地幔中主要硫化物礦物熱力學性質的第一性原理研究

《地幔中主要硫化物礦物熱力學性質的第一性原理研究》是依託中山大學，由劉善琪擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：地幔中主要硫化物礦物熱力學性質的第一性原理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉善琪
• 依託單位：中山大學

中文摘要

硫化物在地球深部的硫循環過程中非常活躍，同地球動力學演化密切相關。研究硫化物礦物在高溫高壓下的熱力學性質，對於理解有硫參與的相關地球物理和地球化學過程非常重要，它所揭示的地幔物理性質、形成演化和動力學活動等信息，是研究地球內部廣泛分布的矽酸鹽礦物和氧化物礦物所無法替代的。然而由於實驗條件的限制，關於硫化物熱力學性質的實驗研究主要集中在常壓下，高溫高壓下的理論研究也十分有限，而且從研究的硫化物種類來看，適用於地球深部的硫化物體系的研究極少。本課題基於密度泛函微擾理論計算地幔中主要硫化物礦物的晶格振動性質，然後利用計算出的聲子頻率根據準諧近似確定晶格振動自由能，再結合熱電子及磁性對自由能的貢獻計算硫化物在高溫高壓下的熱力學性質。本課題的研究結果能夠彌補前人關於地幔硫化物研究的空白與不足，豐富硫化物熱力學資料庫，為了解硫化物在地幔中的分布與作用、地球內部性質提供更準確的約束。

結題摘要

地幔硫化物在岩漿演化、地幔部分熔融、地幔交代及地幔流體成礦等動力學過程中發揮著重要作用。研究地幔硫化物在高溫高壓下的熱力學性質，對於理解有硫參與的地球深部動力學過程非常重要。然而由於實驗條件的限制，關於硫化物熱力學性質的實驗研究主要集中在常壓下，高溫高壓下的理論研究也十分有限，而且從研究的硫化物種類來看，適用於地球深部的硫化物體系的研究很少。鑒於此，本項目基於密度泛函微擾理論的第一性原理方法，採用準諧近似計算了地幔主要硫化物礦物如針硫鎳礦、六方硫鎳礦、輝鎳礦、紫硫鎳礦和黃鐵礦等在高溫高壓下的熱力學性質。我們計算出了不同壓力下這些地幔主要硫化物礦物的晶體結構和振動性質，確定了密度、熱膨脹係數、等容熱容、等壓熱容、等溫體積模量、絕熱體積模量、熵等熱力學參數與溫度、壓力變化之間的關係。這些數據的獲得為人們開展地球深部的地球動力學模擬和建立地球物理模型提供了有用的信息，能夠為了解硫化物在地幔中的分布與作用、地球內部性質提供更準確的約束。