Py-FeO2、Py-FeOOH和ε-FeOOH是地幔及核幔边界的重要成分,其在高温高压下的物性演化特征对了解地幔物质组成和结构及动力学过程有重要意义,为此利用第一性原理方法计算了 0～350 GPa条件下Py-FeO2和Py-FeOOH以及0～170 GPa条件下e-FeOOH的晶体结构与弹性性质.Py-FeO2和Py-FeOOH的晶格常数随压强的增加呈逐渐减小趋势,而ε-FeOOH的晶格常数随压强增加而减小,其中c轴更容易被压缩.Py-FeO2、Py-FeOOH和ε-FeOOH的晶胞密度随压强增加而增大,按照密度由大到小依次为Py-FeO2、Py-FeOOH、ε-FeOOH.3相的体积模量随压强的增加线性增加,Py-FeO2和 Py-FeOOH的剪切模量随压强的增加线性增加.对比体积模量可知,Py-FeO2的体积模量最高,Py-FeOOH和ε-FeOOH的体积模量在高压下几乎一致;而Py-FeO2的剪切模量最大,ε-FeOOH的剪切模量最小.Py-FeO2、Py-FeOOH和ε-FeOOH的压缩波速随压强的增加而增加,Py-FeO2的剪切波速随压强的增加而增加.Py-FeOOH的剪切波速在0～2 000 km深度范围内随深度增加而减小,在2 000～6 000 km深度范围内变化较小(在5.8～6.0km/s之间);ε-FeOOH的剪切波速在33 GPa(约900 km深度)发生突变.3相中ε-FeOOH的波速最低,而Py-FeO2的波速最高.综合计算结果表明,Py-FeO2和Py-FeOOH具有高密度、低波速的特点,与地幔超低速区的性质一致.Py-FeO2和Py-FeOOH在形成之后可能富集下沉到核幔边界,成为超低速区的来源.ε-FeOOH在超过33 GPa压强条件下发生的氢键对称化给ε-FeOOH的结构带来显著变化,同时氢键对称化会影响原子间相互作用,进而影响ε-FeOOH的弹性性质以及地震波速.

ε-FeOOH;Py-FeOOH;Py-FeO2;晶格结构;弹性特征;第一性原理计算

顾小雨;刘雷

中国地震局地震预测研究所高压物理与地震科技联合实验室,北京 100089

高压物理学报

[1]顾小雨;刘雷-.高压下Py-FeO2、Py-FeOOH和ε-FeOOH晶体结构与弹性特征的第一性原理研究)[J].高压物理学报,2022(01):66-76

FeO2

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