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1.
XU Jiandong QU Guosheng Institute of Geology China Seismological Bureau Beijing PRCand Robert D. JACOBI Department of Geology State University of New York at Buffalo USA 《《地质学报》英文版》1999,73(4)
The Cantor's dust theory is applied to investigate the scaling properties of the spatial distribution of natural fractures obtained from detailed scanline surveys of 27 field sites in the Appalachian Plateau of western New York, USA. The results obtained in this study indicate: 1) fracture spacing is characterized by fractal and multifractal properties. On small scales analyses yield an average fractal dimension of 0.15, which suggests a very high degree of clustering. In contrast, on large scales, fractures tend to be more regular and evenly distributed with an average fracture dimension of 0.52; 2) fractal dimension varies with different sets in different orientations, which can be attributed to interactions between pre-existing fractures and younger ones, as well as variations of the intensity of the stresses under which the fractures were formed; 3) a time sequence of fracture set formation can be proposed based on fractal and multifractal analyses, which consists of (from old to young): N-S, NW, EN 相似文献
2.
Tayfun Babadagli 《Mathematical Geology》2002,34(6):647-670
A previous method proposed to measure the fractal dimension of pore spaces is adapted and modified for 2-D fracture networks. The method relies on scanning a 2-D fracture network through successive straight lines from top to bottom and measuring the distance between two fractures. The fractal dimension is then obtained using the log–log plot of the feature size and the number of features for this particular size at different magnifications. It is shown in this study that the method proposed to measure the fractal dimension of porous structures can be applicable to 2-D fracture networks with some modifications after testing it on synthetic and natural fracture patterns. The method is simplified to be useful for practical applications in the fractal analysis of fracture networks. The results reveal that, on the basis of the direction of scanning lines, different fractal behavior and dimensions can be obtained indicating that 2-D fracture networks possess multifractal character. This approach takes into account the effect of fracture orientation on the fractal behavior and anisotropic nature of fracture networks as well as the fracture density, length, and spatial distribution. 相似文献
3.
红层软岩内部孔隙具有随机、多样化的分布特点,孔隙结构的变化是影响其宏观力学性能的关键所在。由SEM扫描电镜获取岩样不同饱水时间下的细观结构图像,根据盒维数法计算出孔隙的分形维数,发现随着饱水时间的加长,孔隙的分形维数呈现增大趋势。同时对孔隙的数量、大小进行统计分析,得出不同饱水时间下岩样内部孔隙的分布特征。基于多重分形理论,采用统计矩的方法对孔隙结构进行定量表征。结果表明,孔隙结构的分配函数与q阶次趋于线性关系,验证了该结构的自相似性与无标度性,由广义分形维数D(0)>D(1)>D(2)说明了孔隙具有多重分形特征,由多重分形谱参数分析了孔隙结构的不规则性与复杂程度,更好地表征孔隙大小各异的分布情况。结合孔隙结构的多重分形特征与岩样抗压强度,建立起孔隙结构变化与其力学性能的关联性,对研究红层软岩的损伤过程具有一定的指导意义。 相似文献
4.
Self-Similar and Self-Affine Properties of Two-Dimensional Fracture Patterns in Rocks 总被引：1，自引：0，他引：1
In this paper, we investigate the fractal properties of binary maps of rock fractures at different scales and different geological
types, as well as different families of fracture patterns obtained from a two-dimensional Laplacian growth model (LGM). From
these analyses we figure out which families of the LGM patterns match the structural properties of the fracture binary maps.
The LGM is defined in terms of a nonlinear map that depends on two parameters, λ and
\mathfraka\mathfrak{a}, that respectively define the area and shape of the elements of the aggregate that conforms the patterns. The fractal dimension
and roughness exponent of the LGM patterns are found to depend on
\mathfraka\mathfrak{a}, with
0 < \mathfrak a < 10<\mathfrak {a}<1. From a detailed statistical analysis of these patterns we found that the fractal dimensions of capacity, correlation and
information decrease monotonically as
\mathfraka\mathfrak{a} increases. We also found that the values of these three fractal dimensions tend to collapse on top of each other as
\mathfraka\lessapprox1\mathfrak{a}\lessapprox1. Remarkably, the fractal properties of rock fractures in the scales from millimeters up to a few meters appear to be well
represented by the fractal structure of the LGM families of patterns with
\mathfraka=0.15\mathfrak{a}=0.15 and 0.30, while the fractal properties of rock fractures in the scale of kilometers seems to be well represented by the LGM
family with
\mathfraka=0.90\mathfrak{a}=0.90. In addition, the three fractal dimension values of fracture binary maps in the scales from millimeters up to meters were
found to be different between them. Nonetheless, for fractures in the scale of kilometers, the values of the three fractal
dimensions are very close to each other as an indication of self-similar behavior. Analysis of the corrections to the scaling
of the roughness exponent, ζ, suggests that they are negligible for the LGM family of fracture patterns with
\mathfraka=0.9\mathfrak{a}=0.9. This finding points to a self-affine structure for this family of patterns. In fact, the calculated roughness exponent results
are in the range of values characteristic of rock fractures. 相似文献
5.
由于存在大量粗糙不规则裂隙，使得岩体中流体运动极为复杂。针对天然粗糙岩石裂隙渗流试验存在物理模型隐蔽性和不可重复性等难点，基于三维Weierstrass-Mandelbrot分形函数构建了粗糙节理面的裂隙通道，采用3D打印技术获得了透明精细的裂隙模型，使用微流体控制仪研究了不同试验条件下的裂隙渗流扩散运动，分析了裂隙通道流量与压力水头、裂隙宽度和分形维数之间的关系。研究结果表明：与平行板立方定律近似，在分形裂隙中，裂隙通道流量与压力水头成线性关系；单宽流量与裂隙通道的宽度成近似的三次方关系；考虑分形维数影响时，相同条件下流过裂隙通道的流量随着分形维数的增加而增加；粗糙裂隙渗流立方定律可采用与分形维数相关的幂指数函数进行修正。 相似文献
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新疆东准噶尔地区断裂的多重分形研究 总被引：5，自引：1，他引：4
结合东准噶尔地区强应变构造带的空间展布情况和断裂的空间分布特征 ,用多重分形模型测算了各带的多重分维值。研究结果表明 :强应变构造带在不同尺度上具有自相似性 ;断裂的空间分布为多重分形结构 ,断裂的演化有从复杂几何结构的次级断裂组合向单一连续的大断裂过渡而分维值逐渐减小的趋势 ;不同的大地构造单元有不同的分维值 ,而且有靠近板块缝合带 (或海沟 )分维值减小、远离板块缝合带 (或海沟 )分维值增大的趋势 相似文献
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测井曲线剩余变化的分维描述火成岩裂缝发育情况 总被引：4，自引：0，他引：4
大庆深层火成岩段岩性复杂，偿仅具有从基性到酸性的各种熔岩，还包括不同喷发期次的凝灰岩。岩性变化是影响各种测井曲线响应特征变化的最主要因素。裂缝的响应往往被岩性的影响所淹灭。为此从测井曲线中提取分维来描述裂缝发育程度，必须考虑岩性的影响。为了消除岩性的影响，对分辨率较高且对裂缝反映灵敏的微球形聚焦测井曲线进行滤波处理，获得原始曲线与滤波曲线间的剩余变化，再从中提取分维，从而突出裂缝的影响。实际处理表明，从剩余曲线中提取的分数维，比从原始测井曲线中提取的分维能更好地指示出复杂火成岩地层裂缝发育情况。 相似文献
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传统上研究含气页岩宏观缝网特征的方法多是基于小样品开展,通过观察小样品的裂缝展布特征来了解页岩的裂缝发育的宏观特性。但是这类方法因尺度过小,缺乏代表性,不能获取连续面上的裂缝特征,难以分析裂缝发育和地应力方向之间的关系。为获取更详细的大尺度含气页岩的宏观裂缝特征,本文从重庆市涪陵地区石柱县采样获取2m×3m×0.7m完整大尺度岩块,并采用有序标号切割来获取30cm3规格岩样,在此基础上提取小岩样的表面裂缝并按照大尺度岩样切割的相对顺序构建三维裂缝网络。分析观测大尺度的三维裂缝网络可以发现,含气页岩的裂缝分布具有明显的规律性:水平主应力方向上的裂缝发育度普遍高于最小水平主应力方向;垂直方向上的裂缝与最小水平主应力的夹角为-62°。分维研究表明所有不同面上的裂缝均符合分维特性,说明小尺度裂缝特征和大尺度裂缝特征具有相似的规律性。此外,研究还表明最大水平主应力上的裂缝密度和分形维数最大,缝网结构最为复杂,最小水平主应力方向缝网结构次之,垂直主应力方向的裂缝结构最为简单;水平应力方向上主要以层理裂缝为主,垂直方向上以剪切缝为主,且与最小水平主应力的夹角为-62°。在掌握宏观裂缝分布特征基础上,研究可为页岩显微观测实验提供相应的理论依据。 相似文献
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针对土石混合体的结构性特点,以含石量为20%、30%、40%、50%、60%的土石混合体为研究对象,基于多重分形原理研究多重分形特征,研究分形维数与强度之间的关系。研究表明,土石混合体具有双重分形特征,不同尺度条件下具有不同分形指标,包括块石粒度、土体粒度以及平均粒度等分形维数,与含石量相关。单轴压缩试验表明,抗压强度随含石量增加呈现先增大后减小的趋势,根据单维分形特征,确定最优含石量约为40%。建立了含石量、不同分形维数指标与抗压强度之间的关系,分析了双重因素综合影响下抗压强度的变化特征,确定了含石量与分形维数之间存在最优区域。 相似文献
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新疆阿尔泰地区矿床分布的多重分形分析 总被引：5，自引：1，他引：4
对新疆阿尔泰地区 175个热液金、铜、铅、锌、稀有金属矿床的研究表明 ,该区矿床的空间分布为多重分形分布。在 q=- 2～ 14范围内 ,标度指数为 - 5.4 915～ 12 .80 71,奇异指数 a( q)随 q值变化较大 ,为 0 .92 4 8～ 2 .2 865,分维谱具单峰曲线特征。q=0时 ,在 1～ 150 km尺度范围内出现二个分形关系 ,在 1～ 16km尺度范围内 D0 值为 0 .2 3,在 16～ 150 km尺度范围内 D0 值为 1.51。导致该区矿床多重分形分布的主要原因是在不同尺度下矿床的形成控制机理的不同和矿床的勘探研究程度较低 ,该区还有较大的找矿前景。 相似文献
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运用信息维的原理与方法对湘中锑矿带断裂构造体系的二维平面分布特征进行了研究。结果表明,信息维较之容量维更能反映断裂体系的结构特征,各矿带信息维值的差异定量地刻画了断裂的相对发育程度及分布特点。结合各矿带内锑矿床的分布特征,可发现信息维值的大小对成矿流体的运移和矿床定位有一定的指示作用,锑矿（点）产出较多、矿床储量较大的地区,其信息维值较大。 相似文献
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分形理论在贝尔凹陷基岩潜山裂缝预测中的应用 总被引：5，自引：0，他引：5
断裂与裂缝多为统一的应力场下破裂程度和相对位移量不同的破裂构造,都具有自相似性,满足分形理论。应用分形几何理论研究了贝尔凹陷布达特群潜山顶面断裂发育的平面分形特征和布达特群取心井段上裂缝的分形特征,并建立了二者之间的定量关系。基于断裂的分形特征尝试性地去预测有利的裂缝发育带,以期为裂缝的预测提供新的途径。研究结果表明,断裂信息维越高,裂缝信息维也越高,裂缝越发育。裂缝信息维大于1.4的区域是布达特群裂缝发育的有利区。 相似文献
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广西贺州水岩坝矿田断裂构造分形特征分析 总被引：2，自引：0，他引：2
文章基于盒计维数法对水岩坝矿田断裂构造进行了系统的定量分析,结果显示矿田内不同尺度的断裂构造具有良好的自相似性。其中,断层的分维值为1.3475;矿田中部的烂头山矿床节理和手标本微裂隙的平均分维值分别为1.7841和1.3310;在子区分维高次趋势图上,分维高值区总体延伸趋势为北西向,与矿田断层构造总体展布趋势相吻合。平面上,烂头山矿床正常围岩微裂隙、蚀变围岩微裂隙和矿(化)体微裂隙的平均分维值分别为1.2097、1.3310和1.8622,表明矿化程度的高低与其微裂隙分维值的大小成正比;垂向上,烂头山矿床露头节理平均分维值随高程的升高而增大,显示烂头山矿床具有含钨石英脉型的"五层楼"模式特点。此外,水岩坝矿田内已知矿床(点)均位于分维高值区,说明分维值的高低与已知矿床(点)的分布具有耦合性。 相似文献
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分形概念及其在构造地质研究中的应用 总被引：1，自引：0，他引：1
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。 相似文献
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不同岩石破裂全过程的声发射序列分形特征试验研究 总被引：3，自引：0，他引：3
通过对不同岩性的岩石进行单轴压缩声发射试验,获取岩石破裂全过程中的载荷-轴向变形曲线及声发射参数,观察试件破裂失稳时的破坏情况,分析破坏过程的载荷变化关系。着重对比了不同岩石的不同力学性质、岩石声发射序列的时域特征和声发射序列的分形特征。研究结果表明,采用声发射率、能率可以很好地描述岩石破裂损伤的整个阶段;计算岩石声发射率、声发射能率的关联维数,可得出岩石破裂过程的声发射序列具有分形特征;岩石破裂过程的声发射分维值D反映了岩石内部微裂隙的统计演化规律;不同岩性的岩石破裂过程的声发射参数序列的分形特征具有一定的共性;归纳总结出岩体声发射序列分维曲线的演化模式,即波动→持续下降演化模式,提出可以将分维值的持续下降作为岩体破裂失稳的前兆。 相似文献
20.
多标度分形与地球化学场分解 总被引：3，自引：0，他引：3
在地球化学叠加场内，不同时期、不同规模的地质作用形成的地球化学景观具有不同的分形标度区间和分维。利用多标度分形方法把黑龙江省团结沟金矿外围的叠加地球化学场分解成了分别与北东向和北面向构造相对应的地球化学正常场和异常场，并在此基础上，讨论了地球化学场的演化。 相似文献