Document 4180484

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
Утверждаю
___________________
Руководитель ООП
по направлению 130101
проф. Ю.Б. Марин
_______________________
Зав.кафедрой ГИГ
проф. В.В. Антонов
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«ГИДРОГЕОХИМИЯ»
Направление подготовки: 130101 Прикладная геология
Специализация: №2 Поиски и разведка подземных вод и инженерногеологические изыскания
Квалификация (степень) выпускника: специалист
Форма обучения: очная
Составитель: профессор каф. ГИГ С.М. Судариков
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
ГИДРОГЕОХИМИЯ
1. Цели и задачи дисциплины
Цель курса «Гидрогеохимия» - сформировать у студента современное научное
мировоззрение в области основных понятий, определений, проблем, направлений
современной гидрогеохимии; сформировать у студента ясное представление о
химических процессах взаимодействия подземных вод с горными породами,
химическом составе подземных вод и его формировании, особенностях водной
миграции элементов и соединений.
Задачи дисциплины «Гидрогеохимия»: изучение геохимической истории
подземных вод в их сложном взаимодействии с литосферой, наземной гидросферой,
атмосферой, биосферой; геохимическая оценка процессов формирования подземных
вод как полезного ископаемого; изучение подземных вод как фактора формирования и
разрушения месторождений полезных ископаемых; исследование химического состава
подземных вод как фактора литогенеза.
Цель изучения дисциплины «Гидрогеохимия» достигается посредством решения
ряда связанных теоретических и практических задач, в том числе: гидрохимическое
опробование основных гидрогеологических объектов - скважин, источников,
колодцев; построение специализированных гидрогеохимических карт, схем, разрезов;
составление гидрогеохимического описания участка недр; выполнение расчетов для
термодинамического
моделирования
с
применением
современных
вычислительных комплексов.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Учебная дисциплина «Гидрогеохимия» является дисциплиной, обязательной для
изучения студентами и относится к базовой (специализированной) части
«Математический и естественно-научный цикл» специализации «Поиски и разведка
подземных вод и инженерно-геологические изыскания» С2.с.2.1. Для освоения этой
учебной дисциплины требуется предварительная подготовка в объёме полной средней
школы, освоение дисциплин «Физика», «Химия», «Вода и цивилизация», «Общая
геохимия», «Общая геология» базовой части цикла С2, «Общая гидрогеология» базовой
части цикла С3.с.2.
Дисциплина является предшествующей для освоения отдельных разделов
учебных дисциплин «Прикладная гидрогеохимия» базовой (специализированной) части
С3.с.2,
«Региональная
гидрогеология»
«Специальная
гидрогеохимия»,
и
«Гидрогеохимия нефти и газа» вариативной части С3.с.2 «Профессиональный цикл».
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций:
а) общекультурных:
- быть готовым обобщать, анализировать, воспринимать информацию, ставить цели и
выбирать пути ее достижения (ОК-1);
-· использовать в своей деятельности нормативные правовые и инструктивные
документы (ОК-7);
б) профессиональных, в том числе
б1) общепрофессиональных
 готовность с естественно-научных позиций оценить строение, химический и
минеральный состав земной коры, геохимические особенности и генетические типы
месторождений подземных вод при решении задач по рациональному и комплексному
2
освоению георесурсного потенциала недр (ПК-1);
 готовность использовать научные законы и методы при гидрогеохимической
оценке месторождений твердых полезных ископаемых (ПК-2);
 готовность использовать научные законы и методы при оценке состояния
окружающей среды в сфере функционирования производств по эксплуатационной
разведке, добыче и использовании подземных вод (ПК-3);
 готовность применять основные методы, способы и средства получения,
хранения и обработки гидрогеохимической информации, навыки работы с
компьютером как средством управления информацией (ПК-8);
б2) в области производственно-технологической деятельности
 готовность
использовать
теоретические
знания
при
выполнении
производственных, технологических и инженерных исследований при использовании
природных вод (ПК-10);
 готовность демонстрировать навыки разработки планов мероприятий по
снижению техногенной нагрузки производства на окружающую среду при
эксплуатационной разведке, добыче и использовании природных вод (ПК-11);
 умение использовать нормативные документы по безопасности и
промышленной санитарии при проектировании, строительстве и эксплуатации
предприятий по эксплуатационной разведке, добыче и использовании подземных вод
(ПК-12);
 готовностью применять основные принципы рационального использования
природных вод и защиты окружающей среды (ПК-17);
б3) в области организационно-управленческой деятельности
 владение законодательными основами недропользования и обеспечения
безопасности работ при добыче, использовании подземных вод (ПК-16);
б4) в области научно-исследовательской деятельности
 способность
изучать
научно-техническую
информацию
в
области
эксплуатационной разведки, добычи, использовании подземных вод (ПК-21);
б5) в области проектной деятельности
 способность разрабатывать необходимую техническую и нормативную
документацию в составе творческих коллективов и самостоятельно, контролировать
соответствие проектов требованиям стандартов, техническим условиям и других
нормативных документов промышленной безопасности; разрабатывать, согласовывать
и утверждать в установленном порядке технические, методические и иные документы,
регламентирующие порядок, качество и безопасность выполнения горных, горностроительных и взрывных работ (ПК-26);
 готовность работать с программными продуктами общего и специального
назначения для моделирования формирования подземных вод, технологий
эксплуатационной разведки, добычи и использовании подземных вод (ПК-28).
в) по специализации № 2 "Поиски и разведка подземных вод и инженерногеологические изыскания":
 способность
анализировать,
систематизировать
и
интерпретировать
гидрогеохимическую информацию (ПСК-2.1)
 способность моделировать гидрогеохимические процессы (ПСК-2.3);
 умение составлять программы гидрогеохимических исследований, строить
карты гидрогеохимических условий(ПСК-2.3);
 умение оценивать гидрогеохимические условия для различных видов
хозяйственной деятельности (ПСК-2.4);
 умение прогнозировать гидрогеохимические процессы и оценивать точность и
достоверность прогнозов (ПСК-2.6);
3
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
- основные закономерности формирования и распространения подземных вод;
- классификации подземных вод по химическому составу,
- структуру воды,
- региональные закономерности изменчивости гидрохимических условий,
- типы месторождений пресных, минеральных, промышленных и термальных вод;
Уметь:
- выполнять элементарные гидрогеохимические расчеты;
- выполнять оценку химического состава воды и прогноз изменения ее качества при
использовании в хозяйственно-питьевых, лечебных, энергетических и других промышленных целях;
- моделировать геомиграционные и физико-химические процессы в подземных водах;
Владеть:
- методами гидрогеохимических исследований, при лабораторных и полевых
исследованиях;
- методами накопления, обработки, анализа и синтеза полевой и лабораторной
гидрогеологической информации.
Иметь представление:
- о возможностях использования гидрогеохимического метода поисков различных
полезных ископаемых; оценке экологической обстановки по гидрогеохимическим
данным; использовании гидрохимических данных при геологическом картировании.
4. Объём дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоёмкость учебной дисциплины составляет 2 зачётные единицы.
Всего
72
Семестры
3
72
Аудиторные занятия: в том числе
Лекции
Лабораторные занятия (ЛЗ)
Самостоятельная работа: в том числе
Расчетно-графические работы
Реферат
Другие виды самостоятельной работы
Изучение литературы по гидрогеохимии, подготовка к
лекциям и семинарам, разработка рефератов
Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен)
Общая трудоёмкость
72
час
2
зач. ед.
51
34
17
21
11
3
51
34
17
21
11
3
7
7
зачёт
72
зачёт
72
2
2
Вид учебной работы
Всего часов
4
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1
1
2.
Наименование
раздела
дисциплины
2
Теоретические и
методологические
основы
гидрогеохимии.
Содержание раздела
3
Тема 1. Предмет и задачи современной гидрогеохимии. Из
истории гидрогеохимии. Место гидрогеохимии в системе
естественных наук. Генетическая, прикладная, региональная
гидрогеохимия. Комплекс задач, решаемых с использованием
гидрогеохимических данных. Геологическая история регионов;
оценка подземных вод как полезного ископаемого (питьевые,
лечебные, промышленные, теплоэнергетические, технические
воды); охрана окружающей среды; оценка геологических
условий регионов с использованием гидрогеохимических
данных.
Тема 2. Свойства и структура воды
Тема 3. Основные компоненты химического состава
природных вод. Главные анионы: хлориды; гидрокарбонаты и
карбонаты; бром; йод; нитраты и нитриты. Главные катионы:
натрий; калий; кальций; магний; аммоний; железо; стронций;
цинк; медь. Газы в природных водах: азот; кислород;
углекислый газ; аргон; гелий; водород. Коллоидные вещества:
кремнезем; гидроокислы железа; гидроокислы алюминия.
Массоперенос
в Тема 4. Анализ процессов в системе вода - горная порода гидрогеохимических живое вещество. Процессы растворения. Диффузионные
системах.
процессы и роль временного фактора в их протекании.
Окислительно-восстановительные процессы. Катионный обмен.
Испарительное концентрирование. Вымораживание и сравнение
с испарительным концентрированием. Смешение природных
вод различного химического состава, решение комплекса
гидрогеологических задач с использованием уравнений
смешения.
Тема 5. Факторы формирования химического состава
природных
вод.
Физико-географическая
обстановка.
Геологические условия регионов. Физические факторы. Физикохимические факторы; щелочно-кислотная и окислительновосстановительная обстановка. Биологические факторы.
Антропогенные факторы и усиление их роли в современных
условиях. Роль океанской воды в формировании химического
состава природных вод. Геологическая история Мирового
океана. Изменение химического состава океанской воды при
солнечном
испарении;
стадии
упаривания.
Процессы
метаморфизации химического состава океанской (морской)
воды и продуктов ее упаривания при взаимодействии с горными
породами: вторичная доломитизация; катионный обмен;
альбитизация плагиоклазов. Метаморфизация в прямом и
обратном направлениях.
Тема 6. Геохимическая роль природных вод в
формировании и разрушении месторождений полезных
ископаемых. Гидротермальные процессы. Гидрогеохимические
условия формирования и разрушения рудных, нефтяных,
соляных месторождений.
5
№
п/п
3
Наименование
раздела
дисциплины
Формирование
химического
состава подземных
вод различного
назначения.
Содержание раздела
Тема 7. Гидрогеохимические классификации. Принципы
подхода
к
гидрогеохимическому
классифицированию.
Классификации по преобладающим компонентам. Подход
разных
авторов
к
построению
гидрогеохимических
классификаций. Классификация О.А. Алекина. Классификация
В.А. Сулина. Классификация М.Г. Валяшко. Генетическая
общность различных классификаций.
Тема
8.
Природные
гидрогеохимические
системы.
Карбонатные
системы;
формирование
пресных
гидрокарбонатных вод; формирование содовых вод. Сульфатносульфидные системы и роль кислотно-щелочных и
окислительно-восстановительных
равновесий
в
их
формировании. Роль живого вещества в регулировании
гидрогеохимических
систем.
Взаимосвязь
карбонатных,
сульфатно-сульфидных и силикатных гидрогеохимических
систем. Изучение гидрогеохимических систем в связи с
проблемой формирования месторождений твердых полезных
ископаемых и отработкой поисковых гидрогеохимических
критериев. Гидрогеохимические провинции фтороносных,
железосодержащих,
бериллийсодержащих
пресных
вод.
Провинции минеральных вод. Учение о провинциях
минеральных вод и его разработка российскими учеными
(Н.И. Толстихин, А.И. Дзенс-Литовский). Газовый состав и
температурный режим как главные факторы выделения
провинций минеральных вод. Геологические критерии.
Провинции углекислых холодных и термальных вод и азотных
термальных вод. Геологические и гидрогеологические условия.
Вулканизм и сейсмика как главные критерии выделения этих
провинций.
Генезис
углекислого
газа
и
азота.
Гидрогеохимические
типы
углекислых
вод.
Гидрогеохимические типы азотных минеральных вод.
Минеральные воды Кавказа как пример взаимодействия
различных факторов и процессов формирования углекислых и
азотных термальных вод. Провинция минеральных вод
артезианских бассейнов. Гидрогеохимическая зональность
артезианских бассейнов. Минеральные воды без специфических
компонентов. Лечебные и промышленные бромные воды.
Лечебные и промышленные йодные воды. Сероводородные
воды. Минеральные воды с повышенными содержаниями
органических веществ. Апровинциальные воды. Железистые
воды и процессы их формирования. Трансформация
химического состава железистых вод в условиях антропогенной
нагрузки (на примере Полюстровского месторождения).
Радоновые воды и специфика их формирования в разных
провинциях минеральных вод.
6
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№ Наименование
п/п обеспечиваемой
(последующей)
дисциплины
1. Региональная
2.
3.
гидрогеология
Специальная
гидрогеохимия
Гидрогеохимия нефти и
газа
Номера разделов данной дисциплины, необходимых
для изучения обеспечиваемой (последующей)
дисциплины
1
2
3
4
5
6
7
8
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Наименование раздела
дисциплины
Предмет и задачи современной
гидрогеохимии.
Свойства и структура воды
Основные
компоненты
химического состава природных
вод.
Анализ процессов в системе вода горная порода - живое вещество.
Факторы формирования
химического состава природных
вод.
Геохимическая роль природных
вод в формировании и разрушении
месторождений полезных
ископаемых.
Гидрогеохимические
классификации.
Природные гидрогеохимические
системы.
Лекц.
Лаб.
зан.
2
СРС*
Всего
час.
1
3
2
2
4
8
6
2
4
12
6
4
4
14
6
4
2
12
4
2
4
10
4
3
2
9
4
4
Примечание: СРС – самостоятельная работа студентов
6. Лабораторный практикум
7
№
п/п
№ раздела
дисциплины
1.
2.
3.
4.
5.
6.
1
1.
1.
1.
1.
1.
7.
1.
8.
2.
9.
2.
Тематика лабораторных занятий
Химические основы гидрогеохимии. Расчет
основных параметров в водных системах.
Гомогенные и гетерогенные системы. Расчет
гидрогеохимических реакций.
Окислительно-восстановительные реакции. Расчет
полей устойчивости и построение диаграмм в
системе Eh-pH
Природные
карбонатные
системы.
Расчет
насыщения природных вод карбонатными солями
Сорбционные процессы. Решение задач на
катионный обмен в системе вода - глинистая
порода
Гидрогеохимическое
моделирование.
Расчет
открытых и закрытых систем взаимодействия воды
и горной породы
Трудоемкость
(час.)
1
1
1
1
1
1
4
4
3
7. Практические занятия (семинары) Не предусмотрены учебным планом
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ) Не предусмотрены учебным
планом.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Алексеев В.А., Б.Н.Рыженко, С.Л.Шварцев и др. Геологическая эволюция и
самоорганизация системы вода – порода. Т.1. Система вода – порода в земной коре:
взаимодействие, кинетика, равновесие, моделирование. – Новосибирск: Изд-во СО
РАН. 2005. – 244 с.
2. Зверев В.П. Подземные воды земной коры и геологические процессы. – М.: Научный
мир, 2006. – 2006. – 254 с.
3. Крайнов С.Р., Б.Н. Рыженко, В.М. Швец. Геохимия подземных вод. Теоретические,
прикладные и экологические аспекты. – М.: Наука, 2004. – 677 с.
Дополнительная
1.
Геологический атлас России м-ба 1:10000000; карты: гидрогеохимическая,
гидрогеотермическая, освоения подземного пространства СПб., 1996
2.
Дривер Дж. Геохимия природных вод М., 1985.
3.
Кирюхин В.А., Коротков А.И., Шварцев С.Л. Гидрогеохимия. М.: Недра, 1993.
4.
Крайнов С.Р. Методы геохимического моделирования и прогнозирования в
гидрогеологии / Ю.В.Шваров, Д.В.Гричук, Е.В.Добровольский, Г.А.Соломин,
М.В.Борисов,, Б.Н.Рыженко, Л.И.Матвеева, В.И.Лялько, В.М.Швец. - М.: Недра, 1988.
5.
Эколого-гидрогеологическая карта России м-ба 1:5000000, ВСЕГИНГЕО, 1994.
Программное обеспечение:
Exel; Surfer; Statistica 6,0; Расчетная программа моделирования гидрогеохимических
данных PHAEEL.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
8
Специализированная аудитория кафедры гидрогеологии и инженерной геологии
для занятий со студентами; компьютерный класс, геологический атлас России, 1996 г;
листы нового поколения государственной геологической карты м-ба 1:200000,
(гидрогеологические и эколого-геологические карты), 2000 г.; межфакультетская
гидрогеохимическая лаборатория при кафедре гидрогеологии и инженерной геологии;
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Основой изучения курса «Гидрогеохимия» является представление о единстве
природных вод Земли. Производится оценка подземной воды как полезного
ископаемого (питьевые, лечебные, промышленные, теплоэнергетические, технические
воды) (1 раздел). Анализируется роль гидрогеохимических процессов в системе вода горная порода - живое вещество. Рассматривается роль подземных вод в формировании
и разрушении месторождений полезных ископаемых(2 раздел). Рассматриваются
природные гидрогеохимические системы: 1) Карбонатные (формирование пресных
гидрокарбонатных вод; формирование содовых вод); 2) Сульфатно-сульфидные
системы и роль кислотно-щелочных и окислительно-восстановительных равновесий в
их формировании; 3)Роль живого вещества в регулировании гидрогеохимических
систем; 3) Базой для рассмотрения вопросов гидрогеохимической миграции элементов
является теория геохимических барьеров. В курсе используются интерактивные
технологии.
Разработал:
проф. кафедры ГИГ
С.М. Судариков
9