第一节 地质异常现象
地质异常现象，是指直接与地质变化相关联的地震征兆，包括地震活动异常、地形变异常、地应力异常、地下水异常变化、地下水氡含量或其它化学成分的变化。
一、地震活动异常
一般情况下，在大地震发生之前，都会发生一系列小地震，多者可达几十至几百次，它们被称为前震。大小地震之间是有一定联系的，1966年，在我国河北邢台地区发生的7.2级地震中，人们曾总结出“小震闹，大震到”的谚语。1975年辽宁海城发生7.3级地震前，也发现很多前兆，尤其震前的小震群活动情况，对当地地震部们和政府作出短临预报决策起了很大的作用，这次的准确预报，成为世界上成功预报大震的唯一范例。
在我国的地震史料中，有不少震例记有前震活动。如公元1512年“五月云南地连震十三日，八月云南地大震”。1668年7月25日镇江府、丹阳“戌时地震，先数日微震一次，是日震甚，山动摇，江河之水皆为鼓荡，停泊之舟多覆溺，城内外震裂墙屋无算”。就是说，在强震发生前数月或数日存在前震现象，因此，可利用前震预报大震，即“以震报震”。
例如，1809年8月11日，贵州正安“小溪里、罗乾溪忽山动石坠，居民即将器具牛羊移居对山，迁毕地摇，房屋倒塌，田土尽翻，山泉凝而为潭，深不可测”。说明正安发生强震前，在小溪里、罗乾溪存在明显的小震活动，当地老百姓在观察到这种前震现象后，马上采取措施，人畜财物转移到安全地方，避免了伤亡出现。
但是，凡事都有例外，小震活动不断，无大震发生的现象也很多。另外小震活动不明显，发生大震的例子也常出现。说明小震与大震之间的关系并不是单一的，比较复杂。
一次大地震之后，紧跟着就会发生一系列较小的地震，称为余震。大震之后的余震活动，有的很多，有的很少，持续时间也不一样。例如，1609年12月29日，福建同安“酉时地大震，连日微震，逾震方止”。大震之后存在余震活动，主震过去以后，要防止余震，特别是强余震进一步造成伤亡破坏，应有所戒备，避开危险地方。
日常生活中，观察到了前震活动，并以它作为预报大震的手段，可以设法避免或减轻大震造成的伤亡和损失；大震发生之后，监视住余震活动，可以防止灾情的加重和扩大。
那么，大地震发生前后，小地震为什么会异常活跃呢？实际上，在前面关于地震类型一节中，对这个问题已经进行了阐述。
简单地说就是，地震是软流圈中的舌岩体断裂并脱落，引发的一种大地震动现象。舌岩体前端脱落的部分称为震源体，地震的震级与震源体的质量成正比。舌岩体由下潜板块演化而来，它是一种薄片状岩体。一般来说，跨度较大的舌岩体不会整体脱落，而是沿着断裂带一段段地脱落，每一块舌岩体脱落，都会引发一次地震。在一个地震序列中，大质量舌岩体脱落引发的地震称为主震，小质量舌岩体脱落引发的地震分两种情况，如果发生在主震之前，称为前震；如果发生在主震之后，则称为余震。可见，引发大、小地震的震源体是由同一块岩体分裂而成，彼此间具有一定的连带性，这就是大地震发生前后，小地震异常活跃的原因。
由于舌岩体的形态千差万别，同时，岩浆流涡旋作用具有一定的周期性；因而，舌岩体的脱落方式也不尽一致。以孤立型地震为例，如果断裂的舌岩体整体一次性脱落，那么，就不会出现前震或余震。如果舌岩体结构比较破碎，只能形成一些小质量的震源体，没有大质量震源体诞生，那么，就会出现小震活动不断，无大震的现象。
二、地形变异常
地形变异常现象分为两种，其一是指大地震发生前，震中附近地区的地壳可能发生的微小形变，岩石层会出现微小的位移，借助仪器可以测出这种十分微弱的变化，属于一种微观地震征兆。其二是指震区地面发生升降变化，属于一种宏观地震征兆。
从多年来的大地测量结果中发现，我国几次较大的地震：如1966年邢台地震、1969年渤海地震、广东阳江地震、1970年云南通海地震、玉溪地震等等，震前都有地形变活动。
以邢台地震为例，震区内某水准点的高程变化。从1964年12月开始，一反其历年来长趋势下降的常态，以每年82～110毫米和速度急剧上升；到1996年3月15日突又转为迅速下降，到3月22日就发生了地震。[30]
美国地震学家沿着圣安德烈斯大断层共布设了80多个观测点。由于这条断层的活动，使得加利福利亚州西海岸成为世界上地震最频繁的地区之一。圣安德烈斯断层的突出特点在于水平方向错动，如1906年地震时，一次断层两侧错动了6.4米，按地质方法推算，从侏罗纪到现在，该断层水平位移量已达500公里。目前据卫星测定，该断层有的地段水平剪切相对速率可达每年5厘米。[31]
日本在几次大震之前，也发觉了异常变化。如1964年日本新泻地震之前9小时左右，发觉了应变异常。当时在距主震震中70公里远的20架垂直向应变仪（垂直伸缩仪，放在40米深的井内）中，有15架记录到地面发生0.3～0.4毫米的垂直膨胀。[32]
在传统地震学理论中，把地震的形成机制与断层活动联系起来，认为地形变现象是由断层活动引起的。而在舌岩体脱落说中，断层活动只是一种表象，地形变现象源自于舌岩体作用。舌岩体的作用方式有两种，分别引发了两种地形变现象。
（1）在地震孕育过程中，软流圈中的舌岩体对地壳岩石层产生扭旋作用，由于舌岩体处在倾斜状态，因而，将使岩石层在水平和垂直两个方向发生移动。由于舌岩体作用局限在岩体结构强度范围内，因而，岩体不会发生破裂，只发生扭曲和变形。这种地形变发生在岩石体内部，变化尺度较小，主要表现为结构性变化，通过仪器能够测量出来，称为微观地震征兆。
（2）地震之前，震源体尚未脱落，舌岩体沿着断裂带发生张裂，下潜板块的重心发生偏移，在地面表现为重力异常。由于下潜板块和地表板块紧密地结合在一起，因此，下潜板块将带动地表板块同步运动；其结果是，地表板块翘起，整个地面处在倾斜状态。
震例1，1968年山东郯城8.5级大震之前，在震中区东面海上有个小岛，由于地面慢慢隆起，小岛不断上升，后来居然同大陆连成一片。地震爆发时，极震区东侧猛然上升，使相邻的江苏赣榆东面的海水后退了十五公里。[32]
震例2，在5.12汶川地震震前50天内，发生了3次山体大滑坡；究其原因，就是由于震前地面发生了倾斜，导致部分表层岩体附着力（摩擦力）减弱，以至脱落下来，造成山体滑坡现象。
三、地下水异常
大地震之前，在一些地区，经常会观察到地下水发生异常变化。地下水包括井水、泉水等，主要异常现象有发浑、冒泡、翻花、升温、变色、变味、突升、突降、泉源突然枯竭或涌出等。人们总结了震前井水变化的谚语:
井水是个宝，地震有前兆。
无雨泉水浑，天干井水冒。
水位升降大，翻花冒气泡。
有的变颜色，有的变味道。
河北邢台区隆尧县马兰大队有三口水井，一口在村南，一口在村东，一口在村东北。1966年3月，村南那口井突然向外喷砂，村东那口井井水突然冒气泡、翻油花，而村东北那口井井水突然变苦，这三口井这么闹腾一阵之后，邢台发生了大地震。
1975年2月4日海城地震之前，先后发现467口井水位有升降变化，此外出现井水翻花冒泡、变浑、变味、变色、浮油花等总共449起。如岫岩县哨子河公社油房沟生产队的养鱼池，在震前4小时，水从冰面上的通气孔中突然喷出，水柱高达7尺余。丹东市郊九连城公社套外三队的一口井，在震前井水严重发浑无法饮用。
1970年1月云南玉溪大地震前，某公社旱情十分严重，但在大震前六、七天，却有几口井的水位突然显著升高，有的甚至溢出井外；那里有几条河，在天旱无雨的情况下，突然变浑而且流量增大；在极度震区，某村的一口甜水井，不仅水位急剧下降，而且水的味道也变咸变苦，相反，有的井水却突然变甜；有的井水，煮的饭变红，用来做豆腐、豆浆不能板结。[33]
那么，是什么原因导致地下水发生变化的呢？分析认为，这与震前地下岩层压力增大有关。按照舌岩体脱落说的观点，在地震孕育过程中，在扭旋的舌岩体作用下，地壳岩石层将发生水平转动。其中，地下含水岩层在转动过程中，受到强烈的挤压或拉伸，内部压力增大，引起地下水脉重新分布，水位随之发生升降变化，这就是我们看到的地下水异常现象。由于地下水与河流之间存在互相补给的关系，因而震前地下水的变化，也会引起河水流量的变化。
地下岩层内部压力增大，主要表现为地应力增大。目前，地震工作者们利用埋设在地下一定深处的测试元件，来监测地应力的变化，已成为预测和预报地震的重要手段之一。
震前地下岩层压力增大，除了引起地下水异常变化以外，还会使岩石释放出一定量的氡气，导致地下水中氡气含量增高。1966年，苏联的塔什干发生5.6级地震，该地区有一口2000米的深井，自1961年起至震前，井水中氡的含量增加了3倍，地震过后又恢复正常。以后，许多国家相继利用井水开展氡气测量，用以预报地震。[33]
还有一种震前现象与地下岩层压力增大有关，它就是地气异常。地气异常指地震前来自地下的雾气，又称地气雾或地雾。这种雾气具有白、黑、黄等多种颜色，有时无色，常在震前几天至几分钟内出现，常伴随怪味，有时伴有声响或带有高温。
地气异常与地下水异常的起因是相同的。大地震发之前，地下水被加热生成水蒸气，与地下其他气体混合在一起。由于地下岩层内部压力不断增大，迫使这些气体向外溢出，以地雾的形式弥漫于大地表面，这就是我们看到的地气异常现象。而震前地下水异常出现的变色、变味等现象，则是地下气体渗出后，溶解于水的结果。