岩石中自组织现象的成因：对传统地质理论的挑战及其对策

从岩石中自组织现象出发,举例阐明了传统地质理论的局限性;回顾了自组织现象的研究历史和现状,提出了岩石中自组织现象的初步分类;阐明了自组织现象研究的意义,并指出:随着自组织现象研究的广泛开展和成果的不断积累,正在孕育着“非线性岩石学”这样一门新兴的边缘学科。     

开挖过程的非线性理论分析

本文从岩土介质力学非线性和变形破坏过程自组织非线性的角度对开挖过程岩土体非线性行为进行了探讨。以此为依据,分析了岩土从微观破坏、滑移面形成、直至整体变形破坏全过程的自组织发生机理,在此基础上,建立了伴随开挖过程岩土体变形破坏的非线性动力学描述方程。     

非线性理论及其在地学上的若干应用

介绍了非线性理论所涉及的一些基本概念,如自组织理论、混沌理论、协同学、耗散结构和分形.深入理解这些概念,表明它们之间存在着极为复杂和密切的关系.它们在从无序向有序和由有序向无序转化这一研究主题中有共同任务.而地学中的许多事物都是非线性和不规则的,用非线性理论解决地学问题已经取得了一些成果,但基本上处于探索阶段.     

地质现象的分形自组织

科学正面临“结束现实世界简单性信念”的阶段,探索复杂性正成为科学的共同目标。复杂性总是和系统自组织联系着,因此研究复杂性的科学总是从自组织现象起步,都必然要与自组织理论发生联系。在本世纪70年代,随着对非平衡态自组织现象的研究,相继诞生了耗散结构论、协同论和混沌理论,而几乎在同一时间,在数学领域诞生了分维几何学。这些理论促进了各学科的发展,也为探索地质现象的复杂性,将地学推向一个新的阶段创造了条件。本文将自组织理论与分维理论结合起来,以说明分形自组织是地质中的普遍现象,并进一步指出,我们正面临一种新的地质观建立的前夕。     

成矿动力系统在混沌边缘的分形生长——一种新的成矿理论与方法论

笔将复杂性理论及非线性科学与矿床地质学相结合,对我国扬子古陆周缘6个矿集区的基本范式进行系统研究。结果指出,成矿系统总体上是开放、远离平衡、时－空延展的动力学系统。它们具有复杂性和自组织临界性的内禀基本属性,并且在混沌边缘分形生长。     

地球化学系统的自组织、自相似与自相关

从系统论出发，概述了地球化学系统内普遍存在自组织、自相关和自相似，并初步讨论了三者之间的关系：（１）自组织是自相似之源；（２）自相关可以标度自相似。自组织、自相似与自相关的有机结合势必对地球化学系统研究产生深远的影响。     

河湾形态演变的自组织及其稳定性

运用自组织理论和方法建立河湾的演化方程.结合Fokker-Planck方程解析解的性质与Langevin方程的动力学特征,推断河湾演变的基本规律如对称破缺、形态转变、演变趋势及速度等.然后根据数学模型与理论分析结果,研究长江洲湾,下荆江尺八口、上车湾、碾子湾等实际河湾演变的自组织规律及其稳定性特征.理论推导结果与实际观测资料基本一致     

自行走隧道掘进机行进对地表沉降的理论分析

通过对自行走式隧道掘进机在地下爬坡过程中引起的地表变形进行了研究,结果表明：掘进机行进轨迹的纵向沉降曲线与随机介质理论预计的沉降曲线接近;在自行走掘进机埋深较浅时,横断面沉降曲线与Peck理论正态分布曲线误差较大,周向增阻结构嵌入土体能够造成地表土体的隆起。     

滑坡灾害系统的自组织

从系统论，耗散结构理论和协同学的观点出发，分别从统计物理模型和滑坡灾害发生的全过程讨论了滑坡灾害的自组织过程，研究表明，滑坡灾害的发展过程是一个从最初的混沌状态出发逐渐向功能组织泻化的过程，且滑坡的最终演化状态不是唯一的定态，滑坡是在一定的时间尺度内周期性的或者非周期性的给同一地点不断重复发生的。     

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     

松散体边坡灾害自组织临界性及工程应用研究

我国的松散体边坡灾害频繁。为了解松散体边坡灾害的共性，从整体上认识其规律性信息，文章采用多种形式的非均匀沙堆作为松散体边坡灾害的概化模型，通过多组实验研究其演化行为规律。自组织临界性是解释具有无序的、非线性复杂系统行为特征的理论之一，分形和闪烁噪声是其空间与时间结构的特征。实验发现几种概化模型表现出自组织临界性。分析滑坡、崩塌及泥石流等松散体边坡灾害实例，也发现其呈现自组织临界性特征。研究表明幂律特征及自组织临界性是许多松散体边坡灾害的共性。进一步模拟真实的松散体边坡的组成特征和某些防治工程措施，进行对比实验，表明不同工程措施的防治作用。最后结合挡、锚、喷、排等工程防治措施，探讨了自组织临界理论对松散体边坡灾害防治的指导作用。     

自组织临界现象楔状体构造初探

相互作用的系统自然地朝着一种临界状态演化，该文运用自组织临界状态理论，建立了楔状体临界锥顶角数学模型，文章还对楔状体的变形方式进行了初步探讨。     

成矿过程奇异性与矿床多重分形分布

本文将成矿过程与地震、火山、滑坡、洪水、暴雨、森林火灾等一系列非线性地球系统过程称之为奇异性过程（Singular Processes）。奇异性过程的基本特征是在相对很小的时间间隔或者空间范围中产生巨大能量释放或者物质超常富集或堆积。探讨了奇异性过程的“资源”与“灾害”双重效应;从地幔对流、板块构造等自组织临界性系统探讨了成矿过程的奇异性以及成矿结果服从多重分形分布规律,如矿床规模与个数、矿床品位与个数等;介绍了可以刻画成矿域空间结构的不均匀性、尺度独立性和白组织临界性的多重分形模型,如度量元素富集强度的局部奇异性模型,度量成矿域结构各向异性的广义自相似性模型,以及度量分形结构序次的分形谱系模型。这些非线性模型为矿产资源定量预测提供了新的思路和工具。     

成矿过程奇异性与矿产预测定量化的新理论与新方法

在分析地震、滑坡、洪水、暴雨、森林火灾等一系列非线性地球系统过程共同特征的基础上,笔者提出了成矿过程作为奇异性过程的命题。探讨了成矿过程奇异性、广义自相似性、自组织临界性等基本非线性特征的内在联系。从多重分形理论出发给出了:(1)度量成矿域空间结构不均匀性的局部奇异性分析模型;(2)度量成矿多样性与自相似性关系的系列广义自相似性度量模型;(3)首次给出了奇异性指标作为度量控矿要素与矿床分布相关关系的非线性模型,提出了从奇异性出发计算成矿后验概率的新的对数概率模型;(4)介绍了成矿奇异性的动力学模拟过程。详细介绍了非线性矿产资源预测理论和方法的基本内容和模型。     

可容空间与沉积环境变化对砂,砾岩自组织程度的影响

利用分开几何学原理研究了可容空间与沉积环境变化对砂、砾岩自组织程度的影响。通过研究表明,层序由水进体系域演化到高体系域,自组织程度不断降低。滩坝砂、砾岩沉积与辫状分流河道沉积的自组织程度相近;而盆底扇砂、砾岩体颗粒分布自组织程度较差。     

滑坡灾害系统非线性研究进展

结合滑坡灾害系统自组织特征分析,全面地介绍了分形理论、协同学理论、混沌动力学、突变理论和人工神经网络在滑坡地质灾害科学研究中的应用现状,评述了各种理论方法研究中存在的主要问题,指出了滑坡灾害系统非线性研究发展方向和今后着重要深入探讨的领域。     

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 ;(     

滑坡灾害系统的自组织

从系统论、耗散结构理论和协同学的观点出发，分别从统计物理模型和滑坡灾害发生的全过程讨论了滑坡灾害的自组织过程，研究表明，滑波灾害的发展过程是一个从最初的混沌状态出发逐渐向功能组织演化的过程，且滑玻的最终演化状态不是唯一的定态。滑坡是在一定的时间尺度内周期性的或者非周期性的在约同一地点不断重复发生的。滑坡产生的一个轮回，对应着一次自组织过程。     

固体地球系统的复杂性与自组织临界性

本世纪自然科学的发展趋是由极小（粒子物理学）→极大（宇宙学）→极复杂（复杂性科学）。“复杂性”研究具有科学发展的时代特点,是具有前瞻性和探索创新性的基础研究。笔者根据复杂性科学研究复杂性的涌现机制是２１世纪的科学的认识,结合固体地球系统的复杂性与自组织临界性的内禀基本属性,提高“固体地球系统的复杂性与自组织临界性”这一命题,从新的视角对古老而又常新的固体地球系统进行再认识,从广义地质学系统和过程的本质归纳出固体地球系统的基本问题,提出了它的三大基础理论问题,井拟定了以整体论为主导、还原论作辅助,宏观与微观处理相结合与互补的方法论。固体地球系统的复杂性和自组织临界性,是我国经济增长、社会进步和地学发展的重大科学问题之一。对于这一同题进行研究将成为21世纪地学发展中居于战略地位的生长点之一,使地学取得突破性进展,并带动许多相关学科的同步发展。     

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 ,(