Page 1

Ю. С. САЛИН

И зд а т ел ь ст в о - Н а у к а -


А К А Д Е М И Я НАУК С С С Р Д А Л Ь Н Е В О С Т О Ч Н Ы Й НАУЧНЫЙ ЦЕ НТ Р ИНСТИТУТ Т Е К Т О Н И К И И Г Е О Ф И З И К И

Ю. С. САЛИН

КОНСТРУКТИВНАЯ СТРАТИГРАФИЯ

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О «НАУКА» М О С К В А 1979


У Д К 551.7

Конструктивная стратиграфия. С а л и н Ю. С.

М.,

«Наука»,

1979.

С тратиграфия строится как дисциплина, обслуж иваю щ ая геологи­ ческое картирование. М етоды решения, представляю щ ие собой логи­ ко-математическое уточнение традиционных стратиграфических мето­ дов, формулируются как алгоритмы, пригодные для машинной и руч­ ной обработки. Д аны определения основных понятий, удовлетворяющие^требованиям формальной логики, выводимые из наблюдений, наи­ более целесообразные д л я решения стратиграфических задач. Опре­ делены понятия физического и геологического времени, построена однозначная процедура их вывода из наблюдения, рассмотрена роль в статической й исторической геологии. . Книга рассчитана на специалистов по использованию математики в геологии. Табл. 12; библ. 104 назв.; ил. 25.

Ответственный редактор Академик Ю. А. КО СЫ ГИ Н

С

20802—516 Q--"^Q2j— ^ 3 7 7 — 79

©

И здательство «Н аука», 1979 г.


ОТ Р Е Д А К Т О Р А

В геологии к а к дисциплине, в прошлом и настоящ ем эм пи ­ рической, сейчас ведутся усиленные поиски путей разр а б о тк и ее методологических основ. Таким поискам посвящен р яд опубли­ кованных в последнее время работ [Леонов, 1974; Вернадский, 1975; Борукаев, 1974; Садыков, 1974; С трати гр аф и я и м а т е м а ­ тика, 1974]. Эти труды п редставляю тся нам не менее, а более важ ны ми, чем те т а к ж е чрезвычайно полезные работы, которые п р одол ж аю т описание поверхности и недр З ем л и в тр адицион­ ном плане и являю тся необходимыми для поисков полезных ис­ копаемых в настоящ ий момент. Закономерно, что ан али зу оснований геологии уделяется большое внимание именно в стратиграфии. Зн ач и тел ьн ая часть ф ун дам ен та общегеологического знания строится путем изуче­ ния слоистой структуры. Почти вся совокупность тектонических дислокаций, например, мож ет быть п редставлен а к а к нарушение слоистой структуры. П роизводными от стратиграфических по­ строений являю тся понятия геологического времени, последова­ тельности и эквивалентности фаций и формаций, все основан­ ные на них палеогеографические, историко-геологические рекон­ струкции. От состояния стратиграф ии во многом зав и ся т совер­ шенство и п р акти ческая эффективность всей'геологии. Попытки ан ал и за стратиграфических построений предприни­ м аю тся с самых разны х позиций. З а р о ж д е н и е стратиграфии, ее оформление и развитие, соотношение с геологическим к а р т и р о ­ ванием, исторической геологией рассмотрел Г. П. Леонов. При этом основной инструмент и р езул ьтат стратиграфических по­ строений — геохронологическая ш к а л а — подвергся особо т щ а ­ тельному исследованию. Принципиально в аж н ы е выводы о р а з ­ ных типах ш кал, их месте в цепи стратиграфических и общегео­ логических з а д а ч сделаны Ч. Б. Борукаевы м , Л. Л. Халфиным, Б. С. Соколовым. К акой д о л ж н а быть стратиграф ия, чтобы л у ч ­ ше о бслуж и вать поисковые и геолого-съемочные работы ,— г л а в ­ ный вопрос публикаций А. М. Садыкова. Что удовлетворительно с точки зрения современной логики и методологии, а что требу­ ет совершенствования, ка к формулируются законы, ставятся з а ­ дачи, определяю тся п о н я т и я — эти проблемы обсуж дались а в ­ торами «С тратиграф ии и математики». Р а з р а б о т к а методологических основ геологии идет р а зл и ч ­ ными путями, часто противоречащ ими друг другу и д а ж е иск­


О Т РЕ Д А К ТО Р А

лю чаю щ ими друг друга. Однако на данной стадии развития науки все усилия, предпринимаемые в этом направлении, надо всячески приветствовать и поддерж ивать. Р а б о т а Ю. С. С али на «К онструктивная стратиграф ия» я в ­ ляется фундаментальным трудом, р азр а б а т ы в аю щ и м основы геологической методологии, и д ал еко выходит з а рам ки соб­ ственно стратиграфии. Н е л ь зя утверж дать, что путь, выбранный Ю. С. С алиным, единственно возможный и что не существует других решений поставленных вопросов. Но ка к попытка уп оря­ дочения основ геологической методологии и теории раб ота п ред­ ставл яет первостепенный интерес. Построения автора достаточ­ но глубоки. С тремление максимально использовать накопленный геологический опыт, создать математические методы обработки исходной информации, представляю щ ие собой логическое уточ­ нение традиционных методов, за с л у ж и в а ет всяческого одоб­ рения. Это достоинство становится особенно очевидным на фоне многочисленных попыток «насильственного приж ивления» к гео­ логии чуж ды х ей математических методов. Книга, безусловно, будет с интересом воспринята кругом геологов, зад у м ы ваю щ и хся над логическим фундаментом гео­ логических знаний. Чем шире будет этот круг, тем в большей степени книга Ю. С. С ал и н а будет способствовать прогрессу геологической науки. Я уверен, что р аз р а б о тк а логически строгих систем геологи­ ческого мышления приведет к широкой «механизации» (в смыс­ ле применения м атематических методов и электронно-вычисли­ тельных машин) геологического труда и д аст в конечном счете большой практический эффект, особенно д ля поисков полезных ископаемых в глубоких недрах земной коры и мантии, а т а к ж е л пределах океанического сектора Земли. А кадем ик Ю. А. К О С Ы Г И Н


ВВЕДЕНИЕ

В развитии любой науки неизбежно наступает такой этап, когда она начинает осознавать, ан ал и зи ровать самое себя. Ч а щ е всего ан ал и з о б н ар уж и вает пробелы в самом основании науки. «Только строительство д ом а начинается с ф ундамента, а при строительстве науки ее основания появляю тся обычно довольно поздно» [Греневский, 1964, с. 59]. В то ж е время «...до п оявле­ ния прочного логического ф ун дам ен та н аука ж и в ет в кредит» [Поваров, 1968, с. 22]. Нечто подобное происходит сейчас со стратиграфией. П оп ы т­ ка применения математических методов и ЭВ М в этой науке поставила много вопросов, на которые не наш лось ответа. В ф ор­ мулировке стратиграфических з а д а ч неясно, какие логические операции надо произвести над исходным м атериалом , что я в ­ л яется исходным материалом, ка к будет оцениваться решение. Если получены д в а противоречащ их друг другу решения, н еяс­ но, с помощью какой объективной однозначной процедуры вы ­ бирается одно правильное. Определения понятий, используемых при решении, не удовлетворяю т требованиям ни гносеологии, ни логики, ни прагматики. Неясно, что такое, например, «один и тот ж е стратиграфический уровень» и «разные стратиграф ич е­ ские уровни», «узкий (или широкий) стратиграфический д и а п а ­ зон» и т. д. П ро ц ед ур а вывода этих понятий из наблю дений не приводится, неизвестно д аж е , какие именно наблю дения д о л ж ­ ны рассм атриваться к а к эмпирический фундамент д л я вывода этих и других стратиграфических понятий. Неясно так ж е, поче­ му надо использовать именно дан ны е понятия, а не другие, определять их именно так, а не иначе, чтобы получить оп ти м ал ь­ ное решение задачи. С трати граф ы дискутирую т по поводу проведения границ меж ду системами и отделами, спорят об объемных соотноше­ ниях зон и ярусов, о множественности или единственности с т р а ­ тиграфических кл ассиф икаций и ш к ал и при этом практически не о б р ащ аю т внимания на то, что все упомянутые понятия — лишь надстройка, п окоящ аяся на неизвестном фундаменте. Ни один из важ н ы х стратиграфических вопросов не мож ет быть однозначно решен, пока не восстановлена процедура вывода всех производных понятий из наблюдений. Относительно самы х н ачальн ы х этапов последовательности логического вывода уд ается встретить в лучшем случае единич­ 5


ВВЕДЕНИЕ

ные высказы вания, например: «Не следует забы вать, что с т р а ­ тиграфическое распространение окаменелостей не бывает заранее известно, а мож ет быть установлено лишь практическим путем... П равильность корреляции д о л ж н а проверяться при этом всеми другими доступными нам способами. Опыт полевых работ п о к а ­ жет, что некоторые формы сохраняю т относительно устойчивое стратиграфическое положение, и они могут быть использованы с наибольшим успехом» [Д ан бар, Р одж ерс, 1962, с. 295]. В чем со­ стоит «практический путь», из каких отдельных шагов он с к л а ­ ды вается, что и к а к п окаж ет «опыт полевых работ» — не р ас ш и ­ фровывается. К ак следует из результатов ан ал и за стратиграфии [С тратиграф ия и м атем атика, 1974], в описаниях методик стр ати ­ графических построений не приводится ни отдельных у м о за к л ю ­ чений, ни их последовательностей. Б ольш е того, обычно «за к а д ­ ром» остаются д а ж е исходные посылки метода и их обоснование. Конечно, к а ж д ы й стратиграф выводит свои построения в к о ­ нечном счете из наблюдений. Но пробел м еж д у фундаментом и надстройкой к а ж д ы й преодолевает по-своему, а главное — неиз­ вестно как. Трудно спорить о результатах, процедура получения которых неизвестна. Поставим своей целью явную формулировку тех понятий, про­ цедур логического вывода и операций, которые используются всеми стратиграф ам и , но никем до сих пор не сформулированы. Эта черновая, не п ривл ек аю щ ая внимания ни одного из стратиграфов работа нуж на не только д л я однозначного решения «воз­ вышенных» стратиграфических проблем. Без нее невозможно внедрение в стратиграф ию математических методов и ЭВМ. В н астоящ ее врем я не мож ет ставиться дил ем м а — применять электронно-вычислительные машины или не применять. ЭВ М — мощнейший исследовательский инструмент; не применять его — значит обречь стратиграф ию на отсталость. М атематическое соверш енствование какой-либо геологиче­ ской науки часто понимается ка к простое внедрение сущ еству­ ющих математических методов. Но, во-первых, лю бы е методы, операции, преобразования могут д а в а т ь удовлетворительны е р е ­ зультаты только в том случае, если они будут производиться над удовлетворительно сконструированными понятиями. Поэтому ясно, какое значение имеют способы определения понятий. С а ­ мым ответственным моментом в любой науке яв л яется опреде­ ление ф ундам ентальны х понятий, из которых выводятся все ос­ тальны е понятия данной науки. От удачности выбора и совер­ шенства определений этих понятий зависит ка к логическая стройность всей теории, т а к и ее практическая эффективность. Во-вторых, любые методы, д а ж е самы е совершенные, могут д ав ать ка к верные, так и неверные результаты ; это зависит не от них самих, а преж де всего от посылок (эмпирически у станов­ 6


ВВЕДЕНИЕ

ленных связей, законов, акси ом ), на которых основывается их применение. Если метод реш ения зад ач и не опирается на такие посылки, то использовать его не имеет смысла. М атематические методы часто применяются в естествознании без обоснования их применимости к решению данной конкретной задачи. К огда они не даю т ож идаем ого р езультата, появляется ж е л а н и е винить во всем математику, д ел ать вывод о ее неприменимости в той или иной науке. Общ еизвестен пример неудачного использования ме­ тодов дифф еренциального исчисления в биологии. Эта попытка была расценена впоследствии к а к искусственная «подсадка», «приживление» явно чуж ды х методов, не отвечающ их существу биологии. П ризнается, что существу биологии в гораздо большей степени отвечают методы кибернетики [Свинцицкий, 1972]. С чего н ачать излож ение м а тер и ал а — с определения понятий стратиграфии, формулировки ее зад ач , методов, целей? К аж е тся наиболее уместным сн ач ал а определить понятия. Но понятия долж н ы определяться таким образом, чтобы они помогали опти­ мально реш ать конкретную зад ачу, поэтому при их определении необходимо руководствоваться какой-то ранее сф о рм ули р ован ­ ной постановкой задачи . П р е ж д е чем ставить отдельную -задачу, следует убедиться, что она войдет необходимым звеном в. общую цепь исследований, ведущую к конечной цели. Относительно цели 'стратиграфии имеется много различны х точек зрения. Выбор одной из них п редопределяет слишком многое во всех д ал ь н ей ­ ших построениях, поэтому естественно- ж е л а н и е обосновать такой выбор. П ри обосновании будем иметь в виду, что стр а ти гр а ф и я— вспомогательная геологическая н аука (ее цель выводится из по­ требностей других дисциплин) и в конечном итоге д о л ж н а обес­ печить достижение общей цели всей геологии. Ц ели геологии м о­ гут пониматься по-разному. Это зависит п реж д е всего от ф и л о­ софской позиции исследователя, от его понимания роли науки и ее соотношений с практикой. П оэтому необходимо сн ач ал а четко оговорить свое методологическое кредо, в соответствии с кото­ рым можно вы брать формулировку целей геологии; д ал ее можно перейти к постановке задач, р азр а б о т к е методов исследования и определению понятий стратиграфии.


ГЛ А ВA I

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ еэ

«...НАУКА С О К Р А Щ А Е Т НАМ О П Ы Т Ы БЫ СТРОТЕКУЩ ЕЙ Ж И ЗН И » П редлож ено много теорий о роли науки в развитии общества, о назначении науки и требованиях к ней. Примем точку зрения Г. П. Щ едровицкого, согласно которой цель науки — поставлять методические ука зан и я д ля практики [Щедровицкий, 1967; Щ едровицкий, Дубровский, 1967]. Получить некоторый нужный практический результат можно .и без всякой науки — методом проб и ошибок. Н апример, чтобы найти гриб, можно просто обш арить к а ж д ы й квад ратн ы й санти­ метр леса. И зб е ж а т ь бесконечных проб и ошибок позволяет э к ­ страполяция прошлого опыта. Некоторое множество конкретных объектов по сходству какоголибо признака объединяют одним понятием, в один класс. Затем изучают связи части представителей этого кл асса с частью п ред­ ставителей другого кл асса и экстраполирую т полученные ре­ зул ьтаты на неизученные части классов. Если изученная часть кл асса невелика, то экстраполяц и я д ел ает ся по аналогии. Об обоснованности выводов по аналогии хорошо ск а за л еще в XI в. Ибн-Сина: «Это [заключение по аналогии] не является не­ обходимым, потому что утверждение по сходству мож ет проти­ воречить утверждению по другому сходству, так к а к есть много вещей, которые в одном отношении схожи, а в тысяче других от­ ношений различны. В отношении одного из них суж дение будет правильным или мож ет быть правильным, а в отношении другого неправильным. С тало быть, аналогия мож ет привлечь внимание и навеять сомнение, но не установить достоверность» [1957, с. 116— 117]. Если число п наблюдений о связях представителей некоторых изучаемых классов А я В достаточно велико и д а н н а я связь оди­ накова во всех н аблю даем ы х случаях, то мы по индукции з а к л ю ­ чаем, что она справедлива д л я в с е х представителей классов А и В, в том числе и неизученных. Индуктивный вывод возводит полученную связь в ранг универсального детерминированного зак он а науки. Заклю чение об ( я + 1 ) - м случае д ел ается д ед у к ­ тивно, на основании использования закона: если д ан н а я связь справедлива относительно всех объектов класса А, то она сп р а ­ 8


« ...Н А У К А С О К Р А Щ А Е Т Н А М О П Ы Т Ы Б Ы С Т Р О Т Е К У Щ Е Й ж и з н и »

ведлива и в данном ( п + 1 ) - м случае. О бн аруж и в объект класса А, мы получаем возможность пред сказы вать и существование не­ известного, связанного с ним объекта кл асса В. Н асколько н ад еж н а экстраполяц и я индуктивно-дедуктивным путем? О братим ся опять к вы сказы ванию Ибн-Сины: «...если ск аж у т „к аж д о е животное при ж евании двигает нижней че­ л ю стью ” , то если смогут у каж дого отдельного [вида] без исклю ­ чения обнаруж ить это'[свойство], то общее заключение будет п р а ­ вильно... Но такое заклю чение не необходимо: ведь возможно, что не виденное ими будет противоречить виденному и сто тысяч [случаев] будут одинаковыми, а один противным. Н апример, к р о ­ кодил двигает верхней челюстью, а'-не нижней» [1957, с. 116]. М ож ет быть и более н еприятная ситуация. Возможно, что закономерность о связях объектов, которую мы распространяем на весь класс объектов, выполняется только д л я какого-то его подкласса, и сто тысяч наблю денных нами случаев относятся к этому подклассу, а те сто тысяч случаев, на которые мы р ас п р о ­ страняем вывод, относятся к другому подклассу, д л я которого эта закономерность не выполняется. Поэтому, экстраполируя з а ­ кономерности, наблюденные на некотором эмпирически изучен­ ном подмножестве объектов, на все множество, мы всегда можем совершить ошибку. Н о другого пути у нас нет: «Мы просто о б я з а ­ ны, мы вы н уж ден ы распростран ять все то, что мы у ж е знаем, на как мож но более широкие области, выходить за пределы уж е постигнутого. Опасно? Д а . Н енадеж н о? Д а . Но ведь это единст­ венный путь прогресса. Хотя этот путь неясен, только на нем н ау ­ ка оказы вается плодотворной» [Фейнман, 1968, с. 181]. Не следует думать, конечно, что путь от эмпирии к закону есть простое обобщение. С ам по себе набор опытных д ан ны х не подскажет, какие свойства, объекты или явления закономерно связаны друг с другом, а какие нет, какова форма связи. Р е а л ь ­ ная история открытия какого-либо закона почти всегда связан а с выдвиж ением и проверкой гипотез, демонстрирует огромную роль догадки, интуиции [Рузавин, 1974]. Ярким примером мог бы служить поиск Кеплером окончательной формулировки законов д вижения планет: семьдесят попыток построить круговую орби­ ту М арса, согласую щ уюся с наблю дениями, бесконечные з а т р у д ­ нения с овальной орбитой, и лиш ь после — вывод об эллиптиче­ ской форме [Роджерс, 1970]. Но речь сейчас не об «искусстве угады вать законы природы» [Фейнман, 1968]. К аковы бы ни были зигзаги эвристики, «...совсем неважно, откуда родилась та или иная догад ка, в аж н о лишь, чтобы она согл асо вы вал ась с экспе­ риментом и бы ла по возможности определенной» [Фейнман, 1968, с. 176]. И так, установив научный закон на основании достаточно большого числа наблюдений, мы используем его д л я п р е д с к а за ­


ГЛАВА I. Ц Е Л И И ЗА Д А ЧИ

ния во всей области неизвестного, не ставя никаких пределов для экстраполяции. Но какое число наблюдений можно считать достаточно большим? Ответ здесь мож ет быть только таким: чем больше, тем лучше. Закон о м , основанным на тысяче н аб л ю ­ дений, мы пользуемся более уверенно, чем законом, основанным на сотне наблюдений; миллион наблюдений лучше, чем тысяча. Чем д ал ьш е число наблюдений стремится к бесконечности, тем бли ж е частота выпадения какого-либо вар и ан та п рибли ж ается к вероятности его выпадения. Если д ва разны х зак он а з а с т а в л я ­ ют дел ать д в а взаимоисклю чаю щ их вывода, мы предпочитаем вывод, основанный на законе с большей базой наблюдения. О т­ сюда следует: зак о н ы более широкой н ауки н адеж нее д л я пред­ сказания, чем законы узкой, конкретной науки. Рассмотрим со­ отношение н а у к разного уровня обобщения на примере. Исторически первой наукой, установившей свои законы, в е­ роятно, было специальное (каменное) топорвведение. Д а л е е из обобщения опыта обращ ения с бумерангом, рычагом, каменным топором, луком возникла новая, более ш ирокая наука, которую Д ж о н Б ер н ал [1956] н азв ал рациональной механикой. Эта наука установила свои законы, более н ад еж н ы е д л я предсказания. К ак бы ни было велико множество опытов, послуживш их осно­ вой д л я вывода законов специального топороведения, все равно они были только частью опытов рациональной механики. Кроме опытов с топорами, более ш и р окая н аука р а с п о л аг а л а немалым опытом работы с рычагом, бумерангом, луком, стрелами. Д ал ьн ей ш и е ступени обобщения известны: от рациональной механики — к земной механике Г алилея; в результате обобщения законов земной и небесной механики возникла механика Н ью то­ на. Д ал ее, используя в основном понятие энергии, ученые с о зд а­ ли единую науку, объединяю щую механику, термодинамику, электротехнику и т. д., т. е. физику. Н а у к а к а ж д о й более высокой ступени обобщения имеет все более и более обширный эмпириче­ ский м атер и ал д л я обоснования своих законов. З а к о н ы физики, например, основаны на колоссальном числе наблюдений за д в и ­ жениями, взаимодействиями земных и небесных тел, массой про­ цессов и явлений. Однако и физика не предел обобщения. С ущ е­ ствуют науки, изучаю щие самы е общие свойства и связи, и поэто­ му их законы и принципы применимы при любых исследованиях. К таким наукам относится ф о р м а л ь н ая логика. О босновывая универсальность логических законов, В. И. Л енин пишет: «...практика человека, миллиарды раз повторяясь, зак р еп л яется в сознании человека фигурами логики. Фигуры эти имеют проч­ ность п редрассудка, аксиоматический характер именно (и толь­ ко) в силу этого миллиардного повторения» *. 1 Л енин В. И. Поли. собр. соч., т. 29, с. 198. 10


«. ..НАУКА С О КРАЩ А ЕТ НАМ О П Ы Т Ы Б Ы С Т Р О Т Е К У Щ Е Й Ж И З Н И »

Эмпирическое обоснование логики предельно широко: все наши действия с л у ж а т д л я ее дальнейш его обоснования. Это и за с т а в л я е т нас требовать соблюдения логических законов при любых построениях. Точно так ж е при выводе законов в кон­ кретной научной области д олж н ы соблю даться законы науки бо­ лее высокой степени обобщения. Н апример, у ж е при выводе з а ­ конов физики следует руководствоваться требованиями логики,, а при выводе конкретных связей, ск аж ем в мостостроении, со­ блю дать все логические, общефизические и общемеханические законы. П ракти ческая цель более широкой науки обобщ ает целый класс практических целей науки низшего уровня и огромное мно­ жество практических целей предметно-орудийного уровня. Н а ­ пример, знание общих законов генетики позволяет достигнуть определенных целей в операциях со слонами, кукурузой, мухами-дрозофилами. И спользование законов большой степени общ ­ ности д ает нам огромные преимущества. Если законы генетики одинаковы д л я слонов, разм н ож аю щ и хся раз в десятилетие, и плодовых муш ек-дрозофил, приносящих потомство через неделю после рождения, ясно, что мы предпочтем экспериментировать на дрозофилах, а не на слонах. Однако на пути обобщения нас ж д у т не только приобретения, но и потери. У любой группы предметов, целей, операций, к ро ­ ме общих черт, которые мы т а к старательно ищем, есть и отли­ чия друг от друга, свои индивидуальны е особенности. О бобщ ая, мы д о лж н ы пренебрегать этими чертами, отвлекаться от них, или, как говорят философы, абстрагироваться от них. О бобщение не­ избежно связано с абстракцией. Поэтому науки более высокой ступени обобщения д аю т практике все более и более а б с т р а к т ­ ные, менее конкретные методические указан ия. З а к а н ч и в а я этот раздел, подчеркнем: цели любой науки мо­ гут и д о лж н ы ставиться к а к практические. П р а гм ати зм ни в коей мере не долж ен квали ф и ци роваться к а к «узкий» прагматизм , к а к приземление целей научных исследований, отрицание роли тео­ рии. Ш ирота или узость кл асса практических целей конкретной науки определяется широтой или узостью кл асса изучаемых этой наукой объектов. Стремление вывести из эмпирии все законы, позволяющие по одним объектам, свойствам, явлен и ям п р ед ска­ зы вать другие, н ельзя расценивать к а к «ползучий» эмпиризм. При построении научной теории д о л ж н ы использоваться все э м ­ пирически обоснованные законы — к а к собственные, специфич­ ные д л я данной науки, т а к и более общие. И геология, и стр атигр аф ия будут строиться к а к теоретиче­ ские системы, предназначенны е д л я достижения практических целей. В качестве исходных посылок этих систем будут исполь­ зоваться эмпирически установленные законы. 11


ГЛАВА I. Ц Е Л И И ЗА Д А ЧИ

ЦЕЛИ ГЕОЛОГИИ Основную цель геологии — поиски полезных ископаемых — Примем в качестве единственной цели. Хотя существуют и другие цели, в данной работе будем исходить только из этой. Л ю бы е научные построения будем оценивать только с таких позиций — насколько они приб л и ж аю т нас к намеченному результату. Понимание термина «полезные ископаемые» меняется с те ­ чением времени. Совершенствуется технология извлечения полез­ ных компонентов из земной коры, многие пустые породы перево­ д ят ся в р а з р я д руд, меняется перечень веществ, необходимых д ля хозяйственной деятельности человека. Многие горные породы, кстати говоря, полезны именно тогда, когда их не выкапывают, а оставляю т в земных недрах. Таковы породы-коллекторы в под­ земных хр ан и л и щ ах газов и жидкостей. П равильнее, видимо, го­ ворить о поисках геологических объектов с зад ан н ы м и х а р а к т е ­ ристиками [Косыгин, 1974]. При такой формулировке в цели по­ исковой геологии попадаю т и цели инженерной геологии, гидро­ геологии. Участки земной коры, пригодные д ля строительства сооружений, т а к ж е можно представить к а к объекты с за д а н н ы ­ ми физико-механическими свойствами. Существуют прямые поиски и поиски по косвенным п ри зн а­ кам. Ж елезо, например, можно искать по резул ьтатам ан ал и ти ­ ческих определений содерж ан ия Fe в отдельных точках земной кбры. Однако в абсолютном большинстве случаев геолог ищет месторождения не по прямым, а по косвенным признакам. У ста­ новив приуроченность нефтяных зал е ж ей к антиклиналям, гео­ лог' ищет антиклинали; зн ая ассоциации а л м а з а с гранатами, ищет гранаты; обнаруж и в постоянную связь герм ания с у г л я ­ ми, ищет угли; другими словами, сн ач ал а у станавл и в аю тся по­ исковые критерии, а затем по пространственному распределению этих критериев оконтуриваются перспективные площ ади. Эта з а ­ д ача — установление одних свойств объекта по другим, н а х о ж ­ дение самого объекта по косвенным п ризнакам — широко р а с ­ пространена во всех технических, естественных и общественных Науках. Такую ж е зад ач у реш ает врач, пытаясь установить бо­ лезнь по внешним симптомам: это общ еизвестная постановка врачебного диагноза. По аналогии с медицинским диагнозом з а д а ч а о бнаруж ен и я некоторого объекта, свойства, явления по косвенным пр изн акам получила назван ие диагноза или распо­ знавания. При ее решении классифицируют то, что ищут, и то, с помощью чего ищут [Геология и м атем атика, 1970]. К л асс и ф и ­ кацию распознаваемы х, диагностируемых объектов будем д ля краткости назы вать диагностируемой, а классификацию свойств, используемых д л я распозн аван и я,— диагностирующей. В качест­ ве диагностируемой классификации обычно выступают классы 12


Ц ЕЛИ ГЕОЛОГИИ

месторождений и неместорождений, в качестве диагностиру­ ющей — разли чн ы е классы геологических объектов. Основную з а д а ч у геологии мож но истолковать ка к построе­ ние оптимальной диагностирую щ ей классификации, к а к у станов­ ление таких геологических характеристик, .которые могут слу­ жить максим ально полезными поисковыми критериями. М ожно ограничить диагностирую щ ую классиф икацию свойствами, не­ посредственно фиксированными в точках н аблю дения,— лито­ логическим составом пород, палеонтологическими определения­ ми, элементам и зал е га н и я и т. д., т. е. наблю денным ф ак ти ч е­ ским материалом. Т а к а я кл асси ф и кац и я бы ла бы идеальной с точки зрения объективности. О днако этот подход, теоретически идеальный, практически нереализуем. Д е л о в том, что с ф ормальной точки зрения м о ж ­ но классиф ицировать фактический м а т ер и ал различны м о б р а ­ зом. Н апример, мож но кл ассиф ицировать по к а ж д о м у свойству отдельно или по различны м их комбинациям; границы м еж д у классам и можно проводить по разн ы м значениям отдельных свойств, по разн ы м ком бинациям этих значений. Число в а р и а н ­ тов такой кл ассиф икации ничем не ограничено, и ни один в а р и ­ ант с ф орм альн ы х позиций не м ож ет р ас см а тр и в ать ся к а к более предпочтительный перед другими. М ож но было бы вы брать предпочтительный в ар и ан т только в том случае, если бы было известно, что при таком построении классиф икации с одним из ее классов всегда или в достаточном д л я нас большинстве слу­ чаев св я за н ы искомые месторождения. Д ругим и словами, нужен эмпирический м атер и ал о связях кл ас са диагностирующ ей и класса диагностируемой классификации, о связях поискового критерия и искомого объекта. Тогда, если этот м атери ал неве­ лик, мы мож ем предположить по аналогии, что и в некотором конкретном случае, когда мы о б наруж и ли поисковый критерий, с ним д олж ен быть св язан искомый объект. Если этот м а тери ал велик и во всех известных случаях с поисковым критерием был связан искомый объект, то мы возводим эту связь в ран г зак о н а и диагностируем искомый объект по поисковому критерию детерминированно. Если поисковый критерий был связан с искомым объектом только в т процентах случаев, мы диагностируем с в е­ роятностью Р т. При решении з а д а ч расп о зн ав ан и я эмпирические связи д и а г ­ ностирующей и диагностируемой кл ассиф икаций обычно уста­ навливаю тся с помощью ЭВМ ; она перебирает весь п р ед ъ яв л ен ­ ный ей т а к назы ваем ы й м а тер и ал обучения— перечень симпто­ мов или поисковых критериев (классов диагностирующ ей к л а с ­ сификации) — и устанавливает, какой из этих симптомов или поисковых критериев чащ е связан с болезнью или м естор ож д е­ нием. Ч а сто бывает, что этот перечень слишком велик, и тогда 13


ГЛАВА I. Ц Е Л И И ЗА Д А ЧИ

полный перебор неосуществим. Таковы обычно и наборы геоло­ гического фактического м а тери ал а. Чтобы и зб е ж ать полного пе­ ребора, надо ввести какие-то ограничения. Чтобы эти ограниче­ ния не были произвольными, чтобы за бортом не остались н аи ­ лучшие поисковые критерии, нужны некоторые п ред варитель­ ные зн ания о св язях классов диагностирую щ ей и диагностиру­ емой классификаций. В медицине это имеющийся врачебный опыт, в геологии — геологический опыт. Но если мы обратимся к диагностирующей классификации дискретных множеств точек наблю дения, то увидим, что д л я этого случая подобного опыта попросту не существует. Геолог практически никогда не пред сказы вает месторождения по н абору фактического м атер и ал а, подготовленного д л я постро­ ения карты, он п р едсказы вает их по у ж е построенной карте. Весь имеющийся геологический опыт связан с геологическими к а р т а ­ ми, т. е. с таким и моделями геологического пространства, в кото­ рых к а ж д а я точка (а не только точки наблю дения) о х арактер и ­ зован а значениями определенных свойств из фиксированного списка — литологических, палеонтологических, геохимических, геофизических или каких-то иных. Стремление и зб е ж ать пол­ ного перебора при распознавании и использовать имеющийся геологический опыт з а с т а в л я е т нас, таким образом, реш ать з а ­ дач у распозн аван и я в д в а приема: сн ач ал а построить полноопре­ деленное непрерывное геологическое пространство по данным неполноопределенного, дискретного (другими словами, постро­ ить геологическую ка р ту по имею щемуся фактическому м а т е р и а ­ л у ), а затем по свойствам построенного иолноопределенного пространства построить диагностирующ ую классификацию, т. е. найти в м а тер и ал ах карты м акси м альн о полезные поиско­ вые критерии. Такова стратегия поисков, основанная на использовании только статических систем геологии [Косыгин, Соловьев, 1969]. Но и д л я поисков с использованием генетических, ретроспектив­ ных построений геологическая к а р та необходима в качестве ис­ ходного м атер и ал а. НЕКОТОРЫ Е О БЩ И Е ВОПРОСЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО КАРТИРОВАНИЯ Фактический м атери ал полевых наблюдений п ред оставляет нам дан ны е о значениях некоторых свойств в отдельных точках, линиях профилей или (реже) на поверхностях обрывов и горных склонов. По Ю. А. Косыгину и Ю. А. Воронину [1965], набор ф а к ­ тического м а тер и ал а есть неполноопределенное геологическое пространство. По этим исходным данны м требуется построить 14


Н Е К О Т О Р Ы Е О Б Щ И Е В О П Р О С Ы Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Г О К А РТИ РО В А Н И Я

пространственную модель, в которой значения свойств известны д ля к а ж д о й точки,— ф рагм ен т полноопределенного пространства [Косыгин, Воронин, 1965]. Л ю бую неизученную точку можно представить к а к находящ ую ся м е ж д у д вум я точками н аб лю д е­ ния. З а д а ч а сводится к вычислению значения некоторого свойст­ ва по известным значениям в точках наблю дения, т. е. к интер­ поляции. В геологии так и е зад ач и широко распространены. Т ак строятся к а рты глубин фундам ента, к а рты изопахит, карты р а в ­ ного сод ер ж ан и я некоторых компонентов, геофизических (гр а­ виметрических, магнитных и др.) полей по дан ны м точечных или профильных наблюдений. Построение всех этих к а р т осущест­ вляется с использованием интерполяции. Существуют п ред ло­ жения представить и геологическое картирован и е к а к процедуру построения поля некоторых геологических величин [Аристов, Л я ­ хов, 1969]. З а д а ч а интерполяции п р ин ад л еж и т к числу хорошо р а з р а б о ­ танных в м атематике. Р е ш а ет ся она по следующей схеме [Во­ ронин и др., 1971]: 1) форм улировка гипотезы о возможном классе интерполи­ рующих функций; 2) ф ормулировка критерия д л я выбора вида функции из класса; 3) выбор вида функции, отвечающего принятому критерию; 4) форм улировка критерия д л я определения парам етров функции; 5) определение п арам етров, отвечаю щ их принятому к р и ­ терию; 6) вычисление значений функции в промежуточных точках по ее значениям в точках наблю дения. П опы тка решить по этой схеме за д а ч у интерполяции, н ап ри ­ мер литологических функций (т. е. значений литологических свойств к а к функций их пространственных коорд и нат), сразу н аталки вается на серьезные трудности. Поясним это примером. И м ею тся значения литологической функции в двух точках наблюдения: «известняк» и «кремень». Требуется установить, к а ­ кой породой слож ена п ром еж уточн ая точка с зад ан н ы м и коо р­ динатами. Если д ля любых функций, д л я которых до сих пор р е ­ ш алась з а д а ч а интерполяции (значения глубины, мощности, силы тяж ести и д р .), к а к у к а з ы в а л Ю. А. Воронин в дискуссии на методологическом семинаре 1974 г. в Хабаровске, имеют смысл такие понятия, к а к «промежуточное значение», «меньшее или большее значение», «сумма значений», «разность значений», «степень», «производная» и другие, т. е. все характеристики, делаю щ ие возмож ны м проведение интерполяции, то д ля литологической функции эти характери сти ки не имеют смысла. В отличие от функций, на множестве значений которых зад ан ы 15


ГЛАВА I. Ц Е Л И И ЗА Д А ЧИ

операции слож ения и умнож ения (и вследствие этого все н а зв а н ­ ные выше и многие другие хар актери сти ки ), на множестве зн а ­ чений литологической функции з а д а н а только операция сравн е­ ния. Здесь о двух значениях мож но лишь ск азать —• одинаковы они или различны. П р оц едура интерполяции р азр а б о т а н а и имеет мощный мате­ матический а п п ар ат только д л я числовых функций. Д л я интерпо­ ляций литологических или подобных им функций не пригоден ни один из существующих математических методов. М ожно, правда, представить литологическую функцию как совокупность числовых функций. Например, известняк мож но представить к а к 100% С а С 0 3 и 0% SiO,, кремень к а к 100% S i 0 2 и 0% С а С 0 3. Т а к ж е мож но поступить и с любой биологической функцией. Например, д ва вида из рода двустворок Cardita, р а з ­ личаю щ иеся только числом ребер, мож но представить к а к «Car­ dita 12 ребер» и «Cardita 26 ребер». Д а л е е можно было бы вы ­ числить сод ерж ан ие С а С 0 3 и S i 0 2, число ребер раковины Cardi­ ta в промежуточных точках м еж д у точками наблюдения. Ясно, что в большинстве случаев т а к а я интерполяция д аст абсурдные результаты. Д л я интерполяции литологических функций необходима р а з ­ раб отка собственной методики, специфического математического ап парата. При разр а б о тк е этого ап п ар ата следует исходить из наблю денных закономерностей пространственного изменения, взаимопереходов литологических функций. Будем руководство­ ваться закономерностями, установленными десятилетиями геоло­ гической практики. О днако р азр а б о т а т ь методику интерполяции, общую д ля л ю ­ бых видов геологических тел, невозможно. По крайней мере это нецелесообразно: и злиш няя общность снизит конструктивность используемых приемов, все сведется к некоторым всегда верным положениям, из которых нельзя извлечь никаких практических рекомендаций. Специфические методы обычно применяются только при к а р ­ тировании слоистых толщ. Эти методы неприменимы д л я несло­ истых толщ. При картировании неслоистых толщ используются либо общепринятые, но самы е общие соображ ения, либо более конструктивные рекомендации, но основанные на гипотезах, имеющих отчетливую субъективную окраску. С пецифика геологического кар тирован и я такова, что в про­ цессе этой деятельности автоматически происходит «естествен­ ный отбор» наилучших приемов. В отличие, например, от ретро­ спективных построений, не допускаю щ их проверку на уровне наблюдений [Косыгин, Соловьев, 1969], любой вывод геологиче­ ского картирован и я о наличии или отсутствии данного геологи­ ческого тела в определенной точке п ространства м ож ет быть про­ 16


П О С Л Е Д О В А Т Е Л Ь Н О С Т Ь ЗА Д А Ч Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Г О К А Р Т И Р О В А Н И Я

верен. Все приемы интерполяции при картировании проходили такой ты сячекратный контроль, проверку п редсказанны х р е­ зультатов наблюдением. Трудность р азработк и м атематических методов состоит д л я геологического к ар тир ован и я не в том, что­ бы искать в матем атике или придумы вать новые формулировки,, а в том, чтобы вы брать из практически используемых приемов наиболее рациональны е и придать им однозначную трактовку. П О С Л Е Д О В А Т Е Л Ь Н О С Т Ь ЗА Д А Ч ГЕОЛОГИЧЕСКОГО КАРТИРОВАНИЯ Д л я слоистых толщ общ епринята т а к а я последовательность решения зад ач построения геологической карты: описание ч аст­ ных разрезов — их расчленение — кор реляц ия — проведение границ скоррелированны х подразделений [Воронин и др., 1971, 1972; С трати граф и я и математика, 1974]. Р езу л ь тато м решения последней задачи и яв л яется геологическая карта. П од о п и с а н и е м частного р а зр е за обычно понимается и зу­ чение распределения некоторых наб лю д аем ы х свойств в одном ер­ ном пространстве этого р а зр е за (его колонки). П од р а с ч л е н е н и е м понимается разбиение одномерного геологического пространства на геологические тела. В соответст­ вии с принципом специализации [Косыгин, 1970] условимся про­ изводить разбиение по различны м н аб орам свойств раздельно. Одну и ту ж е колонку мы мож ем расчленить по н абору литоло­ гических свойств на пласты песчаников, аргиллитов, известняков и т. д., по набору физических свойств— на интервалы с низкими, средними и высокими значениями сопротивления и т. д. П р едп о ­ лагается, что по ка ж д о м у из наборов свойств з а д а н а т а к а я к л а с ­ сификация, что ни одно из значений данны х свойств не мож ет по­ пасть одновременно в д ва кл асса и не мож ет остаться вне к л а с ­ сов. Одномерное пространство колонки условимся расчленять на такие тела, в к а ж д о м из которых все внутренние точки о б л а д а ­ ют свойствами только одного класса; соответственно границы тел проводятся в тех частях пространства, где свойства прини­ мают граничные значения. Не будем о б ращ ать внимание на пространственный х ара ктер изменения свойств при переходе от одного тела к другому, будем проводить границы вне зави си м о­ сти от того, терпит ли само свойство или его производная на г р а ­ нице р азры в непрерывности, или переход осущ ествляется плавно. Такой подход отличается от рекомендованного Ю. А. Косыгиным и др. [1964], однако он более отвечает реальной процедуре р а с ­ членения и возмож ностям практической геологии. Геолог обычно выделяет толщи разного литологического состава вне зав и си м о­ сти от х ар а к т е р а перехода от одной из них к другой. Часто д л я 17


ГЛАВА I. Ц Е Л И И ЗА Д А ЧИ

выяснения х ар а к т е р а перехода просто нет никаких данных, по­ лучение их затруднительно или нецелесообразно; иногда, кроме того, свойства могут принимать лишь ряд фиксированных зн ач е­ ний (палеонтологические свойства, зн ак намагниченности в палеомагнитных методах и д р.), понятие разр ы в а или непрерывно­ сти здесь не имеет смысла. Соотношения тел разной специализации (полученных в р е­ зультате разбиения п ространства по разны м н аборам свойств) могут быть различны ми: тело а специализации А мож ет совпа­ д ат ь с телом х специализации X или мож ет пересекаться с ним, л еж а ть всегда выше, всегда ниж е и т. д. М еж ду некоторыми спе­ циализированны ми разбиениями пространства существуют з а ­ кономерные отношения, которые мож но установить при а н а л и ­ зе большого эмпирического м а т ер и ал а и использовать д л я реш е­ ния задач. Обычно априори неизвестно, какие разбиения прост­ ранства закономерно связан ы друг с другом, а какие находятся в случайных взаимоотношениях. Поэтому вряд ли оправданно производить разбиение п ространства по всему комплексу свойств исходя из предположения об их равноправии [Родионов, 1968; Родионов и др., 1973]. П ри таком подходе мож ет оказаться, что именно в аж н ы м д ля нас пр изн акам свойственно закономерное несовпадение со всеми остальными или с большинством из них. В результате вывод, сделанный по большинству свойств ком п л ек­ са, мож ет о ка зать ся несправедливы м именно д л я этого признака. По-видимому, оптимальны м будет не использование всего ком п­ л екса признаков в предположении их равноправия, а ц ел ен а­ правленный поиск пусть немногих, но максим ально полезных д ля реш ения данной зад ач и закономерно взаи м освязан ны х при­ знаков. П редставляется, что такой путь наиболее близок к т р а ­ диционному геологическому. В соответствии с принципом специализации к о р р е л я ц и я т а к же, к а к и расчленение, д о л ж н а проводиться по к а ж д о м у списку свойств раздельно. Н а первый в згл яд это противоречит слож ивш ейся геологической практике — списков свойств мож ет быть десятки, сотни, но геолог никогда не коррелирует одну и ту ж е пару скваж и н д есяткам и и сотнями разны х способов р а з д е л ь ­ но. Все становится на свои места, если среди всех списков свойств разл и чать зад ан н ы е (основные) и вспомогательные. П р а к ти ч е­ ски никогда не ставится з а д а ч а выяснить распределение всех свойств в исследуемом пространстве. Н еф тян ика интересует пространственное полож ение пластов, разли чаю щ и хся по к о л л е к ­ торским свойствам, угольщ ика — поведение угленосных и безугольных п ачек и т. д. Ч а щ е всего в роли зад ан н ы х выступают литологические свойства, так к а к именно с их распределением связан ы полезные ископаемые. Все остальные свойства при этом используются лишь постольку, поскольку они помогают выяснить 18


З А Д А Ч И СТР АТИГР АФИИ

распределение заданны х. Эти вспомогательные свойства и г р а ­ ют роль строительных лесов при возведении здания. Н е имеет смысла строить леса таким и ж е способами, с таким и ж е з а т р а ­ тами, к а к и само здание. Поэтому оговоримся, что проводить расчленение и корреляцию разрезов необходимо разд ел ьн о по ка ж д о м у з а д а н н о м у списку свойств. Д л я вспомогательных списков о казы вается нецелесообразны м реш ать зад ач и р ас чл е­ нения и корреляции. И звлечь м акси м альн ую пользу из вспомо­ гательных свойств, не р еш ая на них зад ач и расчленения и кор­ реляции, позволяют некоторые введенные ран ее определения [Салин, 1974а, б]. Д а л е е мы поясним, к а к это достигается. П р о в е д е н и е г р а н и ц скоррелированны х подразделений представляет собой типичную интерполяцию числовых функций —• по координатам границы в двух фиксированных точках п р ед ска­ зы вается ее положение м е ж д у этими точками. При этом исходят либо из предположения о том, что все промеж уточные точки н а ­ ходятся на прямой (линейная и нтерполяци я), либо из допущ ения о расположении промежуточных точек на гиперболе, параболе, синусоиде или любой другой кривой (нелинейная и нтерполяци я). Геологическая к арта, полученная в р е зу л ь тат е решения п о ­ следней задачи, явл яется исходным м атер и ал ом д л я многих по­ строений. П р еж де всего мож но провести описание построенного полноопределенного пространства, установив на м н ож ествах ге­ ологических тел отношения п ор яд ка (выше — ниже) и э к в и в а ­ лентности [Воронин и др., 1972]. Группы тел, св язанны х отноше­ нием эквивалентности, используются д ля в ы явлени я зак о н о м ер ­ ностей л атеральн ого распространения пород, формаций, место­ рождений, д ля построения фациальны х, палеогеографических схем. Группы тел, св язанны х отношением порядка, с л у ж а т осно­ вой д ля исторических, эволюционных построений. У порядочен­ ные множества тел, т. е. все совокупности тел с установленными на них отношениями п орядка и эквивалентности, могут исполь­ зоваться непосредственно д л я построения диагностирующ их классификаций. Так, мож ет оказаться, что уч асткам с одним типом вещественного состава и взаимоотношений тел свойствен­ ны одни месторождения, уч асткам с другим типом — другие. ЗА Д А Ч И С Т Р А Т И Г Р А Ф И И ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЙ

В проведенной последовательности за д а ч выделим специфич­ ные стратиграфические. П ри этом не имеет смысла н астаивать на том, каки е зад ач и н а д о считать стратиграфическими; можно лишь выяснить, какие п р и н я т о считать таковыми. Задачи , с которыми у геолога обычно ассоциируется представление о спе­ 19


ГЛАВА I. Ц Е Л И И ЗА Д А ЧИ

цифике стратиграфической раб оты ,— это расчленение, к о р р е л я­ ция, стратиграфическое (послойное) описание геологической карты. В ы зы вает естественное недоумение, что эта п оследова­ тельность р азо рв ан а: в ней отсутствует зад ач а, стоящ ая между корреляцией и описанием геологической карты ,— проведение г р а ­ ниц скоррелированны х подразделений. С трати граф имеет дело со свойствами геологических тел и с их отношениями. Д ан н ы е о распределении свойств, по которым вы деляю тся геологические те л а ,— геохимических, литологиче­ ских, палеонтологических, геофизических и других — с т р а ти г р а­ фии предоставляю т другие науки — геохимия, литология, п алеон ­ тология, геофизика и др. Конечно, стратиграф при полевых раб отах сам н аб л ю д ае т и геохимические, и литологические свойства, а при обработке матери ал ов зачастую производит и определение палеонтологи­ ческого м а тери ал а, но из этого не следует, что литологические и палеонтологические н аблю дения надо относить к эмпирической базе самой стратиграфии. Ведь стратиграф обязательно произ­ водит в своей р аботе и некоторые м атематические вы кладки (хотя бы простейшие — сложение, у м н о ж е н и е ), но из этого никто не д ел ает вывода, что м атематические операции надо считать стратиграфическими. Среди стратиграфических отношений все возрастны е отноше­ ния являю тся не непосредственно наблю даемы ми, а логически выводимыми из некоторых пространственных отношений. К н а ­ блю даемы м мож но отнести пространственные отношения: сосед­ ство; последовательность пластов в конкретных р азр е зах ; пере­ сечение (пластов — с секущими телами, секущих тел — друг с другом, любых этих тел — с поверхностями р а з л о м о в ); в клю че­ ние (окаменелостей и гал ек — в геологические тела, одних гео­ логических тел — в д р у г и е ). М етоды наблю дения таких отношений чисто визуальные. Они просты, однозначны; р езультаты наблюдений одинаковы д ля л ю ­ бых н аблю дателей. С эмпирическими методами стратиграфии не связано никаких проблем. О бъектом стратиграфии, источником ее собственного эмпири­ ческого м атер и ал а, изучаемым собственными методами н а б л ю ­ дения, принято считать слоистые толщи. Особенности слоистой структуры позволяю т сформ улировать специфичные понятия, установить специфичные закономерности, на которых можно основать собственно стратиграфические методы реш ения задач. П ри выборе слоистых толщ в качестве единственного объекта стратиграф ии формируется внутренне единая, цельная научная система со взаимно согласованными зад ач ам и, понятиями, мето­ д ам и и средствами. Относительно объекта стратиграфии существуют и другие 20


ЗА Д А ЧИ С ТР А ТИ ГР А Ф И И

точки зрения. Однако они не общеприняты. К роме того, их авто­ ры при определении понятий, формулировке законов, р азр а б о тк е методов сами исходят в основном из специфики слоистой струк­ туры. Р о л ь слоистых структур в геологических исследованиях вооб­ ще очень велика, она выходит дал еко за рам ки стратиграфии. В р я д ли будет преувеличением сказать, что основной к а р к а с гео­ логических построений позволяю т получить именно эти объекты. Закон ом ерн ости в последовательности нап ластован и я слоистых толщ д аю т основу д л я построения стратиграфических ш к ал и восстановления геологической истории. Закон ом ерн ы е соотноше­ ния меж ду слоями разны х разрезо в д ел аю т осуществимой с т р а ­ тиграфическую корреляцию и на этой основе — п алеогеограф иче­ ские реконструкции. Проведение геологических границ скоррели­ рованны х подразделений т а к ж е осущ ествляется в основном пу­ тем использования структурных закономерностей слоистых толщ — явления п араллельности кровли и подошвы одного и того ж е слоя. Закономерности пространственного разм ещ ени я несло­ истых объектов (даек, жил, интрузий, метаморфических масси­ вов) и история их геологического развития устанавл и в аю тся у ж е путем выяснения их отношений к слоистым объектам: отношений включения, пересечения, стратиграфического перекрытия их то л ­ щ а м и с известным положением в сводной шкале. Д остаточно очевидно, что не вещественные особенности слоис­ тых толщ являю тся причиной их особой роли в геологии. О б ъ я с ­ нение надо искать в структурных характеристиках, в зак о н о м ер ­ ностях пространственных, геометрических свойств и отношений. Г Е О М Е Т Р И Ч Е С К И Е СВОЙСТВА С Л ОИ С Т ОЙ СТРУКТ УР Ы

К огда геологи говорят об использовании геометрии в геоло­ гических построениях, обычно имеют в виду закономерности, связан ны е с расстояниями, углам и и объемами, т. е. зак он ом ер­ ности метрической геометрии. Н о это еще д ал еко не полный арсенал методов, которыми р ас п о л ага ет современная геометрия. Р езул ьтаты аффинной, проективной, диф ф еренциальной геомет­ рии и топологии практически не используются в геологии, в то время к а к многие свойства и отношения, которыми оперируют структурная геология, тектоника, стратиграф ия, имеют именно аффинный, проективный, дифф еренциальный или топологиче­ ский характер. Ц елесообразн о поэтому остановиться на всех ти ­ пах геометрических свойств и отношений и их использовании в решении геологических задач.

21


ГЛАВА I. Ц Е Л И И ЗАДАЧИ

Свойства и отношения в геометрии В современной геометрии свойства и отношения геометриче­ ских фигур принято группировать в классы в соответствии с классам и п реоб разован ия этих фигур. В один класс объеди ня­ ются свойства и отношения, сохраняю щиеся неизменными при п реобразован иях определенного класса. М е т р и ч е с к и е с в о й с т в а и о т н о ш е н и я остаются не­ изменными (инвариантными) при любых преобразованиях, со­ хран яю щ их расстояния м еж д у любыми п ар ам и точек фигуры. Такие преоб разован ия н азы ваю т метрическими. При метрических п реобразован иях р азр е ш ае тся произвольно перем ещ ать фигуру в пространстве, не деформируя ее. Понятно, что при таких п ре­ о б разов ан иях (н азы ваем ы х преобразованиями движ ения) оста­ ются неизменными, кроме длин, т а к ж е углы, площ ади, объемы, лю бы е пропорции отдельных частей фигуры. В геометрии гово­ рят, что основной инвари ан т метрической геометрии определяет­ ся двум я точками; все и нвариантные свойства и отношения здесь мож но вы разить через расстояния м е ж д у парам и точек. Н еин­ вариантно в метрической геометрии только положение фигуры в фиксированной координатной системе; это свойство изменяется при любых нетождественных (не переводящих фигуру саму в себя) преобразованиях. М етрически эквивалентны равн ы е (кон­ груэнтные) фигуры, которые можно после перемещения в про­ странстве полностью совместить друг с другом. Группу п р еоб р а­ зований д виж ения мож но разб и ть на две подгруппы. К первой относятся п ар ал л ел ь н ы е переносы (трансляции) фигуры, ко вто­ р о й — повороты. Т акое свойство фигуры, как, например, ориен­ тировка, инвариантно при трансляциях, но не сохраняется при поворотах. А ф ф и н н ы е с в о й с т в а и о т н о ш е н и я остаются неиз­ менными при любом п арал л ел ьном проектировании, т. е. при проектировании пучком п арал л ел ьны х прямых. Такое проекти­ рование, изменяющ ее конфигурацию фигуры, н азы ва ю т а ф ф и н ­ ным преобразованием. Понятно, что метрические п реоб разован ия можно р ассм атри в ать к а к одну из разновидностей п ар а л л е л ь н о ­ го проектирования, а именно к а к ортогональное проектирование пучком п ар ал л ел ьны х прямых на плоскость, перпендикулярную этим прямым, при условии, что п роектируем ая фигура — п лоская и п ар а л л е л ь н а я плоскости проектирования. Основной инвариант аффинной геометрии определяется тремя точками, л еж а щ и м и на: одной прямой, т. е. прямы е переходят в прямые, причем соотно­ шения длин любых двух отрезков одной прямой (или п а р а л л е л ь ­ ных прямых) сохраняю тся неизменными при любых аффинных преобразованиях. Д ругие аффинные свойства и отношения м о ж ­ но свести к пропорциям отрезков. 22


З А Д А Ч И С ТРА Т И ГР А Ф И И

Р азм ер ы , углы, площ ади и объемы при аффинных п р ео б разо ­ ваниях в общем случае изменяются. Серией п ар ал л ел ь н ы х про­ ектирований равносторонний треугольник мож ет быть п р е в р а ­ щен в равнобедренны й или в треугольник с трем я неравными сторонами; большой треугольник можно превратить в м а л е н ь ­ кий, к в а д р а т — в прямоугольник или ромб, окруж ность — в э л ­ липс. Отношение перпендикулярности не сохраняется при а ф ф и н ­ ных п реобразованиях, т а к ка к оно определяется соотношениями длин отрезков, не л е ж а щ и х на одной прямой или на п а р а л л е л ь ­ ных прямых. Отношение п араллельности — аффинное, и поэтому никакими аффинными п р еобразованиям и нельзя превратить, с к аж ем , ромб в трапецию. Отношение центральной симметрии — т а к ж е аффинное, оно определяется пропорцией отрезков, л е ж а щ и х на одной прямой (равенством радиусов одного и того ж е д и а м е т р а ); в то ж е вре­ мя отношения осевой или плоскостной симметрии не аффинные, так ка к они определяются через отношение перпендикулярности, неустойчивое в данном классе преобразований. Фигуры, которые могут быть аффинными преобразованиями переведены одна в другую, н азы ваю тся аффинно экв и в ал ен тн ы ­ ми. Так, любой треугольник аффинно эквивалентен лю бому д р у ­ гому треугольнику, любой к в а д р а т — лю бому ромбу, о к р у ж ­ н о с т ь — любому эллипсу. Т а к ка к метрические преобразования являю тся подклассом кл асса афф инных преобразований, то л ю ­ б ая метрическая эквивалентность (равенство, конгруэнтность) —• в то ж е время и аф ф ин н ая эквивалентность. О братное в общем сл уч ае несправедливо. В классе афф инных преобразований, кроме метрических, можно выделить и другие частные виды преобразований, н ап ри ­ мер, сж ати е к центру (гомотетию), сж ати е к оси, сж ат и е к плос­ кости. С ж ати е к центру, равномерное по всем направлениям, со­ х ран яе т равенство углов. Комбинацию гомотетии с движ ениям и (переносами, поворотами) иногда н азы ваю т преобразованиями подобия. Геометрические свойства тела, инвариантные относи­ тельно преобразований подобия, составляю т форму этого тела. Форма тел очень часто р ассм атр и в ается совместно с их метриче­ скими свойствами, а иногда д а ж е относится к классу метриче­ ских свойств [Делоне, Ефремович, 1970]. С ж ати я к оси или к п ло­ с к о с т и — более глубокие аф ф инные преобразования, н ар у ш а ю ­ щие равенство углов. Именно эти преобразования, например, пе­ реводят окруж ность в эллипс, шар в двухосный или трехосный эллипсоид. Проективные свойства и отношения остаются неизменными при любом центральном проектировании (т. е. при проектировании пучком сходящ ихся или расходящ ихся прямы х). Такое проектирование, изменяю щ ее конфигурацию тела, н а зы в а ­ 23


ГЛ АВА I. Ц Е Л И И З А Д А Ч И

ют проективным преобразованием. Понятно, что аффинные пре­ об разован ия можно рассм атривать ка к частный случай проек­ тивных, так ка к пар ал л ел ьны е линии можно представить пересе­ каю щ имися в бесконечно удаленной точке. Основной инвариант проективной геометрии определяется четырьмя точками, л е ж а ­ щими н а.о д н о й прямой: неизменными при любых проективных п реобразован иях сохраняются отношения пропорций двух пар' отрезков, удовлетворяю щ их некоторым требованиям, несложны м, но громоздким и не отличающ имся особенной наглядностью. Более н аглядны м проективным свойством является порядок л и ­ ний: линии первого порядка (прямые) остаются прямыми при лю бых проективных п реобразованиях и не искривляются; кривые второго п орядка остаются кривыми второго порядка. Пр оективным свойством является выпуклость или невыпуклость (вогну­ тость) тела. Выпуклыми телами в геометрии н азы ваю т тела, две любые точки которых можно соединить отрезком прямой, цели­ ком п р и н ад л еж ащ и м этому телу (л еж ащ и м внутри поверхности, ограничивающей тело). Отношения перпендикулярности, п а р а л ­ лельности, симметрии не сохраняются при проективных п р ео б ра­ зованиях. Фигуры, которые могут быть переведены проективными пре­ образован иям и одна в другую, н азы ваю тся проективно э к в и в а­ лентными. Например, круг проективно эквивалентен эллипсу, гиперболе, параболе, т. е. лю бому другому коническому сечению. Дифференциальные свойства и отношения остаю тся неизменными при любых гладких преобразованиях, т. е. при так и х преобразованиях, которые переводят все непре­ рывно дифф еренцируемые линии некоторой фигуры в линии, т а к ж е непрерывно дифференцируемые. Д ругими словами, если на линии до преобразований не было разры вов и точек излома, то их не до лж но быть и после преобразований; если они были, то они д олж н ы остаться. Т ак ка к проективные п реоб разован ия сохраняю т порядок линий, то они тем более сохраняю т и д и ф ­ ференцируемость тех ж е линий, поэтому проективные п р еоб р азо­ вания мож но представить ка к подкласс дифференциальных. Д иф ф ерен ц иальн ы м и свойствами фигуры являю тся ее г л а д ­ кость или угловатость, наличие или отсутствие точек излома. В качестве дифф еренциальны х отношений фигур или линий мож^ но рассм атривать характер их сочленений — гладкий или у гл о ва­ тый. Фигуры, которые могут быть переведены д и ф ф ерен ц и аль­ ными п реобразованиям и одна в другую, н азы ваю тся дифференциально эквивалентными. Частны м видом дифф еренциальных преобразований является изгибание поверхности — гладкое преобразование, сохраняю щее неизменными длины любых кривых. И згибанием можно преоб ра­ зовать в плоскость боковую поверхность цилиндра или конуса,. 24


ЗА Д А ЧИ С ТР А ТИ ГР А Ф И И

но нельзя п реобразовать поверхность ш ара. Могут быть зад ан ы и дифф еренциальны е п реобразован ия множества поверхностей, сохраняющие неизменными нормальны е расстояния меж ду ними. Т о п о л о г и ч е с к и е с в о й с т в а и о т н о ш е н и я сох ран я­ ются неизменными при лю бых непрерывных преобразованиях, т. е. таких, которые сохраняю т бесконечно близкие точки беско­ нечно близкими, а удаленны е на конечные расстояния — у д а л е н ­ ными на конечные расстояния. Д ругим и словами, при топологи­ ческих п реобразован иях фигуру можно к а к угодно изгибать, сж им ать, вытягивать, мять, скручивать, но не рвать, а т а к ж е не склеивать (не вводить в соприкосновение) две не соп ри касаю ­ щиеся м еж д у собой ее точки. Хотя фигура после таких п рео б р а­ зований будет выглядеть абсолютно непохожей на первоначаль­ ную, все-таки некоторые ее геометрические свойства остаются неизменными. К таким свойствам относятся зам кнутость или незамкнутость поверхности, наличие или отсутствие дыр или пу­ стот в поверхности или теле, связность или несвязность отдель­ ных частей тела (т. е. возможность или невозможность соединить эти части непрерывной линией, целиком п р и н ад л еж ащ ей телу). Сохраняю тся неизменными и некоторые геометрические отноше­ н и я — соприкосновения, пересечения, включения. Если до преоб­ р а зо в а н и я в пространстве был проведен вектор и установлена последовательность располож ени я тел на этом векторе, то эта последовательность сохранится и после лю бых топологических п реобразован ий пространства. Фигуры, которые могут быть переведены топологическими преобразованиям и одна в другую, н азы ваю тся топологически эквивалентным и или гомеоморфными. Н апример, бублик гомеоморф ен «классической» двухпудовой гире и кувшину с ручкой, а плоскость гомеоморфна полусфере и кувшину без ручки. Л ю бое из описанных преобразований мож ет быть показано геометрическим построением на чертеж ах, схемах, но это не о б я ­ зательно. Д л я ка ж д о го кл ас са преобразований имеется хорошо р азр а б о т а н н ы й а п п ар ат алгебры или ан ал и за (ди ф ф еренц и аль­ ного и интегрального исчисления), описывающий данный класс преобразований. Г рафические построения более удобны при руч­ ной обработке, ал г е б р а и ч е с к и е — при машинной. Алгебраический аппарат, описывающий д а ж е самы е простые и н аглядны е виды преобразований, иногда очень сложен. Н апример, повороты ф и ­ гуры в пространстве требую т привлечения алгебры квартернионов — гиперкомплексных чисел. О днако геолога не д о л ж н а пу­ гать эта сложность. В л ад еть самим ап п аратом от него, вообще говоря, не требуется. Д л я геолога вполне достаточно уметь з а ­ д а т ь вид п реоб разован ия и его парам етры , а остальное — дело м атем ат и к а и ЭВМ. 25


ГЛАВА Г. Ц Е Л И И ЗА Д А ЧИ

Л ю бое преобразован ие м ож ет быть зад ан о в евклидовом про­ странстве. Евклидово п р о с тр а н с тв о — наиболее привычный д ля нас по школьной и вузовской практике частный случай метриче­ ского пространства. В отличие от других метрических прост­ ранств (Л обачевского, Р и м а н а ) это пространство изотропно: свойства фигуры в нем не меняю тся в зависимости от ее р ас сто я­ ния от н а ч а л а координат, от ориентировки. Все геологические построения производятся в евклидовом пространстве, геологиче­ ские тел а и их границы и зо б р а ж аю тс я в декартовой (ортого­ нальной, прямоугольной) системе координат. М ож н о взять ф и ­ гуру, зад ан н ую коорди натам и в декартовой системе, произвести н ад ней необходимые п реобразован ия, ск аж е м аф ф инные или топологические, и п реобразованную фигуру снова за д а ть в д е­ картовой системе. Это и будут аффинные или топологические п реобразован ия в евклидовом пространстве. Но иногда и нформ ация о положении в декартовой системе, о р а зм ер ах тела, углах м е ж д у его граням и или ребрам и нас по­ просту не интересует, в реш аем ую нами за д а ч у она никак не входит. Тогда удобно производить операции в пространстве, в котором р азм ер ы и углы не ф иксированы,— в аффинном про­ странстве. Соответственно пространство, в котором фиксированы только свойства, и нвариантные при топологических п р ео б р азо в а­ ниях,— это топологическое пространство. П ри строгом определе­ нии и аффинное, и топологическое пространства зад аю тс я неко­ торым набором аксиом, смысл которых к а к раз и сводится к тому, какие именно свойства мы условливаемся учитывать, а к а ­ кими пренебрегаем. Конечно, при необходимости изобразить на чертеж е какую -то фигуру аффинного пространства мы вынуждены прибегать к изо­ браж ению в евклидовом пространстве: ведь фигуры аффинного пространства «безразмерны», с незаф иксированны ми углами, а, и зо б р а ж а я на бумаге, мы придаем фигуре и разм ер, и форму. В этом случае разм ер и форм а берутся произвольными. Если в топологии понятие «сфера» означает одновременно и сферу, и эллипсоид, и ам ебу самых прихотливых очертаний, то мы рисуем на бумаге именно сферу — самую простую из фигур этого топо­ логического класса. Р азд ел и ть понятия преобразований в евклидовом п ростран ­ стве и операций в неметрических пространствах в аж н о д л я д а л ь ­ нейшего изложения.

26


З А Д А Ч И С ТРА Т И ГРА Ф И И

Использование геометрических свойств для построения полноопределенного геологического пространства В первых з а д а ч а х геологического картирован и я — описании р азр е зо в и их расчленении — используются только точечные з н а ­ чения вещественных свойств. Тел здесь еще нет (они выделяю тся лишь после решения зад ач и расчлен ен и я), поэтому нет смысла говорить об их геометрических свойствах. З а д а ч а корреляции имеет дело с геометрическими свойства­ ми и отношениями. К аки е ж е это свойства и отношения? При корреляции разрезов не учитываю тся ф орм а и разм еры геологи­ ческих тел, их дислокации, элементы зал егани я, точное поло ж е­ ние в координатной системе, п араллельность или непараллельность границ, прямолинейность или криволинейность, выпуклость или вогнутость границ, их угловатость или гладкость, другими словами, все метрические, аффинные, проективные и д иф ф ер ен ­ циальные свойства и отношения геологических тел. При к о р ре­ ляции учиты ваю тся отношения последовательности (выше — ниж е), соприкосновения (к о н та кта), включения, пересечения. Эти отношения остаются неизменными при любых непрерывных преобразован иях исходных пространств вместе с выделенными в них телами, это топологические отношения. З а д а ч а корреляции соответственно имеет дело с топологическими отношениями, это топологическая зад ач а. При проведении границ используется операция интерполяции в евклидовом пространстве: по д екартовы м коорди натам гран и ­ цы в двух фиксированных точках пред сказы вается ее положение в промеж утке м еж д у этими точками. При таком подходе к построению полноопределенного гео­ логического пространства достигнуть успеха позволяет преж д е всего свойство топологической упорядоченности слоистой струк­ туры, отсутствующее у неслоистых совокупностей геологических тел. Д ействительно, при корреляции разрезов слоистых совокуп­ ностей мы пользуемся законом, который, по Ю. А. Воронину [1967], формулируется так: «...слои не могут пересекаться» (с. 76), а по Д . А. Родионову [1968] следующим образом: «...если в двух сравниваемы х р а зр е з а х существует п ар а стратиграфических под­ разделений, которые мож но объединить, то сопоставление вы ш е­ л еж а щ и х подразделений одного р а з р е з а с н и ж ел еж а щ и м и д р у ­ гого не имеет смысла» (с. 58). То, что корреляция, основанная на применении этого закона, приводит к успеху, свидетельствует о его справедливости. Д л я неслоистых геологических совокуп­ ностей, к а к известно лю бому геологу, такой закономерности не существует. Действительно, если в некотором р азр е зе установ­ лено, что одна ж и л а, одно интрузивное тело зал е га ет выше


ГЛАВА I. Ц Е Л И И ЗА Д А ЧИ

другого, то из этого не следует, что и в другом месте соотношения м еж д у ними будут теми же. Эта топологическая упорядочен­ ность — одно из основных свойств, выделяю щ их слоистую струк­ туру из всего множ ества любых геологических тел и систем, основное отличие, зас т ав л яю щ е е принять ее за основу всех гео­ логических построений. В операции метрической интерполяции при проведении г р а ­ ниц нет ничего специфичного д ля слоистой структуры; таким же образом, на тех ж е основаниях мож ет быть осуществлено про­ ведение границ и д ля неслоистых тел. Однако сводя процедуру построения полноопределенного про­ странства только к корреляции и к проведению границ ск ор ре­ лированны х подразделений, мы не используем всех преимуществ, которые мож ет предоставить слоистая структура. В практиче­ ской геологии используются т а к ж е свойства дифференциальной, аффинной и метрической упорядоченности слоистой структуры. М ожно представить процедуру использования этих свойств сл е­ дую щим образом. П редполож им, что нам известны геометрические свойства не­ которых пластов из слоистой толщи. Возможно, они были у с т а ­ новлены непосредственным наблюдением в полностью об н а ж ен ­ ном ф рагм енте геологического пространства или ж е построены путем корреляции и проведения границ, причем построенная мо­ дель распространения пластов была впоследствии проверена н а ­ блюдениями и п одтверж дена, в результате чего она мож ет быть принята за исходный м атери ал д ля дальнейш их экстраполяций. З н а я конфигурацию одной пластовой поверхности, можно, под­ вергнув ее некоторым преобразованиям, получить из нее другую пластовую поверхность (из кровли — подошву или н аоборот). Д л я разны х районов, д ля разны х типов слоистых структур эти п реобразован ия могут быть различными. При построении подошвы по кровле часто исходят из с о х р а­ нения вертикальной мощности пласта; это можно представить к а к парал л ел ьны й перенос (в вертикальном направлении) п л а ­ стовой поверхности на величину вертикальной мощности. Это метрические п реобразования поверхности. К такой операции можно свести построение подошвы по кровле д ля лю бых плос­ ких слоев (горизонтально залегаю щ и е недислоцнрованные то л ­ щи, м оноклинальны е участки в складч аты х о б л а ст я х ). К этой ж е операции можно свести построение подошвы по кровле в об ­ л аст ях разви тия подобных ск ладок [Ажгирей, 1956]: «П одобная складчатость характери зуется утолщением слоев в з а м к а х и уменьшением мощности на кры льях складок» (с. 122). К а к п а ­ раллельны й перенос в невертикальном направлении мож но пред­ ставить построение подошвы по кровле в случае смещения сво­ дов. Д л я случая дисгармоничной складчатости, когда «...складка 28


ЗА Д А ЧИ С ТРА Т И ГР А Ф И И

затухает вниз очень быстро» [Д е Ситтер, 1960, с. 201], или диапировой, когда, наоборот, с к л а д к а зату х а ет вверх [Ажгирей, 1956], построение кровли по подош ве можно представить как комбинацию тр ансляции и сж ати я к плоскости. Если исходят из сохранения нормальной мощности, то д ля дислоцированных к р и ­ волинейных пластовых поверхностей это будут д и ф ф ерен ц и аль­ ные преобразования. Короче говоря, д ля слоистой структуры всегда существуют закономерности, позволяю щ ие п р ед сказать по положению одной из пластовых поверхностей полож ение другой, по этой другой — положение третьей и т. д. В этой дифференциальной, аффинной или метрической упорядоченности можно видеть второе главное отличие слоистой структуры от неслоистых систем геологических тел. Д л я интрузивных, ж ильны х тел по положению одной из границ нельзя пред сказать полож ение другой и тем более — третьей и последующих. Возникает вопрос: к а к подобрать нужные преобразования? В районах, достаточно хорошо обнаженных, всегда имеется большой эмпирический м а тери ал о соотношении кровли и по­ дошвы. Зд есь мож но подбором, подгонкой вы б рать к л асс преоб­ разований, его вид и п ар ам етры так им образом, чтобы, строя с помощью этого п реоб разован ия подошву по кровле, получить результаты, всегда подтверж даем ы е наблюдениями. В н еобна­ женных участках, имея исходную модельную кровлю, подтвер­ ж даем ую наблю дениями, с помощью преобразований можно т а к ­ ж е получить подошву. Если этот резу л ь тат получил п о дтв ерж де­ ние наблюдениями, мож но принять это п реобразован ие верным для всего района в целом. Н е исключено, что д ля разн ы х частей района, д ля разны х типов ск ла д о к или д ля разны х их частей будут получены разн ы е преобразования, приводящ ие к успеху. Конечным результатом работы геолога долж но быть установле­ ние вида преобразований, его п арам етров и ограничений сферы применения каж д ого из преобразований. Остальную работу — вычисление полож ения неизвестных пластовых поверхностей по известным — м ожно поручить ЭВМ. При подборе подходящ их преобразований не следует стре­ миться к абсолютной точности. Исходя из целей конкретной р а ­ боты, следует установить предел допустимых отклонений. В оз­ можно, что установленным требованиям будет отвечать сразу несколько преобразований. В этом случае надо вы бирать из них самое простое, самое удобное д л я ручной и машинной о б раб о т­ ки. Очевидно, надо начинать с метрических преобразований и, только если они не д а д у т удовлетворительных результатов, пере­ ходить к аффинным и дифф еренциальным .

29


ГЛАВА I. Ц Е Л И И ЗА Д А ЧИ

Использование геометрических свойств для диагноза Д л я построения диагностирую щ ей классификации могут быть использованы к а к вещественные, так и геометрические свойства геологических тел или их совокупностей. Среди геометрических свойств рассмотрим возможность использования топологичес­ ких, дифф еренциальных, проективных, аффинных и метрических свойств. Все эти свойства содерж атся в построенной модели пол­ ноопределенного геологического пространства — в геологической карте. П роизводя стратиграфическое описание полноопределен­ ного пространства, мы получаем сводную стратиграфическую ш к ал у [Воронин и др., 1972; С тр ати граф и я и математика, 1974]. Т ак к а к термином «сводная ш к ал а» обозначаю тся разны е понятия, поясним, что мы имеем в виду. По определению Б. С. Со­ колова [1971], сводная ш к а л а — это св оеоб разн ая модель, о т р а ­ ж а ю щ а я положение скоррелированны х геологических тел в про­ странстве. В одном из определений международной стр ати граф и ­ ческой ш калы, по Л. Л . Халфину [1960], есть у казан и е на то, что она явл яется инструментом д ля корреляции. По Ч. Б. Борукаеву, следует р азл и чать д в а типа ш кал — ш к ал ы sen su stricto, и граю ­ щ ие роль инструмента д л я упорядочения полож ения тел, и ш к а ­ л ы sen su lato, в и деале являю щ иеся «высшим стратиграфическим синтезом» [Борукаев, 1972, с. 4]. Ш к а л у первого типа в соответ­ ствии с определением Л . Л . Х алф и н а можно назвать шкалой-инструментом. Ш к а л у второго типа в соответствии с определением Б. С. Соколова назовем ш калой-моделью . З а д а ч а построения первой реш ается до корреляции, второй — после корреляции. П е р в а я является сводной ш калой признаков, вторая — сводной ш калой геологических тел [Воронин и др., 1972; С трати граф и я и м атем атика, 1974]. Построение сводной ш калы-модели по карте можно п р едста­ вить ка к топологическое преобразован ие в евклидовом простран­ стве: д л я получения ш к ал ы необходимо разогнуть складки, с ж ать пласты в направлении простирания и вытянуть или сж ать их (до получения ж елаем ого м асш таба) в направлении, перпен­ д икулярн ом простиранию, в достаточно длинную и узкую колон­ ну. Однако никакие свойства тел, и зображ енны х на геологиче­ ской карте, кроме отношений последовательности, соприкоснове­ ния, включения, пересечения, при этом не используются. Поэтому мож но представить построение сводной ш калы к а к в ы б р ас ы в а­ ние из геологической карты всей информации, кроме и нф орм а­ ции о топологических свойствах и отношениях,— к а к сведение метрического полноопределенного пространства к чисто тополо­ гическому. Сводные ш калы используются д ля сравнения различны х р е ­ гионов друг с другом [Воронин и др., 1972] — выявления их сход­ но


З А Д А Ч И С ТРА Т И ГРА Ф И И

ства и различий по топологической структуре, д ля типизации и в итоге д л я классификационны х построений. Эти классиф икации регионов по их сводным ш к ал ам могут быть использованы и д л я целей диагноза: д л я районов с одним типом сводных ш к ал х а ­ рактерны одни полезные ископаемые, д ля районов с другим типом — другие. Т а к к а к сводная ш к а л а есть полноопределенное топологиче­ ское геологическое пространство, то, видимо, нецелесообразно получать его путем описания метрического пространства. Л о ги ч ­ нее использовать в качестве топологического пространства р е ­ зул ьтат корреляции р азрезов, который содерж ит всю необходи­ мую информацию топологического х а р а к т е р а и не содерж ит никакой информации о дифф еренциальны х, проективных, а ф ­ финных и метрических свойствах, от которых в д альн ей ш ем все равно приш лось бы абстрагироваться. Т аким образом, д л я ис­ пользования сводных региональны х стратиграфических ш к ал в целях диагноза достаточно построить полноопределенное топо­ логическое пространство путем описания, расчленения и к о р ре­ ляции разрезов; все классиф икационны е построения мож но про­ изводить непосредственно в топологическом пространстве. П олучает объяснение к а ж у щ а я с я разор ван н ость п ослед ова­ тельности собственно стратиграфических зад ач , в ы зв ан н ая в ы п а ­ дением зад ач и проведения границ скоррелированны х п о д р а з­ делений в метрическом полноопределенном пространстве. Р е ­ зультаты проведения границ оказы ваю тся ненужными д ля по­ строения стратиграфической шкалы-модели. Вся последова­ тельность за д а ч стратиграф ии зам кн у та в п ределах самой этой науки. у Д ругой пример использования топологических свойств для классификаций и д иагноза — использование С. В. Гольдиным и др. [1970] свойства s -связности контуров нефтяных и газовых залеж ей . В поисковой п ракти ке в качестве поисковых критериев используются отношения пересечения секущих тел со слоистыми (например, рвущ ие контакты интрузий, даек, ж и л с в м ещ аю щ и ­ ми осадочными породам и), секущих тел с секущими, отношения пересечения плоскостей разл ом ов со слоистыми и секущими те­ лами, отношения пересечения плоскостей р азл ом ов д р у г с д ру­ гом. Все эти о тн о ш ен и я— топологические, они остаются неиз­ менными при любых непрерывных преобразованиях. Н аиб ол ее ярким примером использования д и ф ф ерен ц и а ль ­ ных свойств д л я диагноза яв л яется разбиение всех криволиней­ ных поверхностей на антиклинальны е и синклинальные складки. Д л я строгих классиф икаций такого типа необходимо сн ач ал а ввести классиф икацию поверхностей по их внутренней д и ф ф е­ ренциальной геометрии, инвариантной относительно вы бора си­ стемы координат, и разбить все поверхности на совокупности 31


ГЛАВА I. Ц Е Л И И ЗА Д А ЧИ

эллиптических точек с положительной гауссовой кривизной, ги­ перболических точек с отрицательной гауссовой кривизной, п а­ раболических точек с нулевой гауссовой кривизной. Примером эллиптической точки мож ет служить лю бая точка поверхности ш а р а или эллипсоида. Все кривые, получающиеся от пересечения сферической поверхности любой плоскостью, про­ ходящей через данную точку, выпуклы в одну и ту ж е сторону — от центра сферы. Все центры кривизны при любом сечении р а с ­ полагаю тся с одной (внутренней) стороны сферической поверх­ ности. Зн ачен ия кривизны при любом сечении в одной точке имеют одинаковы й знак; произведение их всегда положительно. Д л я точек седла или гиперболоида вращения, наоборот, х а р а к ­ терно, что в одних плоскостях центры кривизны р асполагаю тся с одной стороны от поверхности, в других плоскостях — с другой. Зн ач ен ия кривизны в одной и той ж е точке д ля разны х сечений могут иметь различны е знаки; произведение мож ет быть отр и ца­ тельным. Ч ерез любую точку цилиндрической поверхности про­ ходят ка к кривые линии с некоторым значением кривизны, так и прямы е — линии с нулевой кривизной; произведение значений кривизны т а к ж е равно нулю. Гиперболические и параболические точки в дальнейш ем бу­ дут играть роль особых точек классифицируемых поверхностей. Совокупность эллиптических точек можно разбить по их внеш ­ ним диф ф еренциальны м свойствам, связанны м с выбором систем координат, на антиклинальны е (л еж ащ и е целиком под к а с а т е л ь ­ ными плоскостями) и синклинальные (л еж ащ и е целиком над касательны м и плоскостями). И спользование всего ар сен ал а внутренней и внешней д и ф ­ ф еренциальной геометрии представляет богатейший выбор классиф икаций криволинейных поверхностей, причем среди них многие могут рассм атриваться ка к математическое соверш ен­ ствование имеющихся широко используемых в геологической практике классификаций, но построенных, к сожалению, преиму­ щественно на метрических свойствах. Эти классификации будут строгими, они позволят широко применять методы диф ф ерен ц и ­ альной геометрии и будут пригодны д ля диагноза многочислен­ ных полезных ископаемых, пр еж д е всего нефти и воды. Проективны е свойства редко используются при поисках по­ л езн ы х ископаемых. К а к один из примеров можно назвать ис­ пользование выпуклых оболочек в качестве одного из прибли­ жений действительной конфигурации геологического тела [Гольдин, 1965; Гольдин и др., 1970]. Больш ое число диагностирующ их классификаций строится на использовании аффинных и метрических свойств — формы, р а з ­ меров, ориентировки, метрических и аффинных соотношений — параллельности, перпендикулярности, симметрии и т. д. 32


ЗА Д А Ч И С ТР А ТИ ГР А Ф И И

В связи с широким использованием афф инных свойств и от­ ношений целесообразно было бы проводить классификационны е построения такого типа непосредственно в афф инных простран­ ствах, не требую щих привлечения информации о метрических свойствах геологических тел, зачастую отсутствующей. В аффинном полноопределенном пространстве все пластовые поверхности на п рофилях можно было бы и зо б р а ж а ть прямыми линиями, п арал л ел ь н ы м и друг другу, а все секущие тела, по­ верхности несогласий, ф ац и ал ьны х переходов — прямыми, про­ извольно пересекаю щими эти линии. В таком изображ ении а ф ­ финная структура пространства вы гл я д е л а бы очень наглядной и п озволяла бы производить классификационны е построения с гораздо большей легкостью, чем в метрическом пространстве, перегруженном излишней информацией. Попробуем произвести сравнительную оценку эффективно­ сти различны х геометрических свойств д ля целей диагноза. В связи с тем что наш и вычислительные возможности огран и ­ ченны, ж е лател ь н о использовать диагностирую щ ие к л ас си ф и к а­ ции, во-первых, с возм ож но меньшим числом классов и, во-вто­ рых, возможно более близкие к используемым в геологической практике. С ледует учесть, что один класс аффинной к л асси ф и ­ кации за к л ю ч ае т множество классов метрической кл ас си ф и к а­ ции, один класс проективной класси ф и кац и и — множество к л а с ­ сов аффинной кл ассиф икации и т. д. Н аиб ол ее богаты метриче­ ские классификации, наиболее бедны топологические. И если преимущество проективных кл ассиф икаций перед аффинными еще не очевидно (так к а к проективные классиф икации хотя и беднее классам и, но в то ж е время менее употребительны, поэто­ му об их связях с полезными ископаемыми известно очень м а л о ), то преимущество афф инных кл ассиф икаций перед метрическими, дифф еренциальны х перед аффинными, а топологических перед дифф еренциальным и к а ж етс я бесспорным, т а к к а к их связь с полезными ископаемыми изучена приблизительно одинаково. Следует рекомендовать более широкое использование топологи­ ческих, д иф ф ерен ц иальн ы х и аффинных классиф икаций по ср а в ­ нению с метрическими. Геометрические свойства слоистой структуры и тектоника Р азд ел ен и е в явном виде геометрических свойств слоистой структуры на метрические, аффинные, проективные, д иф ф ерен ­ циальные и топологические позволяет более четко наметить г р а ­ ницы м еж д у различны ми отраслям и геологии, изучаю щими сл о­ истую структуру. 2 Ю. С. Салин

33


ГЛАВА I. Ц Е Л И И ЗА Д А ЧИ

С тановится ясным, что стратиграф ия, например, интересуется только топологическими свойствами слоистой структуры. Все ее методы наблюдений, фиксации и переработки информации при­ способлены только к работе с топологическими свойствами и от­ ношениями. Включение в стратиграф ию зад ач и проведения г р а ­ ниц скоррелированны х стратиграфических подразделений в пол­ ноопределенном метрическом пространстве, п редлож енное Ю. А. Ворониным и др. [1972] и авторам и «С тратиграфии и м а ­ тематики» [1974], противоречит, во-первых, топологическому су­ ществу всех остальных операций стратиграф ии и, во-вторых, традиционному разделению геологии на отрасли: если описание, расчленение и корреляц ия разрезов всегда относились к сфере компетенции стратиграф а, то проведение границ и построение карты традиционно считались областью структурной геологии или отдельной геологической дисциплины — геологического к а р ­ тирования. О тк азавш и сь от включения этой зад ач и в стр ати гра­ фию, мы достигаем и математического единства стратиграфии, ограничив все ее операции р ам кам и чистой топологии, и боль­ шего соответствия существующему разделению геологии на от­ расли. В этом случае мож но говорить, что целью стратиграф ии я в л яется построение полноопределенного топологического геоло­ гического пространства и зад ан и е операций в нем (в частности, описание, классификация, распозн аван и е). Соответственно наиболее подходящ им математическим я з ы ­ ком д ля формулировки и описания стратиграфических понятий: и операций будет я зы к топологии; многие частные зад ач и с т р а ­ тиграфии могут быть сведены к з а д а ч а м топологии; д ля реш ения стратиграфических за д а ч окаж утся пригодными методы тополо­ гии, а т а к ж е методы алгебры, описывающей топологические свойства пространства. Описания топологического пространства могут быть р а зл и ч ­ ными д л я разны х целей. Д л я исторической геологии, наприм ер, особый интерес будут представлять тел а со свойствами, не по­ вторяю щ имися в стратиграфической последовательности, или ж е , наоборот, тела, в повторении которых мож но уловить определен­ ную закономерность. Д л я поисковых целей более важ н ы м и бу­ дут черты сходства или разли чи я в системе топологических от­ ношений тел различны х фрагментов пространства, другими сло­ вами, в топологической структуре этих фрагментов. Д л я нас важно, что многие геологические науки н уж д аю тся в топологи­ ческой информации, которую п редоставляет стратиграфия. Д иф ф еренциальны е, проективные, аффинные и метрические свойства слоистой структуры не т а к четко отделены друг от д р у ­ га в практической р аботе геолога, к а к отделяю тся топологиче­ ские свойства от всех остальных. Все эти свойства изучаю тся совместно в р ? м к а х структурной геологии. Ц елью структурной 34


З А Д А Ч И С ТРА Т И ГРА Ф И И

геологии мож но н азв ать построение полноопределенных аф ф ин ­ ного и метрического пространств (по данны м у ж е имеющегося полноопределенного топологического п ространства и дискретно­ го м а тери ал а) и операции в этих пространствах — описание, класси ф и кац и я, распознавание. В цели структурной геологии м о ж но было бы включить и построение полноопределенных про­ ективного и дифф еренциального пространств, но это было бы чи­ сто искусственным, насильственным дополнением, не используе­ мым в геологической практике. Если геология и использует проективные и диф ф ерен ц иальн ы е свойства, то ч ащ е совместно с аффинными и в особенности с метрическими; эта информ ация снимается с метрического или аффинного пространства. Н еобхо­ димость построения «чистого» проективного или диф ф ерен ц и ­ ального пространства со снятой аффинной и метрической инфор­ мацией не вы текает из практики геологии. Н аиб ол ее подходящ им м атематическим язы ком д ля форму­ лировки и описания понятий и операций структурной геологии будет язы к метрической, аффинной, проективной и диф ф ерен ц и ­ альной геометрий. Д л я решения з а д а ч структурной геологии о к а ж у т с я пригодными методы этих геометрий, а т а к ж е методы алгебры и математического ан ал и за, описываю щ их названны е геометрические свойства пространства. От стратиграф ии структурная геология получает полноопре­ деленное топологическое пространство, которое она использует в качестве исходного м а тери ал а. С труктурн ая геология в свою очередь п р едоставляет другим геологическим н аукам описания полноопределенных аффинного и метрического пространств, р а з ­ личные д л я р азн ы х целей: генетической интерпретации и восста­ новления механизмов скла д к о о б р а зо в ан и я или построения д и а г ­ ностирующей классиф икации при поисках месторождений. Геологическое картирован и е п ересекается к а к со стр а т и гр а­ фией, т а к и со структурной геологией. Ц елью геологического картирования яв л яется построение полноопределенного метри­ ческого геологического п ространства по данны м дискретных наблю дений. В сферу этой дисциплины попадает та часть с т р а ­ тиграфии, к ото рая зан и м ается построением топологического пол­ ноопределенного пространства (и не попадает та часть страти ­ графии, котор ая зан и м ается операциями в этом пространстве), и та часть структурной геологин, которая зан и м ается построе­ нием полноопределенных аффинного и метрического пространств (и точно т а к ж е, к а к и в случае со стратиграфией, не попадает та ее часть, которая зан и м ается операциями в этих п ростран ­ ствах). Во и збеж ан и е недоразумения оговоримся, что хотя •единственная цель геологического картирован и я — это построе­ ние полноопределенного метрического пространства, являю щ ееся так ж е одной из целей структурной геологии, картирование не 35

2*


ГЛАВА I. Ц Е Л И И ЗА Д А ЧИ

мож ет считаться разд ел ом структурной геологии, т а к ка к оно вклю чает в себя в качестве собственного подразделения часть стратиграфии (построение полноопределенного топологического п ростран ства), а структурная геология эту часть не включает. Таким образом, геологическое картирование берет из страти­ графии и структурной геологии те части, которые заним аю тся построением полноопределенных пространств, и оставляет за бортом те из них, которые зан и м аю тся операциями в этих про­ странствах. Если понимать тектонику к а к науку, целью которой я в л я ­ ется установление структуры Зе м л и или отдельных ее частей [Косыгин и др., 1973], то мож но заключить, что тектоника цели­ ком вклю чает в себя к а к стратиграфию и структурную геоло­ гию, т а к и геологическое картирование. Эти подразделения как раз и зан и м аю тся изучением совокупности пространственных отношений — геометрической структуры в широком смысле, в частности топологических, аффинных и метрических свойств.


Г Л А В А II

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА а

НАУЧНЫЕ ЗАКОН Ы При решении конкретной зад ач и используется обычно много разных логических методов — операций, преобразований, кото­ рые производятся над исходными вы сказы ван иям и д л я получе­ ния высказы ваний-результатов. М ож но ли до применения ме­ тода выяснить, д аст ли он оп тим альн ы е резу л ь таты или нет? Очевидно, надо оценивать не сам метод, а средства, л еж а щ и е в его основании,— утверж дения, которые позволяю т надеяться, что если мы произведем д анны е операции над исходными истин­ ными вы сказы ваниями, то получим и истинные результаты. Метод решения стратиграфических за д а ч будет д а в а т ь верные результаты в том случае, если л е ж а щ и е в его основе посылки и допущения справедливы в стратиграфии. Н аилучш ие р езуль­ таты получают, когда в качестве посылок вы бираю т действую ­ щие в данной научной отрасли законы. Среди них, к а к у ж е упо­ миналось, могут о казаться законы, специфичные д ля с тр а ти г р а­ фии, а т а к ж е законы, справедливы е д л я более широкой предметной области; наконец, не следует сбрасы вать со счетов и «чужие» законы, известные в других науках, но могущие о к а ­ заться справедливыми и д ля стратиграфии. П р еж де всего, ис­ тинными д олж ны быть следствия, полученные в результате применения к истинным стратиграфическим посылкам логиче­ ских правил вывода, основанных на зак он ах ф ормальной логи­ ки, так к а к законы формальной логики справедливы д л я любых наук: технических, общественных или естественных. Т ак ка к стратиграф ия изучает пространственные свойства и отношения слоистых толщ, а пространственные свойства и от­ ношения объектов любой природы обобщ ает геометрия, то в стратиграфии д олж н ы о ставаться справедливы ми все общие геометрические закономерности. Вследствие этого применимы и все методы геометрии в широком смысле. М ож но выделить и более узкий р азд ел геометрии, наиболее близкий к страти ­ графии. Таким разделом , несомненно, является топология, так ка к стратиграф ия изучает в своем объекте именно топологиче­ ские свойства и отношения. И з всех геометрических методов наиболее приемлемыми д о л ж н ы быть топологические методы. Применения только логических и топологических методов недостаточно: специфичность объекта и целей исследований 37


ГЛАВА II. М ЕТО Д Ы И С РЕД СТВ А

д ел ает необходимой и р а зр а б о тк у специфических методов, осно­ ванных на собственных стратиграфических законах. О днако в существующих ф орм ули ровках законов было бы напрасным искать отраж ен ие ф ун дам ен тальн ы х связей геологических об ъ ек­ тов. Если геолог в своей работе сталкивается с многократно повторяю щейся связью объектов, свойств или явлений, он обыч­ но принимает эту связь к а к нечто, само собой разум ею щ ееся и не зас л у ж и в а ю щ ее д а ж е упоминания. Ф ундаментальны е св я­ зи квалиф ицирую тся при этом ка к слишком простые, к а к «про-' писные истины». Формулирую тся и о бсуж даю тся лиш ь гораздо менее бесспорные, н е з а к о н о м е р н ы е связи. Такое отноше­ ние к «прописным истинам» оказы в ает геологии плохую услугу. Попробуем на минуту представить, какой была бы сейчас гео­ метрия, если бы ее теория р а зр а б а т ы в а л а с ь геологами. «Через точку, не л еж а щ у ю на данной прямой, можно провести только одну прямую, п араллельную данной». Нет, это высказы вание слишком похоже на прописную истину, чтобы засл у ж и ть вни­ мание геолога. А об аристотелевом логическом законе противо­ речия не стоит и упоминать. Очевидно, если в геологической литературе не зафиксирован набор законов, достаточный д л я решения какой-либо геологи­ ческой задачи, то к а ж д ы й геолог-практик вынужден сам интуи­ тивно конструировать некоторый математический а п п ар ат д ля ее решения. А^ногократное решение и столь ж е м ассовая про­ верка на практике уб еж д аю т нас в действенности этого ап п а­ рата. Ситуация более чем странная: законами, которые сф орм ули­ рованы,- не пользуются, а законы, которыми пользуются, не сформулированы. П ервоо ч ер ед н ая за д а ч а всей геологии, очевидно, д о л ж н а со­ стоять в том, чтобы записать в явном виде все давно уж е ис­ пользуемые, но никем еще не сформулированные законы. Н а основе их использования можно построить множество новых математических методов, которые на самом деле будут добро­ совестно зафиксированны ми и уточненными старыми геологиче­ скими методами. М ож но искать источник методов, пригодных д л я решения стратиграфических задач, не только в абстрактных науках и не только в специфике самой стратиграфии, но и в других пр ед ­ метных науках. Если объект другой науки, пусть материально воплощенный в иной субстанции, будет иметь ту ж е структуру, что и объект стратиграфии, и соответственно будет описываться той ж е математической моделью и если при этом за д а ч а его изучения будет иметь ту ж е математическую формулировку, понятно, что методы решения таких зад ач будут пригодными и в стратиграфии. В этой связи следует обратить внимание на 38


А К С И О М А Т И Ч Е С К И Е С И СТ ЕМ Ы

науки, изучаю щ ие последовательности объектов или явлений: кинематику, теорию цепей, теорию эволюции, историю, струк­ турную лингвистику, линейное программирование. Очевидно, что в большинстве из них мож но использовать теорию графов; другими словами, следует обратить внимание преж де всего на конкретные науки, объекты исследования которых хорошо опи­ сываются средствами теории графов.

А К СИОМ АТИ ЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И спользуя законы по отдельности, мы дал еко не исчерпыва­ ем возможности предсказания, которые могли бы извлечь из всего множества законов. Совокупность двух законов позволяет дел ать предсказания, не выводимые ни из одного отдельно в з я ­ того исходного закона. Если законов много, можно попытаться найти в исходном эмпирическом м атери ал е ситуации, н ах о д я ­ щиеся в области действия всех возможны х пар законов, троек законов и т. д. М ножество эмпирических законов данной предметной о б л а ­ сти обычно дополняется логическими законами. Такое об ъед и ­ нение н азы ваю т аксиоматической системой. Совокупность з а к о ­ нов конкретной науки, о тр аж аю щ и х связи м еж д у ее объектами, свойствами или явлениями, используют в качестве аксиом этой системы. Логические законы с л у ж а т п равилам и вывода теорем из исходных высказы ваний-аксиом. П о В. Н. С адовскому [1963], движение внутри аксиоматической системы сводится к ком би­ наторным п реобразован иям исходных элементов. Если каж д ы й из исходных законов в отдельности позволяет д ел ать истинные выводы, то и выводы из всей совокупности эмпирических и л о ­ гических законов д о л ж н ы п одтверж даться наблюдениями. Существуют и другие подходы к построению аксиоматиче­ ских теорий. В качестве аксиом могут быть взяты некоторые утверж дения, не являю щ иеся зак он ам и природы, но позволяющие все н аб л ю ­ д аем ые явления д ел ать выводимыми из построенной таким об­ разом аксиоматической системы. К роме вывода известных я в ­ лений, т а к а я система, к а к и лю б а я аксиоматическая теория, богата следствиями, позволяю щ ими пред сказы вать неизвестные явления, свойства, взаимосвязи. Примеров таких утверждений много в физике. Это уравнение Ш редингера, принцип относи­ тельности и принцип постоянства скорости света Эйнштейна, постулаты Б ора. Аналогичны исходные посылки теории ф о р­ мального нейрона в нейрофизиологии. Однако в отличие от систем, построенных на законах, до про­ верки наблю дениями здесь не мож ет быть никакой уверенности 39


ГЛАВА И . М ЕТО Д Ы И СРЕД С ТВ А

в истинности следствий. Если ж е проверка сопряж ена с боль­ шими экономическими затр атам и , например с бурением скважин стоимостью во много миллионов рублей, то использование таких систем в практике стоит на грани экономического авантю ризма. АКСИОМАТИЧЕСКИЕ И КИБЕРНЕТИЧЕСКИ Е МЕТОДЫ Аксиоматические системы зачастую воспринимаются ка к идеалы, на которые ориентируются многие естественные науки. Н аиболее известным примером до сего времени остается евкли ­ дова геометрия. Н а аксиоматических н ач ал ах построено боль­ шинство разд елов «чистой» математики, классическая терм оди­ намика, релятивистская кинематика и космология, некоторые разд ел ы квантовой механики и нейрофизиологии. Д о л ж н а ли быть аксиоматической наукой стратиграфия? Б. С. Соколов в ы р а ж а е т сожаление, что наличие неисчерпаемой эмпирической базы «не сделало стратиграфию наукой логиче­ ски строгой, не свело ее исходные полож ения к устойчивой си­ стеме аксиом» [Соколов, 1971, с. 156]. В р аб отах Ю. А. Воронина и др. [1971, 1972], по-видимому, впервые д ел ается попытка по­ строения стратиграф ии на аксиоматических н ачалах. Р ассм отри м трудности, возникаю щ ие на пути акси ом ати ­ зации. И спользуя вывод по аналогии или экстраполяцию на основа­ нии закона, мы проделы ваем путь в неизвестное, содерж ащ ий минимальное число шагов — отдельных умозаключений. Однако и на этом пути возникаю т значительные трудности. Ивестны многочисленные разн огл аси я по поводу первого ш ага при индуктивно-дедуктивном способе экстраполяции. И с ­ тинность индуктивных обобщений не мож ет быть установлена д а ж е в принципе — таков тезис о принципиальной неверифицируемосги общеутвердительных высказы ваний. Н е могут быть установлены зар а н е е и пределы экстраполяции закономерных взаимосвязей. Если ж е путь в неизвестное содерж ит много последователь­ ных умозаключений, трудности значительно возрастаю т. П он ят­ но, что следующий ш а г имеет смысл д ел ат ь только тогда, когда есть уверенность в правильности предыдущего. Э та уверенность мож ет иметь д ва источника. Л и бо мы проверили наблюдением резу л ьтат п ред сказан ия на предыдущем ш аге и убедились в его истинности, либо связь, которую мы используем д л я п р е д с к а за ­ ния, настолько устойчива, что д ел ает проверку излишней; опыт предыдущего многократного использования этой связи позволил нам отбросить все сомнения. 40


АКСИОМАТИЧЕСКИЕ И К И БЕ РН ЕТ И ЧЕС К И Е М ЕТОДЫ

Эффективность использования лю бых многоходовых ком би­ наций зависит, таким образом, от соотношения двух факторов: осуществимости проверки ка ж д о го ш ага и устойчивости исполь­ зуемых связей. Рассмотрим ка ж д ы й из этих ф акторов по отдельности. ОСУЩЕСТВИМОСТЬ ПРОВЕРКИ

Б ы с т р а я проверка в ходе какого-либо технологического про­ цесса м ож ет избавить технологов от необходимости п р ед вари ­ тельных точных вычислений всех текущ их значений каж дого п арам етра. Осуществимость оперативной проверки и внесение поправок в предварительны е грубые расчеты д ел аю т возможны м управление технологическими процессами, ходом научного экс­ перимента. Т ак ж е быстро мож ет быть осущ ествлена в метеоро­ логии проверка предсказанного полож ения облачного покрова, распространения циклонов, фронта урагана. К аж д ы й очередной шаг в предсказании последующего состояния мож ет выполняться уж е с учетом проведенной проверки. М енее легко осуществима, например, проверка с помощью радионавигационной системы правильности исполнения судном предписанного маневра при проложении в море сейсмических профилей, действительного полож ения космической ракеты в заданны й момент времени, проверка н аличия в задан н ом месте на дневной поверхности некоторого геологического тела или месторождения. Во всех этих случаях еще возм ож н а ориенти­ ровка на исполнение ка ж д о го последующего ш ага с учетом д а н ­ ных о действительном, а не об ож идаем ом исполнении преды­ дущего ш ага. Однако вы сокая стоимость проверки д ел ает уж е предпочтительным использование аналитического апп ар ата, поз­ воляющего д ел ать п редсказания, не н уж даю щ и еся в проверке. Еще более дорогой, менее осуществимой оказы вается проверка наличия некоторого геологического тела в предсказанном месте на большой глубине земной коры или на морском дне. Д л я опе­ раций, вклю чаю щ их какие-либо шаги, учитываю щие наличие или отсутствие так их тел, возможность уверенного прогноза, не •требующего проверки наблюдением, становится насущной необ­ ходимостью. И наконец, совсем неосуществима проверка наблю дением реконструированных физико-географических условий, например девонского моря Русской платформы , проверка предсказанного состава я д р а З ем л и — ж елезного или силикатного, проверка наблюдением явления расш ирения Вселенной, состава вещества Солнца, наличия антимира и т. д. Д о появления искусственных спутников была невозмож на п рям ая эксп ери м ен тальн ая проверка 41


ГЛАВА II . М Е Т О Д Ы И С Р Е Д С Т В А

утверждений о ш арообразности Земли, о составе и характер е лунного вещества и физико-географических условиях на поверх­ ности М арса. В данном случае д л я нас неважно, что некоторые из этих выводов непроверяемы наблю дениями д а ж е в принципе, например палеогеографические условия геологического прош ­ лого, а проверяемость других потенциально осуществима (состав вещества С олнца или я д р а З е м л и ). Главное, что эта проверка неосуществима практически; д ел ая в цепи умозаклю чений сл е­ дую щий шаг, мы не имеем данны х о проверке результатов п ре­ дыдущ его ш ага. В общем случае, если стоимость проверки какого-либо ш а г а настолько высока, что за тр а ты на решение з а ­ д ачи не окупаю тся ож идаем ой стоимостью окончательного ее результата, мы вынуж дены ориентироваться на вычисленные, не подтверж денны е наблю дениями результаты промежуточных шагов в цепи умозаключений. Н и какой альтернативы ан ал и т и ­ ческим, аксиоматическим методам в такой ситуации не мож ет быть. УСТОЙЧИВОСТЬ с в я з и

И м е я небольшой эмпирический м атери ал д л я установления связи м е ж д у двум я классам и объектов, мы мож ем только н а­ деяться, что н айденная связь о ка ж етс я устойчивой. Ч ем больше имеющийся эмпирический м атери ал, тем больше уверенности в устойчивости. Но пределов, в которых она о ста­ ется справедливой, мы не знаем. Единственный выход в такой ситуации — экстраполировать, не н азн ач ая никаких пределов, до тех пор, пока проверка не в ы явит ошибку. Есть некоторые искусственные приемы, помогаю щие опреде­ лить устойчивость или неустойчивость связи. И спользуя приемы распозн аван и я образов, мож но раздели ть весь исходный эм п и ­ рический м а тери ал на д ве группы — м атери ал «обучения» и м а ­ териал «экзамена». По данны м первой группы мы будем у с т а ­ навливать связь, по данны м второй группы — проверять ее устойчивость. В озможен и такой подход: д е л а я разн ы е выборки из одного и того ж е исходного множества, мож но выводить связь к а ж д ы й раз отдельно и сравнивать с результатом, полученным на м а тери ал е других выборок. Е щ е лучше поступить другим образом: выводя связь по всему имею щемуся эмпирическому материалу, мож но проверять ее устойчивость при практическом использовании — п ред сказы в ая неизвестное и п роверяя это пред­ сказание наблюдением. Но такой подход пригоден лишь для случая практической осуществимости проверки. Если результаты проверки всегда подтверж даю т п р е д с к а за ­ ния, если «экзамен» всегда п о дтверж дает результат «обучения», если разн ы е выборки всегда приводят к одной и той ж е форме 42


АКСИОМАТИЧЕСКИЕ И К И БЕРН ЕТИ ЧЕС К И Е М ЕТОДЫ

связи, можно д ел ать вывод об устойчивости связи. В этом слу­ чае очень скоро- отп адает необходимость ib проверке, экзамене, увеличении выборки и сравнении результатов по разны м вы ­ боркам. Такие связи более всего подходят д л я экстраполяции в качестве основы д л я аналитических расчетов, д л я построения аксиоматики. В противном случае приходится, и с п о л ь з у я д л я предсказания связь, выведенную из некоторого имеющегося «стартового» э м ­ пирического м атери ал а, постоянно вводить свежий материал в исходную выборку и у станавл и вать заново характер связи по все растущ ей совокупности эмпирического м атери ала. Часто говорят, что д л я установления устойчивости связи необходимо выяснить сначала, яв л яется ли она причинно-след­ ственной, функциональной или не является. Если связь п рин ад­ леж и т к классу причинно-следственных, функциональных, то она пригодна д л я лю бых экстраполяций. По-видимому, соотно­ шение тут скорее обратное — мы только тогда д ел аем вывод о причинно-следственном, функциональном х а р а к т ер е связи, когда об нар уж и ваем ее устойчивость, н адеж ность при д ал еки х эк ст­ раполяциях. Мы просто назы ваем так и е связи причинно-следст­ венными, или функциональными. Существуют связи, самые различны е по степени устойчиво­ сти. По-видимому, наиболее устойчивы логические связи, т. е. связи м еж д у реальны м и объектами и явлениями, отраж енны е в нашей логике. Д л я лю бых экстраполяций пригодны п ростран ­ ственные связи м еж д у телами, поверхностями, точками любой природы, используемые в геометрии. Н е знаю т исключений св я­ зи классической земной и небесной механики, п равда, в опреде­ ленных, хотя и очень широких рам ках, определяемых теорией относительности. В геологии никогда нельзя быть уверенным заранее, что не­ которая н ай денн ая связь ока ж етс я безо всяких ограничений пригодной д ля предсказания. Н апример, д ля двух пар ископае­ мых видов а и Ь, а т а к ж е с и d на исходном эмпирическом м а ­ тери але мож ет быть установлена один аковая связь: «а всегда молож е Ь», «с всегда молож е d». Однако в процессе п р е д с к а за ­ ния д ля первой пары видов мож ет сразу об наруж и ться р а с х о ж ­ дение с наблюдением (вид а будет найден в более древних от­ ложениях, чем вид Ь), а возрастны е соотношения меж ду видами с и d будут в дальнейш ем только п одтверж даться новыми н а ­ блюдениями. Обычно до проверки отличить пары первого типа от второго нельзя, поэтому приходится постоянно перепроверять выводимость связи первоначального вида из все растущ его с ка ж д ы м новым наблю дением фактического материала. Д а л е е проанализируем применимость аналитических и кибер­ нетических методов к исследованию объектов с различны ми 43


ГЛАВА II . М ЕТО Д Ы И С РЕД С ТВ А

типами соотношений устойчивости связи и осуществимости про­ верки. Аналитическими будем считать так и е методы, в которых последующие ш аги делаю тся на основании предсказанных, в ы ­ численных, непроверенных результатов предыдущих шагов. За методами, в которых последующие шаги д ел аю тся только после проверки результатов предыдущих, закрепим назван ие киберне­ тических. Д л я каж д ого из факторов (устойчивость связи и осу­ ществимость проверки) выделим по д в а значения и рассмотрим все возм ож ны е их комбинации. УСТОЙЧИВЫЕ С В Я З И — ЛЕГКАЯ ПРОВЕРКА

Д л я круга объектов, об ладаю щ и х устойчивыми связями, поддаю щ им ися легкой проверке, оказы ваю тся пригодными как аналитические, т ак и кибернетические методы. Конечно, рац и о ­ нальнее обойтись без проверки, если в ней нет никакой необхо­ димости. В так и х науках, ка к астрономия, геометрия (не как аб стр а ктн ая ал геб раи ч еск ая система, а к а к н аука о реальном пространстве), механика, оптика, электротехника, доминируют сложны е аналитические расчеты. И з многочисленных эм пири­ ческих законов здесь составляю тся разветвленные композиции. Многие из этих композиций о б ладаю т всеми чертами ак си о м а­ тических систем — множество исходных высказы ваний здесь фиксировано, система полностью зам кнута, никакого проникно­ вения новых, изменения имеющихся высказы ваний в процессе логического вывода не происходит. Такие зам кнуты е системы иногда распространяю тся на обширные научные отрасли, и тогда они становятся широко известными в философской и м етодоло­ гической литературе, их всегда приводят в качестве примера аксиоматических систем. Ч а щ е зам кнуты е системы включаются в качестве отдельных звеньев в более общую систему данной научной отрасли. Хотя так ие «мини-системы» и о б ладаю т всеми чертами настоящ их аксиоматических систем, они никем специ’ ально не выделяю тся под этим названием, в связи с чем созд а­ ется представление о незначительной роли аксиоматических ме­ тодов в данной науке. В других случаях множество исходных высказы ваний не ф и к­ сировано; в процессе логического вывода происходит их попол­ нение-, зам ен а одних утверждений другими. Это к асается не только эмпирических, но и логических законов. Здесь мы имеем дело с аналитическими методами, которые не являю тся аксио­ матическими. Наконец, не исключена и проверка результатов некоторых шагов в процессе логического вывода, использование на после­ дующих ш а г ах результатов не ожидаемого, а действительного выполнения предыдущего шага. К огда проверки и поправки 4Л


А К С И О М А Т И Ч Е С К И Е И К И Б Е Р Н Е Т И Ч Е С К И Е М ЕТО Д Ы

редки, вся методика в делом п р едставляет собой преимущ ест­ венно аналитическую систему. С увеличением роли проверок и поправок в процессе вывода система мож ет стать преимущ ест­ венно кибернетической. По-видимому, н аиболее обычна в есте­ ственных науках, изучающих объекты такого рода (х а р акте р и ­ зуемые устойчивыми связями и легкостью проверки), см еш ан ­ ная методика, со д е р ж а щ а я аналитический и кибернетический элементы в различны х пропорциях. Четкое разделение а н а л и ­ тических и кибернетических этапов, выделение зам кнуты х аксио­ матических систем не входит в з ад ач у специалиста, работаю щ его в данной естественной науке, вследствие чего методологический ан али з процедуры вывода пред ставл яет значительные трудности. Л егкость проверки результатов лю бых промежуточных ш а ­ гов д ает возможность использовать некоторые приемы, у п р о ­ щ аю щ ие научный вывод. Т аким приемом является, в частности, оперирование со связями, имеющими вероятностный х арактер, к а к с детерминированны ми связями. Баллистические расчеты, д а ж е при учете большого числа факторов, влияю щ их на т р а е к ­ торию полета, обеспечивают получение лишь вероятностных результатов. И м еется больший или меньший разб ро с точек, в которые мож ет попасть рак ета в к а ж д ы й данны й момент в р е­ мени. Если пользоваться резул ьтатам и таких расчетов без про­ верки действительного полож ения объекта в промежуточных точках, мы мож ем ож и д ать однозначного подтверж дения п ред­ сказаний лишь д л я большого числа попыток. Н апример, можно ожидать, что в заданны й район попадет 956 ракет из 1000. В оз­ можность проверки и коррекции траектории в некоторых про­ межуточных точках позволяет детерминированно п редсказы вать попадание ракеты д л я единичной попытки; ориентируясь на н аи ­ более вероятную траекторию к а к на единственно возможную, мы мож ем разл о ж и ть реальный путь ракеты на две составл яю ­ щ и х — расчетную траекторию и отклонения от нее. Отклонения устанавли ваю тся в процессе проверки, затем производится к ор ­ рекция, обеспечиваю щ ая попадание ракеты в заданны й район со 100% -ной вероятностью. Таким ж е образом устанавл и в ается действительное п о л о ж е­ ние некоторой граничной поверхности при геологической съемке. Законы, позволяю щ ие п ред сказы вать координаты пром еж уточ­ ной точки границы по известным точкам, имеют вероятностный х арактер. Геолог, рисуя границу и исходя из этих вероятностных законов, проводит на к а р те единственную линию и затем прове­ ряет наблю дением совпадение действительной границы с р а с ­ считанной, п одп равляя, если это необходимо, ее конфигурацию. Объяснимо требование при геологическом картировании строить карту непосредственно в поле, пока осуществима про­ верка. 45


ГЛАВА II. М Е Т О Д Ы И С РЕД С ТВ А

При таком подходе мы мож ем д ел ать следующие шаги, ис­ ходя из единственного реального р езу л ь тата предыдущего ш ага, а не из множества возможны х ож и д аем ы х результатов, что, есте­ ственно, позволяет резко упростить все последующие вычисли­ тельные процедуры. УСТОЙЧИВЫЕ С В Я З И — ТРУДНАЯ ПРОВЕРКА

Д л я использования в этом случае наиболее подходят а н а л и ­ тические аксиоматические методы. С одной стороны, это необ­ ходимо, а с другой — вполне возможно. Только аналитическим путем можно сделать какие-либо вы­ воды об объектах, не н аблю даем ы х в принципе или с помощью имеющихся технических средств, например о разм ер ах и форме молекул, атомов, о строении глубинных слоев Земли, о составе вещества других планет и т. д. Во всех последующих шагах, где используются подобные выводы в качестве исходного продукта, приходится ориентироваться на ожидаемые, а не на реальные результаты . Здесь уж е недопустимо оперирование с вероятност­ ными связями к а к с детерминированными, т а к к а к невозможно установить отклонения и внести поправки по ходу расчета. Упро­ щение сложных вероятностных расчетов невозможно. НЕУСТОЙЧИВЫЕ С В Я З И - Л Е Г К А Я

ПРОВЕРКА

П ри таком сочетании факторов наиболее применимы кибер­ нетические методы, всякого рода построения с обратной связью. Применение аналитических методов, а тем более аксиом ати­ ческих, здесь нецелесообразно, потому что после каж д ого ш ага можно ож и д ать ошибки, а после многих последовательных ш а ­ гов, осущ ествляемых без проверки, не будет абсолютно никакой уверенности в правильном результате. З а т р а т ы на р азр а б о тк у сложных исчислений здесь не окупаю тся полученными р езу л ь ­ татами. Л е г к а я осуществимость проверки часто приводит к тому, что устойчивые связи в данны х объектах просто не ищут, хотя, возможно, они и имеются. НЕУСТОЙЧИВЫЕ СВЯЗИ — ТРУДНАЯ ПРОВЕРКА

С итуация данного типа трудна д л я исследования к а к к и б ер­ нетическими, т а к и аналитическими методами, но именно она очень распространена в геологии. Многие р езультаты геологи­ ческих исследований непроверяемы при современном состоянии технических средств наблюдения или в принципе. Примерно то ж е положение существовало до последнего времени в океа­ нологии, метеорологии. Выход из создавш егося положения, есте* 4в


А К С И О М А Т И Ч Е С К И Е И К И Б Е Р Н Е Т И Ч Е С К И Е М ЕТ О Д Ы

ственно, ищут в обоих нап равл ен иях сразу: с одной стороны, на пути усоверш енствования технических средств наблюдения, с другой — на пути поиска устойчивых связей. В метеорологии и океанологии в последние десятилетия н а ­ блю дается быстрое разви тие воздуш ных и космических а п п а р а ­ тов наблюдения, конструирование глубоководных аппаратов, спускаемых с корабля, донных станций, батискафов и т. д. Все эти ап п араты д ел аю т н аблю даем ы м и явления, ранее вообще недоступные наблюдению, облегчаю т оперативную проверку в ы ­ числений и д ел аю т возмож ны м внесение поправок в так ие в ы ­ числительные процедуры, которые вынуждены были опериро­ вать с множеством альтернативны х вариантов многих пром еж у­ точных шагов умозаклю чения. В этих ж е науках ведется целенаправленны й поиск устой­ чивых связей. Р е зу л ь тат мож ет быть достигнут несколькими способами. А нализирую тся так и е объекты, свойства, явления, ко ­ торые ранее к а зал и сь не связанны ми друг с другом. Многое мож ет д ать ф орм али заци я, логическое уточнение понятий, ранее нестрогих. Наконец, в озм ож н а ком бинация обоих путей — получение новых наблю дений с помощью усоверш енствованных техниче­ ских средств и целенаправленны й поиск устойчивых связей в этом новом эмпирическом м атери але: вдруг именно в этом м а ­ териале, ранее скрытом от н аб лю д ателя, и заклю чены ф у н д а­ ментальные причинно-следственные, функциональные связи. Т ак произошло, например, с биологией после конструирования тонких средств н аблю дения за внутриклеточными процессами, явлениями, происходящими в нервных и мышечных волокнах, различны х системах организм а и т. д. Некоторы е естественные науки, не имеющие наб ор а устой­ чивых связей, достаточного д л я аналитических расчетов, стре­ мятся пополнить набор связей путем привлечения их со сторо­ ны, из других наук. Так, в геологии явно вырисовы вается тен ­ денция свести все процедуры логического вывода к ф изико­ химическим расчетам, построениям на основе биологических законов (в палеонтологии) и т. д. Во многих случаях такое све­ дение геологических зад ач к физическим, химическим, биологи­ ческим и о каж ется полезным, но свести всю геологию к физике, химии, биологии вряд ли удастся. С пецифика геологических объектов исследования приводит к тому, что в них возникаю т и специфичные связи, которые не могут найти о траж ен и я в тео­ риях других наук. Если в таких науках нет никакой альтернативы ан али ти че­ ским, аксиоматическим методам, а эмпирических законов, при­ годных д л я использования в качестве аксиом, не установлено, приходится широко применять постулированные аксиомы, что


ГЛАВА II . М ЕТО Д Ы И С РЕД СТВ А

и делается, например, в исторической геологии. Однако, как это всегда обстоит с постулированными системами, они не гар а н ти ­ руют правильности своих выводов до окончательной проверки наблюдениями. Очевидно, самым рациональны м путем в науках, в которых не имеется достаточного количества устойчивых связей и не осущ ествима проверка, яв л яется следующий: ф орм али заци я понятий — поиск устойчивых связей на основе использования ф орм ализованны х понятий, и только в том случае, если этот поиск не приведет к успеху, следует переходить к совершенст­ вованию средств наблюдения. Д а л е е результаты новых н а б л ю ­ дений можно фиксировать в терм инах ф орм ализованны х поня­ тий и искать устойчивые связи в этом новом эмпирическом мно­ жестве. Эвристический подход не исключается в любом случае. К аки е ж е методы следует р азр а б а ты в а т ь в стратиграфии? Здесь, видимо, нет необходимости прибегать к эвристике, так к а к набор эмпирически установленных связей очень велик. Среди этих связей много ка к устойчивых, т а к и неустойчивых. Конечно, абсолютно н адеж н ы х законов в стратиграфии нет. Д а ж е д л я таких, к а зал ось бы, несомненных возрастных соотно­ шений, как соотношения видов разны х эпох и периодов, время от времени устанавл и ваю тся исключения. Н априм ер, были н ай ­ дены современные представители кистеперых рыб целакантид, ранее считавшихся вымершими в меловой период, ж ивые Neopilina — .рел-икт девонских ископаемых моллюсков, Ginkgo biloba — реликт меловой флоры. Нередки, хотя и менее сенсационны, д ру ­ гие открытия, приводящ ие к пересмотру возрастны х в заи м о­ отношений объектов, до того выглядевш их к а к устойчивые д е ­ терминированные связи. П оэтому нецелесообразно дел ать став­ ку на построение всеобъемлю щ ей ж есткой аксиоматики, с по­ мощью которой будут д ел аться все стратиграфические выводы. В то ж е время нецелесообразен и чисто кибернетический подход, так к а к многие связи в стратиграфии достаточно устойчивы. Л учш е всего, видимо, использовать наиболее устойчивые из них д л я построения аксиоматического к а р к ас а стратиграфической теории, но организовать постоянную проверку всех принятых исходных посылок по поступлении нового фактического м а те­ ри ал а. Посылки, подтверж денны е новым материалом, следует оставлять, опровергнутые — изымать и зам ен ять другими, вновь установленными. Стратиграфические соотношения отдельных видов, родов, других палеонтологических, геохимических, лито­ логических и прочих признаков, принимаемы е в качестве исход­ ных посылок, легко проверяемы, поэтому такой путь возможен.

48


П О Н Я Т И Е И ЕГО О П Р Е Д Е Л Е Н И Е

П О Н Я Т И Е И ЕГО О П Р Е Д Е Л Е Н И Е М етоды решения задачи, в которых используются неудовле­ творительно определенные понятия, не могут д а в а т ь удовлетво­ рительных результатов, д а ж е если сами методы и безупречны. В стратиграфии используется разнородны й набор понятий, как собственно стратиграфических, т а к и заимствованны х из. других наук. Больш инство из них, к а к у ж е упоминалось, не от­ вечает требованиям ни гносеологии, ни логики, ни прагматики. Н икакой системы с четко фиксированным порядком вывода одних понятий из других здесь нет. Абсолютное большинство терминов, обозначаю щ их страти ­ графические понятия, заимствовано из естественного язы ка, что является огромным недостатком. Конечно, это облегчает в заи м о ­ понимание м е ж д у специалистами разны х отраслей, а т а к ж е меж ду специалистами и неспециалистами. Но в результате на значение термина в стратиграф ии зачастую переносится его бы­ товое значение со всеми смысловыми, эмоциональны ми оттен­ ками, многозначностью. При построении единой системы стратиграфических п о ня­ тий придется начинать конструирование с фундаментальны х понятий, из которых в дальнейш ем можно вывести все о ста л ь ­ ные. Некоторы е понятия можно взять в готовом виде из других наук. Я вл яясь узко специальной дисциплиной, стратиграф ия н у ж ­ д ается д л я использования в решении своих зад ач и д ля опре­ деления собственных понятий в понятиях максимальной общ но­ сти, таких, к а к «множество», «класс», «разбиение», «эквивалент­ ность», «отношение», «соответствие» и т. д. Эти понятия с т р а ­ тиграфия мож ет заи м ствовать из теории множеств, формальной логики. И зу ч ая пространственные отношения, стратиграф ия нуж д ается в менее широких, геометрических понятиях: «точка», «линия», «поверхность», «объем», «связность» и т. д. Наконец, необходимо использовать ф ун дам ен тальн ы е понятия геологии, определенные Ю. А. Косыгиным, Ю. А. Ворониным, В. А. С о­ ловьевым [1964]: «геологическое пространство», «геологическое тело», «геологическая граница» и др. Все эти понятия, необходимые д л я реш ения стратиграф иче­ ских задач, определены вполне удовлетворительно. Требования, которыми мы будем руководствоваться при определении собст­ венных понятий стратиграфии, не заимствованных из других наук, таковы: понятие д о лж н о фиксировать соответствующий ему класс объектов, быть целевым и однозначно выводиться из. наблюдений [Косыгин,; Воронин, 1965].


ГЛАВА I I . М ЕТО Д Ы И С РЕД СТВ А

ОДНОЗНАЧНОСТЬ

П ервое требование, п редъявляем ое к понятию, вытекает из самого н азначения этой логической категории. Если понятие не фиксирует отвечающего ему класса объектов, никакие д ал ь н ей ­ шие операции с ним не будут иметь смысла. К огда неизвестно, над каким именно классом объектов производится операция, не могут быть однозначно истолкованы и ее результаты. Более того, если понятие не фиксирует класса объектов, то при неод­ нократном его использовании оно может вклю чать в разны х случаях разн ы е классы, а это может привести к противоречию. К роме того, законы формальной логики, по Л. Витгенштейну, применимы к искусственным, ф ормальны м язы кам, но не при­ менимы к естественным язы ка м с их аморфной семантикой и синтаксисом [Ивин, 1970]. Возьмем логический закон противоре­ чия. Он гласит, что д л я лю бых р невозможно, чтобы в ы п олн я­ лось 'одновременно р и «не р ». Один и тот же объект н е мож ет быть одновременно п латформой и неплатформой, брахиоподой и небрахиоподой. Ч тобы отличить р от любого другого по­ нятия, в том числе и «не р», необходимо, чтобы д л я каж дого произвольно взятого об ъекта имелась однозначная возможность установить, относится ли этот объект к множеству, охв аты вае­ мому понятием р, или не относится. П онятие вводится опреде­ лением, в котором д о л ж н ы быть перечислены все необходимые и достаточные свойства понятия. Если определение не предо­ ставл яет однозначной возможности ограничить круг объектов, п р и н ад л еж а щ и х к понятию, ясно, что сопоставлять м нож ество, охваты ваю щ ее неизвестный круг объектов, с другим множеством или противопоставлять его другому множеству не имеет смысла. То ж е самое мож но с к азать и о применимости к н еф о р м а л ь ­ ным я зы к а м зак о н а исключенного третьего [Бачманов, 1969] и других законов логики. Таким образом, чтобы обеспечить выполнимость законов ф орм альной логики, без соблюдения которых невозможны н и к а­ кие умозаклю чения, никакие выводы, п р еж д е всего в определе­ нии понятия необходимо строго фиксировать круг объектов, охваты ваемы х д анны м понятием. Это и есть ф орм али заци я. Этот термин в философской и математической литературе использу­ ется во многих различны х смыслах. Будем его употреблять т а ­ ким образом, к а к он понимается в современной геологической литературе. Большинство понятий, используемых в геологии, не отвечает требованию ф ормальной логики. Один и тот ж е материальны й объект одними и сследователями относится к данном у классу, другими — нет. И наоборот, в один и тот ж е класс один исследо­ ватель относит одни м атери альн ы е объекты, а другой — другие. 50


П О Н Я Т И Е Й ЕГО О П Р Е Д Е Л Е Н И Е

К чему это приводит — общеизвестно. Нескончаемы дискуссии среди палеонтологов по поводу определений многих, если не большинства, окаменелостей. Это о тр аж ается, например, в пух­ лой синонимике видов в палеонтологических монографиях, в требовании обязательного личного изучения эталонны х э к зе м ­ пляров окаменелостей, сравниваемы х экземпляров, в недоверии к публикуемым спискам видов определений. Общеизвестны р а з ­ ногласия по поводу отнесения или неотнесения какого-либо одно­ го и того ж е материального о б ъекта к флишевой или молассовой формации, к красноцветной или граувакковой формации, к к р а е ­ вому прогибу или плите, к лагунны м или нормально-морским отложениям. Многие разн огласи я остаются и после совместного полевого изучения данного объекта крупнейшими сп ец и али ста­ ми. Д л я ликвидации таких разногласий пред лагается иногда сп а­ сительный выход — считать все геологические объекты ун и к ал ь ­ ными, т. е. отказаться от типизации, классификации, обобщения. Антинаучность подобного подхода справедливо раскри тиковал В. Бунге (1967). на примере географии. Ведь основой любого н а ­ учного вывода является объединение некоторых объектов в еди­ ный класс, изучение связей некоторых представителей кл асса с интересующим нас свойством и распространение вывода на не­ изученную часть класса. Уникальность объектов д ел ает этот путь невозможным. Ф о рм али зац и я — это условие, еще недостаточное д л я успеш ­ ного реш ения научных задач, но оно необходимо. В применении к геологии оно было сформ улировано Ю. А. Косыгиным,. Ю. А. Ворониным и В. А. Соловьевым [1964]. М ож но выступать против формализации, когда ее требования не расш ифрованы , можно говорить, что ф о р м а л и за ц и я озн ачает конец геологии и то ­ му подобное, но вряд ли можно в о зр а ж а ть против элементарны х и очевидных требований ф ормальной логики, когда они и зл о ж е ­ ны ясно и понятно. Они в ы гл я дя т д а ж е слишком простыми, сли ш ­ ком похожими на прописные истины, чтобы можно было н ад е­ яться с их помощью преобразовать всю геологию. И тем не ме­ нее это так. И спользование только логических законов д ает возможность делать самы е общие, неконкретные предсказания. Д л я более конкретных прогнозов необходимо использование специфичных законов геологии, отр аж аю щ и х связи меж ду ее различны ми объектами. И здесь мы снова стал киваем ся с необходимостью ф о р м а л и ­ зации. Допустим, мы сф орм улировали такой закон: «Все орогенные молаесовые впадины со д ер ж ат з а л е ж и угля». Эта связь между орогенными молассовыми впадинами и угленосностью бы­ л а бы практически очень полезной д л я предсказания: установив орогенный тип впадины и ее молассовое выполнение, мы могли; «I


ГЛАВА II. М ЕТО Д Ы И С РЕД С ТВ А

бы, не изучая ее, пред сказы вать наличие в ней зал е ж ей угля. О д­ нако если определение каж дого понятия, входящего в ф орм ули­ ровку закона, не фиксирует кл асса объектов, ясно, что п р ед ска­ зан и е становится если не невозможным, то по крайней мере сом­ нительным. Действительно, если не д л я всякого объекта одно­ значно установлено, относится ли он к орогенным молассовым впадинам или не относится, и не д ля всякого объекта установле­ но, яв л яется ли он зал е ж ь ю угля или не является, то д л я данной ситуации мож ет остаться неясным, относится ли к ней этот з а ­ кон или не относится. К роме того, неясно, меж ду чем и чем вы ­ ясняется связь, какое реальное множество объектов объединяется понятиями «орогенная м олассовая впадина» и « зал еж ь угля». По мере того к а к расплы вается, теряет реальность обозначаемое понятие, термин п р ев ращ ается в символ, обозначаю щ ий неиз­ вестно что. В результате часто оказы вается, что по чужим данным невозможно установить какую -либо закономерность. И с сл ед о ва­ телю обычно неизвестно, те ли множ ества объектов объеди няю т­ ся в понятия «орогенная м олассовая впадина» и « зал е ж ь угля» в различны х упомянутых в литературе случаях, что объединяет он сам. А может, к а к р аз те самые, что он оставляет за рам кам и данного понятия? Т акие случаи не д олж н ы учитываться при вы ­ воде закономерности и при ее использовании. Но раз неизвестно, что вклю чается и что не вклю чается в исходный м атери ал д ля установления связи, то неизвестно, каков объем эмпирической базы при выводе, насколько устойчива эта связь и соответствен­ но, насколько она пригодна д л я предсказания, есть ли исключе­ ния из зак о н а и каков его характер : детерминированный или вероятностный (и к а к можно вычислить вероятность этой с в я з и ) . Все о казы вается ненадежным, неясным, ни на чем нельзя осно­ вывать будущ ие построения, методы, предсказания. Остается только личный опыт. Но, во-первых, личный опыт всегда неизбежно ограничен, и так о е ограничение озн ачает д ег ­ рад ац и ю науки (она перестает быть отраж ением общественного оп ы та). И, во-вторых, откуда известно, что сам исследователь, не имеющий строгих определений, не относит к данном у понятию в одних случаях одно множество объектов, а в других случаях — другое? Короче говоря, ф о рм али зац и я понятий ну ж н а не только д л я обеспечения применимости в геологии законов формальной логи ­ ки, но и д л я вывода, а т а к ж е д л я использования собственных, конкретных геологических законов. П ри использовании ф о р м а л и ­ зованных понятий установление связи м еж д у кл ассам и объектов будет недвусмысленным, однозначным. Д в а конкретных объекта могут либо находиться м еж д у собой в данном отношении, либо не находиться. П о явл яется возможность точно подсчитать число объектов, вступающих в данную связь и не в с ту п аю щ и х 'в нее.


П О Н Я Т И Е И ЕГО О П Р Е Д Е Л Е Н И Е

Возможно, все объекты одного кл асса будут вступать в одну и ту ж е связь с объектами другого класса. Тогда, если эмпириче­ ски изученное множество достаточно велико, можно возводить эту связь в ранг универсального детерминированного зак о н а гео­ логии. Если в данную связь вступает часть объектов, можно го­ ворить о вероятностных законах. Несомненно, что многие связи, используемые в геологии в н астоящ ее врем я ка к вероятностные, ока ж у тся детерминированными; д ля вероятностных связей о к а ­ жется возмож ны м точно рассчитать по имеющимся данны м з н а ­ чение вероятности; д л я многих групп объектов, выглядевш их не связанны ми друг с другом, будут установлены устойчивые связи. ВЫВОДИМОСТЬ ИЗ НА БЛ Ю ДЕ Н И И

П он яти я д олж ны отвечать и другим требованиям. Если в оп­ ределении используются хотя бы некоторые свойства, не н аб лю ­ даем ы е непосредственно, то надо у к а за т ь наб лю д аем ы е свойст­ ва и однозначную последовательность операций, которые д о л ж ­ ны быть произведены над ними д л я получения используемых в определении свойств. П ро ц ед ур а вывода не д о л ж н а д а в а т ь логи­ ческого круга и приводить к логическому противоречию. Требованию выводимости из наблюдений не отвечало поня­ тие физической одновременности до Эйнштейна. Эйнштейн в пер­ вые поставил вопрос: а что мы и з м е р я е м , когда говорим об одновременности? Этому требованию не отвечает и понятие гео­ логической одновременности в геологии наших дней. О логическом круге в определении понятий вы разительно с к а ­ зал Ибн-Сина: «Ч етвертая [ошибка] состоит в том, что предмет хотят познать посредством такого предмета, который нельзя по­ знать без помощи первого предмета. Н апример, когда при опре­ делении С олнца говорят, что «солнце — звезда, которая восходит днем». С тало быть, «солнце» определяю т посредством «дня». Но невозможно познать день иначе к а к [посредством] С олнца, пото­ му что в действительности день есть время, когда Солнце в зо ш ­ ло» [1957, с. 95— 96]. Н е имеет см ы сла разд ел я ть методы стратиграфической ко р ­ реляции на региональные и межрегиональные, т а к к а к понятие «регион» определяется через так и е черты (общность геологическо­ го строения и р азв и ти я ), которые могут быть установлены то л ь ­ ко в полноопределенном геологическом пространстве, получен­ ном в результате корреляции. Здесь имеет место логический круг.

53


ГЛАВА II . М ЕТО Д Ы И С РЕД СТВ А

ЦЕЛЕВАЯ УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОСТЬ

По одному и тому ж е исходному м атер и ал у мож ет быть по­ строено много различны х систем понятий. Д л я выделения п оня­ тий могут быть приняты разн ы е свойства, границы классов мо­ гут проводиться по разны м значениям этих свойств. З а основу д л я вывода производных понятий могут быть вы браны разны е фундаментальны е понятия, определяемые непосредственно в те р ­ минах наблюдений. Разли чн ой мож ет быть и процедура логиче­ ского вывода. Число всех систем понятий, которые мож но постро­ ить по одному и тому ж е фактическому материалу, практически бесконечно. И л ю бая из этих систем мож ет быть вполне уд овл ет­ ворительной с точки зрения логики и гносеологии. Д л я выбора единственной системы необходимы дополнительные ограничения. П р и построении т а к н азы ваем ы х естественных к л а с си ф и к а­ ций к этим класси ф и кац и ям и к определению понятий п р ед ъ яв ­ л яю т требование соответствия реально существующим в природе группам. Такой подход неконструктивен. Если предлож ены два противоречащ их друг другу выделения группы, то с помощью к а ­ кого объективного критерия можно отличить правильное от не­ правильного, естественное от неестественного, более естественное от менее естественного? Р. Мурчисон, например, неоднократно пересм атривал объем выделенной им силурийской системы, и к а ж д ы й р аз основанием пересмотра яв л я л ас ь «больш ая естест­ венность» нового в ар и ан та выделения [Леонов, 1974]. Постоянно пересматриваю тся объемы видов, родов, других таксонов в п а ­ леонтологии. П ри целевом подходе эта неоднозначность преодолевается. Объекты сводятся в один класс по сходству не лю бы х свойств, а только существенных. Н и какое свойство не мож ет быть сущ ест­ венным или несущественным вообще, оно мож ет быть сущ ест­ венным или несущественным только д л я реш ения данной задачи. П роверить удовлетворительность понятия с точки зрения целево­ го критерия можно, использовав это понятие при решении данной зад ач и и получив удовлетворительный (или неудовлетворитель­ ный) результат. Н о если говорить не о принципиальной, а о практической применимости целевого критерия, все о казы вается значительно сложнее. Ведь д л я того чтобы установить, какое понятие позво­ лит успешнее решить задачу, надо много раз решить ее, исполь­ зуя к а ж д ы й раз новое понятие из числа п одл еж ащ и х оценке. Т ак ка к число всех возмож ны х способов выделения понятий беско­ нечно, з а д а ч а выбора оптимального в ари ан та выделения невы­ полнима д а ж е в принципе. Н о д а ж е если это число и конечно, то оценка остается невыполнимой практически, потому что сама оценка п ревр ащ ается в более сложную зад ачу, чем та, д л я ре­ 94


П О Н Я Т И Е И ЕГО О П Р Е Д Е Л Е Н И Е

шения которой предназначено оцениваемое понятие. Если ж е су­ ществует ц ел ая последовательность зад ач и проверка н аб лю д е­ нием успешности или неуспешности решения осущ ествима лишь в конце этой последовательности, ц елевая оценка понятий, ис­ пользуемых в первых задачах, вообще немыслима. Например, казал о сь бы, очень целесообразно потребовать, чтобы среди о к а ­ менелостей выделялись так и е виды, которые позволили бы осу­ ществлять наиболее детальное расчленение и наиболее далекую корреляцию р азрезов и п рослеж ивание пластов. Д л я этого при­ шлось бы многократно реш ать зад ач и расчленения, корреляции и проведения границ (а они в свою очередь р азл о ж и м ы на д л и н ­ ную и сложную последовательность более элем ентарны х зад ач ) с первым, вторым и т. д. вариантом выделения первого вида, с первым, вторым и т. д. вари ан том выделения второго вида и т. д. и т. д. И это в то время, когда стратиграф ы бьются над тем, что­ бы получить хотя бы одно решение всей цепи задач! А налогич­ ным о бразом мож но было бы предъявить требование к кл асси ф и ­ кации формаций: формации д олж ны в ы деляться таким образом, чтобы они позволяли наиболее успешно искать месторождения полезных ископаемых. Цепь зад ач в этом случае оказы вается еще длиннее, еще сложнее, чем при расчленении и корреляции, це­ л ев ая оценка еще более немыслимой. М ож но сказать, что ц ел е­ вой подход в таких случаях не слишком прагматичен. Существенность или несущественность свойства д л я данной задачи иногда бывает известна из имеющегося опыта решения этой задачи, из сведений об удачности или неудачности исполь­ зован ия при ее решении понятия, вклю чаю щ его оцениваемые свойства. В этом случае можно вы брать наиболее целесоо б раз­ ный в ар и ан т определения понятия из всех использованных. Но вряд ли он будет и наиболее целесообразны м среди всех в о з­ можных; по крайней мере, мы не мож ем по имеющимся данным это установить. Есть еще один косвенный способ оценки целевой удовлетво­ рительности: нельзя использовать при определении понятия т а ­ кие признаки, которые можно вывести только после реш ения з а ­ дачи, д л я которой предназначено определяемое понятие, т. е. нельзя использовать средства взай м ы из будущих результатов. У целевого подхода к определению понятий есть и другой не­ достаток — он ведет к созданию специального язы ка, пригодно­ го д ля решения только одной задачи. Д л я решения другой з а д а ­ чи потребуется создание другого специального язы ка. Например, мы р азр а б о та л и палеонтологическую систематику, оптимальную д ля расчленения, корреляции и прослеж и ван и я геологических тел одной специализации. Д л я расчленения, корреляции и п р о­ слеж иван и я тел другой специализации потребуется п ересм атри ­ вать систематику. 55


ГЛАВА II . М ЕТО Д Ы И С РЕД С ТВ А

В большинстве случаев приходится мириться с тем, что опре­ деление понятий оказы в ается произвольным с точки зрения соот­ ветствия варианту, оптимальному д л я реш ения интересующей нас задачи. Естественно ж е л а н и е хотя бы упростить классификацию и сделать ее более удобной в использовании. Д л я этого п ред ло­ ж ен такой прием. Введем систему координат, в которой количество координат­ ных осей равно количеству используемых признаков. Н а к аж д ой из координатных осей отложим весь интервал изменения одного какого-либо п р изн ака от минимума до максимума. Тогда любой реальный объект с конкретными значениями свойств будет обо­ зн ачаться точкой в построенном так им образом признаковом про­ странстве. Если объекты будут распределены в признаковом про­ странстве равномерно, любой вари ан т проведения границ м еж д у классам и будет не лучш е и не х уж е любого другого вари ан та. Если ж е точки группируются в о б л а к а и тем более если об л а ка будут плотными, а меж ду ними не будет ни одной точки, целесо­ образней проводить границы м еж д у кл ассам и по гран и цам о б л а ­ ков. Тогда все существующие объекты будут выделены в мини­ мальное число классов. Оперировать с небольшим числом к л а с ­ сов очень удобно, вычислительные затр а т ы при лю бых построени­ ях, ручных или автоматических, минимальны. Пустые классы будут соответствовать комбинациям свойств, абстрактно мы сли­ мым, но в природе не реализуемым. Этот прием не гарантирует оптимального решения задачи, в которой будут использованы в ы ­ деленные понятия, но д ел ает решение более экономичным. Есть и другой прием. Допустим, существует свойство А, его использование обеспечивает оптимальное решение зад ач и X. свойство В — зад ач и У и т. д. Если есть некоторое свойство К, однозначно связанное с А, В и т. д., т. е. такое свойство, к а ж д о м у значению которого соответствует только одно значение свойства А, свойства В и т. д., то наиболее выгодно классифицировать объекты именно по К . Т а к а я класси ф и кац и я обеспечит оп тим аль­ ное решение зад ач X, Y и т. д. Чем с большим числом других свойств однозначно связано К, тем д ля большего числа з а д а ч оно мож ет обеспечить оптимальное решение. По А. А. Л ю бищ еву [1923], естественной системой н азы вается так ая, где количество свойств, поставленных в функциональную связь с его положением в системе, является максимальным. К л а с ­ сификацию по свойству К в приведенном выше примере можно назвать естественной. В таком понимании естественность кон­ структивна: есть однозначный критерий д ля р азделения разных классификаций на естественные и неестественные, на более есте­ ственные и менее естественные. Кроме того, она предельно п р аг­ матична: естественно то, что позволяет достигнуть многих целей, сразу. 56


П О Н Я Т И Е И ЕГО О П Р Е Д Е Л Е Н И Е

Я рким примером естественной кл ассиф икации служ и т перио­ д ическая система элементов Д. И. М енделеева. Свойства, л е ж а ­ щие в основании классификации, — атомный вес и валентность— однозначно связаны с огромным количеством химических и ф и ­ зических свойств, и по мере р азви тия науки таких свойств в ы я в ­ ляется все больше. Т а к ж е естественна кри сталлограф ич еская систематика Е. С, Федорова. Системы, основанные на естественных классификациях, о б л а ­ д аю т и гораздо большими объяснительными возможностями. По Е. П. Никитину [1970], объяснение — подведение под закон, установление закономерной связи. Объяснить неизвестное, непо­ нятное — значит установить, ка к оно связано с известным, по­ нятным. Чем более естественна кл асси ф и кац и я, тем д ля большего числа неизвестных объектов, процессов и явлений она позволяет найти объяснение. В озм о ж н а т а к а я ситуация: цель, стоящ ая перед нами, не вхо­ дит в то, пусть и большое, множество целей, которых позволяет достигнуть сущ ествую щ ая естественная классификация. Если эта цель узкая, то путей ее достиж ения два: инженерный и собствен­ но научный. При инженерном подходе пытаю тся обнаруж ить прямые связи интересующего нас о б ъ ек та-резуль тата и какоголибо вспомогательного свойства, т. е. реш аю т зад ач у р а с п о зн а в а ­ ния. Д л я распозн аван и я пригодны и неустойчивые связи с малой вероятностью, лиш ь бы они позволяли получить экономически оправданное решение. П ри научном подходе пытаются найти связь о б ъек та-резу льтата с каким-либо классом некоторой есте­ ственной классификации. В любом случае нецелесообразно по­ строение собственной научной системы с собственным языком, математическим аппаратом. З а т р а т ы на построение системы не окупятся ож и даем ы м и результатам и. Кроме того, у зк а я цель — вещь преходящ ая, и пока строится ап п ар ат д ля ее достижения, она мож ет быть зам ен ен а другой, построения ока ж у тся н ен уж н ы ­ ми. Таковы, например, узкие цели в общей геологии — поиски какого-либо конкретного вещества, в стратиграф ии — к о р р е л я ­ ция тел определенной специализации. Д ругое дело — широкие, общенаучные цели. К таким можно отнести поиск и обоснование получения лю бы х видов энергии в физике, поиск полезных ископаемых вообщ е в геологии, к ор ре­ ляцию тел всех специализаций в стратиграфии. Д л я достижения этих целей оправданны ми можно считать лю бы е зат р а ты на по­ строение целевых классификаций, р азработк у язы ка и м а тем ат и ­ ческого ап п арата. Если т а к а я цель появилась недавно, д ля нее все приходится строить заново. Если ж е она поставлена давно и имеется большой опыт ее достижения, то скорее всего д л я нее уже построена удовлетворительная классификация, проверенная многочисленными пробами и ошибками. Т а к а я классификация. 57


ГЛАВА II. М Е Т О Д Ы И С РЕД СТВ А

удовл етворяю щ ая одной широкой цели, будет естественной, обес­ печивающей достижение многочисленных узких целей, на кото­ рые р а зл о ж и м а ш и р окая общ енаучная цель. Вывод: будем отыскивать такую систему понятий, которая могла бы служить инструментом д л я достиж ения общей цели стратиграф ии (корреляции и упорядочения вообще) и которая б ы л а бы естественной, т. е. уд о вл етво ряла бы многим узким це­ л ям (корреляции и упорядочению геологических тел разны х спе­ ц и ал и зац и й ). Будем надеяться, что т а к а я оп тим альн ая система понятий существует в геологии. Д а ж е если это не так, д л я по­ строения более удовлетворительной с прагматических позиций системы у нас нет никакой возможности, т а к к а к ее н ах о ж д е­ ние —• з а д а ч а более слож н ая, чем та, д л я решения которой п ред­ назначены искомые понятия. Б Л И З О С Т Ь К Т Р А Д И Ц И О Н Н Ы М СИСТЕМАМ ПОНЯ ТИ И

П ри обосновании эффективности методов, при обсуждении це­ левой удовлетворительности понятий упоминалось о необходи­ мости зн ания связей м еж д у объектами, их свойствами, процесса­ ми, явлениями. Это знание мож ет иметь только эмпирическую природу. Его мож ет предоставить только имеющийся геологиче­ ский опыт. Н о имеющийся геологический опыт основан на использовании общепринятых, привычных д л я геолога понятий. Относительно системы понятий, которые могли быть построены по имеющемуся эмпирическому материалу, но не были построены и никогда не использовались в геологической практике, у геолога не имеется никакого опыта. Стремление использовать имеющийся опыт п ред­ определяет выбор единственной ф ормально строгой системы по­ нятий из множества вообщ е возможных: это д о л ж н а быть систе­ ма, м акси м альн о б л и зк ая к существующей, общепринятой геоло­ гической системе понятий. Д ру ги м и словами, надо не строить новую формальную систему, а ф орм али зовать старую. В против­ ном случае мы стоим перед необходимостью полного перебора при решении геологических задач, а при нахождении понятий, наиболее удовлетворительных с целевых позиций, — перед необ­ ходимостью многократного решения. Н е исключено, что мож ет быть п редлож ен а и более оп ти м ал ь­ ная система понятий. Однако п роблем а зам ены старой системы понятий на новую о к а зал ас ь бы примерно такой же, к а к п робле­ ма смены иероглифической системы письменности в К итае на ф о ­ нетическую. Хотя преимущества фонетической системы перед иероглифической бесспорны, эта смена была бы св яза н а д л я ки­ тайцев с потерей колоссальной информации, потерей своей исто­ рии. 58


П О Н ЯТ И Е И ЕГО О П Р Е Д Е Л Е Н И Е

Геология за несколько столетий сущ ествования т а к ж е н ако ­ пила колоссальную инфо'рмацию о связях объектов, свойств, я в ­ лений; среди этих связей есть множество законов ка к детерм ини­ рованных, т а к и вероятностных. Б ер еж н о е отношение к этому опыту, ф орм али заци я, основным критерием которой была бы м акси м ал ь н ая близость ф орм али зован н ы х понятий к сущ ествую ­ щим, — все это позволило бы резко повысить эффективность м а ­ тем атических методов в геологии. С другой стороны, м а т ем ат и ­ зация традиционных геологических методов позволила бы резко повысить и их эффективность. В раб отах Ю. А. Воронина встречаю тся выводы о том, что применение математики в виде чисто подсобных вычислительных средств не налож и ло глубокого отпечатка на геологию, не с д е л а ­ ло ее наукой логически строгой. К ак ал ьтерн ати ва этому п рим е­ нению п редлагается подход, одним из важ нейш их моментов которого было построение ф ормально строгих классификаций и систем понятий, однозначно выводимых из наблюдений. Однако и этот подход не оставил на геологии глубокого отпечатка, не дал примеров успешного решения крупных, практически важ н ы х задач. Самое время поставить вопрос: почему так вышло? С тавить под сомнение необходимость ф ор м али заци и было бы неверным: это необходимое требование к лю бому научному построению. П риходится ставить под сомнение лиш ь способ ф орм ализации. По-видимому, все дело в том, что системы понятий строились без учета необходимости использования существующего геологиче­ ского опыта. Условие максимальной близости к общепринятым геологическим понятиям д а ж е и не ставилось. Посмотрим, например, ка к определяли Ю. А. Воронин и Э. А. Еганов [1968] стратиграфическое отношение «выше». В в о ­ дилось сн ачала понятие о телесных углах, требование, чтобы т е ­ лесный угол одного тела вписы вался в телесный угол другого, и только после этого выводилось соотношение «выше — ниже». Ясно, что такое отношение никогда не использовалось в страти ­ графии. Т а к ка к вся стратиграф ия построена в конечном счете на отношениях «выше — ниже», то использование одного этого понятия в описанном в ари ан те потребовало бы полной перестрой­ ки стратиграф ии (а следовательно, и геологии вообще) и ка к итог привело бы к неизбежной потере всего накопленного геоло­ гического опыта. Воспринять такие новшества геология никогда не будет в со­ стоянии. Поэтому понятие оказал ось мертворожденным. В озникает вопрос, ка к мож но проверить удовлетворительность ф орм али заци и с позиции близости ф ормализованного понятия к исходному традиционному геологическому понятию. К с о ж а л е ­ нию, эта процедура не алгоритмична, субъективна. П р е ж д е всего 59


ГЛАВА II. М Е Т О Д Ы И С РЕД С ТВ А

нужно знать геологию и попытаться представить, к а к будет использоваться при решении зад ач к а ж д о е из_ понятий. З а тем нужно зн ать требования ф ормальной логики. Не все понятия не­ обходимо ф орм ализовать, использование многих из них в проце­ д у р ах решения попросту не понадобится. Необходимо п редста­ вить порядок формализации. В первую очередь д олж ны быть ф орм али зован ы ф ун дам ен тальн ы е понятия, логически не выводи­ мые из других, и только после этого — производные понятия. Ф орм ализацией д о лж н ы зан и м аться геологи, обладаю щ и е д о ­ статочной математической культурой. М ате м ати к никогда не бу­ дет иметь (не сможет получить от геолога) всей информации, не­ обходимой д л я выбора самого удачного вар и ан та формализации. Успех будет обеспечивать богатый опыт геолога и его интуиция, которую при всем ж е ла н и и не передаш ь коллеге. Вычислительные возможности ЭВ М растут очень быстро, с ка ж д ы м годом машины приобретаю т способность к полному пе­ ребору все больших массивов данных, к выуж иванию зак о н ом ер ­ ностей из все большего объем а каж у щ егося хаоса. С л ед о ва тел ь ­ но, чем дальш е, тем меньше м атем атическая геология будет з а в и ­ сеть от прошлого геологического опыта. Но когда ж е ЭВ М о ка ж утся в состоянии перебрать все взаимосвязи м еж д у любыми понятиями ф ормальной системы, построенной по всему имею щ е­ муся эмпирическому м атериалу? Сейчас ск азать трудно. Но д а ­ ж е когда это и ока ж етс я возможным, вряд ли будет рац и о н а л ь ­ но вы брасы вать весь прежний опыт геологии. Поэтому, несмотря ни на что, надо строить не новые ф орм альны е системы, а ф о р ­ мали зовать старые.


Г Л А В А III

КОРРЕЛЯЦИЯ □

ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ К О РРЕЛ ЯЦ И И В постановке зад ач и корреляции н аблю даю тся значительные расхождения. П р е ж д е всего неоднозначно само понимание те р ­ мина «корреляция». Одна группа геологов понимает его узко, только к а к установление возрастны х (временных) отношений геологических тел; д р угая группа использует этот термин в более широком смысле и обозначает им т а к ж е установление н ев о зр а­ стных, пространственных отношений геологических тел по л и т о ­ логическому составу, фауне и другим свойствам. Впервые в стратиграф ии термин «корреляция» был исполь­ зован Д ж . П а у эл л о м в 1891— 1892 гг. в значении установления временных отношений. В 1895 г. он был употреблен Д ж . Д а н а в значении установления «одного и того ж е геологического гори­ зонта» [Rodgers, 1959]. В настоящ ее в р е м я термин «корреляция в узком смысле понимают Л. Ш. Д ав и та ш в и л и [1948], Б. П. Ж и ж ченко [1969], К- Д а н б а р , Д ж . Р о д ж ер с [1962; R odgers, 1959], О. Ш индевольф [1975], Г. Харрингтон [ H a rrin g to n , 1965] и др. Установление пространственных отношений по литологии, ф аун е и другим свойствам сторонники такого понимания н азы ваю т установлением фаунистических, литологических и других соот­ ветствий, фаунистической, литологической эквивалентности или непрерывности. В широком смысле понимают термин « ко р р е л я­ ция» Д. Л. Степанов [1958], В. К. Крумбейн и Л. Л. Слосс [1960] и др. Примем значение слова «корреляция» в широком смысле. П ри этом очевидно, что корреляцией н азы вается одна о б щ ая з а д а ч а , которая м ож ет быть р азб и та на две самостоятельны е задачи . Установление возрастны х отношений назовем зад ач ей синхрони­ зации. Такое обозначение не будет противоречить сложивш ейся языковой практике. При логическом истолковании зад ач и корреляции возникаю т трудности. Эта за д а ч а не м ож ет быть сведена к з а д а ч а м других наук, д л я которых имеются логически строгие формулировки. Нет формулировки этой зад ач и и в большинстве предыдущих р а ­ бот по ф ор м али заци и и м атем атизаци и геологии. Впервые попыт­ ка логического истолкования зад ач и корреляции бы ла предпри­ нята в статье «О проведении стратиграфических построений на 61


ГЛАВА I I I. К О Р Р Е Л Я Ц И Я

ЭВМ » [Воронин и др., 1971]. Примем предложенную в этой р а б о ­ те формулировку. Б у д е м понимать под разрезом вертикальную прямую , н а п р а в­ л е н н у ю сн и зу вверх. Тогда зад ач ей невозрастной корреляции двух разрезов можно считать решение вопроса: являю тся ли д ва од ­ номерных тел а разны х разрезов частями одного и того ж е д в у ­ мерного (трехмерного) тел а или частями разны х тел, одно из ко­ торых выше другого. Мы н азв ал и такую операцию иденти ф и ка­ цией. Р е зу л ь т а т решения зад ач и корреляции в принятой постановке допускает объективную проверку: в пространстве м еж д у р а з р е ­ зам и непосредственным наблюдением можно установить, присут­ ствует ли тело в предсказанном месте. К такой ф ормулировке м ож ет быть сведена з а д а ч а установ­ ления литологической непрерывности, л атеральн ой непреры вно­ сти [Rodgers, 1959; Лоумен, 1953], з а д а ч а установления синоними­ ки угольных пластов. Существо зад ач и состоит в прослеживании от р а зр е за к р а зр е зу реальны х геологических тел вне зави си м о­ сти от того, одновозрастны они или нет, о б н ар уж и ваю т их гран и ­ цы «возрастное скольжение» или не обнаруживаю т. НЕПРЕРЫ ВНОСТЬ В ф ормулировке зад ач и корреляции требуют определения д в а отношения —■ «являться частями одного и того ж е тел а» («при­ н ад л е ж ать одному и тому ж е телу») и « л еж ать выше». Определение первого отношения можно взять из топологии. В этой науке к одному и тому ж е телу отнесены только такие части, которые могут быть соединены непрерывной линией, к а ж ­ д а я точка которой п рин ад л еж и т данном у телу. Т акое отношение в топологии носит н азван ие связности. В американской страти ­ графии имеется близкое понятие — литологическая непреры в­ ность (lithological con tin u ity ). В соответствии с принятым ранее условием к одному и тому ж е телу относятся только такие точки, которые об л а д а ю т одним и тем ж е признаком из имеющегося фиксированного набора при­ знаков. П оэтому можно сказать, что к одному и тому ж е телу п р и н ад л еж а т только так и е части, которые могут быть соединены непрерывной линией, к а ж д а я точка которой о б л а д а ет одним и тем ж е признаком. П р и это предполагается, что тем ж е п р и зн а ­ ком д олж н ы об ла д а ть и соединяемые части. И з определения связности следует, что никакие тела, которые не могут быть (хотя бы в принципе) непрерывно прослежены друг до друга, не могут быть отнесены к одному и тому ж е гео­ логическому телу. Это на первый взгляд малозначительное и б ез­ обидное уточнение за с т а в л я е т д ел ать дал еко идущие выводы.. 62


НЕПРЕРЫВНОСТЬ

Так, на рис. 1 лю бы е части тел а а могут быть отнесены к одному и тому ж е геологическому телу, например к одному пласту. То же самое справедливо и по отношению к лю бы м частям тел а Ъ, тела с. Но у ж е тела d и т, е й п, выполняю щ ие изолированные холмы, не могут быть объединены в одно и то ж е тело, если они, конечно, не соединяются где-то в третьем измерении. Ни одно из тел о, p. г, s, t, и не мож ет быть объединено ни с одним из тел

Рис. 1. Пример геологи­ ческого профиля

а, Ь, с, d, е, т, п, f, хотя обычно в подобной ситуации геолог, не задум ы ваясь, отнес бы, скаж ем , тел а е, п и t к различны м выхо­ дам одного и того ж е пласта. Смысл подобного жесткого ограничения состоит в том, что только при принятии его результат решения зад ач и идентифи­ кации становится проверяемым на уровне наблюдений. Так, о т­ несение любых выходов тел а а к одному и тому ж е телу мож ет быть проверено, скаж ем , непрерывным прослеж иванием на о б н а­ женной поверхности, путем за л о ж е н и я горных выработок, с к в а ­ жин. В то ж е время отнесение е, п и t к одному пласту — это а б ­ стракция, оценить справедливость которой на уровне наблюдений невозможно. П р ов ер к а наблюдением д аст возможность выделить среди ме­ тодов идентификации к а к плохие (дающ ие в основном неверные результаты ), т а к и хорошие (даю щ ие в приемлемом д л я нас большинстве случаев верные р езул ьтаты ). Наконец, проверка мож ет выявить некоторую операцию, которая всегда д ает верные результаты. Если т а к а я операция будет найдена, то она мож ет быть использована д л я введения в стратиграфию новых о б ъ ек ­ тов — скоррелированны х геологических тел. К а к вводятся новые объекты, новые понятия? О братим ся к опыту математики. Д л я сравнения двух н атуральн ы х чисел по величине (для в ы ­ яснения, насколько одно больше другого) бы ла р азр а б о т а н а опе­ рация вычитания. П ервоначально вычитание ограничивалось 63


ГЛАВА II I. К О Р Р Е Л Я Ц И Я

только так им случаем, когда вычитаемое меньше уменьшаемого. Т олько в этом случае р езу л ь тат вычитания мог быть проверен наблю дением. Д ействительно, отняв от пяти яб л ок три яб л ока и получив в резул ьтате два, мы мож ем проверить этот результат прям ы м подсчетом — сосчитав оставшиеся. Наконец, бы ла н ай ­ д ен а вполне алгоритмичная, вы п олн яем ая механически, не з а д у ­ мываясь, операция вычитания. О казалось, что ее можно расш и ­ рить за пределы того множ ества объектов, д л я которого она бы ­ л а р азр а б о т а н а . О п ераци я д а в а л а однозначные результаты и в случае, если вычитаемое было больше уменьшаемого. Р езу л ь т ат вычитания — отрицательное число — в этом случае не мог быть проверен наблю дением: это был мнимый, абстрактный, не сущ е­ ствующий в природе объект. О трицательны е числа не вызы ваю т у нас сейчас долж ного почтения только потому, что мы слишком к ним привыкли. В свое ж е время, к а к пишут Р. К уран т и Г. Р оббинс [1967], отрицательны е числа вы зы вали суеверный т р е­ пет. Тогда лю ди полностью отд ав ал и себе отчет в их чисто мни­ мом существовании. Второй пример — м ним ая единица. Этот объект есть т а к ж е р езу л ь тат некоторой операции, а именно операции извлечения квадратного корня. П ервон ачально операция извлечения корня из числа х п ред н а зн а ча ла сь только д л я нахож дения числа, которое, будучи возведенным в квадрат, приводило к имею щемуся числу х. Будучи разработанной, эта операция была распространена и на такие числа, которые не являли сь результатом возведения в к в а д р а т никакого действительного числа. Т а к появились мнимые числа. В м атем атике таким способом вводятся многочисленные о б ъ ­ екты: дроби к а к р езул ьтат распространения операции деления на числа, которые «не делятся» одно на другое; иррациональные числа; нецелые степени; пространства более чем трех измерений и т. д. Попы тки представить мнимый объект, например четы рех­ мерное пространство, к а к реально существующий приводят и сей­ час к невежественно-мистическим представлениям. Т аким ж е образом, к а к это д ел ает ся в математике, можно ввести новые объекты и в стратиграфию . Н а й д я некоторую опе­ рацию корреляции, которая д ает всегда верные, проверяемые на уровне наблю дений результаты , можно распространить ее за пре­ дел ы того множ ества объектов, д л я корреляции которых она бы­ л а первоначально разр а б о та н а . М ож но использовать ее д л я кор­ реляции таких объектов, которые заведомо не могут п ри н ад л е­ ж а т ь к одному и тому ж е геологическому телу в принятом нами жестком смысле. П ри м ерам и таких объектов могут быть пласты, слагаю щ ие изолированные холмы (тела d и т, е и п на рис. 1); пласты, находящ иеся по разны е стороны некоторого р азл о м а (п и /, т и s, с и г, b и р, а и о на рис. 1); пласты или свиты разных 64


НЕПРЕРЫВНОСТЬ

островов и континентов. Р о л ь таких объектов в геологии а н а л о ­ гична роли мнимой единицы в м атематике. М ож но сказать, что это «мнимые объекты» стратиграфии. Мнимость таких объектов состоит в том, что объединение их разрозненных частей произво­ дится чисто условно, правильность или неправильность такого объединения н ик ак не проверяема. В м атем атике и действительные, и мнимые объекты часто объединяю тся в одну систему, операции в которой производятся без различения принадлеж ности объектов к одному из классов. Т ако ва система целых чисел (положительны х и отрицательных) в арифметике, система комплексных чисел в теории функций комплексного переменного и т. д. Геологическая п р акти ка та к ж е оперирует и действительными, и мнимыми об ъектам и без их р а з ­ личения. Именно таким п редставляется отнесение к «одному и тому ж е пласту» различны х частей, к а к составляю щ их единое непрерывное геологическое тело, т а к и об н аж аю щ и хся в и зо л и ­ рованных холмах, в разобщ енн ы х блоках. Д а д и м определение принадлежности к «одному и тому ж е пласту» в этом смысле. Н азовем это отношение «являться частями одного и того ж е скор­ релированного тела». Скоррелированное тело есть р е з у л ь т а т не­ которой фиксированной опер ац ии корреляции. Подчеркнем, что в к л асс скоррелированны х тел, таким о б р а ­ зом, входят к а к части одного и того ж е геологического тел а в смысле данного нами жесткого определения («действительные объекты стратиграф ии »), т. е. так и е части, которые могут быть соединены непрерывной линией, все точки которой п р и н ад л еж а т этому телу, т а к и «мнимые» объекты, не удовлетворяю щ ие т р е ­ бованию связности. Не имея возможности проверки на уровне наблю дений для системы скоррелированны х тел, мы д о лж н ы принять меры д ля обеспечения непротиворечивости в этой системе, т а к к а к в слу­ чае получения противоречащ их друг другу результатов у нас не будет возможности объективно оценить их и вы б рать п р ав и л ь ­ ный. Обеспечить непротиворечивость системы мож но только од­ ним способом — обеспечив однозначность операции иденти ф и ка­ ции и ее единственность. В качестве такой операции д о л ж н а в ы ­ ступать операция идентификации, многократно проверенная на действительных объектах стратиграф ии и д а ю щ а я всегда верные результаты. Если операций, удовлетворяю щ их так о м у т р е б о в а ­ нию, много, то из них лю бым образом (хотя бы произвольно) д о л ж н а быть вы б р ан а единственная.

3 Ю. С. Салин

65


ГЛАВА I I I. К О Р Р Е Л Я Ц И Я

ОТНОШЕНИЕ « В Ы Ш Е — НИЖЕ» С формулируем сн ач ал а определение этого отношения д ля п а ­ ры точек а и Ь. Точка а вы ш е точки b в том и только в том случае, если обе они находятся на одном р азрезе и а следует за b (рис. 2). Если точки не располож ены на одной и той ж е вертикали (н а­ пример, а и k на рис. 2), то они не вступаю т в стратиграфическое отношение «выше — ниже»; никакое отношение их гипсометри­ ческих положений не позволяет дел ать выводы об их стр а ти гр а­ фических отношениях. К роме того, речь идет о вертикали в зе м ­ ных координатах, о линии отвеса, а не о какой-либо « стратигра­ фической вертикали», «стратиграфической нормали». С т р а т и г р а ­ ф ическая нормаль строится к а к перпендикуляр к поверхно­ сти напластования, которая в свою очередь мож ет быть проведе­ на в уж е построенном полноопределенном геологическом прост­ ранстве. Полноопределенное геологическое пространство пред­ п олагает корреляцию осуществленной. Поэтому включение стратиграфической нормали в определение понятия, п ред н а з­ наченного д л я целей корреляции, приводит к логическому кругу. Отношение «выше» д л я геологических тел определим через: отношения п р и н ад л еж а щ и х им точек. Т ело а тогда и только тогда выш е тела Ь, когда л ю б а я точка тела а вы ш е л ю б о й точки тела Ь, нах од ящ е йся с ней на одном разрезе. Если нет ни одного разреза, на котором встречены к а к точки тела а, т а к и точки тел а Ь, то м еж д у телам и а и b нет ст р а ти гр а­ фических отношений. Выясним соотношения м еж д у вводимым нами понятием «вы­ ше» и понятием «выше», определяемым через стратиграфическую нормаль (рис. 3). Во всех случаях, кроме опрокинутого зал е га н и я пластов, м е ж ­ ду этими понятиями существует однозначное соответствие: если тело а зал е га ет выше тела b на линии отвеса, то оно зал е га ет вы ­ ше и на стратиграфической нормали. Где бы мы ни проводили линию отвеса, везде на этой линии л ю бая точка тела а будет л е ж а т ь выше любой точки тела Ь, т. е. а выше b в смысле п редлагаем ого определения. В то ж е время а выше b и по положению на стратиграфической нормали. Утверждение об однозначности соответствия меж ду двумя понятиями остается справедливы м при любой крутизне гранич­ ной поверхности тел, при любой ее протяженности. П редельным случаем является вертикальное зал егани е границы. В этом слу­ чае приходится говорить о неопределенных отношениях меж ду телами а и Ь. 66


ОТНОШЕНИЕ сВЫ Ш Е — НИЖЕ»

При опрокинутом залегани и отношению «выше», определен­ ному через стратиграфическую нормаль, будет соответствовать отношение «ниже» по смыслу п редлагаем ого определения. Конечно, на этом основании нельзя говорить, что по нашему определению у станавл и в ается отношение «ниже», тогда как

Рис. 2. Стратиграфические отношения: а выше b, b ниже а. М еж ду точкой k и точками а и Ь нет стратиграфических отношений Рис. 3. Однозначное соответствие неопрокинутом залегании пластов

меж ду

двумя

понятиями

«выше»

при

1 — линия отвеса; 2 — стратиграфическая нормаль

«на самом деле» отношение м еж д у телами противоположное. Просто это р а з и ы е отношения, находящ иеся в однозначном соответствии лишь при неопрокинутом залегании. П р о а н а л и зи ­ руем это видимое противоречие (рис. 4). Тела а и b находятся везде в одном и том ж е стратиграф ич е­ ском отношении, определяемом через перпендикуляр к поверх­ ности напластования. В то ж е время тело b леж и т в одном р а з ­ резе выше а, в другом мож ет о казаться ниже а или в пределах одного разр е за — и выше, и ниже, если их отношения мы будем устанавли вать по линии отвеса. К азал о с ь бы, д ля решения зад ач и идентификации более приемлемо первое определение. В самом деле, картина, подобная изображенной на рис. 4, не мож ет быть построена с помощью процедур идентификации и проведения границ, использующих отношение «выше» в пр ед ­ л агае м о м определении. Н о она не м ож ет быть построена и при установлении отношения «выше» через перпендикуляр к поверх­ ности напластования, потому что само положение пластовых поверхностей становится известным только п о с л е построения полноопределенного пространства, т. е. после идентификации и ■проведения границ. 67

3*


ГЛАВА I I I . К О Р Р Е Л Я Ц И Я

Если полноопределенное пространство у ж е построено, например, по р езул ьтатам наблюдений в полностью обнаженном фрагменте, то отп адает и смысл сравнительной оценки разных отношений «выше» и их использование. Единственное н азн ач е­ ние вводимого нами понятия — решение зад ач и идентификации. После идентификации отп ад ает и необходимость в его исполь­ зовании. Но каким ж е образом тогда коррелировать р азр езы и строить полноопределенное пространство при допущении возможности

Рис. 4. Отсутствие однозначного соответствия между двумя понятиями «выше» при опрокинутом залегании пластов Рис. 5. Допустимые (1) и недопустимые (2) отклонения разреза от линии от­ веса

опрокинутого залегани я? Р а зр а б о т к а таких способов выходит за рам ки поставленной в нашей книге задачи. П р е дл агаем ы е методы могут применяться лишь в случае уверенности в отсут­ ствии опрокинутых залеганий на территории распространения коррелируемых пластов. Возможность или невозможность опрокинутых залеганий д о л ж н а при этом устанавл и ваться по данным непосредственных наблюдений. Если все углы падения в районе небольшие и ни в одном случае не н аблю дались непре­ рывно обнаженные зам ки изоклинальных и л еж ачи х складо к, то можно с полным основанием считать опрокинутые зал егани я невозможными. В таких ситуациях применять р азр а б а т ы в ае м ы е методы мож но без ограничений. В случае наблю даем ы х в о б н а­ жении крутых падений, опрокидываний пластов применение методики мож ет привести к ошибкам. В реальной геологической практике следует считаться с несовпадением реальных разрезов с линией отвеса. Какие отклонения допустимы? Если имеется обнаженное двумерное пространство (рис. 5), то, очевидно, ка к бы ни были велики отклонения р а зр е за от вертикали, они не влияю т на результаты 68


С РЕД С ТВ А К О Р Р Е Л Я Ц И И

установления отношений «выше — ниже» до тех пор, пока разрез остается более крутым, чем пластовы е поверхности. В п л а т ­ форменных условиях д ля установления стратиграфических отношений пригодны д а ж е сильно наклоненные скважины , шахты, штольни. Чем круче зал еган и е пластов, тем выше т реб о­ вания к точности совпадения р а зр е за и линии отвеса. СРЕДСТВА К О РРЕЛ ЯЦ И И З а д а ч а корреляции в принятой постановке имеет решение, если в сравниваем ы х р а зр е зах имеется хотя бы по одному телу одного и того ж е вещественного класса. Если таких тел в р а з ­ резах более чем по одному, решение зад ач и неоднозначно. Д л я сокращ ения вариантов решения необходимо введение каких-то ограничений. Ю. А. Воронин [1967] вводит эти ограничения следующим образом: 1) пласты д олж ны быть выполнены одной и той ж е породой; 2) пласты не могут пересекаться. Близкий смысл, но другую формулировку имеет условие Д . А. Родионова [1968]: «...если в двух сравниваемы х р азр е зах существует п ара стратиграфических подразделений, которые можно объединить, то сопоставление вы ш ел еж ащ и х п о др а зд е л е­ ний одного р азр е за с н и ж ел еж ащ и м и другого не имеет смысла» (с. 58). Нетрудно видеть, что принятие этих условий позволяет резко сократить число вариантов решения. Введем условие Д . А. Родионова в определение понятия стратифицируемых тел. Если одно геологическое тело выше другого геологического тела, то такие тела являю тся с т р а т и ф и ц и р у е м ы м и друг., относительно друга. Т а к к а к стратиф ицируемы е тел а определяю тся через отноше­ ние «выше», а д ля отношения необходимы ка к минимум два объекта, то введенное понятие не имеет см ы сла д ля единичного геологического тела. Понятие стратиф ицируемы х геологических тел, хотя и не введенное в явной форме, широко используется в геологической практике. К огда геолог, проследивший на большом протяжении две свиты, в единственном месте н аб лю д ает их контакт и видит, что свита А л еж и т выше свиты В, он распростран яет вывод о подстилании свиты А свитой В на всю площ адь распространения этих свит. При этом он исходит из предположения о том, что изучаемые им геологические тела являю тся стратифицируемыми друг относительно друга. Одного условия Д . А. Р одионова обычно недостаточно для сокращ ения числа вариантов до приемлемого минимума. О с н о в ­ 69


ГЛАВА I I I . К О Р Р Е Л Я Ц И Я

ной источник средств ограничения многозначности следует искать в закономерностях соотношений пространств р а з н о й 'специализации.

СООТНОШЕНИЯ ПРОСТРАНСТВ РАЗНОЙ С П Е Ц И А Л И ЗАЦ И И При корреляции разрезов часто используются приемы сопо­ ставления тел по несобственным п ризн акам [Косыгин, 1969J: Ьёит (литологических подразделений) по фауне, пластов по каротаж н ы м характери сти кам и т. д. Общей чертой таких оп ер а­ ций является то, что выделение тел в разр е зах производится по одному набору свойств, а их соп оставл ени е— по другому. В о з­ никает проблема отображ ения пространств одной специализации (например, литологического пространства) в пространство другой специализации (пространство палеонтологических свойств). Рассмотрим существующие по этому вопросу точки зрения и их обоснование. Будем опираться в основном на м а т е­ риалы по пространствам литологической и палеонтологической специализаций. В последнее время гораздо чаще пишут о несоответствиях разбиений пространства по палеонтологическим и литологиче­ ским признакам, чем о соответствиях. Особенно часто о б с у ж д а ­ ется п роблем а «возрастного скольжения» литологических границ. В этой проблеме можно выделить д ва аспекта. Первый из ни-с связан с чисто умозрительными построениями, с рассмотрением гипотетических моделей ф ормирования толщ. В моделях п ред­ полагается, что при формировании толщ происходили т р а н с ­ грессии и регрессии, в результате которых образовавш иеся литологпческие границы д олж ны пересекать «поверхности одновозрастности». Такие построения рассм атриваю тся в работах Г. У илера [Wheeler, 1958, 1959], Г. У илера и Э. Бисли [Wheeler, Beesley, 1948], Р. М ура [1953], A. IT. Гейслера [1950] и др. Второй аспект связан с анализом многочисленных фактов пере­ сечения тел разной специализации и их границ. Если одна из границ, обычно биостратиграфическая, принимается за «поверх­ ность одиовозрастностп», то п ересекаю щ аяся с ней неизбежно долж на квали ф и ци роваться ка к « ск ользящ ая по возрасту». В л итературе приводятся многочисленные примеры «возрастного скольжения». Классическим стал пример возрастного скольж ени я глини­ стых сланцев Брай т-Э й нд ж ел в Больш ом Каньоне Колорадо. Н а протяжении 350 км они подстилаются одними и теми же песчаниками Тепитс, но с о д ер ж ат в своем основании на западе ннжнекембрийский комплекс окаменелостей, а на востоке 70


С О О Т Н О Ш Е Н И Я П РО С ТРА Н С ТВ Р А З Н О Й С П Е Ц И А Л И З А Ц И И

среднекембрийский комплекс [Мак-Ки, 1953]. Пересечение лито-, логической границы групп Кэтскилл и Ш еманг с биострат»-: графическими границами было установлено в палеозойских отлож ениях ш тата Н ью -Й орк [Д анбар, Р одж ерс, 1962]. Л. Я- Труш кова [1967] приводит пример резкого (в пределах одной разведочной площ ади) пересечения границ, проведенных, по фауне, с границами, проведенными по литологии. Вывод о пересечении литологических границ с биостратиграфическими неизбежно следует и из установленных фактов пересечения одних биостратиграфических границ с другими. Действительно, если лптологическая граница совпадает с одной из таких пересекаю щ ихся границ, то она д о л ж н а пересекаться с другой. П римеры пересечения различны х б и острати граф и ­ ческих границ часто приводятся в стратиграфической л и т ер а­ туре. Г. Уилер и Э. Бисли [Wheeler, Beesley, 1948], Г. Уилер [WheeJ ler, 1958, 1959] возводят явление возрастного скольж ения лито­ логических границ в ранг всеобщего закона стратиграфии, столь же важного, ка к и законы Стено и Д олл о . А. М. С адыков [1969], принимая этот закон, н азы вает его законом Уилера — Бислея. Если бностратиграф ическая граница пересекает хотя бы одну из границ литологического тела, то она не мож ет и сп ользоваться: для прослеж ивания этого тела от р азр е за к разрезу. Д ей ств и ­ тельно, представим себе схему подобного пересечения (рис. 6).Если мы скоррелируем песчаный п ласт (толщу, свиту) с; фауной а р азр е за А и такой ж е песчаный п ласт (толщу, свиту): разр е за Б, содерж ащ и й ту ж е фауну а, то мы совершим ошибку. Если в дальнейшем, например при прослеживании угленосной свиты, мы будем руководствоваться такой корреляцией и з а д а ­ вать горные выработки, то будут затрачены впустую большие средства. Ту ж е ситуацию можно представить при разбуривании нефтеносных п лощ адей и во многих других аналогичных случаях. Возможно, что ф аун а а совпадет в р азр е зах А и Б с р а з ­ ными по литологии пластами (толщ ами, свитами). В такомслучае ошибки при прослеживании литологических тел мы не совершим, мы просто н е с м о ж е м использовать фауну д ля про­ слеж ивания литологических тел. Д ругим и словами, при пере­ сечении биостратиграфических границ с литологическими: палеонтологические признаки в лучшем случае оказываются; бесполезными д ля прослеж ивания литологических тел и корре­ ляции разрезов, в худшем — вредными. Понятно, что возведение явления пересечения в ранг всеобщего закона н ак л ад ы в ает безоговорочный зап рет на использование биостратиграфии д л я литологической корреляции. Л ю бой случай успешности подобной, 71


ГЛАВА I I I. К О Р Р Е Л Я Ц И Я

операции д олж ен рассм атр иваться с позиции этого зак он а кая необъяснимый парадокс. Попробуем, однако, п роан али зировать результаты п ракти ­ ческих операций стратиграфической корреляции литологических тел по палеонтологическим признакам. В массовом порядке про­ в о д я т с я не только сам и так и е операции, но и их проверки наблюдением. Слои прослеж иваю тся при геологической съемке путем наблюдений в обнаж ен и ях м е ж д у скоррелированными

/

/

/

• • • • •*« / •••••••••. . •

.*.* • •

з гЕ Ь з ? /

1

— литологические границы:

2

— границы фауны а;

распространения

\

■’Т ^ Т Н о

\

I d — пески;

\

\\

••••***»*«* V ••»* ■» с з••?•*% *.

\

/

Рис. 6. Пример пересечения границ разной специализа­ ции

4

— угленосная свита

разр езам и ; при бурении слои наблю даю тся в скваж и нах, з а л о ­ женных на основании проведенной корреляции. Т а к а я ж е про­ верка предсказанного полож ения тел а осущ ествляется при проходке шахт, туннелей. Н ет нужды приводить отдельные конкретные подтверж дения успешности подобной корреляции. То, что т а к а я корреляция приводит к успеху, известно к а ж д о м у геологу. Если бы проверка п о к азы в ал а противоположный ре­ зультат, ка к это долж но было бы следовать из закона, у т в е р ж ­ даю щего пересечение литологических границ с палеонтологиче­ скими, методы корреляции литологических тел по п алеон тологи ­ ческим пр изн акам давно были бы отброшены. Н еобходимо принять ка к исходные посылки оба утверждения, ка ж д ое из которых основано на большом фактическом м а те­ риале: 1) слои разной специализации пересекаются; 2) слои разной специализации не пересекаются. Существует только один способ совместить эти в ы с к а з ы в а ­ ния, воплотив их в формулировку: слои разной специализации находятся в произвольных соотношениях, т. е. они могут пере­ секаться, но могут и не пересекаться. Попытки разны х школ геологов возвести в ранг всеобщего зак он а одну из ф орм у л и ­ ровок могут быть поняты лишь в полемическом подтексте. В частности, стремление сд ел ат ь общеутвердительным вы с к азы ­ вание о пересечении слоев разной специализации, несомненно, 72


СТРАТИФИЦИРУЮ ЩИЕ ПРИЗНАКИ

возникло ка к реакц ия на противоположную тенденцию, в то время господствовавшую. Но если д л я множества всех пластов любых специализаций утверждение о непересечении не всегда выполняется, то можно, поставить зад ач у о выборе такого подмножества, д ля всех э л е ­ ментов которого эта ф орм ул а будет справедливой. П остановка такой зад ач и требует ж естких ограничений. П р е ж д е всего необходимо оговорить цель: с какими именно п ластам и не долж ны пересекаться все остальные? Ч т о является целью к о р р е ­ ляции, а что — ее средством? Д л я разны х задан н ы х специали­ заций могут быть найдены разн ы е вспомогательные специали­ зации, удовлетворяю щ ие требованию о непересечении. В глобальном м асш табе нахождение вспомогательных сп ец и ­ ализаций, удовлетворяю щ их требованию о непересечении, может оказаться затруднительны м. Ц елесообразно ограничить выбор тел вспомогательных специализаций р ам кам и изучаемой терр и ­ тории. Это тем более необходимо, что закономерности в о тоб ра­ жении п ространства одной специализации в пространство другой специализации, сп раведливы е в пределах изучаемой территории, могут н аруш аться за ее пределами. В результате связь, которая могла бы быть использована д ля данной территории, окаж ется неправомерно забракованной. При таких ограничениях зад ач а мож ет быть поставлена.

СТРАТИФИЦИРУЮ Щ ИЕ ПРИЗНАКИ Введем понятия, которые будем использовать в дальнейшем. Признаки а и b — стратифицирующие друг отно­ с и т е л ь н о д р у г а , если во всех вертикальных разрезах, где встречены ка к тела, об ладаю щ и е признаком а, т а к и тела, об ладаю щ и е признаком Ь, все тела с признаком а выше любого тел а с признаком Ь. Будем говорить при этом, что п р и з н а к а выше&,Ьнижей. Если тела, обладаю щ и е признаком а, не встречены ни в одном вертикальном разрезе, где есть тела, о б ладаю щ и е признаком Ь, то м еж д у п ризнакам и а и Ъ нет стратиграфических отношений.1 Если хотя бы в одном вертикальном разр е зе тела, о б л а д а ю ­ щие признаком а, есть к а к выше, так и ниже тел, обладающих: признаком Ь, или хотя бы в одном р азр езе м еж д у ними заф и кс и ­ рованы отношения совпадения, пересечения, включения, то при­ знаки а и b будем считать нестратифицирую щими друг относи­ тельно друга. И спользование стратиф ицирую щ их признаков при к о р р е­ ляции можно представить к а к индуктивное обобщение: если в конечном числе точек н аблю дения в конкретных р а зр е зах тела, 73


ГЛАВА I I I . К О Р Р Е Л Я Ц И Я

о б л а д а ю щ и е признаком а, везде выше тел, обладаю щ и х п ри ­ зн аком Ь, то и iBO всех точках меж ду разрезам и , и в точках за пределами р азр е зав мы принимаем те ж е самые отношения !м еж д у этими телами. П р е д л о ж е н н ая формулировка определения удобна лишь для таких признаков, по которым выделяю тся непрерывные геологи­ ческие тела — для литологических, геохимических, геофизически к признаков. Д л я других признаков, например палеонтологических, которые, кстати говоря, ч ащ е всех других используются в качестве стратифицирующ их, эта формулировка мало пригодна. Окаменелости некоторых видов, представляю щ ие собой п ал ео н ­ тологические признаки, локал и зован ы таким образом, что точки, в которых они наблю даю тся, не образую т непрерывных тел. Р асш ирим понятие непрерывности следующим образом. Проведем вокруг к аж д ой точки окружность определенного радиуса. П ространство внутри этой окружности будем н азы вать окрестностью данной точки, а радиус окружности — радиусом окрестности и примем, что д ля установления непрерывности необходимо, чтобы в окрестности некоторой точки данного тела (т. е. точки, обладаю щ ей признаком заданного кл асса) н аход и ­ лась д р у гая точка того ж е тела (о б л ад аю щ а я признаком того же к л а с с а ) , в окрестностях этой второй точки — третья и т. д. При этом связными, п рин ад л еж ащ и м и одному и тому ж е телу, считаются такие части, от одной из которых до другой можно проделать непрерывный путь, переходя из окрестности одной точки в окрестность другой и т. д., причем к а ж д а я последую щ ая точка сам а находится в окрестности предыдущей точки. Д л я .литологических,. геохимических, геофизических признаков, образую щ их поле (пространство, к а ж д а я точка которого о х ар актери зо в ан а значением некоторого св ой ств а), радиус окрестности при установлении непрерывности тел а мож ет быть сделан бесконечно малым, д ля палеонтологических свойств — только конечным. Если радиус сделать, скажем, равным 10 м, то, с одной стороны, соседние точки, расстояние меж ду кото­ рыми превы ш ает 10 м, окаж утся несвязными и в результате многие части тела распадутся на разобщ енны е самостоятельные тела, а с другой стороны, выделенное таким образом тело не мож ет быть тоньше 20 м, что д л я многих дробных корреляций ^окажется неприемлемым. Уменьшение рад и уса приведет к д а л ь ­ нейшему распаду единого тел а на разобщ енны е мелкие, увели ­ ч е н и е — к возрастанию минимальных разм еров тела. I Но д а ж е и д ля свойств, образую щ их поле, за д а ч а разбиения пространства на тел а очень сложна. Н абл ю д ен ия часто бывают •дискретными, меж ду точками наблю дения располагаю тся неизученные интервалы. При расчленении приходится строить п редполож ени я о значении признаков в ненаблюденных интер­ 74


СТРАТИФИЦИРУЮ Щ ИЕ ПРИЗНАКИ

в алах, т. е. реш ать за д а ч у интерполяции. Решение задачи интер­ поляции без привлечения каких-либо допущений неоднозначно. Следовательно, приходится зан и м аться поисками таких д о п у ­ щений, их формулировкой, приведением их совокупности в непротиворечивую систему и т. д. Трудности растут как снежный ком. С читать их чисто математическими, не имеющими отноше­ ния к геологии, было бы неверным. В подтверждение приведем пример: в некотором едином разр е зе в одном месте найдена олигоценовая окаменелость, а в ста метрах вы ш е— миоценовая. Проведение границы олигоцена и миоцена по 'таким данным п редставляет собой типичную интерполяцию. Известно, какие разн огласи я и дискуссии вы зы вает подобная интерполяция. В поисках выхода обратимся к целевым критериям. Если интересующие нас признаки заданы , то о б суж д ать необходимость расчленения не приходится. Разб иени е пространства по этим п ризнакам на тела и установление совокупности отношений меж ду ними, т. е. структуры,— цель исследования. Если ж е при­ знаки, среди которых мы ищем стратифицирующ ие, являю тся вспомогательными, то вряд ли имеет смысл разб и ва ть множество точек на тела, чтобы затем снова объединять их. Д л я нахож дения стратифицирующ их признаков можно использовать не только результат решения зад ач и расчленения, но и прямо р езу л ьтат решения предыдущей зад ач и описания разрезов. П ереф ормулируем определение понятия « стратиф и­ цирующие признаки». П р и зн а ки а и Ъ — стратифицирующие друг относительно друга, ес л и во всех вертикальных разрезах, где встречены как точки, о б ла д а ю щ и е признаком а, так и точки, об ла д а ю щ и е при зна ко м Ь, все точки, о б ла д а ю щ и е п ри знаком а, выше лю бой точки, о б ла д а ю щ ей пр изна ко м Ь. При этом будем говорить, что п р и з н а к а в ы ш е п р и з н а к а b, b н и ж е а (рис. 7). Если хотя бы в одном р азр е зе есть точки, обладаю щ и е при­ знаком а, располож енны е к а к выше, так и ниже точек, о б л а д а ю ­ щих признаком b (или н аоборот), или если есть хотя бы одна точка, о б л а д а ю щ а я к а к признаком а, так и признаком Ь, то при­ знаки а и Ь будем назы вать нестратифицирующнми друг относи­ тельно друга (см. рис. 7). Если нет ни одного разр е за, в котором присутствуют как точки, обладаю щ и е признаком а , т а к и точки, обладаю щ и е при­ знаком Ь, т о м еж д у п ризн акам и а и Ъ нет стратиграфических отношений (см. рис. 7). При этом множ ества всех точек, об ладаю щ и х палеонтологи­ ческими п ризнакам и а или Ь, будут дискретными, т. е. наборами «штучных» точек, а множества всех точек, обладаю щ и х лито­ логическими, геохимическими, геофизическими признаками, могут группироваться в непрерывные подмножества, т. е: тела. 75


ГЛАВА I I I. К О Р Р Е Л Я Ц И Я

М ож ет создаться впечатление, что мы устраиваем нечто вроде игры в поддавки — специально п р едлагаем неудачное определен н'ие, чтобы иметь возможность раскритиковать его и предлож ить более удачное. Это не так. Д е л о в том, что в наших более ранних работах, написанных совместно с Ю. А. Ворониным и другими

1,

+

+

+

Т /К

■+■ +

+

+ +

+

+

+

-ь + +

+

+

+ + •

11

/

+ -+V о о

*

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

Рис. 7. Стратиграфические отношения: признаки * и у — иестратифицирующие, х. и z — стратифицирующие друг относительно друга (л: выше z, z ниже х ) ; признаки у и г не имеют стратиграфических отношений 1 — точки, обладающие признаком х; 2 — точки, обладающие признаком z; 4 — линия отвеса

Рис. 8. Различные последова­ тельности признаков

обладающие

признаком

у\

3 — точки,

А

А — система стратифицирующих признаков, она отвечает всем тре­ бованиям определения. Б и В — по­ следовательности, не являющиеся системами стратиф ицирующих при­ знаков (в Б признаки п и I нестра­ тифицирующие д руг относительно друга; в В соседствующие признаки и и v не связаны стратиграфически­ ми отношениями и s выше после­ дую щ его w) 1 — признаки, связанные отношени­ ем «выше»: b выше а; 2 — нестратифицирующие признаки; 3 — признаки, между которыми нет стратиграфических отношений

У • 'а

Г• 1 £

еV |

о U1

авторами [Воронин и др., 1971, 1972], отношения меж ду при­ зн ака м и определялись через отношения м е ж д у множествами тел. Это определение мы сн ач ал а и привели. В геологической п р а к ­ тике т а к ж е принято сн ач ал а расчленять р азрезы по всем п ри ­ зн а к а м на отдельные стратиграфические подразделения и только после этого осуществлять корреляцию. Теперь ж е мы пред­ л агае м коррелировать разрезы на основе использования вспомогательных признаков, н е р а с ч л е н я я разрезы по этим признакам. Поясним, к а к это делается. 76


СТРАТИФИЦИРУЮ ЩИЕ ПРИЗНАКИ

Н азовем системой стратифицирующих п р изнак ов такую их последовательность, в которой каждый по сл е д ую щ и й пр изнак выше непосредственно преды дущ его и не имеет ины х страти­ граф ических отношений ни с одним- из др уги х предыдущие: (рис. 8). Система стратиф ицирую щ их признаков играет роль инстру­ мента для корреляции. В соответствии с определением JI. Л. Х а лф и н а назовем ее сводной шкалой-инструментом. П р едъявив требование, чтобы границы скоррелированны х тел не пересекались с границами, выделенными по стратиф ици­ рующим признакам, мож но добиться резкого ограничения числа вариантов корреляции. Чем богаче система стратиф ицирующ их признаков, тем меньше число вариантов. Если никак не огран и ­ чивать множество признаков д л я вы бора среди них стратиф ици­ рующих, то интервал неоднозначности корреляции можно сделать настолько узким, что расхож дением вари ан тов внутри него мож но пренебречь. Наконец, мож но таким образом достиг­ нуть и единственности решения зад ач и корреляции. С тратифицирую щ ие признаки постоянно используются в стратиграфии, хотя их никто т а к не н азы вал. П ро ц ед ур а выбора стратиф ицирую щ их признаков среди всех возможны х наиболее отчетливо формулируется В. И. Бодылевским: «П редставим разрез I, состоящий из четырех слоев с фауной из видов от А до М. Р асп ределен и е фауны в разр е зе д а е т возможность п ред­ варительно н ам етить четыре зоны, т а к ка к ка ж д ы й слой содерж ит фауну, не повторяю щ ую ся ни в более высоких, ни в более низких горизонтах. М ож но предлож ить для этих зон н азван ия (снизу вверх) Г, Ж , И, JI (или М ). К Л

м

А В

д

и

к

А Б

Е

ж

3

г

д

В

Е

А Б В

А В И

К л

Зона К

А Б

ж

Зона Б

В

3 г

О д н ако изучение другого р азр е за (II) в той ж е области показы вает, что распределение видов там другое, а именно комплексы Г и Ж встречаются в нижней части р а зр е за с о в ­ местно, т а к ж е к а к комплексы И и J1 совместно в верхней части разр е за *. Это совершенно ясное у казан и е на то, что упомянутые 1 На схеме, приведенной в статье В. И. Бодылевского, видимо, опечатка. В нижней части разреза II признак Г не указан совместно с признаком Ж. Исправим опечатку, внесем признак Г в нижнюю часть разреза. 77


ГЛАВА I I I. К О Р Р Е Л Я Ц И Я

четыре ком плекса не могут рассм атр иваться ка к зональные, так к а к на самом деле они не о т р а ж а ю т этапов развития фауны в нашей области. П рави льн ее полагать, если не будет противопоказаний со стороны других разрезов, что здесь представлены две зоны, хорошо разграниченны е в разр е зе II. Мы считаем излишним д о казы в ать очевидную истину, что если в послойно изученном разр е зе обнаружено много горизонСтратиграфическая ' тов с фауной и в к аж д о й фауне есть последовательность отличия от других фаун, то недопу­ стимо только по одному этому р а с ­ см атри вать к а ж д ы й горизонт с ф а у ­ ной к а к самостоятельную зону» А ,[1964, с. 28]. Виды, образую щ ие сам остоятель­ В ные зоны, по В. И. Бодылевскому, С д олж ны быть всегда в одинаковых взаимоотнош ениях с видами других D зон — быть всегда выше или всегда ниж е их. Виды, удовлетворяю щ ие Е этому требованию по м а тери ал ам первого разр е за, исклю чаются из F списка зональны х после того, ка к данны е по второму р азр езу в ы я ви ­ ли их совместное нахождение. Такие ж е требования п р е д ъ я в л я ­ Рис. 9. Виды, по которым м о ж ­ но выделять зоны, по Г. Х ар­ ет к видам, по которым можно в ы ­ рингтону [H arrington, 1965] делять зоны, Г. Харрингтон [ H a r ­ rin gto n, 1965, с. 1622]: постоянное отсутствие окаменелостей видов Е или F стратиграфически ни­ ж е окаменелостей вида D (рис. 9). Эта формулировка плоха только тем, что она негативна. По Г. Харрингтону, получается, что если о двух видах К и L неизвестно вообщ е ничего, то по ним можно выделять зоны: ведь требование отсутствия вида К ниж е L в этом случае т а к ж е выполняется. В стратиграфии очень часты такие формулировки тр еб о в а­ ний к руководящ им видам: не повторяться в перекрываю щ их и подстилаю щ их отложениях. Их т а к ж е можно интерпретиро­ вать в смысле нашего определения стратифицирующ их при­ знаков. Примеры, приведенные В. И. Бодылевским и Г. Х аррингто­ ном, д аю т возможность построить, например, такие системы стратифицирующ их признаков: DC, DEF, B F (по Г. Х аррин г­ тону) , Ж И , AM, Б К. (по В. И. Б о д ы л е в с к о м у ). Рассмотрим процедуру построения системы стратиф ицирую ­ щих признаков (будем назы вать ее просто сводной шкалой, имея 78


ПОСТРОЕНИЕ СВОДНОЙ ШКАЛЫ

в виду сводную ш к ал у-и н стр ум ен т), используя приемы, обычно применяемые в практике стратиграфических исследований, но приводя их к форме, допускаю щ ей обраб отку на ЭВМ.

ПОСТРОЕНИЕ СВОДНОЙ ШКАЛЫ В качестве единственного источника фактического м а тер и ал а примем конкретные описанные разрезы, в которых н аблю дались стратиграфические отношения м е ж д у интересующими нас при­ знаками. Р а зр е зы разобьем на слои или интервалы, внутри которых не будем ан ал и зи ро вать распределение признаков. Подчеркнем, что эта операция — не расчленение р а зр е за в общепринятом смысле. В ы делять интервалы мож но совершенно произвольно — через 1 см, через 1 м, через 10 м и т. д. Они могут быть не равны друг другу и в одном и том же, и в разны х р азрезах. Если неко­ торый признак заф и ксир ован в данном и нтервале хотя бы в одной точке, будем считать его распространенны м в этом интер­ вале снизу доверху. Таким образом, д а ж е если отношения внутри интервала м еж д у п ризн акам и а и Ъ и будут упорядоченными, мы вынуждены будем считать их неупорядоченными. Понятно, что в наших интересах вы б рать максим ально узкие интервалы. Однако чем у ж е интервалы, тем их больше; соответственно увеличивается число измерительных и вычислительных оп ер а­ ций. Кроме того, многие признаки в узких и нтер вал ах не имеют смысла. Н апри м ер, крупные моллюски — в миллиметровых интервалах, соотношение мощностей песчаников и аргиллитов во флиш е — в 10-сантиметровых и т. д. Если в некоторой точке р а з р е з а многие признаки сменяю тся другими, нет см ы сла помещ ать эту точку внутрь интервала. Д е л а я ее границей и нтервала, мы сохраняем многие отношения порядка, полезные д ля будущих выводов. Ж е стк о е требование в разбиении на интервалы лишь одно: если мы приняли какое-то разбиение, его необходимо фиксировать и сохранять неизменным до конца всех проводимых операций, до конца корреляции. В процедурах корреляции и нтервалы будут выступать эл е м е н т а р ­ ными, неделимыми единицами. Р а з д е л и в все разр е зы на интер­ валы, зап и сы ваем признаки, отмеченные в к а ж д о м из интер­ валов. По м а тер и ал ам р а з р е з а I (пример В. И. Бодылевского) построим квад ратн у ю м атрицу (табл. 1). С трокам и столбцам м атрицы будут соответствовать все признаки, фиксированные в р азрезе I. Если признаки И и Б являю тся стратиф ицирую щ им и относительно друг друга и И выш е Б, поставим в строке. И на


ГЛАВА I I I . К О Р Р Е Л Я Ц И Я

пересечении со столбцом Б единицу. Д войкой обозначим проти­ воположное отношение — «ниже». Н а пересечении строки Б и столбца И ставим двойку. Если, например, п ризн ак В есть как выше, так и ниже Е, то они будут нестратифицирую щими отно­ сительно друг друга; тогда поставим на пересечении строки В и столбца Е тройку, так ж е к а к и на пересечении строки Е и Таблица 1 Квадратная матрица по разрезу I

А Б

в

г д Е ж

3

и к л м

А

3

3

3

3

3

3

3

з

3

2

Б

о О —

3

3

3

3

3

3

2

2

О C j 2

В

3

3 —

3

3

3

3

3

.3

О

3

3

Г

3

3

3

3

2

2

2

2

2

2

2

Д

3

3

3

3

3

о

3

3

3

2

2

Е

3

3

3

1

3 —

3

3

3

3

3

3

Ж

3

3

оо

1

3

3 —

о

2

2

2

2

3

3

3

3

1

3

3

3 —

2

2

2

2

И

3

1

3

1

3

3

1

1 —

3

2

2

К л

з

1

3

1

3

3

1

1

3 —

3

3

1

1

3

1

1

3

1

1

1

3

м

1

1

3

1

1

3

1

1

1

3

2

оо 3

столбца В. П р и зн ак и А и Б встречены совместно, значит, они тож е я в л яю тс я нестратиф ицирую щ ими друг относительно друга, поэтому ставим тройки на пересечении строки А и столбца Б и на пересечении строки Б и столбца А. Д а л е е зан оси м в матрицу м а тер и ал ы по р азрезу II (табл. 2), Если в к л етк е стоял символ 1 по данны м первого разр е за и при­ ходится зан оси ть ещ е единицу по данным другого разреза, остается то л ьк о одна единица. Точно так же, если в клетку с двойкой п о п а д а е т ещ е од на двойка или в клетку с тройкой п о п а д а ет ещ е одна тройка, символ в клетке не меняется: данные по второму р а з р е з у просто подтверж даю т выводы, сделанные на первом разр е зе. Если в клетку попадает единица по одному 80


П О С ТРО ЕН И Е СВОДНОЙ Ш К А Л Ы

разрезу и двойка по другому, то приходится ставить тройку, так ка к некоторые точки, о б ладаю щ и е одним из признаков, л е ж а т выше, а некоторые — ниже точек, об ладаю щ и х другим из при­ знаков, т. е. признаки явл яю тся нестратифицирующими друг относительно друга. Н а тех ж е основаниях сочетания тройки и единицы, тройки и двойки д олж ны д ав ать тройку: если хотя бы Таблица 2 Квадратная матрица по двум разрезам А А

Б

в

г д

Е

ж

3

и

к

Л

м

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

2

3

оо

3

3

3

3

2

2

2

2

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

2

3

3

2

2

2

2

3

3

3

3

3

2

2

3

3

оо

3

3

3

3

2

2

2

2

2

2

2

2

3

3

2

3

3

Б

:

В

«О»

3 —

Г

оО

3

3 -

д

3

3

3

3 —

Е

3

3

3

1

3 —

Ж

3

3

3

оо

3

3

3

3

3

3

3

оо

3

3

И

3

1

3

1

Q

3

■1

1

1

1

3

к

3

1

3

1

3

оо

л

3

1

3

1

1

3

1

1

3

3

м

1

1

3

1

1

3

1

1

1

3

---

3

3

в одном из разрезов есть точки с признаком В, располож енны е ка к ниже, так и выше точек с признаком Е, то данные по другим разр е зам могут лишь изменить количественные соотношения точек с признаком В, располож енны х выше и ниже точек с при­ знаком Е, но не опровергнут первоначального вывода. По этим правил ам занесем м атери ал ы в матрицу по всем другим р а з ­ резам, хотя бы их было сотни, тысячи. Если в такой окончатель­ ной матрице (табл. 2) стоит двойка на пересечении строки И л столбца М, это значит, что во всех р азр е зах (где встречены к а к И, так и М) И ниже М. Единица будет означать «всегда выше», тройка — отрицание утверждений «всегда выше» или 81


ГЛ АВА I I I . КО РРЕЛЯЦ И Я

«всегда ниже» (т. е. «иногда — выше, иногда — н иж е»). Если ж е нет ни одного р а зр е за, в котором был бы встречен к а к при­ зн ак S , т а к и п ризн ак Т, то кл етка в ‘матрице на пересечении соответствующих им строки и ст ол б ц а останется пустой. В матрице, построенной по м атери ал ам , приведенным В. И. Бодылевским, пустых клеток нет, к а ж д ы й призн ак имеет стратиграфические отношения о лю бым другим, но в матрицах, построенных на основании реального м атер и ал а, пустых клеток будет много. По м а тер и ал ам матрицы м ож ет быть построено несколько систем стратиф ицирую щ их признаков, другими словами, мож ет быть построено несколько вариантов сводной шкалы. Начнем построение сводной ш к ал ы снизу. Понятно, что оптимальными д л я использования в качестве основания ш калы были бы признаки, зал е га ю щ и е ниж е всех тех признаков, с которыми они имеют стратиграфические отношения, т. е. такие, которым будут соответствовать строки только с единицами и пустыми клетками. О днако таких признаков мож ет не о к а ­ заться. Возмож ен набор, в котором ни один из признаков не зал е га ет ниже всех остальных (рис. 10, а ) : а — н и ж е с, d, е, f, но является нестратифицирую щ им относительно 6; Ъ т а к ж е ниже с, d, е, /, но относительно а яв л яется нестратифицирующим. Н ет «самого нижнего» п ри зн ак а и в р азрезах , приведенных В. И. Б о д ы ­ левским. О слаби м требования: будем искать признаки, которые не располагаю тся выш е н икакого другого признака. Им будут соответствовать такие строки, в которых нет ни одной единицы, а, следовательно, только двойки, тройки или пустые клетки. Н о и здесь мы слима ситуация, когда таких признаков не ока ж етс я (рис. 10, б). Ясно, что предпочтительными в качестве основания ш калы были бы признаки а, b или с. Н о д л я п р изн ака а в р азр е зе I н аблю дается «а выше Ь»\ следовательно, в строке, соответ­ ствующей а, будет стоять единица на пересечении со столб­ цом Ь. Единица будет стоять и на пересечении строки с со столбцом а, и на пересечении строки b со столбцом с. П риходится опять о сл аб л ять требование и искать строки с минимумом единиц. В реальной обстановке наиболее часто минимумом будет именно отсутствие единиц, а среди строк, в которых отсутствуют единицы, многие не будут сод ерж ать и троек, а только двойки и пустые клетки. Д ругим и словами, мы все равно найдем признаки, л е ж а щ и е ниж е всех остальных. П редусмотреть ж е все мыслимые (хотя вроде бы и нереальные) ситуации необходимо д л я построения полного и точного ал го­ ритма, который д о л ж ен быть реали зо ван на ЭВМ. 82


П О СТРО ЕН И Е СВО ДНО Й Ш К А Л Ы

Если признаков, удовлетворяю щ их требованию «минимум единиц», о каж ется несколько, будем строить ряды д л я к а ж д о г о из них отдельно. П редполож им , таким признаком будет К. Выберем призн ак 5 , находящ ийся в отношении «выше» с К. За тем выпишем призн ак X, находящ ийся в отношении «выше» с S или одновременно с S и К и не находящ ийся в отношении «ниже» (и не являю щ ий ся нестратифицирую щ им) ни с одним из членов у ж е построенного данного ряд а, и т. д. Т аким образом, по одной и той ж е исходной матрице м ож но построить множество несовпадаю щ их рядов. В дальнейш ем из всего множ ества п р и ­ дется вы б рать единственный ряд, т а к к а к использование д ля корреляции сразу нескольких рядов мож ет привести к противо­ речивым выводам. Д л я иллю страции противоречий в корреляции приведем пример (рис. 11, а). I Рис. 10. Множества признаков, среди которых нет «самого ниж­ него» (а) или каждый из приз­ наков залегает выше какого-ни­ будь другого (б)

II

III

f е f

d с

е

а Ъ

d

а Рис. 11. Распределение призна­ ков (а), по которому можно по­ строить две взаимоисключаю­ щие схемы корреляции (б и в)

>

-

ы

ы

II I

II

Z

с

У

Ь

X

а

с

Z

Ъ

У

а

X

Z

с

У

Ь

X

II

I

а

с

с

Z

Z

Ь

Ь

У

У

а

а

X

X

Z

с

У

Ь

X

а

б 83


ГЛ А ВА I I I . К О РРЕЛ ЯЦ И Я

Есть д ва разреза. В одном из них н аб лю д аем ая последова­ тельность видов снизу вверх а, Ь, с, х, у, z, в другом — х, у, z, а, Ь, с. М атрица, соответствующ ая этим р азр е зам (табл. 3), позво­ л я е т построить стратифицирующ ие системы а, Ь, с и х, у, z. Таблица 3 Квадратная матрица по разрезам, приведенным на рис. 11 а

ь

а

2

b

1

с

1

1

X

3

3

3

У

3

3

3

1

Z

3

оо

3

1

С

X

2

О

2

г

у 3

О <_>

3

3

3

3

3

3

2

2

2

1

И спользование первой из систем д ает возможность построить некоторую схему корреляции (рис. 11, б ). Виды х, у, z в этом случае будут «проходящими по разрезу», «имеющими широкий стратиграфический диапазон». И спользование второй системы дает возможность построить другую схему (рис. 11, в ) . При такой корреляции «проходящими по разрезу» будут у ж е виды а, Ь, с. Ясно, что первый вар и ан т противоречит второму. Н еобхо­ димо вы брать лишь одну систему стратиф ицирую щ их п риз­ наков. Р еал и зуем предлож енную процедуру построения сводной шкалы на примере, приведенном В. И. Бодылевским. Т р е б о в а ­ нию «минимума единиц» отвечаю т строки матрицы (см. табл. 2), соответствующие п р и зн ак ам А, Б, В, Г, Д , Ж , 3 , — ни в одной из них пет знаков отношения «выше». Попробуем принять А за начало ряда. В строке А есть д вой ка на пересечении со столбцом М; значит, А ниже М. Строим р я д AM. П р о д о л ж ае тся ли он дальш е? В строке М нет двоек; значит, М не л еж и т ниже никакого д р у ­ гого признака, выше М ничего нет. Попробуем строить другой ряд начиная с Б. В строке Б есть двойки на пересечении со столбцами И, К, Л , М; строим Б И , БК , Б Л , БМ. П р о д ол ж аю тся ли эти ряды д альш е? В строке И есть двойка на пересечении со столбцом М. Значит, М выш е И. Чтобы признаком М н а д ­ строить ряд Б И , необходимо, чтобы в строке М не было двойки или тройки на пересечении со столбцом Б. Это требование выполняется. Строим Б И М . Выш е К и Л признаков нет; ряды 84


ВЫ БОР ВАРИАНТА СВОДНОЙ Ш КАЛ Ы

Б К и Б Л д ал ее не продолж аю тся. Начинаем новый ряд с п ри ­ знака В; д ал ее он не п родолж ается: в столбце В нет единиц. Ряды, начинающ иеся с Г: ГЕ, РИМ , ГК, ГЛ, ГМ и т. д. Всего по исходной матрице алгоритм позволяет построить такие последо­ вательности: AM, БИ М , БК , Б Л , БМ, В, ГЕ, ГИМ , ГК, ГЛ, ГМ, Д Л , Д М , Ж И М , Ж К , Ж Л , Ж М , З И М , ЗК , З Л , ЗМ. Становится ясно, что В. И. Бодылевский ошибался, считая, что здесь можно выделить только две зоны. Если руководство­ ваться выдвинутыми им ж е требованиями, можно выделить четыре последовательности из трех признаков к а ж д а я : БИ М , ГИМ, Ж И М , ЗИ М . П р и зн аки Г, И, М нигде не встречены сов­ м е ст н о — ни попарно (ГИ, ГМ, И М ), ни втроем (Г И М ); М везде выше И и Г, И везде выше Г. То ж е самое можно ск азать и о соотношениях признаков других последовательностей: БИМ* Ж И М , ЗИ М . К ак видно, д а ж е в простейшем примере ф о р м а л ь н ая алгорит­ мическая процедура позволяет выявить такие обстоятельства, которые «на .глаз», без алгоритм а остаются незамеченными. Если ж е р азрезов не два, а десятки, сотни и признаков не двенадцать, а тож е десятки, сотни, выделение зон «на глаз» будет или вовсе невозможным, или совершенно произвольным, субъективным. Без алгоритма, без ЭВ М здесь не обойтись. ВЫБОР ВАРИАНТА СВОДНОЙ ШКАЛЫ И з всех построенных рядов надо выбрать единственный, эталонный. Используем требования, обычно пред ъявл яем ы е х выбору зональных, руководящих, ортохронологических, архистратиграфических признаков. Все эти признаки д олж н ы быть не только не повторяю щимися в разрезе, но и иметь м а кси ­ мально широкий географический и максим ально узкий страти ­ графический диапазон. В каких единицах измерять географическое рас п р о с т р ан е­ н и е — в погонных километрах, в кв адратн ы х километрах? В любом случае потребуются дополнительные сведения; их полу­ чение и использование резко услож нит алгоритм. Н е ль зя ли обойтись материалом, уж е имеющимся в матрице? О казы вается, можно. Чем шире будет распространен признак по изучаемой те р ­ ритории, тем с большим количеством других признаков он будет находиться в стратиграфических отношениях, тем больше клеток в соответствующей ему строке матрицы будет заполнено (или меньше останется пустых клеток). А нельзя ли получить из матрицы и сведения о величине стратиграфического диапазона? О казы вается, и это можно. 85


ГЛАВА I I I . КО РРЕЛ ЯЦ И Я

Пусть в каком-то одном р азр езе есть несколько признаков, разл и чаю щ и х ся своим вертикальным распространением: при­ зн ак а распространен снизу доверху, b — только в верхней поло­ вине, с — только в нижней половике разреза, d, е, f, g имеют еще

а

Ь

с

d

е

f

Рис. 12. Распределение признаков с различной шириной стра­ тиграфического диапазона

g

более узкие вертикальные диапазоны (рис. 12). Построим м ат­ рицу по м а т ер и ал ам этого р азр е за (табл. 4) и для ка ж д о го при­ зн ак а подсчитаем число отношений «выше — ниже», в которые он вступает со всеми другими признаками. Это будет отвечать количеству единиц и двоек в строке матрицы, соответствующей Таблица 4 Квадратная матрица по разрезу, приведенному на рис. 12 6

с

d

е

f

g

3

3

3

3

3

3

0

1

3

3

1

1

3

2

2

3

3

3

1

1

1

4

а а b

3

с

3

2

d

3

3

1

е

3

о О

1

2

1

1

4

f

3

2

3

2

2

__

1

4

S

3

2

3

2

2

2

4

данном у признаку. О б н ару ж и в ается п олезная закономерность:, чем уж е стратиграфический диапазон признака, тем больше единиц и двоек содерж ит отвечаю щ ая ему строка матрицы. В результате получаем: признакам, имеющим наибольшеегеографическое распространение и наименьший стратиграф ич е­ ский диапазон, будут соответствовать в матрице строки, в кото­ 86


ВЫ БО Р ВА РИ А Н ТА СВОДНОЙ Ш КАЛ Ы

рых наибольшее количество клеток будет заполнено, причем в заполненных клетках содерж ится наибольш ее количество единиц и двоек. П р е д л о ж е н н ая нами процедура определения зональны х или руководящих признаков (видов), их выбора из всех имеющихся отличается от традиционных геологических определений лишь своей выводимостью из наблюдений и однозначностью, поэтому может считаться ф орм али заци ей общепринятых процедур. А л ­ горитм отдаст предпочтение граптолитам, аммонитам и п л а н к ­ тонным ф орам ин н ф ерам перед остаткам и бентонических ж и в от­ ных, .моллюскам — перед отдельными ф ормами опор или п ы л ь­ цы, органическим остаткам — перед породами, прослоям пеплов с отчетливыми индивидуальными чертами — п еред обычными песчаниками и глинами и т. д. Р еал и зуем предлож енную процедуру выбора на примере, приведенном В. И. Бодылевским. П одсчитаем количество единиц и двоек по всем строкам матрицы, соответствующим п ризнакам каждой из построенных стратиграф ирую щ их последовательнос­ тей: AM — 8, Б И М — 16,'Б К — 8, Б Л — 9, Б М — 11, В — О, ГЕ — 6, Г И М —17, Г К — 9, Г Л — 10, Г М — 12, Д Л — 7, Д М — 9, Ж И М — 16, Ж К — 8, Ж Л — 9, Ж М — 11, З И М — 16, з к — 8, З Л — 9, З М — И . Требованию максимального количества единиц и двоек отвечает ряд ГИМ. Его и выбираем в качестве сводной ш калы. При внимательном ан ал и зе разрезов становится понятным, почему р яд Г И М ок а зал ся предпочтительнее рядов Б И М , Ж И М , ЗИ М : хотя вертикальны е ам плитуды распростран ен ия п р и зн а­ ков Б, Г, Ж , 3 в разр е зе II и одинаковы, но в р азр е зе I п ри зн ак Г локал и зо в ан уже, чем Б, Ж , 3. В ари ан т сводной ш калы с максимумом единиц и двоек п ред­ ставл яется оптимальным н по другим причинам. 1. В дальнейш ем сводная ш к а л а будет использоваться д ля введения интервалов эквивалентности (или стратиграфических диапазонов) признаков, не вошедших в сводную ш калу. И н тер­ вал эквивалентности любого признака п р ед лагается у ста н а вл и ­ вать через отношения «выше — ниже», в которых он находится с п ри зн ак ам и ш калы . Понятно, что чем большее количество при­ знаков, не вошедших в ш калу, будет находиться в отношениях « в ы ш е — ниже» с п р и зн ак ам и ш калы, тем д ля большего их числа о каж ется возм ож н ы м установить стратиграфические диапазоны . 2. П р ов ер к а построенной сводной ш к ал ы по новым ф ак т и ­ ческим данны м мож ет привести к переводу некоторых ее членов, ранее считавшихся стратифицирующ ими, в нестратиф ицирую ­ щие. В соответствии с приняты м определением сводной шкалы они д о л ж н ы быть исключены из нее. Р яд, ран ее единый, р ас п а­ дется на несколько разрозненных звеньев. Если эти звенья бы­ ли связаны друг с другом только через исключенные элементы и 87


ГЛА ВА I I I . К О РРЕЛ ЯЦ И Я

ни один из членов одного звена не находился в отношениях «вы­ ш е — ниже» ни с одним элементом другого звена, «сшить» их воедино окаж ется невозможным. Понятно, что чем с большим количеством других членов ш калы связан ка ж д ы й член ш калы , тем больше возможностей д ля «сшивания» ее в случае любых разры вов, тем более устойчивой будет она при любых измене­ ниях, связанны х с поступлением нового фактического м ате­ риала.

В ВЕ Д Е Н И Е СВОЙСТВА ТРАНЗИТИВНОСТИ Д л я всех членов выбранной последовательности признаков вводим условие транзитивности: если а выше b и b выше с, то а выше с. Необходимость введения этого условия вы текает из того, что не д л я каж дого члена ш к ал ы мы имеем наблю дения над отноше­ ниями его с любыми другими членами. Например, k мож ет не встретиться ни в одной конкретной колонке совместно с т. Д л я этой пары призн аков мы выводим отношение из наблюдений над отношениями м еж д у k и х и меж ду х и т. П оскольку система признаков в ы б ран а таким образом, что л ю бая п ар а соседних членов св яза н а только одним отношением типа «выше — ниже» и п ри зн ак и в последовательности не повторяются, противоречия в выводе отношения м еж д у k к т через любой третий х и склю ­ чаются. Свойство транзитивности ка ж етс я таким самоочевидным, что у геолога мож ет возникнуть р азд раж ен и е: зачем р азж ев ы в ать элементарны е вещи? П ок аж ем , что отсутствие ограничений в ис­ пользовании этого свойства мож ет привести к противоречиям. П редставим д ва р азр е за (рис. 13, а). Отношение м еж д у i и j неизвестно, но попы таемся вывести его н а основе свойства транзитивности при использовании связующ их элементов х или у. И спользуя х, получаем: i ниж е х, а х ниже /, значит, i ниж е / (рис. 13, б). И спользуя у, получаем: i выше у, а у выше /, з н а ­ чит, i выш е / (рис. 13, в). Подчеркнем, что отсутствие противоречий при пользовании свойством транзитивности мы можем пока гаранти ровать лишь при приняты х жестких ограничениях — только д ля признаков ш калы. В дальнейш ем область применения свойства будет р а с ­ ширена, но это п отребует дополнительных условий. Выведенные логическим путем н енаблю даем ы е отношения по­ ряд ка требуют пояснения. Согласно определению отношения «выше» или «ниже» имеют смысл только д ля тел, у которых есть точки, л еж а щ и е на одной вертикали. Тела же, д ля которых мы выводим отношение через свойство транзитивности, не л е ж а т на 88


ВВЕД ЕН И Е О ТНОШ ЕНИЙ ЭКВИ ВАЛЕНТНО СТИ

одной вертикали. Здесь неявно введено предсказание, э к стра п о ­ ляция: если они встретятся где-то совместно, то отношения м е ж ­ д у ними будут именно такими.

Рис. 13. Д в а разреза (а) и отношения между признаками, которые можно установить (б) через посредство признака х и (в) через посредство признака у

В ВЕ Д Е Н И Е ОТНОШЕНИЙ ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ Среди признаков, не вошедших в сводную ш калу, многие могут о казаться полезными для корреляции. Н апример, д р о б ­ ность расчленения, которую обеспечивает сводная ш к ал а, мож ет быть чрезмерна, а к а ж д о е картируемое тело мож ет обнимать сразу несколько п одразделен ий ш калы. В этом случае будут п о ­ лезны ми и признаки, границы которых п ересекаю тся с г р ан и ц а­ ми этих подразделений, но не п ересекаю тся с границами других подразделений. В озможен и другой случай. Пусть п р и зн ак k — нестратифицирую щий по отношению ко всем п р и зн ак ам ш калы, кроме т. Но и такой призн ак мож ет оказаться полезным, н а ­ пример, д ля установления стратиграф ических отношений между двум я телами, о которых неизвестно ничего, кроме наличия в одном из них п р и зн ак а k, а в другом призн ака т. Практически только признаки, нестратифицирую щ ие по отношению ко всем признакам ш калы, не принесут никакой пользы. Чтобы использовать признаки, оставш иеся за бортом при по­ строении сводной ш калы, введем отношение эквивалентности. Пусть «быть эквивалентны м » в общем случае значит «иметь такое ж е отношение». В зависимости от того, с чем именно п р и ­ знак имеет такое ж е отношение, вы делим различны е частные виды эквивалентности. О д н о с т о р о н н я я э к в и в а л е н т н о с т ь . Если а ниже члена ш к ал ы т и b т а к ж е ниж е члена ш к ал ы т, то а э к в и в а ­ лентно b относительно т вне зависимости от того, каковы непо­ средственные стратиграфические отношения м еж д у ними. 89


ГЛАВА I I I . К О РРЕЛ ЯЦ И Я

Если т — какой-либо аммонит, то любой трилобит э к в и в а ­ лентен лю бому другому трилобиту, лю бому граптолиту, т ак как все они зал е га ю т всегда ниже аммонитов. Л ю бы е руководящие признаки венда, рифея, синия эквивалентны д руг другу ка к докембрийокие. Это определение, введенное в более ранней раб оте (Салин, 19746), требует уточнения. П о дразум евалось, что со всеми чле­ нами ш калы, л еж а щ и м и выш е т , оба п р и зн ак а а и b та к ж е име­ ют одинаковые отношения, а именно располагаю тся н иж е их. Если не р ассм а т р и в ать исключительно редкий случай, когда оба п р и зн ак а действительно имеют н аб лю д ае м ы е отношения «ниже» со всеми членами ш калы, это возм ож но лишь при распростран е­ нии свойства транзитивности н а взаимоотнош ение признаков ш к ал ы с признаками, не вошедшими в ш калу. Р асп ространи ть свойство транзитивности можно было бы следующим образом: если а ниж е члена ш к ал ы т, будем считать его л еж а щ и м тем более н и ж е всех членов ш калы, л еж а щ и х вы ш е т. О днако если в столбце матрицы, соответствующем п ри зн ак у а или Ь, на пере­ сечении со строкой, соответствующей какому-либо признаку ш калы выше т, стоит двойка или тройка, возникает противо­ речие. Н апример, д ва вида распространены во всех р а з р е з а х ниже руководящ его вида, по которому мы проводим подошву неогена, но один из них встречен т а к ж е совместно с плиоценовым видом (т. е. видом — членом сводной ш калы, который мы приняли за определяю щий данный у р о в е н ь ), или выше его. Ясно, что нельзя п риравнивать их друг к другу ка к одинаково донеогеновые. Н е ­ обходимо специальное условие, исключающее возм ож ность про­ тиворечия. Введем это условие в определение односторонней эквивалентности. П р и зн а к и а и b односторонне эквивалентны д р у г другу от­ носительно члена ш калы т, если ка ж д ы й из них ниж е т и не находится в отношении «выше» или «быть н естратиф иц и рую ­ щим» ни с одним из членов ш калы, залегаю щ и х вы ш е т. Аналогично определяется отношение односторонней э к в и в а­ лентности и д л я признаков, каж д ы й из которых выше т. Д в у с т о р о н н я я э к в и в а л е н т н о с т ь . Если а и b од­ носторонне эквивалентны друг другу относительно т и располо­ ж ены ниж е его и к тому ж е односторонне эквивалентны друг другу относительно k и располож ены выше его и если, кроме того, т л еж и т вы ш е k, будем говорить, что а эквивалентно b относительно т и k, или а эквивалентно b в интервале т — k вне зависимости от того, каковы непосредственные стр ати граф и ч ес­ кие отношения м е ж д у ними. Например, д ва одинаково домиоценовых и одинаково послеэоценовых вида эквивалентны друг другу ка к олигоценовые. 90


В ВЕД ЕН И Е О ТНО Ш ЕНИ Й ЭКВИ ВАЛЕН ТН О СТИ

Полная эквивалентность. П ризнаком , полностью эквивалентным элементу ш к ал ы т, будем назы вать такой при­ зн а к а, который односторонне эквивалентен т относительно не­ посредственно следующего члена ш калы и относительно н еп о­ средственно предыдущего и располож ен ниже следующего и в ы ­ ше предыдущего. В качестве вида, полностью эквивалентного M o n o g r a p tu s um fo rm is, мог бы выступать вид, постоянно залегаю щ и й выше M o n o g r a p tu s tra n sg red ien s и ниже вида, непосредственно сме­ няющего M o n o g r a p tu s u niform is в зональной последователь­ ности. Нетрудно убедиться, что все три введенные отношения об ­ л а д а ю т свойствами рефлексивности, симметричности н тр ан зи ­ тивности и, следовательно, являю тся отношениями экв и в ал ен т­ ности. И спользование отношений эквивалентности позволяет п ерей ­ ти от корреляции при помощи единичных признаков к к о р р е л я­ ции по комплексу эквивалентны х признаков. Построим прямоугольную матрицу. Строки ее обозначим си м ­ волами признаков сводной ш к ал ы и пронумеруем снизу вверх от первого элемента ш калы до последнего. Столбцы матрицы обо­ значим символами признаков, не вошедших в сводную шкалу. Клетки таблицы заполняем символами отношений из по­ строенной ранее квадратной матрицы. Все признаки, с которыми один из членов ш к ал ы находится в отношении «выше» (и ни один более высоко залегаю щ и й не находится в отношениях «ни­ же» или «быть нестратиф ицирую щ им »), а другой член ш калы, расположенный н и ж е первого, находится в отношении «ниже» (и ни один из н и ж ел еж а щ и х не находится в отношениях «выше» или «быть нестратиф ицирую щ им »), находятся в отношении д в у ­ сторонней эквивалентности к а к друг с другом, так и с любым членом самой ш калы, располож енны м в интервале м е ж д у отме­ ченными членами ш калы. В наших интересах вы брать наиболее узкий интервал эквивалентности, поэтому мы вы бираем н а и б о ­ лее низко залегаю щ и й член сводной ш калы, находящ ийся с а н а ­ лизируемыми п ри зн ак ам и 1в отношении «выше», и наиболее в ы ­ сокий член ш калы , находящ ийся с анализируемы ми п ри зн ак ам и в отношении «ниже». Н апример, если д ва вида за л е га ю т ниже подошвы миоцена и ниже подош вы плиоцена и одновременно выше кровли палеоцена и выше кровли эоцена, лучш е считать, что они эквивалентны друг другу ка к олигоценовые. И н тервал эквивалентности мы имеем п раво произвольно р а с ­ ширять: если а и b располож ены в ш к ал е ниже т , то они будут тем более н и ж е р, залегаю щ его в ш к ал е выше т. Аналогичное рассуж дение можно провести и относительно нижней границы интервала эквивалентности. Д в а олигоценовых вида экв и в ал ен т­ 91


ГЛ АВА I I I . КО РРЕЛ ЯЦ И Я

ны друг другу и ка к палеогеновые, и ка к кайнозойские. П р о и з­ вольно су ж ать и нтервал эквивалентности нельзя. Д е л а т ь такие выводы мы получаем право, распр остран яя свойство тран зи ти в ­ ности на взаимоотношения признаков, не вошедших в ш калу, с п ризн акам и ш калы. Напомним, что свойство транзитивности отношения «выше» мы распространили следующим образом:- связую щ ий элемент д олж ен сл у ж и ть верхней границей и нтервала эквивалентности или быть элементом, залегаю щ и м выше этой границы (а н а л о ­ г и ч н о — быть ниж ней границей интервала или зал е га ть н иж е ее). Тогда не в озникает противоречия в выводе отношений м е ж ­ ду k, не являю щ им ся членом ш калы, и лю быми членами ш калы. П ри необходимости мы мож ем все члены самой сводной ш калы, распол ож енн ы е в интер вал е м еж д у т и t, объединить отношением эквивалентности относительно m — t к а к друг с д р у ­ гом, так и с другими признаками, не вошедшими в сводную ш к а ­ лу, но эквивалентным и д руг другу в интервале т — t. Т а к ж е можно деформировать и одностороннюю экв и в ал ен т­ ность. Верхнюю гр ан и цу односторонней эквивалентности можно произвольно поднимать, нижнюю — опускать; обратное д ел ать нельзя. Такие приемы часто будут необходимы при более далекой, хотя пусть и более грубой, корреляции разрезов. Все призн аки из комплекса, вошедшего в интервал э к в и в а ­ лентности, можно р ассм атривать к а к связанны е логическим сою ­ зом «или». Все эквивалентны е п р изн ак и в заим озам еняем ы : вы ­ вод о корреляции, сделанны й по а, остается прежним, если мы заменим а эквивалентным ему Ь. Это обстоятельство становится чрезвычайно важ ны м , если ни а, ни b не распространены повсе­ местно: возможность обнаруж ения хотя бы одного из нескольких призн аков гораздо выше, чем возможность обнаруж ения одного определенного из них. Р асш и р я я интервал эквивалентности, мы уменьш аем дробность расчленения, но одновременно резко у в е­ личиваем число эквивалентных признаков; тем сам ы м увеличи­ вается возможность о б н а р уж ен и я одного из них, а значит, и р а ­ ботоспособность, «дальнодействие» корреляции. Д остаточно очевидно, что понятие «интервал эквивален тн ос­ ти» можно представить к а к формализацию , логическое уточне­ ние традиционного понятия «стратиграфический диапазон». Если имеющиеся определения п редставляли данное понятие ка к чисто умозрительное, не выводимое из наблюдений, или же, к а к это отмечал Г. П. Леонов [1974], приводили к логическому кругу, то п р ед лагаем ое определение однозначно и выводимо из н аб лю д е­ ний без логического круга. М атериальной основой, носителями стратиграфических диапазонов являю тся стратиф ицирующ ие 92


ВВЕД ЕН И Е О ТНО Ш ЕНИ И ЭКВИВАЛЕН ТН О СТИ

признаки (зональные, руководящ ие формы) выбранной последо­ вательности. Понятно, какое огромное значение п риобретает обоснование и выбор системы стратифицирующ их признаков. Проиллю стрируем процедуру установления интервалов экв и ­ валентности на примере, приведенном В. И. Бодылевским. П о ­ строим прямоугольную м атрицу (табл. 5), где Г, И, М — члены сводной шкалы. Двусторонних эквивалентностей здесь не устанавливается-— в матрице нет столбцов, со д ерж ащ и х единицу на пересечении Таблица 5 Прямоугольная матрица для установления эквивалентности

А Б В Д Е Ж 3 к Л м

1 1 3 1 3 1 1 3

3

и

3 1 3 3 3 1 1 3

3

г

3 3 3 3 2 3 3 2

2

со строкой iM и двойку н а пересечении со строкой Г. Установим односторонние эквивалентности. П р и зн ак у Г относительно И эквивалентны (л е ж а т ниже И) признаки Б, Ж , 3; в столбцах, соответствующих Б, Ж и 3, стоят единицы на пересечении со строкой И и нет двоек или троек на пересечении со строками выше И. П ри зн аки А, Б, Д , Ж , 3 односторонне эквивалентны п ризн аку И относительно М (л е ж а т н и ж е М ) . П ри зн аки Е, К, Л односторонне эквивалентны п ри зн ак у И относительно Г (л е ж а т выше Г ). П ризнаков, односторонне эквивалентны х М относи­ тельно И (л еж ащ и х выше И ), нет. Д л я п р и зн а к а В не удается установить ни двусторонней, ни односторонней эквивалентности. И зоб рази м полученные р езультаты на схеме (рис. 14, а). Стрелки, направленны е вниз, означаю т, что у н а с нет данных, позволяю щих ограничить снизу стратиграфический д иапазон данного п ри зн ак а. Д л я В приходится у к а зы в ат ь неограничен­ ное (пока) распространение в обе стороны. Д л я признаков Б, Ж , 3 удалось за д а ть сразу по д ва ограничения сверху — к а ж д ы й из них зал е га ет одновременно ниж е И и ниже М. К а к у ж е говори­ лось, в наших интересах вы брать наиболее низкую границу од­ носторонней эквивалентности, ограничиваю щ ую его стр а т и гр а­ фический д иапазон сверху: если о двух в ид ах известно, что они одновременно дочетвертичные и донеогеновые, мы выбираем более определенное указание. С охраняем д ля Б, Ж , 3 только более короткие стрелки (рис. 14, б). 93


ГЛ А ВА I I I . К О Р Р Е Л Я Ц И Я

П ризнаки, п р ин ад л еж ащ и е к двум разны м непересекающимся стратиграфическим д иапазо нам , в конкретных разрезах д о лж н ы находиться в отношениях «выше — ниже» друг с другом. Если ж е они будут встречены совместно в одном и том ж е п л а с ­ те, возникает противоречие, которое можно исключить путем расш ирения стратиграф ических диапазонов призн аков до п ере­ сечения друг с другом. Это п озволит им иметь лю бые в з аи м о о т­ ношения, и в то ж е время ка ж д ы й из призн аков окаж ется по лез­ ным при корреляции, п о зво л я я д ел ать вывод пусть о более ш и­ роком, но все ж е об ограниченном стратиграфическом д и а п а ­ зоне.

м и г

м и г

1 1 1 Б Е З

'4 4 А Б Д Ж З Е

KJTB

Б Ж З А Д Е К Л В

а

б

Рис. 14. Стратиграфические диапазоны признаков. Пояснения в тексте

С делать и нтервалы пересекаю щ имися можно разны ми спосо­ бами: р асш и ряя один и о ста в л я я другой неизменным, расш и ряя второй и о ставл яя неизменным первый, наконец, р асш и ряя оба до пересечения. Расш ирение стратиграфического д и ап азон а любого п р и з н а к а —-явление нежелательное: многие другие при­ знаки, р ан ее бывшие стратифицирующ ими относительно него, становятся нестратифицирующими. С ледует оставлять без изм е­ нения диапазон более полезного пр изн ака, а расш и рять д и а п а ­ зон менее полезного. Согласно принятом у ранее критерию более полезным будем считать признак, имеющий большее количество единиц и двоек в соответствующей ему строке квадратной м а т ­ рицы. Расш ирени е д и а п а зо н а менее полезного п ризн ака будем про­ изводить так: если это призн ак н и ж ел еж а щ его диапазона, п о д ­ нимаем верхнюю границу д и ап азон а н а один элемент выше н и ж ­ ней границы вы ш ел еж ащ его диапазо на более полезного п ри зн а­ ка. Если менее полезный признак п р и н ад л еж и т к в ы ш е л е ж а щ е ­ му д иапазону по сравнению с более полезным, поступаем н аоб о ­ рот. Совокупность связей, содерж ащ и хся в сводной ш к ал е и ее диапазонах, будет использоваться в качестве аксиоматического к а р к а с а методики идентификации. П ок а нет дополнительного м а тери ал а, позволяю щ его подтвердить или опровергнуть по­ 94


К О РРЕЛ Я Ц И Я НА О СН О ВЕ И СП О Л Ь ЗО ВА Н И Я СВО Д НО Й Ш КАЛ Ы

строенную ш калу, будем экстраполи ровать все связи на любые ситуации, не з а д а в а я наперед никаких ограничений. Д л я иден­ тификации с помощью ш к ал ы необходимо принять еще одну а к ­ сиому: г р а н и ц ы и д е н т и ф и ц и р у е м ы х т е л н е п е р е ­ секают границ и н т е р в а л о в сводной шкалы.

КОРРЕЛЯЦИЯ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВОДНОЙ ШКАЛЫ Перенумеруем все м акси м альн о узкие стратиграфические диапазоны: 1; 2; 3; ... Единицей обозначим признаки, з а л е г а ю ­ щие ниже второго снизу члена; двойка будет обозначать интер­ вал эквивалентности м еж д у первым и третьим членами, трой­ к а — интервал эквивалентности м е ж д у вторым и четвертым чле­ нами и т. д. Б олее широкие стратиграфические д иапазо ны будем обозначать последовательностями тех ж е цифр, р азделенн ы х з а ­ пятыми. Н апример, диапазо н м еж д у первым и п яты м снизу чле­ нами ш к ал ы будет записан к а к 2, 3, 4; диапазо н м еж д у вторым и восьмым членами — 3, 4, 5, 6, 7 и т. д. В прим ере В. И. Бодылевского обозначим Г— 1; Б — 1; Ж — 1; 3 — 1; И — 2; М — 3; А — 1,2; Д — 1, 2; В — 1, 2, 3; Е — 2,3; Л — 2,3. Составим список признаков, содер ж ащ и хся в к а ж д о м м акси ­ мально узком стратиграфическом диапазоне. Очевидно, в этот список попаду т к а к признаки, ограниченные этим диапазоном (в том числе и сам член ш к а л ы ), так и «проходящие по разрезу». П ризнаки с более широкими, чем минимальный, д иапазонам и попадут в списки сразу нескольких последовательных и нтерва­ лов. В д и ап азо н е 3, например, будут перечислены признаки, упо­ мянутые в диапазо нах: 3; 2, 3, 4; 3, 4, 5, 6, 7, 8 и т. д. Основанием для отнесения к д иапазону 3 будет служить наличие соответст­ вующей цифры в обозначении д и ап азон а какого-либо призн ака. П р и зн ак с диапазоном 2, 3, 4 попадает в список второго, в спи­ сок третьего и в список четвертого диапазонов. В прим ере В. И. Бодылевского в список зонального ком плек­ са зоны Г попадут: Г, Б, Ж , 3, А, Д , В; в список комплекса зоны И: И, А, Д , В, Е, К, Л ; в список ком плекса зоны М: М, В, Е, К, Л. Окончательный вид сводной ш к ал ы с ее списками каж дого стр а­ тиграфического д и а п а зо н а приведен в табл. 6. К орреляцию слоев конкретных разрезов друг с другом осу­ щ ествляем путем установления их места в сводной ш кале. Место в ш к ал е определяем сравнением списков. Список первого снизу слоя первого конкретного р а зр е за начинаем сравнивать со спис­ ком самого нижнего д и а п а зо н а ш калы . Если все п р изн аки слоя числятся и в списке д и апазона, п рисваиваем ему индекс 1. Если 95


ГЛ А ВА I I I . К О РРЕЛ ЯЦ И Я

хотя бы один призн ак сл о я не значится в списке самого нижнего диапазона, индекс 1 не мож ет быть присвоен. Переходим к ср а в ­ нению со вторым диапазоном. Если все признаки слоя присутст­ вую т и в списке второго диапазона, слою присваивается и ин­ декс 2. Таким ж е образом сравниваем список первого слоя первого конкретного р а зр е за с остальными д иапазонам и ш калы. В озмож ны такие ситуации: 1) слою присвоен индекс одного Таблица 6 Сводная шкала

м

в Е К Л

и

в Е К Л А

г

Б А Д В Ж 3

д

диапазона; 2) слою присвоен индекс нескольких п о сл ед о в ател ь­ ных диапазонов, например 2, 3, 4, 5,— в этом случае будем гово­ рить о «нерасчлененных п одразделен иях ш к ал ы 2 — 5»; 3) н а к о ­ нец, возм о ж н а и т а к а я ситуация, когда слою не присвоен ни один из индексов, т. е. и м ею щ аяся ш к а л а никак не помож ет при сокращении вариантов корреляции. Т а к ж е индексируем все слои всех конкретных разрезов. О с­ тается лишь при корреляции н алож и ть требования, чтобы слои одного р а з р е з а соединялись только с такими слоями другого р а з ­ реза, которые индексированы одними и теми ж е индексами. Попробуем ск оррелировать р азр езы , приведенные В. И. Бодылевским, на основе построенной сводной ш к ал ы (рис. 15). С равниваем список признаков первого снизу слоя первого р а з р е з а с самы м нижним зональны м комплексом. Все признаки сравниваемого списка ок а зы в аю тс я общими с п ризн акам и зоны Г. П ри сваи ваем н и ж н е м у подразделению первого р а з р е з а ин­ декс 1. Переходим к сравнению второго списка. От ком плекса зоны Г он отличается наличием п ризн ак а Е, от ком плекса зоны И — наличием Б, Ж , 3, от ком плекса зоны М — наличием А, Б, Ж , 3. И м е ю щ ая ся ш к а л а с ее стратиграфическими д иа п а зо н а м и не п озволяет прокоррелировать это подразделение. Воспользуемся правом расш и рять стратиграфические д и а п а ­ зоны, произвольно поднимать верхние границы односторонней эквивалентности и опускать нижние. Опустив нижню ю границу интервала эквивалентности призн ака Е, мы добьемся общности анализируемого списка с комплексом зоны Г, подняв верхние границы Б, Ж , 3, добьемся общности с комплексом зоны И. К ак 96


К О РРЕЛ ЯЦ И Я НА О СНО ВЕ И СП О Л ЬЗО ВАН И Я СВО Д НО Й Ш К А Л Ы

договорились ранее, без изменений будем оставлять границы э к ­ вивалентности более полезных признаков. И так, Е или Б, Ж , 3? В строке квадратн ой матрицы, соответствующей Е, стоит только одна единица, в стро к ах Б, Ж , 3 количество единиц и двоек с о ­ с та вл я ет 12. О пускаем границу интервал а эквивалентности при­ зн ак а Е. Все признаки анализируемого списка оказы ваю тся общими с комплексом зоны Г п реобразован ной таким образом I

II

В Е К Л М А В Д И К

2

AB И К Л

1 А Б Е Ж 3 Рис. 15. Схема корреляции р аз­ резов I и II

1 А Б В Г Д

1 А Б В Г Ж 3

сводной ш калы. Приписываем в тором у снизу подразделению р а зр е за I индекс 1. Все п р изнаки третьего снизу слоя того ж е р а з р е з а о к а з ы в а ­ ются общими с комплексом зоны И, четвертого — с комплексом зоны М. П р и сваи ваем им соответственно индексы 2 и 3. Н иж ний слой второго р азр е за получает индекс 1, верхний — 2. Коррелируем р азр езы в соответствии с индексацией (см. рис. 15). П ример В. И. Бодылевского хорош в том смысле, что он д о­ статочно прост и позво л яет «на глаз» оценить резу л ь тат к о р р е ­ ляции. С читая «... излишним д оказы в ать очевидную истину, что если в послойно изученном разр е зе обнаруж ен о много горизон­ тов с фауной и в к аж д ой фауне есть отличия от других фаун, то недопустимо только по одному этому р ассм атр и в ать к а ж д ы й горизонт с фауной ка к самостоятельную зону» [Боды левский, 1964, с. 28], и в ы д ел я я зоны, «не повторяю щиеся ни в более в ы ­ соких, ни в более низких горизонтах» и поэтому «отр аж аю щ и е этапы р азв и ти я фауны в н аш ей области», надо п р изнать, что можно выделить три зоны Г, И, М, одна из которых (М) со д ер ­ ж ится только в первом разрезе. Вид — индекс этой зоны — от­ сутствует во втором разрезе. Поэтому верхний слой первого р а з ­ р еза и не находит ан ал ога во втором. К орреляц и я других п од ­ разделений ещ е более очевидна.

4

Ю. С. Салин

97


ГЛ А ВА Ш . КО РРЕЛ ЯЦ И Я

КОРРЕКТИРОВКА, ДОСТРОЙКА, Д Е Т А Л И ЗА Ц И Я СВОДНОЙ ШКАЛЫ ПО НОВОМУ ФАКТИЧЕСКОМУ МАТЕРИАЛУ Обычно в процессе использования построенной сводной ш к а ­ лы и стратиграфических диапазонов поступает дополнительный фактический м атери ал о взаимоотношениях признаков, так как описываются все новые и новые разрезы. Этот м атери ал можно вводить в прямоугольную матрицу по мере его поступления. Н о ­ вый м атери ал м ож ет значительно видоизменить шкалу. Вводя процедуру проверки и перестройки сводной ш к ал ы по новому материалу, мы тем сам ы м вводим кибернетический элем ент в методику идентификации. П р е ж д е всего необходимо проверить, подтверж даю т ли но­ вые данны е сделанные ранее выводы о последовательности стр а­ тифицирующих признаков, выбранных в качестве элементов сводной ш калы. Например, по границе зон M o n o g ra p tu s uniform is и M onograptus tra nsgred ien s проводится граница силура и девона. П о ­ дош ва зоны M o n o g r a p tu s u niform is мож ет выполнять роль ос­ нования девона только до тех пор, пока все находки этой формы располож ены выше находок M o n o g ra p tu s transgrediens. Если где-то эти виды будут обнаруж ены совместно или в противопо­ лож ных отношениях, то нельзя будет выделять п осл ед ов ател ь­ ные зоны, нельзя будет проводить по их смене и границу силура и девона [Леонов, 1974]. К прямоугольной матрице припишем столбцы, соответствую ­ щие п ризн акам ш калы, начиная с самого верхнего признака. Согласно транзитивности отношения порядка в данной последо­ вательности, правее и выше д иагонали квадратной подматрицы, образованной новыми столбцами, в клетках всюду будут стоять единицы, левее и ниже диагонали — двойки. Начнем заносить в матрицу новые наблюдения. Если символы отношений в к аж д ой клетке будут дублировать у ж е имеющиеся, это значит, что новый фактический м атери ал п о дтв ер ж дает по­ строенную последовательность. Если ж е в какую-то клетку п ри ­ ходится вносить знак, отличный от имеющегося в ней, это з н а ­ чит, что признаки, соответствующие этой клетке, не являю тся стратифицирующ ими друг относительно друга и д олж ны быть удалены из ш калы. С окращ аем число строк матрицы на два «дисквалифицированных» призн ака. В озникает необходимость проверить, мож ет ли быть построе­ на сводная ш к а л а без «дисквалифицированных» признаков, не являлись ли они единственным связующим звеном д ля оставш их­ ся частей последовательности. Д л я этого необходимо снова про­ извести построение сводной ш калы по квадратной матрице. Если


К О РРЕКТИ РО ВКА, Д О СТРО Й КА, Д ЕТА Л И ЗА Ц И Я СВО Д НО Й Ш КА Л Ы

удалось построить ш к ал у из оставш ихся 'частей, то мож но попрежнему использовать ее д л я последующих операций. Если по­ следовательность, уд овлетворяю щ ая требованию «максимум единиц и двоек», будет иной, то ее и придется взять в качестве новой основы ш калы. Т ак к а к подобное перестроение ш к ал ы св язан о с гром оздки­ ми вычислительными операциями, мож но п ред лож и ть более экономную процедуру. Если в наборе эквивалентны х призн аков имеются признаки, полностью эквивалентны е обоим выброшенным п ризн акам , то можно просто заменить «дисквалифицированны е» п ризн аки э к ­ вивалентными и оставить ш к ал у в п р еж н ем виде. Если п о л ­ ностью эквивалентных признаков несколько, вы бираем среди них самый полезный (т. е. содерж ащ ий в соответствующей ему строке квадратной матрицы наибольш ее число символов 1 и 2). Если самых полезных призн аков несколько (с равным количест­ вом единиц и д в о е к ) , выбор среди них единственного мож ет быть произвольным. Кроме наблюдений, касаю щ ихся взаимоотношений меж ду признаками самой ш калы, новый м атери ал д оставл яет сведения о соотношениях признаков, не вошедших в ш калу, с п ризн ак ам и ш калы, а иногда так ж е вводит новые признаки, не о б н а р у ж е н ­ ные в стары х колонках. В этом случае приходится приписы вать к прямоугольной матрице новые столбцы. Возможно, новый м атери ал доставит сведения о признаках, залегаю щ и х выше самого верхнего члена ш калы, с которыми ни один член ш к ал ы не имеет отношений «выше» и «быть н е с т р а ­ тифицирующим». П о явл яется возможность достроить ш к ал у вверх. Д л я этого строим квадратн ую матрицу, в строки и столб­ цы заносим все признаки, обнаруж енны е выше самого верхнего члена ш калы. У страиваем полный перебор («каж ды й с к а ж ­ дым») по данны м непосредственных наблюдений и строим ф р а г ­ мент сводной ш калы по методике, описанной выше. Полученный фрагм ент п ристраи ваем сверху к имевшейся ранее шкале. Т ак ж е поступаем с признаками, расположенны ми ниже самого нижнего члена шкалы. Возможно, нас не удовлетворяет дробность ш к ал ы в каком -то из ее интервалов и мы предполагаем, что новый м атери ал п о ­ мож ет нам д етал и зи р овать имею щ ую ся последовательность. Д л я этого надо вы брать все признаки, эквивалентные друг другу в интересующем нас интервале, и перебрать их «каж д ы й с к а ж ­ дым» в квадратной матрице; по квадратн ой матрице построить звено сводной ш калы и вставить его в о б разовавш ую ся на клес­ те и нтервала эквивалентности брешь. Таким образом мож но д е­ тализировать любой интервал ш к ал ы или по отдельности любое количество таких интервалов. 99

4*


ГЛ А ВА I I I . К О Р РЕЛ Я Ц И Я

Если дробность ш к ал ы избыточна д л я наш их целей, мы легко мож ем сделать ее более грубой, произвольно расш ирив любой интервал эквивалентности и «свалив в одну кучу» все признаки, попавш ие в этот расш иренный и н те рва л эквивалентности. Если в ш к ал у введены новые члены, необходимо проверить, не о тр азя тся ли эти изменения на уж е построенных интервалах эквивалентности. Д л я этого надо посмотреть в исходной к в а д р а т ­ ной матрице, нет ли в строке, соответствующей новому члену, ш

IV

О Т с

О С

г в

г в р т

А Р Д Е

Ж3 в

л

А Б Г П ---------------

к

м

P,iC- 1®' разреза

Д ва дополнительных

двоек или троек на пересечении со столбцами, соответствующи­ ми п р и зн ак ам всех вы ш ел еж а щ и х диапазонов, и единиц или троек на пересечении со столбцами, соответствующими п р и зн а­ кам всех н иж ел еж а щ и х ди ап азон о в . В случае о б н а руж ен и я т а ­ ких столбцов необходимо расш ирить стратиграфический д и а п а ­ зон соответствующих им признаков, включив в этот р а с ш и р ен ­ ный д иапазон новый член ш калы : д ля н и ж ел еж ащ и х диапазонов следует поднять верхнюю границу вы ш е нового члена; д ля в ы ш е ­ л е ж а щ и х — опустить нижнюю границу ниж е его. Интересно, что в качестве «стартовой» сводной ш к ал ы можно принять ш калу, сущ ествовавшую д л я данной территории до м а ­ тематических построений. Всю совокупность разрезов в таком случае следует использовать д ля процедуры корректировки, до­ стройки и детал и зац и и ш к ал ы к а к новый фактический м атериал. Естественная стыковка результатов традиционных и м атем ат и ­ ческих построений оказы вается возможной вследствие п р иб л и ­ ж ени я математических методов корреляции к обычным приемам практической работы стратиграф а. Проиллю стрируем предложенную методику. У сложним при­ мер В. И. Бодылевского. Допустим, получены д ва дополнитель­ ных р а з р е з а III и IV (рис. 16). Конечно, можно обойтись и безо всяких процедур корректи­ ровки, проверки и достройки ш калы: по м а тер и ал ам всех и м ею ­ щихся четырех р азрезов снова строим ш к ал у и ее диапазоны , а появится пятый, шестой и последующие р а зр е зы — снова и снова повторяем процедуру по вновь поступившим м атер и ал ам . Но в конце концов число признаков в ы р а стет настолько, что н и к ака я 100


КО РРЕКТИ РО ВК А , Д О СТРО Й КА, Д ЕТА Л И ЗА Ц И Я СВОД НОЙ Ш К А Л Ы

машина не см ож ет перебрать их в квадратной матрице «каж ды й с каж ды м ». Но д а ж е если мощности Э В М и позволяют, все р а в ­ но раб отать с полной нагрузкой нецелесообразно, если мож но придумать какие-то упрощения, ограничения количества отдель­ ных вычислительных операций. И так, приписываем к прямоугольной матрице столбцы М, И, Г (табл. 7). Таблица 7 Прямоугольная матрица по данным четырех разрезов

м

А

Б

В

Д

Е

Ж

3

к

Л

м

1

1

3

1

3

1

1

3

3

и

3

1

3

3

3

1

1

3

3

2

г

3

3

3

3

2

3

оо

2

2

3

И

Г

-1

3 1

2

По новым данным, признаки Г и М не являю тся стратиф иц и ­ рующими друг относительно друга. Г л еж и т выше М в р азрезе III. О ба они (или какой-то из них) д олж н ы быть выброшены из сводной ш калы. Выбросив М, мы вынуждены будем сократить ш к ал у на один элемент. Выбросив Г, мы можем зам енить его одним из эквивалентных ему (относительно других элементов ш калы ) признаков Б, Ж , 3. Предпочтительнее второе решение. И з признаков Б, Ж , 3 н адо вы брать наиболее полезный, однако в к аж д ой из строк квадратн ой матрицы, соответствующих этим признакам, по четыре двойки. Берем произвольно первый стоя­ щий в списке п р и зн ак Б. За м ен яем в прямоугольной матрице строку Г строкой Б (табл. 8). Заносим в прямоугольную матрицу данны е по р азр е за м III и IV. Проверяем, п одтв ер ж даю т ли но­ вые данны е выводы о последовательности элементов ш калы. Но сведений о взаимоотнош ениях Б, И, М в новых р а зр е за х нет. Выясняем, к а к отразилось на имеющихся стратиграф ических диапазонах введение в ш к ал у новых членов. Единиц или троек Таблица 8 Новая прямоугольная матрица Л

М

3

1 •1 3 3

---

1 1

3

1 •1 3

2

1

А

В

д

Е

м

3

3 3

и

3 3 3

Б

3 3

3 3

ж

3 101

3 к

3

3 2, 2 2

И

2

Б


ГЛАВА I I I . К О РРЕЛ ЯЦ И Я

на пересечении строки Б прямоугольной матрицы со столбцами, соответствующими признакам вы ш ел еж ащ и х диапазонов К, Л, нет; д ля К и Л диапазоны остаются без изменения. Д л я Е при­ ходится опускать нижнюю границу интервала эквивалентности, в кл ю чая Б в стратиграфический диапазон Е. П роверяем, как отразились новые данные по р а з р е з а м III и IV на имеющихся стратиграфических диапазонах. Д во е к или троек выше верхних границ интервалов эквивалентности п р и ­ знаков Ж , 3 не появилось; единиц или троек не появилось ниже Таблица 9 Прямоугольная матрица с дополнительными столбцами

А

В

д

Е

Ж 3 к л

М И Б

О

П Р С Т

м

3 3 3 3 1 1 3 3

и

3 3 3 3 1 1 3 3 2

к

3 3 3 3 3 3 2 2 2 2— 2 3 2 2 2

1 1 2

2 2

1

границ односторонней эквивалентности для признаков К, Л. Д л я них эквивалентности остаются без изменения. Д и а п а зо н ы п р и ­ знаков А и Д приходится расширять. В новом м атер и ал е отмечены признаки О, П, Р, С, Т, ранее неизвестные. Приписываем к прямоугольной матрице пять н о ­ вых столбцов ( т а б л . 9). Ч еты ре из них зал егаю т выше самого верхнего члена шкалы: на пересечении строки М с этими столбцами стоят двойки и нет единиц или троек на пересечении с ними н иж ел еж а щ и х строк. П о я вл я ется возможность достроить ш к ал у вверх. Строим к в а д ­ ратную матрицу д ля признаков О, Р, С, Т, М (табл. 10). Таблица 10 Квадратная матрица для новых признаков

О Р О

С Т М

1

3

3

1

2

3

1

3

1

Р

2

С

3

1

т

3

3

3

м

2

2

2

102

1 2


КО РРЕКТИ РО ВКА, Д О СТРО Й КА, Д ЕТА Л И ЗА Ц И Я СВОД НОЙ Ш КА Л Ы

З ап о л н яем ее по м а тер и ал ам разрезов III и IV. По методике, описанной выше, строим последовательности стратиф ицирую ­ щих признаков: МТ, М Р С , М Р О . Последовательности М Р С и М Р О со д ер ж ат по 9 отношений «выше — ниже», М Т — 5. В ы би­ раем более полезные М Р С и М Р О , среди этих двух произволь­ н о — М РС. Д о стр аи в аем прямоугольную матрицу строками Р и С (табл. 11). Таблица 11 Прямоугольная матрица с новыми членами шкалы

А

в

д

Е

ж 3 к л м И Б 0

П т

Г

С

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

3

1

3

1

р

3

3

3

3

1

1

1

1

1

1

2

1

3

3

м

3

3

3

3

1

1

3

3

1

2

2

3

и

3

3

3

3

1

1

3

3

Б

3

3

3

3

3

3

2 2 2 2

1 2

1

1 2

3

2

3

Вносим в нее все символы из старой, более короткой матрицы и дополняем новыми данны ми по м атери ал ам разр езов III и IV. Наконец, приписываем столбец Г, соответствующий «дисквали ­ фицированному» признаку. У станавливаем окончательные стр а­ тиграфические диапазоны : А — 1, 2, 3, 4; В — 1, 2, 3, 4; Д — 1, 2, 3, 4; Е — 1, 2, 3, 4; Ж — 1; 3 — 1; К —2, 3; Л — 2, 3; 0 — 5; П — 1, 2, 3; Т—4, 5; Г — 1, 2, 3, 4 (рис. 17). Зо н ал ьны е комплексы: зоны Б — Б А В Д Е Ж З П Г , зоны И — И А В Д Е К Л П Г , зоны М — М А В Д Е К Л П Г , зоны Р — Р А В Д Е Т Г , зоны С — СОТ. П олучаем новую ш к ал у с ее диапазонам и (табл. 12). Таблица 12 Новая сводная шкала

с

0

р

А В

д

Е

Т Г

м

А В

д

Е

К Л п

г

и

А в

д

Е

К л

п

г

Б

А в Д Е Ж 3 п

г

Т

103


ГЛ АВА I I I . КО РРЕЛЯЦ И Я

Индексируем все слои каж дого р а зр е за и коррелируем р а з ­ резы в соответствии с полученной индексацией (рис. 18). В р а з ­ резе IV приходится предполагать несогласие, выпадение зон И и М. И м ею щ ая ся сводная ш к а л а недостаточно детальна, чтобы { !

С Р М И Б

4 |

I

Рис. 17. Новые стратиграфиче­ ские диапазоны признаков

Г 1 t А В Д Е Ж З К Л О Г 1 Т Г

Рис. 18. Схема корреляции р а з­ резов I— IV III О ТС 1-4.

А В Д И К А Б Е Ж 3

1 1 1 1м I

В Е К Л М

4

II

I

5

О С

4

ГВ Р Т

г в А Р Д Е

•J К М Л А В И К Л

•1 А Б В Г Ж 3

1 Ж 3 В 1 А Б Г II

А Б В Г Д

установить, какой из двух нижних слоев р а з р е з а I надо корре­ л и ро в ать с низами р а з р е з а II. То ж е самое можно ск азать и о корреляции р азр е за IV с разр е зам и I и II.

П РЕ О Б РА ЗО В А Н И Е СВОДНОЙ ШКАЛЫ В СЛУЧАЕ НЕУДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОСТИ К О РРЕЛ ЯЦ И И Ш к ал ы часто бываю т недостаточно детальными, что приво­ дит к излишней множественности корреляции. Что мож но д ел ать в таких случаях? П р е ж д е всего, можно надеяться, что признаки, не стратиф и­ цирующие во всем стратиграфическом диапазоне своего р а с п р о ­ странения, могут о казаться стратифицирующ ими в некотором интервале сводной ш калы. Такими часто бывают литологические признаки. Хорошо отсортированны е гравелиты, например, хотя 104


П РЕО БРА ЗО ВА Н И Е СВОДНОЙ Ш К А Л Ы

и известны в усть-камчатской свите на разны х ее уровнях [Салин, 1972], но в верхней части свит находятся в закономерных отношениях с моллю сками N u c u la n a alferovi Slod. и с тонко­ слоистым глинистым флишем: л е ж а т всегда выше их. Если из­ вестно, что мы имеем дело с верхам и усть-камчатской свиты, то гравелиты могут служить хорошим стратиф ицирую щ им п р и зн а­ ком. То ж е самое мож но с к азать и о моллю сках N u c u la n a alfe­ rovi Slod., встречаю щ ихся и в других частях свиты, но в верхней ее части образую щ их закономерную последовательность с г р а ­ велитами и тонкослоистым глинистым флишем. Н еповторяю щ и­ мися, стратифицирующ ими п ризн акам и в п р е д е л а х с т р а ­ т и г р а ф и ч е с к о г о д и а п а з о н а с в и т ы являю тся скопле­ ния панцирей морских ежей. М ож но устроить снова полный перебор таких признаков («каж ды й с ка ж д ы м » ) в квад ратн о й матрице, условившись учитывать только такие тел а и точки, ко­ торые находятся внутри заданного интервал а экв и в ал ен т­ ности. Таким образом, получаем вспомогательную сводную ш к а ­ лу со своими интервалам и эквивалентности, но н а ее п рим ене­ ние следует н а л о ж и ть жесткие ограничения. О на д о л ж н а ис­ пользоваться только в том случае, если однозначно установлено, что корреляция производится в пределах именно того интервала эквивалентности сводной ш калы, д л я которого была построена вспомогательная ш кала. М ож но надеяться так ж е, что признаки, нестратифицирую щие по всей исследуемой территории, могут о казаться стратиф иц и ­ рующими в п р ед ел ах некоторой ее части. Н апример, C yprina islandica — вид, сущ ествующий о т плио­ цена доныне, но в р а зр е за х Англии он образует закономерную последовательность с другими видам и и поэтому пригоден для проведения нижней границы четвертичных отложений. «Ежовы й горизонт», выделяемы й по ассоциации остатков морских ежей, моллюсков Ana dara, Dosinia, Ostrea, в пределах Корфского угольного месторождения (Олюторский прогиб) Восточной К а м ­ чатки зан и м ае т место меж ду отложениями с Yoldia nitida Slod. и углями. Многочисленны литологические, геохимические, гео­ физические признаки, в пределах больших территорий «прохо­ д ящ и е по разрезу», но в отдельных регионах, районах, р а зв е д о ч ­ ных п ло щ ад ях и граю щ и е роль устойчивых стратиграфических реперов. Таковы, например, угленосные, флороносные отложения в пре­ дел ах Олюторского прогиба, з ал егаю щ и е всегда выше флишевых, молассовых, вулканогенно-кремнистых отлож ений и ни­ ж е ан дезито-базальтовы х покровов, черные битуминозные сл а н ­ цы Анабарского массива, «килакирнунские песчаники» Ильпинского полуострова (на севере К ам ч атк и ) и многие другие. 105


ГЛ А ВА I I I . К О РР ЕЛ Я Ц И Я

З а р а н е е неизвестно, в пределах какой территории, к а к о й ее части призн аки сохраняю т свое устойчивое полож ение в с т р а т и ­ фицирующей последовательности. Это можно определить перебором. П редполож им, на проф иле располож ены конкретные р а з р е з ы (рис. 19). Попы таем ся построить сводную ш к ал у на м атери ал е трех р а зр е зо в А, В , С. Д опустим, попытка о к а зал ас ь удачной. Р а с ш и ­ ряем исходный материал, пробуем провести то ж е построение А В

C

D

Е

F

G

Н

Рис. 19. Пример геологического профиля

А

Рис. 20. Д в а единичных нестратифициру­ ющих признака и три комплексных стра­ тифицирующих признака

по д анны м разрезов А , В, С, D. Если р езул ьтат по-прежнему удовлетворителен, снова расш иряем исходное множество до тех пор, п ока ш к а л а «не испортится», т. е. пока количество единиц и двоек во всех строках квадратной матрицы, соответствующих элем ентам ш калы, не уменьшится. Р а зр ез, испортивший ш калу, будем считать л еж а щ и м за пределами региона или района, в н у т­ ри которого оказы вается работоспособной местная, региональная или районная сводная ш кала. Возможно, регион выделится в об ъем е А, В, С, D, в о зм о ж ­ н о — В, С, D, Е, F, G или D, С, Е, F, G, Н и т. д. Полный перебор позволит установить все регионы и их границы. И зб е ж а т ь полного перебора поможет интуиция геолога. Опытному геологу часто бывает интуитивно ясно, где проводить границы регионов, структур.но-фациальных, структурно-формационных, биогеографических зон и т. д. П ор я док ввода в ЭВ М материалов по совокуп­ ностям разрезов следует устанавли вать по указанию геолога. 106


ПРЕО БРА ЗО ВА Н И Е СВОДНОЙ Ш КАЛ Ы

Д л я проверки след у ет сдвинуть границы регионов на один-два р азр е за в ту или иную сторону. Если качество сводной ш к ал ы резко понизится, значит границы были проведены верно, к ним следует вернуться. В озм ож н а комбинация двух только что описанных приемов: искать стратиф ицирую щ ие признаки в пределах фиксированно­ го и н тер вал а эквивалентности только в некоторой части террито­ рии. При этом часть территории мож ет быть любой по р а зм е р а м и в пределе — приб л и ж аться к исследуемой территории в целом. С тратиграфический диапазон сводной ш калы т а к ж е мож ет быть лю бы м и в пределе — приб л и ж аться к д иапазону всей шкалы, снизу доверху. П оследовательность действий во всех этих в а р и ­ антах ситуации пред лагается одинаковая. В качестве исходного м а тер и ал а берем только те части тех: конкретных разрезов, которые входят в «нескоррелированный остаток». По методике, описанной выше, строим сводную ш к а ­ лу, ее стратиграфические диапазоны . С помощью диапазонов этой ш калы, действительной только в пределах «нескоррелированного остатка», производим корреляцию по методике, описан­ ной выше. Возможно, что и после этого останется некоторый «не­ скоррелированный остаток». Вся совокупность процедур может быть повторена несколько раз вплоть до получения удовлетво­ рительного результата. Чем ближ е «нескоррелированный остаток» п рибли ж ается ко всему исследуемому объему, тем меньше н ад еж д ы на успех в случае повторения (однократного или многократного) всего комплекса процедур. В озможен и такой подход: пусть имеются два признака а и р, в к аж д ом частном р азрезе нестратифицирующих друг относи­ тельно друга (рис. 20). Д в а нестратифицирую щ их призн ака а и (3 можно превратить в три стратифицирующ их: А, В, С. Обозначим буквой А совокуп­ ность а Д Р (наличие а и отсутствие р), буквой В — совокупность а Д р (одновременное присутствие а и р ) , буквой С — совокуп­ ность а Д р (отсутствие а и наличие р). Д ал ьн ей ш и е операции с комплексными п р изнакам и А, В, С можно производить так же, ка к и с единичными признаками. Ограничение: для установ л е­ ния А необходимо определить не только наличие а , но и отсут­ ствие р! В противном случае неизбежны ошибки в корреляции. Если виды а и р имеют массовое распространение, таким при­ емом можно пользоваться, если ж е нет, то никогда не будет окон­ чательной уверенности — те ли а здесь вообще нет, то ли он еще не обнаружен. Если мы не ограничены в возможности дополнительных н а ­ блюдений, всегда можно использовать дополнительные признаки 107


ГЛ А ВА I I I . К О РРЕЛ ЯЦ И Я

д л я построения сводной ш калы : геохимические, геофизические, палеоэкологические, комплексные литолого-палеоэкологические, количественные палеоэкологические, микропалеонтологические и многие другие. Если ж е приходится ограничиваться тем, что имеем, то, не добившись успеха в корреляции предлож енными методами, следует переходить к вероятностным процедурам и определять стратифицирую щ ие признаки с порогом Р т. Н а п р и ­ мер, считать стратифицирую щ ими только те признаки, которые находились м еж д у собой в одном и том ж е отношении (скаж ем, «выше») в 95% наблюдений. Выводы о корреляции в этом слу­ чае т а к ж е будут вероятностными. Н е исключено, что никакие дополнительные ухищрения не приведут нас к успеху. В этом случае приходится д ел ат ь выводы о непригодности стратиграфических методов д л я изучения таких объектов. В настоящ ее время надо считать, что так ие объекты, как, например, зоны м елан ж а, зоны смятия, вряд ли поддаю тся исследованию методами стратиграфии. Они не упорядочиваю тся отношениями «выше — ниже», д л я них не имеют смысла ни по­ нятия сводных ш кал, свит, ни сам а стр атиграф ия в целом. Д л я этих объектов необходимо р а зр а б а т ы в а т ь другие методы у п оря­ дочения, основанные на других типах отношений, других струк­ турных моделях.


Г Л А В А IV

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ

Допустим, мы добились успеха в идентификации тел некото­ рой заданной специализации, используя построенную сводную стратиграфическую ш калу. И ден ти ф икац ия тел другой специа­ лизации в ы н уж д ает строить другую ш калу. П остроение сводной ш калы специально д л я каж дого случая — зан яти е слишком тру­ доемкое. Геологическая п ракти ка пош ла по другому пути. С тро­ ится только одна, временная стратиграф ическая ш к ал а; при ис­ пользовании ее д л я корреляции в различны х сп ец и али зирован ­ ных пространствах в нее вносятся те или иные коррективы. Р ассм отри м проблемы времени в геологии. Н аиболее кон­ структивно они обсуж д аю тся при изложении методов синхрони­ зации. СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ С И Н ХРО Н ИЗАЦ И И П редлож ено много методов геологической синхронизации. Н аиб ол ее многочисленны методы синхронизации по сходству признаков — наб лю д аем ы х (литологических, палеонтологиче­ ских, геохимических, геофизических, тектонических) и восстанов­ ленных. С уществую т т а к ж е методы, не основываю щ иеся на сход­ стве признаков. С И Н Х Р О Н И З А Ц И Я п о СХОДСТВУ ЛИТОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ

Методы синхронизации пластов и толщ слоистых пород. В их основе л еж и т представление об одновременном существовании одинаковых условий осадконакопления, приводящ их к о б р а зо ­ ванию одинаковы х пластов или толщ. Таковы все методы син­ хронизации по маркирую щ им пластам (одинаковые условия су­ щ ествовали одновременно на всей площ ади распространения пласта при его формировании) или по маркирую щ им пачкам, по сходству толщ, в которых нельзя синхронизировать ни один из имеющихся в них пластов (при этом подразумевается, что одно­ временно сущ ествовали не одинаковые условия о б р азов ан ия конкретных пластов, а одинаковые обобщенные, усредненные, суммированные по всем пластам этой толщи условия о б р а зо ­ вания) . 10 9


Г Л А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

Иногда при сравнении пластов или толщ совпадаю т в разны х р а з р е з а х не все признаки, положенные в основу выделения п л а ­ стов или толщ, а лишь некоторые из них, например комплекс т я ж е л ы х минералов, карбонатность, содерж ание пирита или ор­ ганического вещ ества и т. д. Д ругие признаки могут и не совпа­ дать. Так, одинаково карбонатны м и или содерж ащ и м и од ин ако­ вый комплекс тяж ел ы х минералов могут о казаться алевролиты, песчаники, гравелиты. В этих случаях принимаю тся одновремен­ но сущ ествовавшими по всей площ ади распространения корре­ лируемых отложений не все физико-географические условия бассейна седиментации, а лишь те из них, которые послужили причиной об разо в ан и я именно этих черт породы. Методы синхронизации последовательностей пластов и толщ. В их основу положено представление об одновременности су­ щ ествования одинаковых условий не только во время о б р а з о в а ­ ния одного п ласта или толщи, но и о синхронной и одинаковой смене условий, что приводило к образованию одинаковых после­ довательностей пластов или толщ. Таковы методы циклического ан ал и за, ритмостратиграфии при изучении флишевых толщ и др. Шассоевич, 1948; Меннер, 1962]. С И Н Х Р О Н И З А Ц И Я п о С ХОДСТ ВУ ПАЛЕОНТОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ

Метод синхронизации по сходству отдельных форм или комп­ лексов форм. Этот метод основан на предположении, что опре­ деленные формы древних организмов появлялись и вымирали одновременно на всех участках своего обитания, причем все осо­ би одинаково захоронялись и сохранялись в породе д о наших дней, поэтому пласты в разр езах, где отмечено первое появление остатков этих форм, одновозрастны. О дновозрастны и пласты, в которых эти остатки отмечены в последний раз. Т ак о ва ж е схе­ ма использования и целых комплексов окаменелостей д ля син­ хронизации слоистых толщ. Филогенетический метод синхронизации. Он зак л ю ч ается в том, что синхронизация производится не по отдельным од ин ако­ вым формам, а по филогенетическим рядам , т. е. вертикальным ряд ам форм, где к а ж д а я форма является потомком д ля л е ж а ­ щей непосредственно ниже. Соответственно синхронными в р а з ­ ных р а з р е з а х считаются слои, где фиксируется первое появление каж д ой новой формы. Эволюционный метод синхронизации. Н а зв а н и е метода взято у Д. J1. С тепанова [1958]. Суть его состоит в том, что для синхро­ низации используется сходство признаков у форм, относящихся к разны м группам, например, сходство лопастной линии у ам ­ монитов, относящихся к разн ы м родам. 110


С У Щ Е С Т В У Щ И Е М ЕТО Д Ы С И Н ХР О Н И ЗА Ц И И

Синхронизация по пересекающимся вертикальным диапазо­ нам видов. Ч асто в данном р азр езе диапазоны вертикального распространения каж дого вида в отдельности не д аю т в о зм о ж ­ ности произвести достаточно детальное расчленение разреза. И спользование ассоциаций форм при несовпадении в ер ти к ал ь ­ ных диапазонов отдельных форм позволяет выделить в р азрезе гораздо более дробные подразделения. С инхронизация в д а л ь ­ нейшем проводится по сходству выделенных ассоциаций форм. Такой прием используется в «species ra n g e m ethod» [Д ав и таш в и ­ ли, 1948], а т а к ж е при синхронизации с помощью ан ал и за фаунистических и флористических комплексов [Степанов, 1958]. Методы количественного учета форм. Д л я достижения еще большей детальности расчленения разрезов в ассоциации могут быть выделены сообщества, разли чаю щ и еся количественными соотношениями отдельных форм. В р а зр е за х синхронизируются сообщества с тождественными или близкими количественными соотношениями [Геккер, 1957; З а х аров , 1966]. П ри этом предпо­ л аг ае тся одновременное существование одинаковых условий сре­ ды, приведших к формированию одинаковых сообществ. Процентно-статистический метод. При сравнении комплекса окаменелостей в одном р азр е зе с комплексами другого р а зр е за может оказаться, что ни с одним из них сравниваемы й не имеет полного сходства, тож дества, хотя общие формы имеются у него с каж д ы м комплексом. З а синхронный принимается тот из них, с которым у сравниваемого комплекса имеется наибольший про­ цент общих форм. Ч а щ е сравнение производится не с каким-то конкретным эталонны м разрезом , а с обобщенным, сводным р а з ­ резом, составленным на основании синхронизации многочислен­ ных частных (Слодкевич, 1938; Либрович, 1948].

СИНХРОНИЗАЦИЯ ПО СХОДСТВУ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ

Диастрофический метод. В основе этого метода л еж и т допу­ щение об одновременном проявлении по всему земному ш ару или на больших его территориях ф аз складчатости, приводящих к образованию угловых несогласий. В наиболее развитой форме этот метод был предлож ен Г. Ш тилле, хотя многие существен­ ные его черты можно установить и в р аб о тах Ж- Кювье, А. Д ’Орбиньи и Ж- Агассиса. В качестве ведущего п ризн ак а при корре­ ляции используются поверхности угловых несогласий, призна­ ваемые синхроничными. Методы синхронизации по сходству дислоцированности. В их основе леж ит представление о том, что одновозрастные и поэтому испытавшие одинаковое число ф аз складчатости толши долж ны Ш


Г Л А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

иметь одинаковую или близкую степень дислоцированности. Сравнение степени дислоцированности при этом предполагается возмож ны м провести однозначно. СИНХРОНИЗАЦИЯ п о СХОДСТВУ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ

Ч а щ е всего д л я синхронизации используются дан ны е с к в а ­ жинного геофизического к а р о т а ж а , сейсмические м атери ал ы о положении отр аж аю щ и х и преломляю щ их площ ад ок и т. д. При этом сн ач ал а восстанавливается литологический состав пластов, а затем разр е зы синхронизируются по литологическому сходст­ ву или другими методами, в которых за исходные дан ны е при­ нимается литологический состав. Н икакого специфического обос­ нования синхронизации д ан н а я группа методов не содержит. СИНХРОНИЗАЦИЯ НА ОСНОВЕ РАДИОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ

Методов синхронизации по радиологическим данны м много. Построены они по такой схеме: если известны д в а изотопа, один из которых образуется при р ас п а д е другого, аналитическим пу­ тем устан авл и в аю т сод ер ж ан ие обоих в образц е породы и их ко­ личественные соотношения интерпретируют к а к п оказатель в ре­ мени, прошедшего с момента об р азов ан и я породы. В качестве преимуществ радиологических методов обычно н азы ваю т коли­ чественный хар актер получаемой информации и строгость фи зи ­ ческих законов, л е ж а щ и х в их основе. ДРУГИЕ МЕТОДЫ СИНХРОНИЗАЦИИ

Методы синхронизации по сходству восстановленных призна­ ков. Модель, п олож ен ная в их основу, такова-: на всей терри то­ рии распространения изучаемых отложений одновременно сущ е­ ствовали некоторые одинаковые условия среды; по геологиче­ скому возрасту отож дествляю тся тела, о б л а д а ю щ и е п р и зн а к а ­ ми, которые позволяю т восстановить именно эти условия. Сами признаки (литология, комплексы окаменелостей, спорово-пыль­ цевые спектры и др.) могут быть различны ми д ля разны х мест. Т ак ова палеогидрологическая методика [Ж ижченко, 1969], где одновременно сущ ествовавшими принимаю тся солевые или тем­ п ературны е условия древнего бассейна; синхронизация по сл е­ д а м четвертичных оледенений, предположительно одновремен­ ных на удаленных друг от друга территориях; палеоэкологиче­ ская методика корреляции, когда приравниваю тся комплексы 112


С У Щ Е С Т В У Щ И Е М ЕТО Д Ы С И Н ХР О Н И ЗА Ц И И

окаменелостей, которые не со д ер ж ат общих форм, но могут ин­ терпретироваться к а к возникш ие либо в одинаковых гидродина­ мических условиях, либо в условиях одинакового удаления от берега, одинаковой глубины и т. д.; ком плексная дитолого-палеоэкологическая методика, когда приравниваю тся такие п ри зн а­ ки, к а к грубообломочность породы, п р еобладание устриц или митилид в комплексе окаменелостей, окатанность, обломанность, потертость раковин моллюсков. Методы синхронизации на основе гипотез о географическом распределении синхроничных тел. Они опираю тся на гипотети­ ческую модель географического р аспределения одновременно об ­ разовавш и хся тел: от линии нулевой мощности синхронизируе­ мых толщ («береговая линия») в направлении, п ерпендикуляр­ ном этой линии («в глубь бассейна седи м ентаци и » ), грубообло­ мочные породы сменяются все более и более мелкообломочны ­ ми и д ал ее карбонатны ми или кремнистыми отложениями. Т а к о ­ вы палеогеографические методики синхронизации [Золотницкий, 1955] и методы выделения горизонтов « парваф аций» ам ер и кан ­ ских геологов [Крумбейн, Слосс, 1960]. П одобны м образом д е л а ­ ются некоторые палеоэкологические реконструкции; при этом ис­ пользуется модель географического распределения фаунистических комплексов [Геккер, 1957]. Ч а щ е при синхронизации на основе гипотез о географическом распределении используется модель распределения не вещ ест­ венных признаков пород или фаунистических комплексов, а у с­ ловий среды — например, в м етодах палеоклиматической син­ хронизации (в направлении, перпендикулярном к климатическим поясам) и в некоторых широко используемых приемах в п ал ео ­ экологических и комплексных литолого-палеоэкологических ме­ тодиках синхронизации. Синхронизация по резким изменениям в развитии органиче­ ского и неорганического мира. В. В. Меннер [1962], авторы « С т р а­ тиграфической классификации, терминологии и номенклатуры » [1965] и другие п ред лагаю т синхронизировать отлож ения путем сравнения х ар а к т е р а изменения фаун, флор и литологии по р а з ­ резу. Этот метод основывается на представлении о естественных э тап ах разви тия земной коры, смена которых обусловливает резкие изменения органического и неорганического мира. При этом, очевидно, п редполагается, что в сравниваемы х р а зр е за х мож ет и не быть общих форм: достаточно одинаково резкой см е­ ны разны х групп.

113


Г Л А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

ПРОТИВОРЕЧИВОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ СИ Н ХРОНИЗАЦИИ Существуют и другие, менее распространенны е методы с т р а ­ тиграфической синхронизации, не отраж ен ны е в нашем анализе. Но д а ж е если бы удалось п роанализировать все существующие методы синхронизации, все равно список возможны х методов нельзя было бы считать исчерпанным — всегда можно предло­ ж ить еще какую-нибудь модель распределения тел, их свойств или отношений, которые можно представить к а к р езультат одно­ временных событий. О днако множить методы при сущ ествую ­ щем понимании зад ач синхронизации — значит лишь множить противоречия. В самом деле, если д ва тела синхронизированы двум я различны ми способами, то возможным надо признать как совпадение, так и несовпадение результатов. Д л я некоторых ме­ тодов такое совпадение невозможно д а ж е в принципе. Н апример, корреляции по литологическому сходству и на основе гипотезы о смене грубообломочных отложений от береговой линии в глубь бассейна более мелкообломочными п редполагаю т сопоставление «магнафаций» в первом случае и «парваф аций» — во втором (в понимании В. К- К румбейна и J1. Л. Слосса [I960]). Известно, что эти горизонты пересекаются. Д л я других методов синхронизации несовпадение р е зу л ь т а ­ тов не обязательно, но возможно. В предыдущей главе приводи­ лись примеры пересечений границ тел, выделенных по разны м свойствам. Понятно, что синхронизация по сходству одного из таких свойств будет противоречить синхронизации по сходству другого свойства. П ротиворечия в синхронизации по разны м свойствам оказали сь настолько частыми, что многие из проти­ воречивых ситуаций д а ж е были выделены под специальными названиями. С лучаи о бнаруж ения фауны (флоры, отдельного вида, рода и т. д.) а, которая во всех разр е зах р ас п ол ага л ась выше фауны (флоры, отдельного вида, рода и т. д.) р, в отдельных местона­ хождениях ниже р были названы баррандовскими колониями. В качестве примера можно привести брахиоподу S tr ia tife r a s tr i­ ata (F isch.), руководящ ую форму верхов визе — низов н амю ра, известную в этих отложениях от Англо-Бельгийского бассейна до К итая включительно. Н еож иданно эта форма была найдена в ассоциации с руководящ ими турнейскими брахиоподами [Нехо­ рошее, 1970]. К таким ж е р езу л ь тата м в современном статиче­ ском геологическом пространстве приводит и явление «вмыва» молодых форм в более древние породы. В Восточном Саяне из кембрийских пород с трилобитами и из докем брия К риворож ья были выделены каменноугольные споры, внесенные туда из более молодых пород [Меннер, 1962]. 114


ПРО ТИ ВО РЕЧИ ВО СТЬ РЕЗУЛЬТАТО В СИ Н ХРО Н И ЗА Ц И И

Ф ауна (флора, отдельный вид, род и т. д.) а, во всех р а з р е ­ зах р а с п о л аг а в ш ая с я ниж е ф аун ы (флоры, отдельного вида, рода и т. д.) (3, но в отдельных местонахож дениях н айденная вы ­ ше р, получила н азван ие реликтовой или суперститовой. Н аиб ол ее ярким примером реликтовых форм являю тся совре­ менные L a tim e ria — представители мезозойской группы целакантид, G inkgo biloba — остатки мезозойской флоры, дож ивш ие в Японии и К итае до нашего времени [Криштофович, 1948; С т еп а­ нов, 1958]. В палеозойских отлож ениях П одмосковья Choristites m osq uen sis Fisch. яв л яется руководящ ей формой среднего к а р ­ бона, а на Северной Д ви н е он отмечен в верхнем карбоне. П о ­ добным ж е образом Chonetes carboniferus Keys, в Подмосковье характерен д ля среднего и верхнего карбона, кроме самого вер х­ него (омфалотрохового) горизонта карбона, а на Тимане он при­ сутствует в пермских отлож ениях [Иванова, 1948]. П рим еры «переотложения» известны ка ж д о м у геологу. Если иногда они и подвергаю тся обсуждению, то обычно в одном смысле — действительно ли ф орм а п ереотлож ена в данные слои, или она ж и л а на этом месте при их формировании. С ам ф акт нахож дения формы в более высоких, чем обычно, слоях при этом не обсуж дается, принимается за исходный. Обычно считается, что если подобные примеры пересекаю ­ щихся границ свойственны остаткам растений и бентонических животных, то окаменелы е пелагические формы ведут себя более закономерно по отношению друг к другу. Однако и среди пелагических форм известны ф акты «сколь­ жения» и пересечения границ. Так, было установлено «во зр аст­ ное скольжение» аммонитов Gonioloboceras, в Ц ентр альн ом К а ­ захстане ассоциирующихся с верхнетурнейским комплексом ф а ­ уны, а в Соединенных Ш татах Америки — с фауной Пенсильва­ ния. З а синхроничные в данном случае были приняты границы, проведенные по сопутствующим ф ормам [Степанов, 1958]. К а к у к а зы в а л Б. М. Келлер, «в тринуклеусовых слоях Ш ве­ ции присутствуют аш гилльские D icellograptus co m p la n a tu s и D. aticeps (граптолиты. — Ю. С.), которые зал е га ю т в последо­ вательности, обратной по отношению к последовательности з а ­ легания этих видов, н аблю даю щ ей ся в английских р азрезах» [Келлер, 1954, с. 40]. В той ж е работе отмечен ф ак т совместного нахож дения на одной плитке глинистого сланпа руководящ их видов граптолитов разны х зон лланвирна. Ещ е более многочисленны примеры противооечий при вос­ становлении в озраста радиологическими методами, с одной сто­ роны, и палеонтологическими и литологическими методами — с другой. Так, д ля пластов, залегаю щ и х выше, часто получались цифры радиологического возраста большие, чем д ля н и ж е л е ж а ­ щих пластов. Л а в ы исторических излияний камчатских вулканов 115


Г Л А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

были д ати рованы 7 млн. лет [Полканов, Герлинг, 1960], в то ж е время н и ж ел еж а щ и е плейстоценовые и плиоценовые отложения имеют радиологический в озраст десятки, сотни тысяч и м иллио­ ны лет. Д окем брийские об разован ия Станового хребта даю т устойчивый статистический максимум в пределах 180— 200 млн. лет [Судовиков, Неелов, 1961], тогда к а к в заним аю щ их более высокое стратиграфическое положение кембрийских тол­ щ а х наиболее обычны цифры 500— 600 млн. лет. ИСХОДНЫЕ п осы л к и МЕТОДОВ С ИН ХР ОН ИЗ АЦ ИИ П ротиворечия в установлении времени привели к многочис­ ленным попыткам п роан али зировать соотношения времени, оп­ ределенного некоторым данны м способом, с «истинным» време­ нем. Вопрос при ан ал и зе ставился примерно так: а откуда сл е­ дует, что сходство, например, по палеонтологическим свойствам надо истолковы вать к а к одновременность? Обоснование методики синхронизации по литологическому сходству восходит к А. Вернеру. В соответствии с его воззрен и я­ ми «...по всему пространству земного ш ар а те ж е непрерывные слои л е ж а т один на другом в правильном порядке, наподобие л е ­ пестков луковицы» [Спенсер, 1866, с. 292]. К аж д ы й из слоев со­ ответствует какому-либо интервалу времени. Теория Вернера д а в а л а возможность у стан авл и в ать одновозрастность и разновозрастность по сходству и различию литологического состава. Методы установления временных отношений по палеонтоло­ гическим данны м основаны на аналогичных посылках. С тр ати ­ графические отношения «выше» интерпретируются ка к во зр аст ­ ные отношения «моложе», а отношения сходства по у к а з а н ­ ным призн акам — к а к отношения одновозрастности. Основанием перевода отношения палеонтологического сходства в отношение геологической одновозрастности служ и т закон Смита: о т л о ж е ­ ния, со д ерж ащ и е одинаковую фауну или флору, геологически одновозрастны [Халфин, I960]; утверждение о более молодом возрасте фаун или флор, залегаю щ и х выше, можно рас см а т р и ­ в ать ка к следствие зак он а Стено или ка к частный случай этого зак он а [H a rrin g to n , 1965]. Общим в методах установления возрастны х отношений по л и ­ тологическим и палеонтологическим данны м является то, что от­ ношение разновозрастности в них выводится из одного исходного м а т ер и ал а (вертикальной стратиграфической п оследовательно­ сти) и одних посылок (закон С тено), а отношение одново зраст­ ности — из другого исходного м а тери ал а (палеонтологического и литологического сходства) и других посылок (закон а Смита и 116


И С Х О Д Н Ы Е П О С Ы Л К И М ЕТ О Д О В С И Н Х Р О Н И З А Ц И И

аналогичного ему утверж д ен и я о возможности интерпретации литологического сходства к а к одновозрастности, которое умест­ но будет н азв ать законом В ерн ера). П ри сведении оснований методов установления возрастны х отношений по литологическим и палеонтологическим данны м к сформ улированным посы лкам возмож ны недоразумения. Геоло­ ги обычно во зр аж а ю т, говоря, что они никогда не считали, буд­ то литологическое сходство мож но истолковы вать ка к одновозрастность. В п одтверж дение ссылаю тся на общ епризнанное я в ­ ление «возрастного скольж ения литологических границ», обоб­ щенное в качестве универсального зак о н а [Wheeler, Beesley, 1948; Садыков, 1969]. Б о л ее умеренна, но все ж е негативна реакция т а к ж е и на истолкование палеонтологического сходства ка к од ­ новозрастности: все это, мол, гораздо сложнее. П од об ная р еакц и я была блестящ е раскри тикована более ста лет н а з а д Г. Спенсером в его раб о те «Нелогическая геология» [1866]. З а что ж е геология была удостоена столь нелестного эпи ­ тета? У ж е тогда делали сь попытки опровергнуть утверж дение об одновозрастности одинаковы х окаменелостей или целых флор и фаун. Г. Спенсер в скры вает логическую структуру подобных оп­ ровержений. О ткуда следует, что одинаковы е фауны могут быть неодновозрастными? И з того, что они скользят относительно изохронных поверхностей. К аки м образом были установлены изохронные поверхности? П о фаунистическому сходству. С л е ­ довательно, опроверж ение у тверж ден и я об одновозрастности одинаковых фаун основано... на самом этом утверждении. Таково ж е и положение с использованием литологических данны х д л я синхронизации. С инхронизация по литологическим п ризн акам «предполагает тайное верование, что известные ми­ неральны е признаки свойственны известным эпохам» [Спенсер, 1866, с. 287], в явном ж е виде работы геологов д о к азы в аю т «мно­ гочисленными примерами, что нередко на пространстве немно­ гих миль встречаю тся горные породы одинаковой древности, резко разн ящ иеся одна от другой по своему составу, м еж д у тем ка к породы, весьма различны е по степени древности, нередко бы ваю т сходны по своему составу» [Спенсер, 1866, с. 286]. Сейчас геологи по-прежнему не соглаш аю тся призн авать з а ­ кон Вернера, хотя на деле им пользуются. К огда геолог в ы д е л я ­ ет, например, на карте одновозрастные толщ и или свиты, не со­ д ер ж а щ и е ни одной окаменелости, из чего он исходит при у с т а ­ новлении одновозрастности, если не из закона Вернера? Короче говоря, современное полож ение дел д ал о бы Спенсе­ ру не меньшее основание для выводов, которые сделаны им в « Н е­ логической геологии»: «Не вправе ли мы сказать, что хотя ги­ потеза луковичных лепестков и умерла, дух ее п р о д о л ж а ет жить какой-то трансцендентальной ж изнью в умозаклю чениях д а ж е 117


Г Л А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

ее противников?» [1866, с. 293]. По-видимому, лучше не о тм ахи ­ в аться от зак о н а В ернера, а принять его за исходный д ля д а л ь ­ нейшего анализа. В основе методов установления возрастных отношений по р а ­ диологическим данны м л еж и т физический закон, утверж даю щ ий постоянство скорости радиоактивного рас п а д а во времени. В во­ дится допущение, что к датируемом у моменту присутствовал только материнский изотоп, а содерж ание дочернего изотопа было равно нулю и что за весь последующий отрезок времени вплоть до момента ан ал и за не происходило ни привноса, ни в ы ­ носа ни дочернего, ни материнского изотопа. В основе процентно-статистического метода синхронизации, или т а к назы ваемого «свободного» метода [Леонов, 1974], вообще не удалось о бнаруж ить никаких посылок.

О БОСНОВАНИЕ ПОСЫЛОК Д альн ей ш и й ан али з д о лж ен касаться выяснения обоснован­ ности самих исходных допущений. Такой ан али з был произве­ ден. С р азу ж е выяснилось, что утверж дение об одновременности тектонических движений, приводящих к об р азо ван ию угловых несогласий, так ж е к а к и утверж дение об одновременности су­ ществования одинаковы х палеогеографических условий в д р ев ­ них бассейнах, ниоткуда не следуют. М ож но было произвольно д ек л ар и р ов ать их одновременность, но ничто не меш ало и п ри ­ нятию противоположного утверждения. Н и какого эмпирического обоснования тож е не было и не могло быть: н аблю дения над об­ р азованием угловых несогласий и закономерностями изменений палеогеографических условий отсутствовали. Аналогичным о к а ­ залось положение с обоснованностью посылок, использованных в методах синхронизации по резким изменениям в развитии о р ­ ганического и неорганического мира, в методах синхронизации на основе гипотез о географическом распределении синхронич­ ных тел. Д опущ ение об одновременности сущ ествования одинаковы х условий среды, приводящ их к образованию тел, одинаковых по литологическим, количественно-палеонтологическим, п алеоэко­ логическим, литолого-палеоэкологическим свойствам, л е ж а щ е е в основе соответствующих методов синхронизации, оказалось при­ емлемым в любых «теоретических» умозрительных построениях, но никаких препятствий д ля принятия противоположного утверж дения т а к ж е не оказалось. Н абл ю д ен ия над современными процессами показали, что существуют ка к явления, п о дтв ер ж ­ даю щ и е это допущение, так и явления, д ля которых это допу щ е­ ние неверно. 118


О БО СНО ВАНИЕ ПО СЫ ЛО К

Н аиболее обоснованными «теоретически» были признаны по­ сылки, л е ж а щ и е в основе палеонтологических и радиологических методов. Однако у м озрительная модель палеонтологической синхрони­ зации т а к ж е допускает возможность неодновозрастности г р а ­ ниц, проведенных по палеонтологическим признакам. Д л я при­ мера проанализируем границы, проводимые по первому появле­ нию в р а зр е зах какого-либо вида окаменелостей. Если стоять на позиции монофилетического происхождения видов, мож но у к а за т ь два крайних случая видообразования (оба случая вы деляю тся по соображ ен иям удобства ан али за, м еж д у ними допустимы любые переходы). 1. Д очерний вид образуется из материнского на ограниченной территории и впоследствии расселяется по всему аре ал у своего максимального распространения (модель монотопного вид о об ра­ зо в ан и я ). Д л я этого необходимо определенное время, оценивае­ мое различными биологами и палеонтологами по-разному. П о ­ следователи Т. Гекели считают, что оно было большим (д аж е в геологическом с м ы с л е ). Д ругие ученые утверж даю т, что в гео­ логическом смысле это время ничтожно и им можно пренебречь. В д оказательство приводятся примеры миграции современных форм, таких, ка к L ittorina litiorea, и некоторых других. П ри этом авторы оговариваю тся, что мгновенным мож ет быть лишь сво­ бодное расселение, когда нет физических или экологических барьеров, зад ер ж и в аю щ и х миграцию. Если же есть барьер, ог­ раничиваю щ ий условия среды, пригодной д ля сущ ествования вида, то расселение будет происходить со скоростью перем ещ е­ ния барьера. JI. J1. Халфин [1960], о сп ар и вая эти выводы, у тв ер ж д ал , что зависимое расселение (вслед за барьерам и) соверш ается мед­ ленно и участвую щ ая в нем ф аун а мож ет достичь удаленных областей, лишь существенно изменившись, т. е. будучи пред став­ ленной у ж е другими видами. Однако в рассм атриваем ом случае происходит лишь смещение во времени условий среды, в р езу л ь ­ тате чего виды все время находятся в одних и тех ж е условиях. Изменение видов, вероятно, долж но происходить аналогично из­ менению видов, остаю щихся на месте в одних и тех ж е условиях. Д л я них известны примеры быстрых и медленных изменений, примеры длительного в геологическом смысле сущ ествования одного и того ж е вида. Очевидно, такую ж е возможность надо допустить и для видов, мигрирующих вслед за барьерами. 2. Дочерний вид образуется из материнского на к а ж д о м у ч а ­ стке от своих, местных представителей одной и той же старой формы. Т ако ва модель политопного видообразования. Если и з­ менение условий среды происходило одновременно по всему ареалу, то одновременным на всей этой территории было и про­ 119


Г Л А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

исхождение новой формы. Если условия, послуживш ие причиной видообразования, мигрировали, вслед з а ними п ерем ещ ался и участок видообразования. Такой процесс видообразования: м о ж ­ но представить к а к д л я исходного вида с достаточной экологи­ ческой пластичностью, так и д ля исходного вида с недостаточ­ ной пластичностью, но при синхронном перемещении необходи­ мых мутагенных факторов вместе с необходимыми условиями существования. Т аким образом , обе модели видообразования допускаю т воз­ можность разновременности первого появления особей одного и того ж е вида в разны х участках своего местообитания. Но д а ж е и приняв одновременным появление какого-либо вида на всех участках, нельзя в разны х р а зр е за х пласты с пер­ выми находкам и этих видов считать образовавш и м и ся в одно и то ж е время. Здесь надо принимать во внимание следующее: а) в р азны х местонахождениях условия, благоприятны е д ля з а ­ хоронения, могли наступить в разное время; б) сохранение о к а ­ менелостей до наших дней мож ет быть различны м в разны х местонахождениях; в) т а к к а к окаменелости в силу дискретно­ сти распространения в объеме породы не могут быть фиксиро­ ваны в к а ж д о й точке пласта, то возможен (и н аверняка н ере­ док) такой случай, когда представители вида присутствуют в одном и том ж е пласте во всех разрезах, но в одних р азр е зах они уж е найдены, а в других еще нет, вследствие чего биостратиграф ическая граница, проведенная на основании имеющихся находок, будет не совпадать с действительной границей распро ­ странения вида в отлож ен и ях изучаемой территории. Учитывая все это, можно утверж дать, что границы, проведенные по перво­ му появлению в р а зр е за х какой-либо формы, могут соединять пласты, об разовавш и еся разновременно. Такие выводы были получены, например, X. Хедбергом [Hedberg, 1958, 1959, 1965, 1970], Г. Уилером [Wheeler, 1959], Г. Харрингтоном [H a rrin g to n , 1965]. Аналогичный вывод м ож ет быть сделан и относительно д р у ­ гих методов палеонтологической синхронизации. Так, если для к аж дого отдельного вида какого-либо комплекса, ассоциации, филогенетической линии можно допустить разновременность его первого появления в разны х разр е зах , то ж е .надо допустить л д ля комплекса, ассоциации, филогенетической линии в целом. Посылки, л еж а щ и е в основе радиологических методов, менее всего подвергались анализу. Эти методы построены на исполь­ зовании физических законов и сложнейшей аппаратуры . По-ви­ димому, по этой причине считалось, что соотношение р е зу л ь т а­ тов, полученных этими методами, с результатами, полученными геологическими методами, примерно такое же, ка к и соотно­ шение физики (ядерной!) и геологии. 120


ОБОСНОВАНИЕ ПОСЫЛОК

И тем не менее наиболее ф ун дам ен тальн ы е полож ения р а ­ диологических методов обоснованы ничуть не больше, чем по­ сылки геологических методов. П р е ж д е всего, м ож ет быть под­ вергнут сомнению физический закон о постоянстве периода по­ л у р а с п а д а во времени. Н апример, Д ж . Д ж о л и считал, что изо­ топы с большим периодом полур асп ад а о б ладаю т тенденцией к постепенному зам едлению скорости р ас п а д а . Впоследствии бы ­ л а установлена связь радиусов плеохроичных ореолов со скоро­ стью р а с п а д а атомов уран а, содерж ащ и хся в плеохроирующих минералах. Т ак ка к радиусы ореолов в докембрийских породах оказали сь идентичными ради усам в третичных породах, был сделан вывод о том, что постоянство скорости радиоактивного рас п а д а во времени подтверж дено экспериментально. «Будучи настоящ им ученым, Д ж о л и признал это» [Холмс, 1967, с. 19]. И напрасно. В данном случае допущ ение о постоянстве скорости рас п а д а было заменено другим допущением, эквивалентным ему по смыслу, — допущением о постоянстве связи радиусов плео­ хроичных ореолов со скоростью р аспада. По своей эмпирической обоснованности оба допущ ения д ал еко не эквивалентны. П е р ­ вое можно р ассм атри в ать к а к частный случай более общего з а ­ кона о постоянстве периода полу расп ад а любых радиоактивны х элементов. Этот закон имеет обширную эмпирическую базу, так к а к д ля элементов с коротким периодом существует неограни­ ченная возможность экспериментальной проверки. Д опущ ение о постоянстве связи радиусов плеохроичных ореолов со скоростью р ас п а д а требует специфичной экспериментальной проверки, и какой бы многократной она ни о ка зал ас ь, в р яд ли можно с р а в ­ нивать эмпирическую обоснованность этого допущ ения с обосно­ ванностью физического закона. В данном случае более обоснованное допущение просто было заменено менее обоснованным. С ледует вернуться на исходные позиции. Конечно, распространение зак о н а о постоянстве перио­ да п о лур асп ад а на медленно р аспадаю щ и еся элементы есть э к ­ страполяция. Но так к а к без экстраполяций мы не сд елали бы ни ш агу в любом научном выводе, а д ан н а я экстраполяц и я при­ н ад л е ж и т к числу м акси м альн о обоснованных эмпирически, не­ обходимо принять ее ка к оправданную. Однако «...породы и минералы после своего об разован ия обычно не п редставляю т собой закры тую систему и в отношении материнских радиоактивны х элементов, и в отношении дочерних продуктов. В зависимости от структурных особенностей пород и минералов и физико-химических изменений среды м инералы мо­ гут терять и приобретать материнские или дочерние элементы» [Кляровский, 1972, с. 202]. В. М. К ляровский [1972] приводит следующую классификацию возмож ны х причин искаж ен и я р а ­ диологических датировок. 121


Г Л А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

I. Л ока л ь н ы е наруш ения временной информации — первич­ ные и вторичные. Первичные: 1) переотложение минералов, например г л ау к о ­ нита, наличие радиоактивны х изотопов в обломочных зонах (у д р ев л ен и е ); 2) ассимиляция датируемой интрузией в м ещ аю ­ щих пород (у д р ев л ен и е ); 3) гидротермальны й привнос изотопов из более древних пород, например свинца (у д р ев л ен и е ); 4) з а ­ хват продуктов радиоактивного р ас п а д а ми н ералам и при их кри сталли зац и и (удревление). Вторичные: 1) потери газообразн ы х продуктов распада, н а ­ пример аргона-40, гелия, радона, торона (ом олож ение); 2) в ы ­ щ елачивание и катионный обмен (омолож ение или у д р е в л е н и е ); 3) вынос ка л и я и аргона при гидратации или хлоритизации слюд (омоложение или удревление в зависимости от пропорций в ы н оса); 4) изменение количественных соотношений р а д и о а к ­ тивных изотопов при выветривании. II. Р егиональные нарушения временной информации, н ап ри ­ мер региональное омоложение и т. д. С ледующ ее мнение М еж дународной геохронологической ко­ миссии [Проект..., 1966] т а к ж е не позволяет оценивать слишком оптимистически возможности радиохронологии в установлении «истинного» времени: « Н а р яд у с этим интерпретация получен­ ных численных величин обычно очень слож на, а вся совокуп­ ность данных, необходимых д ля этого, д ал еко не всегда бывает известна. Во-первых, необходимо знать историю исследуемого вещ ест­ ва. Д а т и р о в к а будет точной, если интересующие нас изотопы в изучаемой породе или м инерале все время п редставляли собой «закрытую систему», исключающую возможность диф ф ерен ц и ­ рованных потерь или обогащений. Опыт показы вает, что д а ж е д ля образцов, считающихся вполне полноценными, н аб л ю д аю т ­ ся отклонения, намного превыш аю щ ие точность ошибки, а это отр аж аетс я на получаемых результатах. Если геохронолог вправе н адеяться свести до минимума часть отклонений, приписываемых ош ибкам точности ан ал и за, за счет усоверш енствования методики, то разброс, обусловленный известными или неизвестными геологическими факторами, мо­ ж е т быть лишь зарегистрированным » (с. 8). Итак, ан али з моделей, положенных в основу методов син­ хронизации, позволяет прийти к выводу, что ни один из методов не гаранти рует всегда верных результатов. Д опускается возможность неправильного установления одно­ возрастности в случае применения любого из методов синхрони­ зации. «Правильной», окончательной, не п одлеж ащ ей проверке методики установления одновозрастности в стратиграф ии не су­ ществует. Очевидно, это равносильно признанию либо недости­ 122


ВРЕМ Я НЬЮ ТО НА И ВРЕМ Я ХЕД БЕРГА

жимости поставленной дели — выявления отношения одновоз­ растности, либо эквивалентности лю бы х противоречивых ре­ шений. Этот вывод не является столь у ж неожиданным. В самом деле, поставив цель — у станавл и вать отношения одновозрастно­ сти, стратиграф ы не д ал и строгих определений понятия одно­ возрастности. Именно отсутствие такого определения — основ­ ная причина существующих противоречий и путаницы, а вовсе не недостаток фактического м а тери ал а, ка к это обычно у т в е р ж ­ дается. Чтобы данное понятие не только имело смысл в ум озри ­ тельных моделях, но и могло быть использовано в практических операциях, в определении д олж ен быть у к а зан способ у станов­ ления одновозрастности по н аблю даем ы м ф ак там . Тогда п р а ­ вильность или неправильность установления одновозрастности всегда можно будет проверить путем подведения резул ьтата под определение одновозрастности. Столь жесткие требования к определению понятия одновоз­ растности были бы излишними, если бы разны е способы ее ус­ тановления всегда д ав ал и одинаковый р езультат или же, по крайней мере, число случаев противоречивости результатов бы­ ло бы пренебрежимо мало. То, что это дал еко не так, известно к а ж д о м у стратиграфу. С казанн ое следует хотя бы из того, что для любого метода считается необходимой проверка с помощью другого метода. Если бы все методы д а в а л и одинаковые р е­ зультаты , то контрольный метод всегда д а в а л бы тот ж е р езул ь ­ тат, что и контролируемый, и контроль был бы излишним. Более того, д а ж е в пределах одного и того ж е метода разны е п р и зн а­ ки даю т разны е результаты. Если при применении двух методов получаются две границы и при использовании двух разны х признаков в р ам к ах одного метода т а к ж е могут получиться две границы, то в качестве э т а ­ лонных, не подл еж ащ и х проверке, д о лж н ы быть избраны один метод и один признак. Все остальные границы могут быть при­ знаны правильно проведенными только при условии непротиворечия границе по избранному признаку. ВРЕМЯ НЬЮТОНА И ВРЕМЯ ХЕДБЕРГА С лож ивш ееся в геологии положение удивительно н апом и­ нает положение в физике XVII в. Д ействительно, в эпоху Н ь ю ­ тона т а к ж е допускалось, что любые реальные физические про­ цессы могут лишь верно или неверно о тр аж ат ь «истинное» время, существующее независимо от процессов. «Абсолютное, ис­ тинное, математическое вр ем я само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, проте­ 123


Г Л А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

кает равномерно» {[Ньютон, 1936, с. 30]. Таким ж е абсолютным было и пространство Ньютона. «Возможно, что не существует (в природе) такого р ав н о ­ мерного движения, которым время могло бы измеряться с со­ вершенною точностью. Все д виж ения могут ускоряться или з а ­ медляться, течение ж е абсолютного времени изменяться не Запад Е-

Восток

морскиеЧ* морские сланцы \ песчаникив*\-

' неморские осадки— / —

О Й

Рн СО

о

и о ф

Я

Е? Е====1

остатки г — г ' т т - ^ ' 7 'p v ' граптолиты еще не здесь не /^остатки уничf остатки обнаружили —/ / _тожены_ (у\ ке фосжены силизо-\\— — - / / ~У^\ — — -

в"ыЖ =Г/ЙЙ1©=- ^ ©

Р-4

О

ч

о

ф

; чХ p_ll метамор- ~ —г —- г — г — г — г — г — г — г Г — г \физМ0М /О. Ц -рЛ 'КЛ морские сланцы T\L "FA—^-\ Сг) - — — г — г — г — г —г — г — г — г — \ (г) — г —г — ■ -г — г -г —— г —г — г —г — г —г — г г— г г — г — г-— Г — Г — ГГ 2

Рис. 21. Соотношения границ, проведенных по литологическим и палеонтологи­ ческим признакам, с изохронными границами [по X. Хедбергу, 1965] 1 — идеальная изохронная граница; 2 — граптолиты, остатки которых сохранились; 3 — граптолиты, остатки которых не сохранились; 4 — верхний предел первоначального отложения остатков граптолитов; 5 — верхний предел известного распространения ископаемых остатков граптолитов (верхняя граница установленной в настоящее время граптолитовой зоны)

может. Д лительность или продолжительность сущ ествования в е­ щей одна и та же, быстры ли дви ж ени я (по которым и зм ер я­ ется в рем я), медленны ли, или их совсем нет» [Ньютон, 1936, с. 32]. Положение, сложивш ееся в геологии, прекрасно и ллю стриро­ вано X. Хедбергом [H e db erg, 1965, 1970]. По X. Хедбергу (рис. 21), все границы, которые могут быть проведены по н а ­ блю даемы м признакам, могут ка к совпадать, т а к и не сов п а­ д ать с «изохронными границами», «плоскостями одновремен­ ности». Т а к а я ситуация д а л а основание х арактер и зов ать «плос­ кости одновременности» к а к in ta n g ib le entities — непостижимые сущности [H olland, 1964]. В ремя Хедберга, т ак ж е к а к и «истинное» время Ньютона, существует «само по себе, без всякого отношения к чему-либо внешнему». «Внешним» д л я времени Нью тона было движение, процессы; «внешним» д ля времени Хедберга — результаты про124


ВРЕМ Я Н ЬЮ ТО НА И ВРЕМ Я ХЕД БЕРГА

цессов прошлого: минералы, горные породы, пласты, органиче­ ские остатки и т. д. О тк аз от введения «внешнего» в определе­ ние времени автоматически о зн ачает превращ ение временных категорий в in ta n g ib le entities. С позиции «истинного» времени лю бые реальны е геологиче­ ские границы истолковы вались лиш ь к а к обеспечивающие боль­ шее или меньшее приближ ение к «истинным изохронным» по­ верхностям. По X. Хедбергу, например, наибольшую помощь в установлении «истинного» времени о к а зы в аю т органические ос­ татки .'[Hedberg, 1965]. В згл яд на «наибольш ее приближение» менялся в процессе становления и р азви тия геологии. Во времена А. В ернера счи­ талось, что литологически идентичные формации опоясы ваю т в виде одновременно отлож ивш ихся слоев весь земной ш ар; гео­ логическая одновозрастность и разновозрастность у с т а н а в л и в а ­ лись по сходству и различию в литологическом составе. З а тем была установлена вер ти кал ь н ая повторяемость формаций и их л а т е р а л ь н а я неоднородность, приводившие к противоречиям в установлении возрастных отношений. После работ А. Д ’Орбиньи, Оппеля и других палеонтологов роль «наибольшего приближ ения» к «истинным изохронным» подразделениям стали играть зоны, ярусы и другие п о д р а зд е л е­ ния, вы деляемы е по палеонтологическим признакам. Однако впоследствии выяснилось, что и они не устраняю т противоре­ чий. Многие геологи стали связы вать н ад еж д ы на наилучшее установление «истинного» времени с радиологическими м ето да­ ми. Но и д ля этих методов, т а к ж е к а к и д л я литологических и палеонтологических, по мере накопления большого м а тер и ал а выяснилось, что различны е радиологические датировки т а к ж е часто приводят к противоречащ им друг другу результатам. Д остаточно очевидно, во-первых, что эволю ция методов у с ­ тановления «истинного» времени о т р а ж а е т просто общ ее р а з ­ витие всей науки и, во-вторых, что наибольший оптимизм в от­ ношении каж д о го метода господствовал именно в эпоху малого количества м а т ер и ал а по данном у методу. Н акоп лени е м а т е ­ ри ал а приводило к накоплению противоречий, попытка их уст­ ранения треб о в ал а проведения ан ал и за умозрительной «теоре­ тической» модели, положенной в основу метода установления «истинного» времени. И з результатов ан ал и за всегда след овала необязательность совпадения времени, полученного д анны м ме­ тодом, с «истинным» временем.

125


Г Л А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

ВРЕМЯ Л Е Й Б Н И Ц А И ЕГО АНАЛОГИЯ В ГЕОЛОГИИ В физике вместо ньютоновских понятий «истинного» вр ем е­ ни и «истинного» пространства, существующих «без всякого от­ ношения к чему-либо внешнему», были предлож ены понятия, определяемые через реальные, н аблю даем ы е объекты и я в л е ­ ния. Это было сделано Г. Лейбницем и Г. Риманом. Согласно Лейбницу, время и пространство в отрыве от в е­ щей — ничто; и то и другое определяется порядком вещей. В ре­ мя определяется порядком событий, пространство — порядком тел. Д л я определения времени долж ен быть избран некоторый эталонны й процесс, д ля определения пространства — эталонный материальны й предмет. С того момента, ка к предмет избран в качестве эталона, мы утрачиваем возможность измерить его, установить его самоконгруэнтность (равенство самому себе) при переносе с одного места на другое, при изменении ориенти­ ровки или внешних условий. Аналогичным образом, когда мы принимаем некоторый процесс в качестве эталона, мы утр ач и ­ ваем возможность установить равенство одной его единицы д р у ­ гой (например, равенство любой предыдущей секунды любой последующей секунде). Самоконгруэнтность избранны х э т а л о ­ нов длины и времени устанавл и вается конвенцией. «Об определенных телах будет говориться, что они с о х р а­ няют свою форму. В ы бранные таким образом тела с этих пор могут служить в качестве измерительных инструментов. Но ес­ ли я говорю, что эти тел а сохраняю т свою форму, то только потому, что я так вы б рал, а не потому, что эксперимент в ы ­ нудил меня к этому» [П уанкаре, цит. по: Грюнбаум, 1969, с. 157]. Не вы зы вает сомнения, что «истинное» время Хедберга, так ж е к а к и «истинное» время Ньютона, подлеж ит зам ене вр ем е­ нем, определяемым через наб лю д аем ы е вещи. В н астоящ ее время вы сказы вается ряд предлож ений такого рода. Н апример, предлож ено использовать понятие «практиче­ ская хроностратиграф ическая единица» {R odgers, 1954], опре­ деляем ое ка к реальное тело, которое вы деляется по н а б л ю д ае­ мым п ризнакам (в частности, по литологическим, палеонтоло­ гическим, радиологическим) и которое по договоренности между стр ати граф ам и мож ет быть принято за наибольш ее возможное приближение к «идеальной» возрастной единице. Гораздо д а л ь ­ ше пошли сторонники биохронологии [Ш индевольф, 1975; С о­ колов, 1971], д ля которых геологические тела, вы деляемы е по палеонтологическим признакам, и е с т ь возрастны е п одраздел е­ ния. А налогия меж ду биохронологией в геологии и лейбницевой концепцией времени в физике очевидна. 126


В Р Е М Я Б Е Р Г С О Н А И П О Д Х О Д Г. Я. К Р Ы М Г О Л Ь Ц А К П Р О Б Л Е М Е В Р Е М Е Н И

Проводя аналогию м еж д у геологическим временем Хедберга и физическим временем Ньютона, а т а к ж е м еж д у биохронологической концепцией геологического времени и временем Лейбница, необходимо оговорить следующее. И Ньютон, и Л е й б ­ ниц имели в виду метрические свойства физического времени. Мы ж е говорим о топологических свойствах геологического в ре­ мени. Противоречия, однако, не возникает, если сравнивать не свойства времени, а способы его определения. Действительно, допустив сущ ествование времени «самого по себе», приходится допускать и сущ ествование «самих по себе» его топологических и метрических свойств. Если ж е определять время через р е а л ь ­ ные объекты, то через реальны е объекты д олж ны определяться и его топология и метрика. Поэтому, говоря об аналогии, уточ­ ним, что мы проводим ее не меж ду какими-то конкретными чер­ тами (топологическими или метрическими) физического и гео­ логического времени, а меж ду способами их определения.

ВРЕМЯ БЕРГСОНА И П ОДХ ОД Г. Я. КРЫМГОЛЬЦА К П РОБЛЕМЕ ВРЕМЕНИ В озраж ен и я против выбора в качестве этал он а одного из возмож ны х тел, одного из возможны х процессов имеют чисто психологическое происхождение. Геологи р ассу ж д аю т примерно так: «Хорошо, мы договорим­ ся считать палеонтологическое сходство за геологическую одновозрастность, а вдруг н а с а м о м д е л е палеонтологические границы секут изохроны?» Аналогичные соображ ения препят­ ствуют и принятию лейбницевой концепции времени. Ещ е б л а ­ женный Августин сомневался: допустим, мы измеряем время в днях, иными словами, видимое 01бращение Солнца вокруг Зем ли мы принимаем за движ ение времени. Но ведь «...когда по тр е ­ бованию Иисуса Н ави н а Солнце остановилось, в р е м я т е м н е м е н е е п р о д о л ж а л о с ь . . . ! » [Уитроу, 1964, с. 65] ( Р а з р я д к а моя.— Ю. С.). Но к а к о е время продолжалось, если мы дого­ ворились движение Солнца считать за движ ение времени? Оче­ видно, мысленное, умозрительное. О мысленном времени писал, например, А. Бергсон, «соглас­ но которому одновременность двух или многих событий соответ­ ствует возможности «охватить их одним мгновенным восприя­ тием»» [Молчанов, 1969, с. 20]. Бергсоновской концепции со­ ответствует понимание геологического времени у Г. Я- Крымгольца: «Л ю бое подразделение времени в истории Зе м л и может быть распознано в любой точке земной поверхности, всюду оно оставило свой след» '[Крымгольц, 1964, с. 21]. Зам етим , что 12 7


ГЛ А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

подразделение времени Г. Я- К ры м гольца — чисто мысленное, умозрительное, а не установленное какими-либо методами на основании реальны х наблюдений, «позитивных документов р е­ гиональной истории Зем ли» [Соколов, 1971, с. 158]. Физики от­ носительно так их временных отношений говорят: «С точки з р е ­ ния познающего мир сознания действительно одновременными с ним будут п редставляться все те события, которые оно. мож ет охватить в данны й момент своим мысленным взором. Однако это будет с у б ъ е к т и в н о воспринимаемая одновременность. Мысленным взором мы, вообщ е говоря, мож ем «охватить» все что угодно, и действительные и несуществующие события, мы мож ем мгновенно «воспринимать» и сопоставлять к а к одновре­ менные и те события, которые в действительности происходили в разн ы е моменты врем ени »/[М о л чанов, 1968, с. 101— 102]. То, что А. Бергсон говорит о мгновениях, а Г. Я. К рым гольц — о подразделениях времени, д ел а не меняет. В обоих случаях со­ ответствие одному и тому ж е мгновению или подразделению п о ­ стулируется. «Что ж е касается постулирования о д н о в р е м е н н о г о су­ щ ествования с данны м мгновением индивидуального сознания всех тех событий внешнего мира, о которых мы в это мгновение мож ем подумать, то в общем это у тверж дение является верным, но в физическом отношении оно бессодержательно и его нельзя рассм атр ивать к а к критерий одновременности, ибо дум ать мы мож ем о чем угодно». [Молчанов, 1969, с. 24]. Столь ж е бессо­ д ер ж ател ьн о в геологическом отношении утверж дение Г. Я. К рым гольца, т а к к а к оно не основывается ни на каких реальных, н аблю даем ы х геологических фактах. КРИТЕРИИ ВЫБОРА ЭТАЛОНА Ч тобы оценить пригодность тех или иных реально сущ ест­ вующих геологических объектов д ля использования их в качест­ ве этал о на геологического времени, обратимся опять к опыту физики. Здесь к выбору этал о н а времени подходят к а к к в ы ­ бору исследовательского инструмента. Л учш им инструментом считается тот, использование которого приводит к наилучшим р езу л ьтатам при наименьших затр а тах : «Если в механике и астрономии мы вы брали наугад какую-то произвольную д еф и ­ ницию времени, если мы определили к а к конгруэнтные интер­ валы, разд ел яю щ и е восход и захо д солнца во все времена года, скаж ем , на широте Н ью -Й орка, то наш е понимание механиче­ ских явлений будет сопряжено с серьезными трудностями. И з ­ мерение с помощью этих новых временных стандартов покажет, что свободные тел а не будут больше двигаться с постоянной 128


КРИ ТЕРИ И ВЫ БО РА ЭТАЛО НА

скоростью, но станут испытывать периодические ускорения, к о ­ торым нельзя будет, очевидно, приписать какую -либо определен­ ную причину, и так далее. В результате нужно будет о т к а з а т ь ­ ся от зак он а инерции, а вместе с ним, по существу, и от д о ктр и ­ ны классической механики вместе с законом Нью тона» [ Д ’Абро, цитируется по: Грюнбаум, 1969, с. 87]. Именно такой неудобной величиной был «час времени» антич­ ности, составляющ ий 1/12 часть дня от восхода до заход а Солнца. От этого эталона времени пришлось отказаться. В к а ­ честве этал она в физике бы ла принята средняя солнечная се­ кунда, п р ед став л яю щ ая собой точно измеренную часть оборота Земли вокруг своей оси. О д н ако в последние десятилетия н а к о ­ пились многочисленные противоречия м е ж д у результатам и, п ред­ ск азы ваем ы м и теорией небесной механики, и эмпирическими данными. Р азр еш и т ь эти противоречия можно было, либо вводя сложны е поправки в теорию, либо допустив неравномерность вращ ения Земли и отказавш ись, таким образом, от солнечной секунды ка к эталона. Бы ло принято решение п ож ертвовать э т а ­ лоном в пользу простоты теории. В качестве нового этал о н а был принят период об ращ ени я Зе м л и вокруг Солнца. Глубочайший прагматический смысл имеет эйнштейновское определение одновременности. По Эйнштейну, из двух событий предшествующим является то, которое мож ет воздействовать на другое. Одновременны те события, ни одно из которых не мож ет воздействовать на другое. Если физику понимать ка к науку, ставящ ую своей целью изучение взаимодействий тел, про­ цессов и явлений, то определение Эйнштейна удовлетворяет о б ­ щей цели физики. Попробуем подойти с тех ж е позиций к выбору этал о н а гео­ логического времени. Общей целью геологии являю тся поиски полезных ископаемых. Д л я поисков необходимо изучить струк­ туру земной коры. Д л я целей структурных построений нерационально опреде­ л ять время по радиологическим признакам: ведь в этом случае мы вынуждены были бы вопреки зак о ну Стено считать пласты, имеющие большие цифры радиологических дат, более древними, д аж е если бы они зан и м ал и в нормальной стратиграфической последовательности более высокое положение. «Изохроны» при таком определении времени имели бы прихотливые очертания, находились бы в сложных, нерегулярны х отношениях со стр а ти ­ графической последовательностью и геологической структурой земной коры. Временные подразделения при таком определении не выполняли бы той функции, которую они выполняю т в совре­ менной геологии, они не были бы столь важ н ой и полезной структурной характеристикой. Понятно, что геологическая п р а к ­ тика отк а зал ас ь от использования радиологических возрастных 5 Ю. С. Салин

129


Г Л А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

подразделений к а к непроверяемых, верных по определению. Эти данны е были признаны пригодными лишь при условии непротиворечия литологическим и палеонтологическим данным. По Б. С. Соколову, стратиграф ическая ш к а л а «...не мож ет быть построена автономно на базе одних изотопных датировок, т а к к а к последние всякий раз н уж д аю тся в своей геологической интерпретации на основе относительной хроностратиграфической ш к ал ы » [1971, с. 161]. При построении геохронологической ш к ал ы фанерозоя, например, из 95 цифр абсолютного в озраста были отобраны только 34 «опорных точки, относительный в о з­ раст которых д о к аза н палеонтологическими данны ми» [Ж ам о й да, 1968, с. 653]. В стратиграфической литературе у ж е привыч­ ным стало употребление терминов «омоложение», «удревление», «завышение», «занижение» возр аста по радиологическим д а н ­ ным. Т а к а я терминология отчетливо у к а зы в ае т на то, что в о з­ растные отношения по радиологическим данны м не прин и м а­ ются в качестве непроверяемых. Они проверяю тся с помощью других методов, в р езультате чего и об наруж и ваю тся явления «удревления» и «омоложения». Ц елесообразно при определении геохронологических понятий принять за основу литологические и палеонтологические свой­ ства. Д л я большинства возрастны х подразделений при таком подходе к определению понятий геологического времени мож но установить простые, однозначные соотношения с геологической структурой. Выбор именно такого подхода к построению в р е ­ менных конструкций диктует геология всем ходом своего р а з ­ вития, именно так ие возрастны е подразделения и выделяю тся на всех геологических картах. Они д олж н ы быть освобождены лишь от оттенка неполноценности, «недостаточной обоснован­ ности» и узаконены к а к верные по определению. Стремление установить их соответствие «истинному» времени следует р а с ­ ценить к а к бесплодное теоретизирование, низводящ ее геологию на тот уровень, который фи зи ка миновала еще в XVII в. И з принятия литологических и палеонтологических данных д ля определения геологического времени следует важ н ы й вывод. Д л я стратиграфической последовательности не имеют смыс­ л а понятия «точности», «погрешности» синхронизации, «синхро­ низации в п ределах некоторого и нтервала времени» и т. п. И м е ­ ют смысл лиш ь отношения «моложе», «древнее», «одновозраст­ но». Поэтому, если по одному виду будет установлено, н ап р и ­ мер, «а одновозрастно Ъ», а по другому — «а молож е Ь», то сл е­ дует д ел ать вывод о логическом противоречии, не прибегая к аргументации типа «расхож дение невелико, в п ределах зоны, им можно пренебречь».

130


ТО ПО ЛО ГИЯ ГЕО Л О ГИ ЧЕСК О ГО ВРЕМ ЕН И

ТОПОЛОГИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ При определении времени на основе палеонтологических и литологических признаков отношение разновозрастности п л а ­ стов одного и того ж е р а зр е за и отношение одновозрастности пластов разны х р азрезов у станавл и в аю тся различны м образом. Определения отношений разновозрастности, точно т а к ж е к а к и определение отношений разновременности одноместных собы­ тий в физике, просты, однозначны и не вы зы ваю т разногласий: они устанавл и ваю тся путем непосредственных наблюдений стратиграфического отношения «выше» и перевода этого отно­ шения в отношение «моложе». Т ак ж е к а к и в физике при син­ хронизации разноместных событий, сложности возникаю т при синхронизации пластов р азны х разрезов. При синхронизации и в геологии, и в физике приходится принимать д ал еко не очевидные аксиомы. Аксиомы, используе­ мые в н астоящ ее время в геологии, приводят к противоречиям. Действительно, если, согласно зак о ну Смита, из сходства п а л е ­ онтологических признаков у пластов разны х разрезов следует их геологическая одновозрастность, то нередко приходится д е­ л ать выводы такого рода: по ф орам ин и ф ерам свита одновозрастна миоценовым толщ ам , а по моллю скам — олигоценовым. Оче­ видно, действие зак о н а Смита долж но ограничиваться такой системой признаков, которая не приводит к противоречиям. М ожно ввести это ограничение следую щим образом: д ля любой пары признаков а и Ь этой системы отношения м е ж д у телами, о б ладаю щ и м и этими признаками, д олж н ы быть одинаковыми во всех р азрезах : либо а везде выш е Ь, либо наоборот. Д ругим и словами, действие зак о н а С мита до лж но ограничиваться систе­ мой стратифицирующ их признаков. Тогда сходство по этим при­ зн ак а м можно интерпретировать к а к одновозрастность, несход­ с т в о — к а к разновозрастность. При установлении отношений «моложе» или «древнее» д ля разновозрастны х тел следует ис­ п ользовать закон Стено. Т а к а я система будет свободной от про­ тиворечий. Д л я некоторых случаев, по-видимому, возможно построение множества непротиворечивых систем по одному и тому ж е ис­ ходному материалу. Необходимо поэтому предлож ить критерий выбора единственной непротиворечивой системы из множества возможных. Таким критерием в полном соответствии с требованиями практики можно считать наибольшую детальность расчленения и наибольшую дальность корреляции. В предыдущей главе была вы работана ф о р м а л ь н ая процедура нахож дения критерия опти­ мальности системы стратиф ицирую щ их признаков. О п ти м ал ь ­ ной была признана система, д а ю щ а я максимальное количество 131

5*


Г Л А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

отношений «выш е—-ниже» по всем строкам квадратной м а т ­ рицы, соответствующим всем пр изн акам стратифицирующ ей системы. Зам етим , что всем выдвинутым нами критериям могут у д ов­ л етв орять не только палеонтологические, но и литологические признаки. Поэтому не следует сводить конструкцию геологиче­ ского времени к узко биохронологической. Исходный м атери ал долж ен в ы бираться из числа всех тел любой специализации, выделенных в исследуемом ф рагм енте геологического простран­ с т в а . В общую систему признаков при этом вполне могут по­ пасть признаки, о тр аж аю щ и е разн ы е свойства и д а ж е разны е совокупности свойств. Д л я такой системы вполне допустимо, скаж ем , следующее сочетание: слои с N u cu la n a crassatelloides L aut. зал е га ю т выше слоев глауконитовых песчаников и ниже ■лигнитовых прослоев. П ри работе на небольших территориях большинство п р и зн а­ ков, удовлетворяю щ их выдвинутым требованиям, будут литоло­ гическими. При расширении изучаемой территории литологиче­ ские признаки, ка к это хорошо известно, о б н а р у ж и ва ю т тенден­ цию к повторению в разрезе, они перестают удовлетворять тр е ­ бованию «а всегда выш е Ь» и постепенно «выбываю т из игры». При приближении разм еров территории к р а зм ер ам континен­ та или планеты в целом литологические признаки совсем пере­ стаю т участвовать в определении геологического времени, кото­ рое полностью превращ ается в биохронологическое. Тела, выделенные по возрастному признаку, различаю тся лишь по положению в последовательности напластования. П о ­ лож ение в последовательности есть свойство, инвариантное при топологических преобразованиях. М ожно говорить поэтому, что, введя описанным выше способом определение геологического времени, мы дал и характери сти ку топологии этого времени. АЛГОРИТМ С ИН ХР ОН ИЗ АЦ ИИ Д л я синхронизации можно использовать все процедуры, р а з ­ раб о т ан н ы е ранее д ля идентификации. После разбиения к а ж ­ дого конкретного р а зр е за на интервалы строим квадратную м а т ­ рицу, строками и столбцами которой будут все фиксированные на изучаемой территории признаки всех специализаций (литологические, палеонтологические, геохимические, геоф и зи чески е). Д а л е е строим все возмож ны е системы стратифицирующ их при­ знаков и вы бираем из них систему, удовлетворяю щ ую тр еб о в а­ нию «максимум единиц и двоек». Д л я всех признаков, не во­ шедших в выбранную стратифицирующ ую систему, у с та н а в л и ­ ваем стратиграфические диапазоны . С водная ш к а л а с ее с т р а ­ 132


АЛГО РИ ТМ СИ Н ХРО Н И ЗА Ц И И

тиграфическими д иапазонам и будет играть роль максимально полной для данной территории ш калы геологического времени. Временные соотношения меж ду слоями конкретных разрезов бу­ дем устанавли вать посредством выяснения их места в хроностратиграфической шкале. Д в а слоя, попавшие в последователь­ ные диапазоны ш калы, будут находиться меж ду собой в отно­ шении разновременности, временной последовательности. Слои, индексированные одним и тем ж е индексом ш калы, поставим в отношение возрастной эквивалентности друг другу. Таким образом, получается, что все точки любого слоя кон­ кретного р азр е за мы д олж н ы считать эквивалентным и друг д р у ­ гу по геологическому возрасту. Несколько последовательных слоев разреза, индексированных одним и тем ж е индексом ш к а ­ лы, т а к ж е придется считать имеющими один и тот ж е геологи­ ческий возраст. Не находится ли подобное утверждение в про­ тиворечии с законом Стено: выше — значит моложе? Ведь внут­ ри любого слоя всегда найдутся вы ш ел еж ащ и е и н иж ел еж ащ и е точки. Сводную ш к ал у можно считать ш калой геологического в ре­ мени, р ассм атривая геологическое время ка к функцию, непре­ рывно убываю щ ую при продвижении вверх по шкале. К а ж д а я более высоко з а л е га ю щ а я точка имеет меньшее значение этой функции. П о д р азд ел я я ш к ал у на конечное число стратигр аф ич е­ ских диапазонов, мы вводим разбиение этой ш калы на классы эквивалентности, или классы неотличимости. Т а к ж е ка к и в случае классификации по любому другому свойству, мы услов­ л иваем ся при этом, что значения в выделенном интервале бу­ дем считать одними и теми же, абсолютно неотличимыми друг от друга, т. е. мы договариваем ся не зам еч ать этих различий. Такова природа любых классификаций. Р азн и ц а только в том, что, р азд ел я я возрастную ш к ал у на интервалы эквивал ен тн о ­ сти, мы не знаем, по каком у числовому значению функции «гео­ логический возраст» проводим границы интервалов. Мы не знаем такж е, равны ли друг другу или не равны по объему по­ следовательные интервалы и сколько единиц геологического времени вклю чает ка ж д ы й из них. Н а м лишь известно, что весь ряд значений функции от неизвестного X, соответствующего од­ ной границе и нтервала, до неизвестного Y, соответствующего другой границе интервала, считается неотличимым. Л ю бое число последовательных интервалов можно объеди­ нить в один более широкий класс и р ассм атри в ать все точки, попавшие в этот класс, к а к эквивалентные по возрасту. При этом две точки меж ду собой могут о казаться одновременно ка к разновозрастны ми (если р ассм атр ивать их п рин адлеж ащ и м и разны м узким к л а с с а м ), так и одновозрастными (если р ас см а т ­ ривать их п р ин ад л еж ащ и м и одному широкому классу, вклю ча133


Г Л А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

ющему оба более узких кл ас са в качестве подклассов). П р оти ­ воречия не возникают, если не заб ы в а ть о том, что сопоставл я­ ются классы, а следовательно, и эквивалентности разны х к л а с ­ сификаций. Т а к ка к временная последовательность и нв ари ан т­ на относительно топологических преобразований, объемные соотношения меж ду различны ми ее интервалами, не н ах од ящ и ­ мися друг относительно друга в отношении включения, не имеют смысла. СИ НХ РО Н ИЗ А ЦИ Я

для

И Д ЕН ТИ ФИ КА ЦИ И

К а к можно было видеть, алгоритм синхронизации почти в точности повторяет алгоритм идентификации. Р азл и ч и я меж ду ними зак л ю ч аю тся только в большей простоте процедур син­ хронизации. Синхронизация не в клю чает в себя операции про­ верки, устанавливаю щ ие, соответствует ли стратиграфическое подразделение, построенное в результате идентификации, р е а л ь ­ ному непрерывному телу. Н е нужно здесь и проверять, не пере­ секаю т ли границы прослеженны х тел зад ан н ой специализации границ распространения стратиграфических диапазонов, т. е. о тп адаю т и соответствующие операции проверки. Синхронизация есть лиш ь группирование, объединение одно­ мерных тел разны х р азрезов в единую группу. В последователь­ ности действий синхронизация предшествует идентификации. Объединив одномерные тела в возрастную группу, мы в д а л ь ­ нейшем при установлении непрерывности вы би раем в качестве частей одного и того ж е двумерного или трехмерного тел а то л ь ­ ко такие одномерные тела разны х разрезов, которые входят в одну и ту ж е группу. Такое использование возрастной ш к ал ы не всегда приводит к успеху. «Возрастное скольжение», пересечение границ неко­ торых специализированных тел с «поверхностями одновозраст­ ности» действительно существует. Временные стратиграфические границы не могут использоваться д л я прослеж и ван и я п ересека­ ющихся с ними геологических границ. К акой ж е тогда п р а к т и ­ ческий смысл в синхронизации, к а к она м о ж ет помочь в иденти­ фикации? Во-первых, д а ж е если границы прослеж иваем ого тел а пере­ секаю т некоторые из границ стратиграф ических интервалов в р е­ менной ш калы , то и в этом случае другие границы ш калы, д р у ­ гие ее д иапазо ны все равно могут быть использованы д л я про­ слеж иван и я зад ан н ого тела. Н апри м ер, мы установили, что по­ дош ва свиты в одном месте имеет среднемиоценовый, а в д р у ­ г о м —-верхнемиоценовый возраст. Н о у ж е находки ниж немио­ ценовой и плиоценовой ф аун ы помогут ее прослеж иванию — 134


СИ Н ХРО Н И ЗА Ц И Я Д ЛЯ И Д ЕНТИ Ф И КАЦ И И

подошва свиты д о л ж н а зал е га ть под плиоценом и над н и ж ­ ним миоценом. П рактически мы т а к всегда и используем в р е­ менные понятия. Всегда сн ач ал а строится во зр астн ая ш к ал а, а затем в ы яс­ няется, не пересекаю тся ли ее границы с зад ан н ы м и границами. Ч а щ е всего оказы вается, что м а тери алом относительно пересе­ чения или непересечения мы не располагаем . Тогда мы прини­ маем гипотезу о неиересечении и пользуемся возрастной шкалой прямо д ля идентификации. Далее обнаруж ен и е пересечения не слишком изменяет наш инструмент для идентификации. Мы лишь слегка п одправляем его, в ы б расы в ая только пересекаю ­ щиеся границы. О б щ епри н ятая стратегия стратиграфических исследований обычно сводится к построению возрастной ш к ал ы и последую ­ щ ему приспособлению ее д л я целей идентификации в к аж д ом специализированном пространстве отдельно. Т ак к а к это при­ способление либо незначительно, либо вообщ е не требуется, то возрастн ая ш к а л а п риобретает роль инструмента д л я д ости ж е­ ния многих целей сразу. В связи с этим возникает пред ставл е­ ние о ее естественности. Ч а сто д а ж е при обнаруж ении «возрастного скольж ения» ни­ каких поправок в хроностратиграфическую ш к ал у не вносится. В этом случае изучают пространственные закономерности «скольжения» и используют их при прослеж ивании задан н ы х тел. Интересно, что соотношение операций идентификации и син­ хронизации оказал ось обратным тому, к а к это представлялось нам раньше. В «С трати граф и и и м атем атике» [1974] приводи­ лось мнение стратиграф ов о том, что с н ач ал а надо провести гео­ логические границы, а потом некоторые из них могут быть п ри ­ няты за возрастные. Учитывая сущ ествовавш ее к тому моменту состояние с определением временных геологических понятий, мы и приняли такую последовательность. Теперешний вывод: единственное, что умеет д ел ать стр а ти гр а ф ,— это синхронизиро­ в а ть п одразделен ия разны х разрезов. И только проведенная синхронизация д ает возможность вы б рать вар и ан т иденти ф и ка­ ции. Т а к а я ка р д и н ал ь н ая смена взглядов на проблему обуслов­ л ен а введением новых определений временных понятий, д е л а ю ­ щих синхронизацию однозначной и легко осуществимой на осно­ ве н аблю даем ы х данных.

135


Г Л А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

СИ НХРО НИЗ АЦ ИЯ

для

УПОРЯДОЧЕНИЯ

П рагм атический смысл использования возрастны х понятий в геологии не исчерпывается их пользой д ля идентификации. При расширении изучаемой территории быстро возр астает число отдельных геологических тел (отдельных в том смысле, что их невозможно объединить топологическим отношением связности). Н а большой территории число таких тел огромно. Мы д о лж н ы либо как-то упорядочить их множество, найти закономерности их располож ения в пространстве, либо остановиться в бессилии перед хаосом. З а несколько веков геологическая теория и п ракти ка суме­ ли достигнуть очень незначительных успехов в нахождении з а ­ кономерностей взаи м орасполож ени я геологических тел в метри­ ческом евклидовом пространстве. Особенно много н ад еж д св я­ зы валось с применением принципов симметрии, по-видимому, в связи с большой эффективностью этих принципов в физике и в одной из отраслей самой геологии — кристаллографии. Н а д е ж ­ ды не потеряны и сейчас. Но, видимо, это все ж е излишний оп­ тимизм. М алы й прогресс в нахождении структурно-геологиче­ ских закономерностей в р ам к ах евклидовой геометрии при больших за т р а т а х труда н атал ки в ае т на поиски в принципиаль­ но ином направлении, использующем иной математический ап­ парат. Геология давно ищет свои закономерности в топологиче­ ском пространстве. С трати граф и ческая последовательность, п редставляем ая сводной ш калой,— это в аж н ей ш а я координатная ось в трехм ер­ ном топологическом геологическом пространстве. Нет нужды д оказы вать, что именно стратиграф ическая последовательность позволяет вносить порядок во взаиморасполож ение геологиче­ ских тел. Но устанавли вать упорядоченность в одном и том ж е ф рагм енте пространства по каж д ом у списку свойств отдельно возможно только д ля небольших объемов охваты ваемого про­ странства, с не очень большим количеством отдельных геологи­ ческих тел. Д л я больших регионов и тем более д л я всей планеты в целом необходима ка кая -то единая координатная система, общий зн ам енатель для любых специализированных построений. В аж нейш ую ось такой единой координатной системы и пред­ ста вл я ет последовательность геологического времени. Ее пре­ имущества — м акси м ал ь н ая простота построения по сравнению со всеми другими операциями в специализированных геологиче­ ских пространствах, единая во всех случаях процедура вывода из наблюдений, наименее жесткие требования к исходному ф а к ­ тическому материалу. Д в е другие оси трехмерного топологического пространства производны от временной оси. Они проводятся в соответствии с 136


КАРТА ГЕ О Л О ГИ Ч Е С К И Х ТЕЛ

условием «иметь один и тот ж е геологический возраст». При т а ­ ком принятом в геологии подходе к геометризации построений легко об наруж и ваю тся закономерности вертикальны х и л а т е ­ ральных последовательностей геологических тел. Достаточно очевидно, что эта геометризация — не метризация, а топологизац и я геологического пространства. Введение оси, которая со­ ответствует стратиграфической последовательности, позволяет устанавл и вать исторические, эволюционные закономерности, две другие оси д ел аю т возм ож ны м установить палеогеографические закономерности, географические закономерности распределения фаций. Это второе назначение возрастной ш к ал ы — служить опреде­ ляю щей осью единой координатной системы — выводимо из пер­ вого ее назначения д ля идентификации специализированных геологических тел. С н а ч а л а ш к а л а р а зр а б а т ы в а л а с ь д л я отне­ сения разрозненных частей к одному и тому ж е геологическому телу, затем было выяснено, что она позволяет сводить в единый ряд и так ие части, которые заведом о не могут п ри н ад л еж а ть к одному и тому ж е телу. Эти р яд ы о казал ось возмож ны м исполь­ зовать для упорядочения множества разрозненны х тел. В по­ следствии второе назначение ш к ал ы геологического в озраста стало настолько необходимым, что если бы д а ж е было вы ясне­ но, что она совершенно не помогает идентификации, все равно мы были бы вынуждены ее строить. С лиш ком много полезной информации накоплено о закономерностях, полученных в в о з­ растной координатной системе. КАРТА ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ТЕЛ И КАРТА СТРАТИГРАФИЧЕСКИХ П О Д Р А З Д Е Л Е Н И И И спользование хроностратиграфических ш к ал не только по­ могает картированию ; оно значительно д еформирует понятие геологической карты. В случае большой территории практически никогда не бы ­ вает надежды , что какое-либо тело удастся проследить непре­ рывно от одного к р а я до другого. Н а этом протяж ении чаще всего оказы вается много разломов, глубоких врезов речных д о ­ лин, морских проливов или заливов, других причин, н а р у ш а ю ­ щих непрерывность геологических тел. К прослеженному по всей территории «единому» телу обычно приходится относить скоррелированны е тела, а не части одного и того ж е тела в строгом смысле этого слова. Проверить наблю дением п р ав и л ь ­ ность или неправильность идентификации таких тел все равн о невозможно. Чем больше разм еры изучаемой территории, тем меньше необходимость идентификации. С другой стороны, чем 137


Г Л А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

больше отдельных геологических тел, тем труднее оперировать с их множеством и тем острее необходимость в упорядочении, в синхронизации. Н а к а р т а х больших территорий, на м е лк о м ас ш ­ табны х к а р т а х во многих случаях (если не в большинстве) вы деляю тся и прослеж иваю тся стратиграфические п од р а зд е л е­ ния, т. е. группы синхроничных тел, а не единые непрерывные геологические тела. К артирую тся синхроничные поверхности, границы интервалов сводной хроностратиграфической ш калы. З а д а ч а геологического картирован и я резко упрощ ается. Гео* логу у ж е нет необходимости проверять свои построения н аб л ю ­ дениями; кроме того, это позволяет картир овать свиты и толщи там, где вообщ е невозможно выделить единые по составу не­ прерывные тел а — в условиях ф ац и альной пестроты, про стран ­ ственной невыдерж анности. П оследовательность за д а ч построе­ ния такой «стратиграфической» карты существенно отличается от последовательности з а д а ч построения карты геологических тел. Н а основе изучения распределения признаков в конкретных р а зр е зах строится сводная хроностратиграф ическая ш к ал а, д а ­ лее выделяю тся границы интервалов ш к ал ы в ка ж д о м из р а з ­ резов и интерполируется их положение в трехмерном пр остр ан ­ стве. Интересно, что «стратиграф ическая» к а р т а мож ет не нести никакой информации, кроме данны х о положении в п р остр ан ­ стве «бесплотных» в озрастны х границ. Вспомогательные линии, призванны е служ ить инструментом д л я проведения границ в ещ е­ ственных геологических тел какой-то одной (чащ е всего л ит оло­ гической) специализации, остаю тся иногда окончательным и единственным результатом, и зо б р а ж ае м ы м на карте. И н стр у­ мент начинает ж и ть собственной жизнью, более того, начинает д иктовать свои условия. П остан овка вопроса о роли времени в стратиграф ии и об отношении его к картированию р азб и ва ет стратиграфию на д ва л агер я . П редставители одного из них п реоб ладаю т среди ам ер и ­ канских геологов. Согласно их взгл яд ам , страти граф и я — это вспом огательная наука, пом огаю щ ая картир овать геологические тела. Среди отечественных геологов идеи рациональной, к а к н а ­ з в а л ее А. М. С адыков [1974], стратиграф ии разви вали С. Н. Никитин, Ф. Н. Чернышев, Л. Л . Халфин, Б. П. Ж и ж ч ен ко, В. И. Попов и др. Сторонники противоположной точки з р е ­ ния, прео б ладаю щ и е в европейских странах и в нашей стране, в качестве цели принимаю т установление времени. П одобные представления уходят корням и в д ал ек о е прошлое, к р аб отам Ж . Кювье, Ч. Л а й е л я , Ч. Д а р в и н а (но не В. С м и та!); они д о л ­ гое время явл ял и сь и сейчас являю тся основным фактором, определяю щ им весь облик стратиграфии. П оэтому можно н а ­ зв а т ь временную стратиграф ию классической. 138


КАРТА ГЕ О Л О ГИ Ч Е С К И Х ТЕЛ

Интересно, что в словесных ф о рм ули ровках целей с т р а ти г р а­ фии, п роан али зирован н ы х нами в «С трати граф и и и м атематике» [1974], заметного расхож ден ия м еж д у представителям и р азны х школ нет. Но все становится на свои места, к а к только речь з а ­ ходит об истолковании фактов несовпадения реальны х геологи­ ческих тел с единицами временных стратиграфических ш кал. Что п рослеж и вает геолог-съемщ ик на исследуемой террито­ рии, что вы деляет он на геологической к а рте — и деальны е с т р а ­ тиграфические подразделения, ограниченные изохронными по­ верхностями, или реальн ы е слои и толщи с реальны м и кровлей и подошвой, которые могут пересекать «плоскости одновремен­ ности»? С читать ли карту геологических тел неполноценной, «только» литологической в противоположность «настоящей», «стратиграфической» карте? К ак строятся те и другие? Вот геолог об наруж и л «скольжение» картируемой свиты от­ носительно подразделений возрастной ш калы. Тем х уж е д л я свиты: к а к стратиграфическое подразделение он а выделена неправильно, по «неправильным» признакам. Т а ­ ков вывод сторонника «классической» концепции. Тем хуж е д л я ш калы: к а к инструмент д ля корреляции и про­ слеж иван и я тел она не выполняет своего н азначения и н у ж д а ­ ется в. совершенствовании. Таков ответ «рационалиста». Кто из них прав? Вопрос не т а к прост. По крайней мере нельзя сказать, что «рационалист» всегда прав. О построении каких ка р т идет речь, д л я каки х целей они впоследствии будут использоваться? При разведочны х и эксплуатационны х работах, когда надо зн ать пространственное поведение конкретного тела, п о д л е ж а ­ щего р азработке, ясно, что установление распределения хроностратиграфическнх границ — лиш ь средство достиж ения цели. Несовпадение вспомогательных границ с зад ан н ы м и мож ет быть интерпретировано только к а к неудачный выбор вспомогательных границ. При поисковых раб о т ах ответ не м ож ет быть таким о днозн ач­ ным. П остроенная к а р т а в данном случае используется к а к ис­ ходный м атери ал д ля диагностирую щ их поисковых к л а с с и ф и к а ­ ций. В качестве основы д л я классиф икаций могут быть избраны вещественные и геометрические свойства реальны х геологиче­ ских тел. Тогда ясно, что к а р т а распределения хроностратиграфических поверхностей при установлении противоречий с р а с ­ пределением геологических единиц д о л ж н а корректироваться. О д н ако выбор геологических тел в качестве основы д л я д и агн о­ стирующих поисковых классиф икаций вовсе не обязателен. Б о ­ лее того, он не оптимален, усл ож н яет классиф икационны е пост­ роения. М ож н о избрать в качестве основы пространственные и вещественные свойства группы одномерных геологических тел, 139


ГЛ А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

объединенных в возрастны е стратиграфические подразделения. В этом случае мы не обязаны выяснять положение реальных геологических тел; случаи пересечения хроностратиграфических и геологических границ мы имеем право игнорировать. Если все­ гда будет четко оговорено, о каких к а р т ах идет речь — о кар тах геологических тел или ка р тах стратиграфических подразделений, никаких споров, подобных спорам м еж д у «рационалистами» и «классиками», не возникнет. З а основу диагностирую щ ей классификации мож ет быть при­ нята и одна геометрия «бесплотных» хроностратиграфических подразделений без учета их вещественного выполнения. Т а к д е­ лается, и никакого упрека этот подход сам по себе не з а с л у ж и ­ вает. Н е ль зя лишь злоупотреблять им в ущерб другим полезным д ля поисковых целей характеристикам . ОДНОЗНАЧНОСТЬ И ЕДИНСТВЕННОСТЬ СИ НХР О НИ ЗА ЦИ И Если синхронизация не является промежуточной операцией идентификации и не проверяется на последующем этапе н аб л ю ­ дениями, мы лиш аем ся возможности вы брать единственный ре­ зультат из двух противоречащ их друг другу. Поэтому процедура синхронизации д о л ж н а быть однозначной. Именно на разработк у такой однозначной процедуры и были н ап равлен ы наш и усилия по построению алгоритма синхронизации. Но однозначных процедур молено р а зр а б о та ть много. Р е ­ зультаты, полученные с помощью разны х процедур, несопостави­ мы. Если мы хотим иметь большой исходный м атери ал д л я по­ строения диагностирую щ ей классификации (а только в этом случае диагноз будет эмпирически обоснованным и н ад еж н ы м ), необходимо учесть д анны е по распределению известных об ъек­ тов интересующего нас типа, например месторождений, на очень больших территориях, в идеале — на всем земном шаре. Поэтому если бы д а ж е и была р а з р а б о т а н а процедура синхронизации, объединения отдельных геологических тел в хроностратиграфические подразделения, лучш ая, чем тр адиционная общ епринятая, то д ля получения практической отдачи необходимо было бы перестроить с ее помощью геологические карты д л я очень боль­ шой территории. Иными словами, пришлось бы переснимать це­ лые регионы и материки. Ясно, что это неосуществимо. Поэтому все наши усилия были нап равлен ы на р азр аботк у однозначного алгоритма, максим ально близкого к традиционным методам син­ хронизации.

140


Л О К А Л Ь Н О Е И ВСЕМ И РН О Е ВРЕМ Я

Л ОК АЛ Ь НО Е И ВСЕМИРНОЕ ВРЕМЯ Геологи часто противопоставляю т всемирное р ас п ростран е­ ние «самих по себе» подразделений геологического времени и наши ограниченные возможности распознать эти подразделения. Т ак и е ж е вы сказы ван ия были обычны и д ля физики доэйнштейновской эпохи. П осле того к а к время было определено через ф и ­ зические взаимодействия, приш лось вводить понятие локального времени. Если две м атери альн ы е системы не связан ы никакими физическими взаимодействиями, общего д л я них времени не су­ ществует. В ремя к аж д о й из систем локально и не р а с п р о с тр ан я ­ ется за ее пределы. Т а к ж е реш ается вопрос со всемирным временем и в геологии. Если д ва ф р агм ен та геологического пространства не связаны ни­ какими общими стратиф ицирую щ ими признаками, общего д ля них геологического времени не существует. Н ет никакого смысла говорить о том, какие хроностратиграфические подразделения д о л ж н ы п рослеж и ваться по всей планете, а каки е — в п реде­ л ах ограниченных территорий. Вопрос следует поставить так: на какой территории мы м ож е м проследить интересующие нас подразделения геологического времени? Если стратиф ицирую ­ щие признаки, определяю щ ие данный интервал (например, от­ д е л ), распространены на ограниченной территории, никакие по­ становления Р М С К , М С К или д а ж е М Г К 1 не расш и рят сферу их распространения. Конечно, геолог, принимающий полож ения стратиграфических кодексов «в силу своей дисциплинированно­ сти» [Садыков, 1969, с. 20], часто бывает вынужден индексиро­ вать, скажем, н иж ним миоценом подразделения геологического времени на К ам ч атк е и в Средней Азии, но ведь от этого акта м а тер и ал ь н ая связь м еж д у ними не появляется. Распространенность м атери альн ы х носителей геологического времени различна. Могут быть системы, которые не удастся'п роследить по всей территории Земли, встречаются и зоны всем ир­ ного распространения. Л окальн о время многих изолированных внутриконтинентальных впадин, толщ с эндемичной фауной и флорой и т. д. М еж ду объемом интервалов геологического времени и их гео­ графическим распространением существует только т а к а я связь: если д ва и нтервала находятся в отношении включения один отно­ сительно другого, географическая распространенность в к л ю ч а ю ­ щего интервала не меньше, чем у включенного. Д л я интервалов, не находящ ихся в отношении включения, м еж д у объемом и рас* РМ СК — региональный межведомственный стратиграфический комитет. МСК — межведомственный стратиграфический комитет, М ГК — м еж дуна­ родный геологический конгресс. 141


Г Л А В А IV . Г Е О Л О Г И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

пространенностью не устанавл и в ается ни необходимой логиче­ ской, ни индуктивной эмпирической связи. Н е л ь зя противопоставлять распространенность геохронологи­ ческих и хроностратиграфических подразделений. И н тервал в ре­ мени, не фиксированный никакими сохранивш имися и наб лю д ен ­ ными м атериальны м и документами, не имеет реального см ы сла и о т р а ж а е т либо абсолю тное врем я Нью тона, либо м ы сленное время Бергсона. В физике было признано, что п р ед став л ен и е Бергсона о всемирных мгновениях, охваты ваем ы х одним актом: сознания, продиктованы зд р ав ы м смыслом, ж е лан и ем у п ор яд о ­ чить мир физических событий единой временной координатной сеткой [Молчанов, 1968]. Таково ж е полож ение и в геологии.. С оздание единой координатной сетки геологического времени — вещь крайне ж е л а т ел ь н а я. Н е следует лиш ь путать ж е л а е м о е с реальным . М еж ду разн ы м и системами локального геологического, времени надо стремиться у стан авл и в ать м атери ал ьн ы е связи, нопока они не установлены, общее д л я них время — понятие геоло­ гически бессодержательное.


Г J1 А В А V

ФИЗИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ ■

В предыдущей главе были сформ улированы понятия геологи­ ческого времени. Необходимость их использования в структурногеологических построениях несомненна, но я в л я е т с я л и г е о ­ логическое время временем в о о б щ е ? [Косыгин и др., 1976]. П р е ж д е всего разберем ся: зачем нам надо выяснять соотношения геологического и физического времени? . Если геологическое время используется всего лиш ь к а к по­ л езн ая структурная х арактер и сти ка (так это дел ает ся в геологи­ ческом картировании, стратиграфии, тектонике), то мож но д оп у­ стить произвольные соотношения этого понятия с физическим временем. Н о дело резко меняется, к а к только мы переходим к историческим реконструкциям. При восстановлении геологиче­ ской истории мы сн ач ал а н аб лю д аем ход современных геологи­ ческих процессов в физическом времени, а затем переносим р е ­ зультаты наблюдений в прошлое, рас п о л ага я восстановленные собы тия в последовательности геологического времени и с в я зы ­ в а я их отношением геологической одновременности. Эта о п е р а ­ ция правом ерна лишь в случае совпадения понятий геологиче­ ского и физического времени, в противном случае происходит лишь подмена понятий, обозначаемы х одним термином «время». М ож ет возникнуть законное недоумение: разве во всех р а с ­ суждениях, и зл агаем ы х в предыдущей главе, имелось в виду не физическое время? Конечно, во всех «теоретических» построе­ ниях мыслилось именно физическое и никакое другое время. Но оно именно мыслилось. Ч тобы врем я имело реальный смысл, а не оставалось лишь мысленным бергсоновским временем, необ­ ходимо, чтобы оно выводилось из наблю дений над д ей ствитель­ ным миром. Этому требованию отвечают по отдельности концеп­ ция геологического времени в данном нами определении и кон­ цепция физического времени в определении Эйнштейна. В каких случаях мы мож ем говорить о совпадении или не­ совпадении понятий? Понятие — всегда логическая конструкция, которая выводится по каким-то пр авил ам из какого-то исходного эмпирического м атер и ал а. С разу становится ясным, что физиче­ ское и геологическое время — разн ы е понятия. Физическое время выводится из наблюдений над текущими событиями, геологиче­ с к о е — из наблюдений над абсолютно статичными х ар а ктер и сти ­ ками: геологическими свойствами, объектами, отношениями 143


Г Л А В А V. Ф И З И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

Р азли чн ы и процедуры, логического вывода. Естественно, р а з ­ личным получается и окончательный продукт — физические п геологические временные понятия. Выяснить их взаимоотнош е­ ния можно только на некотором эмпирическом материале.

Э МП ИР ИЧЕ СК ИЕ СВЯЗИ М Е Ж Д У ТОПОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ФИЗИЧЕСКОГО И ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ И в физическом, и в геологическом времени отношения одно­ временности выводятся из отношений разновременности, поэто­ му сосредоточим внимание именно на них. Отношения р а зн о в р е­ менности одноместных событий и в геологии, и в физике у ста н а в ­ ливаю тся путем непосредственного наблюдения. Эмпирическая связь м еж д у физической разновременностью наб лю д аем ы х событий и геологической разновременностью р е ­ конструированных событий обобщ ается законом Стено. Этот закон на эмпирически изученном множестве объектов у с т а н а в л и ­ вает при определенных условиях взаимооднозначное соответст­ вие анализируем ы х отношений. По крайней мере, у с т а н а в л и в а ­ ется однозначное соответствие: если пласт а л еж и т выше п л а ­ ста Ь, то событие, сформ ировавш ее пласт а, произошло после события, сформировавш его пласт Ь. Эмпирически изученное мно­ жество объектов очень велико. М ногократно н аблю далось ф ор ­ мирование пластов в морях при пелагическом (частица за ч а ­ стицей) осадконакоплении, при оседании мути из суспензионных потоков, при отложении речных наносов, при выпадении пеплов у подножий вулканов и т. д. У становленная связь вполне обос­ нованно возводится в ранг универсального детерминированного закона. Условия, при которых справедлив закон Стено, таковы: 1) нормальное осадконакопление на поверхности З ем л и или на дне моря под действием сил гравитации; 2) нормальное (неопрокинутое) залегание. Существуют веские основания в пользу того, чтобы считать, что мы распол агаем возможностью детерминированного д и агн о­ стирования именно такого процесса осадконакопления. В осста­ новление именно этой черты генезиса (а не генезиса вообще, ка к считает, например Л. Л. Х алф ин [1960], обосновывается колос­ сальным множеством наблю дений физической географии, в у л к а ­ нологии, седиментологии, морской геологии и т. д. К обсуждению вопроса об опрокинутых зал егани ях придется обратиться еще раз, хотя при определении стратиграфического отношения «выше» мы у ж е подробно его р азбирали. Отношение 144


ЭМ П И Р И Ч Е С К И Е СВЯЗИ М ЕЖ Д У ТО П О Л О ГИ ЧЕСК И М И СВО ЙСТВАМ И

«выше» определялось д л я целей идентификации и построения полноопределенного геологического пространства, исходным м а ­ териалом д л я его вывода служ и ли дискретны е наблю дения в разрозненных обнаж ениях. П ри установлении взаимоотношений физических и геологических временных понятий исходным м а т е ­ риалом служ и т у ж е построенное полноопределенное про стран ­ ство. П ри идентификации, если один и тот ж е п ласт был встречен в одном р азр е зе д в а ж д ы , достаточным был вывод о том, что одно из залегани й опрокинутое, а второе — нормальное. Д л я решения вопроса о физическом времени необходимо выяснить, какое именно из двух зал егани й нормальное, а к акое — опрокинутое. Определения нормальности — опрокинутости, выводимого из н аблю даем ы х геологических данных, не существует. Попытки дать его приводят к логическому кругу, к а к это было устан ов ­ лено нами в «С тратиграф ии и м атем атике» [1974]. И н о гда гово­ рят, что н ормально залегание, которое зан и м ал и пласты в про­ цессе их формирования. Т а к а я ф орм ули ровка позволяет одно­ значно уста н а вл и в ать нормальность зал е га н и я только д ля пластов с наблю денным и условиями формирования. Д л я всех прочих она равносильна постановке зад ач и распозн аван и я, когда в м а тер и ал е обучения п редставлен один класс. М ож но найти много признаков, общих у анализируемого п л а ­ ста (для которого реш ается з а д а ч а установления н о рм ал ь н о­ с т и — опрокинутости зал е га н и я ) с пластами, д л я которых непо­ средственно н аб л ю д ал с я процесс формирования. Н о откуда сл е­ дует, что эти признаки характери зую т именно класс нормально зал е га ю щ и х пластов в отличие от опрокинутых, а не являю тся более общими, присущими одновременно обоим кл ассам ? В по­ исках представителей обоих классов обратим ся к изоклинальным ск л а д к ам с наклонны ми осевыми плоскостями, непрерывность слоев в противоположных кры льях которых установлена одно­ значно. Т а к к а к пласты в разн ы х кры льях зан и м аю т противопо­ лож ное полож ение относительно земной вертикали, они не могут быть одновременно опрокинутыми или одновременно н орм ал ьн ы ­ ми. Очевидно, к а ж д о е из этих крыльев м ож ет быть принято нор­ мальным, а противоположное — опрокинутым. В любом случае у пластов, находящ ихся в процессе формирования, мож но найти признаки, общие с пластами, принятыми за нормально за л е г а ю ­ щие и отличаю щ ие их от пластов, принятых за опрокинутые. И ногда п ред лагается такой критерий: нормальны м надо счи­ тать залегание, распространенное на большей площ ади. И н ту и ­ тивно такой вывод п редставляется более е с т е с т в е н н ы м — легче объяснимыми с этих позиций становятся процессы с к л а д ­ кообразования, большим в этом в ари ан те становится и число признаков, общих с пластами, находящ имися в процессе форми6

Ю. С. Салин

145


Г Л А В А V. Ф И З И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

рования. Установив таким довольно сложны м образом н о р м ал ь ­ ность и опрокинутость" зал е га н и я п о о п р е д е л е н и ю , мож но найти достаточный м атери ал д л я р аспозн аван и я зал е га н и я в л ю ­ бых наперед неизвестных случаях. Разновременность разноместных событий в физике и геологии устанавл и в ается различно. В физике разновременность события в точке А и события в точке В устанавл и вается операцией н а ­ блюдения за воздействием одного из них на другое. В оздейст­ вующее при этом считается происшедшим ранее. В геологии для установления разновременности реконструированных событий в точках Л и В необходима предварительно проведенная синхро­ низация некоторых вспомогательных событий А к и B t. Если со­ бытие А п, согласно зак ону Стено, предшествует А к, а В т следует за B t, то А п считается происшедшим раньш е В т,- Приходится обратиться к ан ал и зу взаимоотношений меж ду геологической и физической одновременностью. Г еологическая одновременность устанавл и в ается по сходству палеонтологических признаков, согласно зак ону Смита, или по сходству литологических признаков, согласно зак о ну Вернера. Н абл ю д аем ого м а т ер и ал а д л я выведения эмпирической связи м еж д у физической и геологической одновременностью не сущ е­ ствует. Н е н аб л ю д ал а сь непосредственно ни физическая одно­ временность эволюционной или фациальной смены фаун, флор, отдельных таксонов органического мира, ни физическая одно­ временность смены физико-географических обстановок, п риводя­ щ а я .к смене литологического состава толщ или отдельных лито­ логических характеристик. Поэтому закон Смита и закон В ер ­ нера следует рассм атривать либо к а к определение, вводящ ее но­ вое понятие «геологическая одновременность», не имеющее ни­ какого отношения к физической одновременности, либо (если одновременность, упоминаемую в обоих законах, понимать как физическую) ка к умозрительные, физически бессодерж ательны е утверж дения, не опираю щ иеся ни на какие наблю дения над ре­ альным миром. Р - О Д НО В Р Е М Е Н Н О С Т Ь Попробуем, используя реконструированные события, вывести физическую одновременность в геологии так же, ка к она вы во­ дится в физике на основании н аблю даем ы х событий. Будем исходить из эйнштейновского определения физической одновре­ менности, которое мы д а л е е рассмотрим. Относительно синхро­ низации при помощи транспортируемы х часов примем точку зрения Ю. Б. М олчанова [1970], согласно которой этот способ рассм атривается ка к попытка определить время независимо от реальны х физических взаимодействий, другими словами, к а к по­ пытка возвратиться к «абсолютному» времени Ньютона. 146


Р -О Д Н О В Р Е М Е Н Н О С Т Ь

В качестве исходного м а тер и ал а примем геологическую к а р ­ ту. Л ю бую границу реальны х геологических тел на ней можно интерпретировать к а к конец одного события (биологического, седиментологического, физического) и начало другого. Р а с п р о ­ странение н ач ал а некоторого реконструированного события м о ж ­ но использовать д ля установления физической разновременности так же, ка к используется распространение сигнала в физике. О днако в физике, проследив распространение сигнала от точки А в момент времени t A, до точки В в момент времени tB), всегда можно сделать вывод не только о разновременности моментов tAl и tBl, но и об их временном п орядке (tAl раньш е /В| или наоб о ­ р о т ) . Такие выводы позволяет д ел ать наличие в физике уни­ кального момента «сейчас», момента наблюдения. Н а б л ю д а я в момент времени t l событие в точке А и зн ая, что то ж е событие фиксировано в момент /, в точке В, мы мож ем сделать единст­ венный вывод о предшествовании момента S -времени моменту /, Л-времени. Отметим попутно, что т а к же, к а к и в геологии, в физике со­ поставлению временных последовательностей в точках А и В д о л ж н а предш ествовать процедура идентификации событий: необходимо знать, что в этих точках мы фиксируем о д н о и т о ж е , а не разные, хотя и неотличимые по всем п ар ам етр ам собы­ тия. Окончательным критерием идентификации события мож ет служ ить лишь экспериментальное установление пространствен­ ной непрерывности распространения события м еж д у р ас см а т р и ­ ваемыми точками. О днако т а к а я п р я м а я идентификация п рак т и ­ чески неосуществима. И спользую тся какие-то косвенные методы идентификации. По-видимому, они просты и однозначны, с ними не связано никаких проблем; по крайней мере, физики о таких п роблем ах не спорят и не говорят. В геологии, идентифицировав реконструированные события и зн ая, что моменты н ач ал а некоторого события в точках А и В разновременны, мы не мож ем сказать, какой из моментов более ранний, а какой более поздний. В геологии нет уникального м о­ мента «сейчас», заданного актом н аблю дения и позволяющего д ел ать вывод о временной последовательности. Все моменты здесь одинаково прошедшие, с точки зрения н аб лю д ателя. П алеонтологи и литологи обычно говорят, что известно н а ­ правление распространения реконструированных литологических и биологических событий: нап равлен ие трансгрессий и регрессий, полож ение центров возникновения и нап равлен ие миграций но­ вых форм и т. д. О днако при этом п редполагается у ж е осущ е­ ствленной пред варительн ая синхронизация разноместных собы ­ тий: если в точке А начало события фиксируется, согласно з а к о ­ ну Стено, до определяю щего временного уровня, а в точке В — после, то д елается вывод о распространении события от Л к В. 147

6*


ГЛ А ВА V. Ф И ЗИ Ч ЕС К О Е ВРЕМ Я

Р ан ее у ж е говорилось, что т а к а я синхронизация могла быть про­ ведена лиш ь в геологическом времени, но не в физическом. И спользовать геологическую одновременность д ля установления физической разновременности нельзя. Не имея вспомогательного уровня изохронности, мы теряем возможность установить ф и зи ­ ческую временную последовательность разновременны х рекон­ струированных событий. Решение зад ач и остается неопределенным. В ариантов р еш е­ ния два: начало события в точке А было раньше, чем в В, или наоборот. С целью минимизации максимального риска мож но принять третье решение: ан али зи руем ы е моменты одновременны. Очевидно, что оно противоречит принятому ранее выводу о р а з ­ новременности. П роанали зи ру ем это противоречие. По Эйнштейну, одновременность в физике устанавл и вается следующим образом (рис. 22). И з точки А в момент t t Л-времени выходит сигнал; он достигает точки В в момент t l 5-врем ени, о т р аж аетс я и в о звр ащ ается в точку А в момент t2 Л-времени. Если сигнал распростран яется с максим ально возможной (све­ товой) скоростью, то ни одно событие, происходящее в точке А в промеж утке м еж д у моментами t t и t2 Л-времени, не м ож ет в о з­ действовать на событие, происходящее в точке В в момент / ( 5-врем ени. И н тер вал if, — 12 Л-времени представляет собой «мертвую зону» д л я событий, происходящих в точке В в момент ti. К аки е бы события ни происходили в точке В в момент /, 5-врем ени, они просто н е у с п е л и б ы отразиться на событиях, происходящих в точке Л в интервале t {— 12 Л-времени. О дновре­ менность, по Эйнштейну, определяется невозможностью л ю б ы х м атери альн ы х взаимодействий. Следовательно, любой момент Л-времени в интервале t,— 12 одновременен моменту г1, 5 -в р е м е ­ ни. Выбор одного из них произволен, с точки зрения принятого критерия. По Эйнштейну, выбирается момент посередине интер­ в ал а. Это соответствует одинаковой скорости распространения сигнала туда и обратно. Определение Эйнштейна очень прагматично. Установив одно­ временность двух событий, мы получаем право не считаться с возможностью воздействия одного из них на другое; мож но р а с ­ см атри вать к а ж д о е «в чистом виде», что, естественно, упрощ ает все построения. Именно в определении понятия одновременности «...заклю чается гвоздь всей теории относительности. Если здесь достичь понимания, то все остальное становится просто само со­ бой понятным и трудности там скорее лишь ф о р м а л ь н о -м а тем а­ тические» [М андельш там, 1950, с. 187]. Если целью исследования является установление в озм ож н о ­ сти или невозможности не любых, а только некоторых м а тер и ­ альны х взаимодействий, то можно ввести ослабленное т р еб о в а­ ние одновременности. 148


р -О Д Н О В Р Е М Е Н Н О С Т Ь

Р-одновременность будет озн ач ать невозможность в заи м од ей ­ ствий, распростран яю щ и хся со скоростью, равной Vv или мень­ шей Vp. Если скорость Vs распространения сигнала 5 больш е Vp, то разновременность, установлен н ая по сигналу 5 , будет соответ­ ствовать одновременности по Р. М ож н о иллю стрировать такую связь (рис. 23). Все события, происходящие в точке А в интер­ в а л е ti— ti, Л-времени, будут одновременны событию, п роисходя­ щему в точке В в момент S -времени, при установлении одноА -врем я

В -в р е м Я '

А-время

В-время

Рис. 23. Определение Р-одновременности

Рис. 22. Определение одновре­

менности по А. Эйнштейну

временности по сигналу Р . Н о при использовании сигнала S т а к а я одновременность у стан авл и в ается только д л я событий, происходящих в точке Л в и нтервале t2— ts Л-времени, а собы­ тия, происходящие в точке Л в и нтер вал ах t t— 12 и t3— /4 Л -в р е­ мени, будут разноврем енны (по S ) с событием, происходящим в точке В в момент U В-времени. В соответствии с излож енным можно и зб е ж ать противоречия, истолковы вая моменты н ач ал а одного и того ж е события в разн ы х точках к а к одновременные, если понимать одновременность к а к невозможность не любых взаимодействий, а только взаимодействий, распространяю щ ихся со скоростью, равной Vp или меньшей, чем VP. Р-одновременность в этой конкретной ситуации д а е т такие ж е результаты , каки е д ает эйнш тейновская одновременность во всех случаях. Допустим, мы изучаем закономерности р азви тия двух гео гр а­ фически разобщ енн ы х популяций одного и того ж е вида м ол л ю ­ 149


ГЛА ВА V. Ф И ЗИ Ч ЕС К О Е ВРЕМ Я

сков в древнем бассейне. Остатки обеих представлены п р и ж и з­ ненными захоронениями. У первой популяции установлены и зм е­ нения, которые в принципе могли бы отразиться и на второй, но ничего подобного не зафиксировано. Если м еж д у захоронениями найден непрерывно распространяю щ ийся слой пепла или непре­ рывный слой, позволяю щий реконструировать распространение некоторого палеомагнитного сигнала, мы мож ем утверж дать, что с точки зрения биологических взаимодействий обе популяции ж и л и одновременно: к а к о в ы бы ни были изменения в одной из популяций, обмен гаметами и вы равнивание изменений были не­ возможными; никакие биологические воздействия просто н е у с п е л и б ы дойти от одной популяции до другой, т а к к а к ско­ рость их распростран ен ия меньше, чем скорость распространения палеомагнитных сигналов или пепловых туч. Установление одновременности позволяет резко упростить все построения: мы не д о л ж н ы считаться с возможностью воздейст­ вия одной популяции на другую; можно рассм атривать их р а з в и ­ тие «в чистом виде». В противном случае д л я объяснения отсут­ ствия взаимодействий пришлось бы прибегать к гипотезам о б арь ер ах (физических или экологических), генетической несовме­ стимости, н есовпадаю щ их сроках разм нож ен ия и т. д. Учтем возмож ны й источник противоречий. В физике момент в о звр а та сигнала, отразивш егося в точке В, в точку А р азн о в р е­ менен с моментом выхода этого сигнала из точки А ка к в соот­ ветствии с операцией непосредственного наблю дения разн о в ре­ менности одноместных событий, так и по цепи взаимодействий разноместных событий — от Л к Б и н а з а д от Б к Л. В геологии ж е мож ет получиться, что момент выхода из точки Л и момент возвращ ен и я в ту ж е точку некоторого непрерывно р ас п р о с тр а­ няющегося реконструированного события разновременны по з а ­ кону Стено и одновременны по принятому правилу одноврем ен­ ности разноместных непрерывных событий (здесь это правило приходится принимать д в а ж д ы : .сначала от Л к В, затем от В к Л ) . Исключим такие противоречия введением специального условия: д л я установления одновременности пригодны только такие непрерывно распространяю щ иеся события, которые ф и к ­ сированы в лю бом р азр е зе не более чем по одному разу.

БОЛЬШАЯ И МЕНЬШАЯ ИЗОХРОННОСТЬ Таким образом, если на построенной геологической к а р те в ы ­ делены непрерывные геологические тел а и если смену в р а зр е зе одного тела другим интерпретировать к а к момент н а ч а л а геоло­ гического события, сформировавш его верхнее тело, то подошву такого тел а можно истолковывать к а к уровень ф и з и ч е с к о й 150


БО Л ЬШ А Я И М ЕН Ь Ш А Я И ЗО ХРО Н Н О СТЬ

и з о х р о н н о с т и , понимаемой к а к невозможность м а т е р и а л ь ­ ных взаимодействий, р аспространяю щ ихся со скоростью, м ень­ шей скорости распростран ен ия данного события. Если д л я данного ф рагм ен та геологического п ространства и з­ вестно распространение тел только одной специализации, пласто­ вые границы этих тел приходится принимать за уровни изохрон­ ности. Если ж е известно распространение тел разной сп ециали­ зации, появляется возможность среди всех.известных границ в ы ­ бирать уровни большей и меньшей изохронности [Косыгин и др., 1976]. В случае непересечения границ разной специализации все они (к ак равн оправн ы е в топологическом пространстве) могут быть приняты за уровни изохронности. Если границы пересека­ ются, в озникает противоречие, которое мож но ликвидировать, вы брав в качестве изохронной лишь одну из взаимно п ересекаю ­ щихся границ. В ы бираем границу, которая соответствует рек он ­ струированному событию, распространяю щ ем уся с большей ско­ ростью. , . .,. Д л я сравнения скоростей имеется большой эмпирический м а ­ териал. Н аиб о л ее изохронными были бы границы, выделенные по следам электромагнитных событий, р асп р остр ан яю щ и хся со световой скоростью. Следы световых событий пока не р а з л и ч а ­ ются по геологическим данным, магнитные события (инверсии, миграции магнитного полюса) в настоящ ее время в о сст а н а в л и в а­ ются. Д а л е е в этом скоростном ряд у следуют процессы рас п р о ­ странения фронта выпадения пеплов. при вулканических и звер ­ жениях. С меньшей скоростью р аспространяю тся прочие литоло­ гические события. Д л я сравнения большинства из них друг с другом нет достаточного эмпирического м а тер и ал а. То ж е самое можно ск азать и о м играциях биологических (эволюционных и экологических) изменений. В принципе м ож ет быть поставлена за д а ч а вы явления среди лю бых литологических и биологических событий таких, которые распростран яю тся со скоростью магнитных сигналов, со ско­ ростью пепловых туч и т. д. М ож е т быть найден и м а тери ал д ля обучения распозн аван и ю медленно распространяю щ ихся собы ­ т и й — трансгрессий моря, миграций биоценозов и т. д. Д л я к а ж ­ дого такого кл ас са событий д о л ж н ы быть вы явлены общие ч ер­ ты, отличаю щ ие их от всех других классов. Т аким образом мо­ ж е т быть установлена скорость распространения д л я многих реконструированных событий. В озможен и более прямой путь: в полноопределенном геологическом пространстве вы деляем г р а ­ ницы, совпадаю щ ие с границами, соответствующими событиям с известными скоростями распространения, вы явл яем общие и необходимые черты таких границ, распознаем их но этим чертам в неизвестных ситуациях. 151


Г Л А В А V. Ф И З И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

ИСКАЖЕНИЯ ВРЕМЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ Во всех предыдущих рассуж д ен и ях мы исходили из предпо­ ложения, что лю бы е непрерывно распространяю щ иеся события геологического прошлого непрерывно фиксировались в геологи­ ческих документах (причем везде одинаковым образом) и с о х р а­ нялись без изменений до настоящ его времени. О днако по к а ж ­ дому пункту допустимы и противоположные предположения. Н апример, при использовании палеонтологических событий в о з­ можно отсутствие условий д ля захоронения остатков организмов, при использовании палеомагнитных событий — отсутствие у сло­ вий д л я фиксации вектора намагниченности из-за отсутствия по­ род с ферром агнитны ми м инералам и или невозможности пере­ ориентации ферромагнетиков в магнитном поле Земли. Д л я о к а ­ менелостей возможно полное или избирательное выщ елачивание, и ска ж аю щ ее первичные количественные биоценотические и тафоценотические соотношения, уничтожение метаморфизмом; для намагниченных пород возмож но разм агн ич ивани е и перемагничивание. И м ея наб лю д аем ы е д анны е о распространении биостратиграфических и палеомагнитных подразделений на геологической карте, н ельзя еще считать, что п алеом агнитны е уровни более изохронны. Это утверж дение было бы справедливо лишь при от­ сутствии искажений временной информации в тех и других д а н ­ ных или при одинаковых искажениях. В реальной ситуации прихо­ дится либо произвольно принимать предположение о равенстве или отсутствии искаж ений (и тогда предпочитать палеомагнитный уровень ка к более изохронный), либо зан и м аться в ы я в л е­ нием и устранением искажений. В последнем случае получение окончательного резул ьтата сводится к многократному решению зад ач и распознавания. В природных и экспериментальных условиях, моделирующих предполагаемую обстановку геологического прошлого, п одб и р а­ ется эмпирический м атер и ал «обучения» либо д ля кл асса н е­ искаженной временной информации и д ля кл асса искаженной информации, либо д ля многих классов временной информации, искаженной в различной степени и по различны м причинам. И скаж ени я, выявленны е в результате решения зад ач и р а с п о зн а ­ вания, исклю чаю тся или исправляются. Н а этом пути возникает много трудностей. В к а ж д о м отдель­ но взятом случае решение зад ач и существует, и оно может быть единственным. О днако при установлении временных отно­ шений одной и той ж е пары объектов разн ы м и методами в о з­ можны (и в действительности возникают) многочисленные про­ тиворечия, д а ж е несмотря на полное использование всех имею­ щихся приемов выявления и исправления искажений. К ак оце­ 152


СО О ТНО Ш ЕНИЯ ТО П О Л О ГИ ЧЕСКИ Х ХА РА КТЕРИ СТИ К

нить резул ьтат и вы б рать правильный — неизвестно. В общем случае предпочесть следовало бы тот, который выведен с исполь­ зованием более устойчивых, б о л е е з а к о н о м е р н ы х связей. Но д л я получения каж д ого из результатов обычно применяется многоходовая процедура, на к а ж д о м ш аге основанная на какойлибо одной связи. С равни вать по устойчивости, по степени з а к о ­ номерности приходится не отдельные связи, а их совокупности. В настоящ ее время не существует ни методики сравнения, ни критерия оценки результатов. Поэтому все сложивш иеся про­ цедуры вы явления и исправления искаж ений приходится все ж е дополнять произвольным выбором предпочтительного р езул ь ­ тата. Предпочтительность р езу л ь тата бессодерж ательн а в ф изи­ ческом отношении-— она не м ож ет быть ни ф альсиф ицирована, ни верифицирована наблюдением. Б о л ее или менее р еа ль н а в этом выборе лиш ь интуитивная оценка «большей обоснованно­ сти» метода, большей устойчивости ком плекса использованных связей. СООТНОШЕНИЯ ТОПОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕОЛОГИЧЕСКОГО И ФИЗИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ Таким образом, мы выяснили, к а к восстанавл и вается тополо­ гия физического времени по исходному м а тер и ал у — по геологи­ ческим телам, непрерывно прослеженны м в изучаемом простран ­ стве. П о я вл я ется возмож ность установить соотношения м е ж д у топологическими хар актери сти кам и геологического и физическо­ го времени. Геологическая синхронизация предшествует установлению пространственной непрерывности слоистых геологических тел. Непрерывность в д альн ей ш ем интерпретируется к а к физическая изохронность. Следовательно, геологическая синхронизация в последовательности логического вывода предшествует физиче­ ской синхронизации. Установив д л я нескольких геологических тел идентичность и нтервал а геологического в озраста, мы получаем возможность утверж д ать, что границы идентифицируемых непрерывных геоло­ гических тел не пересекаю т границ интервалов геологического возраста [Салин, 19746], что они находятся где-то внутри интер­ в ал а. И н терпретируя непрерывность ка к физическую изохрон­ ность, мы получаем возмож ность утверж д ать, что изохронные поверхности нах од ятся г д е - т о в н у т р и интервал а геологиче­ ского возраста, т. е. геологически изохронные поверхности н ахо ­ дятся в отношении непересечения с установленными физически изохронными поверхностями. 153


Г Л А В А V. Ф И З И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

Отношения непересечения за д а ю т отношения эквивалентности в топологическом пространстве. Поясним это утверждение. Д о ­ пустим, у нас имеется геологическая в о зр астн ая п оследователь­ ность (рис. 24). Внутри интервалов геологического в озраста есть физически изохронные поверхности. Если физически изохронные границы не пересекают границ интервалов геологического в о з­ раста, то, где бы мы ни прово­ дили разрезы, везде границы физической изохронности со­ хр ан ят свое положение в по­ следовательности интервалов геологического возраста. С ход­ ство в последовательности есть, по определению, геологи­ ческая одновозрастность, сл е­ довательно, лю бы е точки ф и ­ зически изохронных границ геологически одновозрастны друг другу. Аналогично мож ет быть выведено и обратное у т­ ------------- 1 верждение: любые точки гео­ логически изохронных границ физически одновременны. Го­ воря так, мы, конечно, п о д р а ­ Рис. 24. Соотношения физиче­ зумеваем, что имеющиеся ф и ­ ской и геологической времен­ ных последовательностей зически изохронные поверхно­ 1 — геологически изохронные гра­ сти сл у ж а т границами классов ницы; физического времени и экв и ­ 2 — физически изохронные границы валентность понимается как принадлеж ность к данном у классу, д ал ее неделимому. Геологическая одновозрастность мо­ ж е т быть п редставлена к а к первое приближение физической одновременности. П оследовательность дальнейш их приближений в соответст­ вии с излож енным выше такова. 1. Установление геологической непрерывности тел какой-то одной специализации; если установлено пересечение границ не­ которых тел с границами интервалов геологического возраста, то взамен последних в качестве физически изохронных прин и м а­ ются пересекаю щ иеся с ними непрерывные поверхности. 2. Установление геологической непрерывности тел несколь­ ких специализаций; если установлено пересечение поверхностей, ран ее принятых за изохронные, с границами тел, о б р азо в ав ш и х ­ ся в результате более высокоскоростных процессов, эти послед­ ние принимаю тся за изохронные взамен пересекаю щихся с ними. 3. В ыявление и устранение искажений имеющейся врем ен ­ 154


Н ЕВО ЗМ О Ж Н О СТЬ СИ ГН А Л Ь Н О И СИ Н ХРО Н И ЗА Ц И И

ной информации; при получении противоречивых выводов в к а ­ честве единственно правильного принимается тот, который в р е­ зультате интуитивного или произвольного выбора признается «более обоснованным». Последний этап приближений мож ет быть в свою очередь разби т на множество самостоятельны х этапов. В озникает вопрос о достаточности приближений в к аж д ой конкретной ситуации. Очевидно, когда есть необходимый эм пи ­ рический м атериал, позволяю щий достигнуть большего прибли­ ж ения, оно всегда реализуется. Но если м а т ер и ал а нет, какое приближ ение мож но считать не менее чем достаточным? Д л я достижения какого прибли ж ен ия надо ставить за д а ч у получения необходимых исходных данных? Ответ следовало бы искать в ф ормулировке целей ретроспективных построений. П ри сущ ест­ вующем положении с целевыми форм ули ровкам и вопрос о стает­ ся без ответа. Единственный используемый в подобной ситуации «принцип» — большее приближ ение лучше, чем меньшее. Н есо м ­ ненно, однако, что при широких региональных тем более гло­ бальны х построениях единственно возможны м приближением к физическому времени явл яется геологическое время. М ож но резюмировать, что геологическое время выполняет три важ н ей ш и х функции: 1) инструмента идентификации тел лю бых специализаций; 2) универсальной, независимой от спе­ циализации координаты, позволяю щ ей производить уп орядоче­ ние множества геологических тел; 3) первого, а иногда и един­ ственного п риближ ения физического времени. Р о л ь геологического времени в стратиграф ии настолько в е­ лика, что провозглаш ение его построения единственной целью этой науки не выглядит слишком у ж большим преувеличением. Практически все, что д ел ает стратиграф , т а к или иначе связано с геологическим временем.

Н ЕВОЗМОЖНОСТЬ СИГНАЛЬНОЙ С И Н ХР О НИ ЗА Ц ИИ ПО Р А ДИ ОЛО ГИ ЧЕ СК ИМ Д А Н Н Ы М Все радиологические методы установления физического вре­ мени о б л а д а ю т тем недостатком, что д аю т только локальн ое вре­ мя одной точки, Л-время, по терминологии Эйнштейна. Много точек — много изолированных времен. Д л я приведения их в еди­ ную временную систему необходима процедура синхронизации. Д а ж е если бы все часы шли одинаково правильно, треб овал ась бы синхронизация их н ачальн ы х или каких-нибудь других мо­ ментов. К тому ж е в ходе к а ж д ы х часов возможны отклонения, 155


Г Л А В А V. Ф И З И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

т а к к а к на результаты регулярны х процессов радиоактивного р ас п а д а н акл ад ы в аю тся результаты других, нерегулярных про­ цессов. Но си гнальная процедура синхронизации по рад и оло ги ­ ческим данны м неосуществима: процессы радиологического р а с ­ пад а не связаны с перемещением в пространстве, они происхо­ д ят в к аж д ой точке изолированно. Возможно, д л я каких-то целей такое время (в к аж д ой точке оно свое) и пригодно, но геология к а к наука, и зучаю щ ая стати­ ку, дин ам ику и историю своих объектов в п р о с т р а н с т в е , н у ж д аетс я во временной системе, где разноместные временные отношения имеют физический смысл. Преимущ ество радиологических методов установления ф и ­ зического времени, по-видимому, лиш ь в том, что они д аю т м ет­ рику, причем в привычных астрономических единицах. М етрика всегда содерж ит и топологию, поэтому говорить об одновремен­ ности и разновременности можно и по радиологическим данным. Здесь эта одновременность имеет д а ж е более привычный вид: можно говорить об одновременности с точностью до секунд, т ы ­ сячелетий, сотен миллионов лет. Традиционные ж е геологиче­ ские методы всегда оставляю т подсознательное чувство неудов­ летворенности: а позж е Ь, но насколько? В ряд ли мож но считать привычную д л я обыденного восприятия форму подачи данны х серьезным научным аргументом, но с психологическим ее в л и я ­ нием приходится считаться. Кроме того, радиологические данные воспринимаются в ореоле авторитета современной ядерной ф и ­ зики. Синхронизировать многочисленные локальн ы е радиологиче­ ские часы сигнальным способом можно при помощи непрерывно распространяю щ ихся событий прошлого — литологических, био­ логических, магнитных. Такую возможность предоставляю т т р а ­ диционные геологические методы синхронизации. П о к азан и я радиологических часов д олж ны и сп равляться в соответствии с проведенной проверкой. В тех интервалах, где контроль си гн ал ь­ ным способом еще не проведен, можно использовать рад и о ло ги ­ ческие данны е и д ля выявления топологических временных о т­ ношений (отд ав ая себе отчет в их физической бессо держ атель­ ности), и д л я метризации. Таково, видимо, оптимальное сочета­ ние радиологических и традиционных геологических методов установления физического времени в геологии. Существуют и другие пути метризации, например по подсче­ ту годовых слойков в ленточных глинах, по скорости осадконакопления и т. п. Подсчет слойков, хотя и основан на зак он ом ер ­ ной устойчивой эмпирически обоснованной связи, ограниченно применим из-за малочисленности объектов с сезонной сл о­ истостью. М етри зац и я времени по скорости осадконакопления слож на из-за большого разн о об рази я функций, связы ваю щ их 156


РЕ К О Н С ТРУ К Ц И Я Ф И ЗИ ЧЕСКО ГО ВРЕМ ЕН И

время и мощность слоев, их слабого эмпирического обоснования и трудности установления граничных условий применения к а ж ­ дой отдельной функции. Р адиологические данны е при таком сравнении вы гл ядят явно предпочтительнее. Н е мож ет быть, о д ­ нако, и речи о том, что в будущем радиологические методы установления физического времени зам ен ят собой традицион­ ные геологические методы.

РЕКОНСТРУКЦИЯ ФИЗИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ ПО Д А Н Н Ы М ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ОТНОШЕНИИ НЕСЛОИСТЫХ ТЕЛ Временные характери сти ки неслоистых тел чащ е всего у с т а ­ навливаю тся через их взаимоотнош ения со слоистыми толщ ами. В некоторых ситуациях физические временные характеристики реконструируются и непосредственно на неслоистых объектах. Н етрудно выяснить при этом посылки, л е ж а щ и е в основе опре­ деления разновременности одноместных событий. Так, д ля по­ род, сформ ировавш ихся путем кр и сталл и зац и и из растворов или расплавов, известно правило: из двух соприкасаю щ ихся мине­ ралов имеющий идиоморфные ограничения об р азо в ал ся р а н ь ­ ше имеющего ксеноморфные ограничения. Эта связь, по-видимо­ му, выведена из большого множ ества наблюдений за кр и ста л л и ­ зацией в природе и в эксперименте. Д р у г а я часто используемая посылка: из двух пересекаю щ их­ ся тел пересекаемое об разовал о сь раньш е пересекающего. Т р у д ­ но сказать, откуда выведена подобная связь. П р е ж д е всего, отношение пересечения в геометрии и теории множеств симмет­ рично: если а пересекается с Ь, то мож но говорить, что и а п ере­ секает b и наоборот, т а к ка к пересекаться — значит лишь иметь общие точки. В приведенной ж е выше посылке отношение пересечения носит явно вы раж енны й асимметричный характер: если а пересекает Ь, то b не пересекает а. Очевидно, правильнее говорить об отношении смещения, прерывания, наруш ения не­ прерывности или односвязности. Т акие отношения и долж ны быть асимметричными. Но здесь возникаю т трудности иденти­ фикации. П редставим систему разлом ов (рис. 25). Если b и с — разо рван н ы е части ранее единого р азл ом а, то можно сказать, что разлом а, нарушивший непрерывность р а з ­ лома Ьс, о б р азо в ал ся позж е него. Но к а к установлена п ри н ад ­ л еж н ость частей Ь и с к единому объекту Ьс, каковы посылки, позволяю щ ие идентифицировать разобщ енны е разл о м ы б и с ? Если такой методики идентификации не существует, в озм ож н а прямо противополож ная интерпретация временных отношений м еж д у а, Ь и с: сущ ествовала трещ ина а, затем возникли новые 157


Г Л А В А V. Ф И З И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

разры вы сплошности, которые дошли до а и здесь остано­ вились. Т а к ж е обстоит дело и с отношениями прорывания м а гм ати ­ ческих тел. П роры ваем ое тело неодносвязно, дыру в нем за п о л ­ няет проры ваю щ ее односвязное тело. Таковы взаимоотношения, доступные наблюдению. Они допускаю т различную интерпрета­ цию. Особенно очевидным это стало после возникновения д и с­ куссий о гипербазитовых массивах — интрузиях, «холодных ин­ трузиях» или протрузиях. Р вущ ие тела гипербазитов допускали

Рис. 25. Д ва разлома (а и Ьс) или три разлома (а, Ь, с)?

интерпретацию, противоположную общепринятой, о соотноше­ нии времени ф ормирования прорываю щ их и п рорываемы х тел. Гипербазиты сейчас принято считать более древними, чем про­ ры ваем ы е тела. В обоих приведенных случаях — с последовательностью пере­ сечений разломов и прорываний м агм атических тел — отсутство­ вал эмпирический материал, подтверж даю щ ий временную ин­ терпретацию пространственных отношений. Обоснования были чисто умозрительными. И к а к это всегда бывает с ум озри тель­ ными построениями, когда после долгого периода бесспорного признания одной модели была п редлож ен а диам етральн о про­ тивополож ная, ни опровергнуть ее, ни за д а т ь четкие граничные условия о казал ось невозможным. Е щ е х уж е обстоит дело с восстановлением физических в ре­ менных отношений разноместных событий. Н и каки х эмпириче­ ски обоснованных посылок, позволяющ их выводить отношения разновременности или одновременности, здесь нет. Принято, по-видимому, считать одновременно об разовавш и м и ся все ми­ нералы одного класса, все разлом ы одного типа и одного н а п р а в ­ ления, все рвущие тела «одной генерации» — одинаковы е по со­ ставу, форме, ориентировке. О днако такие выводы делаю тся, вероятно, по чисто умозрительны м соображениям. В принципе з а д а ч а нахож дения связей м еж д у пространствен­ ными и временными характери сти кам и мож ет быть поставлена к а к з а д а ч а распознавания. Д л я ее решения можно н аб р ать и необходимый эмпирический м атер и ал — природный или экспе­ риментальный. Скорее всего, неслоистые объекты не п редостав­ ляю т простых, легко у станавли ваем ы х законом ерных связей — 158


О С О Б Е Н Н О С Т И И С П О Л Ь З О В А Н И Я Ф И З И Ч Е С К О Г О В Р Е М Е Н И В ГЕ О Л О Г И И

тогда они давно были бы обнаруж ены и использованы. С л о ж ­ ные ж е и неустойчивые связи, которые мож но найти р а с п о зн а в а ­ нием, мало пригодны и ненадеж ны при массовом и спользова­ нии. Не исключено такж е, что целенаправленны й поиск связей не производился потому, что в них просто нет большой необхо­ димости.

ОСОБЕННОСТИ И СПОЛЬЗОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ В ГЕОЛОГИИ Геолог редко использует реконструированное физическое в р е­ мя д ля расш ифровки хода процессов, аналоги которых н аб л ю ­ д аю тся в современной природе или в эксперименте. О бнаруж ив в геологических документах продукты, аналогичные резу л ьтатам наблю даемого современного процесса, и восстановив условия, допускаю щ ие возможность его прохождения, он переносит в прошлое не только сам факт, что процесс происходил, но и д и ­ намику разви тия со всеми ее д еталям и. Геологическая ш к а л а физического времени используется д л я восстановления д и н ам и ­ ки только таких процессов, которые не наблю даю тся в н асто я­ щ ее время: биологической эволюции, горообразования, эпейро­ генеза и т. д. Н енаблю д аем ость их св яза н а с огромными проме­ ж у тк ам и времени, превыш аю щ ими совокупные н аблю дательн ы е возможности человечества. М ож но сказать, что физическое время используется в геологии преимущественно д ля масш табов, полученных путем дал еко й экстраполяц и и из доступных д ля опе­ рирования человеком. Понятно, что в такой «закритической», области результаты экстраполяции не могут быть прове­ рены. Н а п р а ш и в а ется решение считать физическим временем в гео­ логии любую функцию, однозначно выводимую из наблю даемого времени, пусть д а ж е и не совпадаю щ ую с д е й с т в и т е л ь н ы м ф и з и ч е с к и м в р е м е н е м таких масштабов. И спользовать такую однозначную непротиворечивую характери сти ку д л я л ю ­ бых дальнейш их построений все равно можно. Однако при об ­ ратной процедуре (сужении интервалов ранее широко э к с т р а ­ полированного времени до разм еров, доступных человеческому наблюдению) результаты д олж ны позволять во сстанавливать процессы геологического прошлого, аналогичные современным наблю даем ы м процессам, или ж е приводить (для настоящего времени) к построениям, п одтверж даем ы м наблю дениями. Т а ­ ковы, скажем, выводы из палеотектонических реконструкций о дви ж ени ях материков или плит земной коры. Н ов ей ш ая сверх­ точная ап п ар ату р а д ел ает осуществимой непосредственную э к с­ периментальную проверку перемещений. 159


ГЛ А ВА V. Ф И ЗИ Ч ЕС К О Е ВРЕМ Я

Р оль геологических масш табов физического времени в историко-геологических построениях аналогична роли мнимой еди­ ницы в алгебре. Хотя м нимая единица и выводится из реальных множеств объектов и их свойств, результаты , сод ерж ащ и е i, не могут быть непосредственно проверены. О б р атн ая процедура — возведение мнимой единицы в к в ад р ат — снова д ел ает р езу л ь ­ таты допускаю щ ими объективную проверку.

СПОСОБЫ РЕТРОСПЕКТИВНЫХ ПОСТРОЕНИЙ Физическое время в геологии необходимо только д л я ретро­ спективных реконструкций. Если сами исторические построения неправомерны, то ни к чему и физическое время. В геологической л итер атур е в связи с обсуждением истори­ ческих моделей появились вы сказы ван ия о том, что научными мож но признать лиш ь утверж дения, допускаю щ ие проверку н а ­ блюдениями [Воронин, Еганов, 1974]. Действительно, принцип «наблю даемости» сы грал в физике реш аю щ ую роль при оценке теоретических построений. П ри сопоставлении двух в ы с к азы в а­ ний этих авторов — о научности только проверяем ых у т в е р ж д е ­ ний и о непроверяемости ретроспективных утверждений, к а з а ­ лось бы, нап раш и вается вывод о ненаучности исторической гео­ логии. П о к аж ем , что это не так. Р о л ь историко-геологических построений иногда сводится только к кодированию сложной си­ стемы статических высказы ваний. С этим т а к ж е нельзя со г л а­ ситься. К акую проверку д олж н ы допускать утверж дения, чтобы з а ­ служ ить право назы ваться научными — непосредственную или опосредованную, д олж н ы ли проверяться сами у тверж дения или достаточно проверяемости однозначно выводимых из них след ­ ствий? Если проверяться д олж н ы сами утверждения, то очень многие физические формулы, постулаты, модели надо признать ненауч­ ными. Н епроверяемы постулаты Бора, уравнение Ш редингера, резерф ордовская п л а н етар н ая модель атома, утверж дения о хи­ мическом составе меж звездного га за и я д р а Земли. В длинной цепи умозаключений, обычной д ля любого физического вывода, никто и никогда не пытается проверять к а ж д о е звено. Н а б л ю ­ даем ы лиш ь следствия, выводимые из этих утверждений: следы частиц на фотопленке, спектры излучения м еж звездны х про­ странств. Если проверяться д олж ны однозначно выводимые следствия, то и исторические построения переходят в р азр я д научных, из исторических реконструкций т а к ж е мож но выводить проверяем ые следствия. Основное отличие ретроспективных систем от статических со­ 160


СПОСОБЫ РЕТРО С П ЕК ТИ ВН Ы Х ПОСТРО ЕНИ Й

стоит в их п р и н ц и п и а л ь н о й непосредственной н епроверяе­ мое™ [Косыгин, Соловьев, 1969]. Если д л я любого статического вывода проверка мож ет быть осущ ествлена практически либо, по крайней мере, мы мож ем теоретически представить ее воз­ можность, то д л я ретроспективных систем не сущ ествует ни практической, ни теоретической возможности проверки. Но в л о ­ гическом выводе, использую щем непроверенные р езультаты в качестве одного из промеж уточных продуктов, ничто не изме­ нится в зависимости от того, по какой причине используются непроверенные дан ны е — потому что они принципиально непроверяемы, проверка экономически нецелесообразна или еще по какой-либо. В данном случае в аж н о только то, что использую т­ ся н е п р о в е р е н н ы е данные. Н е л ь зя лиш ь прид авать объектам, не допускаю щ им непо­ средственной проверки, статус реально существующих объектов. Н е имеет смысла спраш ивать: д е й с т в и т е л ь н о л и девон­ ское море было теплым? Т ем п ерату ра девонского моря, т а к ж е к а к и диаметр электрон а,— « бум аж но -к аран д аш н ы е» величины, по терминологии П. Б р и дж м ен а. М ож н о лиш ь говорить о том, правильно ли они выведены из наблюдений и полезны ли д ля практических или теоретических целей. Вопрос об их сущ ество­ вании равнозначен вопросу о существовании лю бы х теоретиче­ ских объектов, например мнимого источника света в геометри­ ческой оптике. В цепи логических умозаклю чений теоретические объекты необходимы. Н епосредственная непроверяемость историко-геологических утверж дений лиш ь н а к л а д ы в а е т жесткие ограничения на спосо­ бы их построения. Если об условиях, процессах, дви ж ени ях прошлого получены д в а противоречащ их друг другу вывода, от­ сутствует возможность объективно оценить их и вы б рать один правильный. Противоречивости в исторических м оделях мож но и зб е ж ать лиш ь в том случае, если лю бое умозаклю чение в цепи логического вывода будет д а в а т ь единственный результат, и тогда проблемы вы бора просто не возникнет. В исторической геологии неприменимы кибернетические методы, когда каж д ы й последующий ш аг д ел ает ся после проверки предыдущего, когда исходным м атери ал ом д л я следующего ш а г а явл яется не о ж и ­ даемое, а действительное исполнение предыдущего. Исходные посылки исторических построений могут быть чисто эвристическими или эмпирически обоснованными. П ри эвристи­ ческом подходе вообщ е теряется р азн и ц а м е ж д у историческими и статическими моделями геологии. Мы мож ем постулировать, что в девоне в таком-то месте были условия, благоприятны е д ля углеобразован и я, и вывод из этих посылок проверить н аб л ю д е­ ниями о наличии или отсутствии угля. Таков ж е х ара ктер д ей ­ ствий и при структурных построениях: мож но постулировать 161


Г Л А В А V. Ф И З И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

концентрацию нефтяных зал е ж е й на пересечении осей валов и зон глубинных разлом ов фундамента, а затем поисковыми р а б о ­ там и подтвердить или опровергнуть эти предположения. И стори­ ческие модели вы гл ядят явно предпочтительнее — они более эвристичны. Здесь возникает больше догадок, аналогий, ассо­ циаций; в качестве подспорья можно привлечь богатый набор законов и моделей физики и химии. Но эвристические модели исторической геологии (к ак и модели других наук) имеют су­ щественный недостаток — ниоткуда не следует, что выводы из них будут п о дтверж даться наблюдениями. Если проверка этих выводов сопряж ена с большими затр а там и , то использование эвристических методов в р яд ли разумно. В озмож но построение и эмпирически обоснованных истори­ ческих моделей. П осы лки в этом случае имеют д ва источника — это законы физики, химии, биологии, с одной стороны, и эм п и ­ рически установленные связи собственно динамической геоло­ гии — с другой, хотя четкую грань м е ж д у ними провести з а т р у д ­ нительно. Геолог утверж дает, что е с л и в такое-то время в таком-то месте были необходимые условия и исходные вещества, то происходили такие-то реакции и процессы, соверш авш иеся по зак онам физики и химии. З а кон ы физики, химии, биологии имеют колоссальное эм пи ­ рическое обоснование и пригодны д л я лю бых экстраполяций. П р а вд а, иногда вы сказы ваю тся сомнения: были ли они столь ж е устойчивыми в геологическом прошлом? П редпринимаю тся д а ж е попытки «доказательств» или «опровержений». В главе о геологическом времени мы говорили об одной из таких попыток. П р о б л е м а была решена методом «выметания мусора в другую комнату». Одно недоказуемое утверж дение (о постоянстве в гео­ логическом прошлом скорости радиоактивного р ас п а д а ) было заменено эквивалентным ему и т а к ж е недоказуемы м у тв ер ж д е­ нием (о постоянстве зависимости радиусов плеохроичных орео­ лов от скорости р а с п а д а ). Н е следует д оказы в ать применимость зак о н о в физики и химии в исторической геологии, их надо просто принять за исходные. Физико-химические законы позволяют дел ать однозначные выводы: если д в а вещ ества попали в данны е условия, они р еаги ­ рую т м е ж д у собой с образованием третьего. Д л я однозначного вы вод а об образовании третьего вещ ества необходимо т а к ж е однозначно установить, что здесь были исходные м атери ал ы в достаточном количестве и что они попали в нужные условия. Этот необходимый этап историко-геологических построений н а ­ зы вается реконструкцией физико-географических условий п ро ш ­ лого. Условия реконструируются путем н ахож ден и я в заи м о св я­ зей м еж д у некоторыми п ризн акам и породы и интересующими нас характери сти кам и (t, Р, Eh, pH и т. д .). Ч а щ е всего исполь16 2


СПОСОБЫ РЕТРО С П ЕК ТИ ВН Ы Х ПОСТРО ЕНИ Й

зую тся данны е гидробиологии, гидрохимии, океанологии и т. п. О днако при этом иногда упускается из виду, что океанология реш ает прямую задачу, у ст а н а в л и в ая связь «если условия, то признак», а в исторической геологии з а д а ч а о б р атн ая — по в е­ щественным призн акам необходимо восстановить условия. М н о­ гочисленные прямы е причинно-следственные однозначные связи, известные в динамической геологии, непригодны д л я историче­ ской геологии [Косыгин, 1974]. Из прямой связи по зак он а м л о ­ гики можно вывести только такой вывод об интересующих нас обратных связях: если нет вещественных признаков, то нет и условий (подразумевается, что признаки и условия те же, что упоминались и в прямой связи). Однако если гидробиология, океанология, гидрохимия и д р у ­ гие науки, изучаю щие современные условия и процессы, не даю т исторической геологии нужных ей связей в готовом виде, то они предоставляю т богатый м атери ал для их вывода. Выводом з а ­ нимаю тся сами геологи-историки. Н апример, б ольш ая часть п алеоэкологии посвящ ена поиску таких связей. Выпускаются справочники по условиям обитания тех видов и родов современ­ ных морских организмов, представители которых многочислен­ ны в древних отлож ениях [Справочник..., 1966; Татиш вили и др., 1968; и др.]. В принципе по имею щемуся эмпирическому м а те­ ри алу можно установить связи м еж д у организмом и условиями не менее устойчивые, не менее закономерные, чем законы ф и ­ зики, химии, биологии. Т акие связи были бы пригодны д ля л ю ­ бых экстраполяций, д ля построения аксиоматических систем, способных приводить к следствиям не менее истинным, чем гео­ метрические теоремы или следствия из физических теорий. Г ео­ логические выводы, основанные на таких посылках, могли бы быть не менее сложными, разветвленны м и и столь ж е строгими,, ка к выводы в физике. Основная трудность здесь состоит в том, что однозначных устойчивых связей об наруж и ть почти не удается. К огда в какомнибудь одном современном море устанавл и в ается четкая при­ уроченность одного из видов к определенным глубинам, то почти всегда при большем количестве проанализированного зоогеографического м а т ер и ал а эта связь расплы вается. В других морях организм н аходят и на значительно больших, и на зн ач и ­ тельно меньших глубинах [Салии, 1972]. Т а к ж е обстоит дело и с литологическими индикаторам и условий. Б ы ло время, когда глауконит считали над еж н ы м п оказател ем глубин моря 100— 200 м, затем его зерн а были найдены и в дельтовых, и в речных отложениях. П олучается, что индикаторы либо детерминированно связаны с каким-то очень широким спектром условий, что непригодно д ля реконструкций, либо вероятностно связаны с бо­ лее узким диапазоном : скаж ем , моллю ск M y tilu s edulis L. т о л ь ­ 163


Г Л А В А V. Ф И З И Ч Е С К О Е В Р Е М Я

ко в 95% наблю дений был заф и ксирован на глубинах до 100 м. П опы тки использовать вещественные признаки к а к указател и узкого д и а п а зо н а условий обычно приводят к тому, что с веро ­ ятностными связями начинают оперировать к а к с детерм иниро­ ванными. Это недопустимо. Интересно, что в распространении на геологическое прошлое закономерностей, установленных на современном м атериале, нет ничего специфически актуалистического. Н айденные связи мы м о ж ем использовать д л я установления условий мелового моря (если были моллюски рода А, то были условия В ) , любого уч астк а современного моря (если его условия не наблюдались, а состав моллю сков изучен) и д а ж е будущего моря (предполо­ ж и в , что там будут найдены те ж е моллюски, мы мож ем п ред­ с к азать и его у с л о в и я ). Это и есть обычный прием эк стр а п о л я ­ ции всего, что мы знаем, в область неизвестного. Неверно пр изн авать за историческими моделям и только функцию кодирования структурных высказы ваний, рас см а тр и ­ в а т ь их к а к удобный инструмент д л я придания компактной ф о р ­ мы сложной системе многочисленных структурных взаим оотно­ шений. Исторические модели несводимы к статическим. В качестве посылок они со д ер ж ат законы физики и химии, не вы ­ водимые из геологической статики. По п редсказательн ы м в о з­ можностям они богаче статических построений, т а к к а к лю бая аксиоматическая система после добавления к ней хотя бы одной .аксиомы позволяет д ел ать дополнительные выводы, которые нел ьзя было бы вывести без этой аксиомы. З а к а н ч и в а я рассмотрение ретроспективных реконструкций, подчеркнем, что в самих исторических построениях нет «перво­ родного греха». Н а их применение необходимо н ал ож и ть лишь жесткие ограничения — они д олж ны основываться только на устойчивых детерминированны х связях. М алой практической эффективностью исторические модели обязаны нарушению этого условия. К роме того, исторические выводы не могут быть окон­ чательным результатом исследования, к а к это принимается в абсолютном большинстве случаев. Необходимо доводить проме­ жуточный продукт до проверяемого конца. Исторические по­ строения д олж н ы быть зам кн уты на практику через поисковоразведочны е задачи. П р и зн а в а я необходимость построения ретроспективных мо­ делей и их несводимость к структурным, следует признать ф и ­ зическое врем я в геологии необходимым исследовательским инструментом.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С т р ати гр аф и я строится к а к науч ная система, о сн о в ан н ая на закономерностях, выводимых из наблюдений, и о б с л у ж и в а ю щ а я практические цели. Если целью геологии п ризнать поиски п о л е з ­ ных ископаемых, то геологическая к а р та выступает к а к н аи б о л е е действенное средство поисков, п ред остав л яя богатый набор п о ­ исковых критериев. С тр ати граф и я об сл у ж и ва ет геологическое картирование, р еш ая последовательность зад ач : описание р а з ­ резов — их расчленение — корреляция. О кончательны й п родук т стратиграф ии — полноопределенное топологическое г еол оги че­ ское пространство. Существую щ ие методы реш ения стратиграф ически х з а д а ч недостаточно эффективны из-за неоднозначности, р а с п л ы в ч а т о ­ сти используемых понятий, отсутствия четких ф о р м у л и р о в о к операций, производимых в р а м к а х данного метода. Ч а с т о п р е д ­ л а г а е м ы е математические методы непригодны из-за отсутствия эмпирического обоснования их применимости. Н е обход и м а ф о р ­ мулировка строгих, однозначных м атем атических методов, п р е д ­ ставляю щ и х собой логическое уточнение существующих, п р о в е­ ренных десятилетиям и практики, традиционны х методов. З а д а ч а корреляции пластов разны х р азр езов ф о рм ул и р уется к а к з а д а ч а установления топологического отношения связности этих пластов, з а д а ч а про сл еж и ван и я геологических тел. Е сли тел, с которыми можно объединить ан али зи руем ое тело, в д р у ­ гом р азрезе много, возникает пробл ем а сокращ ения вар и ан то в корреляции. В качестве основного средства со к ращ ени я в а р и а н ­ тов пред лагается сводная ст р ати граф и ч еская ш к ал а. Ф ундаментальны м понятием, на котором бази р уется п острое­ ние сводных ш кал, яв л яется новое понятие — « страти ф и ц и р ую ­ щие признаки». И з этого ж е бази са выводится большинство д р у ­ гих понятий стратиграфии, понятия геологического врем ени и д а ­ л е е —-все временные конструкции исторической геологии и п а ­ леогеографии, отношения согласия и несогласия и т. д. П усть есть д ва признака. Если во всех верти кал ьн ы х р а зр е зах , где фиксировано наличие и того и другого, все точки, о б л а д а ю ­ щие одним из признаков, за л е га ю т выше любой точки, о б л а д а ю ­ щей другим из них, то так ие признаки н азван ы стр а ти ф и ц и р у ю ­ щими друг относительно друга. П оследовательность, в которой к а ж д ы й призн ак выше непосредственно предыдущего, а со в се­ ми остальными предыдущ ими не имеет иных стратиграф ически х отношений, н а зв а н а системой стратиф ицирую щ их признаков. Е сли по данном у исходному м а т ер и ал у мож но построить не­ 165


ЗА К Л Ю ЧЕН И Е

сколько систем, предлож ено выбирать в качестве единственной систему, составленную из признаков, имеющих м аксимальный географический и минимальный стратиграфический диапазон. Алгоритм выбора разработан. П ри вилеги рован ная система служ ит шкалой, позволяющей распределять все другие признаки по стратиграфическому уро в ­ ню, сравнивать их вертикальны е диапазоны , уста н а вл и в ать стратиграфические эквивалентности. С водная ш к а л а использу­ ется д л я сокращ ения вариантов корреляц ии — объединяю тся в одно непрерывное геологическое тело пласты, об ладаю щ и е при­ знаками, зан и м аю щ им и в ш к ал е одинаковое положение. В большинстве временных геологических конструкций время понималось к а к категория, сущ ествую щ ая сам а по себе, н езав и ­ симая от способа ее установления. Такой подход не позволял р азр е ш ат ь многочисленные противоречия, возникаю щ ие при син­ хронизации одной и той ж е пары объектов различны ми способа­ ми. П редл о ж ено считать эталоном геологического времени, к а к это д ел ается и в современной физике, время, установленное од ­ ним из способов. З а эталонны й способ целесообразно принять алгоритм установления одновременности и разновременности с помощью привилегированной системы стратиф ицирую щ их при­ знаков. Этот способ д ает однозначные результаты , выводимые из наблюдений, кроме того, он обеспечивает наибольш ую п р а к ­ тическую пользу, т а к к а к позволяет наиболее д етальн о расчл е­ нять разрезы и наиболее д ал еко прослеж ивать выделенные под­ разделения. Кроме идентификации (т. е. объединения пластов разны х разрезов в одно непрерывное тел о), п р едлагаем ое опре­ деление геологического времени д ает возможность упорядочи­ вать множество разрозненных тел, распределять их в единой временной координатной системе. Удовлетворительность такого понимания геологического времени д л я целей идентификации и упорядочения д ел ает его оптимальным, не п о длеж ащ и м проверке при построениях в стратиграфии, тектонике, геологическом к а р ­ тировании, поисках и разв ед к е полезных ископаемых. Д л я ретроспективных реконструкций необходимо выяснить соответствие геологических и физических временных х а р а к т е р и ­ стик. Физическую одновременность, понимаемую (по А. Эйн­ штейну) к а к невозможность л ю б ы х материальны х в заи м одей ­ ствий, по геологическим данны м мож но установить лиш ь в иск­ лючительно редких случаях. Введено менее ж есткое понятие Р-одновременности, невозможности взаимодействий, р асп ро стр а­ няющихся со скоростью, не большей Vp. Геологическое время мож ет служ ить первым приближением физического времени в наименее жестких его трактовках.


ЛИТЕРАТУРА

геофизики. АН СССР, 304.

Аж гирей Г. Д . Структурная геология.

М.: Изд-во МГУ, 1956, 494 с. В., Л я х о в Л. Л . Общ­ ность геологического и геофизиче­ ского понятия поля и аномалии как основа комплексных геолого-геофизических исследований.— Изв. ву­ зов. Геол. и разведка, 1969, № 6, с. 60—65. Бачманов В. С. Методологические вопросы формальной логики. JL: Изд-во ЛГУ, 1969. 112 с. Бернал Дж. Наука в истории обще­ ства. М.: ИЛ, 1956. 735 с. Б обы левский В. И. О стратиграфиче­ ской зоне.— В кн.: Общие пробле­ мы стратиграфии и биостратиграфии палеогена Тургая и Средней Азии. Л.: 1964, с. 25—32. (Труды ВСЕГЕИ. Новая серия; Т. 102). Б орукаев Ч. Б. Проблема общей гео­ хронологической шкалы докемб­ рия.— Геол. и геофиз., 1972, № 1, с. 3— 14. Борукаев Ч. Б. Значение и роль эта­ лонов в геологических исследовани­ ях.— В кн.: Вопросы общей и тео­ ретической тектоники. Хабаровск: ДВНЦ АН СССР, 1974, с. 74—85. Бунге В. Теоретическая география. М.: Прогресс, 1967. 279 с. Вассоевич Н. Б. Флиш и методика его изучения. Л.; М.: Гостоптехиздат, 1948. 216 с. В ернадский В. И. Размышления нату­ ралиста. Кн. 1. Пространство и вре­ мя в неживой и живой природе. М.: Наука, 1975. 174 с. Воронин Ю. А. Об исследованиях, связанных с применением матема­ тических методов и ЭВМ в геоло­ гии.— Геол. и геофиз., 1967, № 10, с. 75—81.

Аристов В.

Новосибирск: ВЦ СО 1971. Вып. 2, с. 295—

В оронин Ю. А., Б оровиков А. М., Салин Ю. С., С оловьев В. А., Титов А. А. О теоретическом совершенст­

Воронин Ю. А., Боровиков А. М., Салин 10. С., С оловьев В. А., Б у р х а ­ нов X. X. О проведении стратигра­

вовании стратиграфических построе­ ний с помощью моделирования на ЭВМ.— В кн.: Применение матема­ тических методов и ЭВМ при по­ иске полезных ископаемых. Ново­ сибирск: ВЦ СО АН СССР, 1972, с. 45—79. В оронин Ю. А., Е ганов Э. А. Универ­ сальная схема аналитического опи­ сания сложных геологических тел.— В кн.: Математические ме­ тоды в геологии и геофизике. Но­ восибирск: 1968, с. 21—35 (Труды СНИИГГИМС; Вып. 79). Воронин Ю. А., Е ганов Э. А. Методо­ логические вопросы применения ма­ тематических методов в геологии. Новосибирск: Наука, 1974. 86 с. Г ейслер А. Н. Синхроничные горизон­ ты в циклических осадочных тол­ щах.— В кн.: Литологический сбор­ ник, № 3. М.; Л.: Гостоптехиздат, 1950, с. 7— 13. Геккер Р. Ф. Введение в палеоэколо­ гию. М.: Госгеолтехиздат, 1957. 126 с. Геология и математика: Задачи дн агноза и распознавания в геологии, геохимии и геофизике /Ю. А. Во­ ронин, Н. А. Ионина, Г. Н. К ара­ таева и др. Новосибирск: Наука, 1970. 224 с. Г ольдин С. В. Применение теории вы­ пуклых тел и фигур для морфоло­ гической классификации геологиче­ ских тел неправильной формы.—Ге­ ол. и геофиз., 1965, № 8, с. 120— 124. Г ольдин С. В., В олков А. М., Б о льд и ­ на Н. А. Аксиоматическая класси­

фикация залежей нефти и газа и ее применение для описания месторож-

фических построений на ЭВМ.— В кн.: Математические проблемы 167


деиий Тюменской области. М.: Нед­ ра, 1970. 208 с. (Труды ЗапСибНИГНИ; Вып. 29). Греневский Г. Кибернетика без мате­ матики. М.: Советское радио, 1964. 182 с. Грю нбаум А. Философские проблемы пространства и времени. М.: Про­ гресс, 1969. 590 с. Давит аш вили J1. Ш. История эволю­ ционной палеонтологии от Дарвина до наших дней. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1948. 575 с. Д анбар К , Роджерс Дж . Основы стратиграфии. М.: ИЛ, 1962. 363 с. Д ело н е Б., Ефремович В. Что такое топология.— Наука и жизнь, 1970, № 8, с. 12—21. Д е Ситтер Л . У. Структурная геоло­ гия. М.: ИЛ, 1960. 473 с. Ж амойда А. И. Состояние и основ­ ные задачи стратиграфических ис­ следований в СССР.— В кн.: Гео­ логическое строение СССР. Т. 1. Стратиграфия. М.: Недра, 1968, с. 21—35. Ж иж ченко Б. П. Методы стратигра­ фических исследований нефтегазо­ носных областей. М.: Недра, 1969. 373 с. Захаров В. А. Позднеюрские и ранне­ меловые двустворчатые моллюски севера Сибири и условия их суще­ ствования (отряд Anisomyaria). М.: Наука, 1966. 189 с. Золотницкий Н. С. Об основных прин­ ципах стратиграфического расчле­ нения и синхронизации осадочных толщ. Львов: Изд-во Львовск. гос. ун-та, 1955. 66 с. Ибн-Сина. Даниш-намэ. Книга зна­ ний. Сталинабад: Таджикгосиздат, 1957. 286 с. И ванова Е. А. Основы биостратигра­ фии среднего и верхнего карбона Подмосковной котловины.— В кн.: Материалы ВСЕГЕИ. Палеонтоло­ гия и стратиграфия, сб. 5. М.; Л.: Госгеолиздат, 1948, с. 120—133. И вин А. А. Основания логики оценок. М.: Изд-во МГУ, 1970. 230 с. К еллер Б. М. Типовые разрезы ордо­ вика.— В кн.: Ордовик Казахстана. М.: Изд-во АН СССР, 1954, с. 5— 47. (Труды ИГН АН СССР; Вып. 154. Геол. серия, № 65). К ляровский В. М. Геохронология гор­ ных областей юго-западной части обрамления Сибирской платформы. Новосибирск: Наука, 1972. 258 с. 168

Косыгин Ю. А. Тектоника. М.: Недра

1969.616 с. Ю. А. Методологические вопросы системных исследований в геологии.— Геотектоника, 1970 № 2, с. 20—29. Косыгин Ю. А. Основы тектоники. М ■ Недра, 1974. 215 с. Косыгин Ю. А., Воронин Ю. А. Неко­ торые фундаментальные понятия структурной геологии.—• Геотекто­ ника, 1965, № 1, с. 51—60. Косыгин

Косыгин Ю. А ., В оронин Ю. А., Со­ ло вьев В. А. Опыт формализации

некоторых тектонических поня­ тий.— Геол. и геофиз., 1964, № 1 с. 23—37. Косыгин Ю. А., Г орелова Н. Г., Сал и н Ю. С., С оловьев В. А. Соотно­

шение физического и геологическо­ го времени.— В кн.: Методология геологических исследований. Влади­ восток: ДВН Ц АН СССР, 1976, с. 167— 177. Косыгин Ю. А., Салин Ю. С., С оловь­ ев В. А. Определение тектоники.—

Геотектоника, 123.

1973, № 4, с. 116—

Косыгин Ю. А., С оловьев В. А. Ста­

тические, динамические и ретро­ спективные системы в геологиче­ ских исследованиях.— Изв. АН СССР. Сер. геол., 1969, № 6, с. 9— 17. Криштофович А. Н. Задачи и методы изучения ископаемой флоры для це­ лей стратиграфии.— В кн.: Мате­ риалы ВСЕГЕИ. Палеонтология и стратиграфия, сб. 51. М.; Л.: Гос­ геолиздат, 1948, с. 155— 175. Крумбейн В. К , Слосс Л . Л . Страти­ графия и осадкообразование. М.: Гостоптехиздат, 1960. 411 с. Кры мгольц Г. Я. О значении некото­ рых понятий в стратиграфии.— В кн.: Общие проблемы стратиграфии и биостратиграфии палеогена Тургая и Средней Азии. Л.: 1964, с. 20—24. (Труды ВСЕГЕИ. Новая серия; Т. 102). Курант Р., Роббинс Г. Что такое ма­ тематика? Элементарный очерк идей и методов. 2-е изд. М.: Про­ свещение. 1967. 558 с. Л ед ли Р. С., Ластед Л . Б. Объектив­ ные основания диагноза.—■В кн.: Кибернетический сборник, № 2. М.: ИЛ, 1961, с. 5—40. Л еонов Г. П. Основы стратиграфии. М.: Изд-во МГУ, 1974. Т. 2. 486 с.


О палеонтологиче­ П оваров Г. Н. Норберт Винер и его ском методе в стратиграфии. •—■ «Кибернетика» (от редактора пере­ В кн.: Материалы ВСЕГЕИ. П але­ вода). — В кн.: Винер Н. Киберне­ онтология и стратиграфия, сб. 5. М.; тика или управление и связь в ж и­ вотном и машине. 2-е изд. М.: Со­ Л.: Госгеолиздат, 1948, с. 10—82. ветское радио, 1968, с. 5—28. Л о ум е н С. [Выступление в дискуссии П олканов А. А., Г ерлинг Э. К. При­ на сессии Американского геологиче­ менение К-Аг и Rb-Sr методов для ского общества].— В кн.: Осадоч­ определения возраста пород докемб­ ные фации в геологической истории. рия Балтийского щита. — В кн.: М.: И Л 1953, с. 205—214. Геология и абсолютный возраст до­ Л ю б ищ ев А. А. О форме естественной кембрия Балтийского щита и Во­ системы организмов.— Изв. Биол. НИИ и Биол. станции при Перм­ сточной Сибири. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1960, с. 7—41. (Труды лаб. ском гос. ун-те, 1923, т. 2, вып. 3, геол. докембрия АН СССР; Вып. 9). с. 99— 110. Проект рекомендаций по мировой гео­ М ак-К и Э. Фациальные изменения на хронологической шкале.— Изв. АН Колорадском плато.— В кн.: Оса­ СССР. Сер. геол., 1966, № 9, с. 7— дочные фации в геологической ис­ 9. тории. М.: ИЛ, 1953, с. 63—81. Роджерс Э. Физика для любознатель­ Мандельштам Л. И. Лекции по физи­ ных. М.: Мир, 1970. Т. 2. 652 с. ческим основам теории относитель­ ности: Поли. собр. трудов. М.: Родионов Д . А. Статистические мето­ ды разграничения геологических Изд-во АН СССР, 1950. Т. 5, с. объектов по комплексу признаков. 90—305. М.: Недра, 1968. 158 с. М еннер В. В. Биостратнграфические Родионов Д . А., Заб елина Т. М., Р о­ основы сопоставления морских, л а­ дионова М. К. Полуколичественный гунных и континентальных свит. анализ в биостратиграфии и палео­ М.: Изд-во АН СССР, 1962. 375 с. экологии. М.: Недра, 1973, 126 с. (Труды ГИН АН СССР; Вып. 65). Р уза ви н Г. И. Методы научного ис­ М олчанов Ю. Б. О различных смы­ следования. М.: Мысль, 1974. 237 с. слах отношения одновременности (к истории вопроса). — В кн.: Эйн­ Садовский В. Н. Проблемы методоло­ штейновский сборник. 1968. М.: Н ау­ гии дедуктивных теорий. — Вопр. философии, 1963, № 3, с. 63—75. ка, 1968, с. 92— 114. М олчанов Ю. Б. Время в классиче­ Садыков А. М. Система универсаль­ ной стратиграфической классифи­ ской и релятивистской физике. М.: кации. — Изв. АН КазССР. Сер. Знание, 1969. 48 с. (Новое в ж из­ ни, науке, технике. Сер. Филосо­ геол., 1969, № 1, с. 19—28. фия, № 3). Садыков А. М. Идеи рациональной М олчанов Ю. Б. Классическая и реля­ стратиграфии. (На примере Цент­ тивистская концепция времени и от­ рального Казахстана). Алма-Ата: Наука, 1974. 183 с. ношение одновременности.— Вопр. философии, 1970, № 12, с. 93— Салин Ю. С. Количественные методы 104. в палеоэкологии и биостратиграфии. М ур Р. Значение фаций.—В кн.: Оса­ (На примере неогеновой усть-кам­ дочные фации в геологической ис­ чатской серии). Новосибирск: Н ау­ тории. М.: ИЛ, 1953, с. 17—62. ка, 1972. 123 с. (Труды Ин-та геол. Нехорош ее В. П. О причинах, затруд­ и геофиз. СО АН СССР; Вып. 161). няющих корреляцию стратиграфи­ С алин 10. С. Теоретическое обосно­ ческих схем.— В кн.: Биостратигравание методов изучения слоистой фические и палеобиофациальные структуры.— В кн.: Тектоника и исследования и их практическое геофизика. Хабаровск: ДВНЦ АН значение. М.: Недра, 1970, с. 96— СССР, 1974а, с. 48—64. 107. Салин Ю. С. Стратиграфическая кор­ Никитин Е. П. Объяснение — функ­ реляция на ЭВМ.— В кн.: Вопросы ция науки. М.: Наука, 1970. 280 с. общей и теоретической тектоники. Ныотон И. Математические начала Хабаровск: ДВНЦ АН СССР, натуральной философии. Пер. А. Н. 19746, с. 139— 154. Крылова.— В кн.: Крылов А. Н. С винцицкий В. Н. Концепция «физио­ Собрание трудов. М.; Л.: Изд-во логии активности» как предпосыл­ АН СССР, 1936. Т. 7. 696 с. ка теоретизации физиологического Л и б рович JI. С.

16 9


знания.— Вопр. № 6, 32—40.

философии,

1972,

Ш индевольф О. Стратиграфия и стра­

С лодкевич В. С. Третичные пелеципо-

Щ ед ро вщ ки й Г. П. О специфических

ды Дальнего Востока. (Палеонто­ логия СССР; Т. 10, ч. 3, вып. 18). М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1938, 508 с. С околов Б. С. Биохронология и стра­ тиграфические границы.— В кн.: Проблемы общей и региональной геологии. Новосибирск: Наука, 1971, с. 155— 178. Спенсер Г. Нелогическая геология.— Собр. соч. Научные, политические и философские опыты. СПб.: 1866, Т. 3, с. 277—335. Справочник по экологии морских двустворок/К. Г. Багдасарян, К. Г. Татишвили, Ж- Р. Казахашвили и др. М.: Наука, 1966. 349 с. Степанов Д . Л. Принципы и методы биостратиграфических исследова­ ний. Л.: Гостоптехнздат, 1958. 180 с. (Труды ВНИГРИ; Вып. 113). Стратиграфическая классификация, терминология и номенклатура. Л.: Недра, 1965. 70 с. . Стратиграфия и математика. Хаба­ ровск: Кн. изд-во, 1974. 207 с. С удовиков Н. Г., Н еелов А. Н. О воз­ расте станового комплекса.— В кн.: Вопросы геохронологии и геологии. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1961, с. 257—280. (Труды лаб. геол. до­ кембрия АН СССР; Вып. 12).

характеристиках логико-методологического исследования структуры науки.— В кн.: Проблемы исследо­ вания структуры науки. (Материа­ лы к симпозиуму). Новосибирск: 1967, с. 116— 128.

Татишвили К. Г., Б агдасарян К. Г., К азахаш вили Ж ■ Р. Справочник по

экологии морских брюхоногих. М.: Наука, 1968. 169 с. Труш кова Л . Я. Новые данные по стратиграфии верхней юры ОбьИртышского междуречья. — Геол. и геофиз., 1967, № 2, с. 76—85. Уитроу Дж. Естественная философия времени. М.: Прогресс, 1964. 431 с. Ф ейнман Р. Характер физических за ­ конов. М.: Мир, 1968. 232 с. Х алф ин Л. Л . О тектоно-стратиграфическом направлении в геологии и принципах стратиграфии.— В кн.: Основные идеи М. А. Усова в геоло­ гии.'Алма-Ата: Изд-во АН КазССР, 1960, с. 381—394. Х олм с А. Введение.— В кн.: Докемб­ рий Скандинавии. М.: Мир, 1967, с. 13—24.

тотип. М.: Мир, 1975. 136 с.

Щ едровицкий Г. П. Д убр о вски й В. Л.

Научное исследование в системе «методологической работы». — В кн.: Проблемы исследования структуры науки. (Материалы к симпозиуму). Новосибирск: 1967, с. 105— 116. H arrington Н. I. Space, things, time and events — an essay on strati­ graphy.— Bull. Amer. Assoc. Petrol. Geol., 1965, vol. 49, N 10, p. 1601— 1646. H edberg H. D. Stratigraphic classifica­ tion and terminology.— Bull. Amer. Assoc. Petrol. Geol., 1958, vol. 42, N 8, p. 1881 — 1896. H edberg H. D. Towards harmony in stratigraphic classification.— Amer. J. Sci. 1959, vol. 257, N 10, p. 674— 683. H edberg H. D. Chronostratigraphy and biostratigraphy.— Geol. Mag., 1965, vol. 102, N 5, p. 451—461. H edberg H. D. Stratigraphic bounda­ ry. A reply.— Eclog. geol. helv., 1970, vol. 63, N 2, p. 673—684. H olland С. H. Stratigraphic classifi­ cation. — Sci. Progr., 1964, vol. 52,. N 207, p. 439—451. R odgers J. Nature, usage and nomen­ clature of stratigraphic units: a mino­ rity report.— Bull. Amer. Assoc. Pe­ trol. Geol., 1954, vol. 38, N 4, p. 566— 659. R odgers J. The meaning of correla­ tion.— Amer. J. Sci., 1959, vol. 257, N 10, p. 684—691. Wheeler H. E. Tim e-stratigraphy.— Bull. Amer. Assoc. Petrol. Geol., 1958, vol. 42, N 5, p. 1047— 1063. Wheeler H. E. Stratigraphic units in space and time.— Amer. J. Sci., 1959, vol. 257, N 10, p. 692—706. W heeler H. E., B eesley E. M. Critique of the tim e-stratigraphic concept.— Bull. Geol. Soc. Amer., 1948, vol. 59, N 1, p. 75—86.


О Г ЛА В ЛЕ НИ Е

От р е д а к т о р а ................................................................................................

3

В В Е Д Е Н И Е ........................ ..........................................................................

5

Глава I. ЦЕЛИ И З А Д А Ч И ....................................................................

8

•«...наука сокращает нам опыты быстротекущей жизни» . . . . Цели г е о л о г и и ............................................................................................... Некоторые общие вопросы геологического картирования . . . . Последовательность задач геологического картирования . . . . Задачи с т р а т и г р а ф и и ................................................................................... Объект и методы н а б л ю д е н и й ........................................................ Геометрические свойства слоистой структуры . . . . . . . Свойства и отношения в г е о м е т р и и ................................... Использование геометрических свойств для построения пол­ ноопределенного геологическогопространства ........................... Использование геометрических свойств для диагноза . . . Геометрические свойства слоистой структуры и тектоника .

8 12 14 17 19 19 21 22

Глава II. МЕТОДЫ И С Р Е Д С Т В А .......................................................

37

Научные з а к о н ы ......................., ....................................... Аксиоматические системы .................... ......................... Аксиоматические и кибернетические м е т о д ы ....................................... Осуществимость п р о в е р к и ................................................................. Устойчивость с в я з и ......................................................... t . . . . Устойчивые связи — легкая п р о в е р к а ............................................. Устойчивые связи — трудная п р о в е р к а ........................................ Неустойчивые связи — легкая п р о в е р к а ....................................... Неустойчивые связи — трудная п р о в е р к а ................................... Понятие и его о п р ед ел е н и е...................................................................... О д н о зн ач н о сть........................................................................................ Выводимость из наблю дений.............................................................. Целевая удовлетворительность.......................................................... Близость к традиционным системам п о н я т и й ..............................

37 39 40 41 42 44 46 46 46 49 50 53 54 58

171

27 30 33


Глава III. К О Р Р Е Л Я Ц И Я ............................................................................

61

Формулировка задачи к о р р е л я ц и и .............................................................. Н еп р ер ы вн о сть............................................................................................. Отношение «выше—н и ж е » ............................................................................. Средства к о р р е л я ц и и ................................................ , ......................... Соотношения пространств разной специализации . . . . . . . Стратифицирующие п р и з н а к и ....................................................................... Построение сводной ш к а л ы .......................................................... Выбор варианта сводной ш к а л ы ............................................................ Введение свойства тр ан зи ти вн ости .......................................................... Введение отношений эк ви вал ен тн о сти ........................................ Корреляция на основе использования сводной ш к а л ы ........................ Корректировка, достройка, детализация сводной шкалы по новому фактическому м а т е р и а л у ............................................................. Преобразование сводной шкалы в случае неудовлетворительности корреляции...........................................................................................................

61

Глава IV. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ В Р Е М Я ...................................................

62 66 69 70 73 79 85 88 89 95

104 109

Существующие методы си н хрон и зац и и .......................................... Синхронизация посходству литологических признаков . . . 109 Синхронизация по сходству палеонтологических признаков . 110 Синхронизация по сходству тектонических признаков . . . 111 Синхронизация по сходству геофизических признаков . . . 112 Синхронизация на основе радиологических данных . . . . 112 Другие методы синхронизации.............................................................. 112 Противоречивость результатов синхронизации ................................... 114 Исходные посылки методов синхронизации ........................................... 116 Обоснование п о с ы л о к .......................................... j ......................................... 118 Время Ньютона и время Х е д б е р г а .............................................................. 123 Время Лейбница и его аналогия в г е о л о г и и ........................................... 126 Время Бергсона и подход Г. Я. Крымгольца к проблеме времени 127 Критерии выбора эталона ............................................................................. 128 Топология геологического времени .............................................................. 131 Алгоритм синхронизации .............................................................................. 132 Синхронизация для идентификации .......................................................... 134 Синхронизация для упорядочения .......................................................... 136 Карта геологических тел и карта стратиграфических подразделе­ ний ................................................................................................ , . . . 137 Однозначность и единственность синхронизации .............................. 140 Локальное и всемирное в р е м я .................................................................... 141 Глава V. ФИЗИЧЕСКОЕ В Р Е М Я .............................................................

143

Эмпирические связи между топологическими свойствами физиче­ ского и геологического в р е м е н и ....................................................................144 Р-одновременность ......................................................................................... 146 17

109


Большая и меньшая и з о х р о н н о с т ь ........................................................ Искажения временной и н ф о р м а ц и и ........................................................ Соотношения топологических характеристик геологического и фи­ зического в р е м е н и ..................................... - .............................................. Невозможность сигнальной синхронизации по радиологическим д а н н ы м ............................................................................................................. Реконструкция физического времени по данным пространственных отношений неслоистых т е л .......................................................................... Особенности использования физического времени в геологии . . Способы ретроспективных п о с т р о е н и й .................................................

157 159 160

З А К Л Ю Ч Е Н И Е .........................................................................................................

165

ЛИТЕРАТУРА

167

............................................................................................................

150 152 153 155


Ю РИ Й С ЕРГЕ ЕВ И Ч САЛИН

КОНСТРУКТИВНАЯ СТРАТИГРАФИЯ Утверждено к печати И нститутом тектоники и геофизики Д В Н Ц А Н СССР Редактор И. С. Сидоров Редактор издательства J1. С. Тапельзон Х удож ник Ю. В. Ноздрин Художественный редактор Н. Н. Власик Технический редактор Т. Д. Панасюк Корректоры Г. Н. Д ж иоева, JI. И. Кириллова

ИБ № 16320 Сдано в набор 02.10.78. Подписано к печати 07.12.78 г. Т-22310. Формат 60X'90‘/i6. Бумага типографская, № 1. Гарнитура литературная. Печать высокая. Уел. печ. л. 11. Уч. изд. л. 11,1. Тираж 900 экз. Тип. зак. 4320 Цена 1 р. 70 к. Издательство «Н аука», 117485, Москва, В-485, Профсоюзная ул., 94а. 2-я типография издательства «Н аука», 121099, Москва, Г-99, Ш убинский пер., 10

Конструктивная стратиграфия  
Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you