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。     

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。     

地球科学问题的分形研究

分形是指具有自相似性或膨胀对称性的几何现象,即:局部与整体在形态、功能和信息等方面具有统计意义上的相似性。适当放大或缩小分形对象的几何尺寸,整个结构不改变,称为标度不变性。定量描述上述相似性的参数是“分维”(“分数维”)。分形和分维是研究无规则现象的数学理论和方法。由于地球科学中有规则的现象是特殊的、近似的,而无规则现象是普遍存在的,因而分数维在地球科学中有广阔的应用前景。 1.断层体系的分形研究一般认为断层体系具有最典型的分形结构。在研究图形的自形相似性时,应用“数盒子法”,其实质是:应用一个正方形的“盒”来覆盖被析对象的图形。当图形具有相似结构时,在盒边长L和覆盖时所需的盒个数N(L)之间存在着一定的关系式,即N(L)和LD之间存在着一定的定量关系,其中D为分维的数值。在实际应用时,将覆盖     

地质现象分形统计学研究的若干问题

摘 要 要发展分形理论在地质科学中的应用‚就必须加强对地质现象分形统计学的研究。 文中对地质现象分形统计学的概念、意义、内容、方法和一般步骤作一概略论述。同时‚对 分形概念的拓广、分维求法及意义、幂律问题、分数布朗运动、方位 分维估值法等问题也作 了初步的探讨。     

地质现象分形统计研究的某些进展和发展趋势

笔者系统总结了地质现象的分形统计研究中几方面的最新研究成果①矿石品位和储量的分形结构性及其分形模型的理论和实际意义;②分形在矿产资源定量预测与评价中的应用;③多重分形模型应用到空间数据和空间点的变化性研究,把分形与地质统计学结合在一起,得到一些有用的公式;④地质数据的分形插值与成图,指出"分数布朗场模型"可提高地质数据分形插值的精度;⑤分形结构因子等.最后对地质现象分形统计研究提出几点建议.     

空间模式的广义自相似性分析与矿产资源评价

尺度不变性(scale invariance)包括自相似性(各向同性)、自仿射性(成层结构)、广义自相似性(各向异性标度不变性),是由各种地质过程和地质事件所产生的地质特征和模式的本质属性．尺度不变性可用分形和多重分形模型来表征．这些尺度特征的定量化可为刻画地质空问模式和模式识别提供有力的工具．例如。热液矿床的群聚现象可以用局部分形特征(局部奇异性)来刻画．通过在特征空问中(如频率空问)识别空问模式的广义自相似性．可以将空间混合模式进行分解或异常的识别．介绍了几种相关的分形模型和方法。包括度量空问模式广义尺度独立性(GSI)的线性模型;基于广义尺度独立性的异常分解S—A方法;度量空问模式的局部奇异性方法;以及如何利用分形特征预测未发现矿床的2种方法．有些方法已应用于许多矿产资源评价实例中．给出了对加拿大Nova Scotia省西南部湖泊沉积物样品中的4种元素As、Pb、Zn和Cu的地球化学数据处理分析结果。证明了局部奇异性分析和S—A异常分解方法对地球化学异常的增强和分离的有效性．研究表明：由S—A方法分解的异常往往具有多重分形的特点,而且普遍具有局部奇异性．研究区内具有明显奇异性的地区(元素含量富集区)是金矿异常区域。它们与金矿成矿作用和已知矿床的赋存密切相关．     

小波分析在地质分形科学中的应用前景

近年来，小波分析在研究ＤＬＡ模型等分形现象中取得了很大进展，本文在概述小波分析在分开有研究中的应用原理的基础上，探讨了小波分析与地质分形科学间的关系，展望了小波分析在地质分形科学中的应用前景。     

工程地质研究的新方法——分形及分维

法国数学家B.B.Mandelbrot创立的“分形几何学”(fractal geometry)已广泛应用于众多领域。分形(Fractal)与分维(fractal dimension)是科学家们近十年的热门话题,无论在物理学、化学、生物学、生理学,还是在地球科学、冶金技术及材料科学等,均能见到分形理论的辉煌成果。分形是指具有自相似性的几何对象。所谓自相似性是指局部与整体在形态、功能和信息等方面具有统计意义上的相似性,适当地放大或缩小分形对象的几何尺寸,整个结构并不改变。研究分形的几何学称为分形几何学。定量描述分形的参数就是分维。     

基于分形理论的遥感蚀变异常提取和分级

分形理论研究自然界和社会活动中广泛存在的无序(无规则)而有自相似性的系统.在地球系统中,许多地学现象的空间展布具有分形结构.蚀变作为一种地质记录,其分布具有明显的不均匀性.同时蚀变也是一种异常,而分维与异常又往往具有一定的关系.利用分形理论的求和法(即像元亮度-面积模式)进行遥感蚀变异常的提取和分级较为有效,可以弥补传统的门限化方法和利用灰度直方图目视确定突变点方法的不足.     

基于分形理论的遥感蚀变异常提取和分级

分形理论研究自然界和社会活动中广泛存在的无序（无规则）而有自相似性的系统。在地球系统中,许多地学现象的空间展布具有分形结构。蚀变作为一种地质记录,其分布具有明显的不均匀性。同时蚀变也是一种异常,而分维与异常又往往具有一定的关系。利用分形理论的求和法（即像元亮度-面积模式）进行遥感蚀变异常的提取和分级较为有效,可以弥补传统的门限化方法和利用灰度直方图目视确定突变点方法的不足。     

地质现象的分形自组织

科学正面临“结束现实世界简单性信念”的阶段,探索复杂性正成为科学的共同目标。复杂性总是和系统自组织联系着,因此研究复杂性的科学总是从自组织现象起步,都必然要与自组织理论发生联系。在本世纪70年代,随着对非平衡态自组织现象的研究,相继诞生了耗散结构论、协同论和混沌理论,而几乎在同一时间,在数学领域诞生了分维几何学。这些理论促进了各学科的发展,也为探索地质现象的复杂性,将地学推向一个新的阶段创造了条件。本文将自组织理论与分维理论结合起来,以说明分形自组织是地质中的普遍现象,并进一步指出,我们正面临一种新的地质观建立的前夕。     

岩石结构分形维数与岩石压缩强度关系的探讨

运用分形几何学的理论和方法研究煤层顶板岩石的结构，发现岩石的粒度结构和孔隙结构均具有自相似性，粒度分形维数和孔隙分形维数与岩石压缩强度之间有良好的相关关系，故可以用岩石结构的分形维数定量表述岩石的压缩强度。     

基于分形模型的遥感灰度异常提取研究：以黑龙江多宝山地区铁染异常提取为例

分形的特征是标度不变性,即在一定的尺度范围内表现出统计的自相似性。在地质现象中,自相似性非常普遍,如：构造的形态、矿床的分布、岩石中元素的含量等。蚀变围岩在一定程度上反映或指示着矿床的分布,蚀变岩石与正常围岩在矿物组分、化学成分和岩石组合上都有所不同。在遥感图像上,上述蚀变特征表现为不同的色调和纹理等,即图像像元亮度的...     

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 .     

岩溶交代—充填型矿床铅锌品位分维及其地质意义

利用分形理论研究了江永岩溶交代－充填型矿床铅锌品位的分形结构特征，结果表明铅，锌品位分布具有自相似性，矿床成因类型与成矿构造类型分别是影响品位分维D值大小的主，次因素，分维D值在一定程度上为解决矿床地质问题提供了某些定量信息。     

苏锡常地区地裂缝分形的初步研究

利用分形理论对苏锡常地区地裂缝的空间分布特征进行了初步探讨,计算出该区地裂缝的分维值在0987～0996之间。分析认为,该区地裂缝在地质作用过程中自组织程度一致性较强,并具局部与整体的自相似性,这种自相似性,对研究该区地裂缝的进一步发展可能有一定的预测意义     

地质系统的复杂性——地质科学的基本问题（I）

笔者根据其所提出的“地质作用与时空结构是一切地质现象的本质与核心”的自然哲学理念将地质科学的学科体系划分为地球物质的成分与结构，地质作用，地质学场与地质系统的演化等四大基本领域，它与9个重大基础地质问题以及与其相关的基础理论问题相对应（表2）。笔者将其已发表的地质科学的复杂性理论“地质作用的临界过程动力学－－地质系统以混沌边缘分形生长”应用于研究9个重大基础地质问题，着重对于其中所包含的主要基础理论问题的实质及其理论与研究方法作较深入而简要的剖析。目的是通过将地质系统的复杂性作为地质科学的基本问题的新视角对古老而常新的地质科学进行再认识，将重大基础地质问题的研究提高到非线性科学和复杂性理论的层次，并实现地质科学向精确科学的跨越，取得突破性进展。     

铅锌品位分维D值的意义和计算程序

利用分形理论研讨了凡口铅锌矿铅锌品位分布的分形结构特征。研究结果表明，铅、锌品位分布具有自相似性，控矿构造及容矿空隙特征是影响品位分维Ｄ值大小的主要因素，在一定程度上分维Ｄ值能为解决矿床地质问题及给矿床勘查评价提供某些定量信息。     

n维自仿射分形及其在地球化学中的应用

分形概念应用在地球科学中来刻画地质量和物体的自相似特征。研究表明分形模型常常提供有力工具来刻画地质量和物体的基本空间分布结构。本文提出了n维自仿射分形的检验与定量评定方法。通过实例，说明n维自仿射分形的方法在实际问题中的方法和步骤，并解释了分维数的实际意义。分维数足反映区域化变量在某方向变化程度的定量指标。该方法不仅适用于地球化学金元素和银元素数据，而且还适用于其他元素和地质数据，具有普遍的意义。     

小波分析在地质分形科学中的应用前景

在概述小波分析在分形研究中的应用原理及在分形构造与结构分析中的一些进展基础上，展望了小波分析在地质分形科学中的应用前景。