分形理论在地理学中的应用现状和前景展望

本文对形理论进行介绍的基础上，基于大量有关研究文献，对分形理论在地理学中的应用现状进行了必要的总结，评述；在此基础上，对地理学领域中进一步展开分研究提出了自己的看法。并对其前景进行了讨论和展望。     

吐鲁番盆地艾丁湖沉积特征

作者通过亲自参与吐鲁番盆地艾丁湖北侧86CK_1孔沉积剖面编录以及进行室内鉴定工作,发现了内陆湖盆中少见的浊流沉积,并对该盐湖的现代蒸发岩沉积特征、沉积物与气候的演化等问题,提出了一些看法,有助于对本区沉积环境及气候演化这一自然规律的认识。     

Pd_(77.5)Au_6Si_(16.5)合金无容器凝固组织中的分形结构

合金凝固组织形态及其演化一直是现代凝固组织的核心问题。近年来,分形几何的发展和应用为合金凝固组织的研究提供了一种新方法,并取得了一定进展。本文研究的Pd_(77.5)Au_6Si_(16.5)合金在无容器凝固环境下的凝固过程为一非平衡凝固过程,其凝固组织中初生相具有不规则的几何形貌,用分形分析的方法来定量地描述其形貌及演变过程尚未见报道。     

微晶与纳米硅薄膜表面形貌分形特征的研究

对纳米硅薄膜的微结构研究一直是这个领域中令人感兴趣的问题.Mandelbrot提出的分形理论可用于材料显微结构的定量表征,而分形维数是描述分形结构特征的一个重要几何参量.近年来,人们利用光学显微镜和SEM等手段对薄膜材料和金属断口的表面形貌进行了很多研究,但由于实验手段的限制,通常只能获得材料在微米尺度上的分形特征,而且存在实验过程和数据处理繁琐等缺点.80年代初发展起来的STM,具有纳米量级乃至原子量级的分辨率,能够非破坏性地直接获得样品表面形貌的实空间三维图象,便于进行数据处理,从而使人们可较方便地在纳米乃至原子尺度上对材料的表面进行研究.我们首先采用STM在纳米尺度上对不同工艺条件下按常规PECVD技术制备的微晶及纳米硅薄膜的表面形貌进行了观测,并结合分形理论计算了样品表面形貌的分形维数D,从而找到了D值与样品微结构参数之间的联系.1 实验过程实验所用的硅薄膜样品是在常规PECVD系统中,使用高比例的高纯氢稀释的硅烷作为反应气体,利用RF+DC双重功率源激励等离子体辉光放电制备得到的.薄膜样品的厚度～1μm,衬底为普通的玻璃片.样品表面微观形貌的观测是采用CSTM-9000型STM(中国科学院化学研究所生产)在常温和大气中完成的.观测前,样品在稀释的HF中漂洗,以除去表面上的氧     

沉积岩汞同位素的古环境指示意义

环境与生命的协同演化是地球科学的核心问题之一,而古环境的精确重建对于认识生命演化规律、机制以及预测地球宜居性的未来发展方向具有至关重要的意义.近年来,沉积岩中的汞及其同位素组成在重建地球古环境演化方面展现出巨大的潜力,获得了广泛的关注和应用,已发展成一个新的研究方向.其主要原因是汞及其同位素组成在记录古代火山活动和海洋氧化还原状态方面具有不可替代的优势,能为研究上述过程与重大环境和生命演化事件的关系提供新的证据.本文系统分析了古代沉积岩的汞同位素数据及其意义,总结了大型火山活动和海洋氧化还原状态改变引起汞同位素变化的特征与机制,深入探讨了火山类型及释放汞的方式、大气和海洋汞循环过程、沉积环境、岩性、成岩作用、汞赋存形态等因素对沉积岩汞同位素组成的影响,并对该领域当前存在的问题和发展前景作出了评述和展望.总体而言,这一研究领域仍处于起步阶段,对古环境演化事件中汞同位素组成的变化规律和分馏机理还缺乏系统和定量的认识,亟须深入研究.未来需要揭示古环境汞循环过程中的同位素分馏机理,进一步明确汞同位素指示古环境演化的原理和影响因素,拓展其在环境和生命协同演化领域的应用.     

地震的分形特征及R／S标度不变性

分形是研究复杂自然现象的有力工具之一。本文在统计分形概念基础上介绍了分形在地震学中的应用，对地震活动在时间和空间分布上表现出的分形特征进行简单综述。通过对地震频度时间序列和时间间隔序列中存在的R／S标度不变性的分析，探讨了地震活动中的自仿射分形特性，并展望了R／S分析方法在地震活动性研究中的前景。     

沉积盆地地质界面的分形标定

研究沉积盆地的沉积和构造特征,首先须标定地质界面并确定其地质含义.钻井地质、测井和地震资料是这项工作所依赖的主要资料.然而,在地质条件复杂,地球物理资料质量较差甚至缺乏地区,根据地质和地球物理资料,至多只能确定有限个控制点处的地质界面信息.因此,如何在这种情况下识别和标定地质界面,便成了沉积盆地的沉积和构造研究的关键,这也是地球物理学家和地质学家面临的急待解决的难题.本文介绍的分形方法只需已知少量的控制点资料和从研究区获取的背景信息,便可以重建地质界面.故分形将为此难题的解决开辟了新的途径和方法.     

孔隙介质中流体渗流边界演化过程的实验研究

孔隙介质中流体渗流边界形貌的研究对石油开采、核废料处置、地下水污染等工程问题具有十分重要的意义. 以流体在孔隙介质中缓慢渗流为背景, 人工制造了6种孔隙率的孔隙介质(俗称金刚玉), 采用5种不同运动黏度的流体在6种孔隙度的人造孔隙介质中进行渗流实验, 记录了渗流实验过程, 获得了不同黏度、不同孔隙率条件下的流体渗流边界形貌演化图. 估算了流体渗流边界的平均位移和流体边界形貌的分形维数, 获得了平均速度和流体边界分形维数随时间的演化规律, 进一步统计分析了渗流边界平均速度、流体边界形貌演化复杂程度与孔隙率、流体运动黏度之间的关系. 结果显示, 孔隙介质中流体渗流边界形貌是孔隙率和流体运动黏度综合影响的结果.     

论大陆含钾盆地钾盐沉积的形成问题

大陆含钾盆地钾盐沉积的研究,在国内和国外均进行较少。然而,这些研究无论在理论上或在找寻钾盐资源方面都有着一定的重要意义。本文从现代盐湖出发,结合一些古代含钾盆地的资料,围绕着各种湖盆水体的形成和演化,讨论大陆含钾盆地钾盐沉积的形成问题。     

多重分形:热力学类比、相变和子波变换

扼要介绍了分形理论中逐渐兴起的多重分形在热力学类比、相变和子波变换等方面的研究情况。     

生命科学中的分形研究

近年来，分形理论形成一股强烈的冲击波，引起学术界广泛的兴趣和反响，其研究也日趋深入和成熟，本文拟对分形、分维的概念及其在生物学中的应用研究作一论述。     

地质科学发展的新机遇: 对地质学发展趋势的思考

地质学作为一门传统科学, 在经历了板块构造理论革命后, 正在面临新的发展机遇——社会可持续发展的需求, 在全球环境变化、人类与自然协调发展等方面提出了许多前所未有的科学命题; 随着地球科学各分支学科在各自领域的深化, 并在系统性和整体性的高度上相互结合, 形成了关于地球系统的新兴领域, 成为地球科学发展所面临的重大挑战. 面对地球科学发展的新趋势, 地质学家将在地球环境演变的历史记录、地球生命与环境的协同演化、固体地球内部与地球表层的联系及其相互作用以及现代地质过程与人类活动的互馈等领域作出独特的贡献. 在研究理念上, 从“将今论古”的认识过程, 发展到以地质记录为现代过程及未来预测提供启示. 我国地质学具有独特的地域优势和研究积累, 如能抓住发展的机遇, 可能出现新的繁荣时期, 并为社会做出重要贡献.     

金属沿晶断裂表面的随机分形分析

分形是Mandelbrot通过对许多形状复杂的不规则物体进行仔细观察和综合分析而提出的,金属断裂是裂纹以Z字形扩展的过程,断裂表面可以近似看作具有自相似性(小部分放大后与整体完全相同),近年来,分形在金属断裂表面定量分析中得到了广泛应用,建立了断裂表面分形维数与冲击能、撕裂能、回火脆性、断裂韧性、拉伸性能之间的关系,分形在金属断裂的理论分析中也得到了应用,龙期威提出了金属沿晶断裂的分形模型,并计算得出其分形维数为1.262,但这是在金属处于完全平衡状态下,即晶界(或相界)夹角为120°时得     

分形人口学初探

将分形的方法引入人口动力学和人口分布的研究,揭示出人口系统变化的控制参量,人口分布服从多重分形,从而探索了城市演化的分形模型。     

城市人口分布的多重分形特征刻划

人口分布具有多重分形特征。本文运用多重分形的理论，探讨了城市人口空间分布模式的刻划方法，并对城市人口分布的标度不变性进行了分析。     

冬小麦根系形态的分形特征

根系的分枝习性与发育状况构成了一个非规整的复杂形体,在欧氏几何中一直被认为是无序分生结构,难以定量测量.Mandelbrot引入分形概念来描述那些在一定尺度范围具有自相似结构特征的不规整形体,用分形维定义形体的尺度特性.因此,应用分形理论于根系研究,可以加深对根系几何形态性质的认识,提高定量描述根系统形态参数的可靠性.本文提出了表征根系分形特征的数学模型,并应用模型分析了冬小麦根系形态的分形特征.     

吐哈盆地天然气轻烃地球化学特征与低熟气判识

低熟气是潜在天然气资源极为重要的领域, 对其的识别既有重要的理论意义也有重要的实际意义, 其鉴别除碳、氢同位素外, 轻烃参数是主要的指标. 在吐哈盆地采集了20 个气样进行了轻烃分析, 结果表明, 天然气轻烃组分具有高甲基环己烷、高异构烷烃和低苯的特征, 这意味着成气母质为典型的腐殖型, 古环境为淡水沉积环境, 这些特征与盆地的地质背景一致. 对异庚烷值、庚烷值和天然气甲烷碳同位素组成等成熟度指标的对比研究说明, 吐哈盆地天然气主要是侏罗系煤系在低演化阶段形成的低熟气. 母质为Ⅲ型, 成熟度处于低演化阶段, 这是低熟气最根本的特征. 即轻烃的研究结果进一步证实了吐哈盆地是我国的低熟气规模性气区. 这对我国低熟气进一步的勘探开发无疑有很好的促进作用.     

蛋白质分子分维与三级结构的关系

分形是介于有序结构和完全无序结构之间的具有自相似的不规则状态。一条蛋白质分子链沿多方向折叠盘绕,虽然构象十分复杂,但仍然形成象α螺旋和β折叠有规则的结构。因此,研究生物大分子链的分形和分维,成了人们感兴趣的研究课题。Stapleton等人用低温下的EPR实验和计算机模拟,发现一些含铁蛋白质分子的分维在1.33—1.67之间。Isogai等人用计算大分子链长的方法,研究43个蛋白质的分维,结果在1.43—1.95之间。     

心脏电活动过程的非线性分析

非线性科学是国内外科学研究中的热点, 其研究涉及确定性和随机性、有序和无序、简单性和复杂性等范畴和概念上的认识与深化, 对于整个自然科学, 包括生命科学的发展都有着重大的影响. 生命体是自然界中最复杂的非线性系统之一. 非线性系统的一种极为重要的运动形态就是混沌, 它研究的是自然界非线性过程内在随机性所具有的特殊规律性. 而与混沌密切相关的分形是指一类极其零碎而复杂、但有其自相似性或自仿射性的体系, 混沌中的混沌吸引子就存在着无穷嵌套的自相似几何结构. 近20多年来, 国内外研究人员对生命循环系统的核心部分——心脏电活动的非线性特性做了深入的研究. 除了用关联维数、李雅普诺夫指数和柯氏熵等对心电信号(HRV, ECG)进行分析, 以及用多重分形谱面积特性参数对ECG信号进行分析并取得重要的进展外, 最近在短时HRV和高频心电信号数据的非线性参数的探索上也得到了满意的结果, 在临床观察疗效和早期诊断等方面具有广泛而重要的应用价值. 本文评述了心电信号非线性特性分析的现状和进展, 指出了以某些适用于短数据的非线性敏感特征量及其估计算法, 用于生理系统的动态过程和临床有效性研究是今后值得关注的研究方向.     

太阳风速度的混沌现象

随着非线性动力系统理论的发展,分形理论已成为研究自然界复杂现象的一个有力工具.分形在空间尺度上存在的标度不变性,同样可以在时间尺度上存在.一些作者已应用此法研究了太阳黑子数和地球变化磁场等太阳和空间参量的分维和混沌特征.对于太阳和地球之间的广阔区域,太阳风速度是描述行星际空间动力学的重要参数.本文的目的就是试图利用由行星际闪烁(IPS)观测得到的太阳风速度资料,探讨行星际空间系统的分维和混沌性质.