1920年海原大地震调查回顾

1920年海原大地震调查回顾作者：暂无来源：《城市与减灾》 2020年第6期刘百篪，兰州地震研究所研究员、博士生导师，先后在地质部华北地质研究所、昆明地球物理研究所和兰州地震研究所工作。

曾任中国地震学会地震地质专业委员会副主任、中国地震学会理事、中国地震局活断层专家组成员、兰州地震研究所科技委副主任以及多个学术刊物编委、副主编等。

1992 年享受政府特殊津贴。

长期从事地震地质专业的研究工作，“ 七五”“八五”“九五”期间，担任中国地震局重点合同项目在兰州地震研究所的项目负责人。

1985 年赴美国旧金山参加“中美第一次地震预报科学讨论会”。

1995—2000 年作为中方负责人参与中法地震科学合作项目，曾两次赴法国、意大利开展野外工作。

出版和合作出版专著4 部，发表论文数十篇，获国家地震局科技进步奖二等奖一项、三等奖三项，甘肃省科技进步奖三等奖一项，高教部科技进步二等奖一项，以及甘肃省先进工作者，甘肃省优秀党员称号。

刘百篪海原大地震的早期研究1920 年12 月16 日20 时许，在我国大陆内部甘肃宁夏交界的地区发生了一次8.5 级特大地震。

强烈的震动持续了十几分钟，世界上有96 个地震台记录到了这次地震。

在日本东京，即便是放大倍数仅12 倍的地震仪，也记录到了该地震的面波。

因此，兰州市白塔寺的庙碑上用“寰球大震”四个字来形容这次大地震，是很恰当的（郭增建，1989）。

1921 年4 月15 日，翁文灏、谢家荣等离京赴灾区考察，沿途陆续发放预先制好的灾情调查表，至8 月6 日向北洋政府提交了正式报告。

翁文灏、谢家荣1921 年8 月6 日呈国务院内务部的正式官方文件中称“共计甘肃全省地震死亡人口廿四万六千另四名”；1922 年谢家荣在《地学杂志》正式发表的《民国九年十二月甘肃地震报告》和《民国九年十二月十六日甘肃及其他各省之地震情形》中说“据各县报告共死人二十三万四千一百十七丁口”。

但两份报告因提供的时间不同，数据也存在有差异。

以后多年来，多数文献中所采用的死亡人口为“23 万多人”和“23 万～ 24 万人”可能都来源于这两份报告。

2003 年，我们对海原大地震的死亡人口进行了再评估，补充了他们遗漏的部分县的统计资料，得到死亡人口为273465±9700 人，较为可靠。

后经宁夏地震局张思源研究，认同死亡27 万人左右，较为合适（刘百篪，2003）。

此外，谢家荣在调查中，第一次按照Rossi-Forel 烈度表绘出了等震线图。

从而开创了我国用现代地震学方法研究大地震先河。

1922 年在比利时召开的世界地质大会上，中国学者第一次站在世界讲坛上，宣读了与海原大地震有关的论文，引起轰动。

此后，国内动乱不休，对于海原地震的研究基本停滞下来。

直到解放以后，我国第一个五年计划开始，在李四光和竺可桢的倡导下，地震工作才逐渐复苏。

对于海原地震较早的研究是北京地球物理所谢毓寿等1957 年的宏观调查；1960 年前后北京地球物理所曾融生、阚荣举、滕吉文等在甘肃景泰进行了人工地震深部勘探；1958 年，兰州地震研究所郭增建、谢原定、冯学才、李梦銮等对海原大地震进行了野外调查，在宁夏干盐池发现断层破裂将田埂错断；在甘肃景泰三塘发现了地震形成的山脊错断。

重要的是郭增建等发现，在三塘村一家的中堂字画上明确记载了，这些山脊错断和地震破裂就是1920 年海原大地震造成的。

这是地震破裂形成时间重要的文字记载证据。

我们的考察回顾20 世纪60 年代末70 年代初，随着美国卫星遥测遥感技术、年代学技术的发展，美国提出了活断层和史前地震的概念及其微构造地貌研究和探槽研究方法，实现了地震地质学理论和方法上突破，其特点是将以前描述地质现象的几十万年几百万年的新构造运动时间尺度，缩减到十年、百年、千年级的与历史地震相适应的人文时间尺度，使地震地质工作上到一个新的台阶。

活断层研究的主要内容包括：1. 断层的全新世和晚第四纪运动性质和滑动速率；2. 断层上历史大地震和全新世古地震的地震参数及重复间隔的确定；3. 断层的几何结构，提供了从构造物理角度直接预报大地震的可能性。

1980 年国家地震局在丁国瑜先生的主持下，在宁夏中卫市召开了我国第一次活断层研讨会，有力地推动了我国活断层和古地震的研究。

为了登上这个新的台阶，我们在前两三年就做了充分的准备工作。

首先是大量查阅、翻译新的资料，希望吃透这些新理论和新方法，在兰州地震研究所学术委员会的支持下，研究所内部出版了一期“活断层研究专辑”，然后开始了野外考察的室内准备工作。

当时我们虽然得不到卫星图像的资料，但是我们找到了沿海原活断层的三万八千分之一的航空照片。

这样的航片确实详尽地反映了1920 年海原大地震的地震破裂带的细节。

我们参考地形图的交通条件，制订了详细的野外考察计划，主要是沿破裂带逐步追索。

主要成果如下：（一）断层几何特点与地震位移量通过我们一步一步的追索和测量，初步查清了海原地震断层带是一条左旋走滑活断层，是古老断层复活的结果。

该断层带可分为马厂山（米家山北麓段），哈思山，黄家洼山，南、西华山等7 条长度不等的不连续断层段。

不连续断层段之间分成左阶和右阶两种形式。

左阶构成菱形拉分盆地（膨胀区）。

例如喜集水盆地、邵家水盆地、干盐池盆地等。

右阶形成挤压性的挤压山（压缩区），例如黄家洼山。

在拉分盆地内，断层的走滑分量转换为正断层分量为主，在挤压山则转换为逆断分量为主（图1）。

（二）1920 年海原大地震的位移分布根据调查结果1920 年海原大地震的地震断层共由7 条断层段组成，由西往东分别为景泰段（米家山段）、哈思山段、邵家水盆地段，黄家洼山段、干盐池盆地段、西华山段和南华山段。

这些断层段通常出现在雁列山体的一侧，在以走滑为主的情况下，还具有逆断层分量。

在拉分盆地段往往具有较大的垂直分量（图1）。

由于甘肃、宁夏在20 世纪80 年代，相对地广人稀，地震破裂带一般保存的很新鲜。

通过访问，当地居民通常都可以指认出来（图2、图3）。

地震破裂带的位移分布特点如下：1. 每条不连续断层段中间以走滑为主，走滑位移量大，向两侧逐渐减小，至阶区为最小，构成一个较完整的位移体系；2. 整条破裂带以黄家洼山段和西华山段位移量最大，左旋走滑可达10～14 米。

向两侧，如景泰段为3～5 米；3. 在拉分盆地走滑分量明显减小，垂直分量明显增加。

再向东至老虎腰岘至硝口位移量又逐渐减小。

由图1 可以看出，沿海原断层的位移分布与断层不连续的几何分段是相吻合的（图4、图5）。

大地震的位移量是在野外用皮尺实测的，获得86 个水平位移量和78 个垂直位移量（图5）。

世界上绝大多数地震断层都是不连续的。

因此，在断层带上所发生地震的震级也是不相同的。

因为震级的分布取决于断层段的长度分布特点。

因此，断层几何学对于了解断层的滑动习性，具有重要意义。

由于断层长度与震级之间存在着对数关系，只要断层长度确定了，其未来发生地震的震级也将是特定的。

所以查清断层的几何参数，其意义十分重大。

调查中的另外一个重要问题是这些不连续断层段在地震中位移量分布特点和运动特点。

通过这些数据可以获得断层段的滑动速率。

未来地震发生的时间与断层的平均滑动速率有关。

特征地震模型可分为两类。

可以把一条单元断层段滑动发生的地震叫“单元特征地震”，把多条断层段，组合滑动产生的地震叫“多重特征地震”。

另一方面，许多地震破裂沿断层长度方向上的断距分布与不连续断层分段具有一致性，说明无论单元断层段的滑动还是多条单元段组合滑动，都是以断层的几何不连续端为分界，整段整段进行的，这就导致了地震断层滑动的“整段数原则”。

野外地质调查表明，至少自全新世以来断层的几何参数是基本稳定的，那么断层的不连续段数及其长度就是特定的常数，断层不连续段的组合方式是有限的。

因此，特征地震模型可以为我们提供一种物理预测未来地震的方法。

（三）史前地震景泰南喜集水乡三塘村西3 千米处大沙沟，有一条数百米长、4 米多宽的巨大水渠。

据当地农民讲，这条水渠是1958 年景泰大旱，政府以工代赈，设想把山前的地下水引出用于抗旱，动员老乡开挖的。

老百姓叫作“吃粮抗旱”。

这条水渠正好垂直穿过了1920 年的地震断层。

我们仅用很少费用，请村上人在此处深挖和修整出一个很完整的大型剖面。

这个剖面最上面地表仍保留有1920 年海原大地震的线状断坎，高约0.8米。

我们顺断层垂直方向清理开挖了4米宽、6米深、10 米长的探槽。

剖面上部为全新统，下部为第三系砖红色粘土，不整合接触。

地表是1920 年海源大地震的断层陡坎，高0.8 米（图6、图7）。

主断层为正断层，直通断到地表，形成海原地震的地表断层陡坎。

剖面下部斜线为老第三系砖红色粘土层。

不整合面以下的老第三系被断开了4 米。

断层在不整合面以下有20～40厘米的断层泥。

上部为全新世冲积砾石层，断层有定向排列的砾石。

两套地层不整合接触。

在邻近的河漫滩测得全新统底部的C14 年龄为13000年左右。

显然主断面就是海原断层，并且是一条生长断层。

主断层在上盘有数条次级断层，并分别终止于全新统不同分层底部。

次级断层的终止则是古地震的一个重要标志。

剖面显示出这里曾发生过5 次大地震。

地表陡坎是1920 年造成的（地震5）。

紧接地震断坎的侧面，是一个浅浅的地震塘，其底部有一层薄薄的崩积砾石层，上部有一层黄色沙土塘沉积。

再向下，还有两个地震断层塘沉积和底部的崩积楔沉积，显示了两次正断层性质的古地震。

剖面下部有一个被错断的地震构造楔。

显示了两次史前地震，一次是形成了构造楔，另一次是构造楔又被错断了。

这5 次地震的次级断层在探槽中都终止在不同的分层底部。

经C14 测定他们的年龄分别为：公元1920 年、距今3680±60 年、6800±70 年、7830±>103 年（内插）、9360±75 年。

此外在哈思山南扁强沟东，在1920 年的断层崖上下，发现两次断错的小冲沟（图8）。

一次是1920 年地震错断的，左旋位移了10 米；另一个是它右侧一条被填充的废弃的老断头沟，左旋位移了13 米。

这两次位错应当对应着剖面中的地震，年龄应当是公元1920 年和距今3680±60 年（图9）。

（四）中美地震预报讨论会1985 年12 月，以国家地震局副局长丁国瑜为首的代表团，一行20 人赴美参加“中美地震预报讨论会”（图10）。

讨论会是在美国AGU 秋冬大会期间召开的。

这是自1979年中美正式建交之后的第一次地震科学交流。

美方对这次会议也比较重视，专门在当期EOS（美国地球物理联合会AGU 大会会议安排）将中国的“候风地动仪”作为封面（图11）。

笔者的论文题目为“Research on the Active HaiyuanFault”（海原活断层研究），是讨论会交流的论文之一。