НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ МЕТОДОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ, ОФОРМЛЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЕТРОФИЗИЧЕСКОГО ЗНАНИЯ И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

Б. Ю. Вендельштейн, Б. Н. Еникеев Геофизика 2004 спецвыпуск 10 лет ПАНГЕЕ стр.65-73

В особенности это относится к стилю изложения. Живые устные выступления Б.Ю.Вендельштейна и его эмоционально-образное и ответственное восприятие мира крайне редко находили отклик в письменном тексте (как, например, его любимый тост за Шарлотту Корде - портрет Шарлотты мы смотрели при последней встрече). В этом смысле текст ближе к нашим застольным и телефонным беседам, чем к высушенному экстракту из них. Вместе с тем, на мой взгляд, тексты такого рода всегда воспринимались и оценивались Б.Ю. Вендельштейном с радостной отвагой д'Артаньяна, Дон-Кихота и Паганеля одновременно и крайне позитивно, особенно если речь шла не о выяснениях личных отношений и расстановке оценок, а о проблематике, важной для области знания, которой он отдал большую часть своей жизни и ее сопоставлениями с областями сходными по структуре.

Ниже сделана осознанная попытка отразить в рамках текста и несколько тем, к которым мы регулярно возвращались. Мои попытки привести работу к желаемому уровню полноты и доказательности убедили меня, что такое изменение текста ведет к невольной подмене стиля и совместных соображений, возможному привносу моего субъективного понимания и усложнению восприятия, поэтому публикую текст, максимально близкий к тому, который был написан еще при жизни Б.Ю. Вендельштейна в январе 2001 года и согласован с ним (c крайне незначительными изменениями).

Исходный текст и его версии будут также размещены на сайте www.wendelstein.narod.ru.

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ МЕТОДОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ, ОФОРМЛЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЕТРОФИЗИЧЕСКОГО ЗНАНИЯ И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

Б. Ю. Вендельштейн, Б. Н. Еникеев

Введение

К настоящему времени в число наиболее актуальных задач возможно отнести проблематику применения интегрированной интерпретации с целью построения постоянно действующих цифровых моделей месторождений.

Важным элементом традиционного подхода к построению таких моделей является использование некоторой совокупности простых и заранее зафиксированных (с точностью до параметров) взаимосвязей измерений каротажа и сейсморазведки c искомыми коллекторскими свойствами и вещественным составом породы. К настоящему времени можно с полной определенностью утверждать, что такая точка зрения (вполне оправданная для случая простых и достаточно мощных и однородных слабоглинистых отложений) может рассматриваться лишь как приближенная, что мы попытаемся обосновать.

В данной работе мы непривычно много внимания уделим петрофизике, в том числе методологии и технологии организации петрофизического знания.

Основные проблемы при этом связаны с использованием крайне упрощенных предположений о петрофизических взаимосвязях, по сути оставшихся на уровне работ 70-х годов и не учитывающих многообразного опыта, накопленного разрозненными группами отечественных исследователей и западными петрофизиками.

Это неудивительно, ибо технология петрофизического обоснования содержит некие условно стандартизуемые элементы (данные, труд, знания, технологии) которые в первом приближении могут оценку качества продукта в соответствии с методикой расчета по соотношениям типа Кобба-Дугласа.

Проблема усугубляется развитием систем интегрированной интерпретации и тенденцией запаивать в них специализированные частные решения, с отсутствующим обоснованием и областью применимости. Вместе с тем реально сложившаяся практика интегрированной интерпретации и построения постоянно действующих моделей месторождений может быть кардинально улучшена путем выделения и специализации информационных блоков, отражающих разнообразную геологическую, литологическую и петрофизическую информацию.

Некоторые проблемы современного состояния дел в российской петрофизике

Лев Толстой в письме к Энгельмейеру приводит забавные слова: "Меня каждый год посещают несколько человек таких изобретателей, и всегда бывает жалко ненормального душевного состояния, в котором они большей частью находятся, вследствие неестественного напряжения дурно направленных умственных способностей".

К сожалению, на сегодня состояние дел с качеством публикаций по петрофизике порой невольно напоминает эти слова, относящиеся к середине конструированию машин позапрошлого века, когда даже сама по себе идея стандартных деталей еще отсутствовала и с трудом пробивала себе дорогу.

Машины (петрофизическое обеспечение) активно поставляются, но большая часть деталей этих машин нестандартна и не совместима и труд каждый раз приходится почти начинать с нуля (вопрос адекватности самих машин мы намеренно оставили за кадром).

Эмпирические данные зачастую не публикуются, критерии адекватности людей не обсуждаются, соотнесенность предложенных автором публикаций взаимосвязей с фундаментальными законами современной физикохимии игнорируется.

Из работы в работу перетаскиваются известные мифы и представления, а характер суждений о современном уровне решения проблем заставляют вспомнить о людях, черпающих суждения из "газет времен Очакова и покорения Крыма".

Зато все это неумеренно компенсируется натиском и амбициями. Печально, что это далеко не единичное явление. Удручающее впечатление оставляет немалый процент современных публикаций. Если попытаться подобрать достаточно вежливую метафору, создается впечатление, что их авторы представляют себя в роли как минимум пародии на Архимеда, уже подыскавшего точку опоры и пытающегося, приложив все силы, при помощи рычага опрокинуть раздражающие его пирамиды, построенные трудами многих десятков авторов. Однако, самое любопытное, что находятся и зрители, покупающие билеты и всерьез рассматривающие реальные накопленные людьми знания как некие эфемерные построения, столь же амбициозных, сколь и ограниченных актеров (чтобы не сказать клоунов).

Известно, что явления такого рода происходят во многих областях науки и технологии, и обычно особенно углубляются в кризисный период, когда институциональные основы объективной критики существенно подорваны, если не разрушены.

Дополнительные трудности связаны с тем, что почти все науки о многопараметрических взаимодействующих объектах далеки от выработки единой согласованной парадигмы, даже в рамках какой-либо одной области знания (практически любого из разделов психологии, социологии, политологии, когнитивной лингвистики и др.).

Методологические аспекты сложности этой проблематики хорошо отражены в работе В.В. Козловского [20], анализирующего ситуацию в социологии:

“Между тем, размытость границ теоретического поля в настоящее время обнаруживается в разноречивых следствиях. Во-первых, констатируется мультипарадигмальное состояние и, во-вторых, возрастает роль организационных институциональных форм в социологической науке, благодаря которым обеспечивается достаточно длительное существование сформированных на базе различных парадигм школ и направлений. Парадигму определяют как набор убеждений, ценностей и техник, разделяемых членами данного научного сообщества.

Мультипарадигмальность характеризует одновременно равноправность и дополнительность множества социологических концепций. Взаимная критика различных концептов при этом зачастую просто отсутствует в силу различий проблематики или сектора наблюдения, а также из-за противоположности методологических принципов. Научные результаты становятся практически несоизмеримыми. Акцентуация математически выверенного и эмпирически обоснованного знания частично решает задачу получения достоверных сведений. В любом случае остается место для содержательной интерпретации, которая покоится уже на соответствующем теоретическом базисе. Свобода интерпретации обеспечивается как методологическими установками, так и правилами сообщества, к которому принадлежит исследователь”.

Анализ ситуации, сложившейся в петрофизике и в социологии возможно только потому и не является поводом для полного отчаяния, что применим к большинству других наук о сложных системах.

По сути подобная ситуация вообще характерна для проблематики интеграции разнородного знания. Об элементах вневременности и повсеместности подобной ситуации невольно напоминает дошедшая до нас из глубин веков мысль Лао-Цзы: "Тот, кто знает, не говорит. Тот, кто говорит, не знает".

Таким образом, мы с неизбежностью приходим к вынужденной фольклорной констатации того, что рассчитывать на достижение удовлетворяющего "природе явлений" и признанного всеми результата ("оставь надежду всяк сюда входящий...") не стоит:

нельзя выиграть, нельзя не проиграть, можно лишь проиграть меньше;

не ошибается тот, кто ничего не делает;

единственной настоящей ошибкой является неумение и нежелание интегрировать предшествующий опыт и учиться на собственных ошибках, - но эта ошибка потенциально исправима.

Опираясь на подобную экспликацию опыта можно позволить себе неизбежность авантюры в бурных водах поиска понимания...

В этой ситуации полезно детальнее рассмотреть проблемы, которые отчетливо видны специалистам. Вернемся с этой целью к соображениям, высказываемым В.В. Козловским:

“Любая парадигма в ходе своего осуществления варьируется научным сообществом, но вместе с тем закрепляется нормативно и организационно”.

Вместе с тем приходится отдавать себе отчет, что генерация и проработка идей производится и распространяется конкретными людьми, что сопряжено и с дополнительными, возникающими на этой почве, искажениями. Явление это широко распространено как в России, так и на Западе. Свою роль при этом играет также и циркуляция идей (включающая в себя, в частности, как техническую доступность публикаций других научных школ, так и их популярность и наличие норм, требующих их искать, анализировать и сопоставлять). В.В. Козловский резюмирует это следующим образом:

“Институционализация локального научного сообщества в качестве исследовательской лаборатории, института, учебного учреждения гарантирует возможность исповедовать собственную "философию", методику, придерживаться самостоятельно выработанных критериев научности. Подобное институциональное процветание, безусловно, способствует размыванию критериев внутринаучного контроля, ослаблению публичной критики.

На смену стихийно сложившегося научного этоса, на основе которого социологическое сообщество более или менее обеспечивало надежность выработанных критериев эвристичности, обоснованности получаемого знания, приходит замыкание внутри собственной референтной группы единомышленников.

Таким образом, накопленная политеоретичность и полисемантичность социологического дискурса превращается на глазах в семантический анархизм, в котором оказываются допустимыми практически все противоречащие утверждения…

По-видимому, ситуация методологической неопределенности и слабой продуктивности имеющихся концепций обусловлена, в первую очередь, кризисом внутринаучных критериев...”

Однако, проблемы не ограничиваются лишь разнообразием и разобщенностью отдельных научных школ. Все не сводится лишь к некоторому расхождению этих школ. Противоречия между школами зачастую глубже и связаны не только с формальным различием применяемых в них парадигм, но с их глубинным расхождением, а в такой острый период как сейчас, много весомее стала роль и вопросов борьбы за источники финансирования.

Дополнительные проблемы связаны с тем, что знание развивается в разных школах, а их точки роста расходятся... Поучительный профессиональный анализ социологов (сходные темы есть и у политологов и иных гуманитариев) констатирует кризис в развитии их области знания, напоминающий петрофизический.

Конечно, ощущение того, что имеются объективно действующие (в разных областях знания) деструктивные факторы не намного утешает.

Но, во-первых, мы несем часть ответственности именно за свою область, а, во-вторых, особенно печально, что подобное происходит с петрофизикой исходно оформленной Пирсоном, Дахновым, Кобрановой, Серра как наука, сформированная на стыке различных отраслей знания и питающаяся во многом от импульса их пионерских достижений.

Если 30-40 лет назад отечественные исследователи наиболее интересные последние достижения западных коллег или отечественных разработчиков в области смежных областей знания изучали и использовали через 1-3 года (показательна ранняя реакция на работы М.Р. Вилли, Хилла и Мильберна, Д.А. Фридрихсберга) то сейчас этот временной лаг достигает 10-30 лет. Порой создается впечатление, что потеряны, а порой и маскируются ориентиры, позволяющие отличить качественную разработку от претенциозной халтуры. В этой связи уместно повторить некоторые давно уже сложившиеся в успешно развиваемых областях знания традиции.

Петрофизическое моделирование - разнообразие аспектов

Наиболее естественным представляется подход, основанный на струтурнологическом описании процесса петрофизического моделирования.

Вместе с тем такую идею много легче высказать, чем реализовать.

Легко наметить несколько метафор (не вполне жестко разделяемых друг с другом) для реализации такой программы. Перечислим некоторые из них ниже.

Метафора математического моделирования и вычислительного эксперимента в духе А.А. Самарского. Она в определенной степени отображает концепции Дахнова-Вилли-Пирсона-Кобрановой построения общих моделей горных пород [1-19].  (На правах соавтора замечу, что ко второму поколению продолжающих эти традиции в петрофизике я бы отнес Б.Ю. Вендельштейна и В.М. Добрынина, а к третьему, в частности и сотрудников "Пангеи" Р.А. Резванова, М.М. Элланского [23]).

Метафора построения статистических зависимостей (в более широком смысле - прикладной статистики, включая сюда и нейронные сети) [22].

Метафора когнитивного и гносеологического подхода к построению моделей (c уклоном в когнитивную психологию и эпистемологию) [15]

Метафора искусственного интеллекта и гипертекста отображающая моделирование в петрофизике как работу со знаниями (в частности экстракцию знаний) [16].

Метафора герменевтического анализа текстов. Она вводит герменевтические круги, вовлекающие в интерпретацию текста разнообразную дополнительную информацию.

Метафора нормативного системно-структурно-семиотического подхода, отражающая движение знаний и фактов как между проблемными узлами [18].

Метафора системно-мыследеятельностного подхода в понимании Г.П. Щедровицкого.

Метафора социологии науки, наукометрии, сетей научной коммуникации, отражающая институциональные и социально-психологические закономерности.

При желании этот список может быть увеличен. Трудности, однако, не в увеличении, а в необходимости создании, хотя бы эскизной, план-схемы отражающей системный идеал, делающей более оптимистичными(!) исходные проблемные ожидания. Выше уже были затронуты некоторые аспекты социологии науки. Остановимся теперь на нескольких наиболее естественных для целей краткого обзора в геофизической аудитории и практически важных аспектах.

Петрофизика - моделирование и критический анализ

Хотя ситуация с принципами моделирования вполне может рассматриваться как давно методологически определенная, в большей части ныне используемых систем поддержка количественной интерпретации данных каротажа и интегрированной интерпретации каротажа и сейсморазведки моделирование осуществляется крайне тенденциозно. Зачастую применимость методик крайне неудовлетворительно выверяется и оценивается в сопоставлении с другими методиками, установленными в современной петрофизике фактами и закономерностями.

Такое состояние дел во многом характерно для многих предметов, некорректно использующих математическое моделирование сложных процессов вообще. Под математической моделью традиционно понимается совокупность:

формализованных способов описания явлений или процессов;

ограничений или условий их применимости;

приемов их использования;

их объяснений (увязывающих эти способы и приемы с достижениями современного теоретического знания и данными измерений).

Математическая модель может быть востребована как инструмент для проведения анализа и предсказания поведения реального моделируемого объекта. При рассмотрении того, какие элементы моделирования часто выпадают из рассмотрения, полезно попытаться вернуться к истокам и оценить, что, где и как надо переосмыслить, и что можно использовать.

"Возвращение к истокам" уместно начать с определений и соответствия им практики деятельности. Нередко создается впечатление, что слова эти ("петро-физика" и "интерпретация" и тем более "интегрированная интерпретация") на практике многими обычно рассматриваются крайне упрощенно. Ряд исследователей под "петро-физикой" понимает "петро-графику" с неявно формулируемыми целями, задачей, которой является построение графических интерполяций эмпирических данных. Вместе с тем анализ приемлемости таких построений на бумаге или на экране компьютера и их соответствия современным физико-химическим представлениям и элементарной логике не проводится.

Нередко еще хуже дело обстоит с интерпретацией каротажа. Проблематика поддержки интерпретации развивается в тесной связи с развитием петрофизики и программного обеспечения. Слово поддержка употребляется здесь потому, что интерпретация рассматривается как принципиально не вполне формализуемый процесс (а вынужденно и как текущий результат такого процесса) гармонизации всего относящегося к объекту исследований объема эмпирических и теоретических сведений. Результат субъективен именно потому, что указанные объемы и технологии и критерии их гармонизации носят отчетливо субъективный характер. Трагедия не в субъективности (признают же ее в медицине), а в попытках ее закруглить и убеждать в полной завершенности и формализации этого процесса, а обнаруженные погрешности рассматривать как досадные недоразумения.

По сути, часто вместо сложной "полипарадигмальной процедуры гармонизации модельных и эмпирических данных" под ней подразумевается рутинная обработка каротажа при помощи неотрефлексированных произвольных построений проводимых на основе "петро-графики", усиленные столь же произвольными операциями (способы эталонировки, расчленения, выбора базисного компонентного состава, подбор констант и графа обработки и т.п.). Есть и дополнительные моменты, связанные с социологией петрофизического общества. При построении именно петрофизического обеспечения у нас появляется целый ряд особенностей. Большая часть возникающих проблем связана с тем, что общепризнанные базы декларативных знаний (петрофизических взаимосвязей, продифференцированных по лито-фациальным особенностям отложений) отсутствуют или не введены в практику использования профессиональным сообществом. Иллюстрирование этого положения (как и ряда других общих утверждений данной публикации) со ссылками на конкретные публикации может провести любой непредвзятый профессионал-петрофизик.

О внешних признаках и причинах заблуждений в петрофизике

Называть результаты своих изысканий петрофизическими на наш взгляд имеет право лишь тот, кто осознает, что петрофизика (как и наука вообще) отличается от паранауки и тем самым создает и придерживается определенных правил и ограничений для применяемых им построений (например, приведенных нами в двух последующих разделах). В чем же повседневная “петро-графика” столь же далека от петрофизики как статистика отказов устройства от системного анализа?

В первую очередь в отличии гадательных или формально-декларативных построений от описательных и объяснительных. Конечно, никто не заставляет приписывать петрофизике статус детерминированного знания, однако жесткий статус описательного знания, строго говоря, лишает его предсказательной функции (даже интерполяционно, не говоря уже об экстраполяционной) и тогда делает его практически неприемлемым.

Именно поэтому, даже описательно-перечислительное знание ("что вижу, о том пою") драпируется в детерминированное, даже претензии на которое (статус-титул "обобщение", "зависимость", "закономерность") при корректно работающих механизмах формирования научного знания не просто заслужить. Еще более печальны случаи самозванства, когда титул "закон" самозванно присваивается вопреки сомнительному гносеологическому и практическому статусу порой частным, порой сомнительным, а порой и просто неверным правилам и соотношениям. Не менее часты случаи, когда некоторые авторы игнорируют работы предшественников, в том числе даже представители весьма солидных западных фирм [8].

Причиной таких явлений может быть не только чисто меркантильный обман потенциальных потребителей продукции, но и самообман. Понятно, что чем более сложна и размыта структура знания, тем чаще наблюдаются такие эффекты. Процент физических работ, в которых полностью отрицается вся история физики и математики на порядки меньше чем подобных сомнительных достижений петро-графики (обобщение на основе чисто эмпирических обобщений, игнорирующее все предшествующие построения и обычно недолговечное). Особенность петрофизики заключается не столько в ее мозаичности, сколько и в малом числе уже, безусловно, установившихся (по сравнению с нарастающим усложнением объектов изучения) положений.

Одним из авторов в [18] уже давалась версия ответа на вопрос о строении и системном идеале работы петрофизика. Версия эта сочетала определенные методологические и феноменологические описания процесса познания в петрофизике в форме потоковой диаграммы. Важным в ней мы считаем лишь сочетание нескольких принципиальных элементов - подхода с позиций устанавливающейся научной картины мира и одновременно с позиций формально статистического описания и поиска консенсуса между этими видениями.

Теоретическая компонента в петрофизическом моделировании

Казалось бы, теперь вполне можно начать анализировать конкретные публикации, отвечая на реальную некорректность (особенно обращенную к авторам) и сомнительные притязания (особенно придающих своим опусам несоразмерно высокий гносеологический статус), но вопрос слишком серьезен, чтобы подходить к проблематике "петрофизической критики" столь безответственно, уходя от принципиальных проблем. Правильнее как можно дольше не опускаться до уровня свары, переводя конфликты из личностного в сущностный, даже за счет повторения некоторых общих мест, часто игнорируемых, хотя по сути имеющих многовековую историю.

Так, довольно большой объем публикаций посвящается проблематике построения моделей удельного электрического сопротивления и проницаемости. Все они в той или иной мере включают эмпирическую и теоретическую часть. Но, фактически, большинство современных построений разных отечественных авторов оказываются самодостаточны и недостаточно соотнесены друг с другом.

На наш взгляд, это связано в частности и с тем, что нередко забываются или осознанно игнорируются некоторые важнейшие принципы моделирования. Попытаемся их кратко охарактеризовать c целью последующего сравнения по степени их выполнимости.

Фактически мы обсуждаем критерии, промежуточные между критериями внутреннего совершенства и внешнего оправдания.

Модель должна позволять учесть все существенные потенциальные степени свободы моделируемого объекта (позитивный аспект - охват моделирования). Фактически это означает, например, что нежелательно без веских причин при описании пород с существенной ролью вторичной пористостью пренебрегать параметрами, отражающими влияние структуры их порового пространства (как на сопротивление, так и на проницаемость), а при описании фазовых проницаемостей различия пор по размеру и геометрии их соединения.

Модель должна описывать предельные свойства при вырождении ее переменных к частному вид моделей (позитивный аспект - принцип соответствия, широко применяемый в физике).

Модель не должна описывать закономерности не возможные для изучаемого явления (негативный аспект - исключение "предрассудков"). Это обычно может легко проверяется экстраполяциями.

Модель должна включать те и только те параметры, которые допускают максимально прозрачную естественнонаучную интерпретацию, не противоречащей принципиально существующей системы научных знаний (согласование с системой знаний - интерпретируемость)

Подробная детализация этих внеэмпирических принципов в каждом конкретном случае может быть своя. Так В.Н. Дахнов неоднократно применял разные их версии (в первую очередь - анализ размерности и проверку на экстраполяции) при обсуждении применимости формально-статистических методов. Один из вариантов этого подхода (фильтры) был предложен одним из соавторов в кандидатской диссертации и опубликован в [22].

Конечно, эти принципы могут быть проигнорированы при чисто формальной подмене задачи построения модели. Такая подмена задачи моделирования во всей ее полноте на задачу сжатого описания имеющегося набора эмпирических данных фактически производится при формальном использовании статистических методов или нейронных сетей. Безусловно, ничего криминального в этой подмене нет, но совершающий ее должен осознанно представлять и вытекающие из этого ограничения.

Анализ данных

(статистические методы и восстановление зависимостей)

Построение петрофизической модели по обучающей выборке (мы не намерены тут обсуждать известные проблемы формирования таких выборок) может быть произведено многими формальными методами (от регрессий до размытых множеств и нейронных сетей).

Важнейшим аспектом анализа данных является многомерная визуализация, но возможности ее чаще связаны с эвристическим наведением на результат чем с его получением в форме зависимостей или правил.

При этом получаемые результаты могут (в зависимости от представительности и качества использования материала обучения) заметно отличаться. В этом смысле важна не только качественная оценка (длина обучающей выборки должна в 10-20 раз превосходить число подбираемых коэффициентов), но также характер ее размещения и адекватность уравнения (многие уравнения близки в линейном разложении по малому параметру, например, по глинистости в уравнениях для сопротивления, но заметно расходятся при его росте).

Важно помнить, что обычно объем выборки всегда недостаточен (особенно в области экстремальных значений, что она обычно неоднородна и что, пытаясь формальными методами повысить точность, мы нередко формируем ложные прогнозы-предрассудки). Таким образом, нередко, если отсутствуют некоторые внеэмпирические критерии выбора уравнений (подробнее мы остановимся на этом вопросе в следующем разделе), может быть выбрано одно из ряда уравнений, чуть лучше отражающее причудливые особенности реальной выборки. С точки зрения наглядности допускаемая при этом некорректность эквивалентна случайному выбору одного из амбивалентных образов вместо другого (например, рис. 1 или иллюстрации по ссылке www.sceptic.narod.ru или www.pst.h1.ru). К 80-м годам в практике применения петрофизики при интерпретации (по мере компьютеризации процесса обработки каротажа) произошел не всеми осознанный переход от получения информации только по коллекторам к получению ее по всему изучаемому разрезу. При этом петрофизические модели для изучения свойств неколлекторов или в "плохом стволе" разработаны все еще крайне неудовлетворительно и формальное их применение зачастую неоправданно.

Рис. 1. Эффект гистерезиса при восприятии образов

Часто применяемое предварительное расщепление выборки на части, а потом уже обучение по каждой из них в отдельности статистически некорректно – желательно пользоваться алгоритмами кластерной регрессии.

Не менее печально злоупотребление квадратичными мерами отклонения эмпирических данных от прогнозных (лежащее в основе метода наименьших квадратов) - часто при этом роль нескольких аномальных точек становится слишком значимой.

Основная польза формальных методов в том, что они, исключая элемент человеческой субъективности, позволяют и оценить потенциально доступную точность аппроксимаций и иногда помочь сформировать исследователю правдоподобные гипотезы о природе взаимосвязей.

Гипертекстовые системы поддержки петрофизического знания как путь выхода из организационного и методологического тупика

Основная идея совершенствования современного состояния дел предлагаемая нами в данной работе наиболее рельефно может быть сформулирована при рассмотрении схемы деятельности, включающей в себя сбор, анализ и синтез знаний, что наиболее полно удается сделать в рамках технологий создания компьютерных гипертекстовых отчетов, включающих в себя как общие энциклопедические справочники, так и полнотекстовые файлы публикаций и региональные справочники. Такая работа выполнялась авторами совместно в 1996-2000 годах.

К настоящему времени задача разработки подобных справочников и шире - работ со знаниями ведется наиболее крупными фирмами и обществами. Именно информационные аспекты привлекли внимание широкого круга разработчиков к созданию огромных по объему справочных и обучающих информационных ресурсов (нередко отделенных от программного обеспечения и поставляемых в процессе обучения). Достаточно помянуть библиотеку всех препринтов SPE (уже к 1999 году занимающую 30 CD-Rom, а далее нарастающую примерно по гигабайту в год) повсеместно распространенную среди западных специалистов. При этом развитие предметно-ориентированных информационных электронных ресурсов (обычно платных) естественным образом пополняет обширные международные и национальные программы развертывания виртуальных библиотек. Проиллюстрируем ряд аспектов моделирования в петрофизическом ракурсе (они являются хорошим введением в проблематику работ) и с позиций моделирования в широком смысле.

1. Отсутствие современного информационного обеспечения приводит к распространению упрощенных методов интерпретации, ориентированных на изучение отдельных методов (именно такие подходы, основанные на парных взаимосвязях, все еще преобладают), а не полноценно комплексных подходов. Зачастую только совершенствование петрофизического обеспечения позволяет повысить точность в той же степени, как применение дополнительного метода каротажа. Поэтому современное состояние дел экономически не оправдано.

2.Не менее жесткими являются ограничения, налагаемые на структуру соотношений, связывающих эти зависимости и не учитывающие взаимосвязи искомых переменных (например, карбонатности и пористости, коллекторских свойств и насыщенности, глинистости и медианного диаметра зерен скелета) друг с другом (авторы убедились в высокой устойчивости связи пористости с глинистостью, карбонатностью и глубиной залегания пород еще в 90-е годы когда их дипломницы А. Арапова и Л. Зинченко построили соответствующие взаимосвязи по керну для месторождений Сахалина). Именно снятие этих ограничений потенциально дает важный прирост точности и надежности интерпретации.

3. Только совместное построение, настройка и использование обоснованных петрофизических взаимосвязей для разных методов каротажа позволяет прийти к надежной методике оценки скоростей и плотностей разреза, и шире к петрофизическому обеспечению построения адекватной детальной модели месторождения.

4. Важнейшим свойством систем взаимосвязей является их соответствие определенным литолого-фациальным условиям. Соответствующие закономерности для новых условий могут быть полноценно изучены только на основе синтеза эмпирических и теоретических обобщений по целому ряду регионов мира.

5. Определяющим элементом работы является деятельностный подход. Фактически это утверждение фиксирует отличие желаемого состояния дел по построению средств поддержки петрофизического обоснования от сложившегося к настоящему времени, а также необходимость выработки адекватных технологических и организационных средств.

Приведенное выше обсуждение систематизирует разные аспекты многочисленных проблем петрофизического обоснования интегрированной интерпретации. Поэтому условно все тенденции развития современной теоретической петрофизики и практики интегрированной интерпретации можно рассматривать как процесс снятия соответствующих ограничений.

Развитие петрофизики в России на протяжении последних десятилетий во многом поддерживалось путем развития "петро-графики" (построения полуэмпирических обобщений результатов массового определения физических свойств).

В этом случае практика работ обычно сводилась к использованию простейшего петрофизического обеспечения (двумерные связи), что в условиях сложных сильно-глинистых коллекторов, зачастую, не оправдано.

При этом накопленные большие объемы данных, как правило, используются недостаточно эффективно (массивы данных содержат ошибки, не используются даже простейшие известные из книг взаимосвязи). Работы, проведенные нами как при создании гипертекстового справочника для конкретного месторождения (с использованием данных по тысячам образцов керна), так и при петрофизическом обосновании в более узкой постановке показывают, что применение адекватных петрофизических взаимосвязей может привести к повышению точности взаимосвязей (на 20-50 % для пористости и водонасыщенности, и на 40-120 % для проницаемости).

Неадекватное петрофизическое обеспечение (а занижение возможной точности, указанное выше, во многом перечеркивает все последующие этапы проведения работ - вплоть до интегрирования данных) таким образом является узким местом, определяющим конечную эффективность процесса интерпретации данных по месторождению в целом. Именно это предопределяет важность программного обеспечения для обоснования методик интерпретации.

По сути, построение и ведение объектных и персональных баз знаний является магистральным направлением интерпретации. Наличие подобного программного средства (по сути своей представляющего своего рода "энциклопедию по петрофизике") упрощает оперативное построение, оценку и сопоставление гипотезы, возникающих в ходе адаптации петрофизического обеспечения для конкретных геолого-геофизических условий.

Рис. 2. Соотношение между гипертекстовыми геолого-геофизическими материалами разного уровня

Естественно, что эффективность реализации подобной работы определяется тремя основными факторами.

Объемом и достоверностью теоретической и эмпирической информации, используемой при проведении этой работы.

Степенью адекватности способа выявления и организации и при необходимости адаптации этой информации, а также ее приведения в электронную форму.

Сложностью организации и использования такой информации.

Наличием компьютезированной технологии адекватной задаче построения энциклопедического справочника и опыта работы с ней.

Реализация такой работы, по сути, эквивалентна выработке технологии, напоминающей подготовку специализированного справочника, но отличающегося существенно большим объемом информации, ее качеством (включая схемы и цветную графику) и организованностью (большое число перекрестных гиперссылок).

Ниже приведена схема, отображающая представления автора о соотношении между предлагаемой энциклопедией-справочником и региональным справочником.

Однако, наряду со сходством имеются и принципиальные отличия.

Проектирование такой энциклопедии является принципиально открытым (она должна постоянно пополняться и модифицироваться).

Предполагается включение в нее обширных массивов эталонных эмпирических данных (исторические полигоны).

При большом объеме цветовой интерактивной графики и программ отличие от книги приобретает принципиальный характер.

Рис. 3. Принципиальная схема формирования и поддержки энциклопедического справочника.

Разработка регионального справочника была проведена в 1998-2000 году в РГУНГ им Губкина при участии авторов данной работы. Принципиальное различие этих работ заключается не только в использовании сети Internet (и потому в различии программного обеспечения и требований к представлению материала по форме), но в первую очередь в особенностях состава и формы представления собираемого материала и ином месте и характере его использования в практической деятельности. Если региональный справочник должен отражать лишь уже сформированные представления по конкретному региону, то предлагаемый в работе профессиональный энциклопедический справочник необходим при синтезе новых методик и корректировке уже существующих. К числу наиболее существенных отличий относится использование данных западной периодики и геологической информации.

Наряду с этим важной является и позиция, выбранная при реализации справочника с помощью компьютерных технологий. Особенно существенным является использование открытой технологий.

В дальнейшем практическая реализация задуманной схемы была продолжена одним из авторов в рамках ЗАО "Пангея". В частности, были проведены работы по сбору и систематизации публикаций по петрофизике общим объемом порядка 5 Гб, построение региональных справочников по конкретным проектам и развитие программного обеспечения для сопоставительного анализа информативности различных петрофизических взаимосвязей и комплектов таких взаимосвязей. Данная работа стыкуется с идеологией обработки данных ГИС и керна развиваемой в ЗАО "Пангея" . Но детальное описание этой работы уже выходят за рамки данной постановки и публикации, начатой нами совместно.

Литература

1. Буряковский Л.А. Петрофизика нефтяных и газовых месторождений продуктивной толщи Азербайджана ЭЛМ.1988.

2. Вендельштейн Б.Ю., Элланский М.М. Влияние адсорбционных свойств породы на зависимость относительного сопротивления от коэффициента пористости. - Прикладная геофизика, вып. 40, М.: Недра, 1964. С. 181-193. http://wendelstein.narod.ru/WnEl.htm

3. Вендельштейн Б.Ю., Ларионов В.В. Использование данных промысловой геофизики при подсчете запасов нефти и газа. М:Недра.

4. Вендельштейн Б.Ю., Резванов Р.А. Геофизические методы определения параметров нефтегазовых коллекторов. М.: Недра, 1978.

5. Вендельштейн Б.Ю. Геофизические критерии продуктивности нефтеносного коллектора, основанные на законах фазовой проницаемости. В кн. Вопросы петрофизики и интерпретации результатов ГИС в нефтегазоносных коллекторах (Труды МИНХ и ГП вып. 144) изд. МИНХ и ГП, 1979.

6. Вендельштейн Б.Ю., Золоева Г.М., Царева Н.В., Дахнов В.Н., Резванов Р.А., Фарманова Н.В., Латышева М.Г., Дьяконова Т.Ф., Шварцман М.Д. Геофизические методы изучения подсчетных параметров при определении запасов нефти и газа. - М.: Недра, 1985.

7. Вендельштейн Б.Ю., Поспелов В.В. Использование моделей горной породы при изучении нефтегазовых коллекторов геофизическими методами. Математические методы в геологии. Саратов СГУ, 1979. Стр.106-130.

8. Вендельштейн Б.Ю. О модели двойной воды (к истории вопроса). Материалы SPWLA, 1998. http://petrogloss.narod.ru/DualWat.htm

9. Дахнов В.Н. Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин. М., Недра, 1972.

10. Дмитриева Т.А., Еникеев Б.Н., Чуринова И.М. Фундаментальные уравнения и неравенства в петрофизике и их сравнительная эффективность в условиях терригенного разреза. Сборник докладов второго научного семинара стран-членов СЭВ по нефтяной геофизике, т. 2 Промысловая геофизика. М.: СЭВ, 1981, стр. 68-77.

11. Добрынин В.М., Вендельштейн Б.Ю., Кожевников Д.А. Петрофизика. М.: Недра, 1991, 368 стр.

12. Еникеев Б.Н. Системный подход к статистической интерпретации геофизических данных в задачах с априорно известной структурой многомерных моделей. Тезисы семинара "Применение математических методов и ЭВМ в геологии". Алма-Ата 1974, стр.85-87. http://petrogloss.narod.ru/OptimPetro1974.htm

13. Еникеев Б.Н., Кашик А.С., Чуринова И.М., Шпикалов Ю.А. Системный подход к задаче оценки свойств пласта по данным каротажа. М.: ВНИИОЭНГ, 1980, 38 стр.

14.Еникеев Б.Н. Математические методы расчета эффективных физических свойств горных пород (модель решетки капилляров). Исследования и разработки в области нефтяной геофизики в странах - членах СЭВ, т.2. Москва, 1988, стр. 308-316.

15. Еникеев Б.Н., Самойлов А.В., Хачатрян А.Р., Чуринова И.М. К вопросу построения экспертных систем в нефтегазовой геологии и геофизике.// Всесоюзная конференция по искусственному интеллекту. 21-25 ноября 1988 года. Переяславль-Залесский, т. 2. Москва ВЦ СССР, 1988. стр. 337-341.

16.Еникеев Б.Н. Об истоках заблуждений в геолого-математических построениях.//Математические методы анализа цикличности в геологии. М.: Московский Государственный Открытый Университет. 1992, стр. 76-86. http://petrogloss.narod.ru/Mistake1992.htm

17. Еникеев Б.Н., Неяглова О.А. Программа PetroSoftTools - попытка рефлексии ориентиров. Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений. М.: ВНИИОЭНГ, 1996, N. 3, стр. 25-32.

18. Еникеев Б.Н. Петрофизика и интерпретация каротажа как составная часть интегрированной интерпретации некоторые проблемы и перспективы. Геофизика, 1998, N. 1, с. 64-73 (предпечатный вариант – до сокращений -http://www.cge.ru/pst/GEOPH97А.html)

19. Изотова Т.С., Денисов С.Б., Вендельштейн Б.Ю. Седиментологический анализ данных промысловой геофизики. М.: Недра, 1993. 176 стр.

20.Козловский В.В. Утраты и обретения социологии. Журнал социологии и социальной антропологии. 1998, т. 1, N. 1. http://www.soc.pu.ru:8101/publications/jssa/1998/1/a4.html

21. Любищев А.А. Линии Демокрита и Платона в истории культуры. М.: Электрика, 1997, 408 стр.

22. Элланский М.М., Еникеев Б.Н. Использование многомерных связей в нефтегазовой геологии. М.: Недра, 1992.

23. Элланский М.М. Инженерия нефтегазовой залежи. Т.1. Нефтегазовая залежь и ее изучение по скважинным данным. М.: Техника, 2001.

24.  Jenikeev B.N. Die Modellierung physikalischer Eigenschaften des Gesteins im Rahmen von Schemata der granularen Komponenten und des Kapillarnetzes. Bohrlochgeophysik. Freiburger Forschungshefte C.447, Geowissens chaften Geophysik. 1990. s. 17-21.

25. Korvin G. Fractals Models in the Earth Sciences. Elsivier Amsterdam, London, N-Y, Tokyo, 1992. 396 p.

26.  Pape Hansgeorg, Riepe Lutz, Schopper J.R. Theory of self-similar network structures in sedimentary and igneous rocks and their investigation with microscopical and physical methods. Journal of Microscopy, 1987, v. 148, Pt. 2, p. 121-147.

27. Serra O. Fundamentals of well-log interpretation. The interpretation of logging data. Elsevier, 1986. 684 p.

Хотите принять участие в обсуждении текста этой статьи? Обсуждение текста

На оглавление cайта

На сайт ПЕТРОФИЗИКА и ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

При копировании просьба сохранять ссылки. Материалы с сайта www.petrogloss.narod.ru