基于分形理论的旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷表面微观形貌

为了研究旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷表面的微观形貌,基于分形理论研究不同加工参数下Si_(3)N_(4)陶瓷表面微观形貌的变化。设计旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷正交试验,对比分析不同加工参数对Si_(3)N_(4)陶瓷表面分形维数和多重分形谱的影响,并设计单因素试验研究不同加工参数下Si_(3)N_(4)陶瓷表面的粗糙度、分形维数和多重分形谱。结果表明:旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷表面时,分形维数能更好地表征其加工表面的缺陷状态,多重分形谱则能更好地表征其加工表面缺陷的起伏程度变化。

冻融红砂岩孔隙结构演化规律及多重分形特性

为探究寒区砂岩在冻融循环作用下的孔隙结构损伤特性,对经历不同冻融循环次数的红砂岩试样进行了核磁共振试验,并结合多重分形理论,探讨了冻融循环作用对红砂岩不同尺度下孔隙结构的演化规律。结果表明:冻融作用促进了红砂岩孔隙结构发育,未经冻融作用的红砂岩T 2谱曲线呈3峰分布,经历冻融作用的红砂岩T 2谱分布曲线出现了4个峰,反映了冻融过程中红砂岩的孔隙结构演化复杂;单重分形不能表征红砂岩微小孔隙结构特征,但红砂岩微小孔和中大孔均具有良好的多重分形特征;分形参量与孔隙度高度线性相关。微小孔中总体非均质性参数D(0)-D(1)和低概率参数D(-10)-D(0)与孔隙度负相关,赫斯特指数H与孔隙度正相关;中大孔单重分形维数D 2与孔隙度负相关,D(0)-D(1)、D(-10)-D(0)、H均与孔隙度正相关;利用多重分形分析了冻融红砂岩孔隙结构演化规律,为深入研究冻融红砂岩损伤破坏机理提供了理论依据。

云南永胜古滑坡堰塞湖沉积物粒度多重分形特征及其指标适用研究

本文以云南永胜县下院滑坡堰塞湖沉积物为研究对象,依据粒度测试结果采用传统粒度指标与分形理论相结合的方式对其沉积环境进行系统化研究,探讨各传统指标在堰塞湖沉积解析中的适用性,探索多重分形理论在沉积学中的应用价值。研究结果表明:①堰塞湖沉积物粒度统计参数明显不同于其他环境下的沉积物,具有河湖相沉积独特的分布曲线形式、分选状态和分形特征。优势粒级在分形计算中起主导地位,全局分形维数与分选系数有着良好的对应关系。不同的分形维数对应着不同的堰塞湖沉积条件,分形维数在堰塞湖粒度解析中有着很好的运用前景;②多重分形结果显示2种不同时期的堰塞湖沉积物均以高聚集度组分为主体,表明粒径分布集中,反映出堰塞湖沉积过程中水动力的稳定性,沉积来源的唯一性,进一步证明了该堰塞湖曾长期存在。细粒组沉积粒径分布范围较窄,分布相对集中,优势粒组多但单个含量低,尾端含量低,内部分异较大;粗粒组分布呈局部集中整体分散的趋势,高聚集度粒组数量少但含量高,低聚集度粒组数量多但单个含量低,呈现中间高,四周低的特点。③多重分形分析表明Δα、Δf在沉积物粒度分析中能够解析粒组内部分布特征,具有传统指标不可替代的作用,D_(0)和D_(1)两者结合可作为沉积环境解析的替代指标,与其他q阶多重分形联合可进一步作为堰塞湖解析指标,而D_(1)/D_(0)和D2则存在一定局限。

新冠肺炎疫情影响下我国股票市场的分形特征和风险度量研究

本文基于多重分形消除趋势波动分析工具(MF-DFA)研究了新冠肺炎疫情对我国股市造成的冲击和影响。研究结果表明:首先,疫情期间,我国多层次股票市场的多重分形结构特征明显增强,市场的复杂程度和风险强度显著提升,市场的有效性也受到严重的削弱;疫情得到有效控制后,风险强度明显下降,市场效率逐步恢复;其次,疫情期间创业板指数较其他板块指数的市场分形强度和风险性低,有效性高,市场整体表现较好,且在整个样本期内,各个板块中的代表性指数均具有时变的多重分形特征;最后,指数收益序列的长记忆性和非正态厚尾分布的共同作用使我国股票市场在疫情期间呈现出较强的多重分形特征。

冀东Cu元素化探异常信息提取与找矿潜力分析

冀东地区是河北省重要的铜钼多金属成矿带。1∶20万化探异常圈定结果显示,Cu元素异常呈近东西向零散分布,与已知矿床(点)吻合程度较低。为有效提取矿化异常、分析影响异常分布控制因素,文章采用多重分形S-A异常分解和局部奇异性法数据处理方法对化探数据进行了分析。S-A法化探异常分解结果显示Cu元素背景场亦呈近东西向展布,分解的Cu元素异常场与铜矿(化)点吻合程度显著提高,且圈出部分新的成矿有利区域。为识别和提取弱异常,进一步采用局部奇异性法对数据进行了处理,提取结果与S-A法分解异常场相比,背斜核部异常明显减弱,在北翼碳酸盐岩地层分布区圈出多处成矿有利区,结合区域构造演化和成矿地质条件分析,马兰峪背斜核部深部找矿潜力受限,北翼应为寻找斑岩型—矽卡岩型铜多金属找矿重点区域。

黄土高原典型流域水蚀因子多重分形特征

[目的]探索高程、坡度、土地利用、植被覆盖度等水蚀因子的空间内部多重分形特征,进而深刻认识黄土高原水蚀机理。[方法]分别以黄土高原沟壑区和黄土丘陵沟壑区的两个典型流域(长武县王东沟流域与淳化县泥河沟流域,米脂县泉家沟流域与安塞县纸坊沟流域)为例,利用多重分形方法计算分析了水蚀因子的多重分形谱及其主要参数,探讨了水蚀因子多重分形特征。[结果]地貌相对起伏最大和土地利用空间不均匀程度最高的是王东沟流域,其坡度与土地利用的奇异指数Δα值分别是0.817,0.310,而植被覆盖区域差异最大的是泉家沟流域,其植被覆盖的Δα=1.309;黄土丘陵沟壑区高程的Δf(α)<0,黄土高原沟壑区坡度的Δα与Δf(α)皆大于丘陵沟壑区,即丘陵沟壑区的相对起伏更大,地貌表面更尖锐,土地利用破碎化更严重,植被覆盖区域间复杂程度高。[结论]王东沟流域的地貌相对起伏程度和土地利用破碎化更大,泉家沟流域的植被覆盖复杂程度最高,与实际情况相符,即在区域开展水蚀因子量化进行多重分形特征分析是可行的。

基于多重分形的改进GRU滑坡位移预测模型

门控机制设计难以学习序列变化趋势,导致传统记忆网络模型对滑坡位移非平稳跃变段预测效果较差.基于多重分形改进门控循环单元(GRU),通过量化序列的变化特征来动态更新门控权重,引入循环神经网络单元的状态融合策略以学习数据的长程相关性特征.采用变分模态分解算法将滑坡累积位移分解成趋势项、周期项及随机项,利用改进GRU进行位移分量的训练和预测.选取三峡库区白水河滑坡监测点ZG93、ZG118进行仿真实验.实验结果表明,相比传统预测模型,新模型的滑坡位移形变趋势特征学习能力更强,预测精度更高.

基于氮气吸附和压汞定量表征砂岩吸水孔隙结构演化规律

为了探究水对岩石孔隙结构的作用机制,本文依托山东万福煤矿砂岩地层,针对不同浸泡时间作用下的砂岩试样,开展扫描电镜、氮气吸脱附和高压压汞联合孔隙结构测试实验,分析微孔(<2 nm)、介孔(2~50 nm)和大孔(>50 nm)的孔隙结构变化规律。结果表明:砂岩孔隙结构类型为狭窄型和楔形结构,孔隙之间具有连通成缝的能力。砂岩吸水过程中孔隙度先减少后增加。微孔占比先减少后增加,介孔和大孔占比先增加后减少。根据广义分形维数和谱宽定量评估孔隙结构,得出其与孔隙质量正相关,即分维差值和谱宽越大,孔隙结构越复杂;而与岩石孔隙度呈负相关,即较大孔隙度对应较小的分维数差值和谱宽。

城区与郊区NO_(2)-O_(3)作用的多重分形差异分析

为定量揭示城区和郊区O_(3)前体物对O_(3)生成的差异化影响,文章基于多重分形去趋势互相关分析法和K均值聚类算法,对2016-2022年四川省15个重点城市城区和郊区不同站点NO_(2)-O_(3)互相关性的多尺度特征进行对比分析。结果表明,城区和郊区大气NO_(2)-O_(3)互相关性均具有多重分形性及长期持续性特征,且郊区站点多重分形强度显著高于城区。城区和郊区NO_(2)-O_(3)互相关性多重分形强度差异呈现逐年递增规律,且受季节影响较大,其中夏季城区和郊区差异最大,冬季最小,这些差异主要受O_(3)前体物排放特征和热岛效应的影响。研究结果有助于从新的角度理解城区郊区大气污染差异及形成机理,为城郊O_(3)精细化预测模型的完善提供动力参数。

生物质炭改良盐渍土CT孔隙图像的多重分形与相对熵特征

定量化分析土壤结构对于了解土壤的物理、化学和生物过程有至关重要的作用。结合尺度分析理论和图像处理技术可从微观角度阐明土壤结构演变过程,解决生物质炭添加对土壤结构影响的争议问题。本研究以江苏滨海盐渍土为研究对象,设置0%、2%、5%(占0~20 cm表层土壤质量比)3个生物质炭添加水平改良盐渍土。每年在水稻收割后,采用塑料环刀取表层(0~20 cm)原状土,进行Micro-CT扫描获取土壤CT孔隙结构,采用不同的理论方法(多重分形分析和相对熵分析)分析生物质炭改良土壤CT孔隙的复杂尺度行为。结果表明,多重分形分析适合于灰度图像,而相对熵分析适合于二值图像。所有处理的孔隙复杂度逐年增加,生物质炭添加能够加快土壤孔隙结构的发育,孔隙复杂度增加速率更快。在不同生物质炭处理中,2%生物质炭处理的孔隙结构复杂程度最高(△α=0.061,Range△E=0.436),土壤的孔隙结构改善效果最好。高生物质炭的添加量(5%生物质炭处理)减少孔隙结构的复杂度(△α=0.045,Range△E=0.531),降低生物质炭的改良效果。本研究从孔隙微观角度为生物质炭改良孔隙结构提供理论依据。

极端事件冲击下原油期货市场有效性的演变特征

原油期货市场极易受到地缘政治冲突和金融危机等极端事件冲击的影响,基于多重分形降趋波动分析和递归图方法构建了4种指标,量化分析了上海原油期货市场的有效性,并以国际原油Brent和WTI期货市场作为对比,系统地研究了极端事件冲击下市场有效性的动态演变特征。最后,对WTI原油期货市场的长历史数据进行了分析。研究发现:在相同的样本期间内,由于中国原油期货的制度优势、审慎适时的风控政策和具有强大韧性的经济基本面,极端事件冲击对国际原油期货市场有效性的负面影响要大于国内市场,从而使得上海原油期货市场的有效性在不同时间尺度下都高于Brent和WTI原油期货市场;原油期货市场的有效性不是固定不变的,具有显著的均值回复特征,极端突发事件会对原油期货市场的有效性造成严重的负面冲击,由于原油期货市场系统具有自我修复的能力,外生冲击造成的短暂动荡会被逐渐吸收化解,以维持自身市场有效性的相对稳定。所构建的市场有效性指标对预警原油期货市场风险具有一定的效果。

湖泊水体中溶解氧和高锰酸盐指数多时间尺度相关性的分形测量

深入理解水质指标之间的相关性演化,有助于阐明水华发生及演化机理。为探究湖泊水体中溶解氧(DO)和高锰酸盐指数(I Mn)水质指标的多时间尺度非线性相关性特征及演化规律,应用集合经验模态分解法(EEMD)和多重分形去趋势互相关分析法(MFDCCA),对泸沽湖和邛海湖2022年2月1日~2023年8月31日DO和I Mn之间相关性的长期持续性及多重分形特征进行研究。结果表明:1)泸沽湖和邛海湖DO演化主要受到不同时间尺度上气象条件的影响。前8个模态叠加后构成DO的高频成分模态,可以更好地反映藻类生长对DO的影响,而减少气候季节变化对DO的影响。2)在研究时间尺度内,DO高频分量和I Mn指标相关作用的强度随时间以幂函数形式缓慢衰减,其相关性在一定时高的U形变化。气象条件变化是导致Δh值和藻密度具有互相关关系的主要原因。研究湖泊水体中DO和I Mn之间相关性的多重分形变化模式,可为完善湖泊水体中藻类演化动态及水华预测预警模型提供新的动力参数。

准噶尔盆地二叠系风二段凝灰岩储层孔隙多重分形特征

凝灰岩储层作为致密油气储层的一种,其微纳米孔隙对油气的储存有着较大的影响。为明确准噶尔盆地哈山地区二叠系风二段凝灰岩储层孔隙结构及非均质性特征,选取哈山地区哈11井6块凝灰岩样品,采用总有机碳含量测定、全岩矿物组分分析,通过CO_(2)和N_(2)吸附实验对凝灰岩储层孔隙结构进行表征,结合多重分形理论,分析孔隙的非均质性及连通性。结果表明:所选凝灰岩样品TOC平均为0.931%,矿物组分以长石、石英、黏土矿物以及白云石为主。微孔主要发育0.33~0.38,0.50~0.68及0.72~0.86 nm3个孔径区间内的孔隙,介-宏孔主要发育2.94~16.09 nm孔径区间内的孔隙。广义分形维数(Dq)随着q的增大而减小,奇异分形谱呈凸起的非对称抛物线状,凝灰岩储层孔隙具有多重分形特征。微孔(0~2nm)具有较小的奇异谱谱宽(Δα)和较大的Hurst指数(H),而介-宏孔(2~100 nm)具有较大的Δα值和较小的H值,表明微孔具有较好的均质性和连通性。介-宏孔的非均质性受孔体积的影响,随着孔体积的增大,孔隙非均质性增强,连通性降低。TOC和矿物组分对孔隙非均质性含量和连通性均有不同程度的影响,TOC的增加提高了介-宏孔的连通性,斜长石含量的增加提高了介-宏孔的非均质性,黏土矿物含量的增加提高了微孔的非均质性,白云石和方解石含量的增加降低了介-宏孔的非均质性。

雅山荒漠覆盖区元素垂向迁移非线性响应机理

浅覆盖层地区仍具有很大的找矿潜力,但覆盖层会弱化深部矿化信息,使得常规化探方法效果不佳,为有效提取深部矿化信息,需查明成矿元素在覆盖层中的垂向迁移规律。以新疆雅山荒漠覆盖区一处Cu-Mo综合异常区为研究区,采用浅钻采集覆盖层土壤样品,检测其矿物成分及As、Cu、Pb、Mo等元素的总量和相态,分析成矿元素的多重分形特征,探讨其垂向迁移的非线性响应机理。矿物成分分布模式和元素R型聚类分析表明,5个浅钻可分Ⅰ类钻孔(ZK01、ZK02、ZK03)和Ⅱ类钻孔(ZK04、ZK05),分别为底部基岩为二长花岗岩、凝灰岩的土壤环境。元素总量多重分形分析表明,Ⅱ类钻孔环境更有利于元素的垂向迁移,与该类钻孔所处的凝灰岩母岩环境相符合,说明多重分形方法可以定量表征元素的垂向迁移能力。元素相态多重分形分析表明,Cu主要以离子态形式迁移,Mo主要以铁锰氧化物态迁移,深部矿体与元素垂向迁移形成的地表地球化学异常之间存在非线性响应过程。研究成果可为利用浅钻化探技术开展浅覆盖区找矿勘查提供思路,并为区域成矿潜力评价、覆盖区探矿工程部署等提供依据。

致密砂岩裂缝网络复杂性及其影响因素研究

裂缝网络分析在油气藏勘探开发过程中发挥着着重要作用,致密砂岩裂缝网络复杂性分析对水力压裂优化、裂缝网络预测、裂缝建模等具有重要意义。文章结合致密砂岩复杂的裂缝网络动态演化的实验研究,明确了裂缝网络的分形和多重分形谱特征,深入分析了裂缝网络的复杂性及其主控因素。通过岩石力学和X射线CT扫描实验确定了岩石力学和裂缝网络特征;通过扫描电镜实验、裂缝网络的分形分析定量化表征了致密砂岩微观组构和裂缝网络的分形特征。研究结果表明:致密砂岩的石英含量为28.08~52.88%,黏土含量为11.54~25.45%,粒度为61.18~184.55μm,孔隙度为8.125%~10.296%;单轴抗压强度介于69.09~188.33 MPa,弹性模量介于31.69~92.76 GPa;分形维数(DB)为1.28~2.35,谱宽(Δα)平均值为1.0851~1.3638。裂缝的萌生、扩展贯穿于应力–应变的全过程,裂缝网络的复杂性主要受控于致密砂岩的微观组构特征,并且具有明显的围压和尺度效应。三维裂缝网络的分形维数、多重分形谱的谱宽平均值可分别表征裂缝空间分布的复杂性和非均质性,两者之间具有相对的独立性。砂岩中石英、长石等脆性矿物含量越高、储层孔隙度越大、砂岩组成粒度越小裂缝网络分形维数越大,谱宽平均值越小;无围压情况下,样品裂缝网络的复杂性主要受控于微观组构特征,且随着轴向压力的增加而增加;存在围压的情况下,围压起主导作用,围压越大分形维数越小,谱宽平均值越大。而黏土矿物不利于复杂裂缝的形成;小尺度样品的分形维数和谱宽平均值大于尺度大样品的分形维数和谱宽平均值。砂岩的弹性模量和抗压强度与分形维数和谱宽平均值具有一定的正相关性。

多重分形局部奇异性分析方法在中国西藏多龙矿集区深层次地球化学异常识别中的应用

勘查地球化学数据作为成矿地质体预测最重要的信息载体之一,在识别提取成矿异常以及挖掘深层次成矿信息中具有重要作用。基于地球化学元素空间分布的尺度不变性和广义自相似性,以多龙矿集区1∶5万勘查地球化学数据中的Cu、Au元素为例,运用分形/多重分形和奇异性理论开展分析研究,进行成矿元素空间分布模式的识别和异常提取。针对研究区全区、断裂缓冲区和地层分区分别运用矩方法计算多重分形谱,用于描述局部地区元素的相对富集及亏损程度,并对区内Cu、Au成矿元素进行局部奇异性分析,以识别提取成矿元素的弱、缓异常信息,圈定成矿潜力区。研究表明,多龙矿集区内Cu、Au元素均表现为成矿有利模式。其中,Cu元素存在区域的弱富集,Au元素存在局部范围的超富集,近EW向与NE向断裂的交汇区域以及侏罗系为区内最有利成矿位置。通过绘制局部奇异性指数空间分布图,表征了Cu、Au元素地球化学异常空间分布特征,进而圈定了矿集区的中部和北部为成矿潜力区。

辽西新太古代片麻岩金矿中金与伴生元素的多重分形模型剖析

新太古代片麻岩在辽西地区分布面积广阔,其中发育的金矿矿产资源丰富。为了研究辽西地区新太古代片麻岩金矿中共伴生元素对于Au元素成矿的重要性,本文以辽西地区新太古代片麻岩中典型金矿床及矿化点矿体的组合分析数据为样本,运用多重分形理论进行Ag、Cu、Pb、Zn、S元素质量分数与金元素质量分数的相关性分析,进而建立了基于多重分形理论的金与共伴生元素多重分形模型。根据多重分形的拟合分析结果显示,Au、Cu、Pb、Zn和S元素的拟合曲线分布状态均呈明显的下凸型,其均匀程度介于正态分布和指数分布之间,广义分维值均大于1.3,说明它们之间存在明显的相关性。而银元素的拟合曲线分布状态明显不同于其它元素,说明银元素的富集不受或受到其它元素的影响很小。结合元素亲和性特征,以硫元素为核心,分析了Au、Ag、Cu、Pb、Zn的亲硫性,并将新太古代片麻岩金矿中金的演化过程划分成四个阶段,分别为①黄铁矿富集阶段,②自然金伴生阶段,③交代充填阶段,④变质氧化阶段。根据多重分形模型的拟合分析结果,并结合前人的理论研究成果表明:新太古代片麻岩金矿中共伴生元素组合对于金元素成矿极为重要,它为后期找矿的方向及隐伏矿床的发现提供了重要的指示。

基于视觉传达技术的无参考低光照图像增强方法

为了优化低光照图像增强效果,提出基于视觉传达的无参考低光照图像增强方法。所提方法通过全景成像技术重构低光照图像,并采用计算机原理模拟光学成像系统,引入多重分形法和半软阈值指数衰减法去除重构图像上的噪声。通过亮暗双通道系数计算图像增强过程中的最佳透射率,并以此透射率对低光照图像展开增强处理。实验结果表明,所提方法重构图像完整、图像整体质量高、SIMM值接近于1,在不影响图像清晰度的前提下实现了图像去噪,对低光照图像的增强效果明显,避免了增强过程中的图像曝光,做到了图像细节的完整保留。

混凝土重力坝水平位移波动多重分形分析

文章通过多重分形分析揭示了混凝土重力坝水平位移与环境量(如水位、温度)之间的复杂关系,使用了优化的多重分形去趋势相关性分析法和多重分形非对称去趋势相关性分析法进行分析,并运用多尺度滑动时间窗模型来处理实测数据。经实例应用分析发现,水平位移在不同趋势下与环境量之间存在明显的多重分形特征,并呈现出一定的非对称性,具体分析表明,水位变化对水平位移的影响更为显著,而温度变化的影响相对较弱,在环境量的影响下,混凝土重力坝水平位移整体性态良好,水位变化对位移多重分形特征的影响更为显著。

江西省古塘地区化探数据异常下限确定方法的对比研究

在土壤地球化学解异工作中,如何厘定异常下限值是评价地球化学异常的重要基础,现阶段界定异常下限的方法较多,本文将采用传统的均值标准法、累计频率法、和多重分形方法(C-N)分别应用在江西省古塘地区土壤地球化学异常下限的确定,并对不同方法确定的元素异常范围进行比较,讨论不同模型的优缺性。根据研究结果显示,累计频率法在圈定异常图范围时显示出明显的浓集中心和分带现象,却容易遗漏一些弱异常等重要信息。另外,含量-频率法则确定的异常下限略低于累计频率法,导致异常范围过大,加大了异常查证工作难度。因此界定异常下限值,从元素数据分布情况角度匹配不同方法,从缩小化探异常范围开始提高找矿效率。