律提供重要的高温高压实验数据。项目的研究内容既有重要的理论意义，又有广泛的实际应用背景。

H2O-CO2 体系做为地球深部的最常见流体，其高温高压性质直接影响到地球动力学过程，尤其是上地幔、地壳部分的化学过程，多是通过水和二氧化碳等流体与典型矿物的相互作用来实现的，高温高压下的流体对矿物结构及物理化学性质和状态有很大影响。但利用金刚石对顶砧技术在较高的温度压力范围内对多元流体体系进行高温高压原位的物性研究开展的很少，现有研究的温度、压力范围相对较低，而在较高的温压范围内，还没有关于流体体系的物理化学性质及地幔典型矿物在高温高压流体作用下晶体结构、性质变化的报道。因此，本项目希望以水和二氧化碳高温高压流体作为研究对象，采用高温高压金刚石对顶砧布里渊散射技术，结合高温高压同步辐射X 射线衍射，研究不同组分的水和二氧化碳流体体系的高温高压物性，探索地幔典型矿物在高温高压水和二氧化碳流体作用下晶体结构、相变路径等物理性质随流体组分、温度和压力的变化规律。.建立了高温高压下单晶—液体多元体系布里渊散射的实验方法。加工变温压力液化装置，进行多元体系的封装，实现了单晶样品生长。通过高温高压布里渊散射获得了二氧化碳单晶—液体混合体系的声速与弹性信息，并通过高温高压原位x射线衍射测量获得了其状态方程密度变化规律。对高温高压下二氧化碳-镁橄榄石二元体系原位布里渊散射、x射线衍射和拉曼光谱研究发现，二氧化碳对镁橄榄石的结构稳定性有重要影响，揭示了其在高温高压下结构解离的特性，分析了二氧化碳-镁橄榄石二元体系高压下结构相变的特征及规律，为加深理解分子解离的微观机制以及超临界流体奇异宏观性质、地球内部各种地质活动的起因以及地球内部矿物组成元素的存在形式和富集迁移规律提供了重要实验数据。