Геофизические исследования скважин при фациально-циклическом изучен

ГЛАВА 1. СИСТЕМНО-СТРУКТУРНЫЙ ПОДХОД К ИНТЕРПРЕТАЦИИ ПРОМЫСЛОВО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ

Подход к объектам исследования как к системам выражает одну из главных особенностей современного научного познания. За последнее время значительно возрос интерес исследователей к теоретико-системной проблематике, вопросам логики

иметодологии научного исследования. Основные их усилия направлены на выявление и анализ многообразных конкретных проблем, выдвигаемых практикой системных исследований, создание новых действенных средств решения научных и прикладных задач системного характера.

Геология является сферой научной и практической деятельности, в которой использование системного подхода предопределено спецификой геологических объектов, понятия целостности и элементности которых использовались многими гео-

логами-исследователями [8, 28, 52, 60, 72, 81, 82].

Вгеологии все более осознается фундаментальный статус системной организованности геологических объектов, что предопределяет желание геологов раскрыть системную природу

исистемные закономерности геологических тел.

Общую теорию систем следует рассматривать как совокупность различных способов описания систем разного рода. Главной особенностью общей теории систем является установка на выделение и фиксацию самой «системной действительности» в ее «естественном» расчленении. Один из подходов к построению общей теории систем заключается в том, чтобы расположить реально существующие объекты в соответствии с иерархией составляющих их подсистем и элементов, для каждого уровня иерархического ряда подобрать наиболее подходящие способы абстракции. Одно из преимуществ выявления иерархии

11

систем заключается в ясном представлении об имеющихся пробелах как в теоретических знаниях, так и в эмпирических данных. Наиболее перспективными являются попытки построения теоретических моделей отдельных типов системных объектов [7, 65, 69, 72, 79, 91]. При системном подходе исследователи должны показать, что изучаемый объект может рассматриваться как системный (это необходимое условие), и выяснить, из каких элементов состоит данная система. Поскольку элементы могут выделяться более или менее произвольно, необходимо ввести критерий выделения элементов и показать, что именно эти элементы удовлетворяют исследователей при изучении системы. Также нужно выявить соотношения между элементами (структуру системы) и характер связей между ними.

Таким образом, термин «система» можно определить как относящийся к совокупности выделенных любым способом элементов, каждый из которых в рамках данного исследования признается неделимым и так или иначе связанным с другими элементами той же системы.

Ценность системного подхода для геологов состоит в том, что, получив принципиально важную информацию уже в самом начале системных исследований, можно правильно спланировать весь ход дальнейших исследований и последовательно приближаться к более полному познанию сложных геологических объектов, вводить качественные характеристики объекта, которые впоследствии могут быть заменены на количественные, эффективно сочетать формальные и содержательные методы, широко использовать интуицию и опыт. Под системными исследованиями понимается вся совокупность научных и технических проблем, которые при всей их специфике и разнообразии сходны в понимании и рассмотрении исследуемых ими объектов как систем, т.е. как множеств взаимосвязанных элементов, выступающих как одно целое [8, 60].

Как мы выделяем систему? Это зависит от конкретно поставленной задачи. С позиций общенаучного системного подхода система есть множество связанных между собой компонентов

12

той или иной природы. Она обладает целостностью, которая выражается в интегральных свойствах и функциях и в относительной автономности существования и проявления этого множества [4, 60, 72, 79]. Компонентами системы могут быть ее части (относительно неделимые элементы), свойства, состояния, связи, фазы и этапы внутреннего функционирования и развития.

Многие исследователи дают свою трактовку термина «система». Так, Г.А. Викторов под системой понимает какое-то множество объектов или явлений, определенным образом связанных друг с другом, а по Л.А. Блюменфельду, система – это совокупность любым способом выделенных из остального мира реальных или воображаемых элементов. Похожее определение системы дает А. Холл, который считает, что система – это множество объектов вместе с взаимоотношениями между ними и их атрибутами [8]. Некоторые исследователи рассматривают систему с математической точки зрения как некоторую часть мира, которую в любое время можно описать, придав конкретные значения некоторому множеству переменных. Они подчеркивают, что система не просто совокупность элементов, в которой каждый элемент управляется действующими по отношению к нему законами причинной связи, а совокупность отношений между этими элементами [69, 72].

Основные объекты исследования в современной науке представляют собой те или иные системы. Любой реальный объект рассматривается как система, если результат его поведения определяется как продукт взаимодействия его частей. В геологии к таким системам относятся залежь, пласт, образец и т.п., принадлежащие к различным иерархическим уровням, т.е. системный подход к исследованию геологических тел обычно реализуется на основе их декомпозиции на иерархии пространственно связанных частей – подсистем. Для того, чтобы представить объект как систему, необходимо вначале так или иначе расчленить его, выявить, например, его пространственно ограниченные части (пласт горной породы, ограниченный сверху

13

и снизу поверхностями напластования) или найти другие формы расчленения объекта, а затем констатировать существование отношений этих частей (подсистем и элементов) в целостной картине объекта, т.е. при рассмотрении объекта как системы должна быть представлена картина ее составных частей в их взаимных отношениях.

Границы подсистем всех уровней желательно проводить по поверхностям, характеризующимся резким изменением мер взаимного сходства и взаимосвязи смежных элементов. Тогда возможности иерархической декомпозиции как средства моделирования сложных систем (например, нефтегазовых залежей) проявляются с наибольшей полнотой.

В последнее время ряд исследователей подчеркивают необходимость выделения трехмерных геологических объектов с одновременным учетом площадной и вертикальной иерархии. В принципе под геологическим телом следует понимать часть геологического пространства, ограниченную геологической границей. Но если раньше больше внимания обращали на целостность геологических тел, то системный подход делает упор на его части (элементы) и их связи между собой и с другими геологическими телами [81]. Тем не менее до сих пор не разработаны единые правила сопоставления объектов, выделяемых на площади и в разрезе, в зависимости от их ранга (уровня организации) и масштаба. Определяющим моментом в организации бесчисленного множества геологических тел и их связей является закон иерархии: каждое геологическое тело является частью более крупного тела и участвует вместе с ним в геологических телах высших рангов. Так, например, слой является частью пачки, горизонта; пачка и горизонт – частями яруса и т.д. Осадочный бассейн в нефтегазоносном отношении представляет собой целостную систему и находится на более высоком интегративном уровне организации, чем слагающие его нефтегазогеологические компоненты разреза – залежи, толщи, пачки, слои. Разрез любого осадочного бассейна представлен в виде чередования

14

слоев (геологических тел более низкого ранга), каждый из которых имеет свой литологический состав и может представлять собой как нефтесодержащий коллектор, так и покрышку, препятствующую перемещению углеводородов по вертикали.

Целесообразно разработать модели различных уровней в геологии с учетом их иерархичности, а при выделении геологических объектов, находящихся на разных иерархических уровнях, необходимо исходить из основных признаков, отражающих сущность выбираемого в качестве основной (базисной) единицы объекта. Каждый геологический объект определенного ранга обладает своими, присущими только ему, свойствами. Первоначально объект предстает как некая система свойств, которые характеризуют внешние отношения объекта в его целостных проявлениях. Уже здесь имеет место системное рассмотрение объекта, хотя еще не известна его структура, предполагающая прежде всего внутренние отношения составляющих его элементов. Переход от системы целостных свойств к структуре может быть осуществлен при условии, если найдены элементы и их устойчивыеотношения, которыесвязаныс природой этихсвойств.

Дж. Нидхем полагает, что внутреннее строение системы определяется тремя факторами: качеством элементов, их количеством и, наконец, тем, как они складываются в общую архитектонику системы, т.е. тем, что можно было назвать структурой системы [63]. В рамках системного подхода наиболее важным и вместе с тем наименее разработанным является учение о структурах, т.е. о таких особых преобразованиях, которые являются общими для всех систем данного типа, независимо от качества элементов и области, к которой относится система. Поэтому в ситуациях, когда решающее значение для успеха исследования геологических объектов имеет «правильный» выбор способа декомпозиции системы, следует говорить о системноструктурном подходе.

Изучение типов систем и структур самих по себе очень важно еще и потому, что позволяет четко решать некоторые во-

15

просы, абстрагируясь при этом в известной мере от менее существенных свойств изучаемых объектов. Большую роль в изучении структур играет установление аналогий между различными объектами. Там, где аналогия видна, можно с большим основанием сформулировать выводы, смысл которых состоит в том, что если в разных типах объектов имеются сходные закономерности, то эти закономерности можно рассматривать как общеструктурные, т.е. структура выявляется как нечто общее в различных объектах. Собственно структурный анализ системы начинается с определения состава системы, детального исследования ее частей (элементов) и констатации неделимости элементов в определенных отношениях. Структурные отношения важны не сами по себе, но только в той мере, в какой они характеризуют устойчивость системы, так как структура есть устойчивое единство элементов, их отношений и основа целостности системы.

Структурные исследования статических систем строятся на основе синтеза макро- и микроподходов к познанию этих систем, в рамках которого исследования системы в целом и независимые исследования свойств составляющих ее элементов необходимым образом дополняют и видоизменяют друг друга. Развитие системно-структурных исследований существенным образом видоизменяет способы характеристики индивидуальных, отдельных объектов – они рассматриваются как элементы определенных материальных систем, т.е. их свойства и существование с самого начала ставятся в зависимость от других элементов этих систем.

Изучение связей и взаимодействий компонентов геологических объектов на разных уровнях их организации позволяет подойти к пониманию значения геологических структур. Так, набор значений каких-либо физических параметров (например, пористости, проницаемости, глинистости и т.п.), является не чем иным, как некоторым схематическим описанием реального объекта (нефтяной залежи, пласта, образца), который можно вос-

16

принимать как систему. В основе каждой системы лежит наличие связей между элементами системы, например между минеральными зернами, слагающими образец горной породы. Каждому элементу (зерну) отвечает некоторый набор возможных параметров – размер, окатанность, минеральный состав, цвет и т.д. Очень важно при этом установить наиболее важные параметры, которые несут наибольшую информацию.

При переходе от одной системы к другой более высокого или более низкого порядка (уровня) изменяются и определяющие их свойства. Некоторые свойства остаются общими для разноуровенных систем, а другие характерны только для какой-либо определенной системы. Таким образом, при рассмотрении систем с близкими свойствами возникает вопрос об их классификации, т.е. о выяснении общих черт сходства и различия между ними. Обычно при изучении реального объекта сначала обращают внимание на его характерные свойства, а затем при расчленении объекта на элементы выявляют и частные характеристики. В геологии также можно выделять несколько основных уровней организации геологических объектов.

Для более полного и научнообоснованного выделения объектов как систем различного уровня в геологии целесообразно разработать модели этих систем с учетом их иерархии. Отсюда, важнейшей особенностью объекта как системы является его иерархичность, которая означает, что каждый ее компонент в свою очередь может рассматриваться как система, а сама исследуемая система представляет собой лишь один из компонентов более широкой системы.

Окружающий нас мир представляет собой многоступенчатую иерархию разных уровней организации или структурных уровней. Каждый следующий уровень характеризуется новыми, эмерджентными свойствами, которые нельзя обнаружить у компонентов системы. Следует отметить, что переход от одного уровня к другому более высокого порядка отнюдь не означает повышения упорядоченности или устойчивости, а построение

17

иерархических рядов на основе простой линейной последовательности является ошибочным.

Очень важное значение при системно-структурных исследованиях играет моделирование какого-либо объекта путем воспроизведения его самого и существенных его свойств в виде модели материальной или воображаемой. Положительным моментом применения моделирования является то, что всякая структура объекта как бы освобождена от затемняющих ее деталей [24]. При построении модели залежи по данным ГИС по ряду скважин системно-структурный подход заключается в огрублении каротажных кривых при литолого-стратиграфическом расчленении разреза для выявления основных его закономерностей и удаления локальных неоднородностей [49, 47, 46].

1.1. СИСТЕМНО-СТРУКТУРНЫЙ ПОДХОД КАК МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА ПОСТРОЕНИЯ

МОДЕЛЕЙ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ И ГАЗА

Математические методы обобщения, анализа и обработки геологической информации все более широко используются при решении многих задач нефтегазовой геологии. Не случайно научно-технический прогресс в нефтегазодобывающей отрасли связывают с применением математических методов, современной вычислительной техники и новейших информационных технологий. Однако при этом геологические объекты

восновном исследуются только в узко поставленных рамках конкретной задачи, нередко недооценивается и не используется весь комплекс методов научного познания изучаемого геологического объекта. Выйти из создавшегося положения, как считают многие геологи-исследователи, можно только используя системно-структурный подход, который должен включать

всебя не только теоретическое обсуждение методов и принципов исследования объектов как систем, но и иметь реальное

18

прикладное значение. Все системные исследования должны быть направлены на поиски системообразующих факторов, а не просто фиксацию совокупных характеристик системного объекта [19, 28, 52, 95, 98].

Однако эффективность применения системно-структурно- го подхода зачастую невысока, что и подтверждается практическими результатами многих исследователей, когда дальше тривиальных рекомендаций познавать сложное путем изучения слагающих его элементов и взаимосвязей между элементами дело не идет.

Замечено, что если внутри системы некоторые элементы обладают способностью обмениваться информацией, то в результате этого могут возникнуть подсистемы, которые относительно автономны и связаны между собой иерархическим образом, т.е. подсистемы определенного уровня объединяются в подсистемы более высокого уровня.

Реальный геологический объект может быть рассмотрен как система, если его поведение определяется как продукт взаимодействия его частей. В основе каждой системы (подсистемы) лежит наличие связей между составляющими ее элементами, причем каждому элементу отвечает некий набор возможных состояний. В геологии четко прослеживается, что система (геологический объект) состоит из двух частей: физико-химической и структурной, находящихся в отношении взаимозависимости друг от друга.

Концептуальная модель системно-структурного подхода к проблемам познания и анализа объектов нефтегазопромысловой геологии трактуется многими авторами по-разному. Так, с одной стороны, констатируется познавательная ценность мысленного расчленения (декомпозиции) систем (совокупности геологических объектов, определенным образом связанных между собой и образующих некоторые целостности) на отдельные элементы или подсистемы, которые в дальнейшем по ходу их изучения будут сами рассматриваться как системы. С другой стороны, под-

19

черкивается такая особенность системы, которая характеризуется наличием у нее так называемых эмерджентных свойств [28, 60, 95], которые отсутствуют у слагающих ее элементов.

Ранее (до системного подхода) исследователями широко использовался так называемый причинный подход, который состоит в представлении изучаемого явления или объекта в виде цепи причин и следствий. При системном же подходе объект представляется в виде системы в системе объектов того же класса. Как мы можем представить тот или иной объект исследования в виде системы? Это зависит от содержания решаемой задачи. При системном подходе прежде всего необходимо показать, что изучаемый объект может рассматриваться как системный и затем уяснить, из каких элементов состоит данная система. Поскольку элементы могут выделяться более или менее произвольно, то требуется ввести критерий выделения элементов и показать, что именно эти элементы характерны для изучаемой системы. Далее необходимо выявить соотношения (качественные и количественные) между этими элементами и тем самым получить представление о структуре системы.

Противоречия, возникающие при трактовке концепции системного подхода, могут быть устранены, если системный подход рассматривать как средство учета в научных исследованиях индивидуальных, неповторимых особенностей изучаемых реальных объектов и явлений.

Рассмотрим сущность системно-структурного подхода применительно к моделированию геологических объектов с использованием результатов интерпретации материалов промы- слово-геофизических исследований.

В своих представлениях о строении геологических объектов интерпретатор явным или скрытым образом всегда руководствуется некоторой классификацией (типизацией) изучаемых объектов и составляющих их элементов. Предполагается, что элементы каждого типа тождественны друг другу по наборам присущих им видовых свойств. Так, например, основное свой-

20