树立地质学的分形观

分形的特性及地质学的研究对象决定了分形理论进入地质领域并研究其分形特点，而对这一定量地质学的新起点，我们必须尽快建立地质学的分形观推动非线性地质研究进入下一个世纪。     

分形节理的强度和变形研究

首次运用“分形实验法”人为地生成具有分形结构的节理试件进行实验分析，利用光弹实验可视性特点详细研究了具有不同粗糙度（不同分形维数）的节理在单压和压剪两种加载 方式下对试件力学特性影响，得出了一些规律性的结果。     

分形节理的强度和变形研究

首次运用“分形实验法”人为地生成具有分形结构的节理试件进行实验分析。利用光弹实验可视性特点详细研究了具有不同粗糙度（不同分形维数）的节理在单压和压剪两种加载方式下对试件力学特性影响，得出了一些规律性的结果     

褶皱复杂程序的分形分类

本文根据褶皱的自相似性特征，引用分形概念，分析褶皱的分形分布特性，并利用Ｍｉｃｈａｅｌ Ｂａｒｎｓｌｅｙ（１９８６）的分形插值理论首次模拟褶皱的复杂形态，主要利用插值点（ｘ，ｙ）和褶皱扰动系数ｄ模拟各种褶皱。在此基础上，提出褶皱复杂程序的分开分类方案。这种新的分类方案即褶皱形态的传统分类名称附缀分形分类名称，解决了传统分类方法不能区分褶皱复杂性的难题。这种方法使褶皱的形态分析达到较精确的定量描述和     

土壤水力特性分形特征的研究进展

从土壤结构特征的描述、土壤水力特性的研究等方面,综合评述了80年代以来国内外应用分形理论描述土壤水力特性参数及分形特征的研究进展,并探讨了其发展方向和前景。     

基于分形理论的堆石料级配优化研究

建立颗粒粒径的质量分布分形模型,收集不同堆石坝工程32条堆石料级配曲线,统计分形维数D的分布特性。各堆石坝工程堆石料级配具有良好的分形特性,可考虑将D作为反映和描述堆石料级配特性的新指标,D在2.348～2.699之间,大多数堆石料的分形维数在2.6左右。以古水垫层料为研究对象,设计了6组不同分形维数的级配曲线,采用随机颗粒不连续变形方法（SGDD）研究不同分形维数对堆石料压实性能和宏细观力学特性的影响。分形维数从2.0到2.8,孔隙比呈先减后增趋势,在D =2.7时压实性能最优,而力链的非均匀程度随分形维数的增大而增大。综合考虑试样压实性和力链的非均匀程度,确定D =2.7时的级配为优化级配。     

土壤水分特性曲线的分形模拟

应用Menger海绵结构模型,推导出包含有分形维数的土壤水分特征曲线的解析模型,该模型与Brook Corey (1964)及Campbell (1974)经验模型的结构相似。通过对不同地区所采集的10种土壤样本利用压力薄膜仪实测得到水分特性曲线资料反求得到相应的分形维数,分析了分形维数与土壤质地、结构之间的关系,结果表明分形维数随土壤粘粒含量的增大而增大,随砂粒含量的增大而减小。同时对土壤水分特性曲线模型的分形维数与基于质量的土壤颗粒分布分形维数进行了比较,结果表明,两者十分接近,而且具有良好的线性相关关系。根据上述关系,利用易测得的土壤粒径分形维数结合所推导的解析模型,对土壤水分特性曲线进行了预测,预测值与实测值具有良好的一致性。     

堆石料缩尺方法的分形特性及缩尺效应研究

采用6种不同缩尺方法将同一条现场级配曲线缩制成不同的数值模拟级配曲线,建立以不同粒径范围内颗粒数为测量数的分形模型,研究了颗粒级配分布的分形特性;基于颗粒流方法,生成与级配曲线相对应的6组数值试样进行双轴压缩试验,研究了缩尺方法对数值试样宏观力学特性及细观力学响应的影响;并讨论了颗粒级配分布的分形特性与数值试样力学特性之间的关系。结果表明：采用不同方法缩尺后数值试样的颗粒级配分布具有分形特性,分维数D为1.463～1.783;随着缩尺方法相似比尺M的增大,数值试样中细颗粒数量增多,粗细颗粒的充填关系得到改善,力学特性逐步提高;颗粒级配分布分维数D与数值试样力学特性指标之间存在较好的线性关系。     

储层砂岩孔隙分形性质的研究

根据统计特征体测量分形维数的测试原理，用砂岩断面的扫描电镜图片半自动分析方法，对砂岩孔隙的分形维数和分形孔隙度进行了测试，得到了储层砂岩隙的分形性质与砂岩的成分结构及作岩作用的关系，文章还对分形范围，分形维数，分形孔隙度及分形孔隙度与总孔隙度之比值作了评述。     

土石混合料剪切面分形特征试验研究

土石混合料因具有良好的工程特性而被广泛应用于道路、堤坝等工程，填筑体受力后往往沿薄弱面发生剪切破￡混合料的抗剪强度成为稳定和变形分析的重要力学指标。由于土石混合料物质组成的复杂性、结构分布的不规律性及采柠困难性，且受检测仪器的限制，确定其强度指标较为困难。应用改进的直剪试验仪进行了不同类别、不同最大粒径土石福料的室内大型直剪试验，在获得强度指标同时，再现剪切面的实际情况，量测剪切面的起伏特征。根据分形几何学原理，切面具有良好的分形特征，应用三角形棱柱表面积覆盖法编程计算了剪切面的分形维数。初步建立了剪切面分形维数与福料杭萌强度之间的关系，用来快速预测土石混合料的强度指标。     

钙质砂颗粒的形状分析

钙质砂是一种含碳酸钙达50 %以上的海洋生物成因的粒状材料。颗粒棱角度高、形状不规则,影响钙质砂的压缩、填充等力学性能。通过光学显微镜获取钙质砂颗粒的几何投影图像,借助Matlab图像处理软件,分别运用常规统计方法和分形理论对钙质砂颗粒的几何形态进行了描述,并结合钙质砂特殊的生物成因对其表现出的特性进行了分析。结果表明：钙质砂颗粒的形状具有分形特性,且随着颗粒粒径的减小,分形特性越明显。     

多维分形克里格方法

时间序列与空间场信号往往是非规则分布的，经常需要将非规则分布的时空信号插值为规则分布的信号或估计某些未知点的值。如油气田、煤田以及金属矿山储量估算，工程地质参数估计，病虫害区域分布调查等都要求根据少量不规则数据点进行插值估算。估值方法中应用最为广泛的地质统计学方法（或(Krige)克里格方法）是一种低通滤波器，无法重建原始信号中的高频、局部与弱信号。开发的多维分形克里格方法可以将不规则分布的时间—空间（时空）信号插值为规则分布的信号；可以提取时空信号中高频、局部与弱信号，估计过程参数可以作为特征参数用于模式识别。利用褶积滤波理论定量导出了地质统计学的低通滤波特性，它在插值过程中丢失了高频、局部和弱信号。在定义了时空信号的度量尺度与测度后，实现了多维分形插值，多维分形插值保留了系统中更多的高频信息。将克里格方法与多维分形方法有机的结合起来产生了多维分形克里格方法，它具有克里格方法和多维分形插值的共同优点。用大洋钻探(ODP)184航次1143A孔的岩芯密度分析进行了插值试验，对比了插值结果及其功率谱。多维分形克里格插值比克里格插值、多维分形插值更为接近已知点值并保留更多的高频信息。还定量分析、对比了影响多维分形克里格插值的因素、厘清了估值问题中固有的测不准关系。 另外，多维分形克里格插值过程得到的局部奇异性、相关性和回归方差能有效地刻划高频、局部与弱信号。这样，多维分形克里格插值过程可以用于提取（非规则或规则网格）时空信号中的局部、高频与弱信号，用于信息提取、模式识别、找矿预测与信号增强等领域。     

矿井涌水量时间序列的长程相关性分析及分维数估算

根据矿井涌水量实测数据,探讨了矿井涌水量时间序列的两个重要特性,即:长程相关性和统计自相似特性。利用小波分析和分形理论在多尺度分析和自相似本质上的一致性,把小波分析和分形理论引入到矿井涌水量时间序列的分析中,得到矿井涌水量时间序列小波变换系数,在此基础上,提出了矿井涌水量时间序列分形维数的小波计算方法,并对巷道涌水量和回采工作面涌水量时间序列的分维值进行了计算,验证了小波分形维数估计法在提取矿井涌水量中所具有的分形特征信息是稳定的和可靠的。     

分形地质统计学

综述了分形几何学的创立和发展，并系统总结了分形地质统计学的形成以及这一独特的新兴教学地质分支学科的方法和应用。阐述了分形地质统计学是定量剖析地质现象的有利工具，在地质学领域有广阔的应用前景。最后，作者指出，分形地质统计学不同于研究几何体自相似性的分形几何学，而是一个研究事物变量间的分形关系的数学地质分支学科。     

混凝土结构损伤的分形特征实验分析

在物理模型试验中分析了混凝土结构损伤演化中的分形行为,揭示了混凝土结构的裂缝生长及表面裂缝分布具有分形特性,表明分形维可以定量描述表面裂缝分布。利用分形几何学研究混凝土结构的损伤演化过程,证明了结构表面裂缝分布分形维与结构力学性能之间存在良好线性相关性,认为表面裂缝分形维可作为度量混凝土损伤程度的损伤特征因子。与基于振动理论的损伤特征因子相比,这一新特征因子具有自己的一些特色和优势,为创建新的混凝土结构健康诊断和安全性评价方法体系提供了一条新途径。     

建筑物地基沉降曲线的分形特征分析

将分形理论应用于建筑物地基沉降曲线分析,计算两建筑物地基各测点累计沉降曲线的盒维数。分析了测点维数变化情况与最终沉降量变化情况之间的相互关系,并得到建筑物地基的沉降曲线分形特性。测点维数的大小反映了建筑物地基沉降过程复杂度,测点维数变化与沉降量变化为对应关系,反映出地基沉降的不均匀性,分形特性分析方法从一个新的角度分析建筑物地基沉降,从曲线中也挖掘更多隐含信息。     

试论地质现象的分形统计学

基于近年来非线性科学的发展及其在地质科学中的应用，讨论了地质现象分形统计学的三个基本问题，即初始条件，临界状态和自相似性，并在此基础上阐述了地质现象分形统计学的主要内涵：地质数据的分形结构及其地质学意义，地质时空结构的自相似性及其动力学机制，地质现象的分形重建与矿床分形统计预测方法。     

地理信息系统在地质现象分形研究的应用

地理信息系统和分形理论皆为蓬勃发展的新兴学科，是地学研究的有力手段。本文应用地理信息系统对云南金矿的集群分形分布、密度分形分布、储量分形分布进行了研究，并对云南地层进行了R／S分析。研究表明地理信息系统能够满足大部分地质现象的分形研究的需要，且更简单精细，同时获得了一些对找矿勘查有价值的成果。     

多尺度分形参数在裂缝检测中的应用研究

根据地震波的动力学参数对裂缝敏感性和裂缝的分形特征，以地震层位振幅数据为基础，应用分形理论的裂缝检测方法(多尺度分形参数的地毯覆盖方法)对裂缝进行检测。这里用计算机生成了Mandelbrot集的分形图案，用多尺度分形参数进行了检测，效果显著。用该方法对某油田的层位振幅数据进行了裂缝检测，检测结果清楚地反映了裂缝的分布状况。     

分形理论在地学中的应用

本文介绍了分形理论及地质变量分形关系，阐述了各种地质现象和过程的分形特征，指出其在地学领域中的应用前景。