本文采用高压原位同步辐射X射线衍射(角散和能散)、激光加温高温高压原位同步辐射X射线衍射(能散)、高压拉曼光谱、高温拉曼光谱和激光加温高温高压拉曼光谱等目前国际高压科学研究最先进的多种实验技术,对地幔过渡带矿物橄榄石、顽火辉石和镁铝榴石,以及硫酸盐矿物硫酸钙、硫酸锶等典型矿物进行了较为系统地高温高压极端条件下的结构、相变、P-V-T状态方程、Mode-Grüneisen参数、弹性性质、晶格振动的非简谐效应等方面的研究。天然顽火斜方辉石的激光加温高温高压(23GPa,2000K)原位同步辐射X射线衍射的研究结果,为解释地幔中存在的两个地震波不连续界面是由于橄榄石、顽火斜方辉石等矿物的相变引起的这一地学界争议多年的问题提供了新的高温高压实验证据;得到了镁铝榴石和橄榄石的的等温状态方程;给出了铝榴石的Mode-Grüneisen参数。建立了超高温高压条件下矿物原位拉曼光谱测量新技术,利用这项技术发现CaSO4在34GPa,2000K的超高温高压条件下发生了结构相变,该高压新相一直保持到53.5 GPa,1800K;获得了SrSO4在31.4GPa,1370K和1470K下的原位拉曼光谱,发现SrSO4在31.4GPa,3500K条件下拉曼光谱发生明显的变化,与相变后的CaSO4的拉曼光谱及其相似,推测可能为同一种结构。该工作为扩展A2+B6+O4型化合物的相图提供了重要的实验数据;该技术的建立为超高温高压下离子结构单元特征的Raman光谱研究提供了实验支撑,是重要的技术创新。上述实验结果为地球物理观测资料的解释和建立地幔过渡带物质分布精细结构及界面物质状态特征模型的建立提供了新的高压及高温高压实验数据。