大陆地壳富硅富铝，主要由长石、石英、云母及铝硅酸盐（比如蓝晶石）等组成，其中长石约占陆壳总质量的60％。在陆陆碰撞造山过程中，陆壳物质经俯冲带的深俯冲作用进入地球深部，重新经历高温高压环境，因此陆壳中富硅富铝的矿物相在高温高压条件下的物理化学性质及相行为尤为重要，将会直接影响整个地球的动力学演化过程，包括碱金属元素的循环、深俯冲板块的命运、碰撞造山带中的岩浆岩成因等。　　研究高压矿物的物理化学性质与相行为的方法和手段日趋多样化，主要包括以下三种方法:(1)传统的高温高压实验技术。利用高压设备模拟地球内部的温压条件，控制实验的温度、压力、化学成分及反应平衡状态，从而研究岩石组成物质的物理化学性质及相互作用。该技术已被广泛应用于实验岩石学领域。(2)传统的热力学计算方法。在获得矿物的基本热力学参数和弹性参数（如熵、焓、热容、热膨胀系数、体弹模量等）的基础上，利用反应平衡时体系的吉布斯自由能变化值为零的判据，计算矿物反应的温度压力关系。(3)理论模拟计算方法。用量子力学的物理方法模拟晶体结构中原子、原子核与电子间的相互作用，从而研究晶体的物理特性和热力学性质。这种基于量子力学的第一性原理方法已经被成功地应用到复杂的矿物结构体系，并为研究地球深部物质的性质和状态提供了新机遇。高温高压实验、热力学计算和第一性原理计算三种研究方法，相辅相成，彼此验证。　　本学位论文以钾长石(Or)、钠长石(Ab)及相关高压相为研究对象，利用高温高压实验、热力学计算、第一性原理计算等多种研究手段，通过实验和理论结合的方法，得到了钾长石成分的高温高压相行为。钾长石成分在约6-9 GPa压力范围内，分解为K2Si4O9（钾钙板锆石;Wd-K2Si4O9）+蓝晶石(Ky)+柯石英(Coe)/斯石英(St)三相组合，在约9 GPa，这三种矿物将会结合生成KAlSi3O8-Holl-Ⅰ（K-锰钡矿，Holl-Ⅰ）。针对上地幔富钾矿物相之一，Wd-K2Si4O9，我们对它的弹性性质、光学振动特性、热力学性质做了系统而详细地研究，并将这些参数应用到钾长石成分的高温高压相变的热力学计算中。在Wd-K2Si4O9性质及钾长石高压相变的研究基础上，我们又引申到另外两个紧密相关的研究领域:(1)碱性长石成分在3-7 GPa压力下的相行为。通过与地幔橄榄岩的密度进行比较，讨论其深俯冲的可行性及俯冲深度问题。同时，对其部分熔融行为和元素在矿物与熔体中的分异行为也进行了研究，并讨论了部分熔融行为与碰撞造山带中的岩浆岩成因之间的关系;(2)硅酸盐矿物族(A2BSi3O9，A=K，Rb，Cs;B=Si，Ge，Ti，Zr)中的富钾矿物K2ZrSi3O9和K2TiSi3O9在2 GPa压力下的相行为。主要的研究成果包括如下几个方面:　　(1)利用六面顶大压机在5.4 GPa和900℃的条件下合成了Wd-K2Si4O9相。通过原位高温粉末X射线衍射实验（温度范围为25-600℃），获得了Wd-K2Si4O9相的热膨胀系数αT=a0+ a1T，其中，a0=2.47(21)×10-5 K-1，a1=1.45(36)×10-8K-2。通过X射线同步辐射结合金刚石压腔的技术研究了Wd-K2Si4O9相在常压到10.40 GPa压力范围内的状态方程，计算得到其体弹模量KT=97(3) GPa，KT=4;V0=360.55(9)(A)3。在获得了这些实验数据的基础上，利用热力学计算的方法得到了钾长石成分的高压反应相边界，并与前人实验所得到的P-T关系进行了对比，结果非常吻合。　　(2)采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对Wd-K2Si4O9相的振动模式进行了计算，并对它的拉曼和红外振动峰进行了指认。基于计算所得的振动态密度(VDoS)，我们得到了Wd-K2Si4O9相的等压热容(CP)和振动熵（So298），其中，CP(T)=469.4(6)-2.90(2)×103T0.5-9.5(2)×106T2+1.36(3)×109T3（温度范围为298-1000 K），So298=250.4 J mol-1 K-1。同时，我们也基于传统的Kieffer晶格振动模型，使用Wd-K2Si4O9相的拉曼和红外数据构建了振动态密度(VDoS)，并计算得到了Wd-K2Si4O9相的相关热力学数据:等压热容为CP（T）=475.9(6)-3.15(2)×103T0.5-8.8(2)×106T-2+1.31(3)×109T3(温度范围为298-1000 K)，振动熵为So298=249.5(4.0)J mol-1 K-1。通过以上两种方法计算得到的热力学数据基本一致，并与前人的量热实验结果吻合。　　(3)以不同成分的碱性长石Ab0.2Or0.8，Ab0.4Or0.6，Ab0.6Or0.4和Ab0.8Or0.2为出发物，利用六面顶大压机在3-7 GPa，900-1600℃的温压条件下，系统地研究了碱性长石成分的高温高压相行为及部分熔融行为。　　在3-6 GPa压力下，碱性长石成分相变生成透长石(San)+硬玉(Ky)+柯石英(Coe)相组合。随着压力的增加，透长石中Na/(Na+K)的比例减小，从3 GPa下的0.11减少到5 GPa下的0.04，Na在透长石中的含量逐渐降低，直至完全进入硬玉相。在7 GPa压力下，碱性长石成分相变生成Wd-K2Si4O9(Wd)+蓝晶石(Ky)+硬玉(Jd)+柯石英(Coe)相组合。由于Wd-K2Si4O9相的晶体结构原因，Na无法进入该矿物相。结合计算得到的钾长石成分的P-T相边界，我们推断在约9 GPa压力下，碱性长石相变生成KAlSi3O8-Holl-Ⅰ(Holl-Ⅰ)+硬玉(Jd)+斯石英(St)相组合。根据固相线下相组合的变化情况，我们计算了不同的碱性长石成分沿三条地温梯度（冷俯冲、热俯冲、一般地幔）的密度剖面。结果表明，无论是何种成分的碱性长石，在俯冲初期，其高压相组合的密度是小于周围地幔橄榄岩的密度，只能通过洋壳拖拽而进入地球内部;直至在300-350公里左右，碱性长石相变生成的相组合的密度才大于周围的地幔橄榄岩的密度，从而可以主动俯冲;但是，这些高压相基本只能停留在地幔转换带，而很难像洋壳俯冲一样，继续俯冲至下地幔。　　在7 GPa（大约200-250公里）压力下，1300℃时，碱性长石成分相变并发生部分熔融，富含钾的矿物相Wd-K2Si4O9第一个消失，生成熔体(Melt)+蓝晶石(Ky)+硬玉(Jd)+柯石英(Coe)相组合。根据熔体成分，我们计算得到1300℃下的熔融反应方程为:0.58 Wd+0.22 Ky+0.16 Coe+0.05 Jd→1 Melt。形成的熔体富Si和K，贫Na和Al。随着温度的升高，熔体中SiO2含量以及K2O/Na2O比值均减少，同时Al2O3含量增加。因此，在碱性长石的深俯冲过程中，生成的矿物相组合在深度约200-250公里处发生部分熔融，形成熔体中的K富集过程，从而生成富钾火山岩源区，这对解释陆陆碰撞后富钾岩浆岩在造山带中普遍分布的现象有一定的启示作用。　　(4)利用活塞-圆筒装置在2 GPa，1200-1400℃的温压条件下，合成了成分为K2ZrxTi1-xSi3O9(x=0，0.11，0.27，0.51，0.65，0.87，1)的固溶体。通过单晶X射线衍射分析，K2ZrxTi1-xSi3O9固溶体的晶体空间群均为P63/m，晶胞参数a，c和V随着成分x的增大而增大，但是明显偏离Vegard定律。这说明该固溶体体系为非理想固溶体。因此，在计算该体系的热力学性质（如标准熵、标准反应生成焓、吉布斯自由能等）的时候，需按非理想固溶体处理。　　从激光拉曼光谱可以看出，K2ZrxTi1-xSi3O9固溶体的拉曼振动峰主要由三部分组成:在50-300 cm-1范围内，振动峰主要是由于Ti，Zr，K等原子在晶格中的平移、Si3O9环的平动和转动所引起的。振动峰频率均随着x的增大呈线性减少的趋势，这主要是由于ZrⅥ的离子半径和质量均大于TiⅥ的缘故。在300-800 cm-1内，振动峰主要由Si3O9环中的Si-O1-Si键和O1-Si-O1的弯曲振动所引起的，拉曼峰频率随着x的增大呈线性增大或者减少的趋势，这与具体的Si-O1键的键长和键角的变化情况有关;在800-1200 cm-1内，振动峰主要是由Si3O9环中的Si-O2键的伸缩振动所引起的，拉曼峰频率随着x的增大呈线性增大的趋势，这是由K2ZrSi3O9和K2TiSi3O9晶体结构中的Si-O2键的长短决定的。