地幔转换带是地球深部研究的重要对象，对于认识地幔的物质组成，结构以及状态和上下地幔的相互作用具有重要意义。自上世纪60年代以来高温高压实验技术的提高，其在地球深部研究中越来越受到重视，我国在近年来也已开始开展相关的研究工作。　　 利用先进的现代高温高压实验技术，地球科学家开展了系统的地幔相变实验。目前对地幔中的Mg2SiO4-Fe2SiO4(橄榄石)体系的相变研究已经非常成熟，另外对MgSiO3(辉石)体系的相关系也比较明确。在上地幔大约410km深度和～13.5GPa压力条件下，橄榄石转变为具更高波速和更高密度的瓦兹利石，该相变标志着转换带的开始。随深度增加至大约520km深度和～18GPa压力条件下，瓦兹利石转变为林伍德石。在大约660kin深度和～23.5GPa压力条件下，林伍德石分解成(Mg，Fe)SiOs钙钛矿和镁方铁矿(magnesiowüstite，亦称ferropericlase，铁方镁石)，该相变则标志着下地幔的开始。辉石随着压力增加，在低温下逐渐转变成瓦兹利石+斯石英组合，林伍德石+斯石英组合，秋本石(akimotoite，钛铁矿相矿物)和钙钛矿，在高温下转变成超硅石榴石(majorite garnet)，最后逐渐转变成钙钛矿。　　 橄榄石和辉石是上地幔中含量最高的两种矿物，也是方辉橄榄岩的主要成分。根据Ringwood等建立的模型，大洋岩石圈主要是由上部玄武质洋壳，中部方辉橄榄岩层及下部二辉橄榄岩三部分构成，其中方辉橄榄岩是由82％撤榄石和18％辉石所组成。地球物理层析成像研究也表明，在地幔转换带中存在着滞留的具有方辉橄榄岩成分的深俯冲洋壳板片。因此，橄榄石和辉石的相变对于方辉橄榄岩在地球深部的相变行为具有重要作用，同时也影响着大洋俯冲板块的动力学行为。　　 前人的高温高压相变实验主要是针对含Mg端元体系，对于含Fe端元体系的相变研究则相对薄弱。方辉橄榄岩中橄榄石相变研究资料已经非常丰富，但是对于(Mg，Fe)SiO3体系的相关系，目前仅有很有限的实验数据能用来确定(Mg，Fe)SiO3秋本石和超硅石榴石等矿物相的稳定域。而在真实地幔中，无论是橄榄石还是辉石都含有一定量的Fe元素，Fe元素对于矿物在高温高压条件下的稳定域可能具有重要影响。　　 方辉橄榄岩和玄武质洋壳(MORB)对于大洋板块的深俯冲命运具有决定作用，也是目前地球深部研究的热点问题之一。地球物理层析技术研究表明，地幔转换带和下地幔中均有可能含有深俯冲的古板块物质，这些滞留在转换带和下地幔中的残余板块，也是造成地幔不均一性的重要原因之一。近年来发现地幔转换带底部660kin不连续面的分裂，也可能与滞留在转换带底部的残余板块有关。因此，研究方辉橄榄岩中矿物的相变，有助于我们认识方辉橄榄岩的相变以及相伴随的深部地球动力学过程，对于了解地幔转换带，尤其是地幔转换带底部的化学成分具有重要意义。　　 本研究以方辉橄榄岩中辉石的代表性成分(Mg0.93，Fe0.07)SiO3为起始材料，在18-24GPa、1500℃条件下，研究其相关系，确定矿物相的稳定域和相边界。同时在装置中放入用来作对比和内压标的MgSiO3和Mg2SiO4样品。利用Raman光谱、X光衍射仪确定矿物相，利用场发射扫描电镜(FE-SEM)对实验样品的颗粒分布和微观结构进行分析。所有的实验及分析测试工作在日本爱媛大学地球动力学研究中心高温高压实验室完成，并取得了较可靠的数据结果。　　 实验结果表明：　　 (1)在MgSiO3中，辉石在18.7 GPa条件下稳定存在；随着压力升高至19.4 GPa，观测到出现瓦兹利石+斯石英组合(低温端为林伍德石+斯石英组合)，与少量秋本石共存；林伍德石在19.9 GPa时消失，而秋本石成为主要的矿物相；秋本石具有大约3 GPa的稳定域，至22.8 GPa时开始向钙钛矿转变；在22.9 GPa以上的压力条件下秋本石消失而仅有钙钛矿存在。　　 (2)在(Mg0.93，Fe0.07)SiO3中，辉石在18.7 GPa条件下也可稳定存在；从19.4 GPa至19.9 GPa可观测到瓦兹利石+斯石英组合(低温端为林伍德石+斯石英组合)；林伍德石+斯石英组合作为主要的矿物相可稳定至22.8 GPa；仅在22.8 GPa条件下发现少量秋本石的稳定存在；在22.9 GPa以上压力条件下秋本石完全转变成钙钛矿。　　 (3)在Mg2SiO4中，瓦兹利石在18.7 GPa至20.4 GPa条件下稳定存在；林伍德石则在20.8 GPa至23.1 GPa条件下保持稳定；但在22.9 GPa及更高压力条件下在靠近加热管的位置，由于后尖晶石相变具有负克拉伯龙斜率(Clapeyron slope)，部分林伍德石已转变成钙钛矿+方镁石组合。　　 实验结果表明，Fe元素对矿物稳定域具有重要影响。对比(Mg0.93，Fe0.07)SiO3和MgSiO3相关系发现，林伍德石+斯石英组合和秋本石稳定域变化极大，在～20 GPa至22.8 GPa条件下，MgSiO3中秋本石的稳定域几乎被(Mg0.93，Fe0.07)SiO3中林伍德石+斯石英组合所替代。但是Fe元素并不影响辉石向瓦兹利石+斯石英转变的压力以及秋本石-钙钛矿转变压力。秋本石-钙钛矿相变压力要低于后尖晶石相变压力。　　 本研究也表明，在含Fe体系中，秋本石的稳定域(<0.5 GPa)要明显低于纯Mg端元MgSiO3的稳定域，考虑到秋本石(钛铁矿相)在俯冲板块方辉橄榄岩中的体积比例也相对很低，因此，与秋本石相关的相变(如石榴石-秋本石相变，秋本石.钙钛矿相变)，并不能形成地幔转换带中任何不连续面，也不能解释转换带底部附近660kin不连续面分裂所产生的多个不连续面。