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顽火辉石(Mg_(0.92),Fe_(0.08))SiO_3的冲击相变和高压状态方程

龚自正  张莉  刘红  代福  经福谦  
【摘要】:用阻抗匹配法和电探针技术在48-140GPa 冲击压力内测量了化学组分为(Mg_(0.92), Fe_(0.08))SiO_3、初始密度为3.06g/cm~3的天然顽火辉石的 Hugoniot 线。分析显示其 Hugoniot 线存在三个明显相区,即0~45GPa 内的低压相区,对应顽火辉石(Mg_(0.92), Fe_(0.08))SiO_3;45~70GPa 内的混合相区;和高于70GPa 的高压相区,对应钙钛矿结构 (Mg_(0.92),Fe_(0.08))SiO_3。在高压相区,其冲击波速度 D 和波后粒子速度 u 的关系可以线性表示为:D=3.76(±0.24)+1.48(±0.07)u_p(km/s)(2.85km/s≤u)。由叠加原理计算得到的(Mg_(0.92),Fe_(0.08))O(Mw)+SiO_2(St)混合物的 D-u_p 关系及压力一密度关系曲线明显偏离实验数据的拟合曲线,从而排除了在高达140GPa 冲击压力下钙钛矿结构 (Mg_(0.92),Fe_(0.08))SiO_3发生向氧化物化学分解相变的可能性。由冲击波实验数据得到了 (Mg_(0.92),Fe_(0.08))SiO_3钙钛矿的 Grüneisen 参数γ=γ_0(ρ_0/ρ)~q,其中γ_0=1.842(2),q= 1.69(3)。通过三阶 Birch-Murnaghan 有限应变状态方程,由冲击波实验数据得到了零压等熵体弹模量 K_(0s)=269.1(9)GPa 及其对压力的偏导数 K_(0s)′=4.18(4),其中ρ_0= 4.19g/cm~3。

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