海原大地震的记录图--海原地震 100年

100年前的12月16日，被称为“环球地震”的8.5级海原特大地震袭击了现在宁夏海原和甘肃东部地区。

在海原大地震发生的那天夜晚人在奔跑、哭泣、号叫，在流血、死亡。据生存者回忆地震持续了5到7分钟，造成28万人遇难！据科学家计算，1920年海原大地震相当于投放了1000多颗原子弹、2.2亿吨TNT炸药，相当于11.2个唐山大地震。地震发生后，远在数千里的上海、北京、香港等地的居民看到自家吊灯在频频晃动，河内天文馆也有明显反应，就连美国洛杉矶也有震感。

图1 海源地震破坏的村庄

全世界有96个地震台观测到并记录了这次大地震。当时对地震监测最严密、位于东京的地震仪检测到地震表面波绕着地球转了一圈，数小时后又转了回来，再次被记录下来。

当时世界上所有监测到的这次地震的地震台都无法确定地震震中的位置。由于这个地震太大了，虽然有了现代地震仪，但是很多地震记录都无法完整记录地震波形，给地震波的分析带来了很大困难。据当时的美国媒体报道，美国地震台依据震波数据推测说此次地震震中在距纽约3000英里以外的地方，但事实证明，他们的计算是错误的。

位于上海徐家汇天文台的地震仪记录了这次大地震。它采用的是维谢尔特地震仪，地震仪的摆锤重达1.2吨。徐家汇观象台是由法国教会组织建立的，由神父盖尔基（音）主持。观象台根据这次大地震所写的《1920年12月16日大地震的概述和评注》详细记录了当天紧张的监测情景：

钟表突然停摆，而吊灯奇怪地摇晃起来。与普通人相比，他们(传教士)马上意识到这意味着什么，急忙走进了安装有地震仪的地下室。

地震仪上的笔尖正在划着地震波形曲线，最早的地震波出现在20时9分16秒，这是地震的初至波，也就是P波。地震波稍有平缓之后，地震仪上的南北向记录笔被剧烈的震动抛向了一边，盖尔基神父发出了警告：“注意！波动主峰就要到达了。”

令人惊叹的是，强烈的震动的竟然让地震仪都难以承受，记录笔都被打飞了，笔尖记录半途就跌落了。整个地震的波形没有被记录下来，两个分量的地震波形都只记录了一半。

图2是海原大地震上海徐家汇观象台的宝贵地震记录图。它显示了在距离海原近1700公里以外的上海震感也相当强烈。

图2 海原大地震徐家汇天文台的宝贵地震记录照片

有人会说地震图为什么这么不清楚啊？这种记录是熏烟记录，当时地震仪都是采用机械杠杆放大。为了克服机械杠杆的阻力，地震仪采用非常重的摆锤，小维谢尔特地震仪的摆锤就有1.2吨重。机械杠杆放大的最终端是采用非常轻的麦秆在末端上装有一个尖尖的铝箔制成的笔尖。这个笔尖在一个螺旋线转动的圆桶记录器上划动。圆筒记录器上贴有一张用煤油油烟熏黑了的白纸，地震来了记录笔随地震波的摆动就会把煤油烟划掉，留下地震波形的痕迹。当记录满了或者有大地震被记录下来，则需要轻轻地把粘在圆筒上的纸取下来，而且必须保证不能蹭掉熏的烟。将这个记录纸放在酒精溶解的松香水中泡一下，晾干后地震波形痕迹就被固定和保留下来。这就是那个时代的地震记录图。这种浸泡过酒精和松香的记录纸，能保存到现在也成了价值连城的文物。

图3 海原地震的局部记录

从图3中我们可以看到，当时记录笔被地震波振飞了，这是由于地震波幅度太大，记录笔被甩掉了。图3上面那张图记录中断了，下面那张图笔偏向了一边。同时我们还可以看到，后面记录的地震波两边已经被限住了，即地震记录“限幅”了，也就是说更大的地震波记不到了。 

这个记录没能记录下全部的地震波，但是根据地震波传播理论已能够对地震位置进行推测。采用单个地震台可以大致计算出地震的位置。从图4可以看出地震在上海西北30度的方向上（实际记录图的初动极性有一个是错的）。根据记录的S波和P波时间差可以算出地震震中据上海大约1700公里左右。

图4 放大部分的海原地震记录

根据当时上海徐家汇观象台推测，震中在上海的西北方向，距离大概是1400公里。这可能与当时对于P波到达时间标错有关，因此震中距离偏差较大，图5可以看到有人在图纸上的标图，估计是后来的标图，显然P波是标错了。

图5 徐家汇天文台海原地震记录的标图

日本东京地震台推测地震发生在甘肃东部（当时海原属于甘肃省），这是比较正确的。图6是日本东京地震台的记录，当时的地震仪放大倍数只有10.3倍，地震记录都限幅了。可见在2400公里外的海原地震波到达东京的振动幅度已经接近达到厘米的级别了，由此可见海原地震之大。

图6 日本东京地震台记录的海原地震

当时世界上96个地震台都记录到海原大地震，由于通信不发达，而且没有现在的全球地震台网，仅仅依靠单个地震很难准确测定地震的参数。

海原地震100年了，看到当年地震记录图感慨万千，一代又一代的地震工作者为探索地震做了百年的探索。

致谦：原文中“徐家汇观象台使用的大维谢尔特地震仪”有误，已修正。感谢指出错误的网友！

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