橄榄石及其高压相矿物林伍德石分别是上地幔和地幔转换带重要的组成矿物。其流变性质的研究对认识地幔转换带的流变结构,以及深源地震的成因等地球动力学问题具有重要意义。随着高温高压流变学实验技术的不断发展,对于地幔矿物流变性质的研究也在逐步发展。虽然现有实验技术条件可以达到地幔转换带的温压范围,但是实验技术还是存在应力测量精度不高等问题,因此对于林伍德石在地幔转换带条件下的流变性质我们还了解的很少。这在一定程度上限制了对于地幔转换带流变性质以及与其相关的地球动力学问题的认识。为了在现有的实验条件下对林伍德石的流变性质有所认识,我们选用与镁硅橄榄石具有相似结构的镁锗橄榄石作为研究对象,使用Griggs流变仪在其稳定压力温度条件下对其流变性质进行定量研究。主要研究内容包含以下三个方面：橄榄石相变致裂的显微构造及其滑动过程中的断层弱化机制、镁锗橄榄石尖晶石相的流变学强度以及变形组构的初步研究和层状结构对地震波性质的影响。(1)浅源和深源地震通常被认为是由两种截然不同的物理机制造成的。在岩石圈10km范围内低温低压条件下,地震被认为是在原来已有的断层区域发生的脆性过程(断裂和粉碎)。而在俯冲带中,从地壳深部到700km的深度范围以内,高温高压反应抑制了脆性破裂的发生,但是现有的地球物理观测结果表明地球深部同样会发生地震。剪切破裂在高压条件下发生需要有少量的“流体”的参与,“流体”可以是一般意义上的流体(H2O,CO2, melt)或者是纳米级具有低粘度的固体颗粒,作为在断层传播过程中不断更新的润滑剂。对镁锗橄榄石相变为尖晶石相的相变致裂高温高压实验研究中,我们通过对实验样品显微构造的SEM和TEM分析和研究,发现在相变过程中会产生纳米级尖晶石相颗粒。这些纳米级细小颗粒明显不是实验样品原有的矿物在滑动过程中形成的浑圆颗粒,分析研究表明这些纳米级颗粒具有很低的摩擦系数。对比分析高速摩擦实验,它们具有以下相似的地方：1.实验过程都与矿物的相变相关；2.在断层泥中都未观察到无定形物质；3.样品中并未发现有熔体产生的证据；4.断层泥中的细粒物质未观察到明显的优选方位；5.断层滑移面未观察到孔隙；6.断层滑移面都具有较低的摩擦系数；7.控制断层滑动弱化的机制是颗粒边界滑移(“超塑性”)。所以我们提出,浅源地震和深源地震在断层滑动过程中在断层面都会形成纳米级物质,并以超塑性变形(颗粒边界滑移)为主,这有可能是地震的滑动弱化机制,研究结果表明浅源地震和深源地震可能具有相一致的断层弱化机制。(2)前人的研究表明镁锗橄榄石的尖晶石相具有较低的流变强度,其主导变形机制为超塑性滑动或者颗粒边界滑动,主要原因在于实验变形中尖晶石相的颗粒度较小。本研究以MgO和Ge02为起始物质合成镁锗橄榄石尖晶石相,克服了之前由镁锗橄榄石相变合成尖晶石相颗粒度较小的困难。氧化物合成样品的平均颗粒度在20-50μm,确保样品主导变形机制在位错蠕变域。我们通过系统的高温高压实验研究初步确定了镁锗橄榄石尖晶石相在位错蠕变域的流变学参数：应力指数为n=3.1±0.4,材料结构常数A=(1.7±2.6)×10-5,活化能Q=205±30 KJ/mol,流变律为ε=10-4.77 σ3.1 exp(-205/RT),通过对比镁锗橄榄石流变强度,结果表明：1)在相同的温度条件下镁锗橄榄石尖晶石相的流变学强度是镁锗橄榄石流变学强度的2-3倍；2)变形实验样品的显微构造中并未观察到明显的颗粒拉长的现象,这同其具有尖晶石相结构相关,同时可能由于颗粒边界存在动态重结晶引起的；3)尖晶石相的流变学强度强于橄榄石相的流变学强度表明俯冲板片在俯冲进入地幔转换带之后,其流变强度会增加。依据大地水准面模型对俯冲带粘滞性的研究结果表明俯冲带顶部或者底部有可能存在粘滞性弱的层,这些结论的获取是基于对地球物理观测结果的反演。由于地球物理反演具有多解性,本实验研究结果可以对地球物理的观测结果进行实验约束。橄榄石通过俯冲板片进入地幔转换带之后,其流变强度增加,所以在～410km形成低粘滞层的可能性较小,除非是在含水条件下。地幔转换带底部的主要组成矿物是林伍德石和超硅石榴石。随着俯冲物质带入下地幔,则会造成下地幔物质的上涌,由于perovskite+ ferropericlase→ringwoodite+/-garnet的反应是放热反应,放热相变反应会产生细粒的反应产物。那么在地幔转换带底部就会形成一层由细粒的林伍德石和石榴石组成的与下地幔分界的物质,这可以合理解释地球物理观测结果在转换带底部存在弱粘滞性层的现象。(3)我们对实验合成的镁锗橄榄石尖晶石相在高温高压条件下进行剪切变形实验,对剪切实验样品进行了晶格优选方位电子背散射衍射(EBSD)初步研究。研究结果表明镁锗橄榄石尖晶石相组构优选方位显示近随机分布特征,这同前人实验对于立方晶系矿物的研究结果基本一致。在剪切实验样品中并未观察到镁锗橄榄石尖晶石相颗粒拉长和压扁现象,同时在对其显微构造的观察中,观察到样品发生了动态重结晶。结合EBSD测量的变形组构特征和林伍德石的弹性常数,其结果表明镁锗橄榄石尖晶石相显示较低的地震波各向异性,因此林伍德石属于地震波近各向同性矿物。可以认为林伍德石在塑性变形条件下形成的晶格优选方位不是造成地幔转换带520-670km地震波各向异性的主要因素。(4)地震波各向异性的产生主要是由于塑性变形形成的晶格优选方位和岩石的定向排列形成的形态优选方位导致的。前人的研究主要集中在塑性变形形成晶格优选方位的影响,但形态优选方位成层结构对地震波性质影响的研究较少。本研究还讨论了成层结构对地震波性质的影响。我们以蛇纹石化橄榄岩为主要研究对象,讨论了成层结构对其地震波性质的影响,同时对天然蛇纹石化橄榄岩中橄榄石(01)向叶蛇纹石(ant)转变过程中,其组构及其地震波性质进行了系统研究。研究结果表明：1)未变形区域蛇纹石和橄榄石变形组构之间存在拓扑关系,(001)ant//(100)01或者(001)ant//(001),说明在静态或低应力条件下,俯冲板片脱水同上地幔橄榄石反应形成的蛇纹石会继承橄榄石的变形组构；2)随着蛇纹石含量的增加,橄榄岩地震波速度会发生明显的降低,同时其地震波各向异性会明显增加。对比在实验室高温高压条件下不同蛇纹石化比例橄榄岩的地震波速度,我们的研究结果表明当蛇纹石含量达到～20%时的地震波速度同地球物理观测到的俯冲带地幔楔地震波速度差别不大,说明现有的俯冲带中蛇纹石含量约为20%左右,我们计算了20%含量条件下的蛇纹石化橄榄岩的地震波性质,结果表明快波极化方向在蛇纹石含量达到20%时发生了偏转,其快波的极化方向由垂直海沟的方向向平行海沟的方向转变；3)我们模拟计算了蛇纹石层状结构的地震波性质,计算结果表明塑性变形形成的晶格优选方位是造成俯冲带地震波各向影响的主要因素,同时成层结构会增加其地震波各向异性。