马麦宁，张吉凯，韩林，张雨心，张璘翼

(中国科学院大学地球与行星科学学院 中国科学院计算地球动力学重点实验室， 北京 100049)

辉石(pyroxene)主要存在于地壳与上地幔中，是大部分镁铁质到超镁铁质火成岩和高级变质岩中的重要组成矿物，同时也是上地幔中除橄榄石以外含量最多的矿物[1-3]。因此，对辉石物性的研究有助于更好地理解地球深部的物质组成和地震波速异常及动力学过程等。

目前，国际上对地球深部矿物物性的研究主要有两种方式：一种是高温高压实验，就是利用各种静态超高压实验设备，包括大腔体高压装置和金刚石压腔装置，并与超声、X射线衍射、红外和拉曼等多种谱学测量方法相结合，进行矿物物性原位测试[2,4-6]；另一种就是理论计算，主要是基于第一性原理(first principle)、分子动力学(molecular dynamics)和密度泛函理论(density functional theory)等，对矿物在温压下的物性进行模拟研究[3]。实验不可能完成所有材料在任意温压范围的物性测试，而理论计算可以弥补这个不足。理论计算能够提供从微观到宏观多尺度时空范围内的研究手段，是很多地球科学分支之间的纽带和桥梁[7]。随着计算机软硬件的不断发展，理论计算在矿物物性研究中的作用越来越大，越来越多的研究者开始从事矿物物理计算研究。

辉石是上地幔中含量第二的矿物，前人的研究显示辉石的高压结构非常复杂，其中斜方辉石在高压下可能存在Pbca、P21/c、C2/c和P21ca等4种结构相[8-18]。但前人的研究多注重于晶体结构和相变，缺少对每种结构相的弹性波速的理论研究。……