О применении в геологии метода факторного анализа
(Белонин М.Д., Голубева В.А., Скублов Г.Т. Факторный анализ в геологии. М., Недра, 1982, 267 с., 1750 экз., 1 р. 20 к.)
Г.И. КАРАТАЕВ (БелНИГРИ)
Проблема установления геологических факторов, влияющих на измеряемые свойства геологических объектов, является не только одной из ведущих проблем в геологии. В сущности, это главный вопрос познания тектонофизических процессов, протекавших и протекающих в земной коре и в верхней мантии, процессов нефтегазообразования и нефтегазонакопления, процессов рудообразования и магматизма и других геологических процессов. В геологической интерпретации геофизических и геохимических полей задача выявления возмущающих факторов, обусловливающих эти поля, также одна из основных.
В решении проблемы познания роли ведущих физико-химических и геологических факторов в истории геологического развития земной коры и верхней мантии Земли важную помощь оказывают математические методы обработки и анализа данных наблюдений, в том числе метод факторного анализа. В основе последнего лежит гипотеза о линейном влиянии факторов на измеряемые свойства геологических объектов, в результате проверки которой статистическими методами вектору измеренных свойств ставится в соответствие вектор независимых и упорядоченных по уменьшению дисперсии новых компонент, интерпретируемых как возмущающие факторы. Геологическая интерпретация дисперсий новых компонент совместно с коэффициентами их линейных соотношений с исходными компонентами позволяет высказать предположение о тех физико-геологических факторах, которые, возможно, оказывали влияние на измеряемые свойства. Применение метода факторного анализа приводит, в сущности, к разделению наблюденных величин, отражающих суммарное воздействие многих факторов, на составляющие, связанные с отдельными возмущающими влияниями, т.е. метод факторного анализа позволяет расщепить исходную информацию. Представляется, что этот метод в комплексе с методами распознавания образов и регрессионным анализом может быть использован для выбора информативного комплекса формальных или генетически обоснованных признаков, которым можно описать изучаемый геологический объект. Иными словами, метод факторного анализа помогает перераспределить наблюденную геологическую информацию и представить ее в виде, удобном для геологической интерпретации. Как и большинство применяемых в математической геологии методов, он играет роль вспомогательного инструмента геолога.
Метод факторного анализа и его частная реализация - метод главных компонент - математически довольно просты. С геологической же стороны их эффективное применение требует прежде всего прекрасного знания характера протекания изучаемого геологического процесса. Например, факторный анализ требует априорного задания числа факторов и указания всех тех измеренных величин, на которые они не будут оказывать существенного влияния. Правда, для метода главных компонент этого знать не нужно, но необходимо знать, находится ли среди измеренных величин возмущающий фактор. Таким образом, интерпретация данных, полученных по методу главных компонент, требует знания природы изучаемого явления.
Таким образом, методы факторного и компонентного анализов получают все большее признание у геологов и геофизиков в связи с решением широкого круга типовых задач. Между тем в отечественной литературе до недавнего времени отсутствовали специально предназначенные для геологов монографические публикации, где бы в доступной форме излагалась сущность этих методов, возможные сферы приложений и особенности их применения. Книга М.Д. Белонина, В.А. Голубевой и Г.Т. Скублова в значительной мере устраняет создавшийся пробел. Она является первым крупным обобщением по применению факторного анализа в геологии. В ней особое внимание уделено именно вопросам методики интерпретации данных факторного анализа, и это делает ее методическим инструментом для геологов, геофизиков, геохимиков. Поэтому не удивительно, что рецензируемая книга вызвала большой интерес среди геологической общественности.
Книга состоит из пяти глав, удачно скомпонованных таким образом, что читатель не только получает представление о сущности методов, наиболее типовых задачах, где эффективно применение факторного анализа, но и как бы участвует практически в решении каждой из сформулированных типовых задач. То, что последние взяты из различных областей геологии, делает книгу интересной для широкого круга специалистов геологов и геофизиков.
Наиболее интересны для геолога три последние главы книги. В них показана методика геологической интерпретации результатов факторного анализа и применения метода главных компонент при решении конкретных геологических задач. Так, в работе формулируются основные типы геологических задач, решаемых этими методами. Сделано это, насколько мне известно, впервые в геологической литературе. Здесь убедительно показано, что в результате расщепления исходных данных на составляющие, обусловленные различными геологическими факторами, и построения карт и графиков этих составляющих может быть выявлена информация о характере протекания геологических процессов. Приведен ход решения задачи классификации геологических объектов и выявления степени их сходства и различий. Несомненно, оригинальными и представляющими большой интерес являются методические рекомендации по построению корреляционных моделей, отображающих действие определенной совокупности природных факторов, и по количественной оценке изменчивости геохимических систем.
Широко рассматриваются вопросы применения факторного анализа при геохимических исследованиях магматических образований: выявлении петрохимических тенденций эволюции интрузивного магматизма, установлении факторов распределения элементов-примесей в магматических породах, выделении рудных узлов и зон и др. Показано, что применение новой методики обработки данных позволяет сделать новые геологические выводы.
Так, при выяснении тенденций петрохимической эволюции интрузивного магматизма фанерозойских складчатых областей показано, что здесь важнейшую роль играют «такие геологические факторы, как тип и строение земной коры, возраст пород, региональные особенности, интенсивность и тип гидротермально-метасоматических преобразований пород и др.». (с. 175). Сделан вывод о том, что существующие подходы к анализу геохимических данных при выделении рудных узлов и зон «не позволяют с необходимой степенью надежности картировать зоны нарушенного первично-конституционального распределения химических элементов» (с. 197). В то же время факторный анализ позволяет установить те составляющие, которые связаны с гидротермально-метасоматическими и рудными явлениями.
Рассмотрены также вопросы применения факторного анализа в нефтяной геологии: при выявлении и оценке роли факторов в формировании коллекторских свойств пород, выявлении и анализе процессов газогенерации РОВ сапропелевого и гумусового типов, выявлении факторов, определяющих состав УВ нефтей и ОВ пород, и процессов, приводящих к изменениям состава нефтей, при выявлении критериев нефтегазоносности и др.
Важным с методологических позиций представляется стремление авторов подойти с единых системных позиций к изучению элементов системы нефть - газ - вода - порода с целью выявления процессов их изменения и установления взаимосвязи между ними. В частности, ими получены интересные данные о взаимосвязи воды, пород и нефтей, а именно: состав нефтей зависит от фильтрационного фактора, связанного с коллекторскими свойствами, не изменяющимися с глубиной. Показано, что вторичные процессы на глубине влияют не только на коллекторские свойства, но и на состав нефтей. Предполагается, что в протекании процессов генерации этана, метана, пропана, бутана и пентана играет роль «гумусовая добавка» к сапропелевому РОВ и др.
Рецензируемая книга не лишена и недостатков. Они, на наш взгляд, сводятся к следующему.
В книге отсутствуют алгоритмы построения моделей факторного и компонентного анализа, что не позволяет читателю глубоко проникнуть в «кухню» этого метода.
Интереснейшие с методических позиций четвертая и пятая главы характеризуются разной структурой описания. Четвертая глава написана более формально и потому читается легче. Кроме того, приведенные в этих главах примеры также разнотипны: в четвертой главе есть примеры с исходными данными, что позволяет применить к ним другие методы обработки и сделать дополнительные выводы, а в пятой - исходные данные отсутствуют.
Авторы справедливо указывают, что при анализе важное значение имеют структуры корреляционных соотношений между признаками, однако этот тезис практически не раскрыт. Заметим, что как показывает наш опыт, характер корреляционных соотношений между признаками нередко играет важнейшую роль поискового признака в нефтяной геологии.
В первой главе даны конкретные рекомендации по применению факторного и компонентного анализа, однако в четвертой и пятой главах, где показано практическое их применение, ссылок на эти рекомендации нет. То же самое относится и к третьей главе - о методике решения типовых задач. Каких-либо указаний о том, как эта типизация использовалась при решении конкретных задач, в четвертой и пятой главах не дано.
Термин «природный фактор» представляется неудачным, неудобны для чтения сокращения типа ФА, МГК, ПГК, ВПА и другие необщепринятые обозначения.
К сожалению в книге, в частности при обращении к методу главных компонент, теории корреляционного анализа, спектральному анализу, не нашел должного отражения широко применяемый при геофизических исследованиях опыт использования не наблюденных, а расщепленных признаков. Заметим, что такой подход нами реализован при построении автоматизированной прогнозирующей системы «Припять».
И еще одно замечание. Метод факторного анализа нельзя считать универсальным. Материалы книги и сущность любого математического метода свидетельствуют о том, что факторный анализ - это лишь инструмент для преобразования наблюденной информации к виду, удобному в той или иной степени для геологической интерпретации. Как и всякий математический метод, факторный анализ ничего не доказывает относительно геологических явлений. С его помощью лишь проверяются гипотезы о соответствии наблюденных данных его, именно его формализмам. Метод факторного анализа при геологической интерпретации данных надо шире комплексировать с методами распознавания образов и регрессионным анализом.
Книга М.Д. Белонина, В.А. Голубевой и Г.Т. Скублова представляет собой по существу методическое пособие, можно сказать, учебник по применению факторного анализа при решении широкого круга геологических задач. К сожалению, ее тираж мал и вряд ли он обеспечит хотя бы наиболее интересующихся проблемами применения математических методов в геологии. Считаю, что авторам следует учесть отмеченные замечания и представить ее к переизданию.
Поступила 12/X 1984 г.