地震学观测数据是我们了解地球内部结构的重要依据。而高温高压矿物学实验给出的矿物的密度、波速、相变等信息对我们理解下地幔的速度密度变化和异常也有十分重要的作用。在本文中,我们利用激光加热的金刚石对顶砧结合同步辐射X射线衍射技术探究了下地幔与下地幔俯冲洋中脊玄武岩中的几种重要矿物的结构相变以及热力学状态方程。我们首先通过对下地幔中含量第三的CaSiO3钙钛矿的热力学状态方程的测量,结合布里基曼石和铁方镁石的文献调研得到了下地幔地幔岩模型成分的密度与体波波速数据与PREM模型最为吻合。继而,通过对富Fe布里基曼石结构相变与状态方程的研究,我们给出了下地幔D"层速度不连续面的多种形式的可能来源。最后,我们探究了SiO2的相变和状态方程,并对其在俯冲板片附近可能带来的速度异常进行了讨论。我们的结果为下地幔多种主要矿物的热力学状态方程提供了更好的约束,也为下地幔的物质组成和速度异常的研究提供了更好的支持。CaSiO3钙钛矿是下地幔中含量第三的矿物,在俯冲洋中脊玄武岩中含量更达到了22-25%。本文中,我们首先在24至156 GPa,最高达到2600 K的范围内拟合了 CaSiO3钙钛矿的热力学状态方程。同时,我们统一了其他两种主要成分（布里基曼石和铁方镁石）在不同研究中的压标,得到了成分变化两者状态方程的影响。在考虑了铁方镁石自旋转变的前提下,我们建立了下地幔地幔岩模型与球粒陨石模型的密度、体波波速以及dlnρ/dlnVΦ的剖面模型。我们发现,含有75%的布里基曼石、17%的铁方镁石以及8%的CaSiO3钙钛矿的地幔岩模型的速度密度性质与地震学PREM模型最为吻合。并且,在布里基曼石和铁方镁石比例不变的情况下,CaSiO3钙钛矿的含量并不会对下地幔密度和体波波速产生明显的影响。但是由于铁自旋转变的存在,铁方镁石含量微小的变化也会反映在dlnρ/dlnVΦ的变化中。而后我们又在高达203 GPa的压强范围内验证了CaSiO3钙钛矿立方晶型和四方晶型的稳定性。同时,我们重新确定了四方晶型CaSiO3钙钛矿的结构与状态方程——这对我们理解包含CaSiO3钙钛矿的金刚石包裹体的形成条件非常重要。继而,我们探究了下地幔中含量最多的布里基曼石-后钙钛矿系统的相界和状态方程。在55至202 GPa,最高达到3000 K的范围内,我们测量了富Fe的Mg0.735Fe0.21Al0.07Si0.965O3样品的相关性质。我们的结果显示,Fe和Al的加入会在2200 K的温度下存在一个宽达26 GPa（410 km）的共存区间,并且将相变开始的位置提前到98 GPa（2000 K）。并且,与Al的影响相反,Fe含量的增加会降低布里基曼石向后钙钛矿相变过程中的密度和体波波速变化。而根据我们的结果,为了达到地震学研究中观测到的D"层不连续面的深度和形式的变化,下地幔底部必须处于强烈的横向的温度和成分不均一中。由于宽阔的共存区间,在布里基曼石成分为Mg0.9Fe0.1Al0.1Si0.9O3的平均地幔中,相变产生的速度和密度变化都十分平滑,难以被观测到。而在俯冲板片附近的富Fe地幔中,D"层不连续面会表现出明显的速度梯度的变化,这与地震学在东阿拉斯加下方观测到的结果十分吻合。只有在贫Fe、A1的地幔中,才能观测经典的剪切波速的突变。最后,我们测量了在下地幔俯冲板片中含量达到22-25%的SiO2的相关性质。我们在55至147 GPa之间,最高温度达到3500 K的范围内探究了SiO2在下地幔条件下的两个高压相——CaCl2相和α-PbO2结构的SiO2的相界和状态方程。结合之前的研究成果,我们认为在108-130 GPa范围内2000 K以上与CaC12相共同存在的α-PbO2结构的SiO2应当处于亚稳态。而无论利用不定型态SiO2还是CaC12相SiC2作为其实样品,稳定的单相α-PbO2结构的SiO2都会在132-136 GPa,1400K左右的条件下产生。CaCl2相和α-PbO2结构的SiO2的相界经过132 GPa,2000 K,克拉伯龙斜率为6.8 MPa/K。在地质学的时间尺度中,CaCl2相SiO2应当为纯SiO2系统在下地幔底部的主要存在形式;而除非是在极冷的俯冲板片中,否则α-PbO2结构的SiO2基本不会出现在下地幔中。而利用已知的SiO2各相的热力学状态方程,我们发现自斯石英至CaCl2相SiO2的相变不会带来密度变化,但是会给体波波速带来～10%的降低。考虑到SiO2在俯冲洋中脊玄武岩中的含量,我们认为这个相变在整个系统中带来的速度异常约为～2%,而这和地震学在1400-1800 km深度观测到的异常是可以对应上的。利用高温高压的实验结果,本文模拟得到了下地幔和俯冲板片不同成分与组合在不同条件下的速度密度模型。与地震学的结果结合,本文为下地幔中存在的速度密度异常与整体成分给出了可能的解释。