中国断层系分维及其灰色预测研究

应用分形理论和灰色系统理论方法,对中国断层系分维及其灰色预测问题进行了探讨。首先,计算并分析了中国断层系分维及其空间变化特征;其次,在计算中国大陆和南岭地区不同地质历史时期断层系分维、揭示断层系具有的跨尺度分形特征的基础上,对分维变化进行了灰色预测,其结果表明：分形理论与灰色理论结合是研究断层系时空间特征的有力工具,中国大陆下一期断层系分维预测值为1.5995,预示中国大陆下一期断层系空间结构的复杂程度将有所增加。     

中国大陆山系、断层系的分形分维探讨

本文以中国为例运用分形理论对山系、断层系及其关系进行了相关研究,不仅判定了山系、断层系的分形性质,探讨了二者分维的地学意义,而且根据分数维的相关性,深入进行了二者关系的探讨,并从一个新的角度探讨了断层系的形成机制。     

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。     

朱仙庄矿断裂分形研究及其对瓦斯赋存的控制

在系统分析断裂构造的基础上,应用分形理论与方法,采用盆维数法对朱仙庄煤矿断裂网络进行复杂程度评价。评价结果表明:矿井断裂构造总体偏于复杂,分维值大于1.2的复杂单元约占总数的66.7%,研究区东南部和中偏北部构造偏于简单。通过对分维值与断裂构造的对比研究,认为分维值是评价朱仙庄矿断裂网络复杂程度较为可靠的指标,8煤层瓦斯含量以F10断裂为界呈现北低南高的趋势,与分维值耦合较好,表明分维值可作为矿井瓦斯突出预测的指标之一。     

中国水系的盒维数及其关系

应用分形理论,系统地探讨了整个中国水系及其各组成流域水系的分形结构特征。通过研究,得出主要结论如下:(1)整个中国水系及其各组成流域水系的分形结构特征是客观存在的;(2)应用网格法系统地计算出了中国各流域水系的盒维数值:整个中国水系的盒维数值为1.4189,中国外流区水系的盒维数值为1.4305;(3)中国平原地区水系的盒维数值一般较大;(4)整个中国水系盒维数值与组成它的各个层次流域水系的盒维数值的平均值并不相等,一般而言,不同层次流域水系盒维数值的平均值小于整个水系盒维数值。     

Random fractal characters and length uncertainty of the continental coastline of China

A coastline is a random fractal object in a geographical system whose length is uncertain. To determine the coastline length of a country or a region, the scaling region and fractal dimension of the coastline is first calculated, and then, the length of the coastline is measured using the scale at the lower limit or near the limit of the scaling region. For this study, the scaling region of the continental coastline of China is determined. The box-counting dimension was calculated with ArcGIS software using 33 scales and a map scale of 1:500,000, and the divider dimension calculated by a C language program. Moreover, the reliability of the Chinese coastline length value, which is widely used currently, is discussed in this paper. The results show that the scaling region of the continental coastline of China is from 0.1 to 400 km. In the scaling region, the box-counting dimension and the divider dimension of the coastline are 1.2004 and 1.0929, respectively. According to fractal theory, the divider dimension more accurately represents the irregularity of a coastline. The length of the continental coastline of China is approximately 21,900 km when the measurement scale is 0.1 km; however, the length is 18,214 km when the scale is 0.25 km, and this value approaches the continental length of China (18,400 km) in popular use today. Although the coastline length is shorter than 21,900 km, the length is acceptable because the measurement scale (0.25 km) is close to the lower limit of the scaling region.     

岩石圈板块的分形及其降维演化

根据分形理论和各板块的面积以及现代大陆各地块面积资料 ,分别进行了全球岩石圈板块和全球大陆地块自相似性特征尺度与频度关系的研究讨论。结果表明 ,现代全球岩石圈板块在特征线度r =30 0～ 180 0km的无标度空间范围内具有分形分布特征 ,其分维数D =0 72 ;现代全球大陆地块在特征线度r =30 0～ 150 0km的无标度空间范围内具有分形分布特征 ,其分维数D =1 16 ,比现代全球板块 0 72的分形值高出 6 1%。进一步讨论认为 :传统的“板块构造动力”应区分为岩石圈破裂形成板块动力的“板块构造动力Ⅰ”和板块水平运动驱动力的“板块构造动力Ⅱ”两个方面 ;全球板块总数为 18个左右、最小板块面积在 3× 10 5 km2 左右的板块分布 ,可能与板块的形成、演化有密切关系 ;原始岩石圈板块的分形分布 ,在地球构造演化过程中有一个降维演化趋势 ,其降维演化的速率约为 4 34× 10 -10 a-1;根据分维数反映分形客体复杂与不规则程度的物理意义 ,岩石圈破碎地块的降维演化意味着岩石圈地块的破碎状况及其分布 ,具有在总体上随时间演化而逐渐向简单、规则方向演化的趋势 ;原始岩石圈的破裂以及岩石圈破碎地块从古老大陆地块向现代板块的降维演化可能源于地球的膨胀 ,膨胀使各岩石圈块体面积以及地球总面积共同增长并从     

Correlation Fractal and Multifractal Characteristics of Seismic Activity in the Taiwan Area, China

Based on the analysis of newly collected data of plate tectonics, distribution of active faults and crustal deformation, the Taiwan area is divided into two seismic regions and six seismic belts. Then, correlation fractal dimensions of all the regions and belts are calculated, and the fractal characteristics of hypocenteral distribution can be quantitatively analyzed. Finally, multifractal dimensions Dq and f(α) are calculated by using the earthquake catalog of the past 11 years in the Taiwan area. This study indicates that (1) there exists a favorable corresponding relationship between spatial images of seismic activity described with correlation fractal dimension analysis and tectonic settings; (2) the temporal structure of earthquakes is not single but multifractal fractal, and the pattern of Dq variation with time is a good indicator for predicting strong earthquake events.     

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。     

Fractal analysis of the Oyo River, cave systems, and topography of the Gunungsewu karst area, central Java, Indonesia

Gunungsewu, the southernmost subzone of the Southern Mountains, central Java, is a classic karst terrain, bounded by the Oyo River on the north and the Indian Ocean on the south. In this study, the Oyo River, the main drainage in the area, is divided into 14 segments, and the fractal dimension of each segment is determined by the box-counting method. The 14 segments show various values of fractal dimensions, which are controlled by lithology and geologic structures of the area that is being dissected by the river. Easily eroded lithologies have larger fractal dimensions, and the value changes abruptly when the river crosses faults. Fractal dimensions of six underground rivers in the Bribin, Sodong, Semuluh, Jomblang, Soga, and Sumurup caves, and the surface topography above the caves were also determined. The caves have fractal dimensions that range from 1.043 ±0.01 to 1.08±0.01; the surface topography has fractal dimensions that range from 1.49±0.01 to 1.732±0.01. The fractal dimension of an underground river is proportional to the fractal dimension of the surface topography over the passage. Larger fractal dimensions of underground rivers are associated with smaller flow rates of the rivers. Received, June 1998Revised, March 1999, August 1999, February 2000Accepted, February 2000     

南海东部69柱粒度分维指标与气候代用指标的分形比较及其意义

南海69柱粒度数据分析表明,晚更新世以来,粒度在0.2~11μm的标度范围内具有分形特征,粒度分维值DS为1.72~2.02,平均1.84;不同时期粒度分维值明显不同,氧同位素1期(冰后期)为1.88,氧同位素2期(冰期)为1.81,温暖的冰后期粒度分维值高且变化幅度大,寒冷的冰期粒度分维值低且变化幅度小,表明粒度分维值DS对沉积物的形成环境演化具有良好的指示意义。运用R/S分析法,对69柱沉积物的粒度分维值DS、UK37法估算的表层海水古温度、浮游有孔虫的δ18O、δ13C及其转换函数计算的冬季表层海水古温度、夏季表层海水古温度、季节性温差、沉积物SiO₂、CaCO₃含量9项指标进行尺度重整分析计算,得到其时间序列分维值D_H分别为1.2855、1.1712、1.2659、1.4244、1.2719、1.2214、1.2979、1.1366、1.1609。虽然这些气候指标是用不同物理单位测量的,但运用分形分析可以对它们进行数学比较,粒度分维值DS与季节性温差二者的时间序列分维值D_H最接近,从分形理论方面进一步证实粒度分维值D_S的变化主要反映气候的冷暖变化。综合粒度分维值DS及其他气候代用指标分析,识别出南海东部全新世以来的4次突发事件。     

季节冻土区路基土粒度成分的分形特征

以长春-四平一级公路、长春-松原一级公路及长春北某公路3处路基土样为研究对象,通过大量的室内试验数据,结合分形理论,讨论路基土粒度成分的分形结构,计算分形维数,并将分维数作为描述土粒度成分的指标,探讨其与土体冻胀的形式、冻胀量大小的关系。研究表明：分维数较大时易形成分凝冻胀,冻胀量较大;分维数较小时易形成原位冻胀,冻胀量较小。分维数与土的物理力学性质的回归关系表明,分维在一定程度上表征土的工程地质特征。     

海南岛西北部海岸线时空变化分析

基于遥感与GIS技术,利用高空间分辨率遥感卫星SPOT-5和GF-2影像数据,对海南岛西北部地区海口市南渡江—东方市2005年和2016年2个时期的海岸线进行人机交互解译,并对其10 a来的时空变化特征进行了分析。结果表明: 10 a间,海南岛西北部海岸线时空变化显著,主要影响因素为人工开发建设; 人工海岸线增幅达到113%,其占比由2005年的24.3%上升至2016年的51.6%; 除部分淤泥质海岸线和砂质海岸线转化为人工海岸线外,自然海岸线以侵蚀为主,局部地区有少量淤积。不同地区海岸线变化特点不同: 儋州市和澄迈县海岸线资源丰富,开发力度较大; 临高县和昌江黎族自治县自然海岸线以侵蚀为主,淤积少; 东方市和澄迈县海岸线侵蚀较少,较易淤积。分析结果可为海南岛西北部海岸线调查、开发和保护提供一定的科学依据。     

某花岗岩型铀矿田断裂构造的分形特征

基于分形理论,提出了一种快速测量多区断裂分维值的方法,并获得了研究区断裂分维值的平面等值图。研究结果表明,断裂分维值的大小较好地反映了断裂构造复杂程度的高低,它们之间存在着正相关关系。研究区花岗岩型铀矿田内约有86%的铀矿床位于断裂分维值D偏高(D>1.18)的区域内,表明断裂分维值越大,越有利于花岗岩型铀矿成矿,为建立该区花岗岩型铀矿新的预测标志提供了参考依据。     

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)。     

中国旱灾分维及其灾情演变趋势研究

根据分形理论,首先分析了中国旱灾中的分形结构,然后运用常规统计方法分析了中国旱灾灾情的趋势,在此基础上探讨了对我国实施可持续发展战略的有益启示。     

下庄矿田控矿断裂的分形特征

运用分形理论对下庄矿田控矿断裂的空间分布特征研究的结果表明,控矿断裂的空间分布具有自相似性特征,分形理论可以定量地描述控矿断裂的分布规律.应用盒计维数法计算了控矿断裂空间分布的分数维值,并对不同成矿构造区的分数维特征进行了比较,探讨了分数维值的物理意义.实际资料计算结果显示,网格数目与尺度有很好的相关性,其相关系数均达0.99以上.     

活动断裂的分形结构特征

依据分形理论分析了活动断裂带几断裂系，水系及断层泥粒度分布的分形结构特征，指出断裂系及水系分维值的大小体现了活动断裂的结构复杂程度和构造活动性特征，探讨论了断层泥分维值同断层运动特征与基物理力学性质的关系，分维是定量研究活动断裂的一种度量指标。     

杭州西湖区域断裂分形研究及其对岩溶塌陷分布的影响

以分形理论为基础,采用网格覆盖法,研究了杭州市西湖区的断裂分形特征,并对该区的岩溶塌陷易发程度进行了 分析。首先,简要介绍了研究区地质背景及断裂分数维的计算和分析方法,并计算出西湖周边区域断裂分布的总体分数维 及北东向、北西向的分数维,表明本区断裂分数维能很好的反映断裂分布的空间特征;其次,结合研究区的岩溶塌陷分布, 讨论了断裂分数维和岩溶塌陷之间的关系,表明北东向和北西向断裂分布在空间上互补;且岩溶塌陷分布情况和断裂分数 维呈正相关关系;最后,以定量的形式分析了该区断裂对岩溶塌陷分布的控制,对当地工程建设有一定的指导意义。     

一种新的粒度指标:沉积物粒度分维值及其环境意义

根据分形理论，对1000个不同类型沉积物样品的粒度分形结构及其分维值作了定量计算。结果表明：各类型沉积物都具有良好的统计自相似性，并且各自有着不同的分维值。粒度分维值的大小与分选好坏密切相关。没有经过外力搬运与分选的风化破碎物质(碎屑物)——断层泥、冻土的粒度分维值接近于碎形体的分维值2．60左右；经过外力搬运但分选作用较弱的冰碛物、水石流、泥石流堆积物的粒度分维值也接近2．60；而经过强烈外力分选作用的河床、湖泊沉积物、潮滩及海底沉积物的分维值明显偏小。鉴于此，本认为分维值可以作为沉积物类型判别的重要参数之一。