在科學研究的實踐中學習和進步
——紀念海原大地震90周年，為地震預測和防震減災事業而努力

鄧起東

(中國地震局地質研究所，國家地震活動斷層研究中心，北京 100029)

在科學研究的實踐中學習和進步
——紀念海原大地震90周年，為地震預測和防震減災事業而努力

鄧起東

(中國地震局地質研究所，國家地震活動斷層研究中心，北京 100029)

1920年12月16日20時06分09秒發生于中國寧夏海原地區的8.5級大地震是中國3個最大的8.5級地震之一，死亡人數當時估計為23萬余人，最近重新估計達27萬余人，其災難之重，慘絕人寰。海原地震研究開辟了中國首次地震實地科學調查、利用現代科學方法觀測地震的先河。20世紀中葉海原地震研究獲得了突破性進展，發現了長達200余km作左旋水平位移的同震破裂帶，出版了該地震的第一部專著。20世紀80年代，在海原活動斷裂帶建立和發展了活動構造大比例尺填圖技術，開創性完成了第一份活動斷裂帶大比例尺地質圖;對發震斷裂的細結構和變形機制、斷裂滑動速率、同震位移分布、古地震及其重復間隔和發震模型等進行了定量研究，對其地震危險性進行了評估;在斷裂的低速率滑動、拉分盆地、走滑斷裂的破裂擴展、走滑斷裂走滑量與尾端構造擠壓量的轉換平衡和六盤山構造變形機制等動力學問題上取得創新性成果。在海原大地震發生90周年的今天，回顧幾十年來的研究進展，提出進一步努力的方向，告慰在災難中逝去的先民，更加努力地做好今后的工作，為地震預測和防震減災貢獻更大的力量。

海原大地震 活動斷裂 古地震 科學研究

0 引言

1920年12月16日20時06分09秒，在中國甘寧地區發生了海原8.5級地震，它是中國3個最大的8.5級地震之一，也是中國震級最高，震中烈度最大，災害最大的地震之一。其震中烈度達Ⅻ度，為一次毀滅性地震，死亡人數當時估計為23萬余人，近期重新計算達27萬余人(李善邦，1956;劉百篪等，2003;寧夏回族自治區地震局等，2010)，據當時的調查與報告，地震時山崩地裂，房倒屋塌，一切蕩然無存。震時正值冬日，天寒地凍，震區人民無衣、無食、無助，慘絕人寰。

為紀念海原大地震90周年，悼念逝去的先民，激勵當代民眾努力奮發圖強，做好防震減災工作，寧夏回族自治區政府2010年12月16日在海原市召開海原地震紀念大會和學術研討會，揭幕海原地震博物館。本文作者參加了博物館揭館儀式，并在研討會上作了關于海原地震研究的報告。本文就是在該報告基礎上擴展而成的，用以悼念受難的先民，追念前輩科學家和當代地震學家們在科學研究中孜孜不倦的努力以及感謝各級政府和人民在科學研究實踐中所給予的支持和幫助，并為促進地震預測和防震減災工作，加強地震地質、活動構造和大地震研究工作提出一些建議。

1 逐步深入的科學研究

20世紀20—30年代，青藏高原北部邊界活動構造帶是高原地區7級以上地震的主體活動區，發生了多個7～8級地震，其中以海原地震為最大，此外，還有1927年古浪8.0級地震等，稱為海原-古浪8級地震系列。海原8.5級地震發生于青藏高原東北邊緣海原活動斷裂帶上，是該地震系列的核心地震。

1.1 開辟中國自主地震科學調查工作

地震發生后，1921年3月國際饑餓救災協會的J.W·霍爾(J.W.Hall)、U.克勞斯(U.Close)和E.麥克考爾密克(E.McCormick)等進入震區對災情進行調查，并在美國地理雜志發表《在山走動的地方》一文(Close et al.，1922)，反映的災情震驚世界 (圖1)。同期，中國地質學家翁文灝、謝家榮、王烈、蘇本如、易受楷和楊警吾等6人于1921年4月赴震區開始對海原地震進行實地考察，歷時4個月，這是中國首次較大規模地進行地震實地科學調查工作，開辟了中國利用現代科學方法觀察地震的先河，編制了中國最早的地震等震線圖，并在以后幾年相繼發表了多篇科學著作，內容包括地震破壞情況、余震活動、震前異常和地質背景等，如《甘肅地震考》(翁文灝，1922a)、《民國九年十二月甘肅地震報告》①謝家榮，1922，民國九年十二月甘肅地震報告。、《調查甘肅大地震之報告》(王烈，1921)等 (圖2)。在此基礎上，翁文灝還編制了甘肅地震表，列出了公元前780—1909年甘肅境內地震240次，首次提出了中國存在16條地震帶，指出它們均與重大斷裂有關，而且水平動斷層和上下動斷層皆能發生地震。并指出，甘肅深居大陸中央，卻也是大地震頻發的地方，甘肅的大斷層能繼續活動，則別的地方同類斷層為何不能也發生同等規模的地震?充分表現了現代地震研究的科學思想(翁文灝，1922b，1923，1927; 江娃利，2008)。

圖1 震后海原a震后的海原縣城(轉自寧夏回族自治區地震局等，2010);b干鹽池舊城廢墟(鏡向東)Fig.1 The post-earthquake scenes of Haiyuan county-seat(a)(after Earthquake Administration of Ningxia Hui Autonomous Region，et al.，2010)and ruins of the abandoned town of Ganyanchi(b).

圖2 20世紀20年代翁文灝(a)、謝家榮(b)、王烈(c)有關海原地震之著作Fig.2 Works on the Haiyuan earthquake published in the 1920s'by WONGWen-hao(a)，XIE Jia-rong(b)，and WANG Lie(c).

1.2 20世紀中葉的發現和總結

30年后，在20世紀50—70年代，海原地震研究獲得了長足的進步。除了50年代初期開展過部分調查外，1958年郭增建、蔣明先、劉成吉、趙榮國、安昌強和王貴華等6人對海原地震進行了新的、系統的考察和調查，歷時1個多月，調查的主要內容包括震害和地震破裂帶，特別是發現和勘察了由李俊堡至干鹽池長約100km的地震斷裂帶，并調查了許多震前異常，訪問到干鹽池湖泊在地震時向北遷移。60年代，闞榮舉等在甘肅景泰地區發現地震斷裂帶西段(國家地震局蘭州地震研究所等，1980)。1970年李玉龍等發現海原地震斷裂為反時針錯動，斷裂使水系發生變位，反映了斷裂的錯動性質。1971年，康哲民等確定海原主震后9天發生的7級強余震發生于海原地震極震區西北的打拉池一帶。同期，李龍海等在干鹽池盆地西發現十幾條石砌田埂被地震斷裂帶水平錯開，反時針錯距達2m左右(國家地震局蘭州地震研究所等，1980)?？梢哉f，在這一階段，研究工作最重要的發現主要是發現了海原大地震的地表破裂帶和發震斷裂及其左旋位移性質(國家地震局蘭州地震大隊等，1976)(圖3c)。在此基礎上，國家地震局蘭州地震研究所和寧夏回族自治區地震隊，于1980年出版了《一九二○年海原大地震》一書，全書是在郭增建研究員指導下，由李孟鑾、馮學才、孫崇紹、李龍海、秦保燕等同志完成。這是第一本關于海原大地震的專著(圖3a)。該書全面敘述了海原地震震害和等震線圖、震源機制、地震序列、震前異常、地震斷裂帶和地震構造背景，首次給出了極震區為NW向的海原地震等震線圖(圖3b)，糾正了20年代最初發表的等震線圖極震區為NE向的錯誤，同時，對海原大地震的地震序列、震源機制、發震斷裂和地震地表破裂帶作了全面的敘述。對海原大地震震前的各類異常，包括地下水位的變化、動物習性異常、地聲、地光、氣象異常及其他有關異常變化作了廣泛的收集，并對其時空變化和形成機制加以分析和討論。

圖3 20世紀中葉有關著作(國家地震局蘭州地震研究所等，1980)Fig.3 Part of the works relating to Haiyuan earthquake published in themiddle of the 20th century(after Lanzhou Institute of Seismology，State Seismological Bureau et al.，1980).

1.3 海原活動斷裂帶大比例尺地質填圖和定量研究

為了定量研究走滑活動斷裂帶及其與大地震的關系，鄧起東和張維歧等1981—1987年對海原活動斷裂帶進行了1：50000地質填圖，他們首先于1981年在石卡關溝發現了海原地震最大同震位移達10～11m，并認為是海原大地震的初始破裂點和震中所在。1982—1985年，他們與美國麻省理工學院P.莫爾納(P.Molnar)和B.C.伯奇菲爾(B.C.Burthfiel)等對寧夏南部活動斷裂開展合作研究時，重點研究了海原活動斷裂帶東段寧夏部分。經過多年艱苦的工作，他們先于1989年出版了《海原活動斷裂帶地質圖(1：50000)》(國家地震局地質研究所等，1989)(圖4a)，然后于1990年出版了《海原活動斷裂帶》專著(國家地震局地質研究所等，1990)(圖4b)，內容包括活動斷裂的內部結構、滑動速率、變形機制、地震地表破裂帶，同震位移分布、地震孕育和發生的構造條件、古地震和大震復發間隔，以及斷裂帶和地震活動的動力學等。先后參加海原活動斷裂帶研究工作的人員有鄧起東、張維歧、汪一鵬、張培震、宋方敏、焦德成、陳社發、朱世龍和柴熾章等同志，參加中美科技合作的美方人員有麻省理工學院(MIT)大氣、地球和行星科學系的 P.莫爾納(P.Molnar)和 B.C.伯奇菲爾(B.C.Burchfiel)教授及 L.雷登(L.Royden)博士。他們在工作中取得的新進展如下：

圖4 海原活動斷裂帶地質圖(1：50000)(a)和海原活動斷裂帶專著(b)Fig.4 Geologicalmap(1：50，000)(a)and monograph(b)of Haiyuan active fault zone.

(1)吸收區域地質填圖的經驗，建立和發展了活動構造大比例尺填圖技術，完成了第一份活動斷裂大比例尺地質圖(國家地震局地質研究所等，1989)(圖5)。推動了活動構造定量研究，推進了地震危險性定量評價工作;

(2)實測了海原活動斷裂帶距今1萬年以來數百個(277個)水平位移數據，獲取了位移發生的年齡，分段求取了斷裂帶水平滑動速率，最早提出了中國和青藏高原活動斷裂的非大運動量、非高速率活動，促進了地震危險性評價和動力學研究(鄧起東，1984a;Deng et al.，1984，1986;Zhang et al.，1988a;國家地震局地質研究所等，1990);

(3)全面研究了1920年海原大地震長達230余km的地震地表破裂帶及同震位移分布(268個)，為地震危險性評價提供了重要數據(圖6a，b)(宋方敏等，1983;鄧起東，1984a;Deng et al.，1984，1986; 國家地震局地質研究所等，1990);

(4)系統開展了探槽古地震研究，特別是首次在中國開展三維組合探槽古地震研究，獲取了多次古地震事件及其復發間隔，通過多探槽對比技術，對古地震活動的叢集模型和多重破裂模型進行了研究，為地震危險性評價打下了基礎 (圖7);(張維歧等，1984;Zhang et al.，1988b;國家地震局地質研究所等，1990;冉勇康等，1997，1998;閔偉等，2000，2001;張培震等，2003)。

圖5 海原活動斷裂帶1：50000地質圖之一Fig.5 Part of the 1：50000 geologicalmap of Haiyuan active fault zone.

圖6 海原縣石卡關溝海原地震最大同震位移(a，鏡向南)及實測圖(b)Fig.6 Themaximum coseismic displacement(a)and themeasured drawing(b)of the Haiyuan earthquake at Shikaguan gully，Haiyuan County.

(5)研究了中國第一個發育于走滑斷裂帶中的拉分盆地，發現了拉分盆地內部張剪切斷層新類型，提出了拉分盆地演化新模式，推動了國內關于拉分盆地及其與地震、礦產和油氣關系的研究工作 (圖8a，b);(Zhang et al.，1983; 鄧起東，1984b; 陳社發等，1985; 鄧起東等，1987; 國家地震局地質研究所等，1990);

(6)提出了走滑斷裂帶尾端擠壓變形新類型，研究了斷裂帶走滑量(12～14.5km)和尾端擠壓量(12.4～16.71km)的轉換平衡，對六盤山構造變形機制提出了新的理論解釋 (圖9)(鄧起東等，1987，1989; 國家地震局地質研究所等，1990;Zhang et al.，1991)。

2 科學研究中的創新思維和創新成就

90年來，通過3個階段的工作，對海原地震和海原活動斷裂帶的研究取得了很大的成績，以上只列舉了其中最主要的部分，其他研究者的工作，讀者可以在有關刊物中找到。據不完全

圖7 海原斷裂帶高灣子三維組合探槽平面布置圖(a)、高灣子探槽剖面之一(b)和海原活動斷裂帶古地震時空分布圖(c)Fig.7 The layout plan of 3-D combined trench at Gaowanzion the Haiyuan Fault zone(a)，one of the trench sections at Gaowanzi(b)，and temporal-spatial distribution of paleoearthquakes along Haiyuan active fault zone(c).

圖8 干鹽池拉分盆地航空照片(a)及地質圖(b)Fig.8 Aerial photo(a)and geologicalmap(b)of the pull-apart basin at Ganyanchi.

20世紀20年代關于海原地震的研究是中國首次地震實地調查工作，取得了極其重要的實際資料，開創了中國用現代科學方法觀察地震的先河。中國前輩科學家李善邦教授(1948)曾指出，我國近代地震研究起始殊晚，若劃一紀元，則始于民國9年。是年12月，甘肅發生大地震，中央地質調查所所長翁文灝嘗親歷其境，調查地震之前因后果，翁氏實為我國開現代地震研究之門者。此后該所正式負責調查地震之責任，國內任何一地發生地震，必須設法匯集報告，以為研究張本。傅承義院士(1976)則指出：“用現代科學方法來觀測地震，在中國可以說是從1920年甘肅大地震之后才開始的”。

在經歷了30年停滯后，從20世紀50年代開始的第2階段調查，對海原地震破裂帶和海原地震發震構造有了新的發現，并且完成了第一本全面評價1920年海原大地震的專著，完成了海原大地震等震線圖，對地震前異常的研究和認識體現了對地震預測的新探索。

圖9 海原活動斷裂帶走滑量與尾端構造擠壓量轉換平衡Fig.9 Transition equilibrium between the strike-slip displacement of the Haiyuan active fault and the compressive shortening of thecrust at the end structures of the faults.

80年代海原活動斷裂帶新的研究開創了通過大比例尺地質填圖對活動構造進行定量研究的新時代，完成了首份活動斷裂帶大比例尺地質圖，完成了斷裂滑動速率、同震位移和古地震及其復發間隔等多種定量數據的詳細研究，推進了活動構造定量研究工作，對走滑斷裂結構、破裂擴展和破裂機制、運動模式等開展了全新的研究，不僅榮獲1992年國家科技進步獎二等獎和1991年國家地震局科技進步獎一等獎，還引起國內外地球科學界的關注，產生了很大的影響，中國專業報刊曾對其研究加以報道和評述。素未謀面的中國前輩科學家，當年已80高齡的臺灣經濟部地質調查所原所長畢慶昌教授(1911—2001)輾轉收集到《海原活動斷裂帶》及地質圖，1991年，他閱后專門來函稱贊道：“這本巨著在今后數十年內一定會被公認為范本，并被奉為經典”(圖10)。

3 關于加強地震地質基礎工作和基礎理論研究的啟示

眾所周知，地震預測，無論是地震短臨預測，還是地震中長期預測都是一個尚未解決的問題，要逐步解決這一問題還有待各方面工作做出長期艱苦的努力，地震地質工作也是其中最重要的一部分。前述1920年海原地震和海原活動斷裂帶研究對我們如何在地震地質方面做好基礎工作和如何更好地開展基礎理論研究都有重要的啟示。

在基礎工作方面，從海原地震和海原活動斷裂帶研究經驗中我們看到大地震研究和活動斷裂定量研究的重要性，通過幾十年的努力，我們對全國活動構造帶有了一些了解，但有些重要的構造和構造帶尚未做過研究，而做過大比例尺地質填圖工作的活動構造帶則更少，我們對許多重要活動構造帶的各種活動參數還知之甚少，對一些隱伏活動構造了解更少，無法判斷其地震危險性，大地震常常發生在我們事先未能了解的活動構造帶或構造段。從20世紀80年代以來，我們已經建立起來活動構造大比例尺填圖和定量研究技術，所獲得的定量參數對評價地震危險性和工程安全起了很好的作用，但這方面的工作缺乏一個全國計劃和長期支持，工作時斷時續，不能得到保證。我們一定要改變這一狀況，把這方面的工作堅持下去，對全國主要活動構造帶定量研究工作要有長遠計劃，要摒棄那種蜻蜓點水式的調查，做扎實、艱苦的工作，以取得系統可靠的基礎資料，經過一段時間的努力，我們才可能形成資料豐富、數據可靠的局面，使我們可以在真正全面掌握構造活動狀況的條件下來判別地震活動形勢和地震危險性。

圖10 1991年臺灣畢慶昌教授(1911—2001)來函Fig.10 The letter from Prof.BIQing-chang(1911—2001)of Taiwan.

在基礎理論研究方面，我們要在地震地質各個方面，包括活動構造理論認識上不斷深入和提高，真正做到“由老到新，由淺入深，由靜到動，由定性到定量”去認識構造活動和地震活動的動力作用和動力過程，去認識大地震孕育和發生的地質構造條件和模型。以往我們初步注意到了由淺入深，深淺結合來認識地震的孕育和發震構造，我們注意到了由定性到定量，通過掌握活動構造定量參數來認識地震危險性，但這一認識過程是一個復雜和逐步加深的過程，我們必須不斷深入，在反復認識中逐步接近實際。以往我們也曾通過典型張性構造、走滑構造和擠壓構造來研究不同類型的活動構造形成機制及其大地震孕震模式，并通過斷塊構造、塊體邊界構造帶的活動來認識大地震的孕育和發生過程(鄧起東，1984b;國家地震局“鄂爾多斯周緣活動斷裂系”課題組，1988;國家地震局地質研究所等，1990;鄧起東等，2000，2003)，但這些工作也只能說是初步的工作，不同類型的構造活動本身就是一個十分復雜的過程，不同構造類型的地震孕育條件和過程更不是一個簡單的過程，應該說我們對塊體邊界構造帶中應變局部化和地震成核過程還了解甚少，少數幾條構造帶的研究，少數幾個大地震的研究都不足以真正全面揭開事件的真像和事物的本質，只有經過長期的努力，逐步深入研究才能逐步認識它，解決它。

所以，基礎工作和基礎理論研究是我們仍然需要不斷加強逐步深入去做的工作，這是海原地震和海原活動斷裂帶幾十年研究對我們最重要的啟示。

4 結束語

牢記90年前海原大地震帶來的災難，深切悼念在海原大地震中遇難和逝去的先人!牢記幾十年來幾代人的努力，努力從這一巨大災難中挖掘出的經驗中獲得更多和更深入的認識，更加努力地為地震預測和防震減災事業而工作。自然災害不會滅絕，可貴的是我們要從中吸取教訓，認識它、防御它、減輕它。我們已經走過幾十年的工作歷程，我們還要繼續努力，并且達到一個新的高度。自然變化是可以認識的，災難是可以預防的，只要我們努力，我們將會做得更好!我們深信這一點。

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LEARNING AND PROGRESS THROUGH SCIENTIFIC PRACTICES：COMMEMORATING THE 90TH ANNIVERSARY OF THE TRAGIC HAIYUAN EARTHQUAKE，STRIVING TO ADVANCE OUR ABILITIESOF EARTHQUAKE PREDICTION AND SEISM IC HAZARD REDUCTION

DENG Qi-dong
(National Center for Active Fault Studies，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China)

The great Haiyuan earthquake occurred at 20：06：09 on December 16，1920 in the southern Ningxia Autonomous Region.The magnitude of this earthquake is 8.5 which is listed as one of the three greatest earthquakes occurring in continental China.This devastating earthquake killed about 230，000 people according to previous reports.Recent studies show that total casualty might have reached 270,000.Study on this earthquake usingmodern scientific and technologicalmethods is the first in the history of earthquake research in China that sets up the monument in China's earthquake science.Significant breakthrough took place in the 80s of last century.The earthquake surface rupture，with 200km in length and prominent left-lateral strike-slip displacement，was discovered.The firstmonograph on the Haiyuan earthquake was published.The innovative technology of large-scale geologicalmapping of active faults was developed during studies on the Haiyuan earthquake surface ruptureswith the publication of the first large-scale map of the Haiyaun active fault.Quantitative studieswere carried out on fine structures and geometry of the fault zone，Holocene slip rate，coseismic displacement，paleoearthquake and recurrence interval of great earthquake，and future earthquake risk assessment.The innovative studies also include rupture propagation along strike-slip fault，evolution of pull-apart basin，determination of total offset across the strike-slip fault，transition equilibrium between strike-slip displacement along itsmajor strand and crustal shortening at its end of the strike-slip fault，and themechanism of deformation on the Liupanshan Mountains.On the occasion of the 90th anniversary of the tragic Haiyuan earthquake，the careful retrospect in scientific progresses achieved during past 20 years would lead to further directions in the studies of active faults and earthquake hazard reduction，so thatwe can console those killed by the Haiyuan earthquake and put forward our efforts toward earthquake prediction and seismic hazard reduction.

Haiyuan earthquake，active fault，paleoearthquake，scientific research

P315.2

A

0253-4967(2011)01-0001-14

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.01.001

2011-02-27收稿，2011-03-10改回。

鄧起東，男，1938年生，1961年畢業于中南礦冶學院地質系，中國科學院院士，研究員，博士生導師，現主要研究方向為活動構造和地球動力學，電話：010-62009027，E-mail：qddeng@yahoo.com.cn。