Вопросы теоретической литологии. 1. Геологическое наблюдение. | Lithology.Ru - Литология.РФ :

Вопросы теоретической литологии. 1. Геологическое наблюдение.

ВОПРОСЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ГЕОЛОГИИ. 1. Геологическое наблюдение Макаров В.П.

Комментарии

УДК: 551.1/4 +

УДК: 551.1/4 + 550.8.01

 

ВОПРОСЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ГЕОЛОГИИ.
1. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ НАБЛЮДЕНИЕ

                                                Российский государственный геологоразведочный униврситет, г. Москва

В.П. Макаров

 

О роли геологического наблюдения. «Геологическое наблюдение» (ГН) является фундаментальным понятием геологии, отражая первичный элементарный акт эмпирического геологического исследования (ЭГИ) [6]. Хотя в 70-е годы обсуждались многие методологические проблемы геологии, однако «геологическое наблюдение» осталось без внимания, хотя попытки решения этой проблемы затронуты в работе [11]. Но последняя имеет только исторический интерес, поскольку в ней не верно отражены многие отношения и связи между геологическими понятиями (эксперимент, теория и т.д.).
При проведении геологического наблюдения геолог (субъект) изучает геологические объекты различной природы. Он не только описывает и определяет состав геологического тела, но и выявляет его отношения с другими объектами геологической природы. Поэтому в «геологическом наблюдении» выделяются статическая и динамическая части. Статическая часть – это вещественный состав геологических объектов (ГО). Динамическая часть - временные, в т.ч. и реакционные, и другие отношения ГО.
Определение вещественного состава производится инструментальными методами (оптика, рентгенография, химический состав и пр.), поэтому эти данные носят объективный характер. В подавляющем большинстве случаев результаты этих исследований не вызывают возражений. В ряде случаев эмпирические исследования проводятся на основе косвенных признаков, поэтому большое значение приобретает оценка их достоверности и обоснованности теоретических разработок этих методов. Используемые статистические методы (например, методы корреляций) часто искажают истинные связи между признаками, делают выявленные статистические связи не устойчивыми, поскольку зависят от количества объектов, их положения на диаграмме и т.д.
Составляющими динамической связи являются отношения и связи
между геологическими элементами. Для понимания сущности вопроса введем определения этих параметров. Согласно [2] между двумя элементами можно установить порядок, если параметры этих элементов сравнимы. Две величины «а» и «b» находятся в некотором отношении R, если между ними установлен некоторый порядок. Отношение записывается выражением aRb. В зависимости от смысла R существует две формы выражения отношения: 1). R применено к объектам, к которым можно применить дилеммы «больше- меньше», «дальше- ближе», «раньше- позже», «выше- ниже» и т.д.: размеры, время, координаты и т.д.. В этом случае имеем aRb = a ³ b. Главное свойство отношений данного типа в том, что сравниваемые величины должны иметь одинаковые физическую природу и размерности.
Поскольку в породах находятся зерна, имеющие некоторые размеры (длина, площадь, объем, масса и т.д.), то найдутся зерна З1 и З2, для которых можно установить отношение З1 ³ З2При наличиимножества таких зерен можно получить частично упорядоченную последовательность З1³ З2 ³³ Зn. Эти отношения описываются понятием структура (SR) [6]. Следовательно, SRэто отношениемежду зернами, а следовательно и SR есть форма отображения отношений. Другими примерами отношений являются текстуры (TR); последовательности напластований - здесь порядок устанавливается по параметру время (t). 
2). Второй тип отношений играет существенную роль в логике, теории высказываний, в метатеориях. Часто R представлен глаголами «есть», «существует» и пр., например, «апатит есть минерал» (АRМ); «диорит находится в районе Х» и т.д. В этом случае АRМ - суждение, т.е. высказывание, устанавливающее порядок между понятиями. Этот тип отношений широко используется при формировании определений минералов, горных пород и пр. Примером этого типа отношений является и геологическое описание, которое часто включает и отношения первого типа, поскольку эти отношения устанавливают порядок между наблюдаемыми частями обнажения, скважины, точки наблюдения и т.д.

Следующим видом установления порядка является «связь».
Пусть дано множество {А} с такими элементами ai, между которыми установлено отношение порядка; это отношение обозначим R(A), т.е. а1 ³  а2 ³ ³ аn . Дано такжемножество {B}с элементами bi и отношением R(В). Если элементу aмножества {А} можно поставить в соответствие элемент bi множества {B} таким образом, что и R(A), и R(В) не изменяться, то можно сказать, что между элементами этих множеств существует связь, или они связаны некоторой функцией F. Это записывается через выражение aFb, или AFB. Понятно, что элементы аi и bi должны иметь различную физическую природу, хотя и могут иметь одинаковую размерность.
При ГН функциональная связь выявляется редко, она устанавливается при последующей обработке результатов ГН
При изучении динамический части, особенно на весьма важном минеральном уровне, наиболее сомнительны временные (и реакционные) отношения между ГО, методы анализа и оценки достоверности которых разработаны слабо. В частности, весьма одиозными являются различные уравнения выделения минералов, не имеющие доказательств действительного существования их в природе. Инструментальные методы (геохронологический анализ, анализ Р- Т- условий образования) используются ограниченно. Их доказательственные свойства игнорируются, а результаты используются только как иллюстрации каких- то положений. К тому же в обоих случаях выявлены существенные ошибки в их проведении [7]. 
Вопросы теории «геологического наблюдения». Исходной базой проведения геологического наблюдения является взаимодействие объекта и субъекта; здесь объект – любое геологическое образование либо в его природном залегании, либо в виде искусственно отторгнутой от него части (образца, пробы); субъект – геолог- исследователь. Процесс их взаимодействия осуществляется в виде проведения геологического описания, или наблюдения. Геологическое наблюдение является [4] первичным элементарным актом геологического исследования. Элементарным объектом, подвергаемым воздействию этого процесса, является не горная порода, а образец (проба).
Определение «образца». В геологическом пространстве выделяется эмпирический объем DV, заполненный некоторым веществом В. Мы подчеркиваем единство этих параметров выражением  DV∩В (∩ -пересечение). Математически пресечением двух множеств А и Б является такое множество В, элементы которого одновременно принадлежат множествам А и Б [3]). Применительно к геологическим объектам, являющимися величинами размерными, это определение преобразуется в определение: множество М с элементами m со свойствами а и б, является пересечением множеств А с элементами, обладающими свойствами а, и Б с элементами, обладающими свойствами б, если свойства элемента m одновременно принадлежат свойствам элемента множества А и элемента множества Б.
Это единство является одним из наиболее общих геологических законов- единство пространственных и вещественных характеристик элементов геологического пространства [9]. Выделенный эмпирический объем DV будем называть «геологическим образцом» (далее просто образцом), или «пробой». Образец может реально физически существовать за счет механического отделения от материнского массива (природного скопления вещества в естественном залегании) без нарушения состава и внутренних взаимоотношений между частями этого вещества (принцип целостности); либо быть виртуальным, что имеет место при изучении материнского массива непосредственно на месте его расположения. В последнем случае мысленно выделяется точка A наблюдения, вокруг которой описывается окрестность DV(окрестностью точки Aназывается описанная вокруг точки A сфера, радиус которой меньше некоторого наперёд заданного положительного числа [3]). Эта окрестность точки A, заполненная изучаемым веществом в природном залегании, будет рассматриваться как виртуальный образец. Здесь условие целостности выполняется автоматически.
Хотя мы объединяем понятия «образец» и «проба», однако на практике между ними существует различие: образец- это твердофазное образование, тогда как проба - более широкое понятие: она может быть твердой, жидкой или газообразной.
Два образца A и Б образуют связную совокупностью, если существует
линия, соединяющая любую точку окрестности образца A с любой точкой окрестности образца Б так, что все точки этой линии принадлежат только окрестностям точек А или Б и ни одна точка линии не лежит за пределами этих окрестностей. Следствием этого является то, что окрестности образцов А и В имеют минимум одну общую точку соприкосновения. Эту точку будем называть граничной. Связная же совокупность граничных точек образует границу. Следствием этой связности является свойство непрерывности границы. Если свойства образцов А и В отличаются хотя бы по одному параметру так, что это отличие фиксируется визуально, то граница называется контактом. Связная совокупность нескольких образцов, расположенных в естественном природном залегании, есть обнажение. Поскольку по определению размеры обнажения существенно больше размеров образца, то в обнажении выявляются свойства вещества (функциональные и пр.), не выявляемые в самом образце.
Понятие «геологическое наблюдение» в узком смысле складывается из двух компонентов: а) «описание предмета», т.е. «наблюдение» = «описание»;
б) классификация признаков.
А) «Описание предмета- это перечисление признаков, которые более– менее полно раскрывают сущность предмета» [2]. К признакам мы относим не только свойства геологического явления, но и различные связи между этими свойствами. Если предмет – это геологический образец, а в общем случае - любое геологическое образование, то «геологическое наблюдение» - это описание геологического образца (просто образца, пробы, геологического образования).
Введем операцию W (write- писать) в форме W(A). Эта запись означает, что дано описание W образца А или точки наблюдения А. Если a, b, c и т.д. – признаки, то W(A)= W(a, b, c, и т. д.). Введем представление о множестве признаков M(w1, w2, w3wn). Тогда если a= w1, b= w2 и т.д., то W(a, b, …) = M(w1, w2, …) или W(A) = M(w), где w- обобщенный признак без указания его конкретного значения. Элементарным актом операции W(А) является однопризнаковое (одноместное) описание W(a), элементом которого является некоторый единичный признак a. Имеют место следующие свойства M(w):   
1. M(w, 0) = M(w); здесь 0- отсутствие признака;
2.M(w1, w1)= M(w1) = w1;
3.W(a, b) = W(b, a); при перечислении признаков их порядок значения не имеет (перестановочность признаков).
4.M(w1, w2) = M(w2, w1) – следует из пункта 3.
5.W(a, b, c) = W((a, b), c) = W(a, (b, c)) – операция введения скобки (сочетательность); это означает возможность выделения в описании разделов.
6. M(w1, w2, w3)= M((w1, w2), w3)= M(w1, (w2, w3)) (следует из п.5).
7. M(w1,w2)= M(w1) U  M(w2)= w1 U w2 = wU w1 (U - операция объединения, присоединения).
8. w U 0 = w (следует из п. 1);
9. w1U w1 = w1 (следует из п. 2);
10. w1U wU w3= (w1U w2)U w3 = w1U (wU w3) (следует из п. 7 и 8).
11. w1w2 = 0.
Теорема 1. Если M(w1) = W(a) есть описание, то M(w1,w2) также есть описание. Доказательство. Действительно, перечисление признаков w1 и w2 приводит к соотношению w1 w2. Согласно свойствам 5 и 8 имеем w1Uw2= M(w1)U M(w2)= M(w1, w2) = W(a, b), что и требовалось доказать, поскольку по определению W(a, b) есть геологическое описание.
Теорема 2. Перечисление признаков w1, w2, … , wn есть геологическое описание. Доказательство. Это перечисление приводит к соотношению w1∪w2∪… ∪wn, которое по условию 8 может быть переписано в виде M(w1)∪M(w2)∪ … ∪M(wn). Согласно индукции M(w1) M(w2)= M(w1, w2) = W(a, b) (см. теорему 1). Докажем, что это имеет место и для n признаков. Положим, что оно верно для n-1 признаков, т.е. верно M(w1)∪ M(w2)∪… ∪M(wn-1)= M(w1, w2, … , wn-1). Далее имеем, M(w1)∪ M(w2)∪… ∪ M(wn-1) ∪ M(wn), откуда М(w1, w2, … , wn-1)∪ M(wn) = М[(w1, w2, … , wn-1),wn] = М(w1, w2, … , wn-1,wn], что и требовалось доказать, поскольку w1, w2, … , wn– перечень признаков, характеризующих геологический объект.
Теорема 3: процесс описания геологического обнажения с отбором образцов (и/или проб) для дальнейших исследований также является геологическим наблюдением. Это геологическое наблюдение рассматривается уже в более широком смысле.
В геологической практике обобщением понятия «обнажение» является «точка наблюдения», под которой понимается не только сама точка, но и ее окрестность. Тогда геологическое наблюдение как описание связной совокупности точек наблюдения называется геологическим картированием. Из этой связности следует и свойство непрерывности геологического картирования.
Можно выделить уровни геологического наблюдения:
1.Описание образца (пробы) непосредственно на месте его нахождения;
2. Опосредованное описание через выявление признаков, характеризующих изучаемый образец, в лабораторных условиях, т.е. в отрыве от места отбора (или нахождения) этого образца. Например, определение физико-механических свойств образца; параметров, характеризующих магнитные, электрические и другие физические свойства образца.
3.Образец изучается в лабораторных условиях и по комплексу выявленных свойств определяются другие свойства, которые не могут быть непосредс-твенно наблюдаемы. Пример, определение возраста минерала по результатам анализов концентраций радиогенных изотопов; или определение Р-Т- условий образования минерала по концентрациям определенных элементов.

По степени сложности описания и по величине объема получаемой информации можно выделить последовательность этапов и объектов описания (от простого к сложному): шлиф и образец (нульмерное описание) –   линия маршрута и колонка геологической скважины (одномерное описание) –  разрез (двумерное описание в субвертикальной плоскости) и геологическая карта (двухмерное описание в субгоризонтальной плоскости) –  блок-диаграмма геологического строения (трехмерное описание). Характерно, что построение геологической карты и блок- диаграмм представляет собой качественно новый этап в изучении геологического пространства – появляется четвертое измерение в виде временной координаты (переход количества в качество). Причем эта координата вводится не только через определение возраста  геологического образования, но и через выявления последовательности напластования, наличие рвущих тел и пр. Описание каждого последующего этапа  включает описание  всех предыдущих этапов. Но из описания предыдущих этапов не следуют свойства последующего этапа  наблюдения.

Б).  Классификация признаков. Таким образом, описание представляет собой перечисление основных признаков, характеризующих свойства описываемого объекта. Эти признаки имеют разнообразную физическую природу. Поэтому возникает необходимость разбиения этих признаков на непересекающиеся однородные выборки. Это разбиение носит название классификации. Разбиение признаков производится по многим параметрам, но среди них выделяются исходные, начальные параметры:

а. Монолитность образца, т.е. сложение его монолитным веществом, не подвергшегося той или иной раздробленности (простой образец);

б. сложенность образца из составных частей, как правило различных по свойствам (составной образец). В этом случае образец складывается из зерен, анализ которых составляет сущность следующего этапа классификации.

В случае составного образца, сложенного зернами, осуществляется классификация свойств зерен. При этом опять-таки выделяются

-свойства, присущие самому зерну;

-свойства, присущие совокупности, или множеству, зерен.

Основными элементами свойств единичного зерна являются его состав, форма  и размер. Основными элементами свойств множества зерен являются количественные соотношения вещественных составов зерен, размеров зерен и способ расположения этих зерен в пространстве. Причем, если первые два свойства являются развитием свойств единичного зерна, то третье свойство характеризует новое качество- текстуру. Отсюда выявляются три составные части внутреннего строения составного образца: состав (совокупность вещества зерен), структура (совокупность размерных параметров) и текстура (совокупность зерен – как способ выполнения пространства образца). Четвертый элемент- совокупность форм зерен - абсолютно не изучен.

Все это вместе с  этапностью  геологического наблюдения показывает, что необходимо рассматривать отдельно структуру (текстуру) образца горной породы, структуру (текстуру) геологического тела, выполненного этой породой, структуру (и возможно текстуру) геологического пространства, как связной совокупности геологических тел.

Таким образом «геологическое наблюдение» представляет собой  взаимодействие объективного (природный  объект) и субъективного (геолог) факторов. Это  взаимодействие  обуславливает   возникновение внутренней противоречивости  ГН. Двойственность  ГН обусловила и двойственную значимость  ГН для ЭГИ. Во- первых, ГН – база для описания свойств ГО и их картирования. Во- вторых, ГН - это фактический материал для создания различных классификаций и «генетических построений». При отсутствии независимых методов контроля «генетических построений» этот подход вызывает появление субъективных интерпретаций, или «теорий»; их значимость определяется исключительно авторитетом или руководящей ролью исследователя [5, 10]. Этим, например, обусловлено появление разных  вариантов определения этапов рудообразования на месторождении или даже генетических схем, предлагаемых разными  исследователями. По этой же причине происходит искажение функций и роли вспомогательных методов исследований, например,  геохронологических, баротермометрических,  изотопных. Главным методом доказательства выступает подгонка фактов под идею или авторитарные воздействия. Ярким примером такого подхода является решение задач об источниках вещества по изотопным данным. Довольно часто для этих целей используются результаты экспериментов, применение которых для решения геологических задач порой ничем не обосновывается. Роль эксперимента в геологии  [11] существенно искажена. Это обусловлено тем, что геологи игнорируют разделение всего круга задач единственным образом на непересекающиеся множества: прямые и обратные задачи. Все  эксперименты относятся к множеству прямых задач, тогда как геологи занимаются решением обратных задач.  Поэтому  никакой эксперимент прямо не говорит о механизме протекания геологического процесса, но любой эксперимент говорит о возможном его проявлении. Широко используются также и представления о «моделировании», сущность которого в геологии извращена [5, 10].

ГН устанавливает исключительно гипотетические связи (!!!) между ГО, составляющие основу гипотезы. Этап превращения их в объективную реальность через доказательство, отражением которого является только теория,  практически отсутствует. Кроме того, в геологической практике нет четкого понимания сущности  понятия «теории» [5, 10]. Ясно, что теорией не является даже системное изложение эмпирически установленных свойств, связей  и закономерностей, как это, например, имеет место в [1, 12]; это – функция  cправочников.

При систематических волюнтаризме и авторитарности методов

управления процессами геологического познания происходит абсолютизация и переоценка роли  ГН, превращающих его в критерий «истинности» тех или иных точек зрения. К сожалению, это – обычное явление, поскольку при теоретической несостоятельности только такой подход  позволяет геологу как- то проявить себя в творческом плане.

 

Литература:

1. Заварицкий А.Н. Изверженные горные породы. М.: издание АН СССР, 1961. 479 с. Новосибирск: Наука, 1982.176 с.

2. Кондаков Н.И. Логический словарь. М.: Наука, 1971. 656 С.

3. Корн Г. и Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1978. 831 с.

4. Макаров В.П. К вопросу о роли “геологического наблюдения” в геологическом  исследовании./ VI Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле». Тез. докл. М.: издание МГГА, 2001.Т.2. С.248.

5. Макаров  В.П. Некоторые  вопросы методологии научного

геологического познания. /X научный семинар 5- 6 февраля 2002 г. «Система – Планета Земля (нетрадиционные вопросы геологии). М.: МГУ, 2002. С.19- 26.

6. Макаров В.П. Некоторые подходы к созданию классификаций геологических образований. /V Уральское  литолог. совещание «Терригенные осадочные последовательности Урала и сопредельных территорий: седименто- и литогенез, минерагения». /Тез докл. Екатеринбург, издание УрНИИГ и Г им. А.Н. Заварицкого, 2002. С. 120- 124.

7. Макаров В.П. Некоторые  методологические проблемы геохронологии./ Система – планета Земля. XI научный семинар «Нетрадиционные вопросы геологии». М.: издание МГУ, 2003. С.71- 95

9. Макаров В.П. Геологические законы. Некоторые вопросы формирования геологических законов. Историческая справка. Примеры геологических законов. /Тез. докл. VII Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле). Тез. докл. М.: издание МГГРУ, 2003.Т.1. С.82- 84.

10. Макаров В.П. Методологические проблемы научного геологического познания./Матерiaли v miжнародноï науково-практичной конференцiï «Динамика наукових дослiджень – 2006». Днiпропетровськ: Наука i освiта, 2006. Том 6. С.74- 88.

11. Назаров И.В. Методология геологического исследования. Новосибирск: Наука, 1982. 176 с.

12. Япаскурт О.В. Исследование осадочных горных пород. Часть I. Теоретические основы. М.: МГУ, 1998. 168 с.

 

 

Примечание: Источник-

ВОПРОСЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ГЕОЛОГИИ.1. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ НАБЛЮДЕНИЕ. //Международная научно-практическая конференция «Пер-спективные инновации в науке, образовании, производст-ве и транспорте»1-15 июня 2007 г. Одесса: Черноморье, 2007, Т.15. С.24-31