Классификация геологических тел при инженерно-геологических исследованиях

Формация — геологическое тело — состоит из конечного числа меньших по объему геологических тел. Ее можно разделить, например, на геологические тела, отвечающие категории субформации, или на более мелкие тела — генетические типы. Разделение формации как геологического тела может быть доведено до уровня монопородных геологических тел. Эти геологические тела, являющиеся частями формации, находятся в парагенетических отношениях.

Таким образом, формация как геологическое тело представляет собой литосистему, элементами которой являются монопородные геологические тела, связанные парагенстическими отношениями. Для всех монопородных геологических тел, составляющих формацию, главные направления изменчивости должны зависеть от положения центра тяжести области, занимаемой монопородным геологическим телом, но отношению к границам геоструктурной единицы (платформы, краевого прогиба, геосинклинали) или по отношению к расположенным внутри нее тектонически наиболее активным участкам. Главные направления изменчивости сингенетических полей всех монопородных геологических тел, входящих в формацию, должны вместе составлять единую пространственную схему, отвечающую структурно-тектоническому плану территории, в пределах которой происходило образование формации. В то же время структурно-тектонический план отражает пространственное размещение эндо- и экзогенных геологических процессов, обусловивших становление формации. Если главные направления изменчивости полей монопородного геологического тела вписываются в генеральную схему главных направлений, то это может служить основанием для отнесения изучаемого монопородного геологического тела к соответствующей формации.

Соответствие главных направлений изменчивости полей геологических параметров первичным составу и свойствам схемы главных направлений изменчивости формации является необходимым, но не достаточным признаком для отнесения исследуемого геологического тела к формации. Нужны другие, более значимые критерии. Их можно сконструировать, опираясь на следующие положения. Из определения формации следует, что как геологическое тело она образуется в пределах области, характеризующейся определенными тектоническим режимом и физико-географической обстановкой. Следовательно, в пределах этой области режим эндогенных и экзогенных геологических процессов, формирующих ее минеральное вещество, один и тот же. Например, положительные и отрицательные колебательные движения некоторого участка земной коры должны соответствовать режиму денудационных и аккумулятивных процессов. Режим процессов, естественно, следует рассматривать в масштабе времени, соизмеримом с периодом образования формаций. Из единства режима эндо- и экзогенных геологических процессов вытекает сходство с ним временного режима поля литогенеза внутри области образования формации как геологического тела. Сходство режима поля литогенеза обусловливает подобие структуры (в том числе статистической) вертикальных сечений сингенетических полей геологических параметров всех геологических тел более низких категорий, составляющих формацию. Следствием этого является подобие рассчитанных по направлению ξ3 автокорреляционных функций геологических параметров, отражающих первичные свойства геологической среды. Автокорреляционная функция, характеризующая статистическую структуру геологического поля, обладает двумя замечательными для геологов свойствами. Первое заключается в том, что она весьма чувствительна к процессу литогенеза. Анализ коррелограммы сингенетического поля геологического параметра по мощности (ξ3) позволяет установить режим процесса седиментации минерального вещества во времени. Например, стабильному во времени процессу отложения минерального материала в водной среде, происходящему в условиях постепенного прогибания некоторого участка земной коры, отвечает монотонная автокорреляционная функция, медленно приближающаяся к абсциссе, с большим радиусом корреляции без значимой периодичности. Нестационарные во времени положительные или отрицательные движения территории, на фоне которых проявляются колебательные движения области осадконакопления, неизбежно отразятся на типе автокорреляционной функции. Она будет иметь значимую периодичность, а ее частотные характеристики будут отвечать временным характеристикам тектонических колебаний.

Вторым великолепным свойством автокорреляционной функции является ее инерционность, слабая изменчивость во времени. В процессе литогенеза состав и свойства геологической среды могут изменяться, а следовательно, изменяется структура полей их геологических параметров [3]. Статистическая структура поля при повышении или снижении его фона и даже при трансформации сохраняется неизменной. Рассмотренные свойства автокорреляционной функции позволяют использовать ее для проверки правильности отнесения геологического тела к исследуемой формации.

Следовательно, можно утверждать, что критерием, контролирующим отнесение той или иной части геологической среды, того или иного геологического тела к формации, является сходство статистической структуры вертикальных сечений его сингенетических полей со статистической структурой тех же сечений аналогичных полей других геологических тел, входящих в эту формацию. Сходство устанавливается путем сравнительного анализа автокорреляционных функций по мощности (ξ.3)

Таким образом, отнесение разных геологических тел к одной формации должно контролироваться: одной и той же генеральной схемой главных направлений изменчивости, отражающей структурно-тектонический план территории распространения формации; взаимосвязью реализаций показателей состава и свойств по мощности, обусловленной единым временным режимом геологических процессов; подобием автокорреляционных функций геологических параметров первичных свойств геологической среды по мощности (ξ3). Подобие автокорреляционных функций должно проявляться: в типе автокорреляционной функции (монотонно убывающий, авторегрессионный, квазипериодический); в их частотных характеристиках (число значимых периодов и отношение их длины); в одинаковых соотношениях мощностей геологических тел с длиной периодов и радиусами корреляции.

Завершая обсуждение формации как геологической системы, имеющей фиксированный таксономический ранг, можно предложить для нее следующую формулировку.

Формация — это полипородное геологическое тело:

1. объединяющее парагенетически связанные геологические тела более низких категорий, сформировавшиеся в определенной тектонической и климатической обстановке; 
2. характеризующееся единой генеральной схемой главных направлений изменчивости, отражающей структурно-тектонический план области его распространения;
3. обладающее взаимосвязью вертикальных сечений сингенетических полей геологических параметров и подобием их статистической структуры (подобием автокорреляционных функций).