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

40

водить геологические построения в пространстве, для одних точек которого указана электропроводность, для других — фракционный состав песков, для третьих — содержание изотопов и т. д. или же если какие-либо свойства измерены с различной точностью.

Рассмотрим некоторую точку, принадлежащую статическому гео­ логическому пространству, и некоторую конечную совокупность не­ зависимо измеряемых свойств. Если в точке измерены значения всех свойств рассматриваемой совокупности, указаны способы измерения этих свойств и точность их измерения, то рассматриваемую точку будем называть формальной точкой статического геологи­ ческого пространства. Точнее, такую точку следует определять как формальную точку статического геологического пространства по за­ данной совокупности свойств с учетом набора конкретных процедур измерения каждого входящего в эту совокупность свойства и конкрет­ ной точности измерения каждого из этих свойств. Заметим, что зна­ чения свойств, характеризующие формальную точку, не могут опре­ деляться как «возможные», «предполагаемые» и «вероятные». Такие определения значений свойств субъективны и не поддаются проверке. Поэтому они не могут служить основанием для разделения простран­ ства, определения положения геологических границ и тел, а следова­ тельно, для определения геологической структуры.

Приведем пример выделения геологических тел по субъективно определяемым значениям свойств: «Под именем геосинклинальных областей разумеются такие участки земной коры, которым свой­ ственна особенно сильная и многообразная подвижность. Колебатель­ ные, вертикальные движения, обычно называемые эпейрогеническими, в этих областях имеют относительно очень большую скорость и амплитуду. Поднятия и опускания всей области сопровождаются' раздроблением последней на отдельные глыбы, движущиеся с весьма различной быстротой и иногда в различных направлениях. Эти раз­ личия в движениях отдельных участков имеют следствием распаде­ ния геосинклинальных областей на ряд впадин (геосинклиналей) и поднятых глыб (геоантиклиналей), что обусловливает возникнове­ ние резко выраженного рельефа поверхности, который является ха­ рактерным для геосинклинальных областей. . . Геосинклинальным областям, далее, свойственно весьма широкое развитие магматизма, проявляющегося как в эффузивной, так и в интрузивной формах. В связи с наличием резко выраженного рельефа отложение осадков во впадинах. . . совершается особенно интенсивно и здесь накапли­ ваются особенно мощные толщи осадочных пород» [5, стр. 285].

Такие определения значений, как «особенно сильная и много­ образная», «относительно очень большая», «весьма различная бы­ строта», «резко выраженный рельеф», «весьма широкое развитие вул­ канизма», «особенно интенсивно», «особенно мощные», могут при­ ниматься субъективно и различно, вследствие чего само понятие гео­ синклинальной области становится расплывчатым.

Приведенное определение геосинклинальной области относится к 1937 г. и признается классическим. Однако вследствие своей край­

41

ней неопределенности оно оказалось весьма неустойчивым. Так, впоследствии неоднократно отмечалось наличие не менее резко вы­ раженного рельефа в негеосинклинальных областях (активизирован­ ные платформы), весьма интенсивное накопление осадков на древ­ них платформах (Прикаспийская впадина), весьма широкое развитие вулканизма на платформах (Тунгусская синеклиза) при почти полном его отсутствии в некоторых геосинклиналях (миогеосинклиналях). Все это указывает, что геосинклинальные области в упомянутой ра­ боте выделялись по субъективно подобранным признакам, значения которых не были достаточно определены.

Несколько слов о точности измерения свойств. Условимся под точностью понимать количество значений, которое может при­ нимать каждое измеряемое свойство. При измерении свойств с точ­ ностью до 0,1% величина точности будет 1000, если до 1%, то 100, если «да» — «нет» или «более 50%» — «менее 50%», то 2. Значения свойств могут быть качественными. Например, если свойство — это петрографический состав, который можно выразить названием типа породы, то количество типов пород, входящее в их классификацию, принимаемую для описания пространства, и будет представлять собой точность определения. Точность определения качественных значений свойств будет зависеть от детальности классификаций этих свойств. Палеонтологические признаки также принимают исключительно ка­ чественные значения, которые могут соответствовать определенным разновидностям фауны или флоры, остатки которых содержатся в по­ роде, или же некоторым ассоциациям таких остатков. В последнем случае перед исследователем большая свобода выбора признаков, так как ассоциации могут быть организованы весьма различным образом.

Возможность определения значений свойств вещества в точке, поскольку точка имеет нуль измерений и лишена объема, является несколько условной. Однако, взяв точку M в качестве центра, можно построить сферу радиуса Е, которую можно в среднем охарактери­ зовать значениями различных свойств. Значения этих свойств можно приписать самой точке Μ. В этом смысле можно говорить, что в каж­ дой формальной точке определены значения свойств данной совокуп­ ности.

Отметим, что значения свойств или характеристик этих свойств (например, их производных) можно определить не только для точек, образующих формальное пространство, но и для выделенных в этом пространстве тел (например, такие свойства, как плотность, темпе­ ратура, литологический состав и т. д.). Существует, однако, группа свойств, которые имеют смысл только для тел. К ним относятся, например, форма тел, их структура, принадлежность к тем или иным вещественным ассоциациям.

Множество формальных точек мы будем называть формаль­ ным статическим геологическим простран­ ством по заданной совокупности свойств. Подчеркнем еще раз, что формальное пространство является научной абстракцией, по­ строенной в соответствии с задачами и масштабом исследований, и

42

что в пределах рассматриваемого неформального геологического пространства может быть построено как угодно много формальных пространств. Кроме того, формальное пространство строится на не­ котором фиксированном объеме фактических данных, добытых в ре­ зультате исследований. При получении новых данных должна быть создана новая научная абстракция, учитывающая эти данные.

Построения в пространстве, формализованном по обширной со­ вокупности свойств, могут встретить значительные трудности, так как распределение значений различных свойств вещества в таком пространстве может быть независимым. Например, значения биостратиграфических свойств могут быть распределены совершенно иначе, чем значения литологических свойств, а значения этих обоих свойств иначе, чем значения одного из физических свойств, и т. д.

Формальные статические пространства могут быть специализи­ рованы по такой совокупности свойств, которая изучается при спе­ циальном исследовании. Например, специалисты в области биостра­ тиграфии изучают распределение в геологическом пространстве ос­ татков ископаемых организмов, причем содержание этих остатков выступает как свойство вещества. На основании распределения этих остатков выделяются геологические границы (границы биостратиграфических подразделений) и тела (например, биозоны), а также производятся другие геологические построения. При литологиче­ ских исследованиях точки пространства характеризуются петрогра­ фическими свойствами — крупностью зерна, минералогическим со­ ставом и т. д., при геохимических — изучается распределение эле­ ментов, соединений, изотопов и т. д. В перечисленных случаях мы имеем дело со специализированными фо.рмальными статическими геологическими про­ странствами — биостратиграфическим, петрографическим и геохимическим.

Таким образом, пространства, формализованные по различным свойствам, исследуются различными геологическими методами — биостратиграфическим, литологическим, гравиметрическим, сейсмо­ логическим и т. д. При исследовании каждого специализированного пространства мы абстрагируемся от всех посторонних ему свойств. Выяснение же природных геологических закономерностей, т. е. за­ кономерностей строения и развития Земли в зависимости от поставлен­ ных задач, может потребовать исследования любой совокупности свойств геологического пространства. Поэтому существенно, чтобы исследования, проводимые различными методами, объединялись общими научными геологическими задачами, имели общую цель — в этом сущность постановки комплексных исследований.

Частным случаем специализированного пространства является пространство, формализованное по какому-либо одному определен­ ному свойству, т. е. элементарное формальное ста­ тическое геологическое пространство. При­ мером могут служить пространства, точки которых охарактеризованы только плотностями, только температурами, только содержанием ка-

множество точек. При решении той или иной практической или науч­ ной задачи нам иногда необходимо знать, какие значения приобре­ тают свойства вещества в любой точке, вне зависимости от того, вхо­ дит она или не входит в то конечное множество точек, которым огра­ ничиваются сделанные наблюдения. Такие пространства, в которых значения свойств определены только для некоторых точек, т. е. все те пространства, которые мы строим непосредственно по данным на­ блюдений (измерений), будем называть неполноопреде­ ленными формальными статическими геоло­ гическими пространствами. Примерами изображения неполноопределенного пространства могут служить карты фактиче­ ского материала, прилагаемые к отчетам по геологической съемке, карты расположения пунктов геофизических наблюдений с указа­ нием значений измеряемых свойств и т. д.

Неполноопределенное пространство используется для построения модели непрерывного геологического пространства, в которой зна­ чения свойств определены (например, путем интерполяции и экстра­ поляции) для каждой точки. В такой модели, называемой также полноопределенным пространством, могут быть проведены границы и определена структура. Переход от неполно­ определенного к полноопределенному пространству будем называть построением модели геологического пространства. Важно подчерк­ нуть, что по одному и тому же неполноопределенному пространству в зависимости от принятых процедур интерполяции и экстраполяции могут быть получены различные модели, находящиеся в различных соответствиях с изучаемым реальным пространством. Примером мо­ дели может служить любая геологическая карта или геологический разрез. На основании одних и тех же данных карты или разрезы

44

могут быть построены в разных вариантах в зависимости от методики построения и принятой рабочей гипотезы.

При построении модели необходимо учитывать исследователь­ ские и практические задачи, для которых модель строится. В отно­ шении геологических карт это может найти отражение в масштабе, легенде и т. д. Всякая модель является лишь приближенным отра­ жением реального геологического пространства, поэтому способы построения модели следует выбирать таким образом, чтобы ее соот­ ветствие с реальным пространством было бы наибольшим. Кроме того, следует принимать во внимание, что неполноопределенное гео­ логическое пространство может быть охарактеризовано неоднород­ ными данными, т. е. оказаться гетерогенным по свойствам, по мас­ штабам измерения свойств. При этом построение модели значи­ тельно осложняется. Возникает необходимость приведения исход­ ного неполноопределенного пространства к гомогенному виду, вы­ равнивания списка свойств, выравнивания точности измерений свойств.

Мы можем говорить не только о трехмерном, но также и о дву­ мерном формальном пространстве в том случае, если формальные точки, входящие в рассматриваемое множество, распределены по некоторой поверхности. Такой поверхностью может быть, например, поверхность Земли, поверхность размыва в толще отложений, по­ верхность напластования и т. д. Построения в двумерном простран­ стве не будут выходить за пределы соответствующей ему поверхности. К подобного рода построениям может относиться составление раз­ личного рода карт для таких поверхностей. Если формальные точки, входящие в рассматриваемое множество, распределены вдоль неко­ торой линии, например вдоль оси скважины, то можно говорить об одномерном геологическом пространстве. К двумерным и одномер­ ным геологическим пространствам полностью относятся понятия о спе­ циализированных, а также неполноопределенных и полноопределен­ ных пространствах. Построения в двумерном и одномерном геологи­ ческих пространствах, заключающиеся в построении карт различных поверхностей, профильных и колонковых разрезов, обычно исполь­ зуются для построения моделей трехмерного геологического про­ странства.

Построения в статическом пространстве осуществляются с не­ посредственным использованием признаков (или совокупностей при­ знаков) определенной специализации. В этом заключается принцип специализации. Признаки других специализаций могут рассматри­ ваться при этом только как косвенные признаки или признаки при­ знаков основной специализации. Для того чтобы использовать в гео­ логических построениях данной специализации косвенные признаки, необходимо установить их корреляционные отношения C основными признаками (корреляция признаков разных специализаций). На основе корреляции признаков двух специализаций можно также решать задачи, связанные с истолкованием (интерпретацией) про­ странства одной специализации на языке другой специализа,-

45

ции (например, геологическая интерпретация геофизических дан­ ных).

Таким образом, для одного и того же реального геологического пространства возможно построить несколько специализированных моделей и, установив их корреляционные отношения, проводить корректирование одной модели по другой или построение по модели одной специализации модели другой специализации.

Сказанное о геологическом пространстве и его формализации может быть, на первый взгляд, воспринято как рассуждения, лишен­ ные какого-либо практического смысла. Действительно, во всех наших исследованиях мы пока благополучно обходились без каких-либо представлений о геологическом пространстве. Однако оказывается, что без введения формальных представлений о геологическом про­ странстве невозможно в избранной нами системе строго определять понятия о геологических границах, телах и структурах; иными сло­ вами, представление о геологическом пространстве выступает как основа структурных построений.

Такие построения, как составление геологических (тектонических, геофизических, геохимических) карт и разрезов, связаны с выделе­ нием в статическом геологическом пространстве различных поверх­ ностей, называемых геологическими границами, а также геологических тел, ограниченных этими грани­ цами.

Геологические границы

Геологические границы можно видеть на местности и изображать на геологических (геофизических) и иных картах, профильных разрезах и колонках. Определений геологических границ, являющихся ос­ новой всех пространственных геологических построений, нельзя, однако, встретить в геологических словарях и учебниках. Считается, по-видимому, что вопрос о геологических границах настолько ясен, что не требует ни разъяснений, ни специального анализа.

Вместе с тем геологические границы заслуживают самого серьез­ ного внимания. Действительно, пусть нашей задачей является оценка залежи полезного ископаемого. Для того чтобы оценить эту залежь, необходимо ее описать (например, с точки зрения распределения в ней интересующего нас минерала). Мы, естественно, не можем описывать распределение содержания вообще; необходимо иметь представление об объекте, который мы описываем. Короче говоря, чтобы описать залежь, надо знать ее пределы, т. е. необходимо выделить ее в ка­ честве геологического тела. Для того же, чтобы выделить геологи­ ческое тело, надо указать его границы.

В колонке скважины мы проводим геологические границы между выделяемыми в ней толщами (горизонтами, свитами и т. д.), пред­ ставленными отрезками прямой. Границы в этом случае изображаются в виде точек. Поскольку колонка представляет собой одномерное

46 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------

геологическое пространство, а граница— вообще не имеет измерения, мерность границы на единицу меньше, чем мерность пространства. Такое же соотношение вытекает из рассмотрения геологической карты (поверхность или двумерное пространство) и границ на ней (линии или одномерные тела), а также объемных геологических моделей и граничных поверхностей в них. В общем, мерность границы всегда на единицу меньше, чем мерность пространства, в котором проведена эта граница.

В колонке скважины, на геологической (геофизической) карте или в объемной модели границу можно провести по некоторым опре­ деленным признакам. Так, ее можно выделять по смене фауны (на­ пример, граница между биозонами), по смене литологического (петро­ графического) состава (например, граница между карбонатной и тер­ ригенной формациями или граница между гранитами и вмещающими осадочными породами), по изменениям скоростей прохождения упру­ гих волн (граница Мохоровичича и другие сейсмические границы), по изменению плотностей, температур, содержаниям рудного эле­ мента и т. д.

Иными словами, к геологическим границам, так же как и к гео­ логическому пространству, применим принцип специализации. Гео­ логические границы являются специализированными по тому свой­ ству или списку свойств, по которому они выделены. Специализация границы называется ее геологической природой. Можно говорить о границах литологической, биостратиграфической («биологической»), сейсмологической и иной природы. Границы раз­ личной геологической природы могут пересекаться.

Не только мерность и природа определяют разнообразие геологи­ ческих границ, они проводятся по-разному, т. е. разными способами. Посмотрим на обычную геологическую карту крупного масштаба. Мы увидим там, во-первых, границы, проведенные по резкой смене петрографического (литологического) состава. Таковы границы мас­ сивов различных изверженных пород, отделяющие их от вмещающих осадочных или осадочно-вулканогенных толщ. На некоторых геоло­ гических картах можно различать границы, основанные на геометри­ ческих свойствах геологических тел, например изолинии (изогипсы, изопахиты и др.), отделяющие участки пространства с различными геометрическими характеристиками данных границ. Таким обра­ зом, существуют различные типы границ по способам их выде­ ления.

Одни границы существуют в природе сами по себе, и наше дело — найти их и проследить; другие— хотя и обусловлены распределением вещества в пространстве, но положение их зависит от наших построе­ ний, т. е. некоторой (или некоторых) применяемой процедуры. На­ конец, есть границы, не зависящие от распределения вещества в гео­ логическом пространстве. Следовательно, границы различаются по их мерности, геологической природе и процедуре их выделения. По мерности выделяются три разновидности, по геологической при­ роде — сколько угодно, а по процедурам выделения — шесть.

48

ними границами первого, второго и третьего типов, составляя вместе с ними нарушенные границы соответствующего типа (например, на­ рушенные резкостные границы, нарушенные условные границы пер­ вого типа и т. д.);

3)условные границы первого типа зависят от распределения зна­ чений свойств вещества в пространстве, но положение этих границ зависит и от той процедуры, которую мы применяем, чтобы с учетом распределения свойств провести эту границу;

4)для выделения условной границы второго типа, положение которой также зависит от распределения значений свойств вещества

впространстве, требуется применение, по крайней мере, двух про­ цедур [например: а) выделение геологической границы, б) нахожде­ ние на ней точек со сходными геометрическими характеристиками,

образующих условную границу второго типа];

5)условные границы третьего типа еще более опосредованы. Положение этих границ также зависит от распределения значений свойств вещества в пространстве. Но здесь эти свойства истолковы­ ваются при помощи ретроспективных реконструкций, что предпола­ гает использование динамических систем и гипотез в соответствии

спринципом актуализма;

6)произвольные границы не связаны с распределением вещества; их положение в пространстве зависит только от наших задач, обу­ словленных соображениями удобства, экономической целесообраз­ ности и т. д.

Остановимся на характеристике границ различных типов.

1. Резкостные границы представляют собой поверхности (линии, точки), при переходе через которые резко изменяются значения от­ дельных свойств или производных от этих свойств, по которым формализовано пространство. Примерами резкостной границы могут служить: а) поверхность напластования, разделяющая два слоя раз­ личного литологического состава, при переходе через нее резко изменяются литологические свойства (признаки); б) поверхность между биозонами, при переходе через которую происходит смена того или иного комплекса ископаемой фауны или флоры.

Резкостные границы могут выделяться на основе разнообразных свойств или производных от этих свойств — характеристик: литоло­ гических (зернистость, цемент, текстура, содержание или состав той или иной фракции, отсутствие или наличие, а также тип конкреций или желваков, цвет и т. д.), палеонтологических (наличие или отсут­ ствие остатков тех или иных родов и видов моллюсков, рыб, фораминифер, спор и т. д.), минералогических (структура, физические свойства минералов и т. д.), физических (плотность, пористость, проницаемость, скорость распространения упругих волн, электро­ проводность, температура, магнитная восприимчивость и т. д.), химических (химический, изотопный состав). Таким образом, рез­ костные геологические границы проводятся в пространстве, форма­ лизованном по некоторой определенной совокупности свойств, т. е. в любом формальном статическом геологическом пространстве (спе­