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第一章 高温高压实验装置与技术系统1

第一节 金刚石压腔（DAC）及其实验技术1

1.1 金刚石压腔（DAC）1

1.2 金刚石压腔的加热方法7

1.3 金刚石压腔压力测量方法12

1.4 金刚石压腔原位测量技术15

第二节 大腔体高压实验装置与实验技术21

2.1 大腔体高压实验装置22

2.2 大腔体高压实验技术26

第三节 动高压加压装置42

3.1 冲击压缩加压装置42

3.2 动高压系统测量技术44

第二章 多尺度数值模拟方法简介46

第一节 第一性基本原理和方法46

1.1 绝热近似47

1.2 Hohenberg-Kohn定理47

1.3 Kohn-Sham方程48

1.4 交换关联泛函的简化50

1.5 Bloch定理和平面波基集51

1.6 赝势近似方法52

1.7 能量极小的优化方法53

第二节 分子动力学（MD）方法54

2.1 分子动力学方法理论背景54

2.2 牛顿方程的积分算法54

2.3 原子间的相互作用势57

2.4 分子动力学模拟的系综58

第三节 介观模拟方法59

3.1 元胞自动机（CAM）方法60

3.2 蒙特卡罗方法（MCM）61

3.3 介观动力学（mesodyn）61

3.4 耗散颗粒动力学（DPD）62

第三章 矿物物理性质63

第一节 晶体63

1.1 晶体的概念63

1.2 对称型63

第二节 矿物晶体化学65

2.1 晶体的结构参数65

2.2 晶体的压缩性参数67

2.3 化学键能和晶体化学参数69

第三节 高温高压下矿物的晶体结构70

3.1 地幔矿物的合成85

3.2 高温高压下合成的地幔矿物85

第四节 矿物的热力学、弹性和电性特征87

4.1 矿物的热力学特征87

4.2 矿物的弹性特征90

4.3 矿物的电性特征92

第四章 岩石物理性质与测量方法96

第一节 岩石的密度96

1.1 岩石密度的概念96

1.2 岩石密度与深度、压力的关系97

1.3 岩石密度的测量方法97

第二节 岩石的磁性98

2.1 岩石的磁化率98

2.2 岩石的磁化率测量100

第三节 岩石的电性100

3.1 物质的导电和介电机理100

3.2 岩石的电阻率101

3.3 岩石介电常数103

3.4 岩石电性参数的测量方法104

第四节 岩石的弹性107

4.1 岩石弹性的概念107

4.2 矿物和岩石的波速及其影响因素108

4.3 岩石中波的传播和衰减115

4.4 高温高压下岩石声波速度测量方法119

第五节 岩石的力学性质120

5.1 岩石的强度120

5.2 岩石的变形123

5.3 岩石的破裂126

第六节 岩石的热学129

6.1 岩石的热学性质129

6.2 岩石热学性质的测量方法131

第五章 地球内部结构132

第一节 地球内部的一般物理特征132

1.1 应力和应变132

1.2 地震波133

1.3 声发射和超声波速度测量133

1.4 流变134

1.5 热结构134

第二节 典型的地幔矿物结构136

2.1 尖晶石和畸变尖晶石结构（γ-Sp和β-Sp相）136

2.2 钛铁矿结构（Il相）137

2.3 钙钛矿结构（Pv相）137

2.4 后钙钛矿结构（P-Pv）137

2.5 石榴子石结构（Grt结构）138

2.6 金红石结构138

2.7 石盐结构（NaCl结构）138

第三节 地球模型139

3.1 PREM模型140

3.2 地震学模型141

3.3 岩石学模型141

3.4 对流模型142

第四节 中国大陆岩石圈结构模型144

4.1 中国大陆地壳的速度结构144

4.2 中国大陆岩石圈的岩石学结构144

第六章 高温高压下岩石的弹性和电性特征147

第一节 高温高压下岩石的弹性波速147

1.1 岩石声波速度与温度、压力的关系147

1.2 不同类型岩石的声波波速148

第二节 高温高压下岩石的电性168

2.1 岩石的导电机制及其影响因素168

2.2 典型岩石的电导率170

第三节 岩石部分熔融与熔体性质182

3.1 岩石部分熔融182

3.2 岩石熔体的电性182

第七章 高压地球化学185

第一节 地球的化学成分185

第二节 地球内部的典型化学体系186

2.1 SiO2体系186

2.2 CaCO3体系187

2.3 K2O-Na2O-CaO-Al2O3-SiO2体系188

2.4 Al2O3-SiO2体系192

2.5 CaO-MgO-Al2O3-SiO2体系193

2.6 Mg-FeO-SiO2体系193

2.7 CaSiO3-MgSiO3-A12O3体系195

2.8 下地幔的矿物相196

2.9 铁197

第三节 地幔的物质组成模型198

3.1 地幔的一般物质模型198

3.2 下地幔矿物学模型198

3.3 地核200

第四节 高压矿物相中的水201

4.1 名义上无水的矿物201

4.2 在NAMs中水的存在形式202

4.3 水对地幔矿物性质的影响204

第五节 超高压变质岩地球化学208

5.1 榴辉岩及其产状208

5.2 榴辉岩岩石化学209

5.3 榴辉岩同位素地球化学210

第八章 高温高压下泥质岩的演化215

第一节 实验与计算方法215

1.1 泥质岩高压实验215

1.2 泥质岩体系变质过程的热力学计算220

第二节 泥质岩变质脱水过程227

2.1 泥质岩体系含水矿物的稳定性227

2.2 高温高压下泥质岩流体释放229

第九章 高温高压下沉积有机质的演化233

第一节 实验方法233

1.1 样品和实验233

1.2 样品分析234

第二节 高温高压下气态烃的同位素地球化学235

2.1 气态烃的碳同位素组成235

2.2 气态烃的形成机制236

第三节 高温高压下烃类的演化238

3.1 氯仿沥青“A”与族组分产率变化238

3.2 高温高压下饱和烃的演化特征238

3.3 高温高压下芳烃的演化特征242

第四节 高温高压下链烷烃的碳同位素组成245

4.1 正构烷烃单体碳的同位素组成245

4.2 姥鲛烷和植烷碳的同位素组成245

第五节 高压对有机质成熟度的影响247

5.1 温度和压力对有机质演化的作用247

5.2 超高压的成藏过程响应248

5.3 岩石圈底部温压条件下有机质的保存249

第十章 高温高压下流体的物理化学行为250

第一节 超临界流体250

1.1 超临界流体的含义250

1.2 超临界流体的结构252

1.3 超临界流体的特殊性质252

1.4 超临界流体中的化学反应254

第二节 超临界水和二氧化碳的特性254

2.1 超临界水254

2.2 超临界二氧化碳258

第三节 超临界状态下溶液的性质260

3.1 C-H-O体系260

3.2 水-氯化物261

3.3 气体在超临界水中的溶解作用262

第十一章 高温高压流体的地质作用264

第一节 地球深部超临界流体264

第二节 超临界流体在孕震过程中所起的作用265

2.1 超临界流体对岩石强度的作用265

2.2 超临界流体与地震孕育发生的关系266

第三节 超临界流体在成矿过程中的作用267

3.1 超临界流体有利于油气形成267

3.2 超临界流体有利于金属矿床的形成268

第四节 水、二氧化碳与硅酸岩熔体相互作用269

4.1 硅酸岩熔体中水和二氧化碳的溶解度269

4.2 水和二氧化碳对硅酸岩熔体性质的影响270

第五节 超临界流体在环境地质学中的应用271

第十二章 地热、地震与流体地球化学272

第一节 地球深部流体与地热272

1.1 中国地热概况272

1.2 地热带与地震带的关系274

1.3 中国地热流体地球化学275

第二节 流体地球化学与地震活动282

2.1 与地震有关的地球化学异常282

2.2 地震地球化学异常与地震的时空关系282

2.3 地震地球化学前兆形成机理283

2.4 深部流体与地震孕育283

第十三章 高温高压下矿物岩石物性的数值模拟286

第一节 矿物物性的第一性原理研究286

1.1 钙钛矿相铁镁硅酸盐矿物286

1.2 橄榄石及其高压多形相288

1.3 （Mg,Fe）O293

1.4 高温高压下铁的相变熔融曲线和弹性性质294

1.5硫化物的研究296

第二节 有限元数值模拟方法及其在矿物岩石物理研究中的应用296

2.1 有限元数值模拟方法简介296

2.2 镁橄榄石和透辉石颗粒边界应力分布的三维模拟297

2.3 有限元方法在地震孕育过程研究中的应用300

2.4 有限元方法模拟流体对岩石变形与破坏的影响302

参考文献304