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钙钛矿MgSi03和镁方铁矿(Mg,Fe)O作为地球下地幔含量最丰富的候选矿物，其高温高压实验数据用来与地震学探测数据进行对比以限定下地幔的真实矿物学组分。本学位论文以冲击波动高压实验技术和多面体压砧静高压实验技术为高压加载手段，测量了下地幔重要候选矿物一镁方铁矿(Mg,Fe)O及MgO在下地幔底部高温高压条件(136GPa，5000K)下的状态方程，分析了可能存在的相变；研究了二元体系MgO-FeO和三元体系Fe-Ni-S的高温高压相图。这些研究，提升了对地球深部组分模型和矿物学模型的认识，并为解释下地幔底部地震波数据的异常现象提供了物理支持。
本文研究主要取得以下一些认识：
(1)由于天然的钙钛矿MgSi03和镁方铁矿(Mg,Fe)O很难得到，给这两种矿物的高温高压实验研究工作带来不便。本文分别用活塞圆筒（Piston-cylinder)和大腔体二级压砧(Mutli-anvil)技术在高温高压下合成了大块钙钛矿结构的MgSi03和不同Fe／Mg比的镁方铁矿(Mg,Fe)O样品，对所得到样品进行了微区电子探针、拉曼光谱和X射线衍射的分析。为高压实验特别是冲击压缩实验提供了满足实验要求的高压相初始样品。
(2)测量了单晶MgO在114和192GPa冲击压缩下的Hugoniot数据。结合前人的冲击波数据，揭示了沿MgO的P-VHugoniot线在170±10GPa存在体积不连续的本质。由于这一压力点对应的冲击温度仅为3000±400K，大大低于熔化温度，从而排除了熔化引起体积变化的可能。因此我们认为Hugoniot线上1.9﹪的体积增加，是MgO从立方体结构的B1相(NaCl-type)向六角密堆积结构的B8相(NiAs-type)转变所引起。此结果进一步深化了对MgO在高温高压下相转变的认识，有重要的科学意义。
(3)为了进一步对解释并验证对实验结果的分析，本文还在200GPa的压力范围内用基于局域密度近似的第一性原理方法模拟考察了MgO在B1相(NaCl)、B2相(CsCl)、B4相(wurtzite)和B8相(NiAs)四种不同结构下的相对稳定性。结果表明，实验测得的MgOHugoniot线上在170±10GPa处(对应的温度约3000-k400K)发生的～2﹪体积跃变可以用MgO从B1相(NaCl)到B8相(NiAs)的结构相变来解释。通过对比计算结果和实验数据得到了在高温高压下MgO的B8相(NiAs结构)可能比B1相(NaCl结构)在热力学上更加稳定的结论。
(4)实验测量了下地幔底部压力条件下(Mg,Fe)0的冲击Hugoniot数据。综合其终端组分MgO和FeO的冲击波数据，我们发现B1相(Mg,Fe)0的Hugoniot线和其终端组分MgO和FeO的Hugoniot线基本重合，这说明FeO含量对B1相(NaCl-type结构)(Mg,Fe)O的冲击压缩行为几乎没有影响。我们推测镁方铁矿(Mg,Fe)O在下地幔底部的温度压力条件可能会发生与FeOtl,2J在高温高压下从立方体结构B1相(NaCl-type)转变为六角密堆积结构B8相(NiAs-type)同样的相变。结合他人测量的多晶(Mgo．6,Feo．4)O的冲击Hugoniot线[3]，发现在120GPa左右体积大概有l～3﹪的增加，与MgO的相变特征一致。这一结论需要更多的高质量冲击波数据来进一步证实。
(5)利用MgO和FeO的高温高压相变数据，首次建立了MgO-FeO体系的高温高压相图，估计了(Mg,Fe)0从NaCl-type立方体(B1)到NiAs-type六角密堆积(B8)结构相变的压力条件为P[(Mgx,Fel-x)O=(70+100X)GPa(X=0～1)，假定相变温度为3000K。(Mg,Fe)O的这一相变为解释下地幔底部纵向地震波速异常提供了新的物理依据，具有重要的地球物理学意义[4]。
(6)在压力21GPa和温度800．1100。C范围内对Fe-Ni-S体系开展了一系列实验，以试图了解Ni对Fe-Ni-S体系相图的影响。发现Ni可以取代固态Fe3S晶体结构中至少50at．﹪(原子百分比)的铁原子，可能会形成完全的固溶体结构。(Fe,Ni)3S与Fe3S同为正交晶系，空间群均为I-4，但(Fe0.5Ni0.5)3S的晶胞体积相比Fe3S却增加了5．8﹪。在21GPa，硫(S)在Fe-Ni-S固态合金中的溶解度可以达到～5at.﹪，分析卸压回收的样品，发现含3.7at．﹪S的Fe-Ni-S固态合金相比纯铁的晶胞体积增加了13﹪。表明有足够的硫可能存在于固态的地球内核并明显降低地核的密度，从而给出了地核密度比纯铁密度要低的一个解释。在21GPa压力下，我们考察了初始样品中不同的Ni含量对Fe-Ni-S体系熔化关系的影响，发现在初始样品中硫少于25at．﹪的Fe．Ni-S体系中，相比Fe-S体系，其熔化温度随Ni／(Fe+Ni)的比例增加而降低。这一结果对考察地核和火星核的物理状态以及温度分布提供了实验依据。