Методы исследований в геологии

Метод - способ изучения явлений, включающий различные теоретические, технические средства познания, ведущие к получению новой информации.

Ретроспективный взгляд на историю геологии показывает значение метолы для становления и развития науки. Например, следующие методы стали переломными в развитии геологической науки: биостратиграфический метод В. Смита, методы рентгеноструктурного анализа, микрозонд, сейсмическая томография и др.

Методы исследований:

- Всеобщие (философские законы).

- Общенаучные (действующие во всех науках: законы логики и т.п.).

- Частные или специальные (действующие в данной науке, например только в инженерной геологии) .

Геология как интегральная наука имеет в своем арсенале большое количество методов исследования, применение которых позволяет создать целостную модель изучаемого процесса или явления. В настоящее время существуют разнообразные классификации геологических методов исследования. Как правило, они включают общенаучные и специальные (частные) методы, направленные на получение научной информации, ее обработку и отображение результатов исследования.

Общенаучные методы включают: индукцию, дедукцию, анализ, синтез, аналогию, моделирование, статистические методы, метод системного анализа, аксиоматический и др.

Индуктивный и дедуктивный методы познания представляют собой 2 пути объяснения изучаемых явлений.

Индуктивный метод основа на анализе наблюдаемых фактов, их обобщении и последующем создании законов и теорий. Фактический материал классифицируется по характерным признакам, дополняется серией новых наблюдений, проводится его обобщение, и, как результат, строится модель объекта или явления, которая служит основой теоретической модели и формулировки теоретического закона.

Индукция (лат. inductio - наведение) - умозаключение от частного к общему (сначала факты, а потом их обобщение). Виды индукции: полная индукция - индуктивное умозаключение, в котором из всей совокупности фактов делается общий вывод; неполная индукция - индуктивное умозаключение, которое дает общий вывод только из части фактов; индукция через простое перечисление - индуктивное умозаключение, строящееся на обобщении отдельных признаков ряда предметов на весь этот ряд.

Дедуктивный метод использует наблюдения как стартовую площадку для априорной модели. На основе гипотетической модели создается процедура ее проверки (верификации), которая включает проведение эксперимента и создание новых гипотетических моделей, позволяющих прогнозировать свойства, еще не реализованные в ходе эксперимента. Дальнейший путь развития гипотетической модели ведет к формированию теории и формулировке законов, позволяющих объяснить и предсказать ранее неизвестные явления.

Дедукция (лат. deductio - выведение) - методы мышления, при котором частное положение логическим путем выводится из общего по правилам логики (силлогизма); цепь умозаключений (рассуждение), звенья которой (высказывания) связаны отношением логического следования. Если посылки дедукции истинны, то истинны и ее следствия. Дедукция - основное средство доказательства.

Индуктивные модели носят вероятностный характер. Дедуктивные модели предпочтительнее, поскольку их действие выходит за рамки конкретного эксперимента. В геологии очень часто индуктивные и дедуктивные методы дополняют друг друга. Совершенствование дедуктивных моделей в геологии позволит более обоснованно решать ретроспективные задачи, когда мы не имеем возможности непосредственно наблюдать процесс или явление и должна составить прогноз на будущее.

Методы анализа и синтеза в геологии используются параллельно. Анализ предполагает детальное расчленение предмета исследований, изучение отдельных его характеристик, установление взаимодействия между компонентами анализа, их классификацию. Синтез объединяет различные элементы анализа и предполагает создание целостной модели геологического объекта. Например, тектоническая карта представляет собой модель геологической среды, в которой синтезированы различные структурные, стратиграфические, петрологические, литологические, геофизические и геохимические характеристики исследованного региона.

Анализ - (от др.-греч. "разложение, расчленение") - операция мысленного или реального расчленения целого (вещи, свойства, процесса или отношения между предметами) на составные части, выполняемая в процессе познания или предметно-практической деятельности человека.

Анализ строится применением операции ограничения, т.е. дедуктивным путем - от целого к частному; синтез - обратным путем: от частного к целому (обобщение).

Цель анализа - познание частей как элементов целого. Цель синтеза - познание целого как состоящего из частей (элементов).

Проблема анализа и синтеза: эмерджентность систем. Вследствие закона перехода количественных изменений в качественные, не всякое целое можно получить путем суммирования его частей. Эмерджентность (от англ. emergence - возникновение, появление нового) в теории систем (системном анализе) - наличие у какой-либо системы особых свойств, не присущих ее подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не связанных особыми системообразующими связями; несводимость свойств системы к сумме свойств ее компонентов; синоним - системный эффект.

Метод аналогий является основой геологического подхода в геологических исследованиях, поскольку представляет возможность изучения прошлого Земли, протекавших в ней процессов, опираясь на знание современных процессов, формирующих лик планеты (актуалистический подход), или сопоставлять и находить тождество в строении отдельных структур и проводить аналогии от известного к неизвестному. В целом, актуалистический подход, принципы которого были заложены в трудах Дж. Хаттона и Ч. Лайеля, - единственный метод реконструкции прошлого. Он используется при историко-геологических исследованиях, палеотектонических реконструкциях, в палеогеографии, литологии, петрологии, геохимии и геофизике.

Сейчас основные споры идут по вопросу возможности применения этого метода при изучении разных этапов развития Земли, особенного глубокого докембрия. Актуалистический метод позволяет не только заглянуть в прошлое, но и проводить экстраполяцию в будущее, реализовать предсказательную функцию метода. Не путать с принципом униформизма Ч. Лайлеля.

Метод аналогий также позволяет предсказать характеристики слабо изученного объекта путем сравнения с лучше изученным того же класса. Так Губкиным была предсказана нефтеносность Волго-Уральской области (по аналогии с Мидконтинентом США), а Соболевым – алмазоносность Сибирской платформы (по аналогии с Южной Африкой).

В отдельных геологических дисциплинах применяются специфические модификации метода аналоги – сравнительно-литологический, сравнительно-тектонический и т.п.

Аналогия - подобие, равенство отношений; сходство предметов (явлений, процессов) в каких-либо свойствах, а также познание их путем сравнения.

Метод системного анализа является философским осмыслением модельного подхода к изучению процессов и явлений. Системным называется такое исследование, в основу которого положена системная модель, признаками которой являются следующие:

1. Каждый объект характеризуется бесконечным числом дискретных характеристик, взаимодействующих между собой. Системная модель формируется самим исследователем. Например, геологические карты являются моделью геологической среды, в которой с помощью определенной системы условных обозначений выделены наиболее важные с точки зрения исследователя характеристики.

2. Все свойства изучаемого объекта равноценны, в связи с этим познавательная функция системной модели зависит от цели исследований. Например, космический снимок Земли представляет собой такую модель геологической среды, в которой сконцентрированы многосторонние сведения о составе и структуре земной коры и особенностях земной поверхности. В основе этой модели лежать не реальные физические тела, а их отображение на различных носителях электромагнитных характеристик реальных тел. При этом создается интерференционная система взаимодействия разноглубинных, разновозрастных и генетически разнотипных образований и процессов.

3. Системная модель структурирована и состоит из совокупности элементов разного ранга, при этом уровни самоорганизации вещества взаимосвязаны между собой и представляют сложную интерференционную систему. Каждый последующий уровень включает предыдущий.

4. Целостность системы. Целостные системы представляют собой динамические системы с обратными связями между элементами. Целостность проявляется в возникновении нового интегрального качества - внезапно возникающих (эмерджентных) свойств на каждом уровне организации вещества. Например, эмерджентные свойства четко отражаются при изменении уровня генерализации космического изображения или при изменении масштаба картирования.

Аксиоматический метод основан на построении теоретической модели, исходя из некоторых аксиом (постулатов), из которых все остальные утверждения должны выводиться логическим путем посредством доказательств. Например, постулаты теории тектоники литосферных плит положены в основу палеотектонического анализа. Если какой-либо из постулатов опровергается или изменяются рамки его применимости, то изменяется и система доказательств, положенная в основу этой теоретической модели.

Среди специальных методов можно четко различить две группы. Одни из этих методов заимствуются из «точных» наук – физики и химии. Таковыми являются рентгеноструктурный анализ, все методы химического анализа, методы изотопного анализа, дистанционные методы и др.

Другая группа методов – специфические методы отдельных геологических дисциплин. Таковые структурный анализ и тектонофизический эксперимент в тектонике, биостратиграфический, магнитостратиграфический, сейсмостратиграфический, радиогеохронологический методы в стратиграфии, экспериментальные методы и изучение термодинамических равновесий в минералогии и петрографии, бурение скважин и др. Эти методы также опираются на достижения точных и технических наук, но уже в опосредованном виде.