高温高压下硅酸盐熔体的超声研究

密度和粘度是岩浆熔体两个最基本的物理性质，是影响岩浆熔体动力学行为的关键性物理参数。在高温高压条件下开展硅酸盐熔体密度和粘度的实验研究，对于了解地球深部岩浆活动的物理过程具有十分重要的科学意义。本项目拟解决高压下熔体厚度测量等一系列技术问题，将超声测量技术引入到高压下硅酸盐熔体的物理性质测量中，在高压至5.0GPa同时高温至1800K的条件下，利用超声脉冲反射法实时就位获取硅酸盐熔体在不同温度和压力下的超声传播信号，并利用频谱分析技术进行数据处理，计算高压下熔体的密度、粘度和状态方程参数，具有传统方法所不能比拟的技术优势，最后将所获得的数据应用于低速层地震波解释，状态方程适用性研究以及岩浆动力学模型约束等领域。

在本项目的支持下，我们以有限元法为分析手段，对六面顶压机高压腔体的温度场进行了数值模拟计算，得出了腔体内的温度场分布,该模拟工作对于优化高压实验的样品组装设计、改善温度梯度及保护设备具有一定的参考价值。我们还应用宽带频谱法成功的对Z-切石英单晶进行了高压至4.7GPa的声速测量，表明了这种技术的有效性，值得在高温高压实验中得到更广泛的应用。同时，我们也提出了一种有效的实现流体静压的方法，可以在高温高压条件下对小体积模量、易变形样品实现静水压声速测量。最终，我们在传统的大体积压机和脉冲反射超声技术的基础上，提出用带槽的超硬材料为声波反射体，克服了高压下确定液体样品厚度的困难，实现了高压下液态物质的声速可靠测量。这个新的实验方法简单易行，是高温高压下测量液体声速的一个重要突破，有望促进高压下液体金属或其他熔体的热力学性质的超声研究。