книги из ГПНТБ / Косыгин, Ю. А. Основы тектоники

зо

будут применять его в совместной беседе, они друг друга в полной мере понимать не будут. Поскольку это касается термина «геоанти­ клиналь», они будут говорить на разных языках, а их дискуссия, несмотря на искреннее желание ее участников обсуждать вопрос по существу, сведется к чисто терминологическому спору, как выясне­ ние вопроса о значении термина, приоритете его установления и т. д.

Еще большие трудности возникают при использовании много­ значного термина для формулировки некоторых понятий, которые определяются через понятия, обозначенные данным многозначным термином. Например, понятие, обозначаемое термином «антиклино­ рий», Н. А. Штрейс [184] определил как складчатую форму геоанти­ клиналей. Подставляя в эту формулировку любое из трех последних значений термина «геоантиклиналь», мы получим геологические не­ лепости, такие, как складчатая форма стабильной области кратона, складчатая форма антиклиналей, складчатая форма горного текто­ нического сооружения в виде складчатой зоны. Становится очевид­ ным, что Н. А. Штрейс в своем определении антиклинория подразу­ мевает первое значение термина, данное Э. Огом. Такое же значение имеет термин «геоантиклиналь» в понимании Н. С. Шатского [179]. Таким образом, при неоднозначности термина, обозначающего исход­ ное понятие (геоантиклиналь), термин, обозначающий производное понятие (антиклинорий), приобретает по меньшей мере столько же значений, сколько имеет исходный термин. Так, если термин «гео­ антиклиналь» в геологической литературе на русском языке имеет семь значений, то термин «антиклинорий» в определении Н. А. Штрейса также может приобретать семь значений. Учиты­ вая же, что цитированное определение Н. А. Штрейса является одним из пяти известных на русском языке определений антиклинория и каждое из этих определений может пониматься в нескольких смыслах в соответствии с многозначностью используемых исходных терминов, становится ясным, что число значений производного термина воз­ растает как произведение. По мере конструирования определений все более и более сложных понятий через относительно простые по­ нятия, многозначность терминов, обозначающих эти более сложные понятия, будет выражаться астрономическими числами. Язык же, составленный из таких терминов, будет совершенно непригоден для решения научных задач и проведения научных дискуссий. Поэтому необходимым требованием при выработке терминологии является достижение взаимно-однозначного соответствия между терминами и понятиями. Каждый термин должен выражать только одно един­ ственное понятие; каждое понятие должно выражаться одним един­ ственным термином.

Для того чтобы усовершенствовать терминологию (тектонический или геологический научный язык), недостаточно достигнуть взаимно­ однозначного соответствия между терминами и понятиями. Необ­ ходимо разработать системы понятий. Опыт создания таких систем в геологии имеется. Однако, поскольку одни и те же явления различ­ ными исследователями на основании различных подходов и с учетом

31

различных данных расцениваются по-разному, появляются различ­ ные параллельные друг другу системы понятий и связанные с ними системы терминов, разработанные в соответствии с теми или иными тектоническими концепциями (например, системы терминов, при­ меняемые в работах В. В. Белоусова, В. Е. Хайна, В. И. Попова, Л. И. Красного). Особые трудности возникают при смешении раз­ личных «автономных» терминологических систем.

Очевидно, автономные системы понятий не могут представлять собой основы для создания научного геологического (тектонического) языка. Для разработки такой системы понятий, которая могла бы стать основой научного языка, необходимо соблюдение некоторых методологических требований. Таких требований может быть ука­ зано два.

Во-первых, разработка научного языка должна быть приведена в соответствии с системным подходом в геологических исследованиях. Поскольку каждому типу геологических систем (статическим, дина­ мическим и ретроспективным) свойственна особая природа элемен­ тов, отношений и связей, а также особые принципы и методы исследо­ ваний, ему должна быть свойственна также особая система понятий, как основа языка в исследованиях данного типа геологических систем.

Во-вторых, необходимо, чтобы каждая система понятий была бы достаточно полной, непротиворечивой и выводилась бы из некоторых фундаментальных понятий, которые являлись бы исходными для определений всех производных понятий.

Возможно, для описания статических систем должны применяться термины, обозначающие геологические тела и границы (например, термины — слой, пласт, толща, система, группа, массив, типы гор­ ных пород, геологическая формация, оболочка, поверхность наслое­ ния, поверхность несогласия, типы несогласий, складки, сбросы, типы дислокаций, платформы и геосинклинали), охарактеризованные только по составу и условиям залегания, и т. д.

В основе системы понятий, соответствующей такой совокупности терминов, лежит фундаментальное понятие о статическом геологи­ ческом пространстве. При описании статических систем не должны применяться термины, относящиеся к течению времени, последова­ тельности во времени, событиям, процессам и эволюции. Следует всегда иметь в виду, что при описании статических систем время принимается фиксированным.

Язык статических систем предназначен для описания любой гео­ логической структуры, любого сочетания горных пород и геологи­ ческих тел, любой геологической (тектонической, геофизической) карты, изображающей их расположение. Такое пространственное описание используется не только для собственно статических систем, но также в качестве основы при характеристике динамических и ре­ троспективных систем. Поэтому язык, применяемый для описания статических систем, может рассматриваться как основной язык гео­ логической науки и, в частности, тектоники.

34 -------------------------------------------------- -------------------- --------------------------------------

поставлен вопрос о математизации геологии и об организации Между­ народной ассоциации математической геологии (МАМГ) — органа, направляющего развитие по применению вероятностно-статистиче­ ских методов в геологии во всемирном масштабе. Это направление известно под названием математической геологии, задачей которой является получение полной и точной информации из геологических данных. При решении частных геологических за­ дач находят применение также аналитический, геометрический и другие методы математики.

Второе направление математизации геологии основывается на формализации основных геологических понятий и построении их систем. Для этого, в частности, разрабатываются основные геологи­ ческие понятия, такие, как геологическая граница, геологическое тело, вещественные ассоциации, геологическое пространство, геоло­ гическая структура.

В табл. 3 по вертикали расположены некоторые основные группы тектонических (геологических) задач, а по горизонтали — математи­ ческие методы, применяемые для их описания. Охарактеризуем

1. Выделение геологических границ и геологических тел. C этой целью вероятностно-статистические методы использовались Д. А. Ро­ дионовым [139], который применил аппарат многомерной статистики

красчленению ряда геологических объектов на однородные участки,

вчастности он провел расчленение кампанских и маастрихтских

отложений Русской платформы по комплексу фораминифер, кор выветривания Орской области по содержанию отдельных химических элементов. А. Б. Вистелиусом [41 ] проводилось расчленение красно­ цветных толщ п-ова Челекен путем построения кривых песчани­ стости, определения их устойчивости, выяснения функции распреде-

36

4. Описание геологических структур. Вероятностно-статисти­ ческий метод применяется при изучении трещиноватости, а также при исследовании геологической структуры по ориентировкам мине­ ралов. Результаты выражаются обычно в виде диаграмм роз, струк­ турных диаграмм [129, 133, 166]. Намечена лишь принципиальная возможность использования дискретного метода. Опыт применения дискретных геометрических и логических методов пока очень не­ большой. Значительный прогресс достигнут в логическом описании слоистой структуры [44, 45].

5. Описание современных тектонических движений (один из при­ меров динамической системы). Поскольку в исследованиях динами­ ческих систем (геологических процессов, в частности геологических движений) используются принципы физики, химии и механики, то естественно, что в решении геологических задач применительно к динамическим системам используется наиболее характерный для этих наук аналитический метод математики.

Геометрический метод описания тектонических движений находит выражение в картах изоанабаз, изокатабаз, картах скоростей совре­ менных тектонических движений, картах градиента вертикальной составляющей, скорости современных тектонических движений, в гра­ фиках скорости движения по линии точной нивелировки и т. д.

Применение математики при исследовании ретроспективных си­ стем несколько своеобразно. Дело в том, что элементы, отношения и связи в ретроспективных системах никогда непосредственно не наблюдаются и, следовательно, в принципе не могут быть измерены. Элементы, отношения и связи здесь всегда являются реконструиро­ ванными на основании аналогии с динамическими и статическими системами. Естественно поэтому, что для исследования ретроспектив­ ных систем по аналогии переносятся те же математические методы, которые используются для Исследования статических и динамиче­ ских систем. Только если в математических построениях, касающихся статических и динамических систем, исходными являются данные, наблюдаемые и измеряемые в природе, то при исследовании ретро­ спективных систем исходными данными являются лишь высказы­ вания по аналогии.

В соответствии с изложенными выше соображениями о системном подходе в геологических исследованиях, о свойственных каждому типу систем специфических принципах и методах исследования сле­ дует, что применение математики также необходимо связывать с си­ стемным подходом. Исследователь, применяющий тот или иной мате­ матический метод, должен отдавать себе отчет в том, какую именно систему он исследует.

Согласно высказанным предложениям о построении научного языка на основе разработки фундаментальных понятий и их систем­ ности следует считать также, что применение математических методов

--------------------------------------------------------------------------------------------- 37

должно иметь твердую основу в геологическом языке. Понятия, которые кладутся в основу математического исследования, должны быть формализованы; они не могут быть расплывчатыми или дву­ смысленными.

Наконец, сделанный обзор применения математических методов в геологии показывает, что вряд ли при решении той или иной гео­ логической задачи следует ограничиваться каким-либо одним мате­ матическим методом. Методы эти несомненно могут дополнять друг друга, и поэтому следует использовать их рациональный комплекс, т. е. идти по пути широкого применения математики.

Прежде чем начинать применять какой-либо математический метод, необходимо сначала уяснить условия его применения. Таким необходимым условием является соответствие принципам того языка, на котором-эти методы изложены, принципов языка той науки, в ко­ торой хотят применять метод.

Статические системы

Геологическое пространство

Понятие о геологическом пространстве лежит в основе исследования пространственных распределений свойств вещества в Осадочной обо­ лочке, выделения и описания геологических тел, изучения их про­ странственных соотношений, их сравнения и классификаций. Все перечисленные исследования и построения ведутся в той части про­ странства, которая занята осадочной оболочкой Земли. Геологу при­ ходится иметь дело с распределением свойств вещества в пределах Земли в целом или любой ее части (геологическое пространство). Все исследования и построения статической геологии ведутся в гео­ центрических координатах, инвариантных относительно вращения Земли и ее движения по орбите.

Понятие о геологическом пространстве не ново. Еще В. И. Вер­ надский писал о физико-химическом пространстве планеты. Пред­ ставления В. И. Вернадского были развиты Ю. П. Трусовым, име­ новавшим физико-химическое пространство В. И. Вернадского гео­ химическим пространством, «точками» которого являются земные атомы. «Геохимическое пространство, — пишет он, — есть нечто иное, как пространство планеты и прежде всего ее коры, рассматриваемое на уровне атомов» [161, стр. 241 ]. Можно рассматривать пространство планеты на уровне более мелких единиц •— элементарных частиц. «Можно, наоборот, связывать элементы пространства планеты с гео­ логическими образованиями, много более крупными, чем атомы: минералами, горными породами, геосферами и т. д.» [161, стр. 241 ]. Наряду с геохимическим пространством Ю. П. Трусов различает и геологическое пространство, взятое на том или ином более крупном уровне.

Понятие «геологическое пространство» здесь принимается как более широкое, включающее все земные «пространства».

Поскольку в статических системах геологическое пространство рассматривается в фиксированный момент времени, то оно может быть названо статическим геологическим про­ странством. Оно может быть представлено бесконечным коли­ чеством точек, в каждой из которых в принципе может быть изучено весьма большое количество свойств вещества, заполняющего это про­ странство. В связи с узкой специализацией исследований геохимик, например, укажет весьма большое количество химических свойств, изучение которых может его интересовать в зависимости от постав­ ленных задач. Не меньшее количество свойств назовут петрографы,

---------------------------------------------------------------------------------------------39

геофизики, палеонтологи и т. д. При изучении распределения того или иного свойства следует определить или измерить его значение

вкаждой точке с некоторой точностью, а для этого надо располагать способом такого определения или измерения. Пространство, в каждой точке которого определяется весьма большое количество свойств, яв­ ляется неконструктивным -— в нем нельзя проводить построения.

Поэтому, во-первых, по причинам доступности и целесообразности ограничивается количество точек, в которых измеряют значения свойств. Например, при составлении геологической карты наблюде­ ния обычно проводятся в отдельных обнажениях, а в закрытых уча­ стках — в ограниченном числе выработок (шурфов, скважин). Только в сравнительно редких случаях возможно непрерывное про­ слеживание пластов, даек и т. д., но и тогда наблюдения над данным пластом или дайкой, например фиксирование мощности, описание петрографического состава, отбор проб для химических анализов, сборы фауны и т. д., проводятся лишь в выбранных точках. При изу­ чении геофизических полей, например, посредством аэромагнитных съемок проводятся не сплошные наблюдения, а наблюдения вдоль профилей, расстояния между которыми выбираются в зависимости от масштаба и задач исследования. Для разведки нефтяной или газо­ вой залежи бурится ограниченное число разведочных скважин, рас­ стояния между которыми измеряются обычно сотнями метров или километрами. Выбор этих расстояний определяется геологическими особенностями разведываемых залежей и в значительной степени со­ ображениями экономического порядка. В результате ограничения количества точек наблюдения мы можем представить себе изучаемое геологическое пространство как конечное множество точек.

Во-вторых, в процессе исследования не может быть изучена и никогда не изучается вся совокупность мыслимых свойств вещества

вкаждой точке, принадлежащей этому множеству. При биостратиграфических исследованиях, например, изучается только распро­ странение остатков фауны и флоры: при более специализированных исследованиях палеонтолог может ограничиваться рассмотрением только какой-либо одной разновидности фауны или флоры. Сейс­ молог, тщательно исследуя упругие свойства, не уделяет внимания распределению органических остатков, химическому составу и т. д. Таким образом, при изучении геологического пространства исследо­ ватель абстрагируется от всех свойств, кроме тех, которые состав­ ляют предмет его исследования, что является необходимой предпо­ сылкой для раскрытия закономерностей и получения научных вы­ водов.

Витоге такого абстрагирования геологическое пространство может быть представлено как конечное множество точек, каждая из которых охарактеризована лишь некоторой определенной конечной совокупностью независимо измеряемых свойств. Здесь важно под­ черкнуть требования определенности этой совокупности, так как из­ мерение различных совокупностей свойств в различных точках про­ странства делает его неконструктивным. Так, например, нельзя про-