Study on the fractal character of magnetic anomaly fields and the delineation of tectonic elements in the South China Sea

INTRODUCTION~hon0ffornjcelmtSwnthebasisofthestudyonthecrustaldefonnationanddeVel0prnent,thedistributionofndnereIs,andthendnerogeneticlawr.ThegeornagneticfieklisthecomP0siterefledionoftheformati0nanddefortnationofthecrust.Sornagnct-icsLLrVeydatacomPriseirnPortantbasisfordelincatingthearchiteCtonicelements,dCtendningtheirboundarylines,andanalopngthesanndarystrudriineachelernent,whicharetthernaintasks0fgoophySicalworkers.Thegoornagneticdelineati0nofanareahadforlongbodonequalitativeybyobs…     

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INFLUENCE OF SERIES OF SQUARE GRIDS ON FRACTAL DIMENSIONS—A Case Study of Mountains of China＇s Mainland

MANDELBROT enunciated the uncertainty of the length of a coastline in his paper “How long is the coastline of Britain?” published in Science in 1967. The fractal concept was presented for the first time in that paper and has been applied to many fields ever since. Although fractal dimensions of lots of phenomena were calculated by the box-counting method, the quantitative influence of series of square grids on them is ignored. The issue is systematically discussed as a case study of the mountains of China‘s Mainland in this paper. And some significant conclusions are drawn as follows: 1) Although the fractal character objectively exists in the mountains of China‘s Mainland, and it does not vary with the changes of series of square grids, the fractal dimensions of the mountains of China‘s Mainland are different with these changes. 2) The fractal dimensions of the mountains of China‘s Mainlandvary with the average lengths of sides of series of square grids. The fractal dimension of the mountains of China‘s Mainland is the function of the average length of side of square grid. They conform to the formula D=f(r) (where D is the fractal dimension, and r is the average length of side of square grid). 3) Different dots of data collection can affect the fractal dimension of the mountains of China‘s Mainland. 4) The same range of length of side of square grid and dots of data collection can ensure the comparison of fractal dimensions of the mountains of China‘ s Mainland. The research is helpful to get the more understanding of fractal and fractal dimension, and ensure that the fractal studies would be scientific.     

地学现象的分维与标度关系——以中国大陆山系为例

分形理论产生以后,已经在许多领域里取得了较为广泛的应用,但是在分形维数的计算方面仍存在一定的问题,最根本的问题之一是大量相关研究往往忽略了标度问题的影响,而将计算出的分维结果随意比较。本文则是以中国大陆山系为例,对地学现象的分维与标度的关系进行了研究,得出:(1)中国大陆山系的分形性质是客观存在的,其分形性质是不以测算标度而出现变化的,是始终存在的;(2)虽然在不同的测算标度下,中国大陆山系的分形性质始终是客观存在的,但是随着测算标度范围的变化,中国大陆山系的分维也会相应地出现一定的变化,即中国大陆山系客观存在的分形性质是绝对的,而分维则是一个相对的值,是随着测算标度而出现变化的;(3)分维不仅随着测算标度的变化而出现一定的变化,而且,分维是测算平均标度的函数,即D=f(r)(式中:r为测算平均标度,D为分维)关系成立;(4)因为分维值会随着不同标度范围的变化而出现相应的变化,所以,如果要进行分维之间的比较,则应选择相同的标度范围和标度值点。     

A new index of quantitative study on the drainage geomorphy system

Ｆｒｏｍｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｅｎｉｎｅｔｅｅｎｔｈｃｅｎｔｕｒｙｔｏｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｏｆｔｈｅｔｗｅｎｔｉｅｔｈｃｅｎｔｕｒｙ,Ｄａｖｉｓ（１８９９）ｐｒｏｖｉｄｅｄｅｒｏｓｉｏｎａｌｃｉｒｃｕｌａｒｔｈｅｏｒｙ,ｔｏｏｋｇｅｏｍｏｒｐｈｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｔｅｃｔｏｎｉｃｆｏｒｃｅｓａｎｄｔｉｍｅ,ｄｉｖｉｄｅｄｇｅｏｍｏｒｐｈｉｃｇｒｏｗｔｈｉｎｔｏｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｓ：ｙｏｕｎｇ,ｍｉｄｄｌｅａｇｅｄａｎｄｏｌｄ,ａｎｄｔｈｅｎｒａ…     

基于DEM的流域水系分维计算与结果分析

利用ArcGIS8.3和ArcVIEW3.2中的水文分析模块,根据不同最小河流长度,提取晋江流域河网信息,采用传统的网格法计算提取的不同河网的分维,研究以最小河流长度所提取的不同河网密度与分维的关系,确定晋江流域分维,分析流域地貌的演变。     

四川盆地长宁构造地区龙马溪组页岩孔隙结构及其分形特征

以四川盆地长宁构造地区古生界下志留统龙马溪组页岩为例,利用低压氮气吸附测试手段和分形法理论,分析了页岩的孔隙结构参数及分形维数,结合有机质含量和矿物组成分析,研究了页岩孔隙结构特征及其分形特征的影响因素。结果表明:龙马溪组页岩孔隙结构复杂,孔隙主要以两端开口的圆筒状孔、墨水瓶状孔等开放性孔为主,孔径主要在1~10nm之间,孔径主峰位于1.86nm附近;页岩平均孔径在1.807~4.343nm之间,与w(TOC)、石英含量呈负相关,与黏土矿物含量呈正相关,其中w(TOC)对其影响显著;页岩总孔容在0.010 76~0.025 04cm3/g之间,比表面积在5.416~25.958m2/g之间,页岩总孔容、比表面积与w(TOC)、石英含量呈正相关,与黏土矿物、碳酸盐含量呈负相关;页岩具有双重分形特征,大孔隙分形维数D₁为2.091 8~2.653 7,小孔隙分形维数D₂为2.724 8~2.857 5,说明大孔隙结构的复杂程度大于小孔隙;页岩孔隙的分形维数与比表面积和总孔容呈正相关,而与平均孔径呈负相关;与w(TOC)、石英含量呈正相关,与黏土矿物、碳酸盐含量呈负相关,其中w(TOC)、石英和黏土矿物含量对页岩孔隙结构复杂性影响较大。      

一种新的成矿预测方法—构造分形异常法─—以芙蓉山地区为例

通过对LandsatE5TM数据的线性信息解译和分形统计学的方法,研究了浙江省芙蓉山地区断裂构造的空间分布特征,并通过构造分组数D值表征断裂构造的空间分布强度来指示矿化的空间分布,在该地区火山岩的找金工作中取得了一定的进展。这种将TM数据解译与分形统计学结合的构造分形异常法应用方便、简捷,若进一步将其与物化探异常相结合,效果可能会更好。     

基于DEM的岷江上游流域构造活动强度分析

目前,利用DEM衍生的地貌参数对大面积区域构造活动进行量化分析的研究相对较少。本文以岷江上游流域为例,利用ASTER GDEM数据和GIS技术,提取了该流域面积高程积分值（HI）、河长坡降指数（SL ）、流域盆地不对称度（AF）、盆地形状指数（BS）、谷底宽度与谷肩高度比（VF）和水系分维数（FD）6种地貌参数,对其进行了等级划分,并量化了研究区相对构造活动强度（IAT）。结果显示：岷江上游流域有较高的SL、AF、BS值,较低的VF及FD值,中等HI值,其IAT值为1.33,分类等级为1级,表明该流域侵蚀程度强烈, 流域形态狭长, 河谷呈V型形态,受构造活动影响显著,地貌发育处于幼年期晚期,中年期早期。研究结果与区域地质背景较为吻合,该方法可为进一步探讨区域构造活动差异性提供新的手段。     

城市生长与形态双维分形模型改进及应用

分形方法是测度城市生长与形态演化的重要方法,然而其标度区范围的自然识别依然存在瓶颈。本文采用二阶导数识别半径法标度区界线,结合经典计盒法模型提出改进的双维分形标度律测算方法,以郑州市为案例区验证模型的精度与效度,综合解析郑州城市空间形态结构的生长演变特征。结果显示:① 利用二阶导数自动识别半径法标度区界线可显著提升分形模型拟合效果,拟合精度R²由0.920提升至0.996以上;② 郑州城市空间结构存有双标度现象,城市生长扩张并非标准环形波状推进,半径法模型仅在“城市中心边缘—建成区内侧”的环状范围拟合有效,城市结构可能存有自仿射生长或随机多分形特征;③ 1982—2020年郑州城市形态演化为明显的中心蔓延模式,职能用地的空间配置整体均匀程度偏高,功能分异程度较低,存有城市景观较紊乱,系统效率不高的隐患。本研究对半径法分形模型中拟合精度难以提升的应用瓶颈作出了突破性尝试,为城市生长模拟与城市空间结构演变分析提供了一种新方法,丰富了城市分形研究。     

Relationship between changes of river-lake networks and water levels in typical regions of Taihu Lake Basin, China

The typical regions of the Taihu Lake Basin,China,were selected to analyze the variation characteristics of river-lake networks under intensive human activities.The characteristics of the fractal dimension of river networks and lakes for different periods were investigated and the influences of river system evolution on water level changes were further explored through the comparison of their fractal characters.The results are as follows:1) River network development of the study area is becoming more monotonous and more simple;the number of lakes is reducing significantly,and the water surface ratio has dropped significantly since the 1980s.2) The box dimension of the river networks in all the cities of the study area decreased slowly from the 1960s to the 1980s,while the decrease was significant from the 1980s to the 2000s.The variations of lake correlation dimension are similar to those of the river network box dimensions.This is unfavorable for the storage capacity of the river networks and lakes.3) The Hurst exponents of water levels were all between 0.5 and 1.0 from the 1960s to the 1980s,while decreased in the 2000s,indicating the decline in persistence and increase in the complexity of water level series.The paper draws a conclusion that the relationship between the fractal dimension of river-lake networks and the Hurst exponents of the water level series can reveal the impacts of river system changes on flood disasters to some extent:the disappearance of river networks and lakes will increase the possibility of flood occurrence.     

河套平原地下水中砷的空间变异特征及影响因素分析

河套平原是我国地方性砷中毒最为严重的地区之一。基于河套平原浅层地下水的砷含量数据，利用地统计学中半变异函数分析法，对地下水砷含量的空间分布及其异质性特征进行了分析，并探讨其空间变异性的影响因素。结果显示，河套平原地下水砷含量整体上呈由南向北递增的趋势，在假设各向同性条件下，砷含量残差项的空间分布符合纯块金效应模型，在所测尺度上（2~4 km）为随机分布，不存在空间自相关性，短距离内变异较大；地下水砷含量的分维数较大（D=1.999），进一步说明该尺度上变异显著。地下水砷含量与沉积物中有机质关系密切。晚第四纪以来，河套平原北部山区的新构造运动和盆地沉积环境变迁形成多种成因、形态复杂的沉积相，导致有机质埋藏条件的高度空间变异性，进而导致地下水砷含量的高度空间变异。河套平原缓慢的地下水径流条件有利于砷元素空间变异性的维持。河套地区地下水砷的空间异质性研究，对有效预测未知地区饮水型砷暴露潜在风险、精准防控地方病和保障供水安全具有重要的科学意义。      

广东省公路交通网络分形空间特征研究

基于分形理论,以GIS技术为支撑,利用回转半径法测算了广东省全域及其所辖21个地级市公路交通网络半径维数D_L、分枝维数D_b和对应相关系数R²。依据广东省公路交通网络的特点,将其辖区分为四个子区域:珠三角、东部沿海、西部沿海和粤北地区,分析其半径维数和分枝维数的空间分布特征。研究表明,珠三角地区为广东省公路交通网络密度最大、结构最复杂、功能最完善、连通性最优的区域;以珠三角为中心,广东省公路交通网络分形半径维数和分枝维数随距离增大而衰减,沿海衰减程度微弱,粤北衰减程度较大。结果显示,半径维数和分枝维数结合能够更为合理系统地分析交通网络分形特征的时空差异特性。     

遥感与GIS的青海湖岸线分维研究

讨论了TM图像以及分形几何学对青海湖岸线问题的求解算法,同时估算了不同像元尺度下,青海湖的岸线长度得出青海湖岸线的分形维数为1.0237,并探讨了其地学意义,研究表明,分形维数不仅是一种可行的表达岸线特征的方法,而且岸线分维数的计算可大大减少工作量和提高工作效率,可见遥感与GIS技术在岸线分维数的计算中,具有十分良好的应用前景。     

利用高压压汞实验研究致密砂岩孔喉结构分形特征

微观孔喉结构是影响砂岩油藏特征的重要因素,但致密砂岩孔喉复杂,非均质性强,常规测试难以对其进行有效表征,需要利用分形理论对致密砂岩孔喉结构进行深入研究。以鄂尔多斯盆地姬塬地区长7段致密砂岩为研究对象,通过高压压汞和分形理论研究了致密砂岩孔喉结构和分形维数特征。讨论了分形曲线转折点与孔喉结构关系,并结合铸体薄片和扫描电镜,分析了孔喉分形特征形成原因。结果表明:致密砂岩分形曲线具有明显转折点。转折点为孔喉分布峰值,代表连通性好的大尺度孔喉向连通性差的小尺度孔喉的转换。致密砂岩小尺度孔喉分形维数平均值为2.24,大尺度孔喉半径分形维数平均值为4.65。大尺度孔喉非均质性明显强于小尺度孔喉。小尺度孔喉分形维数与孔喉结构相关性较好。致密砂岩小尺度孔喉主要为喉道和晶间孔,这部分孔喉连通性差,半径较小,受成岩作用影响微弱,因此分形维数小。致密砂岩大孔喉主要为剩余粒间孔和溶蚀孔隙,该类型孔喉半径较大,受成岩作用改造明显,因此分形维数大。      

Analyzing land use characteristics of rural settlements on the urban fringe of Liangjiang New Area,Chongqing, China

The objective of this paper is to analyze land use characteristics of rural settlements in urban fringe so as to provide references for optimizing the regional distribution of rural settlements, consolidating rural settlements, and coordinating urban-rural integrated development. The methods of spatial statistical analysis, buffer analysis, Ripley’s K function, kernel density analysis based on GIS (Geographic Information System) were used to analyze the characteristics of scale, spatial differentiation and spatial patterns of the rural settlements in Liangjiang New Area in Chongqing Municipality of China. The fractal dimension formula was also developed to reflect fractal feature of the rural settlements. The results show that, the scale of rural settlements in Liangjang New Area takes on distinct characteristics of spatial differentiation along with changes in elevation, gradient, location, geo-hazards distribution, and the like. The fractal characteristic of rural settlements has obvious regional variations subject to the 6 factors of location in the Liangjiang New Area. Overall, the worse the terrain conditions are, the larger the fractal dimension values become. The better the location conditions, the larger the fractal dimension values are. The spatial pattern in the township scale presents three kinds of distribution as being aggregated, uniform and random. In contract, the spatial pattern in the plaque scale displays a banding distribution from a general view with several aggregation zones centering on each town center. From the results, we can see that the characteristics of rural settlements in urban fringe are more complicated. For such kind of rural settlements in special regions, in the rural land consolidation more attention should be paid to improve the rural living environments and public services, as well as to promote the harmonious relationship between the urban and rural areas.     

低渗透碎屑岩储层孔隙结构分形维数计算方法——以川中地区须家河组储层41块岩样为例

为对比基于含水饱和度和汞饱和度2种方法计算低渗透碎屑岩储层孔隙结构分形维数的优劣性,分别采用2种方法对川中地区须家河组41块储集岩的毛细管压力曲线进行分形维数计算.结果表明:采用汞饱和度计算的孔隙结构分形维数与排驱压力、分选因数等表征储层孔隙结构的参数相关性较好.随着岩样分形维数增大,排驱压力增大、分选因数减小,相关性明显.采用含水饱和度计算的孔隙结构分形维数与排驱压力、分选因数等相关性较差.在条件许可时,可利用恒速压汞实验计算储集岩孔隙结构分形维数.     

用GPS资料研究华北地区形变场和构造应力场

利用华北地区地质构造、第四纪以来的活动断层、地形、地壳厚度、地壳及上地幔地震波速度结构等资料,构建了三维有限元框架模型,利用最新GPS观测结果作为边界约束条件,模拟计算了华北地区的形变场及构造应力场。结果表明,模型预测地表速度场和GPS观测结果比较一致。模拟结果中,大型NNE向断层如汾渭地堑断裂系呈右旋运动,NWW向断层如张家口渤海断裂带呈左旋运动,与野外地质考察结果一致。在地表以下10～20km处,模型预测应力场的主压应力方向为NNE、EW向,主张应力大约为主压应力2～8倍。模型中最大剪切应力场在山西、华北平原中部和东部沿海分别出现3条NNE向高梯度带,此梯度带与研究区域的主要地震活动带相对应。     

冻融循环作用下砂岩单轴压缩破坏断口特征分形研究

寒区岩石的力学特征往往受到冻融循环和荷载的共同影响,冻融岩石单轴压缩破坏断口蕴含着与冻融循环和荷载有关的损伤演化信息,冻融岩石单轴压缩破坏断口研究对冻融岩石断裂破坏机理分析有重要价值。为研究冻融岩石单轴压缩破坏断口形貌特征及其与宏观力学参数之间的关联性,通过摄影观测经历不同次数冻融循环的砂岩单轴压缩破坏断口形貌,采用像素点覆盖法计算断口分维值,探究了断口分维值与宏观力学参数之间的关系。结果表明:随着冻融次数的增加,冻融砂岩的力学性能劣化,单轴抗压强度、弹性模量、断口分维值、耗散能密度逐渐减小,峰值应变增大;单轴抗压强度、弹性模量、耗散能密度均与断口分维值之间存在指数关系,断口分维值越大,对应的单轴抗压强度、弹性模量、耗散能密度越大。冻融岩石单轴压缩破坏断口分维值可作为寒区岩体断裂破坏机理分析的有效参数。      

GPS连续观测站低频拟合残差序列空间分布的分形特征

在剔除粗差的基础上,以GPS连续站低频拟合残差时间序列在站心坐标系下的空间分布作为研究对象,运用分形理论中测度关系求分维方法求得全国27个连续站残差空间分布的分维及其无标度区间,并讨论了落入无标度区间的点占总点数的百分比情况|同时,利用相关系数及F检验方法对无标度区间内是否符合线性特征进行显著性检验。主要结果如下：1）除DXIN、QION和XIAA三个连续站残差序列无标度区内线性相关系数在0.99～0.995之间外,其他24个台站无标度区间内的线性相关系数都在0.995以上|27个连续站无标度区内线性回归F检验在α=0.005时全部拒绝不符合线性分布的零假设(H0:b=0),表明GPS残差序列在无标度区内符合分形特征,即具有较高的自相似性特征。2）除BJFS、LUZH和XIAM三个连续站无标度区间内的点数占各自总点数的40%左右外,其余24个台站无标度区间内的点数占各自总点数的50%甚至60%,说明残差序列中符合分形规律的点约占自身总点数的一半或以上,表明自然分形规律在残差序列中占有一定的权重。3）27个连续站在无标度区间内的分维值在1.71～1.97之间,即各台站分维值为非整数值且存在着差异性|另外,在构建涉及指数的GPS观测模型或噪声模型时,如果选取其分维值作为各自的模型指数,则有可能减少模型的系统误差。