非线性理论及其在地学上的若干应用

介绍了非线性理论所涉及的一些基本概念,如自组织理论、混沌理论、协同学、耗散结构和分形.深入理解这些概念,表明它们之间存在着极为复杂和密切的关系.它们在从无序向有序和由有序向无序转化这一研究主题中有共同任务.而地学中的许多事物都是非线性和不规则的,用非线性理论解决地学问题已经取得了一些成果,但基本上处于探索阶段.     

应用复杂性-非线性理论开展成矿预测——奇异性理论-广义自相似性-分形谱系多重分形理论与应用

本文应用 “奇异性-广义自相似性-分形谱系”为核心的多重分形现代成矿预测理论与模型开展了云南兰坪、个旧等地区的成矿过程模拟与矿产资源定量评价。文中介绍了作为非线性、复杂性理论的重要领域之一的多重分形理论如何应用与矿产资源定量评价中，所涉及的“奇异性-广义自相似性-分形谱系”等概念和相关的模型能够合理地描述成矿系统、成矿过程、成矿富集规律、矿产资源时空分布，还提供了定量模拟和识别成矿异常（地质、地球物理、地球化学、遥感异常）的有效模型和实用方法。将多重分形原理与成矿过程、矿产资源分布规律、矿产资源信息获取研究相结合，可形成具有良好应用前景的现代成矿预测理论与模型。采用该多重分形矿产资源预测理论和在此基础上所开发的专用地学非线性空间信息GeoDAS GIS技术，对国内外多个金属成矿区带进行了矿产资源勘查与评价,均取得了较理想的预测效果。文中将以该理论方法在云南省多个地区开展矿产品定量预测的实例来说明该理论体系和方法技术的有效性和可行性。     

扇形沉积体生长过程的动力学机制及分形模拟

扇形沉积体是我国内陆及近海中、新生代含油气盆地的重要油气聚集体, 如何定量地表征沉积体的分布状况及内部结构参数的空间变化规律, 对指导油气勘探具有重要意义.扇形沉积体的生长过程是一个复杂的非线性动力学过程, 通过对其生长的沉积动力学、混沌动力学和分形动力学机制的分析, 认识到扇形沉积体的生长具有分形特征, 决口过程是造成其外部形态复杂多变的重要原因; 分形几何学理论在沉积体定量建模和模拟方面具有较好的应用前景.采用分形-地质统计学相结合的方法, 对扇形沉积体的外部形态和内部结构特征实施了计算机模拟, 并对模拟结果进行了讨论.      

地震学中非线性预测方法的初步研究

介绍了近年来地震预测学中非线性理论和非线性方法的研究趋势和最新研究进展。在非线性数学模型的研究中，较为成功地将非线性门限模型，指数模型、具有长程关联自回归模型等应用于地震的中期预测上，在分形研究上，明确地取代了以往的一些经验结果，使对地震的活动的经验统计关系上升到分形的理论，在研究地震的动力学机制中，以多滑块－弹簧模型为代表，模拟地壳上地震断层运动机制和事实，建立了粘滑摩擦情况下的参数动力学方程。     

非线性成矿预测理论:多重分形奇异性-广义自相似性-分形谱系模型与方法

介绍了“奇异性-广义自相似性-分形谱系”(“3S”: Singularity-generalized self-Similarity-fractal Spectrum)为核心的多重分形现代成矿预测理论与模型(Multifractal Mineralization Prediction Theory and Models)的基本内容和前沿研究方向.讨论了作为非线性、复杂性理论的重要领域之一, 多重分形理论所提供的“奇异性-广义自相似性-分形谱系”等概念和相关的模型.这些新概念和模型不仅能够合理地描述成矿系统、成矿过程、成矿富集规律、矿产资源时空分布, 还提供了定量模拟和识别成矿异常(地质、地球物理、地球化学、遥感异常)的有效模型和实用方法.将多重分形原理与成矿过程、矿产资源分布规律、矿产资源信息获取研究相结合, 可形成具有良好应用前景的现代成矿预测理论与模型.采用该多重分形矿产资源预测理论和在此基础上所开发的专用地学非线性空间信息GeoDASGIS技术, 对国内外多个金属成矿区带进行了矿产资源勘查与评价, 均取得了较理想的预测效果, 表明对开展矿产资源勘查和评价是有效和可行的.      

扇形沉积体生长的分形几何特征分析

扇形沉积体是我国内陆及沿海地区中、新生代含油气盆地中的重要油气勘探目标,对其平面分布形态和内部结构参数特征的定量表征是油气勘探部门极为关注的问题。随着分形几何理论在沉积学领域应用的日趋广泛,使人们可从新的角度来考虑这一问题的解决方法。扇形沉积体的生长是一个复杂的非线性动力学过程,且具有分形特征。分维数的大小反映了沉积体外部形态和内部结构的复杂程度,分维数的变化幅度预示着构造和沉积背景的某些信息。将分形和混沌理论相结合,也许是实施扇形沉积体非线性动力学建模和模拟的重要途经之一。     

基于信息分维对地裂缝灾害成因的研究

本文结合研究实例介绍了分形理论在研究地裂缝灾害成因中的应用.主要突出了(1)运用分形方法研究地学对象成因机制的原理和一般过程;(2)研究对象与影响因素之间的分形(或自相似)关系未必一定是几何相似关系,许多情况下可以是信息自相似或功能自相似关系.理解这一点,可以大大促进分形理论在地学中应用的广度和深度.     

矿井开采中的非线性动力学特性

采用现代非线性科学中的分叉、混沌、分形和自组织理论,对矿井开采过程中的典型动力学现象进行了研究,分析了这些现象的非线性机制,指出了矿井开采系统中的非线性动力学行为,对矿井灾害的防治和指导矿井采掘活动具有积极意义。     

地学模拟相关技术的研究与进展

地学模拟技术的一个发展方向是与地学过程分析密切结合,另一个发展方向是与数据可视化技术相结合。前者试图通过使用各种数学方法模拟地学随机现象,并对这些不良结构化或半结构化的地学问题进行定量化描述;后者运用计算机的三维可视化功能,在三维环境下将空间信息管理、地学解译、空间分析、地学统计与预测、三维图形可视化等技术相结合,实现计算可视化、分析可视化、过程可视化、结果可视化和决策可视化,并用于地学分析。回顾了地学中计算机三维地学建模技术、地质统计学和地学非线性现象模拟方法,并对该领域的发展进行了展望,认为加强地学模拟的理论体系、方法体系、技术体系的研究和实践既有着重要的理论意义,又有着重要的现实意义。     

分形（Fractal）理论及在地学中的应用简介

本文介绍了分形及分维的一些基本概念.对分形理论在构造地质、石油地质、矿产地质、准晶态研究等方面的应用作了简单介绍,显示出分形理论在地学中有广阔的应用前景.     

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。     

流域地貌的分形研究

非线性科学中的分形理论已广泛应用于各个学科。在地貌学研究中,数学—物理方法首先被引入到流域地貌的形成、演化的研究中。分形理论的运用则突破了传统方法的局限,开辟了一条新思路。尽管其运用在流域地貌中才刚刚开始,但人们已感觉到它强大的生命力。本文分析了流域地貌的分形特征,着重介绍了目前国内外已建的各种模型及其最新进展。     

分形概念及其在构造地质研究中的应用

分形理论是现代非线性科学中的一个重要的分支,是科学研究中一种重要的数学工具和手段。分维值可以定量描述断裂分布的复杂性,它是断层数量、规模、发育程度、组合方式的综合体现,分维值越高,则构造越复杂,对煤矿生产的影响越大。简述了分形基本概念和常用分形维数的几种计算方法,通过实例重点介绍了分形理论在油气构造和矿井地质构造研究领域中的应用状况。     

松花江流域地表水系分形维及其影响因素分析

应用分形理论,以DEM数据为基础数据,给出了以ArcGIS 9.2为研究平台的分形雏数计算方法,并将该方法应用于松花江流域地表水系的研究.结果表明松花江流域地表水系均处于发育的壮年期,针对分形雏数影响因素的复杂性,探讨了松花江流域地表水系分形维数的影响因素,认为地貌、土壤、植被和降水量是分形维数的主要影响因素,且部分地区降水量的影响作用被地形作用所屏蔽,并讨论了线性拟合过程中无标度区间数据选择问题,认为选在栅格尺寸大小水平即可得到较好的结果.     

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.     

基于分形理论的遥感蚀变信息和构造分析研究：以黑龙江多宝山地区为例

矿化蚀变信息提取和构造解译对于成矿预测具有重要意义,分形理论在遥感地质领域可用于揭示隐藏于复杂地形地物信息的精细结构,为遥感矿化蚀变信息提取和解译地质构造的定量分析提供理论基础和新方法。利用Landsat-8 OLI影像与相关的地质资料,基于分形理论研究黑龙江多宝山地区的蚀变信息与构造分形特征。采用“去干扰+波段比值+主成分分析+分形阈值分割”方法对蚀变异常信息进行提取,利用分形理论的盒维数法分别得到线性构造与蚀变信息分维等值线图,分析其空间展布及分形特征;并将构造和蚀变信息叠加与构造、蚀变分维高值区进行对比,同时与成矿地质背景进行比较。结果表明,遥感蚀变分维高值区与蚀变信息密集区一致,构造分形结果与成矿构造空间展布情况一致,叠加信息兼并了两者的优势信息,排除干扰缩小勘查范围,更为有效地突出了成矿有利部位。本文研究尝试了遥感蚀变异常与构造信息叠加的分形特征分析方法,不但可增加遥感信息利用度与精准性,同时分析结果反映其与实际成矿地质背景和勘查成果更加符合,可作为遥感信息综合找矿预测的一种新理论和新方法,也为研究区下一步勘查工作提供理论依据和找矿方向。     

岩溶形态系统的分形特征及其机理探讨

运用分形理论，系统研究了构成岩溶形态系统的岩溶地貌、水文网和洞穴系统的分形特征，并计算了分维值，以鄂西岩溶区的地貌小区为例，建立了地表峰体的分维与控制岩溶系统发育的岩性，外源水等因素的联系，揭示了分维的岩溶学含义，进而从岩溶系统介质场结构及岩溶作用过程的非线性动力特征分析探讨了岩溶形态系统的分形机理。     

分形校正理论在减弱物探数据体积效应中的应用

野外物探工作采集得到的数据,是一定范围内地质体引起的地球物理场的综合反映。基于非线性科学的分形理论,建立测度与尺度之间的指数关系,构建分维数矩阵,达到对数据进行分形校正的目的。通过实例分析,阐述了覆盖区间的宽度对于分维数计算结果的影响及边界效应的变化规律。实测数据经分形校正处理后,可以最大程度地消除地球物理场中体积效应的影响,还原单个测点的真实值,即该测点下地质体所引起的地球物理场值,为分形校正方法的应用提供了理论支撑和案例参考。     

构造断裂的分形分析

本文介绍了分形理论在构造断裂问题研究中的应用及构造问题中分形维数的计算方法与测试方法,并对当前这一研究工作中的一些问题进行了评论。     

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