[發(fā)明專利]一種Zoophycos遺跡化石分形拓?fù)淠Ｐ偷臉?gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810298875.2
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108733875B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋慧波;金毅;張翔宇;劉順喜;胡斌;黃志偉;李娟;鄭鋒利
• 申請（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/20
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 夏艷

本發(fā)明屬于生物造跡定量分析技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種Zoophycos遺跡化石分形拓?fù)淠Ｐ图捌錁?gòu)建方法和應(yīng)用，建立了Zoophycos遺跡化石的分形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。隨后發(fā)展了一種量化復(fù)雜造跡行為的分形維(D)模型并再現(xiàn)了D時空演化趨勢。最后，結(jié)合δ¹³C和Zoophycos的蹼紋形變規(guī)律分析了D同古水深及底質(zhì)特征的關(guān)系。結(jié)果表明D隨著古水深的增大而增大，隨著底質(zhì)固結(jié)程度的增強(qiáng)而減小。本發(fā)明表明分形拓?fù)洳粌H僅提供了對于復(fù)雜造跡行為及基本解釋，還在古環(huán)境的反演工作中起到了十分可靠且有效的作用。本發(fā)明工作對分形遺跡學(xué)及生物擾動儲層的定量評估工作具有一定的啟發(fā)意義，并且為數(shù)字遺跡方向提供了新的數(shù)學(xué)思維。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物造跡定量分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種Zoophycos遺跡化石分形拓?fù)淠Ｐ图捌錁?gòu)建方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前，業(yè)內(nèi)常用的現(xiàn)有技術(shù)是這樣的：

如今，分形理論已經(jīng)成為許多領(lǐng)域中表征靜態(tài)(容積容量)或者動態(tài)(傳熱傳質(zhì))目標(biāo)所具有尺度不變特征的有效的工具。同時，地學(xué)對象多為不同尺度、強(qiáng)度的地質(zhì)事件、外部作用及內(nèi)部物理化學(xué)過程疊合作用的結(jié)果，其幾何形貌、空間分布異常復(fù)雜并表現(xiàn)出尺度不變屬性。

就地學(xué)領(lǐng)域所涉及到的復(fù)雜現(xiàn)象而言，一種簡單且有效的方式是對目標(biāo)的觀測值和觀測尺度求取log-log關(guān)系(數(shù)量-尺度關(guān)系)以獲得分形維值來進(jìn)行屬性描述，例如孔隙/粒度大小，孔-固界面面積，曲線長度，礦石品味，水文彎曲度，孔隙度，地質(zhì)年代，以及各向異性等等。除了該種描述方式之外，分形理論的其他應(yīng)用方式還包括對各種物理過程的理解，例如地下儲層中的油氣采收，煤層中的煤層氣抽取，地?zé)醿又械恼羝桑寥乐械奈廴疚镞w移，以及多孔介質(zhì)中的滲流現(xiàn)象等等。相比之下，分形理論在遺跡學(xué)中的應(yīng)用十分少見，這也在一定程度上阻礙了該領(lǐng)域的量化研究進(jìn)程。

幸運的是，這一主題已經(jīng)吸引了眾多遺跡學(xué)家的關(guān)注，同時有越來越多的證據(jù)顯示生物的造跡行為同樣滿足尺度不變特征。在已知的前期工作中，Jeong和Ekdale發(fā)現(xiàn)生物擾動構(gòu)造及大多數(shù)遺跡化石中均表現(xiàn)出自相似性，并指出分形維是定量描述生物行為模式占據(jù)空間能力的參數(shù)，能夠為古生態(tài)學(xué)的研究提供了客觀的量化指標(biāo)。隨后，Baucon證明了遺跡化石的自相似性，他通過使用數(shù)量-尺度關(guān)系即盒維數(shù)法，計算出Zoophycos，Chondrites，Paleodictyon等20多種遺跡化石的分形維，其分形維D分布在[1.45-1.8]范圍內(nèi)。同時，分形幾何對遺跡化石復(fù)雜形態(tài)描述的有效性得以證明。其次，Lehane和Ekdale同樣采用盒維數(shù)法展現(xiàn)了遺跡化石Graphoglyptid的幾何復(fù)雜性。該工作為遺跡化石的分形分析提供了一種有效的方法，同時總結(jié)出能夠?qū)z跡化石的形態(tài)特征進(jìn)行量化分析的多種數(shù)學(xué)手段，并再一次認(rèn)為分形幾何是一種獨立于幾何體，可以用來表征形態(tài)復(fù)雜度的有力工具。此外，基于遺跡化石在地史時期的分形維演化趨勢，又提出了Graphoglyptid造跡生物的造跡行為在顯生宙時期的分形演化模式。最近，F(xiàn)an等再次以同樣的方式，分析了遺跡化石Helminthorhaphe的形態(tài)特征，使分形拓?fù)涑蔀橐环N表征遺跡化石的空間占用能力的重要參數(shù)。結(jié)果表明，Helminthorhaphe的分形維分布在[1.2,1.8]，其各個下屬遺跡種的分形維值隨著空間占用的增加而增大。由此可見，對生物擾動構(gòu)造的量化表征提供了十分重要的見解。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：

一種好的描述方式應(yīng)當(dāng)使得分形行為獨立于觀測尺度變化(幾何或統(tǒng)計特征)，并且能夠以確定的方式提供一種定義尺度不變性的數(shù)學(xué)模型。雖然盒維數(shù)法是一種量化復(fù)雜度的有效方式，但是它卻難以提供關(guān)于遺跡化石尺度不變行為的本質(zhì)理解。具體而言存在如下幾點問題：

(1)分形理論雖然能有效表征隨機(jī)、復(fù)雜、破碎以及非連續(xù)現(xiàn)象，但必須結(jié)合造跡行為的特殊性。

(2)遺跡化石分形維的計算多采用傳統(tǒng)的盒維數(shù)法，未能從根源上定義生物造跡的分形行為，這會在一定成程度上阻礙對造跡行為的本質(zhì)理解。