分形不变分布及其在山东地区金矿床中的应用

自相似性(标度不变性)是地学中的一个普遍现象。研究表明,地球化学元素含量、矿床储量规模及其空间分布具有分形结构。分形不变分布的特点要求大于某一尺度物体的数目与物体大小之间存在幂指数关系。论证了幂函数分布、帕累托分布、对数正态分布和齐波夫定律在一定条件下具有分形不变性质,它们是分形模型的数学基础。基于分形模型,用求和方法确定中国山东省金地球化学元素异常值范围。等值线大于或等于金地球化学元素临界值(200×10-9)围成的异常面积包含了已知的大型、超大型金矿床。     

n维自仿射分形及其在地球化学中的应用

分形概念应用在地球科学中来刻画地质量和物体的自相似特征。研究表明分形模型常常提供有力工具来刻画地质量和物体的基本空间分布结构。本文提出了n维自仿射分形的检验与定量评定方法。通过实例，说明n维自仿射分形的方法在实际问题中的方法和步骤，并解释了分维数的实际意义。分维数足反映区域化变量在某方向变化程度的定量指标。该方法不仅适用于地球化学金元素和银元素数据，而且还适用于其他元素和地质数据，具有普遍的意义。     

多重分形滤波方法和地球化学信息提取技术研究与进展

圈定地球化学异常是勘查地球化学和环境地球化学研究中的一项基础性工作。笔者通过详细分析近30年来与地球科学密切相关的分形和多重分形等现代非线性理论和新方法的迅速发展和应用,特别是以解决地球化学复杂背景与叠加异常分解难题为例,介绍了广义自相似理论与分形滤波技术的发展和应用,相信在资源、环境、灾害的其他应用领域也将发挥重要影响。文中阐明了多重分形是更具普适性的地球化学元素分布模式,"密度-面积"分形模型是刻画地球化学异常的基础模型,并为多个空间开展分形滤波和分解地球化学复杂背景与叠加异常的理论基础。该方法的显著优势在于将地球化学场的各向异性、尺度不变性、广义自相似性等特征集于一体,具有压制变化性背景干扰,突出局部异常的能力,其中C-A和S-A业已广泛应用于矿产勘查靶区圈定和环境污染模式识别,形成了分解地球化学复杂背景和叠加异常的常用技术,在国内外多个成矿区带取得了显著的找矿效果。     

多维分形理论和地球化学元素分布规律

多维分形模型不仅采用常规的低阶矩统计, 而且采用高阶矩统计对多维分形分布进行度量, 从而能较细致地刻划正常值以及异常值.地球化学元素的正常值往往服从统计学中的大数定量, 即满足正态分布或对数正态分布, 然而异常值会服从分形分布(Preato).介绍了多维分形领域中的最新发展以及在地球化学研究中特别是研究超常元素空间分布和富集规律中的应用.结果表明, 通常的统计方法只对应于多维分形围绕均值周围的局部特征.为了有效地研究异常值的分布和富集规律, 建议采用高阶矩统计方法和多维分形方法, 并给出了两种分析地球化学元素, 并突出异常值贡献的方法.这些方法不仅可应用于研究微量元素的空间分布和富集规律, 而且可以区分地球化学背景与矿化有关的异常值.还介绍了该方法在对加拿大B.C.省西北部Mitchell-Sulphurets地区金铜矿化蚀变带研究中的应用.      

中国白垩纪矿床时空分布的分形分析

分形概念应用在地球科学中来刻画地质变量与地质体自相似特征。研究表明分形模型常常提供有力工具来刻画地质变量和地质体的基本空间分布结构。许多地质现象的频度和大小之间的分布具有尺度不变性, 如岩石碎片、断层、地震、火山喷发、矿藏和油井等。中国白垩纪的矿床大量地分布在东北、阴山-燕山、华北地台、秦岭-大别山、扬子地台和东南沿海等6个矿集区, 它们是中国白垩纪矿床分布的重要地区, 而西北和西南地区已知的白垩纪矿床尚少; 中国白垩纪矿床分布具有在时间上集中于早白垩世, 在空间上集中于东北和华南的分形特性。以中国白垩纪金矿床为例, 对金矿床空间分布进行了分形建模与预测, 该方法不仅适用于金矿床, 而且还适用于其它矿床, 具有普遍的意义。      

空间模式的广义自相似性分析与矿产资源评价

尺度不变性(scale invariance)包括自相似性(各向同性)、自仿射性(成层结构)、广义自相似性(各向异性标度不变性),是由各种地质过程和地质事件所产生的地质特征和模式的本质属性．尺度不变性可用分形和多重分形模型来表征．这些尺度特征的定量化可为刻画地质空问模式和模式识别提供有力的工具．例如。热液矿床的群聚现象可以用局部分形特征(局部奇异性)来刻画．通过在特征空问中(如频率空问)识别空问模式的广义自相似性．可以将空间混合模式进行分解或异常的识别．介绍了几种相关的分形模型和方法。包括度量空问模式广义尺度独立性(GSI)的线性模型;基于广义尺度独立性的异常分解S—A方法;度量空问模式的局部奇异性方法;以及如何利用分形特征预测未发现矿床的2种方法．有些方法已应用于许多矿产资源评价实例中．给出了对加拿大Nova Scotia省西南部湖泊沉积物样品中的4种元素As、Pb、Zn和Cu的地球化学数据处理分析结果。证明了局部奇异性分析和S—A异常分解方法对地球化学异常的增强和分离的有效性．研究表明：由S—A方法分解的异常往往具有多重分形的特点,而且普遍具有局部奇异性．研究区内具有明显奇异性的地区(元素含量富集区)是金矿异常区域。它们与金矿成矿作用和已知矿床的赋存密切相关．     

多重分形与地质统计学方法在粤北刘家山地区矿化指示中的应用

为了解地球化学元素在岩石等介质中的局部富集和贫化规律,采用多重分形和地质统计学方法来分析其空间自相关性及奇异性,多重分形方法通过多重分形模型来刻画,地质统计学方法通过变异函数来实现。应用这两种方法处理粤北刘家山地区1∶5万水系沉积物地球化学各元素数据表明,地球化学数据的局部奇异性在该区可反映铅锌铜矿化蚀变带等局部成矿有利部位。为进一步研究异常与奇异性区的关系采用分形滤波技术(S-A法)对该区成矿主元素Pb、Zn进行分析,发现由S-A法分解得到的异常区与奇异性区一致,并且得出由S-A法分解的异常具有局部奇异性的结论。研究区内具有明显奇异性的地区也即元素富集区域是铅锌矿异常区域,它们与铅锌矿成矿作用和已知矿床的赋存密切相关, 这也为该地区元素的成矿潜力评价提供了重要的线索。     

复杂地质地貌区地球化学异常识别非线性研究

应用现代数学非线性理论与方法对西南地区三江北段恒星错测区1：50000水系沉积物测量数据进行了异常识别的非线性研究。率先尝试用人工免疫算法对地球化学数据降噪，并采用分形含量面积法对降噪数据寻求异常下限，从而弥补传统方法确定异常下限出现的缺陷。在此基础上构造了测区地球化学元素分布的分形插值曲面，做出异常等值线图和异常分形插值图。处理结果令人满意。     

区域化探数据处理的几种分形方法

地球化学变量兼有随机性、确定性和区域结构性的特征,传统的数学方法难以精确地描述地球化学变量的空间分布规律,而新兴的分形几何是刻画空间不规则形体的一种比较有效的工具,且分维值可以表征空间不规则形体的确定性本质。基于分形原理,提出含量-总量法、空间分形插值法和分形趋势面法3种新的分形技术,应用于区域化探数据处理。在几个典型矿区应用后发现,上述分形方法不仅可以有效地模拟地球化学变量的空间分布特征,而且在保留原始有效异常信息的基础上可以更合理地区分地球化学变量的背景与异常,具有发现和强化弱异常信息的重要功效。     

分形求和法及其在地球化学数据分组中的应用

分形建模广泛地应用于具有自相似性不同尺度测量的地质现象空间分布特征。分形分布的特点要求大于等于某一尺度的数目,与物体大小之间存在幂函数关系,这种关系具有尺度不变性。这里提出的分形求和法可以确定地球化学数据分组界限。应用澳大利亚新南威尔士东北地区汇水沉积物地球化学数据,采用分形求和法确定其分组界限,并与传统的概率图模型结果进行比较。铜(Cu)元素数据划分二个部分,一部分是元素含量少于20 ppm的正态分布数据,另一部分是元素含量大于20 ppm的多个对数正态分布数据,能识别第三纪玄武岩区域和铜的主要矿化区。这一结论与使用传统的概率图模型方法得到的结论一致。该方法不仅适用于地球化学铜元素数据,而且还适用于其它元素和地质数据,具有普遍的意义。