含水林伍德石红外光谱温压效应理论计算

余天成¹，杨华²，蒋佳俊²，张飞武^2,3

1. 苏州科技大学数理学院江苏省微纳热流技术与能源应用重点实验室2. 中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室3. 中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室

摘 要：红外光谱测量是地球物理研究矿物中含水的主要实验方法之一,目前已经有大量实验对其进行过相应报道,但是在理论计算方面,还没有关于温度效应的直接计算。本文尝试使用晶格动力学理论计算方法计算了0.1～20GPa和300～2000 K温压条件下的含水林伍德石的红外吸收谱,并分别计算模拟了含水量为0.2%、1.6%和3.3%的3种不同含水量体系。通过设计Mg空位含水机制[V_Mg+2H^·]、Mg-Si反位含水机制[Mg_Si^"+2H^·]和Si空位含水机制[V_Si^""+4H^·]3种含水机制,我们发现,[V_Mg^"+2H^·]含水机制在实验考虑的温压条件下的红外吸收谱均形成主峰,相比另外2种机制,反位机制[Mg_Si^"+2H^·]最不稳定,并且在0.2%下红外光谱十分微弱。随着压力增加,[V_Mg^"+2H^·]和[V_Si^""+4H^·]含水机制的红外吸收谱频率的温度效应逐渐减弱,这一点与高温高压实验中发现的18.4 GPa下温度变化对含水林伍德石红外光谱的影响不明显的结论基本一致。

关键词：红外光谱;林伍德石;高温高压;理论地球化学;GULP;