Рабочая программа учебной дисциплины физико-химическое моделирование процессов Специальность: 130101 Прикладная геология



Скачать 148.86 Kb.
Дата01.01.2013
Размер148.86 Kb.
ТипРабочая программа


ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»





Согласовано
_____________________________

Руководитель направления подготовки специалистов 130101,

зав. кафедрой МКП Ю.Б. Марин


Утверждаю
___________________________

Зав. кафедрой МКП

профессор Марин Ю.Б.


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Физико-химическое моделирование процессов
Специальность: 130101 Прикладная геология

Специализация: Прикладная геохимия, петрология, минералогия

Квалификация (степень) выпускника: специалист

Составитель: доцент кафедрой МКП Гульбин Ю.Л.

Санкт-Петербург

2012

1. Цели и задачи дисциплины:

Большую роль в геологической науке играют исследования процессов, протекающих на поверхности Земли и в её верхних оболочках. Познание этих процессов способствует лучшему пониманию закономерностей геологической эволюции, расширяет и углубляет существующие представления о генезисе геологических явлений, помогает практическому освоению богатств земных недр. Будучи недоступными для непосредственного (экспериментального) изучения, геологические процессы успешно анализируются с помощью методов физической химии и термодинамики. В результате их применения разрабатываются физико-химические модели, позволяющие на количественной основе, с учётом данных геологических наблюдений, выявлять движущие силы, определять направленность, условия, а также механизмы процессов магматизма, метаморфизма и рудообразования в земной коре и верхней мантии.

Цель преподавания дисциплины – познакомить студентов с теоретическими основами физико-химического описания процессов образования минералов, горных пород и руд и сформировать у них представление о методах термодинамического моделирования в минералогии и петрологии.

Задачи дисциплины: помочь студентам освоить базовые принципы моделирования, научить их самостоятельно выполнять термодинамические расчеты реакций минералообразования, привить им навыки построения и анализа физико-химических диаграмм, научить интерпретировать полученные результаты и применять их для решения тех или иных геологических задач.

2. Место дисциплины в структуре ООП:
Факультативный курс «Физико-химическое моделирование процессов» входит в состав дисциплин профессионального цикла специальности «Прикладная геология» специализации «Прикладная геохимия, петрология, минералогия» и изучается студентами данной специальности в течение 5 семестра после прохождения курсов «Математика», «Физика», «Химия», «Общая геология», «Кристаллохимия», «Минералогия».

Для освоения дисциплины обучающийся должен обладать устойчивыми знаниями по дисциплинам математического и естественнонаучного цикла (математике, физике, химии, общей геологии, кристаллохимии) и профессионального цикла (минералогии).
3. Требования к результатам освоения дисциплины:

    Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

    ОК-1, ОК-2, ОК-21, ПК-2, ПК-4, ПК-6, ПК-8, ПК-21, ПК-22, ПК-23, ПК-24, ПСК-4.4.

В результате изучения дисциплины студент должен:

    Знать: базовые принципы термодинамического анализа минеральных систем (принцип минимума свободной энергии, принцип Ле-Шателье, принцип фазового соответствия, принцип дифференциальной подвижности компонентов, правило фаз, правило Скрейнемакерса); основные методы моделирования равновесий (метод термодинамических потенциалов, методы парагенетических диаграмм для закрытых и открытых систем, метод минеральной термобарометрии), виды физико-химических моделей (модели идеальных и неидальных минеральных твердых растворов, модели равновесной и фракционной эвтектической кристаллизации).

    Уметь: рассчитывать тепловые и энтропийные эффекты реакций минералообразования, а также приращение изобарного потенциала в ходе протекания фазовых реакций на основе таблиц термодинамических констант минералов, жидких и газообразных веществ; рассчитывать минальный состав минеральных твердых растворов на основе данных химического анализа и оценивать температуру и давление равновесий с помощью минеральных геотермометров и термобарометров; строить и анализировать физико-химические диаграммы (PT диаграммы для твёрдофазовых реакций и реакций, протекающих с участием газовых растворов; диаграммы гетерогенных равновесий в координатах активностей компонентов водных растворов; тройные диаграммы состав-парагенезис, пучковые диаграммы, диаграммы плавкости).

    Владеть: приемами и навыками постановки и решения геологических задач с помощью методов физико-химического моделирования.



4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы.

Вид учебной работы

Всего часов

Семестры

5










Аудиторные занятия (всего)

34

34










В том числе:
















Лекции

17

17










Практические занятия (ПЗ)

0

0










Семинары (С)

0

0










Лабораторные работы (ЛР)

17

17










Самостоятельная работа (всего)

35

35










В том числе:
















Курсовой проект (работа)

0

0










Расчетно-графические работы

0

0










Реферат

0

0










Другие виды самостоятельной работы:
















Работа с эталонными коллекциями

0

0










Работа с литературой

35

35










Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)

зачёт

зачёт










Общая трудоемкость час

зач. ед.

69

69










2

2











5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела

1

Минералы и горные породы как физико-химические системы.

Введение. Основные понятия термодинамики (природная система, виды систем, параметры систем, уравнение состояния, фаза и компонент). Минеральные твердые растворы. Миналы. Изображение составов минеральных систем на бинарных и тройных диаграммах.



2

Изобарный потенциал как критерий направленности минералообразующих процессов.

Первое начало термодинамики. Энтальпия. Расчёт теплового эффекта реакции минералообразования при постоянном давлении и температуре. Закон Кирхгофа. Энтропия и расчёт энтропийного эффекта. Свободная энергия Гиббса как критерий направленности минералообразующих процессов.

3

Моделирование реакций минералообразования с участием фаз постоянного и переменного состава

Зависимость изобарного потенциала от температуры и давления. Фугитивность. Расчет равновесных значений температуры и давления. Построение РТ диаграмм реакций с участием фаз постоянного состава. Принцип Ле-Шателье. Химический потенциал. Парциальные мольные величины. Фундаментальное уравнение Гиббса. Условие химического равновесия. Изобарный потенциал раствора как сумма химических потенциалов компонентов. Зависимость химического потенциала компонента от его концентрации. Активность. Константа равновесия. Уравнение изотермы реакции. Построение РТ диаграмм реакций с участием фаз переменного состава. Построение диаграмм гетерогенных равновесий в координатах активностей компонентов водных растворов.


4

Минеральная термобарометрия.

Термодинамика твердых минеральных растворов. Идеальные растворы. Функции смешения. Модель многопозиционного смешения. Построение диаграммы фазового соответствия (на примере минеральной пары гранат-биотит). Критерии выбора минеральных равновесий для геотермобарометрии. Аналитическое выражение геотермометра. Примеры минеральных геотермометров. Неидеальные растворы. Избыточные функции. Модели регулярных симметричных и субрегулярных асимметричных растворов. Геобарометры.


5

Основы парагенетического анализа.

Правило фаз Гиббса. Минералогическое правило фаз Гольдшмидта (для закрытых систем). Треугольные диаграммы состав-парагенезис. Построение ACF диаграммы (на примере пироксеновых роговиков). Понятие инертных и вполне подвижных компонентов. Минералогическое правило фаз Коржинского (для открытых систем). Диаграммы в координатах химических потенциалов вполне подвижных компонентов и их топология. Пучки Скрейнемакерса. Построение пучковой диаграммы (на примере карбонатитов).

6

Диаграммы плавкости.

Виды диаграмм плавкости. Диаграмма двухкомпонентной эвтектической системы. Равновесная эвтектическая кристаллизация и равновесное эвтектическое плавление. Фракционная кристаллизация и фракционное плавление. Уравнение Шредера. Диаграмма двухкомпонентной системы с инконгруэнтно плавящимся промежуточным соединением. Диаграмма двухкомпонентной системы с непрерывным твердым раствором.


5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами


№ п/п

Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин

№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1

2

3

4

5

6

1

Петрология

+

+

+

+

+

+

2

Прикладная геохимия

+

+

+

+

+

+

3

Поисковая минералогия

+







+








5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Лекц.

Практ.

зан.

Лаб.

зан.

Семин

СРС

Все-го

час.

1

Минералы и горные породы как физико-химические системы.

2




2




5

9

2

Изобарный потенциал как критерий направленности минералообразующих процессов.

2




2




5

9

3

Моделирование реакций минералообразования с участием фаз постоянного и переменного состава

4




6




5

15

4

Минеральная термобарометрия.

4




2




5

11

5

Основы парагенетического анализа.

3




4




10

17

6

Диаграммы плавкости.

2




2




5

9


6. Лабораторный практикум:

№ п/п

№ раздела дисциплины

Наименование лабораторных работ

Трудо-емкость

(час.)

1

1

Расчет минального состава твердого минерального раствора и его нанесение на тройную диаграмму

2

2

2

Расчет изобарного потенциала реакции минералообразования

2

3

3

Построение РТ диаграммы минерального равновесия с участием газовой фазы. Построение диаграммы растворимости.

3

4

3

Знакомство с программой THERMOCALC (моделирование минеральных равновесий в мультисистемах методом решения систем уравнений изотерм фазовых реакций).

2

5

4

Оценка температуры и давления минерального равновесия с помощью геотермометров и геобарометров.

2

6

5

Построение тройных диаграмм состав-парагенезис.

2

7

5

Построение пучковых диаграмм.

2

8

6

Диаграммы плавкости.

2


7. Практические занятия (семинары): не предусмотрены.

8. Примерная тематика курсовых работ: не предусмотрены.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

Доливо-Добровольский В.В. Физическая химия геологических процессов. СПб.: СПГГИ, 2000.

Доливо-Добровольский В.В., Гульбин Ю.Л. Физическая химия геологических процессов. Методы физико-химических расчётов процессов минералообразования. СПб.: СПГГИ, 2002.

Жариков В.А. Основы физической геохимии. М.: МГУ, 2005.

Никитина Л.П., Кривовичев В.Г. Межфазовые равновесия в минеральных системах и геотермобарометрия. СПб, 2003.

б) дополнительная литература

Булах А.Г., Кривовичев В.Г. Расчет минеральных равновесий. Л.: Недра, 1985.

Булах А.Г., Кривовичев В.Г., Золотарев А.А. Формулы минералов. Термодинамический анализ в минералогии и геохимии. СПб.: СПГГУ, 1995.

Вуд Б., Фрейзер Д. Основы термодинамики для геологов. М.: Мир, 1981.

Жариков В.А. Основы физико-химической петрологии. М.: МГУ, 1976

Коржинский Д.С. Теоретические основы анализа парагенезисов минералов. М.: Наука, 1973

Перчук Л.Л., Рябчиков И.Д. Фазовое соответствие в минеральных системах. М. Недра. 1976.

Саксена С. Термодинамика твердых растворов породообразующих минералов. М.: Мир, 1975.

Will T. M. Phase Equilibria in Metamorphic Rocks-Thermodynamic Background and Petrological Applications. Lecture Notes in Earth Sciences. Vol. 71. Berlin Heidelberg New York: Springer-Verlag, 1998.

в) программное обеспечение: текущие версии компьютерных программ Exсel компании Microsoft (www.microsoft.com), THERMOCALC (Powell et. al., 1998).

г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы: ресурсы Интернет.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

Для лабораторных работ используются специализированные аудитории (компьютерные классы), оснащенные необходимым программным обеспечением.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:

Для проведения лабораторных работ используются учебные задания, содержащие типичные примеры минералогических задач, которые решаются на основе методов физико-химического моделирования.

_____________________________________________________________________________

Разработчики:

кафедра МКП СПГГИ(ТУ) доцент Гульбин Ю.Л.
Эксперты:

____________________ ___________________ _________________________

(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)



Похожие:

Рабочая программа учебной дисциплины физико-химическое моделирование процессов Специальность: 130101 Прикладная геология iconРабочая программа учебной дисциплины структурная геология Специальность: 130101 «прикладная геология»
Специализации: Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений твердых полезных ископаемых и Прикладная геохимия, петрология,...
Рабочая программа учебной дисциплины физико-химическое моделирование процессов Специальность: 130101 Прикладная геология iconРабочая программа учебной дисциплины генетическая минералогия Специальность: 130101 Прикладная геология

Рабочая программа учебной дисциплины физико-химическое моделирование процессов Специальность: 130101 Прикладная геология iconРабочая программа учебной дисциплины петрография специальность: 130101 «Прикладная геология»
Специализации: Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания; Геология нефти и газа
Рабочая программа учебной дисциплины физико-химическое моделирование процессов Специальность: 130101 Прикладная геология iconРабочая программа учебной дисциплины общая геохимия специальность: 130101 «Прикладная геология»
Специализации: Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания; Геология нефти и газа
Рабочая программа учебной дисциплины физико-химическое моделирование процессов Специальность: 130101 Прикладная геология iconРабочая программа учебной дисциплины петрография специальность: 130101 «Прикладная геология»
...
Рабочая программа учебной дисциплины физико-химическое моделирование процессов Специальность: 130101 Прикладная геология iconРабочая программа учебной дисциплины петрология Специальность: 130101 Прикладная геология
Земли. В ее основе, наряду с данными полевых исследований и результатами лабораторных экспериментов, лежат современные физико-химические...
Рабочая программа учебной дисциплины физико-химическое моделирование процессов Специальность: 130101 Прикладная геология iconРабочая программа учебной дисциплины геоморфология и четвертичная геология Специальность: 130101 «Прикладная геология»
Цель первой части курса «Геоморфология» дать студентам знания о строении земной поверхности, о взаимодействии сил и процессов, формирующих...
Рабочая программа учебной дисциплины физико-химическое моделирование процессов Специальность: 130101 Прикладная геология iconРабочая программа учебной дисциплины кристаллооптика Специальность: 130101 «Прикладная геология»
...
Рабочая программа учебной дисциплины физико-химическое моделирование процессов Специальность: 130101 Прикладная геология iconРабочая программа учебной дисциплины кристаллооптика Специальность: 130101 «прикладная геология»
Специализации: Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых
Рабочая программа учебной дисциплины физико-химическое моделирование процессов Специальность: 130101 Прикладная геология iconРабочая программа учебной дисциплины физика Земли Специальность: 130101 «прикладная геология»
Цель преподавания дисциплины – дать студентам знания о внутреннем строении Земли, источниках ее энергии, физических свойствах пород,...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org