基于分形与多分形方法的泥石流堆积物粒径分布特征研究——以云南家村沟为例

《Scientific Reports》：Fractal and multifractal characteristics of particle-size distributions in debris-flow deposits

　　

摘要

颗粒粒径分布是泥石流堆积物的基本特征，能够为沉积物搬运、分选和沉积过程提供重要信息。本研究对中国云南省家村沟采样主河道段沿线的十条泥石流堆积剖面进行了调查。采用机械筛分与激光衍射相结合的方法获取高分辨率粒径数据，并利用单分形和多分形方法定量表征粒径分布的空间变异性、结构复杂性和多尺度非均质性。结果表明，堆积物以粗粒组分（> 0.05 mm）为主，占粒径总组分的95.75%~99.82%；而各采样点的黏粒和粉砂含量存在差异，表明粒径组成在空间上具有明显的分异特征。全局分形维度范围为2.09~2.40，反映了粒径混合程度和粒度复杂性的显著变化。广义维度谱呈现典型的倒"S"形特征，而D?、D?和D?在各采样点之间表现出显著的空间变异性。特征奇异性强度（α?）范围为0.768~1.714，谱宽（Δα）变化范围为1.19~2.49。D?/D?值始终远低于1，进一步表明粒径分布在空间上具有显著的非均质性和多尺度变异性。相关性分析显示，分形和多分形特征与粒径组成密切相关，细粒组分的富集通常与较高的粒度复杂性相关，而粗粒堆积物则倾向于表现出相对简化的分形结构。这些结果表明，分形和多分形参数为刻画泥石流堆积物复杂的粒径结构提供了有效的定量框架，并为理解沉积物的分选、搬运和沉积过程提供了新的认识。