К оглавлению	УДК 551.7.001.5.55/51
	© А. Н. Дмитриевский, 1991

Фундаментальный базис геологии нефти и газа

А.Н. ДМИТРИЕВСКИЙ (ИПНГ АН СССР и ГК НО СССР)

Одним из эффективных методов познания материального мира является системный анализ. Всем ходом своей истории геология подготовлена для активного восприятия идей системного подхода. Исторически геологические знания формировались под влиянием передовых идей в философии, математике, физике, химии. Степенью развития естественных наук является уровень их математизации. В то же время многие разделы геологии носят описательный характер, широко используют качественные методы, трудно поддаются математизации. И это не признак отсталости геологии, а скорее отражение ее специфики, объективной сложности. Системный подход позволяет геологии преодолеть этот «комплекс отсталости», так как предполагает широкое использование как качественных, так и количественных методов исследований. Именно эта особенность системного подхода наиболее привлекательна и обусловливает широкие перспективы его использования в геологии.

Основная цель системного анализа - изучение осадочных бассейнов как целостных природных систем, установление их структуры и состава, генезиса и этапов развития, проведение структурно-литологической типизации осадочных бассейнов и прогнозирование на этой основе их нефтегазоносности. Характерной особенностью анализа является обобщенное комплексное исследование осадочных бассейнов и природных резервуаров с литолого-генетических позиций, позволяющее разработать основы палеорайонирования и методику геолого-геофизического изучения осадочных бассейнов.

Системный анализ отличается многоплановостью и подразделяется на системно-структурные, системно-исторические, системно-функциональные и системно-литологические исследования.

При проведении системного литолого-генетического анализа нефтегазоносных осадочных бассейнов необходимо различать три последовательных этапа исследований. Первый базируется на результатах системно-структурных и системно-исторических исследований и направлен на установление структуры изучаемого осадочного бассейна и истории его геологического развития. Второй предусматривает изучение природных резервуаров, их коллекторских и экранирующих свойств и основывается на данных системно-литологических и системно-функциональных исследований. Главная цель третьего, завершающего, этапа исследований - прогнозирование нефтегазоносности изучаемых осадочных бассейнов. На этом этапе системный литолого-генетический анализ направлен на решение практических задач, т. е. выявление наиболее перспективных нефтегазоносных участков осадочного бассейна.

Системный анализ дает возможность по сгруппированным признакам и на генетической основе выделить и изучать осадочные тела с точки зрения особенностей их состава, строения, условий формирования, содержания полезных ископаемых и прогнозировать наличие аналогичных осадочных тел в сходных (однотипных) по строению осадочных бассейнах.

Основной задачей системно-литологических исследований является прогнозирование коллекторских и экранирующих свойств. Эффективность прогнозирования значительно повышается при использовании системно-функционального анализа, при котором осадочные тела рассматриваются как динамические системы. Любая геологическая система проходит определенный эволюционный путь развития, протекающий в пространстве и времени. Зная значения переменных компонентов динамической системы в данный момент, можно установить или прогнозировать вероятность распределения значения этих переменных в любой последующий или предшествующий моменты времени. Чаще всего геология имеет дело с динамическими стохастическими системами. Многообразие свойств геологической системы, ее сложность требуют для адекватного познания системы множества различных моделей, каждая из которых описывает свой аспект системы.

При изучении сложных геологических образований необходимо тесное сочетание системно- структурных и системно-исторических исследований. Первые позволяют подразделить систему на элементы, изучить взаимосвязь ее элементов, дают представление о структуре изучаемого геологического объекта. Однако через одну структуру познать такую сложную систему, как осадочный бассейн, невозможно. Сочетание системно-структурных и системно-исторических исследований позволяет не только установить последовательность событий, в результате которых образуются осадочные тела, но и дает возможность определить их генезис и эволюцию и получить целостную картину об осадочном бассейне как исторически развивающейся природной системе.

По мере углубления в особенности изучаемых объектов, сущность материи исследователь, последовательно использующий системные принципы и принцип относительности, оказывается перед реальностью, называемой вакуумом. Эта реальность предстает в противоречивом, двойственном виде: 1) как абсолютная пустота «и 2) как абсолютно уравновешенная система». В первом случае - это полностью уравновешенное, инициальное состояние материи способное к спонтанному рождению частиц. Во втором - это, наоборот, заполненная материальными частицами и энергией, полностью уравновешенная (электрон - позитрон, гравитация - антигравитация, плюс - минус и т. п.) система, от которой в окружающую среду не поступает никакой информации. Для наблюдателя, находящегося за пределами этой системы, она будет иметь такие же «внешние» характеристики, как и «абсолютная пустота».

Для дальнейшего понимания материала целесообразно внести понятие «системное движение материи», являющееся атрибутом, свойством вакуума, способом проявления вакуума, основой рождения и существования материального мира. Системные воззрения на вакуум позволяют дифференцировать системное движение материи, выделяя семь ступеней различных состояний материи или различные уровни материальности [2]. Каждая природная система имеет «корни» на всех ступенях, что и служит надежной основой использования системного подхода для познания объективной реальности.

I ступень - «абсолютный» вакуум, который аналитически может быть записан в виде трех тождеств, символизирующих «абсолютное ничто». Введение трех тождеств А, В, С позволяет на следующих ступенях проследить эволюцию тождеств-уравнений, описывающих состояние соответственно физических полей, энергии и движения.

II ступень - рождение пространства - времени. Тождества А, В, С задают геометрию расслоенного пространства, но пространства еще не различимы и поэтому все члены тождества равны нулю. На этой ступени формируется первично-упорядоченный вакуум.

III ступень характеризуется образованием первичных вакуумных возбуждений. Эти возбуждения описываются системой тождеств А - С, где риманова кривизна пространства равна нулю (а значит, и все физические параметры: масса, заряд и т. п. - тоже равны нулю). Однако, как удалось показать, некоторые части тождества А - С, соответствующие компонентам вращения, не равны нулю. В точке, являющейся центром возбуждения, происходят как бы «срыв» и формирование нового пространства, которое начинает вращаться относительно другого. На III ступени в результате саморазвития и самовозбуждения рождается пустое вращающееся пространство - первичное движение.

На IV ступени происходит полное расслоение пространства, когда каждая точка 4-мерного пространства развертывается в самостоятельное 4-мерное пространство и таким образом появляется 8-мерное пространство.

Компоненты вращения Риччи уравнений А - С, которые и описывают эти вращения, для внешнего наблюдателя фиксируются как физические константы, а для внутреннего как геометрия. Суммарный эффект внутренней геометрии для внешнего наблюдателя целесообразно назвать вакуумным полем. На IV ступени исчезают тождественные соотношения, риманова кривизна уже не равна 0, но эти уравнения еще геометрические и в них отсутствуют феноменологические физические параметры. Геометрические же параметры принадлежат разным геометриям. «Места стыковки» различных геометрий, приводят к формированию геометрических структур.

На V ступени рождается материя. Для этой рождающейся массы и энергии целесообразно ввести понятие «самодействие», так как на этой ступени они могут воздействовать только сами на себя, рождая новые частицы и энергию. На этой ступени также осуществляется дифференциация физических полей и происходит их воздействие друг на друга. Они возникают из одного вакуумного поля и объединены общим источником рождения.

VI ступень. Потенциальная энергия самодействия пятой ступени разворачивается в потенциальную энергию взаимодействия. Возникающие на V ступени самодействующие сгустки массы-энергии, так называемые солитоны, на VI ступени приобретают внешнее поле, что и обеспечивает потенциальную возможность взаимодействия. Это внешнее энергетическое поле может образовывать пространственные энергетические структуры (например, стационарные боровские орбиты в атомах), т. е. материальные, а не геометрические структуры.

На VII ступени происходят реализация взаимодействия и возникновение материальных систем и различных форм движения материи (механическая, физическая, геологическая и др.).

Все эти преобразования объединяются общим названием - системное движение материи, в результате действия которого «вещи в себе» становятся «вещами для нас» в новом понимании этого известного философского положения.

Исторически исследователи начинали работу с материальными телами VII ступени. При углублении проработки материала происходит восхождение к начальным ступеням проявления вакуума. Например, И. Ньютон ввел понятие материальной точки, которая не учитывала бы природу и структуру изучаемого объекта. Это введение позволило сформулировать законы движения материальной точки, ставшие основой создания классической механики.

При дальнейшем развитии науки стали рассматривать объективную реальность как систему, заполненную материальными точками, взаимодействующими между собой. Это дало начало механике сплошной среды.

Затем в сплошной среде стали изучать структурные упорядоченности в системе материальных точек и, как следствие, создается термодинамика фазовых переходов.

Далее в сплошной среде стали выделять устойчивые облака материальных точек, или солитоны, которые обладают способностью к самодействию самоорганизации (VI и V ступени проявления вакуума).

Другое направление развития ветви познания - формирование принципа относительности. Начало работ - объекты и закономерности VII ступени.

Первые подходы к формированию принципа относительности можно взять из работ Галилея - Ньютона, в которых они рассматривали систему отсчета, движущуюся равномерно и прямолинейно. Выбирая соответствующим образом скорость, наблюдатель может кинетическую энергию движущейся системы превратить в 0 (например, наблюдатель едет в вагоне). При этом потенциальная энергия и масса покоя абсолютны. А. Эйнштейн допустил движение наблюдателя по инерции с ускорением (например, падающий лифт). В этом случае сила тяжести исчезает. Изменяя таким образом систему отсчета, А. Эйнштейн потенциальную энергию превратил в 0. При этом масса покоя остается абсолютной.

Если допустить, что движущаяся с ускорением система испытывает вращение, то в этом случае и масса покоя становится относительной [2].

Именно положение наблюдателя определяет разницу между двумя определениями вакуума как «абсолютной пустоты» и «абсолютной полноты». В последнем случае наблюдатель находится вне системы, и когда она полностью уравновешена, т. е. от этой системы наблюдатель не получает никакой информации, «абсолютная полнота» для наблюдателя будет вакуумом.

Следует отметить, что закономерности проявления вакуума имеют корни в материальных системах и учет этого позволяет продвинуться в познании природных объектов, в изучении строения Земли.

В сферических оболочках Земли происходят волновые процессы, отражающие перенос и преобразование энергии: тепловые и упругие сейсмические волны, волны фазовых переходов и т. п. Современные исследования показывают, что между волнами разной природы существуют связи, в результате чего формируется некое суммарное поле, которое в зависимости от внешних условий и внутренней природы имеет свой набор волновых процессов, способных переходить друг в друга, видоизменяться. Это поле получило название автоволнового поля, которое саморазвивается, самоподдерживается за счет различных видов энергии.

Между оболочками существуют отражающие границы, которые создают энергетические барьеры между ними. Таким образом, в каждой сферической оболочке формируется свое автоволновое поле. Автоволновые поля взаимодействуют между собой, проявляя волновую природу, т. е. отмечаются интерференции, дифракции, резонанса.

Автоволновые поля сферических оболочек при взаимодействии принимают различные устойчивые конфигурации типа волновых фронтов и ревербераторов, имеющих вихревую структуру. В результате интерференции автоволн различных сферических оболочек, резонансных явлений происходит обмен энергий между оболочками, их сложение и вычитание, что отражается на поверхности Земли, обеспечивая различные динамические процессы, чаще всего вихревой структуры [4].

Вихревое движение земных масс формирует поверхностный лик Земли, объясняет многие процессы, происходящие в земной коре. Ревербератор- ная тектоника находится в стадии становления и, по-видимому, включит в себя новую глобальную тектонику и геосинклинальную теорию, устранит их противоречие и объяснит многие явления, которые не удается разрешить с помощью этих теорий.

Интерференция автоволн приводит к формированию устойчивых стоячих волн в структуре земной коры, к которым приурочены крупнейшие в данном регионе месторождения нефти и газа [3].

Формированием материальных тел на VII ступени управляют природные силы, разноплановое действие которых определяет специфику реальных объектов.

В тех случаях, когда преобладает действие какой-либо одной силы, образуются целостные природные тела с достаточно четкими границами (планеты Солнечной системы, кристаллы и т. п.).

Однако большей частью образование природных тел происходит в результате действия многих сил. В таких случаях чрезвычайно затруднительно отличить природные образования, возникшие под действием тех или иных сил. Границы этих образований часто пересекаются, что находит отражение в строении реального объекта. В то же время каждая природная сила «стремится» привести системность в строение тех природных объектов, формированием которых она управляет.

Задача исследователя - раскрыть закономерности строения, особенности формирования и механизма целостности природных образований. Часто в своей работе исследователь должен «пройти» по большинству из семи ступеней проявления вакуума. В то же время решение многих задач можно найти в пределах законов и закономерностей VII ступени.

Геология имеет идеальный объект исследования, ибо «Земля одновременно является как космическим телом и, следовательно, в какой-то мере несет на себе следы эволюции Вселенной, так и объектом исследований на молекулярном уровне, ибо именно микропроцессы в конечном итоге определяют особенности ее строения и размещения полезных ископаемых. В связи с этим фундаментальный базис геологических исследований должен создаваться на основе системного подхода с использованием современных знаний, поставляемых астрофизикой и квантовой механикой, ее должны интересовать последние гипотезы образования Вселенной и новые данные о строении самых малых и короткоживущих частиц. Привнесение, например, в нефтегазовую геологию последних достижений синергетики, теории перполяции и фазовых переходов открывает новые перспективы в изучении коллекторских свойств горных пород [1] и познании УВ-систем в околокритическом состоянии, что в свою очередь открывает новые подходы к созданию эффективных способов извлечения нефти и газа. Успешность же собственно системно-геологических исследований в значительной мере зависит от разработки теоретических основ системно-структурных, системно-исторических и системно-функциональных исследований, от эффективного сочетания содержательных и формальных методов, от разработки качественных методов исследования геологических систем. Решение этих задач будет способствовать повышению эффективности использования системного подхода в геологии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дмитриевский А.Н. Теория и методы прогнозирования коллекторских и экранирующих свойств природных резервуаров на больших глубинах / Материалы IV Всесоюзн. конф. «Коллекторы нефти и газа на больших глубинах». - М. - 1987.,

2. Дмитриевский А.Н., Володин И.А., Шипов Г.И. Системное движение материи / Материалы III Всесоюз. конф. «Системный подход в геологии». - М. - 1989.

3. Локальный прогноз крупнейших скоплений нефти и газа по морфоструктурным данным / Е.И. Виноградов, Ш.А. Губерман, А.Н. Дмитриевский и др. // Докл. АН СССР. - 1989. - Т. 305. - № 3.

4. Шешуков А.А., Древель Н.И. Вихревая модель Байкальской тектонической системы в связи с ее нефтегазоносностью / Материалы III Всесоюзн. конф. «Системный подход в геологии». - М. - 1989.

Abstract

Problems associated with the formation of the fundamental base of petroleum science are considered. When getting to know the laws of material world structure, we suggest to use the main states of "vacuum ideology" and the principles of a system approach which offeres new- possibilities for studying complex geological objects. New terms of "system movement of material "and" reverberatory tectonics "are introduced. The results of interaction between autowave fields occurring in the Earth's spherical shells that control the distribution of hydrocarbons in lithosphere are discussed.