矿物物理学

课程编码：180083070901P2003H 英文名称：Physics of Minerals 课时：50 学分：2.50 课程属性：专业核心课 主讲教师：郭光军等

矿物物理学是当代矿物学最为活跃的一个分支，是固体物理学和量子化学、地球物理学和地球化学、高温高压实验和计算机 模拟紧密结合的交叉学科，通过研究物质的结构、成分和性质，探索地球与行星内部的物质组成和动力学演化机制。本课程将介绍矿物物理学的主要研究方法（包括高温高压实验、分子动力学模拟、第一性原理模拟），并讲授这些方法在研究熔流体、地幔矿物、地核以及行星内部等方面的具体应用。通过本课程的学习，学生将理解矿物物理学的基本概念、基本原理和基本方法，并结合超级计算机实习操作，初步掌握经典分子模拟软件和第一性原理模拟软件，从而达到理论联系实际、学以致用、开阔视野、拓展能力的目的，为将来开展地球科学领域相关前沿研究打下坚实基础。

高等数学、线性代数、物理化学、普通地质学、结晶学与矿物学

第一章 绪论 2学时 郭光军
第1节 矿物物理学的研究内容
第2节 矿物物理学的发展简史
第3节 矿物物理学的研究手段
第4节 教学内容及课程要求
第二章 高温高压实验 6学时 郭光军
第1节 金刚石压腔实验技术
第2节 大压机实验技术
第3节 动高压实验技术
第4节 原位测试表征方法
第三章 分子动力学模拟 12学时 郭光军
第1节 分子动力学模拟原理
第2节 并行计算基础
第3节 安装分子模拟软件
第4节 分子模拟的输入输出
第5节 优化分子模拟参数
第6节 观测分子模拟轨迹
第四章 分子模拟在熔流体研究中的应用 8学时 郭光军
第1节 地质流体和熔体
第2节 页岩气和煤层气
第3节 天然气水合物
第4节 分子模拟讨论
第五章 第一性原理计算 8学时 张志刚
第1节 第一性原理方法
第2节 第一性原理计算软件实践
第3节 应用：状态方程与相图计算
第4节 应用：矿物弹性性质计算
第六章 地幔矿物的性质 8学时 张志刚
第1节 地幔结构与动力学
第2节 地幔矿物组成
第3节 行星地幔的矿物组成
第4节 核幔相互作用
第七章 地核铁合金的性质 6学时 张志刚
第1节 地球与行星核的物理性质
第2节 核幔分异与地核成分
第3节 地核动力学与地核演化

郭光军，研究员，博士生导师。1998年于北京大学地质学系获得矿床学专业博士学位，后赴中国科学院地质与地球物理研究所做博士后，2000年留所参加工作，于2007年晋升研究员。主要从事非常规油气的分子模拟研究，研究方向涉及天然气水合物、页岩气、煤层气等，提出了天然气水合物成核机制的笼子吸附假说，创建了氢键网架结构的笼子分析技术，揭示了孔壁表面对页岩气的吸附机理、煤的力解产气机理、气水两相渗流的水锁形成机理等。现任所级公共技术服务中心“超级计算实验室”主任。曾主持和参加10余项国家自然科学基金、科技部973计划项目，以及中科院先导专项项目等。先后在国内外学术期刊上发表论文50多篇，其中国际SCI论文40多篇。曾获得2017年国土资源科学技术奖一等奖（个人排名4/15）。
张志刚，研究员。先后获得中国地质大学（武汉）硕士学位、中国科学院地质与地球物理研究所博士学位，并于2005年留所参加工作。现任中国矿物岩石地球化学学会第十届实验矿物岩石地球化学专业委员会委员。研究方向为计算地球化学与矿物物理学，主要关注地球早期的挥发分演化、地球与行星内部的结构与成分以及适用于地球与行星内部物质特性研究的新技术与新方法。已在EPSL、GCA、GRL、JGR等国际学术刊物中发表文章多篇，SCI他引九百余次。2004年获得中国科学院院长特别奖，2006年获得中国科学院优秀博士论文奖，2007年获得全国百篇优秀博士论文奖，2013年获得研究所年度优秀科技成果奖。