Моделирование динамики магматических систем

Вид материала

Программа

Содержание Основной целью Итоговый контроль Текущий контроль Основной курс Перечень примерных контрольных вопросов 3.1. Темы рефератов

Подобный материал:

• Программа спецкурса "Компьютерное моделирование нелинейных волновых процессов" Специальность, 27.11kb.
• Моделирование динамики конфигураций организационных систем на сетях петри, когнитивных, 33.91kb.
• Математическое моделирование мировой динамики глава 12 Иерархия моделей мировой динамики, 216.48kb.
• Вторая Международная научная конференция моделирование нелинейных процессов и систем, 145.53kb.
• Рабочая программа По дисциплине «Экономико-математическое моделирование производственных, 373.58kb.
• Сопоставление сериальных и формационных подходов к изучению магматических формаций, 289.99kb.
• Цифровая фильтрация, 50.52kb.
• Календарный план учебных занятий по дисциплине Моделирование информационных процессов, 24.12kb.
• Темы курсовых работ по дисциплине «моделирование систем» Ваш № в списке группы, 19.48kb.
• Курсовая работа по дисциплине «Статистика» на тему "Аналитические показатели рядов, 396.09kb.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ


НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ


Геолого-геофизический факультет

Кафедра минералогии и петрографии


МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ МАГМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ


Рабочая программа


Новосибирск

2005




Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего специального образования.

Предназначена для магистрантов 2-го курса геолого-геофизического факультета геохимической специализации.


Составитель

д-р геол.-минерал. наук, проф. В. Н. Шарапов.


Утверждена на заседании кафедры минералогии и петрографии.


© Новосибирский государственный

университет, 2005


1. Организационно-методический раздел


1.1. Настоящий курс реализуется в рамках направления «Геология» для магистрантов 2-го года обучения и относится к разделу специальных дисциплин вузовской компоненты.

1.2. Цели и задачи курса. Дисциплина «Моделирование динамики магматических систем» предназначена для получения навыков построения корректных качественных и количественных моделей магматических систем и основных их структурно-динамических элементов на основе соблюдения требований теории подобия и методов неравновесной термодинамики открытых систем.

Основной целью освоения дисциплины является научить студентов комплексному анализу геологической, петрографической, петрофизической и геохимической информации, позволяющему получать данные для задания начальных и граничных условий при решении физико-химических и тепло-массообменных задач петрогенезиса, описывающих эволюцию процессов магмогенерации, интрудирования магм, формирование интрузивных тел и вулканических построек и численному моделированию динамики этого комплекса эндогенных явлений при выполнении ими дипломных проектов или написании кандидатских диссертаций после окончания магистратуры.

Для достижения поставленной цели выделяются следующие задачи:

1) ознакомить обучающихся с основами теории моделирования и базовыми понятиями неравновесной термодинамики отрытых систем, терминами и понятиями теплофизики, используемыми для описания динамики магматических процессов задачами математической физики;

2) показать существующий уровень приближений в количественном описании магматических явлений;

3) продемонстрировать возможности известных программных комплексов при численном моделировании важнейших элементов магматических систем и обучить их применению при решении конкретных обратных задач петрогенезиса на материалах, содержащихся в магистерских диссертациях.

1.3. Требования к уровню освоения содержания курса (дисциплины). По окончании изучения указанной дисциплины студент должен:

– иметь представление о достигнутом в современной петрологии изверженных пород уровне и имеющихся возможностях построения качественных и количественных моделей при решении обратных задач петрогенезиса магматических и сопряженных с ними метаморфических пород;

– знать основные требования теории моделирования, существующие методы решения обратных задач и программные комплексы, используемые при обработке исходной информации при численном моделировании конкретных магматических явлений;

– уметь пользоваться стандартными пакетами программ для обработки наблюдений и применять программные продукты (КОМАГМАТ, Канал и др.) для обоснованного выбора начальных и граничных условий при моделировании.

1.4. Формы контроля. Итоговый контроль. Для контроля усвоения дисциплины учебным планом предусмотрен экзамен в форме защиты реферата на материале выполняемой магистерской диссертации, в которой использованы подходы и методы прослушанного курса, а также устных ответов по основным разделам курса как в процессе защиты тезисов, так и после доклада. Оценка складывается из оценки реферата, качества его защиты и демонстрации владения материалом курса в ответах на вопросы преподавателя и коллег-студентов, участвующих в экзамене, который проходит в форме научного семинара.

Текущий контроль. В течение семестра проводится тестирование усвоенного материала в начале каждой лекции, практические занятия по освоению методов обработки наблюдений с повторением материала, освоение программных комплексов и индивидуальных собеседований в форме анализа конкретных задач, поставленных в магистерской диссертации каждого слушателя, с выявлением глубины и качественности усвоения отдельных разделов курса. Выполнение указанных видов работ является обязательным для всех студентов, а результаты текущего контроля служат основанием для выставления оценок в ведомость контрольной недели на факультете.

2. Содержание дисциплины
   

2.1. Новизна курса. При составлении курса использован и обобщен опыт преподавания математического и физического моделирования, а также курсов физико-химической термодинамики в вузах России, методологические разработки комиссии АН СССР академика В. А. Кириллина по теплофизической терминологии. Обучение математическому моделированию элементов динамики магматических систем строится на базе достижений в численном моделировании. Значительная часть материала базируется на оригинальных разработках лаборатории моделирования динамики эндогенных процессов ОИГГМ СО РАН. В российских вузах нет аналогичных программных реализаций, так как исчезли научные группы, занимающиеся количественным моделированием динамики магматических систем. В зарубежных университетах, судя по публикациям и обзорам, читаются отдельные разделы данного курса. Актуальность курса состоит в том, что не менее 20 % текущих научных публикаций содержит элементы физико-химического моделирования, использования программных комплексов и приложений задач математической физики для описания динамики магматических явлений.

2.2. Тематический план курса (распределение часов)

Тема	К о л и ч е с т в о ч а с о в
	Лекции	Семинары	Лаборат. работы	Самост. работа	Всего
Вводная часть курса	8			4	12
Теоретическая часть курса	50			10	60
Практическая часть курса		8	6	20	34
Итого по курсу	58	8	6	34	106

1. Содержание курса
   

Введение

I. Структурные формы проявления магматических процессов в земной коре; пространственная и временная периодизация проявления магматических процессов, структурные ареалы магматизма; «магматическая корона» Земли как вещественно-структурном стоке эндогенной энергии в литосфере; место магматизма среди структурно-вещественных стоков эндогенной энергии в земной коре; необратимая направленность структурно-вещественных форм магматизма в геологической истории Земли; существующие подходы в количественном описании закономерностей возникновения и развития магматических и магматогенных процессов в тектоносфере Земли.

II. Основные проблемы выделения и моделирования структурно-вещественных типов магматических систем: а) морфогенетические зоны магматических систем (МС); б) магматические фации; в) структурно-динамические зоны МС; г) специфика фаций генерации и солидификации магматических жидкостей.

III. Введение в необратимую термодинамику МС: а) понятие «система» как фундамент теории динамики развития МС; б) основные представления о термодинамике открытых систем и типах режимов их развития; в) приложения характеристик открытых систем к описанию развития магматических и магматогенных процессов; г) анализ диссипативных структур, возникающих в открытых системах, как основной метод реконструкции магматических палеопроцессов; д) сопряженные процессы как главный фактор устойчивости МС.

IV. Основы моделирования динамики эволюции МС: а) модель МС, правила построения; б) необходимые и достаточные условия для построения конкретных моделей МС; в) специфика определения и задания начальных и граничных условий при описании моделей динамики МС; г) прямые и обратные задачи петрогенезиса и магматогенного рудообразования; д) временные ряды петрохимических и геохимических данных как основная информация о динамике развития магматических систем и отдельных магматических тел.

Основной курс

I. Прямые задачи динамики развития магмогенерации и их петрогенетические приложения: а) существующие представления о развитии зон магмагенерации в тектоносфере Земли; б) динамика развития зон плавления толщ литосферы при проявлении аномальных кондуктивных потоков тепла; в) динамика плавления толщ литосферы при проявлении конвективных потоков в проницаемых зонах; г) проблема анализа масштабов и динамики плавления пород в зоне Беньоффа–Заварицкого; д) внутриплитное декомпрессионное плавление мантийных толщ под континентальной литосферой; е) динамика плавления океанической мантии в зонах спрединга; ж) проблема динамики сегрегации выплавок в/над областью магмогенерации.

II. Структура и динамика функционирования современных внутриплитных магматических систем океанической литосферы: магматическая система вулкана Килауэа как главный аналог магматических систем океанической литосферы; проблемы построения самосогласованной модели магматической системы из учета данных изучения Гавайских вулканов; модели пассивного спрединга и спонтанного плавления океанической мантии под зонами разломов.

III. Динамика интрудирования магм из очагов: общие представления о зонах транзита магм из очагов; модель «плавучести» магм как основа современных моделей МС в зонах спрединга; модель нестационарной неизотермической динамики интрудирования магмы из очага; термодинамические режимы интрудирования расплавов по магмопроводникам; структурно-динамические типы магматических каналов и структурно-петрографические критерии их разделения.

IV. Динамика охлаждения магм при заполнении интрузивных камер: магматические камеры, их форма, размеры и возможные механизмы формирования; характер охлаждения расплавов при заполнении камер в зависимости от динамики интрудирования жидкости и формы возникающей полости; петрогенетические следствия начального этапа охлаждения магматических тел.

V. Динамика солидификации магматических тел после заполнения камеры: общие характеристики динамики солидификации расплавов в зависимости от исходного состава; структурно-кинетические зоны магматических тел; механизмы фазового разделения компонентов при солидификации магматических тел; термодинамические критерии развития структурно-кинетических зон в магматических телах; динамика дифференциации квазиэвтектических расплавов; динамика дифференциации котектических расплавов при подавленности токов свободной конвекции; динамика дифференциации котектических магм при проявлении концентрационной, тепловой и «фазовой» конвекции; проблемы описания ритмической кристаллизации магм.

VI. Динамика извержения вулканов: вулкан как динамическая «машина» выноса на поверхность Земли магматических продуктов; динамические типы извержений; существующие методы описания «физики» извержения и формирования вулканических каналов; динамика извержения базитовых расплавов; динамика извержения средних и кислых расплавов; динамика вулканических катастроф; структурно-петрографические характеристики лав как «портрет» динамики интрудирования и извержения магм.

VII. Динамика развития магматогенных флюидных систем (ФС): существующие модели развития флюидных магматогенных и магматических систем; магматические флюидные системы, связанные с неустойчивостью магматических жидкостей; динамика формирования ортомагматических ФС; динамика развития рециклинговых ФС; динамика развития смешенных ФС.

Заключение

Подходы, позволившие использовать моделирование динамики магматических процессов в описании петрологии изверженных пород; нерешенные проблемы моделирования динамики развития магматических и магматогенных систем.

1. Перечень примерных контрольных вопросов совпадает с обозначенными разделами тем, задания для самостоятельной работы конкретизируются в разрезе дипломной работы каждого слушателя, а также овладением разделами курса «Статистика» при обработке количественной информации, использованной в дипломной работе (примерный объем затрат по времени показан в таблице).
   
2. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
   

3.1. Темы рефератов для каждого слушателя соотносятся с задачей квалификационной работы и спецификой возможных методических приемов ее решения.

2. Образцы вопросов для подготовки к экзамену совпадают с разделами тем лекционного курса, который имеется у каждого слушателя.
   

2. Библиографический список
   

Арискин А. А., Бармина Г. С. Моделирование фазовых равновесий при кристаллизациибазальтовых магм. М.: Наука; МАИК «Интерпериодика», 2000. 355 с.

Голубев В. С. Динамика геохимических процессов. М.: Недра, 1981. 207 с.

Гуров К. П. Феноменологическая термодинамика необратимых процессов. М.: Наука, 1978. 126 с.

Добрецов Н. Л. Глобальные петрологические процессы. М.: Недра, 1981. 236 с.

Добрецов Н. Л., Кирдяшкин А. Г. Глубинная геодинамика. Новосибирск: ОИГГМ СО РАН, 1995. 272 с.

Дэли Р. А. Изверженные породы и глубины Земли. М.; Л.: ОНТИ, 1933. 573 с.

Земля (Введение в общую геологию) / Под ред. Дж. Ферхуген. М.: Мир, 1974. 824 с.

Кадик А. А., Френкель М. Я. Декомпрессия пород земной коры и мантии как механизм образования магм. М.: Наука, 1982. 120 с.

Кузнецов Ю. А. Главные типы магматических формаций. М.: Недра, 1964. 260 с.

Кузнецов Ю. А. Схема классификации фаций магматических пород. Новосибирск, 1949. 26 с.

Научное наследие М. А. Усова. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1984. 120 с.

Ниггли П. Магма и ее продукты. М.;Л.: Госгеолтехиздат, 1946. 436 с.

Поспелов Г. Л. Об «очаговой зоне» земной коры, «магматогенной короне» Земли, «ареалах магматизма» и «структурных ассоциациях интрузивов» // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1959. № 3. C. 19–35.

Пригожин И. Введение в термодинамику необратимых процессов. М.: Иностр. лит., 1960. 127 с.

Природа рудообразующего флюида. М.: Госгеолтехиздат, 1946. 184 с.

Теркотт Д., Шуберт Дж. Геодинамика. М.: Мир. 1985. 730 с.

Френкель М. Я. Тепловая и химическая дифференциация базитовых магм. М.: Наука, 1995. 228 с.

Уэйджер Л., Браун Г. Расслоенные изверженные породы. М.: Мир, 1970. 529 с.

Усов М. А. Фации и фазы пород эффузивного облика // Сов. геология. 1938. № 8. C. 32–40.

Шарапов В. Н., Черепанов А. Н. Динамика дифференциации магм. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние. 1984. 207 с.

Шарапов В. Н., Аверкин Ю. А. Динамика тепло- и массообмена в ортомагматических флюидных системах. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние. 1990. 188 с.

Шарапов В. Н. Развитие эндогенных флюидных рудообразующих систем. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние. 1992. 133 с.

Шарапов В. Н. Феноменологическое описание магматических фаций и структурно-динамических зон магматических систем // Геология и геофизика. 1994. Т. 35. № 9. C. 3–20.

Шарапов В. Н. Термодинамические условия развития и вырождения структурных фаций магматических тел // Геология и геофизика. 1995. Т. 36. № 12. C. 80–98.

Шарапов В. Н. Динамика развития рудно-магматических систем зон спрединга. Новосибирск: НИЦ ОИГГМ СО РАН, 2000. 405 с.

Шарапов В. Н. Динамика развития магматических систем. Ч. 1. Основы построения моделей магматических систем (курс лекций для магистрантов НГУ). Новосибирск: Новосиб. гос. ун-т, 2000. 87 с.

Marsh B. D. Magma chambers // Ann. Rev. Planet. Sci. 1989. Vol. 17. P. 439–474.

Marsh B. D. Crystal capture, sorting, and retention in convecting magma // Geol. Soc. Amer. Bul. 1988. Vol. 100. P. 1720–1737.

Nicolas A. Structure of ophiolites and dynamics оf oceanic lithosphere. Klower Acad. Publ., Doderecht, 1989. 320 p.

Rayn M. P. Neutral buoyancy and mechanical evolution of magmatic systems. Magmatic Proccesses. Physical Principles // The Geochem. Soc. Sp. Publ. 1987. Vol. 1. P. 259–287.

Shimazu U. Physical theory of generation, upward transfer, differentiation, solidification and explosion magmas // J. Earth Sci. Nagoya Univ. 1960. Vol. 7. № 1. P. 3–20.