基于孔隙分形特征的水泥基毛细吸力预测模型

为深入理解水泥基毛细吸力与含水量的关系,采用分形几何学方法和毛细管理论提出了考虑孔隙分形特征的水泥基毛细吸力预测模型。该模型通过建立分形模型参数与试样配合比的拟合关系,实现了不同配合比水泥基毛细吸力的快速预测。基于相对湿度法开展了水泥基孔径分布测量验证试验,结果表明:不同配合比(水、灰、砂)水泥基试样孔隙均具有明显分形特性,可用Menger海绵体分形模型较好描述;毛细吸力模型预测结果与验证试验测试结果的偏差主要集中在±20%以内,模型可以较为准确地预测水泥基毛细吸力与含水量的关系。

矿井断裂构造分形特征及其对冲击地压影响的研究

矿井断裂构造是诱发冲击地压的重要地质因素。为研究断裂构造对冲击地压的影响,以峻德井田为工程研究背景,采用地质动力区划法,将井田内的断裂构造按照不同长度等级划分为Ⅰ-Ⅴ级断块,利用分形理论中的盒维法计算了Ⅴ级断块分形维数,分析了断裂整体分形特征和断裂分区分形特征,探究了断裂构造分形维数与构造应力分布状态、冲击地压之间的耦合关系。结果表明:(1)断裂整体分形维数与北西向断裂分形维数具有良好的一致性,北西向断裂对峻德井田冲击地压控制作用的程度较高,北东向断裂次之。(2)不同走向断裂的分形维数不同,表明不同走向断裂在空间展布上表现出明显的差异性,反映了分形维数与断裂构造复杂程度呈正相关,即分形维数越大,断裂构造空间分布特征越复杂,越容易诱发冲击地压。(3)区域内的构造复杂程度越高,构造应力集中程度越高,煤层冲击地压主要发生在高应力区,表明构造复杂程度与构造应力集中程度一致性较高。研究成果从分形维数角度对断裂构造进行定量分析,为冲击地压危险性预测及防治提供了新思路。

松辽盆地古龙页岩孔隙结构及分形特征

松辽盆地古龙凹陷青山口组页岩为陆相纯页岩型储层,具有有机质丰度高、成熟度高、黏土矿物含量高等特征。为揭示研究区页岩的孔隙结构特征及非均质性,运用扫描电镜、XRD(全岩矿物分析)、氮气吸附等技术方法,分析了研究区页岩微纳米孔隙及裂缝储集空间类型和孔隙结构,对页理缝进行了分类,并通过FHH模型对研究区页岩储层的分形特征进行研究。结果表明:古龙页岩矿物组成以黏土矿物、石英、长石为主。页理缝主要分为长条状贯穿缝、短簇状尖灭缝、分叉状穿层缝和有机质充填缝,以短簇状尖灭缝为主。古龙页岩具有典型的分形特征,大孔隙的分形维数为2.528~2.555,中小孔的分形维数为2.791~2.829。古龙页岩中2~50 nm的介孔是主要储集空间,平均孔隙体积占比79.85%,有机碳含量与比表面积、孔隙体积、分形维数具有正相关性,平均孔径与分形维数具有负相关性,有机碳与黏土矿物含量是影响分形结构特征的主要控制因素。页岩孔隙结构及分形特征的研究对于页岩含油气性和开发储量的评价有重要意义。

深层富有机质页岩孔隙结构分形特征及其地质意义——以四川盆地威远地区下志留统龙马溪组为例

与中、浅层页岩不同,四川盆地南部地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组深层富有机质页岩经历了复杂的成岩作用,发育不同的孔隙结构,影响页岩气的赋存状态。为了探讨深层富有机质页岩的孔隙结构、分形特征及其对页岩气富集的影响,以该盆地南部威远地区龙马溪组页岩为研究对象,综合运用有机碳分析、X射线衍射、高分辨率扫描电镜和低温氮气吸附等测试手段,定量表征研究区深层富有机质页岩储层的基础参数及其孔隙结构特征;并运用FHH分形理论,结合低温氮气吸附实验,计算页岩孔隙分形维数,讨论孔隙结构的影响因素及其地质意义。研究结果表明:(1)研究区龙马溪组深层页岩有机质含量(TOC)高,平均值为2.04%,石英等脆性矿物含量占38.00%~73.00%;(2)龙马溪组深层页岩储层普遍发育墨水瓶状有机孔、狭缝型或平板状无机孔等,BET比表面积介于1.252~28.676 m^(2)/g,BJH孔体积介于0.013 192~0.063 874 cm^(3)/g;(3)深层页岩孔隙分形具有明显的分段性,分形维数D_(2)>D_(1),孔隙结构受页岩组成控制,分形维数受控于比表面积和孔径,且与TOC密切相关;(4) LM1—LM3笔石带沉积的富有机质硅质页岩TOC高、分形维数D_(1)和D_(2)值大,介孔BET比表面积和BJH孔体积最大,既有较多的气体吸附位点赋存吸附气,又有良好的孔隙空间贮存游离气,是深层页岩气富集的“甜点段”。结论认为,综合页岩品质参数和分形维数特征可有效评价页岩气富集的“甜点段”,并对实现深层页岩气的增储上产具有现实的指导意义。

不同尺度下土壤粒径及分形特征

[目的]土壤粒径及分形特征因研究尺度不同而存在差异,从不同尺度上探讨土壤粒径及分形特征异质性,以期明确尺度效应对土壤粒径及分形特征的影响。[方法]以黑河源区和八宝河小流域为研究区域,采用单因素方差分析方法对不同尺度土壤粒径及分形维数进行差异显著性检验,利用Pearson相关分析研究不同尺度下土壤分形维数与环境因子的相关性,并使用地理探测器模型探究不同尺度下土壤分形维数环境驱动因素作用。[结果](1)黑河源区和八宝河小流域土壤粒径组成以粉粒和砂粒为主,随着研究尺度扩大到黑河源区,土壤黏粒、粉粒、砂粒和分形维数(D)空间变异性增强,土壤黏粒、粉粒和砂粒属于中等变异,分形维数属于弱变异;(2)不同土地利用类型土壤颗粒组分和分形维数因研究尺度不同而存在差异,与八宝河小流域相比,黑河源区3种土地利用类型土壤PSD频率曲线异质性增大,土壤质地呈粗化趋势;(3)皮尔逊相关分析和地理探测器结果均表明,土壤粒径对分形维数的影响明显大于其他因子,分形维数可以表征土壤质地情况。[结论]不同尺度下土壤粒径及分形维数存在明显的异质性,而这种异质性的产生是不同尺度环境因子综合作用的结果。

致密砂岩储层微观孔喉结构及其分形特征

孔喉微观结构定量评价一直是致密砂岩储层研究的热点和难点。以分形维数为突破口,在鄂尔多斯盆地子长地区不同井中采集了上三叠统延长组长6段12个岩心样品,通过扫描电镜、铸体薄片、高压压汞等实验方法以及分形理论对致密砂岩样品的孔喉结构及其分形特征进行了研究。结果表明,研究区致密砂岩储层的孔隙类型主要由剩余粒间孔、溶孔和晶间孔组成。总分形维数与孔隙度和渗透率存在良好的负相关性,表明研究区致密砂岩储层孔喉结构的复杂程度和非均质性对物性具有一定的影响。中孔的分形维数与孔喉结构参数的相关性更好,表明中孔的非均质性和表面粗糙度主要影响储集空间和渗流性质。致密砂岩储层的品质与分形维数呈明显的负相关关系,越有利于油气富集的储层,其分形维数越小。

准噶尔盆地中部下乌尔禾组深层陆相页岩孔隙结构分形特征及其地质意义

为明确准噶尔盆地中部下乌尔禾组深层陆相页岩孔隙结构以及分形特征,以东道海子凹陷下乌尔禾组页岩为研究对象,在深入剖析页岩矿物及地球化学特征的基础上,采用场发射扫描电镜、低温N2吸附等研究方法,定量表征下乌尔禾组页岩孔隙结构特征,并基于FHH模型计算页岩孔隙的分形维数,揭示总有机碳含量(TOC)、矿物组分、孔隙结构参数和分形维数的关系及其地质意义。研究结果表明,研究区下乌尔禾组页岩主要发育无机孔和微裂缝,孔径分布呈多峰型,以平行板状或窄缝状孔隙为主;页岩孔隙发育受TOC和石英、长石、黏土矿物含量的控制,导致孔隙结构之间差异性较大,非均质性强。研究区下乌尔禾组页岩孔隙具有双重分形特征,其中表面分形维数(D_(1))为2.4522~2.5948,平均为2.5409;结构分形维数(D_(2))为2.6045~2.7748,平均为2.7056。TOC与分形维数呈负相关,孔隙结构参数(比表面积和孔体积)和矿物组分(石英、长石以及黏土矿物)含量与分形维数呈正相关。脆性矿物(石英、长石)和黏土矿物含量的增加有助于微纳米尺度孔隙以及微裂缝的发育,比表面积和孔体积增大,分形维数也增加,孔隙非均质性越强,孔隙结构越复杂。

基于多季相分形特征的Landsat 8 OLI影像耕地信息提取方法

利用遥感技术快速准确地提取耕地信息是耕地保护的关键环节。以山东省商河县为例,提出了一种基于多季相分形特征的Landsat 8 OLI影像耕地信息提取方法。首先采用毯子覆盖法计算多季相遥感影像每个像元的上分形信号和下分形信号,对比分析耕地和其他土地利用类型的分形特征,选取上分形信号的第3尺度作为特征尺度,提取商河县耕地空间分布特征;其次采用同时期的土地利用矢量数据、Esri land cover数据和统计数据进行耕地信息提取精度评价;最后分别设置多季相分形提取与单季相分形提取、现有土地利用数据产品的对比实验,并基于点位匹配度和面积匹配度进行评价。结果表明:多季相数据更能反映农作物生长的复杂性,有助于提高耕地信息的提取精度;不同土地利用类型在不同分形尺度的信号值各不相同,分形特征可以在不同尺度上清晰地刻画出不同土地利用类型的分异性;基于矢量数据和Esri land cover数据评价的多季相分形特征耕地提取点位匹配度为87.13%和89.83%,面积匹配度为99.73%和97.91%,均比单季相分形提取结果精度高;综合考虑点位匹配度、面积匹配度和空间分布特征,研发方法能有效区分耕地和其他土地利用类型,提取结果更优,且与统计数据有更高的一致性。该方法可准确提取耕地信息,为耕地的动态监测和损害评估提供技术支撑。

海陆过渡相煤系页岩孔隙分形特征及影响因素——以沁水盆地北部太原组为例

【目的】为分析沁水盆地北部太原组海陆过渡相煤系页岩孔隙分形特征及影响因素。【方法】通过对阳泉区块太原组样品进行总有机碳(TOC)含量、成熟度测试及X射线衍射、低温氮气吸附实验,基于(Frenkel Halsey Hill,FHH)理论模型计算样品孔隙分形维数,分析矿物含量、有机地化特征及孔隙结构参数对孔隙分形维数的影响。【结果】太原组煤系页岩TOC含量介于0.57%~6.40%,平均为3.18%;有机质镜质体反射率(R_(o))介于1.96%~3.24%,平均为2.49%;煤系页岩微观孔隙具有双重分形特点,其中表面分形维数(D_(1))介于2.507 9~2.663 9,结构分形维数(D_(2))介于2.527 1~2.809 4;有机质含量及成熟度与D_(1)、D_(2)均呈正相关关系,孔隙结构参数与D_(1)、D_(2)具有良好的正相关性,但与D_(2)相关系数高于D_(1),指示微孔对孔隙结构参数的影响更强;分选、磨圆度高的陆源碎屑石英多具规则孔隙形态,造成石英含量与D_(1)、D_(2)呈负相关关系;碳酸盐岩矿物及长石主要提供宏孔,其含量与页岩D_(1)及D_(2)均呈负相关关系;黏土矿物在长期压实作用下孔径减小,微孔数量增加,孔隙形态复杂,其含量与分形维数D_(1)及D_(2)呈正相关关系。【结论】海陆过渡相煤系页岩微观孔隙具有双重分形特点,有机质含量、成熟度、孔隙结构参数和黏土矿物含量增大可导致其微观孔隙分形维数变大,陆源碎屑石英、长石和碳酸盐矿物含量增多可导致其微观孔隙分形维数变小。

基于分形特征和阈值分析的图像边缘检测

针对传统的边缘检测算法对噪声敏感且伪边缘较多,提出一种基于分形特征和阈值分析的图像边缘检测方法。该方法利用改进的毯覆盖算法计算出图像的分形特征,将图像的灰度分布映射到分形维数空间上,再根据提取的分形特征图进行阈值分析,获得高低两个阈值,将像素值分为非边缘、弱边缘和强边缘3类,再对弱边缘像素进一步加以判断。实验结果与其他算法相比较表明,该算法检测出来的图像边缘伪边缘和噪声最少。

构造复杂矿区断层带砂岩微观结构与分形特征研究

本研究通过对地质构造复杂的澄合矿区百良旭升煤矿近断层砂岩的微观结构和分形特征进行分析,旨在深入了解砂岩的分布结构特征、基本物性以及孔隙结构的特点。通过物理性质测试仪器对构造区砂岩的密度、孔隙度、渗透率等基本物性进行了测定,采用核磁共振(NMR)技术对砂岩的孔径分布进行了分析,并利用扫描电子显微镜(SEM)技术分析得出了构造区砂岩的面孔率和分形维数的定量结果。结果显示,构造区砂岩的孔隙半径尺寸主要集中在小于0.1μm的范围内,大多数属于微孔类型;砂岩越靠近断层,呈现出面孔率越大的趋势;同时构造区砂岩的分形维数结果呈现很好的线性关系,具有一定的分形特征,且分形维数较大,孔隙分布不均匀,结构形态较复杂。

不同龄期与灰砂比胶结充填体力学损伤特性及断口形貌分形特征研究

为探究龄期与灰砂比对充填体力学损伤特性及破坏断口形貌分形特征的影响,以及充填体力学损伤特性与断口形貌分形特征的关系,采用某金属矿全尾砂制备5种灰砂比胶结充填体试样,对4种养护龄期下的试样开展孔隙率测试、声波波速测试、单轴压缩及破坏断口形貌扫描试验;基于应变等价原理构建充填体损伤演化方程,表征充填体损伤特性,采用“小岛法”计算断口形貌分形维数,量化表征分形特征。结果表明:充填体单轴抗压强度与弹性模量随龄期延长呈指数型增长,随灰砂比增加而增大,与断口形貌分形维数呈指数型递减关系;充填体的损伤演化过程分为初步损伤、损伤加速增长和损伤破坏三个阶段;充填体破坏断口形貌分形维数随龄期延长呈指数型减小,随灰砂比增大而减小,龄期对灰砂比越大的充填体的分形维数影响效果越显著;充填体峰值应力处损伤值与断口形貌分形维数呈线性负相关关系。

珠江口盆地文昌A凹陷西部地区断裂体系的拓扑结构、分形特征及其与油气藏分布的关系

为明确含油气盆地中断裂体系结构特征与油气藏分布的关系,文章以珠江口盆地珠三坳陷文昌A凹陷西部地区为研究对象,在对各层系断裂精细解析的基础上,通过对断裂网络体系的节点、分支类型分析及分维值计算,定量表征了研究区断裂网络体系的拓扑结构及分形特征,并就断裂网络体系拓扑结构、分形特征与油气藏分布的关系进行了探讨。研究结果表明:受控于区域拉张应力顺时针方向的转变,研究区断裂发育以NE向为主转变为以NWW向为主;不同层系断裂体系的拓扑结构具有差异性,珠三南断裂、珠三6号断裂和珠三2号断裂附近拓扑值较高,由深至浅断裂体系的I节点的比例逐渐增大,Y、X节点的比例逐渐减小,I-I分支的比例逐渐增大,I-C、C-C分支的比例逐渐减小,连通性由好变差;不同层系断裂体系的分形特征具有时空差异,NE向断裂带和NW向断裂带交汇区分维值较高,由深至浅断裂体系的分维值先增大后减小,复杂程度先增强后减弱;断裂体系的拓扑结构、分形特征与与油气藏分布具有良好的耦合关系,高拓扑值与高分维值的叠合区是油气成藏的有利区。

基于压汞和低温氮吸附试验的致裂煤孔隙结构及分形特征研究

为了研究致裂作用对煤岩孔隙微观结构的影响,采用低温氮吸附法与压汞法对致裂前后煤样的孔隙形貌、孔径分布等特性进行研究;基于低温氮和压汞数据并结合分形理论,计算不同范围孔隙分形维数。结果表明:经过致裂作用后,煤样孔容都有所增大,致裂煤的大孔孔容是原煤的1.4~2.2倍,微孔孔容是原煤的3.7~8.2倍;在压力小于13.8 MPa的低压区,原煤渗流孔、吸附孔分形维数均大于致裂煤,在压力大于13.8 MPa而小于137.9 MPa的高压区,原煤扩散孔分形维数均小于致裂煤。

基于分形特征的阿尔茨海默病脑网络结构分析

阿尔茨海默病患者的功能脑网络在小世界及聚类系数等拓扑属性上与认知正常者存在差异。为进一步揭示阿尔茨海默病患者脑网络的结构特征及其与认知正常者脑网络结构的差异,引入分形特征进行对比分析。实验结果表明,阿尔茨海默病患者与认知正常者的脑网络在相同盒覆盖半径下的最小盒子数与连接比例存在显著差异。脑网络阈值为0.4时,认知正常者脑网络的连接比例值分布在区间[0,1],而阿尔茨海默病患者脑网络的连接比例值分布在区间(0.5,1)。同时,不同阈值下,阿尔茨海默病患者脑网络的平均连接比例均高于认知正常者。上述网络结构差异可为阿尔茨海默病的诊断提供一种新参考。

鄂尔多斯盆地南部山西组致密储层的分形特征及其影响因素分析

为了对鄂尔多斯盆地南部致密储层微观物性进行研究,以研究区山西组为例,利用压汞资料、铸体薄片和岩心资料,引入分形理论,定量分析了研究区致密储层微观物性和孔喉特征。结果表明:1)研究区山西组分形维数主要分布在2.15~2.81,表明储层微观孔隙的非均质性较强;2)研究区分形维数与储集岩多种物性参数存在良好的相关性。分形维数可以定量表征储层微观孔隙特征,即分形维数越小,储层物性及非均质性越好,渗流能力越强;3)分形维数可以定量表征储层微观物性特征,可以应用分形维数对储集层进行分类评价;4)影响致密储层物性的主要因素是沉积相和岩石的矿物成分。以上结果,为研究区下一步的稳产开发提供理论依据。

大宁-吉县地区山西段致密气储层孔隙结构分形特征及分级评价

基于铸体薄片、场发射扫描电子显微镜、物性、核磁共振和高压压汞等实验测试资料,利用分形几何原理和方法,对鄂尔多斯盆地大宁-吉县区块山西段致密砂岩储层的孔隙结构进行分形维数计算,并研究其与储层物性、孔隙结构等参数的相关性,以进一步对致密储层孔隙结构进行分级评价研究.研究表明:山西段平均孔隙度、渗透率为5.05%、0.15 mD,储集空间的类型主要有粒间溶孔、晶间溶孔以及剩余粒间孔.汞饱和度法计算的分形维数与孔渗、孔隙结构参数之间相关性较好,其范围在2.11至2.87之间,平均值为2.5.通过汞饱和度法将储层孔隙结构分为三类:Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类.研究区的孔隙结构类型主要为Ⅱ、Ⅲ类.通过孔隙结构分级评价定量反映致密砂岩储层微观非均质性的复杂程度,为有利储层、致密气的规模勘探开发提供有效地质依据.

CO_(2)致裂对原煤吸附特性和分形特征的影响

为了探究二氧化碳致裂对原煤吸附特性的影响,对原煤和致裂煤进行扫描电镜实验、压汞实验和液氮吸附实验.结果表明:原煤表面裂隙较少,致裂煤表面分布大量的微裂隙并贯穿整个煤体;原煤和致裂煤的进汞退汞曲线都存在滞后环,且致裂煤进汞退汞曲线的滞后环远大于原煤进汞退汞曲线的滞后环,当压力大于1.1 MPa时,原煤的进汞退汞曲线位于致裂煤的进汞退汞曲线的下方,并且曲线之间的差距随着压力的增加越来越明显;致裂煤的吸附脱附体积远高于原煤的吸附脱附体积,致裂煤的脱附曲线在相对压力接近0.95时的下降速度要快于原煤;原煤的分形维数大于致裂煤的分形维数,因此致裂对煤层孔隙发育为大孔、增加孔隙体积具有促进作用,致裂使煤内部连通性和煤层的透气性增强,便于瓦斯的解吸与运移.该研究可为煤层气的抽采以及预防煤与瓦斯突出提供参考.

利用改进分形特征对SAR图像目标检测方法的研究

改进分形特征是用指数小波在一个尺度上对检测图像滤波,针对特定大小目标用能量关系函数求得各像素点的分形特征。该文研究了利用改进分形特征对SAR图像进行目标检测的方法,分别使用改进特征与扩展分形特征对单一背景和复杂背景条件下的SAR图像进行目标检测,结果表明:改进分形特征能够在这两种背景条件下以更低虚警率检测出全部特定大小的目标,目标空间可分辨性好、位置指示准确;但在复杂背景条件下的检测虚警率比单一背景下的检测虚警率有所上升。

纳米SiO_(2)包覆改性橡胶混凝土分形特征与力学性能研究

橡胶混凝土综合性能优良,且能够实现废旧橡胶的资源化利用,但强度较低限制了橡胶混凝土的推广应用。采用纳米SiO_(2)包覆技术处理橡胶颗粒,制备橡胶混凝土,试验研究了不同浓度纳米包覆液改性后橡胶混凝土的力学性能,同时检测了橡胶混凝土内部孔隙的分形维数。结果显示,纳米SiO_(2)包覆改性能够提高橡胶混凝土的力学性能,且包覆液的最优浓度(质量浓度)为3%,能够使橡胶混凝土的28 d抗压强度和劈拉强度分别提升20.1%和20.4%。改性后橡胶混凝土的内部孔隙具有分形特征,混凝土的强度随着其孔隙分形维数的增大而升高,且两者之间存在线性关系。