- •Глава 2.Физико-химическое моделирование и современные вычислительные средства
- •История развития методов физико-химического моделирования
- •Программы, используемые в исследовании процессов взаимодействия «вода-порода»
- •2.2 Физико-химическое моделирование и эксперимент
- •2.3 Методические и теоретические вопросы физико-химического моделирования в геохимии
- •Применение методов физико-химического моделирования для изучения экологических проблем, связанных с отходами горнорудного производства
- •2.5 Методология физико-химического моделирования
- •2.6 Физико-химическое моделирование на эвм
- •2.6.1 Метод подстановок констант реакций при расчете гетерогенных равновесий
- •2.6.2 Метод минимизации энергии Гиббса при расчете гетерогенных равновесий
Программы, используемые в исследовании процессов взаимодействия «вода-порода»
Программа |
Авторы разработки |
Объект исследования, модели, число учитываемых зависимых компонентов |
SOLMNEQ |
Kharaka, Barnes (1973) |
Используется для расчета равновесных распределений компонентов в водных растворах. Включает 26 элементов, 162 компонента водного раствора, 158 твердых фаз. |
REDEQL. EPAK (EPA) |
Inqle, Keniston, Schultz (1979) |
Используется для расчета равновесий в системах «вода - минерал». Включает 46 элементов, 94 компонента водного раствора, 2 газа и 13 твердых фаз. |
EQUILIB |
Моррей, Shennon (1978) |
Модели химических равновесий в геотермальных рассолах для различных повышенных температур. Включает 26 элементов, 200 компонентов водного раствора, 7 газов, 186 твердых фаз. |
MINEQL-2 |
Weslalle, Zachary, Morel (1980) |
Используется для расчета химических равновесий в водных системах. |
GEOCHEM |
Sposito, Mattigod (1980) |
Моделирование распределения химических элементов в почвенных растворах. Включает 45 элементов, 1853 компонента водного раствора, 42 органических лиганда, 3 газа и 250 твердых фаз. |
PHREEQE |
Parkhurst, Thorstenson, Plummer (1980) |
Моделирование равновесных процессов массопереноса и процесса растворения. Включает 19 элементов, 120 компонентов водного раствора, 3 газа, 21 твердую фазу. |
WATEQ-2 |
Ball, Nordstrom, Jenne (1980) |
Химическая равновесная модель для расчета взаимодействия главных и малых элементов с распространенными в природных водах лигандами. |
WATEQ-3 |
Ball, Jenne, Cantrell (1981) |
Развитие версии программы WATEQ-2 с добавлением частиц урана. |
BALANCE |
Parkhurst, Plummer, Thorstenson (1982) |
Рассчитываются процессы массопереноса, приводящие к изменениям состава воды между двумя водными пунктами. |
SOLMNQ |
Гудвии, Манде (1983) |
Включает 28 элементов, 39 компонентов водного раствора 181 твердую фазу. |
EQ3NR/6 |
Wolery (1983) |
Рассчитывает спецификацию растворенных форм, используется только в комплексе с EQ6. Включает 40 элементов, 300 компонентов водного раствора, 15 газов, 275 твердых фаз. |
REDEQL- UMD |
Харрис, Ингл, Тейлор, Магнусон (1984) |
Расчет равновесных распределений концентраций частиц в водных системах. Включает 53 элемента, 109 компонентов водного раствора, 2 газа и 27 твердых фаз. |
Продолжение таблицы 2.1 | ||
PROTOCOL |
Пикрелл, Джексон (1984) |
Программа, объединяющая расчет равновесия и кинетику химических реакций растворения твердой фазы применительно к коррозии радиоактивных стекловидных отходов подземными водами. Аналог MINEQL. |
MINTEQ |
Felmy, Girvin, Jenne (1987) |
Расчет геохимических равновесий. Возможно использование исходных данных из базы WATEQ-3. Включает 31 элемент, 373 компонента водного раствора. 3 газа и 328 твердых фаз. |
MINTEQ-2 |
Felmy, Girvin, Jenne (1989) |
Программа является модификацией MINTEQ. Учитываются те же компоненты, а также газовый состав подземных вод. |
PHRQPITZ |
Plummer, Parkhurst, Fleming, Dunkle (1988) |
Расчет геохимических реакций в рассолах. Включает 18 компонентов рассолов, 40 твердых фаз. Преимущества программы в использовании моделей Питцера для расчета коэффициентов активности ионов в рассолах. |
TRANQL |
Cederberg (1985) |
Программа объединяет равновесные химические модели с моделями массопереноса. Включены макро- и микрокомпоненты. |
GIBBS |
Шваров (1982) |
Моделируются процессы, протекающие в рудообразующих гидротермальных системах методом проточных ступенчатых реакторов. |
CHOICE |
Каганович и др. (1995) |
Расчет равновесия в системах конденсированные фазы - идеальный газ – водные растворы сильных электролитов (более 2500 индивидуальных веществ). |
Селектор |
Карпов (1981) |
Расчет равновесных, частично равновесных и метастабильных процессов растворения, отложения, кристаллизации, испарения, конденсации, горения и взрыва (более 3300 индивидуальных веществ: водный раствор – 1500; газ – 400; конденсированные фазы – 1000; жидкие углеводороды – 400). |
Выбор инструмента исследования определяется методическими особенностями исследования. Так, М.В. Борисов (Борисов, 2000) пришел к важному выводу – модели минералообразования следует рассматривать по мере последовательного усложнения физико-химических условий в изучаемых системах:
— от простых изотермических условий – модель образования урановых месторождений в химически однородной вмещающей среде, изучалась с помощью программы GIBBS;
— к более сложным термо- и бароградиентным условиям – модель образования жильных полиметаллических месторождений, где требуется применять более совершенные ПК, например, такие, как GBFLOW, ориентированные на расчет равновесия в неоднородных по составу резервуарах равновесно-динамических моделей.
Богатый опыт применения компьютерных моделей в геохимии показал, что начальный этап освоения методов термодинамического моделирования в геохимии завершен. Созданы предпосылки перехода на новый уровень. Стремительное совершенствование вычислительной техники, ее постоянно возрастающее быстродействие и доступность порождают новые перспективы в термодинамическом моделировании, связанные с постановкой и решением новых классов задач. Здесь принципиально важно отметить следующее обстоятельство: успешное применение методов моделирования зависит от целого ряда теоретических и практических вопросов. В первую очередь это методический аспект, а именно специальная научная работа по математической и термодинамической постановке физико-химических моделей, наиболее адекватно отражающих специфику геолого-геохимических процессов. Поэтому выбор инструмента исследования должен определяться не «числом пользователей», а «необходимыми и достаточными условиями равновесия», которые используются в расчете необратимой эволюции сложных геохимических мегасистем.