一、地应力观测
地壳中岩石单位面积上产生的与外力相对抗的力叫地应力。观测研究地
应力逐渐加强的过程，是探索地震预报的一种比较可靠的途径。
（一）简易地应力仪的结构和原理
简易地应力仪主要由探头和测量仪表两部分组成。探头埋在地下，以接
收地应力的变化，并将力的变化变成电讯号，输入到观测仪表。探头结构如
图4-8 所示。
测量仪表由微安表、电位器、开关、电池等和传感元件构成一个直流电
桥如图4-9。在地应力作用下，感应元件阻值会发生相应的变化，通过元件
的电流也就发生变化，观测仪表上就显示出来，从而了解地应力的异常变化。
（二）探头的安装
探头应安装在较硬土层和较完整的岩石中，引线越短越好。在土层安装
时，先挖一个深度不小于两米的坑（坑的直径以人能下去为准），再挖一个
小孔，然后放入探头，用土填实，如图4-10 左图。在岩石里安装时，先打一
孔径大于探头直径的3 米深的岩孔，然后填入1 米左右的砂土，再把探头放
入，并用膨胀水泥（自应力水泥）灌注，如图4—10 右图。安装探头时，其
0°标线要对准地磁北极，以便对观测资料进行分析计算。
二、地形变观测
由于地壳运动，使地表形态发生变化的现象，叫做地形变。强烈地震前，
由于地应力的积累加强，震中及其附近地区地表形态往往出现异常变化。但
这些地形变化是长期缓慢进行的，每年平均速度仅几毫米，人的肉眼是不能
直接看到的，只好借助于精密仪器进行水准测量和三角测量。水准测量是测
地壳垂直形变的；三角测量是用经纬仪测定地壳水平形变的。
我国各地群众根据强烈地震前地面会发生倾斜的道理，设计和制造了许
多种观测地倾斜的仪器。
（一）水平摆式倾斜仪它的结构是利用框架上两个固定点甲、乙，将金
属做的水平摆（锤）用两根金属丝悬挂起来。当地面倾斜时，摆（锤）失去
平衡，发生偏转，通过摆（锤）上指针摆动幅度和摆（锤）内灯泡指示的偏
转装置就可以从度盘上直接读出地面倾斜的程度了。
（二）联通管式“土”倾斜仪 这种简易地倾斜仪更容易制作和安装，很
适合中学师生在地震测报中采用。联通管式“土”倾斜仪结构如图4-12 所示。
地面倾斜时，水管两头的水面发生变动，从标尺上可以读出变化值。右侧水
管长度由几米到几十米，水管越长，标刻度越细，观测结果越精确。
三、地磁观测
地球是个磁体，存在着相当强烈的磁场。磁针在地球上受到磁力的作用，
指向一定的方向——磁力线的方向。地磁场对单位磁极的作用力叫磁场强
度，它是表示磁力大小的物理量。地面上任一点的地磁子午面（磁力线方向）
与地理子午面或磁针与真北方向之间的夹角叫磁偏角。地面上任一点的磁力
线方向与水平面或磁针与水平面之间的夹角叫磁倾角。有了倾角，地磁强度
就有了水平分量和垂直分量。地磁场强度、磁偏角、磁倾角，叫做地磁三要
素。强烈地震前，地应力活动加强会使岩石的磁性发生变化；温度变化引起
电导率的变化，也会使岩石的磁性变化；感应电磁场的变化，也都与地应力
有关，因而都是解释地震与地磁之间关系的理由。目前主要是观测地磁场的
水平分量强度、垂直分量强度、磁偏角和磁场总强度等要素的异常变化，进
行地震预报。观测地磁的土地磁仪有很多种：
（一）“土”磁偏角仪
土制磁偏角仪（图4-13）用非磁性物质（木、铅、玻璃、纸等）做成底
座和外罩。磁针要求体积小，磁性较强，做成长20 至30 毫米，截面积5×5
平方毫米的长方体。用万能胶把磁针粘在胶木片（1.5×1.5 平方厘米）下方
的缺口里，磁针与胶木片垂直。胶木片上再粘一个小镜片用极细的单股生丝
（长25—30 厘米）作为吊丝悬吊起来，使磁针处于水平位置。当地磁场发生
变化时，磁针转动，则小镜片反射回来的光点也在标尺上移动，从而观测磁
偏角的变化。
（二）“土”磁感仪
还有一种反映磁场总强度化的磁感仪，如图4—14 所示：外加磁铁作用
于悬吊着的铁片，并在磁铁处加大块铁板以接收地磁场的变化量。通过光照
反射，进行读数记录。
四、地电观测
地球电场与地震之间也存在着一定的对应关系。地震孕育过程中，由于
地应力作用和地磁异常变化，会引起电阻、电阻率、电位等的变化，都可能
造成地电仪表读数的变动。因此，地电观测可以作为观测地震前兆的一种手
段。
（一）土地电仪的结构和安装
土法观测地电装置很简单。用铅板作负极，碳棒作正极，分别埋进相隔
几米到一百米的地下。每一电极用塑料导线连接起来，两导线的另一端接下
微安表或毫伏表，组成一个闭合电路，就可以测得两点间自然电流值或自然
电位差值，如图4-15。
为了使观测结果准确可靠，需要掌握南北和东西两个方向的地电异常
时，可以在南北和东西向分别安装一组“土”地电仪，组成一套。
（二）安装注意事项
为了减少外界的干扰，观测点应尽量远离河流、铁路、公路、变压器、
抽水机以及工厂矿山各种电气设备的接触点。导线与电极必须焊接牢固，焊
接处要用沥青或石腊封好。电极埋入土层的深度，应在1.5 米以下。导线可
用一般金属绝缘导线，长度视具体情况而定，可以选取10—200 米。
五、地下水的观测
地下水的观测包括地下水位变化、水质变化和水氡含量的变化等几方
面。
（一）地下水位的观测
地下水位在震前的异常变化是地应力集中和构造运动的一种反应。地应
力集中强度越大，引起的地壳活动越强，则地下水位升降的幅度和反常变化
的面积也就越大。因此，地下水位升降的变化也是地震预报的依据之一。
利用测钟，手测地下水位很简单，如图4-16，把测钟系在测绳上，在井
台边缘找一个固定点作标志进行观测。固定点到水面的距离即为地下水位埋
藏深度，以米为单位，记到小数点后两位。也可自制简易自动记录水位计，
如图4—17 所示。其原理是用闹钟带动记录笔，用浮标带动记录滚筒。当地
下水水位发生升降变化时，浮标上下移动，带动记录滚筒，笔尖就自动记录
出水位变化的情况。
选择一口用水较少，水量充足，离河渠、水沟、水库较远的水井作为观
测井，定时观测它的水位变化情况。将观测结果记录在表中。
影响地下水位变化的因素很多，最主要是气候，雨季地下水位上升，旱
季地下水位下降。地下水开采量过大，地下水位会逐渐下降等人为因素也影
响地下水位的变化。作为地震前兆的地下水位变化，主要是它的异常变化。
如天大旱时地下水猛涨，多雨季节地下水猛降，没有水的枯井中突然有大量
水涌出，有的井水忽然干涸等现象。所以在分析地下水位变化预报地震时，
必须掌握地下水位变化的正常规律和其他干扰因素，才能识别是否由地震引
起的异常。
（二）地下水化学成分的观测
地下水化学成分的变化，特别是水氡含量的变化，也是一种地震前兆现
象。在强烈地震发生前，地下水突然发浑、变苦、变甜、变咸或具其他臭味。
这是因为地下水的化学成分发生了变化。例如，当水中硫酸镁、氯化镁的浓
度增大时，水味就会变涩、变苦；水里硫化氢、硝酸根离子增多时，水味就
会发臭等。震前引起的地下水化学成分变化的原因主要是地应力的作用，地
应力作用加强，地下水的活动也必然加剧，从岩层或土层中溶解和淋滤出更
多的盐类物质，使地下水的化学成分发生异常变化。
目前作为地震前兆观测的地下水化学成分有氡、氧、二氧化碳、各种酸
根离子等。几年来的实践表明，地下水中氡气含量的变化对地震预报的意义
较大。为什么水氡含量变化能预报地震呢？这是因为①氡气来自地下，来源
单一，能真实反映地下的变化情况；②氡气不参与任何化学作用，能反映出
它在水中溶解的真实含量；③氡气受到压力的影响时，可由压力大的地方向
压力小的地方运移。强烈地震前，地应力活动加强，氡气不仅运移增强，含
量也会发生异常变化。如果地下含水层在地应力的作用下发生形变，就会加
速地下水的运动，增强氡气的扩散，引起氡气含量的增加。值得注意的是，
震前水氡含量异常变化，也有大幅度下降的例子。
六、地声和地光
在大地震发生的时候，普遍有发出声响的现象，这就是地声；小一点的
地震有时也有地声。据记载声如闷雷的居多，还有如风吼、如奔车、如岩石
破裂、如金戈铁马相互碰击的声音。由于地震活动而产生的发光现象，人们
称之为地光。在临近地震的时刻，出现得比较多，震前和震后一段时间内有
时也可以看见。地光有多种颜色，蓝里发白，有点象电焊火光那种颜色的较
多；红色、紫红色的也不少；其他如白色、黄色、橙色、绿色的都有。地光
有时以笼照大地的形式、范围很广地出现；有的以条带状的形式划过长空，
有的象焰火一样；有的犹如一连串红色火球组成的信号弹升起。地声在震前
出现的时间很短，一般只有几秒钟到几分钟，是地震向我们发出的最后警报。
地光本身就是一种地震立即发生的警报。因此，根据地声或地光来发临震预
报已不可能。但应宣传普及这方面的知识，听到地声或看到地光时，当机立
断，不慌不乱，沉着对待，马上采取预防措施，是可以减轻或避免地震造成
的危害的。切忌“草木皆兵”，把随便什么声音都当作地声，把雷电或人工
造成的闪光误认为地光，引起不必要的慌乱。
七、动物异常反应
许多动物的某些器官感觉特别灵敏，它们能比人类提前知道一些灾害性
事件的发生。因而在大地震发生之前，许多动物常会出现惊慌恐惧，焦躁不
安，不思饮食，乱蹦乱跳，或乱飞乱窜等各种反常现象。因此，发动群众，
利用动物前兆现象，结合其他地震前兆手段，也是实现地震预报的有效途径
之一。
比如许多穴居小动物，对地震反应就很灵敏。有的老鼠在大地震前1～5
天甚至7 天就一反常态，白天成群出洞乱窜乱叫，慌乱搬家。蛇在严寒的冬
眠时期也会从洞里出来乱爬、乱窜。鱼类震前也会出现比较敏感的异常反应，
或上浮、翻白、或尾朝上头朝下倒立水面似陀螺一样打转。家畜家禽等地面
动物的异常活动，是强烈地震前普遍发生的现象。例如狗，在大震前十来天
就会出现惊惶不安；白天黑夜，漫无目标地群犬狂吠；有时也会向墙脚刨洞，
或爬上屋顶；一般都不睡在窝里和屋檐下，惊慌跑出村外。近年来几次大地
震调查，群众多反映，极少发现有狗被震倒的房屋压死的。牛、马、驴、骡
等大牲畜，大震前也大多表现焦躁不安，嘶叫不止，拉不进栏，甚至乱咬、
乱踢，挣脱缰绳撒蹄狂奔。猪、鸡鸭、鸟类、昆虫等都有不同程度的异常反
应。因此，根据群众发现的大量的动物异常反应，或对一些反应灵敏的动物，
安排专人看管，观察它们的异常反应，都可收到较好的地震预报效果。