矿物微观结构的多重分形

分形与多重分形已广泛地应用于不同领域, 不同尺度下的各种分布特征研究更是受到广泛关注.以云南个旧松树脚矿田中2件含矿矽卡岩样品中黄铁矿颗粒为研究对象, 通过分形与多重分形方法研究了黄铁矿颗粒在二维空间上的分布特征.结果显示, 黄铁矿在微观尺度空间上的分布不均一, 具有明显的分形与多重分形分布特征.所选研究区外接触带黑绿色含硫化物矿石矽卡岩和接触带矽卡岩型块状硫化物矿石显微照片分析结果显示, 前者黄铁矿颗粒分布的盒子维数D₀、信息维数D₁、关联维数D₂及广义多重分形维数D_q的变化范围均较小, 而后者较大; 前者外接触带黑绿色含硫化物矿石矽卡岩含矿性相对较弱, 而后者矿石矿物相对富集.从这个意义上说, 分形与多重分形维数与样品含矿性有一定的对应关系, 因此, 分形与多重分形分析有望进一步为岩石含矿性的定量化评价提供微观尺度上的证据.      

基于多重分形理论的土壤水非均匀流动分析

通过显色示踪方法研究了粘土土质、不同边界条件下的非均匀流动模式。20,40,60和80 mm的4组入渗水量条件下流动模式由面积较小的优先流逐步过渡到局部和全局性基质流,采用最大入渗深度分布和实际入渗深度分布对非均匀流动进行了特征,4组试验非均匀流动均具有多重分形性质,多重分形谱与流动非均匀性具有显著的关系,非均匀流动多重分形谱的基本性状由土壤介质性质决定,而流动的非线性主要影响多重分形谱曲线形状。     

新疆塔里木盆地艾协克—桑塔木南地区油气地球化学指标的多重分形性分析

用分形与多重分形的方法研究地球化学场中地球化学指标的分布规律具有重要的意义。本文运用多重分形矩方法研究了新疆塔里木盆地艾协克一桑塔木南地区2000km^2内采集的2085个土壤样中20项油气化探指标的多重分形谱函数形态特征。结果表明，主要成油气指示指标的多重分形谱基本上呈单一“钩状”，显示较弱的多重分形或单一分形；而其他指标多显示较强的多重分形特征。这些性质在研究区广泛存在，将对区域含油性研究有重要的指示意义。     

多重分形与地球化学元素的分布规律

为进一步探讨用分形与多重分形的方法研究地球化学场中元素的分布规律的重要意义，运用Q-Q图和直方图探讨了元素的空间分布规律，随后运用多重分形矩方法研究了安徽省长江以南以北各约22000km^2和18100km^2区域内5489个和4524个水系沉积物样品中14种元素的分形分布规律。结果表明，金属地球化学场元素在空间上的分布并不是简单的正态或对数正态分布，而四连续多重分形分布，其α-f(α)曲线上凸且连续，拥有主要大型矿床的安徽江南地区α-f(α)曲线的开口明显大于成矿相对较弱的安徽江北地区。元素的多重分形谱函数的形态特征对区域成矿潜力研究将具有一定的指示意义。     

流域地貌形态特征多重分形算法研究

为研究流域地貌形态特征的量化指标,提出基于高程分布概率的多重分形计算模型,结合大理河岔巴沟流域和大堡岔流域DEM数据进行多重分形计算,对流域地貌形态特征多重分形谱的表征意义进行了探讨。结果表明:流域地貌形态特征多重分形谱可以更加敏感、更加全面地对流域地貌形态的总体特征进行描述;多重分形谱的顶点对应简单分形的容量维,多重分形谱的宽度可以定量表征流域表面的起伏程度,多重分形谱的端点维数的差别可以间接地反映流域峰谷数目的比例;流域地貌形态特征多重分形谱能够分层次地刻画流域内部的精细结构,从而更加突出地表现异常局部地貌变化特征;流域地貌形态特征多重分形谱的无标度区间的合理范围,应该确定为DEM像元尺度到流域最大高程值的1.5倍左右最为合适。     

红层软岩遇水作用的孔隙结构多重分形特征

红层软岩内部孔隙具有随机、多样化的分布特点,孔隙结构的变化是影响其宏观力学性能的关键所在。由SEM扫描电镜获取岩样不同饱水时间下的细观结构图像,根据盒维数法计算出孔隙的分形维数,发现随着饱水时间的加长,孔隙的分形维数呈现增大趋势。同时对孔隙的数量、大小进行统计分析,得出不同饱水时间下岩样内部孔隙的分布特征。基于多重分形理论,采用统计矩的方法对孔隙结构进行定量表征。结果表明,孔隙结构的分配函数与q阶次趋于线性关系,验证了该结构的自相似性与无标度性,由广义分形维数D(0)>D(1)>D(2)说明了孔隙具有多重分形特征,由多重分形谱参数分析了孔隙结构的不规则性与复杂程度,更好地表征孔隙大小各异的分布情况。结合孔隙结构的多重分形特征与岩样抗压强度,建立起孔隙结构变化与其力学性能的关联性,对研究红层软岩的损伤过程具有一定的指导意义。     

自然伽马测井曲线的分形特征分析

许多研究认为,自然伽马曲线具有分形特征。根据实际资料,利用分形理论,对自然伽马曲线进行了分析,结果发现,自然伽马曲线的分形特征与地层中放射性富集程度有关,曲线的分形特征在一定的范围内存在,但当地层中放射性物质含量富集到一定程度时,就不具有分形特征。分形在自然伽马测井曲线中的适用性需要认真分析。     

普朗斑岩型铜矿床成矿元素多重分形特征及其矿化强度指示

成矿元素品位的变化受控于长期地质作用过程,具有较强的非线性特征,定量刻画其变化特征有助于深入理解成矿过程,并为找矿预测提供理论依据。运用多重分形去趋势移动均值（MFDMA） 法,分析云南普朗斑岩型铜矿床4号勘探线钻孔Cu元素品位的多重分形特征及其对矿化强度的指示意义。结果显示：所有钻孔Cu元素品位具有多重分形特征,且不同矿化等级的元素分布存在局部奇异性差异,多重分形强度随矿化强度等级减弱而增加;这些特征指示在钾硅化带—带内侧强矿化钻孔的高品位相对聚集,而带外侧角岩化—青磐岩化带的高品位相对分散;通过数据随机重排技术推测Cu品位多重分形结构奇异性差异是由其分布概率密度和长相关性共同作用引起,后者的作用贡献大于前者。     

多重分形与地质统计学方法 用于勘查地球化学异常空间结构和奇异性分析

勘查地球化学和地球物理场的局部空间结构变化性应包括空间自相关性以及奇异性 .前者可通过地质统计学中常用的变异函数来实现 ;后者可用多重分形模型进行刻划 .具有自相似性或统计自相似性的多重分形分布 (multifractaldistributions)的奇异性 (α)可以反映地球化学元素在岩石等介质中的局部富集和贫化规律 .而多重分形插值和估计方法可以同时度量以上两种局部结构性质 (空间自相关性以及奇异性 ) ,因而 ,它不仅能够进行空间数据插值 ,同时还能保持和增强数据的局部结构信息 ,这对于地球化学和地球物理异常分析和识别是有益的 .应用该方法处理加拿大NovaScotia省西南部湖泊沉积物地球化学砷等元素数据表明 ,地球化学数据的局部奇异性在该区能够反映局部金和钨 -锡 -铀矿化蚀变带或岩相变化以及构造交汇等局部成矿有利部位 .     

基于高分辨率DEM数据的分形几何岩性识别方法初探

多重分形理论的建立为研究自然地物带来了新的方法。自然地物由于其独特的分形特征,适合采用多重分形等非线性方法来进行定量描述。文章利用遥感重点实验室机载激光雷达测量生成的DEM数据,对不同类型岩石进行了分形几何特征研究,发现不同岩性分布区的DEM多重分形谱存在差异性。多重分形谱f(ɑ)值随ɑ值变化出现大小差异体现了纹理在不同尺度的差异,此特征对于遥感纹理分类和岩性信息提取有重要意义。     

分形理论与成矿作用

总结近年来分形理论在成矿作用研究中的应用及取得的主要成果 ,主要表现在 :矿床的空间分布具分形和多重分形性质 ,表明成矿作用在一定的空间范围内具标度不变性 ;钻孔中金属品位的频率分析表明品位的分布具分形和多重分形结构 ,其结构与品位高低有关 ,对预测深部矿体有指导意义 ;矿床的规模、品位的分布也具分形和多重分形结构 ,不同规模的矿床具有不同的分形结构 ,暗示不同规模的矿床具有不同的成矿地质背景和机制 ;元素在微观矿物表面及区域大面积的分布也具有分形和多重分形结构 ,其结构类型与其成因条件及机制有关。     

Discrete multifractals

The concept of multifractal modeling has been used intensively in various fields of science for characterizing measures with self- similarity. It has been shown that multifractal modeling provides powerful tools for characterizing patterns in the spatial distribution of geological quantities and objects. Existing multifractal models were proposed for the purpose of handling spatially intertwined fractals with continuous fractal spectrum f(α) (or continuous codimension function C(γ)). In this paper, these conventional multifractals are termed “continuous multifractals” whereas multifractals with discrete fractal dimensions are termed “discrete multifractals.” The properties of discrete multifractals are investigated. It is shown by various artificial examples and a case study of stratigraphy of Ocean Drilling Program (ODP) site 645 that spatially intertwined fractals/multifractals indeed can have discrete fractal dimensions. Histogram-and moment-based techniques are proposed for discrete multifractal modeling and illustrated using the artificial examples. The new concept of discrete multifractals and associated multifractal modeling yields not only techniques for characterizing multifractals with discrete fractal dimensions but it also provides insight into the relationships between fractals, bifractals, and multifractals.     

江西德兴斑岩铜矿田成矿作用的流体动力分形弥散机制

江西德兴铜矿是一个细脉浸染型斑岩铜矿田。应用分形弥散理论研究的结果发现该矿田表现出浸染矿化、热液蚀变和裂隙系统三方面的自相似性,其地质多孔介质具有多重尺度的分形非均质性,其中所发生的成矿作用具有一种差异平流所导致的流体动力分形弥散机制,而其实质则是一种平流-分形随机游动。这可能是斑岩型铜、钼、铅-锌矿床及花岗岩型钨、锡、铍和稀土等矿床中相同的成矿作用动力学机制。     

Discrete multifractals

The concept of multifractal modeling has been used intensively in various fields of science for characterizing measures with self- similarity. It has been shown that multifractal modeling provides powerful tools for characterizing patterns in the spatial distribution of geological quantities and objects. Existing multifractal models were proposed for the purpose of handling spatially intertwined fractals with continuous fractal spectrum f(α) (or continuous codimension function C(γ)). In this paper, these conventional multifractals are termed “continuous multifractals” whereas multifractals with discrete fractal dimensions are termed “discrete multifractals.” The properties of discrete multifractals are investigated. It is shown by various artificial examples and a case study of stratigraphy of Ocean Drilling Program (ODP) site 645 that spatially intertwined fractals/multifractals indeed can have discrete fractal dimensions. Histogram-and moment-based techniques are proposed for discrete multifractal modeling and illustrated using the artificial examples. The new concept of discrete multifractals and associated multifractal modeling yields not only techniques for characterizing multifractals with discrete fractal dimensions but it also provides insight into the relationships between fractals, bifractals, and multifractals.     

分形统计模型的理论研究及其在地质学中的应用

本文提出了一般分形模型和一般分维数的概念,认为许多地质模型是一般分形模型的特例,指出幂函数分布和帕累托分布是分形统计模型的数学基础,论证了幂函数分布在高端截尾条件下具有尺度不变的分形性质,根据非线性回归模型参数估计的方法,提出了求分维数的新方法,该方法具有许多优点。通过在计算机上产生随机数对分形统计模型进行模拟研究,以及通过实例说明分形统计模型应用的方法及步骤,并解释了分维数的实际意义。     

攀西地区基性-超基性岩地球化学及嵌套韵律层的分形动力学研究

攀西地区层状基性 -超基性岩体从下到上具有套叠式韵律结构的特征 ,这种韵律由岩石的颜色、矿物的成分、结构等表征。在长期的地球重力作用下 ,物质的液态分异或固相结晶分异为层状岩体韵律成因的关键。提出用类似于 Cantor分形集合法构筑重力分异时空分形集合 ,结果以色谱条带图和直方图表达 ,并与攀枝花层状岩体的野外岩石观察的颜色韵律以及岩体实测的矿物成分、长石的 An号码进行了对比 ,表明岩体实测数据与构筑的重力分异时空分形理论图式很相似 ,揭示了攀西层状基性 -超基性岩体的套叠式韵律结构在成因上具有时空分形的特征     

煤与瓦斯突出分形区划研究

以焦作煤田为研究对象,应用分形几何学理论和方法对地质构造进行描述并对其与煤与瓦斯突出区域分布的关系进行了研究,确定了煤田中构造网络的分形特征,探讨了其分维特征和煤与瓦斯突出分布间的关系,为突出区带的划分提供了新的研究思路。      

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。      

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.     

中子活化技术在层序地层学中的应用

中子活化分析是一种重要的核分析技术,具有灵敏度好、精密度和准确度高、多元素分析、免除试剂的空白、基体效应小、不损坏样品等优点,在地学研究领域具有广阔的应用前景。笔者将它应用于层序地层学的研究中。通过对地层中宇宙化学特征元素（如Ｃｏ,Ｉｒ等）及ＲＥＥ元素丰度值的测定,建立了一套计算海相地层的沉积速率、相对海平面变化、间断面的精细时间结构的定量计算方法,并成功地运用于贵州紫云海相地层的层序地层学研究,恢复了该地区晚二叠世具线性时标的相对海平面变化定量曲线。