Geum.ru

Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 3 /01 утверждаю

Вид материалаРабочая программа

Содержание


Распределение учебного времени
Цель и задачи учебной дисциплины
В результате изучения данной дисциплины студенты должны знать
1.Содержание теоретического раздела дисциплины
5. Прикладные вопросы минералогии
2. Содержание практического раздела дисциплины (лабораторные работы)
3. Программа самостоятельной познавательной деятельности студентов
4. Текущий и итоговый контроль результатов изучения дисциплины
5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Подобный материал:

Рабочая программа

учебной дисциплины


Ф ТПУ 7.3.3 - /01


УТВЕРЖДАЮ

Директор ИГНД

_________________ А.К.Мазуров

«____»_____________2009 г.


ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПОРОД И РУД


Рабочая программа учебной дисциплины

для магистров наук по специальности:

“Геология и разведка полезных ископаемых”


Институт геологии и нефтегазового дела

Обеспечивающая кафедра геологии и разведки полезных ископаемых


Курс
5

Семестр
9

Учебный план набора 2008

Распределение учебного времени





Лекции
18 часов

Лабораторные занятия
10 часов

Всего аудиторных занятий
28 часов

Самостоятельная (внеаудиторная) работа
42 часа

Общая трудоемкость
70 часов

Зачёт в 9 семестре





Томск-2009

Предисловие

1. Рабочая программа составлена на основе ГОС по направлению (специальности) 130100 «Геология и разведка полезных ископаемых», утвержденного приказом Министерства образования Российской Федерации № 686 от 02.03.2000 г. и приказом ректора ТПУ


РАССМОТРЕНА и ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры геологии и разведки полезных ископаемых 22.05. 2009 г. протокол № 5


2. Разработчик

профессор каф. ГРПИ М.В.Коровкин


3. Зав. обеспечивающей кафедрой А.К.Мазуров


4. Рабочая программа СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.


Зав. выпускающей кафедрой А.К.Мазуров

Аннотация




Учебная дисциплина «Физические методы исследования пород и руд» является самостоятельным курсом и включает изучение основ физических структурно-чувствительных свойств минералов, связанных с особенностями их структуры и условиями образования; ознакомление с современными физическими методами изучения этих свойств и приборно-аппаратурным оснащением методов, приобретение практических навыков использования физических методов для определения физических свойств минералов. Приведены перечень необходимых материалов, аппаратуры, наглядных пособий и список рекомендуемой литературы.


УДК 548.0:53; 548.73: 539.26; 548.75; 549.08:53; 549.091

ГРНТИ 38.41


Ключевые слова: структура минералов, вещественный состав минералов, физические свойства минералов, методы лабораторных исследований.


ВВЕДЕНИЕ


В последние десятилетия в области наук о Земле произошли кардинальные изменения. Это коснулось практически всех базисных дисциплин – геологии, геотектоники, геохимии и минералогии, последняя по сути превратилась в физику и химию минералов, в строгую количественную науку о состоянии вещества Земли.

В минералогии завершился переход от представлений о минерале, как идеальном кристалле, к его пониманию на современном физико-химическом уровне, как содержащем большое числом разнообразных дефектов, от качественного описания его свойств к их детальному инструментальному исследованию. Сегодня эпицентр исследований в минерале - это его реальная, дефектная структура на микро- и наноуровнях. Активно развиваются новые оригинальные минералогические направления - биоминералогия, минералогия техногенеза, экологическая минералогия, минералогическая палеодозиметрия, геммология, радиационная и экспериментальная минералогия и др.

Все революционные достижения в минералогии обязаны внедрению физических методов исследования вещества. Появились новые методики и приборы, позволяющие заглянуть вглубь минерала, определить его структуру и свойства. Это особенно важно при определении микроминералов.

Основываясь на физических свойствах минералов, оцениваются условия минералообразования и масштабы оруденения, проводится поиск и геометризация рудных тел, определяются технологические свойства минерального сырья и др. Комплексное изучение природы физических свойств минералов и методов их исследования приобретают в настоящее время особую значимость, благодаря широкому использованию минерального сырья в промышленности с применением высоких технологий.

Изменения, происшедшие в содержании наук о Земле, предъявляют совершенно новые требования к молодым специалистам, их знаниям и общей образовательной концепции, которую дают ВУЗы инженерно-технического и горно-геологического профиля. Им необходимы глубокие познания не только в сфере классических геологических наук, но и, применяя знания физики, математики, биологии и химии, навыки использования сложного лабораторного оборудования, знания в области техники физического эксперимента, программных средств и продуктов, вычислительных методов. Данная учебная дисциплина является необходимой для подготовки студентов-геологов.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


«Физические методы исследования пород и руд»

Преподавание дисциплины должно сформировать у студентов понимание природы проявления физических свойств минералов, знание современных физических методов и приборов, используемых для изучения этих свойств.

Задачи изучения дисциплины:

- ознакомить студентов с особенностями проявления свойств минералов, связанных с условиями их образования, составом и структуры;

- дать фундаментальные теоретические знания в этой области;

- ознакомить студентов с комплексом применяемых в лабораторных условиях физических методов изучения структуры и свойств минералов;


В результате изучения данной дисциплины студенты должны знать:
  • как связаны структура и вещественный состав минералов с их физическими свойствами, определяющими их полезные качества;
  • какие современные физические методы применяются для исследования структуры, вещественного состава и структурно-чувствительных свойств минерального сырья;
  • лабораторные методы изучения окраски минералов;
  • люминесцентные методы исследования минералов;
  • прямые методы изучения и идентификации минералов;
  • основы электронно-микроскопических исследований;
  • методы выявления изотопов химических элементов в минералах;
  • ядерно-физические методы изучения минералов и их возможности;


Студенты должны уметь:
  • выявлять и диагностировать различные минералы методами лабораторного исследования;
  • определять различными лабораторными методами важнейшие структурно-чувствительные свойства минералов.



1.СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ

(лекции)

Природа свойств минералов и методы их изучения.


Введение. Цели и задачи дисциплины «Физические методы исследования пород и руд», ее значение для минералогии и практики геологоразведочных работ. История развития и роль методов исследования минерального вещества в науках о Земле. Физические методы минералогического исследования, используемых на кафедре геологии и разведки полезных ископаемых и в Институте геологии нефтегазового дела ТПУ (0,5 часа).

1. Минерал как объект физических исследований (0,5 часа).

Классификация физических методов минералогического исследования. Прямые и косвенные методы изучения структуры, вещественного состава, физических и физико-химических свойств минералов. Методы исследования кристаллического вещества.


2. Методы исследования структуры минералов (3,5 часа).

2.1. Физические основы рентгенографии минералов.

Получение и свойства рентгеновских лучей. Сплошной и характеристический спектры рентгеновского излучения, их применение для структурного и фазового анализов. Поглощение и рассеяние рентгеновского излучения монокристаллом. Уравнения Лауэ и Вульфа-Брэгга. Интерференция рентгеновских лучей в поликристаллических веществах. Современные методы съемки рентгенограмм. Метод Лауэ, Дебая-Шерера, дифрактометрический, метод вращающегося кристалла. Интерпретация данных и информационное обеспечение метода. Идентификация минералов. Возможности и недостатки метода рентгеноструктурного анализа минералов (1,5 часа).

2.2. Электронография, нейтронография. Исследований тонкодисперсных минералов с помощью сканирующего электронного микроскопа. Изучение радиоактивных минералов методом радиографии (0,5 часа).

2.3. Определение минералов методом инфракрасной спектроскопии. Особенности методики измерений характеристических спектров минералов. Современные инфракрасные спектрометры. Идентификация минералов в полиминеральной пробе (1,5 часа).


3. Современные методы определения вещественного состава минералов (6,5 часов).

3.1. Физические основы эмиссионного спектрального анализа минерального сырья. Особенности возбуждения эмиссионных спектров атомов химических элементов в минерале. Качественный и количественный спектральный анализ. Атомно-эмиссионный анализ, атомно-абсорбционный анализ, лазерный микрозонд. Современные приборы и техника спектрального эксперимента. Призменные и дифракционные спектрографы (1 час).

3.2. Возможности рентген-флюоресцентной спектроскопии. Рентге­новский микроанализ. Вторичная электронная эмиссия и ее использова­ние в электронных микроскопах (1 час).

3.3. Стабильные изотопы в геологических исследованиях. Физические основы масс-спектрометрии. Разрешающая способность, чувствительность и конструкции масс-спектрометров. Анализ особо чистого минерального сырья. Методика определения изотопного состава. Вторично-ионная масс-спектрометрия (ВИМС). Особенности применения масс-спе­ктрометрии для решения вопросов минералогии (1 час).

3.4. Ядерно-физические методы анализа элементного состава мине­ралов.

Виды ионизирующих излучений. Методы определения естест­венной радиоактивности. Источники и генераторы излучения (цикло­троны, бетатроны, синхротроны, ядерные реакторы). Регистрация излу­чения. Нейтронно-активационный анализ минерального сырья. Применение ионизирующего излучения для изучения физических свойств минералов (радиационная минералогия) (1 час).

3.5. Физическая сущность эффекта Мессбауэра, Основные харак­теристики спектров резонансного поглощения. Аппаратура и возможно­сти метода ЯМР (ядерного магнитного резонанса) (0.5 часов).

3.6. Классическая и квантовая теория электронно-парамагнитно­го резонанса (ЭПР). Тонкая и сверхтонкая структура. Методические особенности применения ЭПР в минералогии. Аппаратура ЭПР (1 час).

3.7. Термический анализ. Методы экспресс-анализа минерального сырья (0.5 часов).

3.8. Методы термобарометрии. Гомогенизация и декрепитация газово-жидких включений. Достоинства и недостатки вакуумного и термозвукового методов. Комплексный анализ методом синхронной регистрации радио­частотной электромагнитной и акустической эмиссии при нагревании минералов в вакууме (0.5 часов).

4. Методы исследования физических свойств минералов (4,5 часа).

4.1. Оптические свойства минералов и методы их изучения (0,5 часа).

4.2. Природа окраски минералов. Влияние внешних воздействий на оптические свойства минералов и кристаллов (1 час).

4.3. Колориметрический метод. Закон Бугера-Ламберта-Бера. Опти­ческая плотность, коэффициенты пропуска­ния, спектры отражения. Фотоколориметрия. Регистрация спектров оптического пог­лощения минералов в видимой и ультрафиолетовой области (1 час).

4.4. Люминесцентные свойства минералов. Фотолюминесценция. Рентгенолюминесценция. Термолюминесценция. Спектры свечения. Методы и аапаратура для проведения люминесцентно-битуминологического анализа (1 час).

4.5. Современные приборы для анализа светопоглощения и светоиспускания. Фотоколориметры. Спектрофотометры. Монохроматоры. Фотоэлектронные умножители (1 час).

4.6. Электрофизические свойства минералов. Методы изучения электропроводности минералов.


5. Прикладные вопросы минералогии (2,5 часа).

5.1. Комплексирование физи­ческих методов для решения задач генетической минералогии. Синтез минералов. Радиационная минералогия. Геммология. Биоминералогия. Использование физических свойств минералов в технологическом картировании. Исследования в области применения новых физических методов изучения минералов и горных пород (0,5 часа).

5.2. Определение контуров рудного тела люминесцентными методами. Оценка эрозионного среза и масштаба скрытого оруденения. Особенно­сти выявления вертикальной и латеральной зональности по термолюминесценции минералов-индикаторов. Оценка зон окисления (восстановления) методом ЯМР. Геохимическая характеристика минералообразующей среды по данным электронно-парамагнитного резонанса. Рациональный комплекс физических методов исследования типоморфных свойств минералов в оценке рудоносности. Расчленение и корреляция карбонатных отложений радиационно-оптическими методами. Эколого-геохимическая оценка минерального сырья (2 часа).


2. СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ (ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ)


Программой предусматривается выполнение студентами лабораторных работ:
  • Лабораторная работа №1. Тема: Определение карбонатных минералов методом инфракрасной спектроскопии (4 часа).
  • Лабораторная работа № 2. Тема: Определение содержания химических элементов в минералах методом рентгено-флюоресцентного анализа (2 часа).
  • Лабораторная работа №3. Тема: Изучение структуры и фазового состава минералов с помощью электронного микроскопа (4 часа).


По лабораторным работам студенты составляют и защищают отчеты.

По завершении занятий студенты сдают зачет по теоретическому разделу дисциплины и по выполненным в процессе обучения лабораторным работам.


3. ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТУДЕНТОВ

Во внеаудиторное время на изучение теоретического и практического разделов дисциплины «Физические методы изучения минералов» отводится 42 часа.

Внеаудиторная работа предусматривается для углубленного изучения физических свойств минералов и методов их исследования; подготовки к выполнению лабораторных работ, оформлению отчётов по лабораторным работам. Во внеаудиторное время предполагается также закрепление практических знаний путем изучения справочных пособий и дополнительной литературы по данному курсу. Задание на внеаудиторную работу выдается в течение учебного семестра и эта работа учитывается при проведении итоговой аттестации.


4. ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Текущий контроль результатов изучения дисциплины осуществляется в течение каждого месяца путем оценки самоподготовки к занятиям, выполнения лабораторных работ и контрольных работ по пройденному материалу. В конце каждого месяца определяется итоговая рейтинговая оценка в баллах.

Итоговый контроль предусмотрен в форме экзамена, предполагает оценку теоретических знаний студентов по каждому разделу данной дисциплины и способности студентов применять эти знания и приобретенные практические навыки к выбору физических методов исследования минералов для решения минералогических задач.


5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

5.1. Перечень рекомендуемой литературы

Основная

1. Гинзбург А.И., Кузьмин В.И., Сидоренко Г.А. Минералогические исследования в практике геологоразведочных работ. -М.:Недра,1981.- 237 с.

2. Марфунин А.С. Спектроскопия, люминесценция и радиационные центры в минералах. - М.: Недра, 1975. - 327 с.

3. Таращан А.Н. Люминесценция минералов. - Киев:Наукова думка,1978. - 296 с.

4. Плюсина И.И. Инфракрасные спектры минералов.- М.: Изд-во МГУ, 1977.- 32 с.

5. Джонс М.П. Прикладная минералогия. -М.: Недра, 1991. -391 с.

6. Матросов И.И., Чистяков В.К., Погорелов Ю.Л. Исследование термолюминесценции геологических материалов.- Томск: Изд-во Томского ун-та, 1979. - 114 с.

7. Красильщикова О.А., Таращан А.Н., Платонов А.И. Окраска и люминесценция природного флюорита. – Киев:Наукова думка, 1986. – 224 с.

8. Китайгородский А.И. Рентгеноструктурный анализ. Т.1. – М.:Наука, 1969.

9. Зайдель А.Н. Основы спектрального анализа. -М.: Недра, 1965.

10. Эшкин В.Ю., Сальдау Э.П., Абакумова Н.Б. и др. Лабораторные методы исследования минералов -  Л.: Ленинградский горный институт, 1988.- 111 с.

11. Методы изучения и оценки месторождений кварцевого сырья./ Сост.: Е.П.Мельников, С.В.Колодиева, М.Ф.Ярмак и др. - М.:Недра, 1990. - 168 с.

12. Сальников В.Н. Электрофизические свойства горных пород (учебное пособие). Томск:ротапринт ТПИ, 1977 – 111 с.


Дополнительная литература для углубленного изучения дисциплины

1. Марфунин А.С. Введение в физику минералов. - М.:Недра, 1974. - 324 с.

2. Ракчеев А.Д. Термолюминесценция минералов и горных пород и ее значение для геологии // Изв.ВУЗов. Геология рудных месторождений. - 1962. - № 5. - С.11-22.

3. Минералогия и кристаллофизика ювелирных разновидностей кремнезема / В. Г. Балакирев, Е. Я. Киевленко, Л. В. Никольская, М.И. Самойлович, В. Е. Хаджи, Л. И. Цинобер. - М. : Недра, 1979. - 149 с.

4. Физические исследования кварца. - М.: Недра, 1975. - 65 с.

5. Морозова Н.К. Конспект лекций по курсу «Кристаллография и методы исследования структур». – М.:МГУ, 1973.

6. Вотяков С.Л., Крохалев В.Я., Пуртов В.К., Краснобаев А.А. Люминесцентный анализ структурного несовершенства кварца. - Екатеринбург : УрО РАН, 1993. - 71 с.

7. Патнис А., Мак-Коннэл Дж. Основные черты поведения минералов. - М.: Мир, 1983. - 304 с.

8. Вотяков С.Л., Краснобаев А.А., Крохалев В.Я. Проблемы прикладной спектроскопии минералов. - Екатеринбург.: УИФ”Наука”, 1993. - 236 с.

9. Кузнецов Г.В., Таращан А.Н. Люминесценция минералов гранитных пегматитов. - Киев:Наукова думка, 1988. – 180 с.

10. Бокий Г.Б., Порай-Кошиц М.А. Рентгеноструктурный анализ. –М.: МГУ, 1964.

11. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П. Применение электронно-зондовых приборов для исследования минерального вещества. –М.: Недра, 1984.

12. Горобец Б.С., Гафт М.Л., Подольский А.М. Люминесценция минералов и руд. –М.: ИПК Мингео СССР, 1989.

13. Ермолаев В.А., Похолков Ю.П. и др. Радиография и радиографические ячейки. - Томск, 1997. - 224 с.

14. Иванова В.П. и др. Термический анализ минералов в горных породах. –Л.: Недра, 1974.

15. Ишков Ю.М., Рейф Ф.Г. Лазерно-спектральный анализ включений рудоносных флюидов в минералах. – Новосибирск: Наука, 1990.

16. Михеев В.И. Рентгенометрический определитель минералов. –М.: Изд-во АН СССР, 1957.

17. Электронно-зондовый микроанализ. –М.: Мир, 1974.

18. Эмиссионно-спектральный анализ в геохимии. –Новосибирск: Наука, 1976.

19. Ядерно-геохимические методы анализа вещества. –Новосибирск, 1976.

20. Конеев Р. И., Кушмурадов О. К., Туресебеков А. Х. Микроминералогия - предмет, методы, применение. - Ташкент : Изд-во Университет, 1994. - 89 с.

21. Болдырев А.И. Инфракрасные спектры минералов.-М.:Недра, 976.-350 с.

22. Марзуванов Н.К. Локальный спектральный анализ минералов. – Алма-Ата, 1969.


5.2. Перечень лабораторного оборудования для изучения минералов.


Инфракрасный спектрофотометр IR Prestige – 21

Рентгенофлуоресцентный спектрометр Х – 50

Электронный микроскоп


29.08.2008 г.