【摘 要】
：
研究高温高压条件下液态铁的热状态方程和热力学性质具有十分重要的地学意义.一方面,液态铁的热状态方程是确定地核轻元素组分的基础,因此有必要对其进行精确的计算和分析;另一方面,探究相对于地核来说更高温压条件下液态铁的性质有助于加深对超级地球的核的认识.实验测量和理论计算是得到高温高压条件下液态铁的热状态方程的两种主要手段.从实验角度来说,数百GPa以上高压条件下液态铁的性质可以通过冲击波实验测量得到.
【机 构】
：
中国科学院计算地球动力学重点实验室 北京 100049;中国科学院大学地球科学学院 北京 100049
【出 处】
：
2015年中国地球科学联合学术年会
论文部分内容阅读
研究高温高压条件下液态铁的热状态方程和热力学性质具有十分重要的地学意义.一方面,液态铁的热状态方程是确定地核轻元素组分的基础,因此有必要对其进行精确的计算和分析;另一方面,探究相对于地核来说更高温压条件下液态铁的性质有助于加深对超级地球的核的认识.实验测量和理论计算是得到高温高压条件下液态铁的热状态方程的两种主要手段.从实验角度来说,数百GPa以上高压条件下液态铁的性质可以通过冲击波实验测量得到.本研究利用第一性原理分子动力学计算了液态铁在0-900GPa，2000-25000K温压范围内的热状态方程和热力学性质。对于铁来说，在压强较低时（小于200GPa）第一性原理的计算结果与实验存在系统偏差。考虑到hcp固态铁与液态铁都具有相似的密堆积结构，为了得到更准确的液态铁的热状态方程，基于hcp固态铁理论与实验的差别对液态铁的计算结果进行了修正。修正量随着压强的升高而逐渐减小，当压强大于300GPa时，修正可以忽略。通过施加修正，建立了一个自洽的、适用于广泛温压范围的液态铁的热状态方程。从热状态方程出发，计算了液态铁的Hugoniot曲线并将其与实验结果进行了比较，从而确定了所使用修正的合理性，以及修正对于得到准确的液态铁的热状态方程的必要性。通过比较，发现在Sakaiya等冲击波实验测量的最高压强点上压强被显著低估，测量的810GPa应为940GPa左右。基于液态铁的热状态方程，讨论了地球外核中轻元素的可能分布，指出Ichikawa等得出的在核幔边界处轻元素含量比在内外核边界处低的反常结论，是由于未考虑第一性原理计算结果本身的误差所导致的。
其他文献
以早白垩义县组三段四合屯剖面湖相沉积为研究对象，对湖相沉积抽提物中正构烷烃和无环类异戊二烯烃的氢同位素组成进行了测定。研究结果显示，正构烷烃的氢同位素组成分布介于-250～-90‰之间，在剖面上变化明显。其中，n-Cis、n-C17与n-C19的氢同位素组成范围与n-C29和n-C31的接近，均主要在-240～-130％之间变化：而n-C23的氢同位素组成范围相对较大一些，主要在-220～-90‰
选取了鄂尔多斯盆地三叠系延长组的长7页岩样品和相同层位的砂岩夹层样品进行相同条件下的气体解析实验,对比砂岩样品和页岩样品的气体解析过程并探讨其原因.研究发现，常温常压下砂岩在解析初始时刻的解析速率高于页岩，但随着解析的进行，砂岩解析速率的下降速度也快于页岩；在气体解析过程中，砂岩解析气和页岩解析气的气体干燥系数均不断减小，页岩解析气占总可解析气体的比例小于90％时，气体的干燥系数呈缓慢降低的趋势，
本项研究在柴达木盆地三湖地区涩北1号气田区，采集了第四系540-1536m不同深度的钻孔岩芯样品44块，分别进行了有机碳和可溶有机质分析，对可溶有机质中的饱和烃组分进行了色谱-质谱分析。表明第四系低TOC含量的泥岩样品中，高的可溶有机质，主要来源于强烈发育的微生物及其对沉积有机质的降解。
本次研究拟建立煤成气、油型气判识的非烃及稀有气体联合鉴别指标及图版，丰富完善戴金星院士的天然气成因判识图版体系。建立了稀有气体与非烃气体CO2碳同位素相结合的煤成气与油型气鉴别指标及图版。建立了稀有气体、非烃气体N2含量及同位素相结合的煤成气与油型气鉴别指标及图版。
黔江地区下志留统龙马溪组页岩中气体主要由CO2、CH4和N2组成，气体含量较高。δ13C1平均-35.0‰，δ13C2平均-32.4‰，δ13C3平均-33.0‰，部分样品碳同位素组成存在局部倒转；δ13Cco2平均-5.1‰。黔江地区龙马溪组页岩中气体可能与高成熟度的页岩的湿气裂解有关。C02来自有机质的热裂解和碳酸盐矿物的分解。
本研究采集四川盆地威远和长宁地区志留系龙马溪组页岩气，采用气相色谱仪与气体质谱计相结合的方法进行了化学组成及同位素等实验分析。指出四川盆地志留系龙马溪组页岩气中CH4含量高，C2+组分含量极低，干燥系数高，是世界上最干的天然气之一。威远和长宁页岩气地球化学特征具有明显差异，四川盆地志留系龙马溪组页岩气为有机质不同热演化阶段热裂解成因气体的混合，包括干酪根初次裂解和液态烃与气态烃二次裂解成因气，含少
本文运用全二维气相色谱/飞行时间质谱等分析手段，在ZS1C井凝析油检测到十分丰富的金刚烷类化合物、硫代单金刚烷和硫代双金刚烷类化合物、以及丰富的曝吩类、二苯并曝吩类等系列化含硫化合物。指出硫代金刚烷单体化合物硫同位素与寒武系硫酸盐的硫同位素接近，而与奥陶系硫同位素差距甚远，从而确定出ZS1C井原油为塔里木盆地寒武系典型端元油。
通过分析低分子质量的热解产物,瞬时热解(PY)结合气相色谱分析(GC)和质谱分析经常被用于阐明地质大分子(如干酪根、煤、沥青质和腐殖酸)的结构.大多数前人的工作只关注C6+热解产物;由于在有效地分离C6+产物的同时分离C1-5气态烃存在困难,以往很少用Py-GC来研究干酪根在初次裂解中产生的C1-5烃类,用Py-GC降解地质大分子有机物释放C1-C5烃类气体的定量方法则几乎没有.为了研究清楚干酪根
定量颗粒荧光技术(QGF)是检测砂岩颗粒表面吸附油及颗粒中油包裹体在激发光照射下所发出的荧光强度及光谱特征,根据荧光强度和光谱特征可以识别古油层和油气运移路径.由于该技术的高效快捷而得到广泛应用.笔者在做了大量的砂岩样品QGF实验分析之后认为,利用QGF识别油气显示应该注意以下几点:(1)颗粒荧光光谱是判别油气显示的根本依据,油包裹体及吸附油的荧光光谱在375-475nm波长范围内荧光强度会随着波
地震波层析成像揭示了非洲和太平洋下两个巨大低剪切波速度区(LLSVPs)的存在.之后的波形拟合结果进一步表明这两个速度体有着陡峭的边界,同时剪切波速度在边界里外呈尖锐跳变而非平滑过渡,说明LLSVPs是热化学异常而非热异常.这两个LLSVPs是目前已知的下地幔最大的两个结构体.下地幔中两个如此大体积的结构的存在必然与全球的地幔对流密切相关,同时也势必影响着全球的地幔对流格局.本研究首次通过在热化学