Факультет

Студентам

Посетителям

Математика — новое оружие геолога

Геологическая наука развивалась до сих пор преимущественно как качественная, описательная наука. Количественные характеристики пока еще мало в нее проникли. Если в геохимических, минералогических, петрографических исследованиях, в подсчете запасов и оценке качества месторождений количественные характеристики в той или иной степени имеют место, то в освещении всех других геологических явлений число и мера пока еще не стали главными.

Мы не оцениваем количественно роль магматических и осадочных процессов, объемы горных пород, слагающих земную кору, продолжительность и масштабы тектонических движений, определяющих ее структуру. Число и мера не применяются еще при палеогеографических реконструкциях, при определении масштабов осадконакоплений. Здесь геолог еще оперирует преимущественно

характеристиками «больше-меньше», «много-мало». В связи с этим и геологические закономерности выражаются словесно, а не числом и математическими формулами. Подчас в один ряд ставятся геологические явления, несопоставимые по своим масштабам. Достаточно вспомнить, что до того, как был точными методами определен абсолютный возраст геологических формаций, продолжительность отдельных эр и периодов нам представлялась более или менее одинаковой, в то время как на самом деле она различается в десятки и сотни раз.

Математизация геологии, всемерное внедрение в геологические исследования числа и меры для оценки геологических явлений, перевод геологических закономерностей на язык цифр и формул и автоматическая обработка геологической информации — одна из важнейших задач геологии. Ее решение сократит сроки научного анализа и расширит его возможности, а также позволит выбирать наиболее целесообразное, научно обоснованное направление геологических исследований и геологоразведочных работ. Из математических методов важнейшее значение в настоящее время имеют теория вероятности, математическая статистика, теория игр, методы машинной математики и функциональный анализ.

В последнее время наметился определенный интерес к использованию математических методов в геологических науках, определилась целесообразность и эффективность внедрения электронно-вычислительных машин и моделирующих устройств в геофизику и частично в геохимию. Однако общий уровень применения математики в геологической работе еще весьма низок.

В то же время область возможного применения математики даже на современном уровне разработки методов математической геологии весьма обширна.

При том объеме геологоразведочных работ, который предусматривается на ближайшие годы, предстоит огромная вычислительная работа по оценке достоверности запасов и определению оптимальных методов разведки (наиболее целесообразной плотности сети выработок, самых выгодных размеров проб и расстояний между ними) методами вариационного исчисления и теории случайных функций. При оценке полезного ископаемого математические методы позволят ускорить познание закономерностей распределения полезных компонентов внутри рудных тел, их кондиций.

Излишне говорить о том, что современные вычислительные машины могут подсчитать запасы полезного ископаемого в месторождении быстрее, точнее и с меньшей затратой труда, чем это делается в настоящее время. Подсчет запасов в телах самой причудливой конфигурации, какими являются месторождения полезных ископаемых, и с меняющимся содержанием полезного компонента может быть выполнен на универсальной электронной счетной машине с огромной скоростью. Для этого нужно получаемые при разведке геологические наблюдения над размерами рудных тел, их формой и содержанием в каждом рудном блоке полезного компонента перевести в соответствующую программу, пригодную для машинного счета. Необходимые для этого алгоритмы либо имеются, либо могут быть созданы. Опыт советских и чешских геологов, применивших универсальные счетные машины, показал, что можно почти вдвое сократить время на подсчет запасов при много меньшем числе специалистов, ведущих подсчет. Широкое применение найдут вычислительные машины при подсчете запасов не только нефти, природного газа, подземных вод, но и рудных полезных ископаемых, отличающихся большой сложностью форм рудных тел и значительным колебанием содержания полезных компонентов в руде.

Геологам-практикам предстоит разработать новые методы документации при разведке месторождений, пригодной затем для машинного счета. Здесь мы предвидим большие возможности для удешевления и ускорения геологоразведочных работ.

Еще больше нужна математика для обработки той многочисленной информации, которую собирает геолог при изучении минералов, горных пород, руд, разрезов, строения целого района, для обработки данных бурения, параметров нефтяных структур и нефтегазоносных бассейнов. Перевод этих сведений на язык цифр, сопоставление их по различным вариантам, выявление закономерных связей и исключение отклонений, вызванных случайными явлениями, невозможны без соответствующего математического аппарата. Математики подсказывают, что для этого наиболее эффективны методы, основанные на теории случайных функций.

Новые возможности геологического познания открывает применение математики для корреляции — сопоставления разрезов немых (не содержащих остатков живых организмов) континентальных толщ или сильно метаморфизованных пород докембрия, при литологических исследованиях, для обработки разнообразных сведений о минералогическом или химическом составе горных пород. Геохимия, оперирующая огромным аналитическим материалом, уже теперь все шире начинает применять математический аппарат.

Нам представляется, что при соответствующем программировании возможно более широкое применение математики в геолого-съемочных и картосоставительских работах, в дешифрировании аэрофотоснимков.

В процессе геологического изучения района и составления геологической карты геолог собирает огромный фактический материал, который обрабатывается графическими методами и дополняется объяснительной запиской. На карту или даже на серию геологических карт в силу описательного характера собранного материала наносится лишь небольшая часть той информации, которую удается собрать геологу во время полевых работ и камеральной геологической обработки, так как емкость легенды карты всегда ограничена. Современная карта из всех признаков, собранных геологом, дает в систематизированном виде представление, главным образом, о площади распространения и условиях залегания пород, их составе, возрасте; реже приводятся другие сведения.

Математическая обработка собранного геологом материала позволит расширить емкость карты, которая будет отражать не только значительно большее количество признаков, но и закономерности, выраженные языком цифр и формул. Математическая обработка уже имеющихся карт могла бы дать также и представление об объеме и площади распространения различных горных пород, слагающих данный район, о закономерностях изменения состава горных пород, количественна характеризовать этапы осадконакопления, тектономагматические фазы и т. д. На основании этого материала могут родиться принципиально новые геологические построения.

Приведем небольшой пример. Всегда считалось, что в докембрии резко преобладают магматические процессы, а в последующие геологические эры — осадочные. Но даже самые простые подсчеты площадей распространения магматических и осадочно-метаморфических пород в докембрии, выполненные на геологических картах, показывают, что магматические процессы в докембрии имели такое же подчиненное значение, как и в более поздние периоды. А ведь это существенным образом меняет подход к изучению докембрия.

Независимо от дальнейшего развития математических методов в геологии нужно уже теперь шире практиковать хотя бы даже такие элементарно простые методы количественной оценки масштабов генетически родственных геологических процессов в палеогеографии и осадконакоплении, в тектономагматических исследованиях, в тектонике, геоморфологии и т. д. Переход же на современные методы математического анализа масштабов геологических процессов и созданных ими пород и структур позволит по-новому оценить их значение в развитии Земли и, следовательно, их роль в формировании месторождений различных полезных ископаемых.

Вероятно, большую помощь может оказать математика в разработке теории поисков месторождений полезных ископаемых. В первую очередь, внедрение математических методов позволит переоценить старые и разработать новые поисковые признаки, создать эффективную количественную методику одновременного использования большого числа признаков, характеризующих оруденение в конкретных геологических условиях. Переоценка известных поисковых признаков и поиски новых должны вестись на основе количественной оценки информации, которую несут эти признаки. Весьма вероятно, что некоторые новые признаки — такие, как концентрация рассеянных элементов, изотопный состав, характерный для отдельных процессов, распределение минералов-примесей и микроминералов в горных породах — окажутся несущими много больший объем информации, чем те признаки, которыми руководствуются геологи сейчас. В использовании множества признаков и в информационной оценке их значимости могут оказать огромную помощь методы кибернетики, основанные на использовании электронных счетных машин, имеющих огромные, несравнимые с человеческими комбинаторные возможности.

Несмотря на внедрение методов абсолютной геохронологии и других физических и геохимических методов, палеонтологические методы стратиграфии долго еще сохранят свое значение в геологии и поэтому должны всемерно развиваться и совершенствоваться. И здесь одной из предпосылок развития является математизация палеонтологии и стратиграфии. Применение здесь математики дает геологу четкую цифровую характеристику данного ископаемого вида организмов и его изменений в пространстве и времени, а математическая обработка палеонтологического материала позволяет на основе количественных методов расчленять и сопоставлять разрезы.

Само собой разумеется, огромные перспективы применения вычислительной техники открываются при решении геохимических и геофизических задач, в гидрогеологии и инженерной геологии, где полученная информация давно уже выражается преимущественно числом. В эти области геологии математика входит планомерно.

При колоссальном объеме накапливающегося геологического материала (каменного, палеонтологического, фондового, библиотечного) существенно облегчило бы быстрое получение необходимых сведений создание единой системы сбора и хранения информации по всем разделам геологических наук и организация автоматизированных центров геологической документации.

Совершенно незначительно применяются математические методы при экономических исследованиях, особенно при изучении экономики минерального сырья, при определении экономической эффективности геологоразведочных работ.

Математизация геологии — не дань научной моде, а самая насущная потребность современного развития геологии. Выдвигая ее как одну из важнейших задач геологов, следует еще раз подчеркнуть, что и счетные машины и математика вообще, конечно, не могут заменить геолога при постановке геологических задач. Математика будет только средством, и, по-видимому, весьма мощным средством, для решения геологических задач, ставить которые будет геолог на основе всех имеющихся данных, своего опыта и индивидуальности, а также в большей или меньшей степени на основе интуитивных представлений, выработанных его опытом исследователя.

Дальнейшее развитие геологии требует специальных мер по организации совместной работы геологов и математиков, охватывающей все этапы геологического исследования (геологическая съемка, поиски, предварительная оценка рудного района, детальная разведка). Более подробно проблемы математизации геологии были рассмотрены на совещании по применению математических методов исследования в геологии, созванном Государственным геологическим комитетом СССР осенью 1963 года. Рекомендации этого совещания можно реализовать только при условии подготовки кадров геологов, владеющих математическими методами, а также привлечения к этой проблеме широких кругов научной общественности.

Автор: А.В. Сидоренко. Геология — наука будущего. Развитие минерально-сырьевой базы страны и задачи геологической науки. Изд-во «Знание». Москва. 1964

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: