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氦在方解石和文石中的擴(kuò)散:基于第一性原理的研究
李書晨; 劉紅; 楊耀春; 丁建華; 劉雷; 李營; 易麗; 田華 中國地震局地震預(yù)測研究所; 北京100036; 大連理工大學(xué); 遼寧大連116024; 太原理工大學(xué); 山西太原030024
關(guān)鍵詞：氦的擴(kuò)散 方解石 文石 第一性原理 壓力效應(yīng)
摘要：研究碳酸鹽礦物中氦的擴(kuò)散行為對理解地球脫氣過程中的物理化學(xué)性質(zhì)和動力過程具有重要意義。基于密度泛函理論研究了氦在方解石和文石礦物中的擴(kuò)散機(jī)理,計算了氦在地表和地幔條件下的擴(kuò)散路徑、激活能(Ea)和頻率因子(v)。計算結(jié)果表明:氦在方解石中的擴(kuò)散具有明顯的各向異性,沿a(b)軸方向的擴(kuò)散更快;文石呈現(xiàn)中等的各向異性,沿c軸的擴(kuò)散速率低于a軸。在高壓條件下,文石的激活能隨壓力的增大而增大。方解石晶體在[010]方向的封閉溫度為–54~–25℃,沿[100]方向的封閉溫度為–12~23℃。在地表條件下,氦在文石中的滯留能力比在方解石中強(qiáng),與以往的實驗研究結(jié)果一致。
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