耗散结构理论及其在火成岩岩石学中的意义

本文简要介绍了耗散结构理论及其研究方法,以及它在火成岩中的应用,其中包括以下几个方面:(1)基性杂岩体的层状构造;)2)花岗岩中的球状构造;(3)斜长石的环带;(4)花岗岩体的成分分带。并讨论了这四种耗散结构的形成机理。这些耗散结构都是在远离平衡的条件下,通过内部不可逆的非线性过程,由于外界的扰动和内部的涨落造成定态的失稳而形成的。其形成的根本原因是其内部反馈机制作用的结果。斜长石的环带是时间耗散结构——极限环。利用耗散结构理论简要地解释了辽宁二道沟花岗闪长岩的成因。     

成矿地球化学体系自组织现象研究的历史、现状与未来

金属矿床的形成是一个概率极低的自然过程,它是在特殊的地质-物理化学条件下发生的。在什么条件下成矿物质如何集中,这是矿床地球化学研究的核心,在成矿过程中不断发生化学或生物化学反应,并通过流动、扩散、弥散进行质量传输,体系不断与环境交换物质与能量,它们都是开放的非平衡热力学体系,严格说来,研完成矿过程应该采用与此相适应的非平衡热力学和动力学(化学和流体力学的)方法,才能正确地揭示成矿机制。按照耗散结构理论,在开放体系远离平衡态的条件下,当体系参量达到并超过某一阀值时,体系通过     

耗散结构在地质学中的应用及其评述

非平衡态热力学的研究表明,处于远离平衡的体系,由于内部非线性作用的影响,呈现与平衡态或近平衡态截然不同的热力学行为,如出现时间振荡、空间有序、化学波或者混沌等一系列耗散结构现象。目前,这种理论已被地质工作者所接受,并据此开展了地质学中的耗散结构研究,它合理地解释了振荡性矿物环带、岩石中有规律的韵律构造、变质变形的分异层理、火成岩的原生构造以及周期性地质作用产生的原因等。本文对耗散结构形成的条件以及它在地质学中的研究现状作了系统的总结,并阐述了如何在地质学中运用耗散结构的问题。     

软岩遇水软化的耗散结构形成机制

针对华南“红层”软岩遇水软化的复杂系统演化问题, 从其软化过程中是否形成耗散结构的思路出发, 研究了软岩系统非线性软化特征.结果表明: 软岩与水相互作用系统是一个开放的复杂系统, 在内部非线性作用下逐渐演化至非平衡状态, 其软化过程中可以形成有序的耗散结构.在此基础上, 采用耗散结构理论系统分析了软岩软化过程中耗散结构的形成机制: 软岩软化的过程经历了近平衡态、远离平衡自组织态与远离平衡临界态3个阶段, 并最终通过非平衡相变形成了具有一定稳定性的耗散结构.最后基于软岩软化过程中结构分维值演化规律, 初步建立了软岩耗散结构形成的分岔演化模型, 并将模型应用于软岩饱水软化试验的临界分岔现象分析中.分析表明软岩耗散结构是在系统经历多次倍周期分岔, 通过不断地从稳定到失稳再到稳定的过程后形成的.其中3个月与6个月这两个时间点具有显著的临界特征, 这是深入研究软岩软化耗散动力学过程的切入点.      

成矿作用与耗散结构

本文应用“耗散结构”理论探讨了成矿作用的动力学、时间结构、空间结构以及三者之间的内在联系。成矿区域是一个发展、演化着的宏大动力学体系。成矿作用的核心是“成矿作用的发生”,其中心问题是“矿化向成矿的转化”。“分支理论”和“涨落理论”为研究这一问题打开了通路。耗散结构的多阶性或相继分支将动态的地球化学过程引入了地质科学,反演了成矿作用的动态演变与时间韵律。耗散结构的局域化将动态的地球化学场引入了地质科学,从而阐明了成矿地球化学分区(成矿区带)形成与发展的原因、机制及其动力学空间模式。     

岩土体变形的耗散结构认识

2 0世纪 70年代新三论的崛起 ,即耗散结构、突变理论和协同论以及分形几何学、混沌等理论的问世 ,对传统的科学思维带来了强大的冲击。将耗散结构论应用于岩土体变形研究 ;工程岩土体的变形问题是巨型的复杂系统 ,变形岩土体是一种非平衡态有序结构 ,岩土体的变形是不可逆的过程 ,岩土体系统内部各个子系统之间的作用是非线性的 ,自然界的触发因素 (涨落 )对岩土体的变形影响是显著的。由此建立了岩土体变形耗散结构动力学模型     

地质作用的自组织临床界过程动力学：地质系统在温沌边缘分形生成（下）

笔者对复杂性科学中的自组织临界性、瞬态混沌、混沌边缘和弱混沌四大理论和研究领域就其发展现状和最近动态作用的巨大耗散动力学的时－空演化这个统一事物的本质的面面观。笔者进一步将四者的相互关系归纳成一个重要垢例题：自然界中开放、远离平衡、相互作用的巨大耗散动力学系统的时－空演化服从“自组织临界过程动力学”并且系统“在混沌边缘分形生长。”地 自然界中的一种既十分重要,又异常复杂的开放、远离平衡、相互作用的     

多重水力断裂的分形扩张

应用复杂性理论对于赣南脉钨矿床的著名“五层楼”式形态垂直分带进行研究 ,获得如下结果。 (1 )赣南脉钨矿床的“五层楼”式形态垂直分带是“多重水力断裂分形扩张”的结果。脉钨矿床的控矿多重断裂是一种以水力断裂为主导的热致与流体驱动断裂构造。脉钨矿床的自组织临界性是多重分形扩张之源 ,而中观破裂尖端周围流体静力学应力场梯度最大区则是分形扩张的驱动力。多重水力断裂的发生和发展是一种分形扩张过程 ,其演化服从串级“崩塌间断平衡”的时空分形生长动力学 ,与地震的Omori余震律相类似。 (2 )脉钨矿床“三环一帽”式的成矿地球化学分带是一种多组分成矿溶液的渗滤、溶解沉淀波结构 ,是成矿反应扩散系统中化学波的时空同步化传播而形成的目标斑图 ,是近平衡地质介质内 ,通过外界的“短暂局部激发”、继之以构造、岩浆和成矿脉动作用等“局部中断”而形成的径向对称、嵌套球状、远离平衡的局域化耗散结构 ,即脉动型自孤子。 (3)赣南脉钨矿床是近平衡区域地质背景中远离平衡的局域化耗散结构。赣南钨矿集区是复合自孤子的群集体。它们是在构造、岩浆多期次脉动条件下 ,来自①矿源层部分熔融的“区域提纯”、②岩浆期后成矿热液输运反应和③含钨地层、岩石淋滤交代的成矿物质 ,通过岩浆和热液孤     

浅谈耗散结构和非平衡态热力学

具体说明了几个耗散结构的实例,综合对比了耗散结构与平衡结构的异同,并概括介绍了耗散结构的概念以及其生成条件。由闭系平衡态的摘产生和熵生率入手,借助局域平衡假设,从开系的平衡态进入线性非平衡态,讨论了不可逆过程唯象定律Ｏｎｓａｇｅｒ倒易关系、熵生率最小原理及该原理作为稳定性判据的不足．最后,提到了一般演化判据和非线性非平衡态热力学中讨论系统稳定性的办法。     

地质作用的自组织临界过程动力学——地质系统在混沌边缘分形生长(下)

笔者对复杂性科学中的自组织临界性、瞬态混沌、混沌边缘和弱混沌四大理论和研究领域就其发展现状和最近动态作系统和深入的剖析后得出结论 ,认为以上四者是对自然界中开放、远离平衡、相互作用的巨大耗散动力学系统的时空演化这个统一事物的本质的面面观。笔者进一步将四者的相互关系归纳成一个重要的命题 :自然界中开放、远离平衡、相互作用的巨大耗散动力学系统的时空演化服从“自组织临界过程动力学” ,并且系统“在混沌边缘分形生长”。地质系统是自然界中的一种既十分重要 ,又异常复杂的开放、远离平衡、相互作用的巨大耗散动力学系统。它具有自组织临界性的内禀基本属性。它的时空行为服从地质作用的自组织临界过程动力学。地质系统位于有序和混沌之间的过渡时空域 ,即混沌边缘 ,其中系统呈规则与混沌运动并存和混合的弱混沌动力学状态 ,并且地质系统在混沌边缘分形生长。将上述命题演绎和整合成一种广泛适用于地质系统的地球科学的复杂性理论 ,名之为 :“地质作用的自组织临界过程动力学———地质系统在混沌边缘分形生长” ,并将其内容归纳成 6部分 :(1)自组织临界性、瞬态混沌、混沌边缘和弱混沌 ,(2 )多组分的耦合与相互作用及其相干与协同 ,(3)演化过程的分形动力学 ,(4 )作用的时空结构 ,(     

地质作用的自组织临界过程动力学——地质系统在混沌边缘分形生长

笔者对复杂性科学中的自组织临界性、瞬态混沌、混沌边缘和弱混沌四大理论和研究领域就其发展现状和最近动态作系统和深入的剖析后得出结论 ,认为以上四者是对自然界中开放、远离平衡、相互作用的巨大耗散动力学系统的时空演化这个统一事物的本质的面面观。笔者进一步将四者的相互关系归纳成一个重要的命题 :自然界中开放、远离平衡、相互作用的巨大耗散动力学系统的时空演化服从“自组织临界过程动力学” ,并且系统“在混沌边缘分形生长”。地质系统是自然界中的一种既十分重要 ,又异常复杂的开放、远离平衡、相互作用的巨大耗散动力学系统。它具有自组织临界性的内禀基本属性。它的时空行为服从地质作用的自组织临界过程动力学。地质系统位于有序和混沌之间的过渡时空域 ,即混沌边缘 ,其中系统呈规则与混沌运动并存和混合的弱混沌动力学状态 ,并且地质系统在混沌边缘分形生长。将上述命题演绎和整合成一种广泛适用于地质系统的地球科学的复杂性理论 ,名之为 :“地质作用的自组织临界过程动力学———地质系统在混沌边缘分形生长” ,并将其内容归纳成 6部分 :(1)自组织临界性、瞬态混沌、混沌边缘和弱混沌 ;(2 )多组分的耦合与相互作用及其相干与协同 ;(3)演化过程的分形动力学 ;(4 )作用的时空结构 ;(     

海洋小尺度过程

“海洋小尺度过程”一词最早出现在W.Munk(1981)的综述评论中,但至今也未能对它下一明确的定义。根据Munk的评论及其后的一些文献,可以看出它是相对海洋大中尺度过程而言的。从表观现象看,凡是垂向尺度为100m(跃层厚度尺度)至分子耗散尺度的各种物理量的变化都属于小尺度范畴。根据尺度大小,它又分成海洋细结构和海洋微结构,它们的垂向尺度范围分别为100～1m和1m～分子耗散尺度。产生这种物理量小尺度变化的因素是多种多样的。内波引起的水体变形(尤其是高模态高波数内波)产生可逆细结构。内波破碎发生的混合、具有不同物理特性的水体界面处相互入侵引起的穿插叠置等原因,产生不可逆细结构。因海水热盐扩散之差引起的各种双扩散过程及因各种流动不稳定引起的小尺度湍流云或产生不可逆细结构或更小尺度的微结构。     

热水铀成矿作用的耗散结构

成矿元素地球化学表征了地壳中元素分布的空间结构，同一地质体中矿元素的初始含量服从正态分布，显示了一种无序的，均匀的空间对称结构，成矿作用就是在远离平衡条件下，成矿元素在有利的地政治协商会议化学条件下富集，初始的空间对称性发生破缺，演化有序的非均匀的空间结构，成矿作用的发生就是元素分布空间结构的转化。本文将铀矿化品位化为序参量，运用序参量演化方程和耗散结构理论，讨论了铀成矿体系的演化和生产铀矿化的条     

变质岩中的球状结构及其对变质作用的指示

球状结构是指由纤维状晶体组成的放射状集合体,其为一种高度不平衡的结构。它们常见于火山岩、假玄武玻璃、沉积岩以及热液沉积物中,在不同变质级别的变质岩中也有广泛报道。变质岩中的球状结构记录了丰富的变质作用信息,然而其在变质岩中的成因机制和对变质作用的指示意义尚缺少详细的研究。球状结构的生长需要温度、压力或成分的改变使得结晶体系远离平衡,它的结晶动力学过程受物质的扩散控制,要求晶体生长速率远大于物质扩散速率。详细解析球状结构和分析导致不平衡的因素有助于限定变质作用的条件和过程。本文拟从变质岩中报道的代表性球状结构出发,基于球状结构结晶所需的热力学和动力学条件,总结变质岩中球状结构的四种可能成因机制:流体结晶、变质熔体结晶、冲击变质作用和高度不平衡的变质反应。组成球状结构的纤维状晶体具有大的表面能,在持续保持温压和流体条件不变的情况下会快速重结晶使得球状结构消失,球状结构得以保留意味着其所处的环境要迅速转变为它不再结晶的条件。因此,变质岩中的球状结构指示寄主岩石经历了持续时间很短的非平衡变质作用过程。借鉴其它学科研究球状结构的定量方法和在变质作用条件下开展球状结构的实验研究是变质岩中球状结构研究的潜在方向。     

细颗粒粘滑运动的能量耗散与释放试验

近年来,利用断层产物以及其中的颗粒来研究断层或地震带的能量耗散与释放,已引起大家的重视.在围压分别为30 kPa、60 kPa、100 kPa、200 kPa、400 kPa和600 kPa的条件下,采用直径为0.6~0.8 mm的玻璃珠以0.02 mm/min的轴向应变速率进行干燥、松散细颗粒材料的固结不排水三轴压缩试验.为了减少轴向应变过大时主应力轴旋转产生的误差及其对做功的影响,试验只分析加载后轴向应变为10%时试样变形破坏过程中的能量耗散与能量释放特性.试验结果表明:随着围压的增大,主震频率减小、偏应力降幅增大,但偏应力降幅与最大偏应力的比值逐渐趋于稳定.粘滑运动过程中,在偏应力骤降瞬间,声发射强烈、试样体积收缩,说明能量控制着试样的变形与破坏特征,耗散结构能量越大,系统发生滑动的频率越小.粘滑运动过程可以表示为能量耗散与能量突然释放.最后,从热力学的角度分析滑动过程的3个阶段,得出粘滑运动为不可逆耗散能与可释放应变能共同作用的结果.      

土地结构与土地演替研究

在以往对黄土高原和秦巴山地等地区土地研究的基础上，提出土地结构是土地空间组合格局与土地演替及土地时间变化规律的观点;分析了土地质与量群聚的对比关系和
土地由一种属性转变为另一种属性的过程;用信息论中的熵函数给出了土地出现的频率和复杂度;用耗散结构理论“涨落”给出了土地自然演替(不可逆)和人为演替(可逆)两种演
替模式。
        

地球地质历史中非生物成因的自组织耗散结构(英文)

自从地球上有水出现,就持续存在水-岩体系的平衡-不平衡。这一体系内部是不协调的,这就决定了它在地质历史的长河中自发地连续发展的可能性,并导致完全新的矿物相和水的不同地球化学类型的生成。在地壳中这一体系持续在一个热力学分支的线性域中,远离平衡而发育。它积聚太阳能,形成非生物成因耗散结构。它在连续发育惯性中起特殊作用,然后发育为一种生命物质。前进自组织将向该体系倾斜的趋向,定义为无机物质发育的基础之一。还有其他的一组体系都从这个体系中继承了它大多数的性质。水-岩体系的演化导致了次生矿物相和水的地球化学新类型的形成。随着演化程度加深,体系在成分上、结构上逐渐变得复杂,形成新的地球化学介质,它们又反过来控制新矿物相的生成从而对自身的性质产生影响。这一过程在地质历史上是永恒的。这便是矿物界自组织的要点,即包括发生、生长及新结构形体的时-空弥散以及矿物、地球化学介质的形成,最后是新的有机物质和生命的起源。     

某些矿物中同心层状鲕(豆)粒的自组织成因

本文首先综述了矿物中同心层状鲕(豆)粒的基本特征,接着提出该鲕状结构的二阶段成因模式(早期胶团从沉积物中的快速形成和晚期胶团在自催化反馈机制的作用下的有序化)。最后,用自组织(耗散结掏) 理论和动力学分析方法揭示出如下结论:①自催化反馈机理是胶团中杂质元素的催化结晶;②胶团在有序化过程中能形成时-空有序的自组织结构即鲕粒同心层;③胶团中凝胶浓度和杂质元素浓度在相空间内为一极限环,定态胶团失稳后将沿着极限环闭轨演化并最终形成同心层状矿物鲕粒。寻找有序结构和自反馈机制是研究自组织结构的有效方法     

地球化学动力学体系

本文以地球化学作用与其时-空结构的统一性为指导思想,将地质区域和各种地质体视为动力学体系,应用耗散结构理论,通过对云南个旧钖、多金属成矿区的研究,讨论地球化学动力学体系的建立。 作者应用马尔科夫过程理论揭示了沉积过程的地球化学旋回性,并用动力学体系分析阐明每一旋回的时间结构。花岗岩浆的分离结晶作用与对流驱动的热重力扩散作用相结合导致了岩体内痕量元素的化学分带。岩浆期后体系系由具有非线性动力学机制的复杂的反应-输运网络所构成,其拓朴结构使体系产生异常的动力学行为。通过各种物理化学参数的实验测定建立了成岩、成矿作用的动力学模型,并用计算机模拟了典型矿田内热液流体的流速场与温度场。 地球化学全过程的时间结构可以归结为热力学分枝的分支在时间上的展开或多阶耗散结构的阶梯。地球化学场的空间结构产生于耗散结构的局域化和化学波的成生与传播。成矿区域是囿于有界介质内的局域化耗散结构。不同反应前锋的差速前进从而产生不同物种的分异沉淀使成矿区域出现化学分带。成矿源区起因于某种化学反应核心或特殊的物理边界所产生的局域不均一性。 对地球化学动力学体系作进一步的研究可以揭示金属矿源学、历史地球化学与区域地球化学之间的内在联系。     

河流系统水质时空格局演化研究

河流系统是一个经济社会、自然资源、生态环境相互耦合的开放系统,它通过水事活动直接或间接地与外界进行物质与能量交换,促使系统形成不同时空演化格局。根据耗散结构原理,本文对河流系统耗散结构进行了识别,并将模糊理论和信息熵结合起来,建立了一种基于耗散结构理论的河流系统水质演化模型,促进和完善了水资源系统分析理论和方法。并将此模型运用于广东省东江惠州河段河流系统时空格局演化规律的研究中,得到了比较满意的结果。