Основные методологические проблемы теории и практики прикладной металогении.

В.П. Орлов, Л.В. Оганесян

Методологические проблемы прикладной металлогении - геологического прогноза -являются основой оптимизации геологоразведочных работ и, образно говоря, определяют правила "игры" на всех стадиях геологических исследований.

Термин "геологический прогноз" традиционно используется в двух значениях. В одном случае, как правило, имеется в виду ранняя стадия геологоразведочного процесса. В таком понимании данный термин является неким символом и не имеет ничего общего с общепринятым в теории прогностики термином "прогноз" (3).

Во втором случае имеется в виду предсказание некоторого геологического события, чаще пространственных координат, количественных и качественных характеристик изучаемого или подлежащего изучению геологического объекта. В такой трактовке прогнозы присущи всем стадиям геологоразведочных работ. Они имеют особо важное значение при принятии межстадийных решений, т.е. при оценке возможных последствий дальнейших действий. В этом смысле геологический прогноз способствует принятию решения в пограничных, т.е. наиболее сложных, ситуациях.

Важная особенность геологического прогноза заключается в том, что его достоверность, до проведения дорогостоящего комплекса геологоразведочных работ, может быть оценена только критериями, в основе которых заложены неоднозначные генетические представления. Даже после такой эмпирической проверки не всегда можно строго сформулировать критерии оценки достоверности отрицательных результатов ранее выданных положительных прогнозов. Что же касается отрицательных геологических прогнозов, то их достоверность вообще не проверяется. Эти факторы крайне усложняют проблему совершенствования теоретических и практических основ геологического прогнозирования, поскольку приводят к формированию незакономерно усеченных статистических выборок, в которых отсутствуют не только отдельные ветви, но и образуются интервалы "незнания".

В целом же проблема выбора критериев оценки надежности геологических прогнозов остается одной из важнейших задач прикладной металлогении. Эта задача осложняется не только отсутствием эмпирических данных об истинности отрицательных прогнозных заключений, но и относительно небольшой выборкой реализованных положительных прогнозов при большом числе признаков прогнозируемых объектов или процессов. В связи с этим важное значение приобретает создание экспертных систем, содержащих базы не только фактографических данных, но и знаний, включающих интуицию специалиста, в основе которой тоже лежит знание, но в мегаинтегрированном виде. Геологическая наука сейчас только приступает к созданию этих сложнейших интеллектуальных систем.

При геологическом прогнозировании создаются логические модели, отражающие связи и взаимоотношения между комплексом геологических, геофизических, геохимических, минералогических и других свойств изучаемого геологического пространства, с одной стороны, и скоплениями полезных ископаемых, с другой. Объективной основой для решения подобных задач является реальная анизотропия геологического пространства и рассмотрение искомого объекта в качестве аномалии в этом пространстве.

Общеизвестно, что геологический прогноз на любых стадиях геологоразведочных работ осуществляется в условиях дефицита информации. Но важно отметить то, что этот дефицит принципиально не может быть ликвидирован. Он обусловлен не только невозможностью полного выявления свойств и взаимосвязей объектов, образующих геологическое пространство. Дело в том, что, частично компенсируя дефицит информации на одном иерархическом уровне прогнозных построений, исследователь оказывается опять же в условиях дефицита информации при изучении геологических объектов на других уровнях. И это неизбежно, поскольку по мере увеличения детальности исследований меняются порядок изучаемых объектов, предполагаемая их структурно-вещественная организация, цели прикладных металлогенических исследований и вся признаковая система изучаемого геологического пространства. Корни дефицита информации кроются также в конвергентности и дивергентности геологических процессов. Именно на эти общеметодологические проблемы конвергентности и дивергентности в своих классических трудах обращал особое внимание В.И. Смирнов - на конкретных примерах и на основе глубокого научного анализа огромного многообразия геолого-минерагенических ситуаций.

Конвергентность и дивергентность, лежащие в основе естественных процессов и генетической сущности природных объектов, в том числе геологических, определяют их неисчерпаемое многообразие. В связи с этим геологический прогноз любой детальности на любом отрезке геологоразведочного процесса является вероятностным. Ему свойственны все особенности вероятностных процессов и вероятностных заключений. Это означает, что прогнозные заключения, которые формулируются в результате прикладных металлогенических исследований и лежат в основе стратегии и методики геолого-разведочных работ, имеют определенный уровень вероятностных оценок и, следовательно, содержат ошибки двух родов.

Ошибка первого (I) рода заключается в том, что может быть отбракован объем геологического пространства, в пределах которого имеется искомый объект. Ошибка же второго (II) рода возникает, когда на самом деле в пределах изучаемого объема интересующий объект отсутствует. Иначе говоря, под ошибкой I рода следует понимать случай, когда сказано "нет", а на самом деле "да". Ошибка же II рода означает : сказано "да", а в действительности - "нет".

Интересно отметить, что изучение достаточно большого объема ретроспективного материала по результативности прогнозно-металлогенических и других геологических заключений показывает: геологи чаще избегают ошибки I рода. В результате повышается уровень ошибки II рода. Создается впечатление, что геолог, стремясь обезопасить себя от ошибок I рода, интуитивно расширяет контуры площадей или опускает глубины прогноза и увеличивает количество выделяемых перспективных объектов, как бы смягчая критерии принятия положительных решений. Иначе говоря, специалист больше склонен к положительным заключениям. Причины, обусловливающие такое положение, имеют глубокие экономические и психологические корни. На специалиста давит опасность пропуска рудоносного объекта, пропуска своего шанса, определившего целеустановку и мотивы его трудовой деятельности (1).

Поскольку о наличии (или отсутствии) интересующего объекта в данном объеме геологического пространства можно говорить только с определенной вероятностью, то возможность появления ошибок I и II родов никогда нельзя исключить. Здесь создаются ножницы: снижение уровня ошибки одного рода повышает уровень ошибки другого рода. Следовательно, требуется выбрать такую стратегию геолого-разведочных работ, которая обеспечила бы минимальный уровень суммарных потерь, возникающих из-за ошибок I и II родов. Этот принцип является основополагающим в любых "игровых" ситуациях, когда решение принимается в условиях дефицита информации и средств.

Решение задачи по выбору уровней ошибок I и II родов усложняется в условиях слабого знания цены ошибок, что, как правило, имеет место при проведении геологических исследований и геологоразведочных работ. Именно по этим причинам "разумный смысл" давно подсказал принцип поэтапного проведения геологоразведочных работ. Это означает, что комплекс работ и процедур, определяющих суть геологического прогнозирования, ориентируется не на прямые поиски искомого объекта на конечной точке технологической цепочки, а на последовательное сокращение объема, внутри которого этот объект находится (2). Каждый последующий шаг геологоразведочных работ направлен на получение информации, которая может уменьшить неопределенность о пространственном расположении и свойствах конечного объекта.

Поскольку любая задача решается в условиях ограниченности ресурсов, в том числе времени (важнейшего составляющего ресурсов), а каждый шаг требует затрат части ресурсов, возникает задача минимизации количества шагов (стадий, этапов). Но при этом возрастает опасность допущения ошибки I рода, так как минимизация числа шагов в условиях ограниченности ресурсов может быть достигнута только в результате значительного сокращения исследуемого объема после каждого шага. Увеличение же объема одновременно отбракованной части геологического пространства приводит к возрастанию вероятности включения искомого объекта в отбракованный объем.

Более конкретно - оптимизация процесса реализации геологических прогнозов предполагает решение двух взаимосвязанных задач: 1) нахождение оптимального способа поэтапного сокращения объема изучаемого геологического пространства, что, в конечном счете, означает поиск путей рациональной стадийности и, соответственно, распределения ресурсов между стадиями геологoразведочных работ; 2) рациональное сочетание методов изучения геологического пространства на различных стадиях, что эквивалентно рациональному комплексированию методов, т.е. оптимальному распределению ресурсов внутри стадий.

Минеральносырьевая база по степени и достоверности изученности, а также по структурно-вещественной организованности в общем виде представлена прогнозными ресурсами, оцененными запасами и разведанными запасами. Оптимальные соотношения между этими структурными компонентами, а также их абсолютные величины определяют надежность и устойчивость минерально-сырьевой базы. Накладывает свой отпечаток также пространственное распределение указанных составных частей минерально-сырьевой базы и их инфраструктурное обеспечение. Создание и поддержание всех компонентов минерально-сырьевой базы, т.е. ее воспроизводство, на всех стадиях обеспечивается путем геологического прогнозирования - использования методов и научного арсенала прикладной металлогении. В связи c этим, одной из важнейших задач прикладной металлогении становится создание системы сквозного геологического прогнозирования объектов различных иерархических уровней (5).

Таким образом, геологическое прогнозирование выделяется как прикладное направление металлогении - науки о закономерностях формирования и пространственной локализации рудоносных объектов всех иерархических уровней. В более общем виде геологическое прогнозирование - специфический процесс познания любых геологических объектов и процессов через "отпечатки" в каменной летописи Земли, направленный не на будущее (что имеет место в других системах прогнозирования), а вглубь геологической истории. Его положения, структура и методология на различных этапах геологических исследований и геологоразведочного процесса обусловлены целями и соответствующими им объектами. Формулировка этих целей, определение характеризующих объекты информативных параметров, признаков сквозного тренда развития геологических процессов, разработка и реализация методов их регистрации, а также оценки результативности и уровня достоверности прогнозно-металлогенических заключений является одной из важнейших проблем прикладной металлогении.

По существу, речь идет о системе непрерывного активного прогнозирования на любом отрезке технологического процесса геологических исследований и геолого-разведочных работ, что предполагает обеспечение оперативного регулирования хода геологоразведочных работ, в том числе внутристадийное (5).

К настоящему времени в более или менее систематизированном виде сложились устойчивые представления об общих закономерностях, позволяющих с достаточно высокой надежностью определять металлогеническую специализацию крупных регионов, металлогенических провинций, геологических эпох, крупных тектонических структур и геологических формаций. Изучена металлогения главных структурных элементов земной коры - геосинклинально-складчатых областей, платформ, областей тектономагматической активизации, срединных массивов, рифтовых зон. С меньшей детальностью установлены закономерности размещения полезных ископаемых в пределах более мелких таксономических единиц металлогении - рудных районов, узлов, рудных полей.

Особенностью всех слагаемых металлогенического знания является увеличение степени подтверждаемости прогнозов по мере удаления от конкретного эмпирического базиса, т.е. от месторождения к рудному полю, району, металлогенической провинции и т.д. В этом же направлении возрастает степень теоретической обоснованности различных тенденций и закономерностей, определяющих пространственное размещение рудоносных объектов в земной коре. На базисном же уровне (месторождение, рудное поле) преобладает слабо структуризованный фактический материал, который на первый план выдвигает индивидуальные особенности объектов и затушевывает, безусловно, существующие сквозные закономерности. Однако именно этот материал главным образом составляет основу локального и крупномасштабного количественного геологического прогнозирования. В процессе специализированных исследований лишь в отдельных рудных районах и по ограниченному кругу полезных ископаемых установлены относительно надежные эмпирические зависимости параметров оруденения от геологических факторов, позволяющие разработать надежно обоснованный прогноз. Сверху вниз, по мере снижения уровня обобщенности материалов, резко возрастает число всевозможных гипотез и эмпирических знаний и зависимостей, часто имеющих противоречивый характер (5).

Из этого следует, что главная проблема и научная задача геологического прогнозирования - обобщение и анализ фактического материала на низовом структурном уровне с целью обоснования закономерностей размещения месторождений полезных ископаемых применительно к конкретным рудным районам и рудным полям.

Особое место занимает вопрос о законах металлогении. Ряд исследователей считают, что геологические, в том числе металлогенические, законы существуют как сообщества устойчивых закономерностей, широко используемых в теории и практике. Однако отсутствие методологических принципов пока не позволяет их сформулировать в соответствии с общими требованиями. Поэтому на деле для металлогении основное значение приобретают общие законы естествознания.

Вместе с тем, можно сформулировать некоторые конкретные критерии и требования к геологическим прогнозам. Суть их заключается в том, что изолированной проблемы локального прогноза не существует. Она органически связана со всей системой прогнозов через единые модели формирования рудоносных объектов определенных типов. В основе локальных прогнозов должны лежать представления о сквозной модели формирования рудоносных объектов всех уровней и выраженности контролирующих минерализацию факторов в виде фиксированных природой последствий реализации единого сценария. При этом, на каждом конкретном уровне формируются собственные специфические факторы контроля рудоносных объектов (4).

Игнорирование любого предыдущего или промежуточного по детальности звена приводит к разрушению всей системы прогнозов, отрицательные последствия чего рельефно проявляются по мере приближения к конечным стадиям геологоразведочных работ. Решение задач локального прогноза в отрыве от всей системы прогнозов в общем случае обречено на неудачу, а положительные результаты могут быть следствиями лишь случайного стечения благоприятных обстоятельств, а также реализации интуиции и опыта субъекта-исследователя, способного оперировать категориями целостных систем.

Многократный возврат к ранее прогнозировавшимся рудоносным объектам (если исключить возможность брака предыдущих исследований) является процессом закономерным и неизбежным - это накопления новых знаний о природных закономерностях в виде моделей с вероятностными возможностями реализации.

В изложенном аспекте проблемы прикладной металлогении - геологического прогнозирования как способа научного познания и метода развития минерально-сырьевой базы - выходят за пределы специальной металлогении и охватывают экономику минерального сырья и недропользования. Это лишний раз подчеркивает особенность геологического прогнозирования как научного направления, зарождающегося на стыке геологических и экономических наук и связывающего их с геологоразведочной и горнодобывающей практикой.

В связи с этим к первоочередным задачам относятся доработка и развитие методологии прогнозирования, создание геолого-экономических моделей - образов месторождений, организация учета геологических прогнозов, подготовка учебно-методических материалов и обучение специалистов (5).

Важным резервом геолого-экономической оптимизации геологоразведочного процесса является сокращение стадийности работ и переход на перманентную технологию работ. Но разработка и реализация такой технологии связаны с большим экономическим риском и в связи с этим нуждаются в надежном научном обосновании.

Само положение минеральносырьевой базы на начальной точке отсчета сферы материального производства обусловливает приоритетное развитие научных направлений, максимально повышающих надежность ожидаемых результатов геологоразведочных работ.

Эти проблемы ставились неоднократно и ранее. Однако в новых экономических условиях, когда необходимо коренным образом ускорить процесс окупаемости инвестиций, они приобретают особо важное значение. Завершающие стадии геологоразведочных работ должны быть по времени максимально приближены к началу отработки месторождений. В большинстве же случаев должен быть реализован единый процесс совмещения во времени разведочных и эксплуатационных работ, но без ущерба воспроизводству, рациональному использованию и охране минеральносырьевых ресурсов. Поэтому создание и развитие единой методологии прикладной металлогении - геологического прогнозирования - как самостоятельного научно-производственного направления в современных условиях представляется столь же назревшим и необходимым, как это было несколько десятилетий назад для общей и специальной металлогении.

Список литературы

1. Еремеев А.Н., Оганесян Л.В., Митрофанов И.В. Логико-методологические аспекты процесса геологического поиска. Методика комплексной обработки геолого-геофизической информации с помощью математических методов и ЭВМ при прогнозировании и оценке месторождений. - М., 1977.

2. Крейтер В.М. Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых. - М.: Госгеолтехиздат. Ч. 1, 1960.

3. Лисичкин В.А. Теория и практика прогностики. - М.: Наука, 1972.

4. Оганесян Л.В. Многоуровневый и локальный прогноз рудоносности: новые методологические подходы. Отечественная геология, № 4, 1996.

5. Орлов В.П. Геологическое прогнозирование. - М.: Недра, 1972.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://geo.web.ru