ИСТОРИЯ СТАНОВЛЕНИЯ И СОВРЕМЕННОЕ ПОНИМАНИЕ

ИСТОРИЯ СТАНОВЛЕНИЯ И СОВРЕМЕННОЕ ПОНИМАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ
МОНИТОРИНГА ГЕОЛОГИЧЕСКИХ, ЛИТОТЕХНИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГОГЕОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ*
ТРОФИМОВ В.Т.
Заведующий кафедрой инженерной и экологической геологии геологического факультета
Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, д.г.-м.н., профессор
trofimov@rector.msu.ru
Аннотация
В статье рассмотрены история становления и содержание мониторинга геологических,
литотехнических и эколого-геологических систем. В качестве конечной цели этих видов
мониторинга рассматривается геологическое обоснование управленческих решений для
оптимизации функционирования мониторируемых систем. Определено место геотехнического
мониторинга в охарактеризованном комплексе мониторингов
Ключевые слова
Мониторинг; литомониторинг; мониторинг геологических систем; мониторинг экологогеологических систем; мониторинг литотехнических систем; геотехнический мониторинг
Из истории вопроса
В практике инженерно-геологических работ середины прошлого века одним из методов
исследований служили стационарные режимные наблюдения за объектом. В ходе их выполнения
проводились стационарные наблюдения по утвержденной программе (проекту), обработка
полученных данных и в случае необходимости прогнозирование поведения объекта. В конце
семидесятых - начале восьмидесятых годов в литературе стал широко использоваться термин
«мониторинг». Для конкретизации (по предложению Н.И. Кригера) и отражения специфики
исследуемого объекта - литосферы - был введен термин «литомониторинг», который в настоящее
время используется все реже и реже, уступив место термину «мониторинг геологической среды»
(хотя объемы этих понятий, с моей точки зрения, не совпадают: литомониторинг по объему шире,
поскольку объем понятия «литосфера» шире по сравнению с объемом понятия «геологическая
среда», по Е.М. Сергееву, которое чаще всего используется в инженерной геологии). Скорее всего,
содержание термина «литомониторинг» соответствует современному пониманию термина
«мониторинг геологических и литотехнических систем».
Литомониторинг рассматривался как подсистема мониторинга окружающей среды [3, 13].
Однако они организационно и теоретически развивались в разных условиях. Мониторинг
окружающей среды развивался в системе Гидромета СССР, и его содержание было
сформулировано Ю.А. Израэлем как система наблюдений, оценки и прогноза антропогенных
изменений состояния окружающей природной среды. Литомониторинг же фактически начал
функционировать в существенно автономном режиме, поскольку финансировался и
разрабатывался другими, нежели мониторинг, ведомствами (Мингео СССР, Госстроем СССР и
др.). Но именно эти особенности литомониторинга, а также специфика объекта и задачи по
обеспечению функционирования природно-технических
систем поставили перед исследователями ряд важных дискуссионных вопросов. Два из них
являлись важнейшими: 1) включать ли в литомониторинг наблюдения только техногенных
Этот материал был изложен автором 26 сентября 2013 г. в приветствии при открытии Первой международной
практической конференции «Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов»
(г. Москва).
*
(антропогенных) изменений геологической среды или природных (некоторых или всех) тоже; 2)
включать ли в цели литомониторинга только наблюдения и прогнозы или еще и управление
состоянием геологической среды?
Ответы инженеров-геологов на эти вопросы, учитывая реальные задачи и традиции
инженерной геологии и смежных с ней наук, а также необходимость обеспечения надежности в
функционировании народнохозяйственных объектов, были следующими: 1) в целевую программу
литомониторинга должны быть включены наблюдения не только за техногенными
(антропогенными), но и за природными изменениями состояния геологической среды, прежде
всего за изменениями, происходящими в результате тех экзогенных геологических процессов,
характеристическое время которых сопоставимо с периодом жизни ПТС. Последующий
генетический анализ изменений геологической среды с целью выделения техногенной и
природной компоненты изменений входит в программу; 2) целью литомониторинга помимо
наблюдений и прогноза должны быть оценка состояния геологической среды и управление ею, так
как участие в управлении неблагоприятными геологическими процессами традиционно входит в
задачи инженерной геологии (рекомендации по борьбе с неблагоприятными процессами,
геологический контроль при эксплуатации сооружений и т.п.); 3) разработка литомониторинга в
силу специфичности его целевой программы, теоретических и методических традиций
инженерной геологии, имеющейся сети натурных режимных наблюдений, практической его
реализации в системе различных министерств и ведомств является относительно независимой от
разработки мониторинга окружающей среды, хотя и должна выполняться на единой
методологической основе с последним, а именно - на системной основе [3, 13].
Исходя из такой позиции, эти авторы рассматривали литомониторинг как систему
наблюдений, оценки, прогноза и управления природными и техногенными изменениями состояния
геологической среды (в широком понимании термина). Эта система включает блок контроля
(режимные наблюдения) и блок управления (автоматизированная информационная система и
система защитных мероприятий) (рис. 1). В таком понимании литомониторинг является
м е ж д и с ц и п л и н а р н о й сферой деятельности; геологи выполняют в ней только определенные,
хотя и очень емкие, чрезвычайно важные по содержанию функции.
Рис. 1. Структурная схема литомониторинга (по [3])
Именно эти положения позволили В.Т. Трофимову и В.К. Епишину [13] сделать вывод: «в
систему литомониторинга должны быть включены оптимизационно-управляющие модели
геологической среды и с их помощью должно быть осуществлено управление не только
техногенными, но и природными факторами ее изменений, если «характеристическое время» этих
факторов-процессов сопоставимо со сроком службы инженерных сооружений. Иной подход к
определению содержания литомониторинга - введение нового термина для названия старого
содержания, что нельзя признать правомерным».
Такой подход был принят целым рядом исследователей. Он вошел в учебную литературу. В
частности, В.А. Королев в учебнике «Мониторинг геологической среды» [4] так определил
содержание обсуждаемого понятия: мониторингом геологической среды называется система
постоянных наблюдений, оценки, прогноза и управления геологической средой или какой-либо ее
частью, проводимая по заранее намеченной программе в целях обеспечения оптимальных
экологических условий для человека в пределах рассматриваемой природно-технической системы.
Как видим, тут подход такой же (включено и управление), по содержанию существенно
расширено за счет экологического антропоцентрически ориентированного приложения. Близкие
позиции находим в более поздней книге В.А. Королева [5].
Однако в геологии, в том числе и инженерной, существовало и иное (второе) отношение к
содержанию понятия «мониторинг». Его сторонники рассматривали литомониторинг только как
систему режимных наблюдений, оценки и прогноза изменений геологической ситуации, не включая
в него управление. Так, по Г.К. Бондарику [1], литомониторинг - система оценки состояния
приповерхностной области литосферы, взаимодействующей с орудиями и продуктами труда, и
прогноза ее функционирования, «это подсистема мониторинга среды обитания человека,
включающей техносферу». Согласно же Л.В. Бахиревой и др. (1989 г.) под литомониторингом
понимается организованная с контрольными и прогнозно-диагностическими целями система
повторяющихся, заранее спланированных в пространстве и времени наблюдений за динамикой
развития геологической среды и ее компонентов, зависящей от природных и техногенных
факторов.
И еще одно важное положение. «Мониторинг есть система информационного обеспечения
процесса управления ПТС (курсив мой. - В.Т.), позволяющего оптимизировать ее
функционирование в заданном (заданных) аспекте: экологическом, экономическом, техническом,
нравственном. С позиций содержательных мониторинг представляет собой систему наблюдений
за режимом функционирования и прогноза функционирования ПТС» [1].
Как развивался мониторинг геологических и литотехнических объектов?
Выводы из этого
В последние 20 лет прошлого века и первые годы настоящего столетия мониторинг
названных объектов развивался в рамках отдельных сфер (министерств) народно-хозяйственной
деятельности: региональный мониторинг геологических процессов - в системе Министерства
геологии СССР и России, затем Министерства природных ресурсов России; газотранспортных и
газодобывающих систем в системе Министерства газовой промышленности и их коллег, а затем и
их преемников; и т.п. Междисциплинарной, а тем более общегосударственной сферой
деятельности с конечной целью управления геологическими или литотехническими объектами
литомониторинг не стал. Более того, внутриреспубликанские организации, в которых идеология
такого подхода начала зарождаться (Казсельзащита, Грузберегозащита и др.), были
реорганизованы в новейшее время (после распада СССР).
Иначе говоря, в процессе практической деятельности блок систематических наблюдений,
оценки и прогноза развития природных геологических и литотехнических объектов и блок
управления ими (в идеальной, теоретически верной системе литомониторинга) оказались
оторванными друг от друга. Казалось бы, сторонники второго направления, включавшие в
систему литомониторинга на этапе его становления лишь постоянные наблюдения, оценку и
прогноз развития мониторируемого объекта, правы.
Однако это не так. В процессе развития литомониторинга многие сторонники этого подхода
поняли это. В частности, Г.К. Бондарик и Л.А. Ярг [1] пришли к выводу, что мониторинг должен
информационно обеспечивать процесс управления природно-технической системой.
Эта позиция имеет чрезвычайно важное следствие. Я понимаю «информационное
обеспечение процесса управления ПТС» как соучастие в управлении. Это участие (соучастие)
осуществляется разработкой на базе постоянных наблюдений, оценки и прогноза развития объекта
геологически обоснованных управленческих решений его оптимального функционирования.
Именно этим путем геологи, инженеры-геологи и др. участвуют в соуправлении объектом. Других
методов управления - административно-правовых, экономических, инженерно-технических геологи в своем арсенале, как правило, не имеют.
Эта позиция целиком согласуется с теоретическими положениями инженерной геологии.
Одно из них утверждает, что инженеры-геологи участвуют в разработке проекта литотехнических
систем, их создании и управлении функционированием на основе перманентно пополняемой
инженерно-геологической информации, в том числе и полученной в процессе проведения
литомониторинга. Подчеркну - участвуют в управлении, соуправляют, но не управляют.
Эти выводы, к которым в настоящее время пришли многие инженеры-геологи, требуют
уточнения содержания понятий, вынесены в название нашей конференции. Уверен, что этот тезис
прозвучит не только в моем докладе.
О содержании понятий «мониторинг геологических систем»
и «мониторинг литотехнических систем»
Под мониторингом геологических систем предложено [6] понимать мониторинг природных
геологических систем в отличие от литотехнических систем, которые исследуются при
мониторинге литотехнических объектов. Определим содержание этих видов мониторинга.
Мониторинг геологических систем - система целенаправленных постоянных наблюдений
за природными геологическими объектами, оценки их состояния, прогноза развития и выработки
геологически обоснованных управленческих решений для оптимизации их функционирования в
связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человеческого сообщества.
Мониторинг литотехнических систем - система целенаправленных постоянных
наблюдений за литотехническими объектами, оценки их состояния, прогноза развития и
выработки геологически обоснованных управленческих решений для оптимизации
функционирования литотехнических систем.
В практике инженерно-геологических работ эти два вида мониторинга обычно сочетаются.
Именно это сочетание объединялось понятием «литомониторинг». Сейчас, как уже писалось
ранее, для этого часто используют понятие «мониторинг геологической среды». Это правомерно,
если под геологической средой понимать «окружающие нас геологические условия» (по В.Д.
Ломтадзе). Если же геологическую среду понимать в объеме, предложенном Е.М. Сергеевым, то
такое действие является неправомерным, сужающим объем рассматриваемой системы до границ, в
пределах которых проявляется воздействие инженерно-хозяйственной деятельности человека.
В доказательство этого напомним, что под геологической средой, по Е.М. Сергееву [7],
следует понимать любые горные породы и почвы, слагающие верхнюю часть литосферы, которые
рассматриваются как многокомпонентные системы, находящиеся под воздействием инженернохозяйственной деятельности человека, что приводит к изменению природных геологических
процессов и возникновению новых антропогенных (инженерно-геологических) процессов,
изменяющих инженерно-геологические условия определенной территории. И даже более общая
формулировка - под геологической средой следует понимать верхнюю часть литосферы, которая
рассматривается как многокомпонентная динамичная система, находящаяся под воздействием
инженерной деятельности человека, и которая, в свою очередь, в известной степени определяет
эту деятельность, приведенная в 5 выпуске учебника «Грунтоведение» [2], не снимает этой
позиции.
О содержании понятия «мониторинг эколого-геологических систем»
Это новое понятие в геологии. Оно было введено в 1997 г. в книге «Теория и методология
экологической геологии» [8], изданной под моей редакцией. В.А. Королев, написавший раздел
(глава 6) об эколого-геологической мониторинге, так определил его содержание - это система
постоянных наблюдений, оценки, прогноза состояния и изменения эколого-геологической
обстановки-системы, проводимых по заранее намеченной программе с целью разработки
рекомендаций и управляющих решений, направленных на обеспечение ее оптимального
экологического функционирования и устойчивого развития.
Что же такое эколого-геологическая обстановка и эколого-геологическая система? Под
первой - эколого-геологической обстановкой (условиями) - следует понимать совокупность
конкретных экологических свойств и функций литосферы, отражающих современное состояние
(или палеосостояние) условий жизнедеятельности живых организмов в данном объеме литосферы
как среде их обитания. Под второй - эколого-геологической системой - рассматривают
определенный объем литосферы с живущей в нем и на нем биотой (экологическая мишень), на
которые оказывают влияние природные и техногенные воздействия. Главное отличие таких
систем - наличие живого и неживого компонентов. Биота как живое живет и функционирует в
литосфере или непосредственно на ее поверхности [8, 11, 12, 14].
С учетом этого и в согласовании с ранее приведенными определениями мониторинга
геологических систем следующим образом определим содержание мониторинга экологогеологических систем - это система целенаправленных постоянных наблюдений за экологогеологическими системами, оценки их состояния, прогноза развития и выработки геологически
обоснованных управленческих решений для оптимизации экологического функционирования этих
систем.
Необходимо отметить, что при выполнении эколого-геологического мониторинга приходится
использовать не только геологические (собственно литосферные) показатели, но и биотические
(биоцентрические), биолого-медицинские (антропоцентрические) и социально-экономические. В
силу этого в выполнении данного типа литомониторинга обязательно участие геологов, биологов,
медиков и других специалистов [8, 14].
О соотношении рассмотренных типов мониторинга
Оно вытекает из соотношения систем, которые исследуются при выполнении
рассматриваемых типов мониторинга. При мониторинге геологических систем мониторируется
природная геологическая система («литосфера», при осуществлении второго из рассматриваемых
типов мониторинга - литотехническая система («литосфера - инженерное сооружение»), третьего эколого-геологическая система («литосфера - биота», «техногенно измененная литосфера - биота»
либо «литосфера - инженерное сооружение - биота», прямые и обратные связи между
абиотическими и биотическими подсистемами, а в конечном счете чаще всего воздействие
«неживого» на «живое», хотя, если говорить шире, - взаимодействие литосферы и живого).
Из этого вытекает, что все эти типы мониторинга находятся в отношении пересечения и
выстраиваются в следующий ряд по сложности и «объемности» рассматриваемых систем:
мониторинг геологических систем  мониторинг литотехнических систем  мониторинг
эколого-геологических систем.
Следует отметить, что данные мониторинга геологических систем и мониторинга
литотехнических систем должны использоваться при эколого-геологических (да и более широких
по задачам и объему экологических) работах. Естественно возникает такой вопрос: когда
геологические данные, получаемые в ходе мониторинга названных систем, приобретают экологогеологическое содержание? Ответ на этот вопрос сформулирован мной следующим образом:
«перерастание» разнообразной геологической информации в эколого-геологическую происходит
лишь при ее использовании для оценки влияния на условия существования биоты, включая
человека. Иначе говоря, геологическая информация приобретает эколого-геологическое
содержание при проведении эколого-геологического функционального анализа, при новом,
экологически ориентированном ее использовании.
Геологам необходимо скорейшее осознание роли своих методов в получении геологической
экологически значимой информации и обязательности (неизбежности) совместной работы
геологов с медиками, биологами, сангигиенистами при оценке ее экологического значения, а также
с проектировщиками, строителями и административными органами при использовании этой
информации с целью обоснования управляющих действий при решении экологических задач.
Необходимо также всеобъемлющее осознание геологами позиции, что в рамках традиционного
геологического подхода к изучению объекта решение экологически ориентированных задач
невозможно; эколого-геологическое понимание объекта, в том числе и в приложении к
мониторингу, - принципиально новое, его мы только учимся понимать, формулировать и
развивать; мы должны четко понимать, что в области эколого-геологического мониторинга, как и
в экологической геологии, сделаны лишь первые шаги.
О месте геотехнического мониторинга в охарактеризованном
комплексе мониторингов
Много споров вызывало и вызывает до сих пор соотношение инженерной геологии и
геотехники, иногда они чуть ли не противопоставлялись. Если считать, что в классическом виде
геотехника включает геотехнические исследования (детальные, часто с применением
специального крупногабаритного оборудования инженерно-геологические изыскания с упором на
изучение состава, состояния и свойств грунтов, по мнению многих инженеров-геологов и
недавней «узаконенной» нашей терминологии), определенные виды проектных работ, а также
опытные работы и в период строительства и реконструкции сооружений, то такая позиция
представляется крайней. Сказанное позволило сделать вывод о том, что инженерная геология
находится с геотехникой в отношении пересечения (рис. 2), то есть эти понятия с точки зрения
логики совместимые, перекрещивающиеся [10].
Рис. 2. Соотношение инженерной геологии и геотехники: 1 - инженерная геология; 2 строительное производство (проектирование и строительство); 3 - геотехника (по [10])
Из этого следует, что геотехнические работы осуществляются для обоснования
функционирования литотехнических систем идеальных (на этапе разработки проектной
документации сложных объектов) и литотехнических реальных (в период строительства,
эксплуатации и реконструкции таких объектов) [9].
И геотехнический мониторинг строительных объектов как один из видов геотехнических
работ исследует именно эти типы систем, то есть названный вид мониторинга входит в состав
«мониторинга литотехнических систем».
Заключение
Изложенное приводит двум выводам.
1. В практике инженерно-геологических работ осуществляется мониторинг различных типов
систем. Необходимо четкое понимание этого положения и задач каждого из рассмотренных видов
мониторинга.
2. В системе каждого вида мониторинга есть один кардинальный теоретико-практический
вопрос: является ли управление обязательным элементом мониторинга? Отвечая на первых этапах
становления мониторинга положительно на этот вопрос, автор в дальнейшем пришел к выводу,
что конечной целью мониторинга является «геологическое обоснование управленческих решений
для оптимального функционирования» мониторируемых систем. Однако, как показали
Международная научная конференция «Мониторинг геологических, литотехнических и экологогеологических систем» (2007 г. [6]) и Международная практическая конференция
«Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов» (2013 г.),
многие рассматривают управление в структуре мониторинга (в частности, геотехнического). Этот
вопрос требует обсуждения и проверки практикой.
Список литературы
1. Бондарик Г.К., Ярг Л.А. Природно-технические системы и их мониторинг //
Инженерная геология, 1990. № 5. С. 3-9.
2. Грунтоведение / под ред. Е.М. Сергеева. М.: Из-во МГУ, 1983. 392 с.
3. Епишин В.К., Трофимов В.Т. Литомониторинг - система контроля и управления
геологической средой // Теоретические основы инженерной геологии. Социальноэкономические аспекты. М.: Недра, 1985. С. 243-250.
4. Королев В.А. Мониторинг геологической среды. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. 272 с.
5. Королев В.А. Мониторинг геологических, литотехнических и эколого-геологических
систем // под ред. В.Т. Трофимова. М.: КДУ, 2007. 496 с.
6. Мониторинг геологических, литотехнических и эколого-геологических систем: труды
Международной научной конференции. Москва, геологический факультет МГУ имени
М.В. Ломоносова, 24-25 мая 2007 г. / под ред. В.Т. Трофимова и В.А. Королева. М.:
Изд-во Моск. ун-та, 2007. 228 с.
7. Сергеев Е.М. Инженерная геология - наука о геологической среде // Инженерная
геология. 1979. № 1. С. 3-19.
8. Теория и методология экологической геологии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1997. 368 с.
9. Трофимов В.Т. Содержание, структура и современные задачи инженерной геологии.
Статья I // Вестник Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 1996. № 6. С. 3-16.
10. Трофимов В.Т. Содержание, структура и задачи инженерной геологии. Статья II //
Вестник Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 1997. № 2. С. 3-12.
11. Трофимов В.Т. Эколого-геологическая система, ее типы и положение в структуре
экосистемы // Вестник Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2009. № 2. С. 48-52.
12. Трофимов В.Т. О необходимости совершенствования идеологии инженерноэкологических изысканий и геологизации их содержания // Инженерные изыскания.
2011. № 9. С. 22-28.
13. Трофимов В.Т., Епишин В.К. Литомониторинг - содержание, структура, роль
инженерной геологии в ее реализации. Инженерная геология и геологическая среда.
Доклады советских геологов. М.: 1989. С. 71-78.
14. Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Экологическая геология. М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2002.
415 с.
Выходные данные: Журнал «Инженерные изыскания», №10-11/2013, С. 10-17