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Hurst指数分析方法在提取震磁异常中的应用 杨涛1刘庆生1李西京2曹国栋1 (1中国地质大学地球物理与空间信息学院武汉430074；2陕西省地震局乾陵地震台陕西乾县713300) 地磁观测是地震前兆观测中的重要手段之一，地磁场的变化是一个非线性动力学过程，也是一个由规律成分 和随机成分叠加而成的时间序列过程，在许多方面表现出自相似的分形特性，已有的研究表明连续变化的她磁场 具有分维结构。这使得我们有可能把分形几何学的方法，如非线性科学中用赫斯特指数H(Hurst exponent)刻 硒时问序列的重标极差法(刚s，Rescaled rangeanalysis)引入到对地磁场变化规律与地震活动之间的关系的研 究中。本文试图应用剐s方法对陕西关中地区泾阳、乾陵和周至三个地磁台的地磁场分形特征进行研究，分析地磁 场赫斯特指数H变化与1998年1月5日泾阳地震之间的关系，探讨非线性I鸿方法在提取震磁异常方面的应用效果。 赫斯特指数的含义：H=O．5，这标志着序列是相互独立的，随机的；0SH0．5，这是一种反持久性的时 间序列，经常被称为“均值回复．0。5HSl，表明一个持久性或趋势增强的序列，即所研究的时间序列不是相互 独立的，而有长程相关性的。‘上述赫斯特指数的特征为将其应用于地震前兆时序观测资料的分形方法处理，研究 观测资料的结构变化特征与地震活动相互关系奠定了基础。 在对数据进行R／S努析之葡套；首先将泾翔i，乾陵、周至3个1996-1998年地磁场垂直分量z的日均值分别与 武汉台相应日均值相减得到刃(f=l2’3)，目的是消除地磁场本身正常变化和空间场等非震因素的影响。然后对 每个台的数据(刀)以30天为窗长、20天为步长向前滑动，利用文献lll所给出的公式，计算三个台每个时段的赫 斯特指数H。 由计算结果可以看出：①除泾阳台1997年lO月和乾陵台1997年8月外，三个台站的Z分量的赫斯特圩指 数均大于0．5，表明正常情况下，地磁场z分量变化是一个具有长程相关性的持久性或趋势增强的序列，这与该地 区地磁场变化特征是一致的；⑦在泾阳地震4个月和2个月前，乾陵和泾阳台站的地磁Z允量的赫斯特指数低予 0．5的异常变化，．导致长程正相关趋势上出现负效应异常，表咀由于震前应力变化导致地磁场发生局部异常变化， 改变了正常的趋势增强性变化。③周至台z分量赫斯特指数月在震前并无明显异常出现；④地震发生在赫斯特 指数日恢复到初始水平阶段内。将此结果与三个台地磁z分量的高阶统计量方法处理结果12I对比发现，乾陵台赫 斯特指数异常较其高阶统计量异常早1个月出现，而泾阳台赫斯特指数异常较其高阶统计量异常晚1个月出现， 可见这两种方法对于同-地震的震磁异常韵响应存在着差异，在震磁效应的研究和地震预测探索过程中综合运用 各种方法是十分必要的。 。 根据对滏阳地震震区地质构造背景和应力分布及破裂特征的分析认为，3个台站盼所处掬构造位置特征可能 是造成乾陵台赫斯特指数早泾陬台t2令月出现，面调至台未有异常出现的主要原因。· _ 泾阳地震震例表明，正常情况下，地磁场的长期变化是长程相关的趋热增强型时阋序列，在泾阳地震前2个 和4个月，由于应力变化导致地磁场背离正常变化，泾阳和乾陵地磁台的地磁场z分基的赫斯特指数H分别出现 超出小于o．5的异常变化，呈现随枫游走藏负效应行为，预示了予未来地震的发生．这些结果表明，以R倍分析 为工具对地磁观测数据处理已取得明显效果，可以从有限的数据中挖掘出丰寓的震磁异常信息，为将分形理论应 用于地震前兆观测数据处理，研究观测数据的结构变化与地震活动规律提供了又一佐证。 本研究由中国地质大学e武汉)研究生学术探索与创新基金的资助。 参考文献 IlJl Feder，J．Fractals，283，PlenumPress，NewYork，1988 12l杨涛等，地震，25(1)，2005 ·288·