КОНЦЕПЦИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ В ГЕОЛОГИИ - раздел Геология, ОБЩАЯ ГЕОЛОГИЯ Изложенное В Предыдущих Разделах Показывает Многообразие Задач Геологии Как ...
Изложенное в предыдущих разделах показывает многообразие задач геологии как науки. Они, однако, сводятся в конечном счете к одной главной задаче — к прогнозированию глубинных и приповерхностных земных процессов. Без такого прогнозирования человечество не могло бы оптимально приспосабливаться к окружающей природной среде, грамотно и эффективно воздействовать на нее. А это и составляет важнейшую проблему экологии человека.
Не случайно поэтому, что курс общей геологии, закладывающий фундамент изучения и прогнозирования геологических объектов и процессов, завершается темой нелинейности: эта концепция вызвала в последние годы, и не только в геологии, настоящий переворот именно в проблеме прогнозирования.
Обнаружилось совершенно неожиданно, что прежние подходы к прогнозированию были не просто малоудачны, но во многом принципиально ошибочны. Это учитывается теперь в новых, активно развиваемых научных направлениях — нелинейной геологии, нелинейной гео-
| О О и О
физике, нелинейной геодинамике, нелинейной металлогении. Важно знать, какие фундаментальные принципы лежат в их основе. Необходимо понять:
• в чем сущность концепции нелинейности и каково ее значение для прогнозирования геологических процессов;
• в чем состоит и как реализуется в геологии традиционное линейное прогнозирование;
• каковы особенности прогнозирования нелинейных процессов;
• какие препятствия к долгосрочное™ и надежности прогнозирования преодолимы, а какие — нет и почему?
Работа геолога: от наблюдений и описаний — к прогнозированию. Из предыдущих глав учебника ясно, сколь разнообразны геологические объекты и процессы на поверхности и в глубинах Земли и сколь непохожей может быть работа геологов, которая, тем не менее, имеет много общего. Ее обычно начинают описаниями в точках наблюдения — у обнажений горных пород, в скважинах. Эти отрывочные данные затем сопоставляют и распространяют по площади на разрезах и картах. Последние вместе — уже обобщенные, объемные изображения геологического строения некоторого массива земной коры. Разновозрастные слои горных пород, сохраняющиеся обычно в прерывном напластовании, позволяют восстановить вначале тоже лишь отдельные отрезки геологической истории. Поиск и сопоставление точек с недостающими частями разреза приводят к более полной картине не только строения, но и развития массива в длительном временном интервале. Подобное заполнение всегда имеющихся пробелов геологической изученности должно сводиться, по существу, к решению множества прогнозных задач.
С понятием «прогнозирование» обычно связывают поиски месторождений полезных ископаемых, предсказания землетрясений и других опасных событий, т. е. довольно специфические исследования. В действительности же прогнозирование пронизывает каждодневную практическую работу любого геолога. Обдумывает ли он предстоящий маршрут, выбирает ли место заложения скважины, прослеживает ли распространение плохо обнаженных пластов, проводит ли их границы на карте или разрезе, прогнозирует ли развитие в будущем или восстанавливает геологическую историю (тоже прогноз, но с обратным знаком во времени) — во всех этих случаях по имеющимся частным, локальным данным стремятся сделать общие заключения о возможном местонахождении, строении, залегании геологического объекта, о прошлом и предстоящем развитии процесса на территориях и на временных интервалах, для которых данные отсутствуют.
Нередко к прогнозу идут и противоположным путем: исходя из общих физических законов пытаются представить, какими теоретически должны быть условия возникновения, например, землетрясений, а затем выясняют, где конкретно выполняются такие условия.
Первый и второй пути прогнозирования родственны математическим процедурам интерполирования и экстраполирования, хорошо знакомым каждому, кто по отдельным точкам строил обобщенные изображения, например топографические профили или карты. Суть подобных процедур в том, что, если для некоторой точки пространства или некоторого момента времени задано начальное значение, или начальное условие, интересующей нас переменной величины или функции (например, глубины залегания, падения пласта, объема блока породы, амплитуды смещения и т. п.), а также если предполагается по отдельным точкам определенный характер ее зависимости в некотором интервале значений аргумента, то можно предсказать ее непрерывные значения между точками или за пределами такого интервала.
При этом обычно подразумевают, что при наличии достаточного и достоверного фактического материала, надежных и эффективных методик любой интересующий нас процесс всегда в принципе предсказуем. Но именно подобный взгляд и пересматривают сейчас с позиций концепции нелинейности.
Это должно казаться странным: что же еще способно препятствовать прогнозированию, кроме недостаточности фактических данных или отсутствия подходящих методик? Чтобы разобраться в этом, посмотрим вначале, какими путями (в принципе, без деталей) геологи традиционно идут к прогнозу. Рассмотрим несколько простых моделей прогнозирования залегания и распространения геологических объектов. О прогнозировании процессов скажем позже.
Прогнозирование и линейность. Пусть в первом примере по скважинам и обнажениям в нескольких точках линии геологического разреза зафиксирована глубина залегания какого-то пласта (рис. 21.1). Поскольку диаметры скважин и размеры обнажений колеблются от нескольких сантиметров до нескольких метров, а расстояния между точками могут составлять километры и десятки километров, возникает задача прогнозирования положения границы пласта как между точками (в этом случае говорят об интерполировании опытных данных), так и за пределами данного отрезка профиля (это экстраполирование).
Как получить такой прогноз? Требуется ли, например, дополнительное разбуривание? Даже беглый взгляд на такой предельно упрощенный рисунок подскажет, что без этого вполне можно обойтись: прогноз строится уверенно и без труда. Почему?
Ответ прост: глубина залегания пласта здесь — явная функция расстояния от некоторой начальной точки, причем функция линейная. А она обладает несколькими очень удобными для прогнозирования свойствами:
1) прямой пропорциональной зависимостью значений функции от значений аргумента, здесь — глубин от расстояния;
2) однозначностью — тому или иному расстоянию отвечает одно, и только одно, значение глубины;
3) суммативностью — глубина залегания на некотором расстоянии от начальной точки есть простая сумма приращений глубин на промежуточных отрезках плюс начальная глубина (свойство суперпозиции).
Следует отметить, что было бы очень просто прогнозировать всегда именно в таких условиях. Но подобное прогнозирование было бы еще и абсолютно надежным, если бы: а) определения в скважинах нужной геологической границы, замеры глубин и расстояний были абсолютно точны;
О... Московский государственный университет им М В Ломоносова Геологический...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
КОНЦЕПЦИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ В ГЕОЛОГИИ
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
ХИМИЧЕСКИЙ И МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ НЕДР ЗЕМЛИ
Определение химического и минерального состава геосфер Земли представляет собой очень сложную задачу, которая во многом может быть решена лишь весьма приблизительно, основываясь на косвенных данных
ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
Законы падения тел на Земле изучал Галилео Галилей (1564-1642). Он первый определил величину ускорения свободного падения (силы тяжести): g = 9,8 м/с2.
Им была установлена незав
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
Более 400 лет назад У. Гильберт высказал предположение, что Земля сама является магнитом, но механизм возникновения ее намагниченности до сих пор не вышел за рамки гипотезы.
Минералы
Все вещество земной коры и мантии Земли состоит из минералов, которые разнообразны по форме, строению, составу, распространенности и свойствам. Все горные породы состоят из минералов или продукто
Горные породы
Горные породы представляют собой естественные минеральные агрегаты, формирующиеся в литосфере или на поверхности Земли в ходе различных геологических процессов. Основную массу горных пород слагают
СТРОЕНИЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ
зерен, как правило, увеличиваются по мере роста температур метаморфизма (рис. 2.26).
В предыдущем разделе было установлено общее внутреннее строение земног
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ГЕОХРОНОЛОГИЯ
Одной из главных задач геологии является воссоздание истории развития Земли и ее отдельных регионов. Сделать это возможно, только если известна последовательность геологических событий, если мы зн
ИЗОТОПНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗРАСТА МИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД
Многочисленные попытки найти в макромире природные часы, которые бы позволяли надежно устанавливать возраст горных пород и руд, время проявления и длительность геологических процессов, не увенчал
ТЕКТОНИКА ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТ - СОВРЕМЕННАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ
В 50-е гг. XX в. геологические и геофизические исследования Земли проводились исключительно интенсивно. Особенно это касалось океанов, о строении дна которых и тем более о структуре земной коры в
ВЫВЕТРИВАНИЕ
Большинство геологических процессов на поверхности Земли обусловлены действием солнечной энергии и силы тяжести. Такие процессы называются экзогенными. Все горные породы под воздействием целого
ПРОЦЕССЫ ГИПЕРГЕНЕВА И КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ
Под зоной гипергенеза понимается поверхностная часть земной коры, непрерывно подвергаемая воздействию различных экзогенных факторов и в которой горные породы стремятся войти в равновесие с непрерыв
ОБРАЗОВАНИЕ ПОЧВ И ИХ СВОЙСТВА
Практически вся поверхность суши покрыта тонким слоем почвы, энергетически и геохимически весьма активным, в котором проявляется взаимодействие между живыми организмами, атмосферой, гидросферой и
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕКУЧИХ ВОД
Водные потоки производят огромную геологическую работу на поверхности суши. Реки, ручьи, ручейки переносят основную массу продуктов выветривания в озера, моря и океаны. Ежегодный твердый сток (вы
ВРЕМЕННЫЕ ВОДНЫЕ ПОТОКИ
Временные водные потоки возникают при выпадении атмосферных осадков или таянии снегов. В остальное время сток в равнинных условиях приводит к формированию оврагов, т. к. отдельные безрусловые пот
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ РЕК
Реки, протекающие на всех континентах, кроме Антарктиды, производят большую эрозионную и аккумулятивную работу. Полноводность и режим рек зависят от способа их питания и от климатических уело-
УСТЬЕВЫЕ ЧАСТИ РЕК, ДЕЛЬТЫ И ЗСТУАРИИ
Крупные реки впадают в моря и океаны, более мелкие — в озера и крупные реки. В том месте, где русло нижнего течения реки — устье — выходит к морю, образуется самостоятельный в ландшафтном и геолог
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Все воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород ниже поверхности Земли, относятся к подземным водам. Часть этих вод свободно перемещается в верхней части земной коры под действием гравитаци
ВИДЫ ВОДЫ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ
Вода в горных породах бывает нескольких видов.
1. Кристаллизационная вода находится в составе кристаллической решетки некоторых минералов, например в гипсе — CaS04 • 2Н2
ДВИЖЕНИЕ И РЕЖИМ ГРУНТОВЫХ ВОД
Зеркало грунтовых вод ведет себя в зависимости от рельефа, повышаясь на водоразделах и понижаясь к рекам, оврагам и другим местам дренирования. Естественно, вода в водоносном слое под действием с
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Гидрогеологические процессы, происходящие в верхней части земной коры, тесно связаны с хозяйственной деятельностью человека — водоснабжением, эксплуатацией городских агломераций, обоснованием стро
КАРСТОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
Карстовые процессы развиваются в растворимых природными поверхностными и подземными водами горных породах: известняках, доломитах, гипсах, ангидритах, каменной и калийной солях. Основой являются п
КАРСТОВЫЕ ФОРМЫ РЕЛЬЕФА
На поверхности карстовые формы представлены каррами, желобами и рвами, понорами, воронками разных типов, западинами, котловинами, слепыми долинами (рис. 8.1).
Карры — это р
ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Если горные породы приобретают неустойчивое состояние, то в один прекрасный момент под действием силы тяжести может произойти обвал или оползень. Причин создания неустойчивости может быть много. Эт
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОЗЕР
Озеро — это углубление на поверхности суши — котловина, частично заполненная водой. Озера не обладают непосредственной связью с океанами или морями и наиболее широко развиты в областях гумидного к
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ БОЛОТ
Болото представляет собой аккумулятивное образование, характеризующееся временным или постоянным избыточным увлажнением, наличием влаголюбивой растительности и присутствием торфяных залежей. Влаж
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВЕТРА
Ветер является одним из важных геологических агентов, изменяющих лик Земли. Он производит геологическую работу повсеместно, но весьма неравномерно. Работа ветра будет намного интенсивней там, где
ДЕФЛЯЦИЯ И КОРРАЗИЯ
Под дефляцией понимается выдувание рыхлых, дезинтегрированных горных пород с поверхности Земли, а корразией называется обтачивание выступов горных пород твердыми частицами, переносимыми потоками
АККУМУЛЯЦИЯ ЭОЛОВОГО МАТЕРИАЛА
Переносимые ветром частицы пыли, «перетекающие» пески, подброшенные ураганом обломки и гальки где-то должны накапливаться, формируя толщи эоловых отложений. Пыль, вулканический пепел и мельчайший
ТИПЫ ПУСТЫНЬ
Пустыни объединяются в типы на основании того, преобладает ли в них дефляция или разные способы аккумуляции рыхлого материала.
Каменистые (скальные) пустыни, или гаммады, представляют соб
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ СНЕГА, ЛЬДА И ЛЕДНИКОВ
В современную эпоху 11 % суши, или 17 млн км2, занято ледниками и ледниковыми покровами, объемом около 30 млн км3. Из них 98 % приходится на материковые покровы, 2 % — на шель
РАЗРУШИТЕЛЬНАЯ (ЭКЗАРАЦИОННАЯ) ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЛЕДНИКОВ
Термин экзарация используется для обозначения эродирующей деятельности ледника, которая появляется благодаря огромному давлению, движению льда, а также воздействию на ложе ледника включенных в
ТРАНСПОРТНАЯ И АККУМУЛЯТИВНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЛЕДНИКОВ
При своем движении ледник захватывает и переносит различный материал, начиная от тонкого песка и кончая крупными глыбами весом в десятки тонн. Попадают они в тело ледника различными способами.
ВОДНО-ЛЕДНИКОВЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ
Крупные материковые покровы льда при своем таянии поставляют огромную массу воды. Целые реки текут по поверхности краевой части ледника, внутри него и подо льдом, вырабатывая в нем туннели. Ст
Ш1щщшщшщ
Рис. 13.7. Схема миграции воды и сортировки обломочного материала в рыхлой породе (по А. К. Орвину, 1942). а — начало промерзания и миграция воды; б — выталкивание обломков к краям, т. к. в центре
СКЛАДЧАТЫЕ НАРУШЕНИЯ
Наблюдая толщи горных пород, смятые в складки, кажется, что формы складок бесконечно разнообразны. На самом деле их можно свести к нескольким основным типам и легко различать в кажущемся хаосе разл
РАЗРЫВНЫЕ НАРУШЕНИЯ
До сих пор речь шла о таких деформациях пластов горных пород, которые не нарушали сплошности пласта, хотя пласт при этом мог сильно изгибаться. Иными словами, даже в самых сложных складках можно пр
МЕХАНИЗМ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ И ЕГО ПАРАМЕТРЫ
Землетрясение тектонического типа, т. е. связанное с внутренними эндогенными силами Земли, представляет собой процесс растрескивания, идущий с некоторой конечной скоростью, а не мгновенно. Он пред
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И ИХ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ
Распространение на земном шаре землетрясений носит крайне неравномерный характер (рис. 18.7). Одни места характеризуются высокой сейсмичностью, а другие — практически асейсмичны. Зоны концентрац
ПРОГНОЗ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
Несмотря на все усилия различных исследователей, предсказать десятилетие, год, месяц, день, час и место, где произойдет землетрясение, пока невозможно. Сейсмический удар происходит внезапно и зас
ГЛАВНЫЕ СТРУКТУРЫ ЛИТОСФЕРЫ
Континенты и океаны обладают различным строением и возрастом земной коры. Континентальная кора имеет мощность до 75 км, в среднем 40 км, и, как уже говорилось, состоит из трех слоев (сверху вниз):
ЧЕЛОВЕК И ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СРЕДА
Прошедший век ознаменовался небывалым наступлением человека на природную, в том числе геологическую, среду, под которой понимается самая поверхностная часть земной коры, подверженная техногенному
ДОСТИЖЕНИЯ В ИЗУЧЕНИИ ЗЕМЛИ
Вторая половина XX в. ознаменовалась бесспорными достижениями в изучении не только Земли, но и всех планет Солнечной системы. Решающими факторами были успехи в технике и технологиях. Человечество
ТЕПЛОВОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
Температура поверхностной части земной коры почти полностью зависит от солнечного излучения, но суточные и сезонные колебания температуры не проникают глубже нескольких десятков — сотен метров. Вс
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов