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H相是一种致密含水镁硅酸盐矿物,对水在地幔中的传输及赋存形态有重要意义。本文基于密度泛函理论,使用第一性原理模拟方法,对高压下H相的结构、弹性以及拉曼性质进行研究;分析了结构中氢键对称化特征,探讨了 H相在地幔中的赋存及对地幔波速异常的意义。研究主要成果如下:1.基于前人的理论计算和实验观测成果,提出H相的两种可能结构,分别是P2/m和Pm对称型结构。两者的主要区别在于在P2/m结构中氢原子位于对应的两个氧原子中央,而Pm结构中氢原子偏向一侧。在低压力下(<30GPa),两种对称型结构的晶胞参数有明显区别;随着压力增大,结构中的氢键对称化,Pm结构在～30GPa时转变为P2/m结构。对Pm和P2/m结构进行三阶Birch-Murnaghan拟合,得到两者的在0GPa下体积模量、体积模量对压力的一阶导数以及晶胞体积分别是156.2和177.9GPa、4.40和4.18、59.3和58.4 A3。2.根据应力和应变之间的关系,计算了0至100GPa下H相两种结构的弹性常数、体积模量和剪切模量、横波波速和纵波波速,探讨了 D相、H相和δ-AlOOH相之间的相变关系,同时分析了 H相的地震波各向异性随压力的变化规律。在0至30GPa时,Pm结构的体积模量、剪切模量、纵波波速及横波波速都小于P2/m结构的。压力高于30GPa后,两种结构的弹性性质十分接近。H相各向异性随着压力的提升而增大,且Pm结构较P2/m结构的各向异性更加强烈。D相、H相和δ-AlOOH相的密度及波速变化趋势侧面反映出三者在地幔压力条件下的相变关系:D相在40至50GPa下转变为H相,H相和δ-AlOOH相在更高的压力下形成固溶体。各向异性结果表明,H相可能是是下地幔超低速带及大型低剪切速度区形成的重要原因。3.密度泛函微扰理论及因子群分析方法结合研究的结果表明,H相的振动及拉曼性质。Pm和P2/m结构的拉曼活性振动模式可以分别表示为:[Raman=14A’+7A"和[Raman = 4Ag + 2Bg。在OGPa下,P2/m结构和Pm结构的拉曼活性振动模式分别有6组合21组;随着压力的增加,在30GPa下Pm结构中具有拉曼活性的振动模式缩减到6组,分别为:A549、A560、A725、A834、A941和A1040。可视化分析表明,氢键的对称化禁锢了氢原子的自由振动,也是Pm结构中和氢原子相关的具拉曼活性的振动模式消失的原因。在0至100GPa下,P2/m结构的拉曼振动频率的偏移和压力呈线性相关;而Pm结构的拉曼振动频率的偏移和压力的关系可分为两个阶段,在0至20GPa下的偏移率明显大于在25至100GPa下的偏移率。