在过去,除了 D”层外,地球的下地幔被认为是均一的,随着地震技术的发展,地震学通过高分辨率的层析成像技术和对不同散射波的分析等方法,对下地幔的三维波速结构得到了更清晰的认识,发现整个下地幔存在广泛的不同尺度的不均一性,其中有大小为几公里尺度的小尺度地震散射体和尺寸达到上千公里的大低速省（Large Low Shear Velocity Provinces,LLSVPs）。对于小尺度地震散射体,很多是在俯冲区域附近,尺寸和俯冲洋壳的大小接近,而俯冲洋壳具有和地幔岩不同的矿物成分,所以被认为是这些散射体的一个主要来源,但是洋壳在下地幔温度压力下的波速和密度信息仍然未知;对于LLSVPs,还不知道其矿物化学结构和温度结构,对其到底是热异常和热化学异常还存在争议。首先,本文利用第一性原理得到钙铁结构相（calcium ferrite-type phase,CF相）NaAlSiO4、MgAl2O4和Mg0.75Fe0.25Al2O4在下地幔温压条件下的热弹性性质、密度,结合对洋壳其它成分的高温压弹性研究,得到了洋壳在不同地温曲线下的波速和密度,然后和PREM模型进行了对比。研究发现俯冲下去的洋壳在斯石英到氯化钙类型的硅酸岩的相变区间深度表现出很大的剪切波低速异常,这和下地幔中部的散射体特征非常一致。在硅酸岩相变结束后,洋壳的波速比周围地幔要高,即使是其温度比周围地幔高1000 K的情况下也是如此,这排除了LLSVPs主要起源于俯冲下去的洋壳的可能性。俯冲下去的洋壳的堆积能解释地震层析成像发现下地幔的较大的高波速异常（2%）不均一性。洋壳导致的不均一性显然是对深度非常敏感的,这表明地震散射体研究中采用的和深度无关的随机介质模型需要重新考虑。本研究强烈支持洋壳在下地幔中的存在,这对解释俯冲板片和下地幔的相互作用、地幔对流的强度和深部地幔的地球化学特征具有重要意义。然后,本文利用布里奇曼石、铁方镁石、钙钙钛矿、后钙钛矿的高温高压弹性数据,结合地震层析成像模型,通过马尔科夫链门蒙特卡罗抽样方法反演得到了下地幔800 km-2800 km的三维成分结构、温度结构和密度结构。根据反演的结果,下地幔比上地幔更加富硅,说明下地幔和上地幔和化学成分不同,另外地幔的一维平均温度要比布朗地温曲线要高。本研究得到的LLSVPs是温度比周围地幔高、富集布里奇曼石和铁的热化学异常,对于GyPSUM层析成像模型,在2800 km深度,LLSVPs温度比周围地幔高～300 K,成分上,LLSVPs 比周围地幔更富含铁和布里奇曼石,布里奇曼石的含量要比周围高很多,而后钙钛矿则要小很多。LLSVPs的S波异常大部分来自成分的贡献（～75%）,至于P波的异常,对于太平洋LLSVP,成分贡献稍微大于温度贡献,而对于非洲LLSVP,则是温度贡献略大。如果温度和周围地幔一样,LLSVPs的密度比周围地幔大略小于1%,根据地球动力学的研究,这表明LLSVPs能在地质时间尺度上能保持稳定的存在,高度也会满足地震的观测结果,同时顶部应该会表现出穹顶状。