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地质空间随机和混沌模型理论研究及应用

2020-12-02阅读(103)

地质空间随机和混沌模型理论研究及应用

论文摘要

本文针对地质空间建模问题,在局部地学目标确定条件下,探讨地学目标子系统的不确定性即地质过程的随机性与混沌性两种类型的不确定问题。由于地质空间的结构复杂性、时空差异性以及物质组配的层次性,空间建模问题属于地质体空间分布与变异性精准度量。本文科学问题的本质属于空间建模中的理论研究:模型的随机性与混沌性;将地质作用过程视为复杂系统,通过对系统要素、相互关系及作用机制等一系列过程分析,从随机性即系统外部不确定性、混沌性即系统内部不确定性两类问题分别阐述空间建模原理;以表生地球化学元素土壤测量数据为支撑,以地质大数据融合分析为过程,结合区域地球化学分布特征,建立了适合研究区的非线性随机模型与混沌模型,意在进行区域地球化学空间奇异性度量,并给出地球化学数据求异计算的精细化方法。本文创新性内容如下:（1）地质空间复杂系统大数据界定与核心问题的表述本文认为地质子系统与对应的大数据集合之间具有某种映射关系;从某种意义上讲,数据分析属于地质子系统机制机理分析的一种形式,因此,表生地球化学数据分析属于地质作用的描述方式之一。地球化学土壤测量数据蕴含着表生作用下元素迁移分布信息,本文将元素空间分布与变异性的数字特征作为元素土壤地球化学测量数据分析的核心问题。（2）地质大数据挖掘分析中的随机性与混沌性讨论地球化学土壤测量数据蕴含着表生地球化学元素空间分布与变异信息,由于表生作用是由大气降水、空气温度及季节性变化、风化作用、水解作用等一系列开放体系要素共同制约结果造成元素迁移系统运行的不确定性,这种不确定性并非简单线性度量所能刻画的,本文从系统的随机性与混沌性产生原因剖析入手,就两种不确定性的产生条件给出了深入的阐述,是从理论上说明地学子系统随机性与混沌性两种不确定性的辩证关系。（3）地质空间复杂系统数字特征表达的随机模型与混沌模型表生地球化学复杂系统数字特征包括随机模型与混沌模型的具体表达、重要数学参数估计及可视化建模等,本文在随机分析中运用了基于二维网格地球化学测量数据的二维调和趋势面模型;在混沌系统分析中运用了二维数字谱密度模型及变异函数模型;并给出了上述两类模型的（2+1）维可视化图形。（4）基于地球化学数据的上述两类模型地质解释基于区域土壤地球化学测量数据的两类模型分析,在参考前人已有研究成果基础上,本文就数据的两类模型分析的结果给出了新的地质解释,即土壤地球化学测量数据在空间分布与变异性度量中,数字特征与频谱变异函数模型给出了更为精细的成果,从而在该区地球化学找矿信息的聚焦分析上更加符合地质实际。地质过程的随机性与混沌性模型描述是从不同的建模原理探讨相同的地质目标,属于空间地质体精细化度量的两个侧面,具有相辅相成的作用,就地学目标的相关性与预测内容而言,随机性与混沌性模型的度量标准实质是统一的,因而随机性与混沌性探讨均属于地质空间分布不确定性研究的尝试。

论文目录

  • 中文摘要
  • abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 选题背景
  •   1.2 选题的理论意义与实用价值
  •   1.3 国内外研究现状分析
  •     1.3.1 关于数学地球科学及地球信息科学研究现状
  •     1.3.2 空间数据库与挖掘方法
  •     1.3.3 地质空间建模研究的几大趋势与关键科学问题
  •     1.3.4 地质体的数字特征表达问题
  •     1.3.5 地质三维空间计算可视化与仿真
  •     1.3.6 地质随机模型与混沌模型的研究现状分析
  •     1.3.7 地质空间大数据挖掘方法研究的现状分析
  •   1.4 预期研究成果及创新点
  •     1.4.1 预期研究成果
  •     1.4.2 创新点
  •   1.5 论文的研究内容和拟解决的关键问题
  •     1.5.1 论文的研究内容
  •     1.5.2 拟解决的关键问题
  •   1.6 论文的研究方法、技术路线
  •     1.6.1 论文所涉及到的研究方法
  •     1.6.2 技术路线
  •     1.6.3 数据来源
  •   1.7 小结
  • 第2章 地学系统的随机性与混沌性理论概述
  •   2.1 地学随机过程的概念及分类
  •     2.1.1 随机过程基本概念及分类
  •     2.1.2 地质随机过程产生原因
  •     2.1.3 地学随机模型表达的科学问题
  •     2.1.4 地学随机过程典型例子
  •   2.2 地学中混沌性的概念及特征
  •     2.2.1 混沌性基本概念及特征
  •     2.2.2 地质学中混沌性及产生原因
  •     2.2.3 地学混沌性表达的科学问题
  •     2.2.4 地学混沌性典型应用
  •   2.3 地质过程的不确定性分析
  •     2.3.1 地质作用过程的不均衡性
  •     2.3.2 地质要素空间变异性
  •     2.3.3 地质成矿系统不确定性的科学本质
  •   2.4 小结
  • 第3章 地质空间与大数据特征
  •   3.1 地质空间的定义范围
  •     3.1.1 地质空间的定义讨论
  •     3.1.2 地质空间与地理空间的交切关系
  •     3.1.3 地质空间的物质组成与结构
  •     3.1.4 地质空间的混成性与复杂性
  •   3.2 地质空间地质体的时空分布特征
  •     3.2.1 地质空间组成形式
  •     3.2.2 三大岩类地质体的组成格架与空间关系
  •   3.3 地质大数据的定义与性质
  •     3.3.1 地质大数据获取方式与标准
  •     3.3.2 地质大数据的空间分布特征与属性特征
  •     3.3.3 地质大数据研究的科学问题讨论
  •     3.3.4 地质体数字特征研究的基本问题
  •   3.4 小结
  • 第4章 地质体数字特征的大数据表达
  •   4.1 地质体数字的几个重要参数
  •     4.1.1 数学期望
  •     4.1.2 方差
  •     4.1.3 分布函数
  •     4.1.4 特征函数
  •     4.1.5 母函数
  •     4.1.6 地质体相同特征的母体检验
  •   4.2 地质空间地质体大数据的多维性
  •     4.2.1 地质大数据构成的大样本及多变量
  •     4.2.2 地质大数据的标准化
  •     4.2.3 地质空间大数据云计算理论
  •     4.2.4 地质大数据的降维与降噪问题
  •     4.2.5 地质大数据计算的可视化问题
  •   4.3 小结
  • 第5章 地质过程的随机性与混沌性讨论
  •   5.1 地质过程的随机性讨论
  •     5.1.1 地质随机模型分类
  •     5.1.2 地质随机过程的一般形式
  •   5.2 地质过程的混沌性探讨
  •     5.2.1 地质过程混沌性的本质
  •     5.2.2 地质过程混沌谱模型
  •     5.2.3 地质过程混沌性的数据特征表达
  •     5.2.4 地质混沌模型的解释
  •   5.3 地质过程随机性与混沌性的统一关系
  •   5.4 小结
  • 第6章 地质随机模型与混沌模型的案例分析
  •   6.1 研究案例的地质背景
  •     6.1.1 研究区的选择与数据质量评价
  •     6.1.2 研究目标与地学问题
  •   6.2 基于研究区的随机模型与计算
  •   6.3 基于研究区的混沌模型与计算
  •     6.3.1 研究区地球化学混沌模型
  •     6.3.2 研究区地球化学混沌模型计算的可视化
  •   6.4 小结
  • 第7章 结论与存在问题
  •   7.1 结论
  •   7.2 存在的问题
  • 参考文献
  • 作者简介及在学期间所取得的科研成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 赵桂燕

    导师: 路来君

    关键词: 地质空间,地质大数据,地质体数字特征,随机性与混沌性,空间分布与变异性度量

    来源: 吉林大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 地质学,矿业工程

    单位: 吉林大学

    分类号: P628

    总页数: 155

    文件大小: 9560K

    下载量: 181

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