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沉积岩中时空分形结构的研究及其地质意义

目录

一、内容综述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

二、沉积岩时空分形结构的理论基础．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

2.1分形理论概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

2.2沉积岩形成与时空分形结构的关系．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

2.3时空分形结构的数学描述与模型建立．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

三、沉积岩时空分形结构的识别与划分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

3.1识别方法与技术手段．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

3.2沉积岩时空分形结构的类型与特征．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17

3.3分形结构的空间分布及演化规律．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20

四、沉积岩时空分形结构分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

4.1分形维度分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

4.2分形结构的自相似性探讨．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

4.3分形结构与岩石物理性质的关系分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26

五、沉积岩时空分形结构在地质领域的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30

5.1在矿产资源预测与评价中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32

5.2在地质灾害评估中的意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

5.3在地层对比与划分中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36

5.4在沉积环境分析中的价值．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40

六、研究展望与总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41

6.1研究展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42

6.2研究成果总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44

6.3对未来研究的建议．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45

一、内容综述

沉积岩作为地球地表最常见的岩石类型之一，其内部的微观结构、宏观构造以及空间填充特征在揭示沉积环境、沉积过程以及储层物性等方面扮演着至关重要的角色。近年来，随着分形几何学理论的日趋成熟及其在地质学科中应用的不断深入，研究者们开始运用分形理论，特别是时空分形理论来解析沉积岩中复杂的几何模式和自相似性，从而更加精细化地理解沉积过程的复杂性与规律性。所谓时空分形结构，其核心在于同时考虑系统在时间和空间两个维度上的自相似性和复杂性，并通过对这种时空尺度关联性的研究，来揭示沉积事件发生发展的动态过程及其空间分布格局。目前，在沉积岩研究领域，依托时空分形理论进行的探索已经取得了诸多有益的进展，涵盖了从沉积物搬运、堆积的动力学过程模拟、沉积相带的识别与预测，到储层微观孔隙结构表征、油气运聚分布规律分析等多个关键方面。

现有研究表明，沉积岩中的许多自然现象，如层理形态的演变、颗粒大小的分布、孔隙网络的构型等，都普遍存在着分形特征。研究者利用分形维数、分形谱等定量指标，成功刻画了不同沉积环境下沉积岩的内部结构复杂程度。例如，通过对层序地层内部各种耦合型式（如沙坪、前积复合体等）的时空分形分析，可以更好地理解不同沉积事件（如基准面变化、可容空间调整等）对沉积物几何形态的控制作用。【表】简要列出了一些典型沉积特征在时空分形研究中的应用与代表性成果。特别值得注意的是，将时空分形分析与传统沉积学方法相结合，能够更有效地揭示沉积盆地演化过程中沉积体系时空分布的非均一性，为油气勘探目标的优选提供了重要的科学依据。

【表】沉积岩时空分形结构研究应用简表

沉积特征类型

研究内容

采用的时空分形方法

主要地质意义

层序地层单元

层序边界、层内叠置样式

时空分形维数计算、分形谱分析

表征盆地充填速率变化、基准面波动等，揭示沉积控制因素

碎屑沉积物结构

分选、磨圆、颗粒大小分布

时空统计分形分析

反映物源供给条件、水动力能量变化等，评价物源区与搬运路径

孔隙结构

孔隙网络的分形特征、连通性评估

分形孔隙模型、空间异质性分析

预测储层渗透率、评价储层物性分布均匀性

沉积相空