新亚欧大陆桥新疆段环境灾害时空分维特征研究

基于区域自然灾害发生的随机性和不确定性 ,运用分形、混沌理论 ,对新亚欧大陆桥新疆段近 38年的环境灾害受损次数进行了时空分维特征研究。结果表明陆桥新疆段受损状况不仅在时间序列上具有自相似性 ,其容量维 Df在 0 .830 2～ 1 .437之间 ,而且在空间序列上也具有自相似性 ,存在明显分维结构 ,其信息维 D1在 0 .0 997～ 0 .1 2 72之间。灾害严重区段的容量维值较大 ,并且容量维值越大 ,灾害事件中等级的复杂程度就越高 ,这一特征将有助于认识灾害发生规律和动力学特征。     

1368—1948年陇中地区干旱灾害时间序列分形特征研究

采用标度变换法对陇中地区1368—1948年(明代至新中国建立前)各等级干旱灾害及旱季序列的时间分维值进行测算。并深入讨论了各旱灾序列时间分维与其线性特征之间的关系,以及分维随时间演进的变化趋势。对4个干旱等级、4个旱季序列的分维值进行研究,发现:①干旱灾害具有客观的分形结构,其时间序列是具有自组织性质的,干旱灾害是自组织系统;②各等级干旱灾害有自己的时间重演律,干旱灾害越轻,无标度区越宽,分维值越高,短周期更明显;③各旱季分维值与其发生频次成正比;④整个时期的动态总体上表现为:各旱灾序列(旱灾、大旱灾、中度干旱、春旱及伏旱)分维值逐渐增大,旱灾发生趋向混沌无序,旱灾系统趋向平衡态,稳定性减小;⑤分形分析法与常规统计方法之间有着内在联系。     

湘中断裂体系分维与锑矿分布

笔者将分形几何学的原理和方法,应用于湘中地区断裂体系的二维平面分布特征研究,发现在研究的标度范围内（ｒ约２～８０ｋｍ）不仅具有统计自相似性,并且同一地区,不同分区具有不同的分维值Ｄ,分维值分布特征为东南区分维值高于西北区分维值,将本区断裂体系的这种分维值分布特征与锑矿床分布特征对比,可发现锑矿床（点）产出较多,矿床规模较大的地区,其分维值较大。     

黄骅坳陷中区断裂系统分形研究

利用分形几何方法分析了黄骅坳陷中区断裂分布的分形特征,以探讨该区断裂系统的发育规律及其与油气的关系。利用数盒子方法进行分析表明,黄骅坳陷中区断裂系统在标度区间1.75～7km具有很好的统计自相似性。根据断裂分维值等值线可知,海岸线两侧断裂分维值分布规律有着明显不同,显示了两侧断裂系统在形成机制上的差异性。研究区分维值自西向东逐渐增大,在歧口凹陷南北两侧有着最高的分维值。结合黄骅坳陷中区断裂系统的形成机制及油田的分布,初步探讨了断裂分形特征与黄骅坳陷中区断裂系统的形成机制及断裂分形特征与油田分布之间的关系。研究结果表明,断裂系统分维值的变化特征与断裂的发育规律有着很好的相关性,断裂发育程度高的地区其分维值也更高,也将更有利于油气的运聚。     

四川地区断层空间分布的多重分形特征

断层系统多重分形避免了容量维Ｄ０的不足，考虑了每一条断层对整体分维的贡献，反映了断层的空间分布特征。根据四川地区断层分布图，运用多重分形理论检验了断层空间分布的自相似性，分区计算了四川地区各带的多重分维值。结果表明，断层破裂系统为分形结构，具有很好的自相似性，相关系数均达０．９９。不同带分维值的较大差异，反映不同构造区域的断层分布特点。最后，对分维的含义进行了深入探讨，对油气勘探的有利区域进行了分析。     

断层体系分维与油田分布

本文将分形几何学的原理和方法，应用于东营凹陷Ｔ２，Ｔ６和ＴＲ３个不同构造层的断层体系的二维平面分布特征研究，发现在研究的标度范围内（ｌ＝０．５－４ｋｍ）不仅具有统计自相似性，并且同一构造层不同子区域不同的分维值Ｄ．分维值分布特征为南区分维值略低于北区分维值，东区分维值略高于西区分维值，将本区断层体系的这种分维值布特征与油田分布特征对比，可发现分维值越高，油田规模越大。     

中国旱涝灾害的分形结构

基于分形理论在中国旱涝灾害研究方面所存在的问题,首先系统地分析了中国华北区、西北区等不同区域和松花江、长江等不同流域旱涝灾害的分形结构,其次以唐山市为例系统分析了同一地点不同等级旱涝灾害分维的时序变化及其关系,进而探讨了以分维为中介参数在旱涝灾害与其影响因素之间建立定量化经验关系的可能。研究结果表明,中国旱涝灾害具有客观的分形结构,分维是表征中国旱涝灾害发生特征的良好参数;在此基础上,系统地计算出了中国旱涝灾害的分维值、分析了唐山市不同等级旱涝灾害分维的时序变化关系,并建立了辽河、长江等流域水系空间维数与流域洪涝分维之间的定量关系式DF=3．6179DR-4．0242(式中DR为流域水系空间维数,DF为流域洪涝分维)。     

基于遥感技术的断裂构造分形特征及其地质意义研究

以九嶷山地区ETM+遥感影像数据为信息源,通过信息提取与解译快速获取该区断裂构造。运用分形理论的盒维数法对断裂构造体系进行分形研究,结果表明,区内断裂构造在0.05～2.75km尺度范围内具有良好的自相似性和分形特征,总体分维值D=1.1155、R2=0.9964,分维值接近中国大地构造单元稳定区分维值;不同走向断裂分维值D在0.9184～1.0441间、R2介于0.9983～0.9996间,各分维值D不仅定量描述了各走向断裂分布的复杂性和构造演化的成熟度,而且还反映了断裂的成矿作用:NE向断裂分维值最大,D值在1.0441附近时主要表现为导矿构造;SN向断裂分维值次之,D在0.9870附近时主要表现为控矿构造;NW向断裂分维值偏小,D在0.9502附近时主要表现为含矿构造。     

湖南省金银矿床分布的多重分形分析

矿床的空间分布具有很强的复杂性和自相似性,分形理论则是人类对具有相似性的复杂现象进行定量描述的一种新方法.目前人们主要采用单一分维模型在不同的尺度范围内求取矿床分布的容量维,本文采用多重分维模型,根据1:200万的湖南省金银矿床分布图分别对29个大中型矿床和全部75个矿床做了多重分形分析,分别获得了其多重分维谱,并对该多重维谱与理论上的多重分维谱进行了比较,分析了其差异形成的原因.研究显示湖南省仍有较好的金银找矿前景.     

用动态重结晶石英颗粒的分形确定变形温度及应变速率

韧性变形岩石中动态重结晶石英颗粒边界形态具有自相似性，表现出分形特征。动态重结晶石英颗粒边界的分形维数随温度的升高而减小，随应变速率的增加而增大，可作为韧性变形温度及应变速率的标度计。适合重结晶石英边界分维值的计算方法有封闭折线法和面积周长法。鲁西青邑韧性剪切带中糜棱岩动态重结晶石英颗粒边界具有自相似性，分维值为1.228～1.326，初步估算出古应变速率为10     

混沌理论与大气边界层湍流研究

简述了混沌理论的发展及其判别方法,阐明混沌理论的建立给大气科学中的湍流研究带来了新的启示;介绍了近期混沌理论在大气边界层湍流研究中的应用结果,这些结果表明大气边界层湍流具有很强的混沌特性,且存在低维奇怪吸引子。最后提出了有待进一步研究的问题。     

矿化富集动力学模型及其在矿产预测中的应用

文中研究了地壳中元素迁移聚集和成矿过程的混沌动力学机制 ,揭示了地质环境中非线性过程的相互作用是造成地壳的元素含量与矿化不均匀分布的原因 ,并由此导致元素含量、矿床储量及其空间分布的分形结构。Logistic映射为研究上述行为和过程提供了一个较好的数学模型。参数 μ ,即成矿潜能 ,可将区域划分为非成矿区和成矿区。以新疆某地金矿床为例 ,用实际数据来估计模型 (4 )中的参数 μ值 ,其预测结果与用其他方法 (例如特征分析 )的预测结果大体一致。从而为预测金矿床提供另一新的途径。     

非线性科学在地球科学中的应用

本文介绍了耗散结构理论、分形理论和混沌理论等非线性科学在地球科学中的研究进展,分析了非线性科学在地球科学中的地位和作用,探讨了将非线性科学引入地球科学的途径和方法。     

地球磁极倒转的分形混沌研究

地球磁场多次发生南北(正负)磁极位置的变换,这已为大家所公认。但造成这种异常现象的原因,则是迄今未能很好解答的一个难题。应用分形混沌理论对地球磁极倒转进行了分析,认为发生地球磁极倒转时间段在时间轴上具有分形分布的性质;地球磁场系统通过不断与外界交换物质和能量,维持一种空间或时间的有序结构。地球磁场极性的随机倒转具有混沌运动的自逆转特性,混沌理论给地磁极性倒转提出了一个简明的动力机制解释。     

分形理论在区域地质灾害预测中的应用

以青衣江Ⅲ级流域滑坡,泥石流的发育,分布规律为研究对象,引入分形理论,结合映射分析成果,初步提出了滑坡,泥石流评价预测的河谷形态分维模型,为开展区域地质灾害的评价预测提供新的途径和方法。     

基于混沌神经网络理论的城市地面沉降量预测模型

通过分析城市地面沉降量时间序列的非线性动力学系统,认为该时间序列具有混沌特性。在此基础上,通过相空间重构的方法建立了用于城市地面沉降量预测的混沌神经网络模型;并利用此模型对高桥地面沉降量进行了预测,并和实际监测沉降量进行了比较,最大绝对预测误差为1. 7,预测的平均误差为0. 0833,研究结果表明,应用混沌神经网络模型进行城市沉降预测是可行、精确的。     

Fractal study of sustainable proportions of natural and artificial oases

The sustained development of an artificial oasis depends critically on the stability of the natural oasis associated with it. This work theoretically investigates the most suitable ratio of natural oasis area to artificial oasis area in oasis ecosystems, as quantified by the percentage of artificial oasis (PAO). Based on data from oases observed in Xinjiang Province, China, this paper analyzes the PAO distribution for these oases via fractal theory. The results allowed us to draw the following conclusions. (1) The PAO distribution possesses fractal characteristics, and the fractal dimension of the PAO decreases as the oasis evolves. (2) The interval of the fractal dimension of the PAO is 0–1.7068, and the interval of the expectation of the PAO is 0–85.01%. This indicates that the natural oasis should occupy at least around 15% of the total oasis area. (3) The fractal dimension and the expectation of the PAO for the ecosystem of oases in Xinjiang Province, China, are currently 0.5369 and 53.51%, respectively. These results show that the development of artificial oases in Xinjiang Province should continue, although the corresponding natural oases should also be maintained and developed at the same time.     

基于分形理论的粉砂质泥岩酸雨崩解特征研究

黏土岩的崩解过程易受环境条件(如崩解液特征)影响,酸雨作用对其影响显著,但其酸雨崩解特征有待研究。目前对黏土岩崩解特征的评价多采用耐崩解性指数,仅考虑崩解后大于2mm的残留颗粒质量,未反映崩解后的整体粒径分布特征。本文以典型酸雨区攀枝花机场滑坡为依托,选取滑带粉砂质泥岩,开展不同pH值条件下的岩石崩解试验;引入分形理论,建立分形维数与酸雨历时、降雨酸度间的相关关系,定量刻画粉砂质泥岩酸雨崩解特征及影响因素;采用电感耦合等离子体发射光谱法分析不同酸度崩解溶液的离子成分差异,以探索降雨酸度造成岩石崩解特征差异的本质原因。结果表明:采用分形理论可以较好地反映粉砂质泥岩酸雨崩解特征,分形维数越大,粉砂质泥岩崩解程度越大;分形维数与酸雨历时、降雨酸度之间皆存在明显对数正相关关系;不同降雨酸度粉砂质泥岩崩解特征存在差异的原因在于白云石、方解石溶蚀程度不同。研究成果可为酸雨地区黏土岩的工程性质评价提供参考。