九萬大山地區(qū)斷裂構(gòu)造分形特征及其地質(zhì)意義

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1、第37卷第1期2010年2月中國地質(zhì)GEOLOGYINCHINAV01．37，No．1Feb．，2010九萬大山地區(qū)斷裂構(gòu)造分形特征及其地質(zhì)意義成永生1,2，3(1．中南大學(xué)信息物理工程學(xué)院，湖南長沙410083；2．廣西華錫集團(tuán)股份有限公司，廣西柳州545006；3．中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，湖南長沙410083)提要：本文借助于陸地衛(wèi)星多波段衛(wèi)星遙感影像，對九萬大山區(qū)斷裂構(gòu)造進(jìn)行了綜合解譯，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景．基于分形幾何學(xué)的理論基礎(chǔ)，對遙感解譯斷裂構(gòu)造進(jìn)行了定量化研究。結(jié)果顯示，九萬大山區(qū)斷裂構(gòu)造的分維值較高．顯示斷裂帶結(jié)構(gòu)復(fù)雜、構(gòu)造活動強(qiáng)烈：

2、元寶山子區(qū)斷裂構(gòu)造分維值明顯偏低，其中北東向斷裂構(gòu)造的分維值大于北西向斷裂構(gòu)造的分維值，說明區(qū)內(nèi)以北東向斷裂構(gòu)造為主，屬主導(dǎo)性斷裂構(gòu)造，這恰好與區(qū)域構(gòu)造特征相吻合。關(guān)鍵詞：分形；斷裂；地質(zhì)解譯；遙感；九萬大山中圖分類號：P542+．3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1000-3657(2010)01—0127—07自20世紀(jì)70年代美國數(shù)學(xué)家Mandelbrot創(chuàng)立分形幾何學(xué)理論以來．為定量描述自然界中不規(guī)則及復(fù)雜現(xiàn)象提供了有效工具．使人們能夠借助于事物內(nèi)部的自相似性來洞察隱藏于混亂現(xiàn)象中的精細(xì)結(jié)構(gòu)．為人們從局部認(rèn)識整體．從有限認(rèn)識無限提供了新的方法論．為不

3、同領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)規(guī)律性提供嶄新的語言和定量的描述【問。分形理論已在地質(zhì)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。尤其是在地質(zhì)災(zāi)害[61、成礦預(yù)測網(wǎng)、大地構(gòu)造分析[8叫、成礦動力學(xué)【1q、地球化學(xué)【111等方面。斷裂作為構(gòu)造變形和地殼演化的重要產(chǎn)物之一．是自然界非常普遍的地質(zhì)現(xiàn)象．也是一種重要的構(gòu)造作用方式。具有明顯的分形結(jié)構(gòu)特征。它對熱液遷移和礦床的形成、油氣運(yùn)移和油氣藏形成、地下水遷移和廢物的地下儲存、地殼運(yùn)動和地震等起著重要作用。筆者以遙感解譯的九萬大山地區(qū)的斷裂構(gòu)造為基礎(chǔ)．利用分形幾何學(xué)方法。對斷裂體系進(jìn)行了分形分析研究．結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)特征。進(jìn)一步探討了斷裂構(gòu)造分形的地質(zhì)

4、意義。1斷裂構(gòu)造分形理論基礎(chǔ)分形是指其組成部分以某種方式與整體相似的形舊。它是以分維數(shù)、自相似性、統(tǒng)計自相似性和冪函數(shù)等為工具，研究不具有特征標(biāo)度、極不規(guī)則和高度分割但具有自相似性的復(fù)雜現(xiàn)象．定量描述這種自相似性的參數(shù)稱為“分形數(shù)”或簡稱“分維”．記為D．它可以是分?jǐn)?shù)。Mandelbrot認(rèn)為分?jǐn)?shù)維乃分形理論的核心．定義為：“一個集合，如果其Hausdorff維嚴(yán)格大于其拓?fù)渚S．則稱該集合為分形集”。分形維數(shù)擴(kuò)展了整數(shù)維的概念。但同時又包含了整數(shù)維。測定分維數(shù)的常用方法有：①改變觀察尺度求維數(shù)；②根據(jù)測度關(guān)系求維數(shù)；③根據(jù)相關(guān)函數(shù)求維數(shù)：④根據(jù)分布函

5、數(shù)求維數(shù)；⑤根據(jù)頻譜求維數(shù)[21。斷裂構(gòu)造的空間展布是一系列無規(guī)則的線狀或面狀集合體．這是傳統(tǒng)的歐氏幾何學(xué)無法精確描述的。斷裂破裂過程具有隨機(jī)自相似性．?dāng)嗔训姆植己蛶缀涡螒B(tài)具有分形結(jié)構(gòu)特征。斷裂的空間展布所具有的分形結(jié)構(gòu)使其被定量描述成為可能。將斷裂構(gòu)造視為分形體．按照分形幾何學(xué)的方法可以求得斷裂空間分布的分維值㈣。分維值D的大小反映了斷裂構(gòu)造展布結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、構(gòu)造活動的強(qiáng)弱及構(gòu)造發(fā)育的程度。D值越大，其展布結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，構(gòu)造收稿日期：2009—06-03：改回日期：2009-12-22基金項(xiàng)目：中國博士后科學(xué)基金(20090451105)以及廣西華

6、錫集團(tuán)股份有限公司博士后工作站科研項(xiàng)目(043010100)資助。作者簡介：成永生，男，1979年生，博士，講師，主要從事礦床地質(zhì)、找礦勘探與成礦預(yù)測方面的教學(xué)與研究工作：E-mail：cys968@163．com。中國地質(zhì)2010年活動性越強(qiáng)．構(gòu)造處于發(fā)展之中：D值越小。其展布結(jié)構(gòu)越簡單．構(gòu)造活動性越弱且構(gòu)造發(fā)育趨向成熟和衰亡I堋。本文主要采用盒維數(shù)法(box—countingdimensionmethod)．對于分維值為D的客體．采用不同標(biāo)尺r的正方形網(wǎng)格覆蓋，設(shè)Mr)為包含有斷層的邊長為r的正方形盒子數(shù)．以lg(r)為橫坐標(biāo)。以lgM(r)為縱

7、坐標(biāo)．在雙對數(shù)坐標(biāo)中用最小二乘法對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析。如線性構(gòu)造具有分形特征．則lgM(r)與lg(r)之間應(yīng)滿足線性關(guān)系．此時該回歸直線的斜率絕對值即為線性構(gòu)造的分維值D，即：胯醬2地質(zhì)背景研究區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺、華南加里東褶皺帶與桂西印支期褶皺帶的過渡部位．江南臺隆南緣的桂北地區(qū)。夾于廣西壯族自治區(qū)北部的融水縣、融安縣和貴州省之間。地理坐標(biāo)為：108。43’26．1”一109。26’52．3”E。23054’51．8”一25030’47．1”N。研究區(qū)經(jīng)歷了早一中元古代地槽和新元古代一早古生代地槽發(fā)展．經(jīng)廣西運(yùn)動成為海西一印支構(gòu)造發(fā)展階段的隆起。

8、區(qū)內(nèi)分布有古一中元古宇至下一上古生界石炭系的地層。古一中元古界四堡群為本區(qū)出露的最老地層，構(gòu)成本區(qū)的下部褶皺