中國古代的地震測報和抗震

中國古代的地震測報和抗震

  科學月刊雜誌社
1981年11月143期｜上一篇｜下一篇
發行日期：1981、11
期號：0143
標題：中國古代的地震測報和抗震
＃作者：劉昭民

．中國古代的地震紀錄
．中國古代的地震測報
．中國古代的防震和抗震措施
．結語

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．圖：中國有史以來破壞性大地震分布圖
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．表一：中國曆史上破壞性大地震之分布帶和發生頻率統計表。
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．圖一：明仁宗在天元玉曆祥異賦中所繪的地震湧水圖（作者摹繪）。



．圖二：蔡義本所作之台灣地震周期統計圖。（取材自中央研究院地球科學研究所）。



．圖三：候風地動儀內部之機構縱斷麵。



．圖四：地震時候風地動儀之動作情形。3. 第二層推動柱、4.曲杠杆、6.釘、7.第一層推動柱、8.都柱、9.勾唇、10.軸台（樞紐）、12.繩、 13.紐、14.橫梁、15.龍首下額。



．圖五：候風地動儀內部之機構橫斷麵。3.第二層推動柱、7.第一層推動柱、6.釘、8.都柱、10.曲杠杆軸台（樞紐）、11.軸、13.都柱之紐、14.係都柱之橫梁。



．圖六：王振鐸候風地動儀設計圖。1.都柱、2.八道、3.牙機、4.龍首、5.銅丸、6.龍體、7.蟾蜍、8.儀體、9.儀蓋。
  
　  中國古代的地震測報和抗震

我國是一個地震比較多的國家。數千年來，我們的祖先曾經堅強地和地震災害抗爭，留下了曆史悠久的地震紀錄，創造了世界上最早的地震儀，觀察記載了大量的地震前震現象，累積了許多防震、抗震的經驗和知識，在地震測報和防震、抗震的領域上，取得了輝煌的成就。茲分別略約加以介紹。

中國古代的地震紀錄

我國記錄地震開始很早。晉代出土，可能成書於戰國時代的竹書紀年一書，即記載有帝舜時期「地坼（裂開之意）及泉」，夏桀末年「社坼裂」的現象，可能是關於地震的最早記載。戰國末年（公元前三世紀）的呂氏春秋也記載「周文王立國八年（即殷商帝乙十五年，公元前1177年）歲六月，文王寢疾五日，而地動東西南北，不出國郊」。這一個記載明確指出了地震發生的時間和範圍，是我國地震紀錄中具體可靠的最早記載。此外，在詩經、春秋、國語、和左傳等先秦古籍中都有關於地震的記述，保存了不少古老地震紀錄。詩經小雅祈父之什十月之交有載：「震電，不寧不令，百川沸騰，山塚崒崩，高岸為穀，深穀為陵。」指閃閃電光，震電即指臨震及先震之地光、地聲。下麵所列出的即是春秋、國語和左傳裏麵所記載的五個地震紀錄：

魯文公九年（公元前618年）九月癸酉，地震。注曰：無傳，地道安靜，以動為異，故書。

魯襄公十六年（公元前549年）五月甲子，地震。注曰：無傳。

魯昭公十九年（公元前519年）夏五月己卯，地震。注曰：無傳。

魯昭公二十三年（公元前515年）八月丁酉，南宮極震。注曰：經書乙未地震，魯地也，丁酉南宮極震，周地亦震也。為屋所壓而死也，箋曰：萇弘雲：周之亡也，其三川震，今西王之大臣亦震，則此震謂地震。地震可以致死者多。豈特屋壓乎？杜舉示一端而已。周之亡也，其三川震，三川指涇、渭、洛，地動，川岸崩也。箋曰：周語，幽王二年（公元前780年），西周三川皆震。

魯哀公三年（公元前489年）四月甲午，地震。注曰：無傳。

前漢書和史記亦有載：周幽王二年（公元前780年），西周三川皆震。可見這一條史記和前漢書所載者，係引自前文中所列春秋、國語和左傳中所列者。

自漢代開始，地震即被中國先民作為災異現象而記入各斷代史的五行誌（例如漢書五行誌）中了。宋元以後各地方誌更加發達，地震也被中國先民作為災異現象而記入方誌中，於是中國古代地震史料也大大地增加。除了這些官修的正史、方誌以外，許多私人寫的筆記、雜錄、小說和詩文集中也多有地震的記載，而且往往附有生動的描述。例如明仁宗即曾在洪熙元年（公元1425年），於天元玉曆祥異賦中親繪地震湧水圖（見圖一）。元代楊瑀在山居新話一書中也曾經描繪強烈地震發生時的種種景象。沈括在夢溪筆談卷二十一中亦曾描述「登州巨嵎山下臨大海，其山有時震動，山之大石皆頹入海中。……」曆代的一些類書，例如宋代李昉等編的太平禦覽、清初陳夢雷所編的古今圖書集成等，還按分類收集了近千條地震紀錄。此外，碑文中也多有曆史地震的記載。

我國曆代所累積下來的地震紀錄，也是一部十分珍貴的文化遺產。整理這些斷代史五行誌以及各地之曆史上方誌、古人的著作文獻等，可以得到一萬五千多條地震數據；經過整理和研究以後，可以得到從周文王八年（即殷商帝乙十五年，公元前1177年）以來的八千一百多次地震紀錄。地震學家即可以使用地震紀錄，加以統計，求出其地震發生之周期，編製各種地震圖表（包括地震分布帶之劃分，見刊頭圖），供作早期地震預報之參考。翁詠霓即曾將中國曆史上二百五十餘次破壞性大地震的紀錄加以研究，推定其震央，並依其地理上之分布，定出各地震帶，算出發生的平均頻率（見表一）。由表一可見雲南、甘肅、山西是大地震最常發生之地區，而民國六十五年七月二十八日淩晨3時發生的河北唐山大地震，也顯現燕山拗褶斷裂帶地震周期有相當程度之正確性。顏滄波也曾經根據明清兩代關內之86次大地震紀錄，分區算出各區大地震發生的周期；徐明同和蔡義本亦曾統計台灣自公元1897年以來所發生之七級以上地震次數，得知有10年之地震周期（見圖二）。雖然他們所計算出來的頻率和周期並不完全相同，但是由此可得到一個共同的結論，即這些大地震發生的地區都位於大斷層帶上，所以它們大多數屬於斷層地震，而這些斷層地震是龐大地殼板塊互相碰撞擠壓所造成的結果。

中國古代的地震測報

在不斷記錄地震、累積地震知識的基礎上，東漢時代傑出的科學家張衡，發明了世界上最早的觀測地震儀器──候風地動儀。張衡在他的一生中，曾經遭遇很多次地震。據統計，從東漢和帝永元四年到順帝永和四年（公元92～139年）之間，京師（洛陽）和隴西曾經發生地震20次，其中大約有6次是破壞性地震。張衡為官時，大部分時間是在洛陽工作，所以對於當時的多次地震有切身的體驗，而且因為擔任太史令官職的關係，所以曾經把當時發生的地震情況記錄下來。為了掌握各地的地震情報，他感到很需要有儀器來進行觀測。在他的努力之下，終於在陽嘉元年（公元132年）創造了世界上最早的地震儀，在中國科技史上寫下了輝煌的一頁。

關於張衡所發明的地震儀，在後漢書張衡傳上有這樣的記載：

「陽嘉元年複造候風地動儀。以精銅鑄成。員（圓）徑八尺，合蓋隆起，形似酒尊。飾以篆文山龜鳥獸之形。中有都柱；傍行八道，施關發機。外有八龍，首銜銅丸。下有蟾蜍，張口承之。其牙機巧製，皆隱在尊中，覆蓋周密無際。如有地動，尊則振，龍機發，吐丸而蟾蜍銜之，振聲激揚，伺者因此覺知。雖一龍發機，而七首不動。尋其方向，乃知震之所在。驗之以事，合契若神。自書典所記，未之有也。嚐一龍機發而地不覺動。京師學者，鹹怪其無征。後數日驛至，果地震隴西。」

可見這種地震儀內部有精巧的結構，其中最主要的是中間的都柱（類似慣性運動的擺）和它周圍的八道（裝置在擺周圍和儀體相接的八個方向上的八組杠杆機械）。外麵相應設置八條龍，盤據在八個方位上。每個龍頭嘴中含有一個小銅球，每個龍頭下麵都有一隻蟾蜍張口向上。如果有一個地方發生了比較強的地震，傳來地震的震波時，都柱即偏側而觸動龍頭的杠杆，使處在該方位的龍嘴張開，銅球即掉落到下麵的蟾蜍口中，而發出響聲，故觀測人員即可根據「振聲激揚」而知道在什麽時間、什麽地方發生了地震。張衡發明的地動儀在製成後，即安置在洛陽，並且觀測到了永和三年（公元138年）隴西發生的一次六級以上的地震，開創了人類使用科學儀器觀測地震的曆史。

張衡發明的候風地動儀雖然後來不幸失傳了，但是後人仍然不斷地加以探討。尤其近代以來，先後有米侖、呂彥直、李善邦、荻原、今村、王振鐸等人，對張衡候風地動儀進行複原工作，但是以王振鐸所設計的最為精妙。王振鐸係利用慣性原理來設計複原之地震儀，基本上它亦符合物理學原理，能探測地震的首先主衝方向（見圖三～圖六）。

中國先民在對抗地震災害中，除了發明候風地動儀來觀測地震以外，還通過數千年來的切身體驗和觀察，記載了大量的地震前兆現象。例如地聲、地光、前震、地下水異常、氣象異常、動物異常等等，累積了相當豐富的短期及臨震預測預報地震知識，茲分別約略引證如下：

一、地聲

地聲是非常重要的臨震前兆現象，我國史書對很多地震都有震前地聲情況的記述。例如南北朝宋廢帝元徽二年（公元474年），山西「雁門崎城有聲如雷，自上西引十餘聲，聲止地震」（見魏書靈征誌），這是世界有關地聲的最早記載。唐代也有「玄宗開元二十二年（公元734年）二月十八日，秦州地震。先是秦州百姓聞州西北地下殷殷有聲，俄而地震」（見舊唐書五行誌）之記載。

此外，如明憲宗成化四年（公元1468年）四月四日，廣東瓊州府「夜四更地震，未震之先，有聲從西南起，遂大震，既而複震，良久乃止」（見成化實錄卷五十五）。清聖祖康熙十八年（公元1679年）九月二日，河北三河「巳時有聲自西北起，殷殷如雷，其聲漸近，直達窗欞，頃之，屋宇搖動，牆壁欹側，有傾圯之勢，巳時，餘公事畢，退而假寐，……，正惝恍間，忽然地底如鳴大炮，繼之以千百石炮，……，有聲，儼數十萬軍馬飄遝而至，餘知為地震，蹶然起」（見乾隆三河縣誌）。民國二十六年八月一日，山東荷澤地震前數分鍾，有久久雷聲，直到發震。都是震前先出現地聲的例子。

二、地光

有些強烈地震在發生之前，震區上空常出現灼亮閃光，這種發光現象，叫做地光，也是重要的臨震前兆。史書中關於這類的記載也不少，例如，普惠帝元康三年（公元293年）二月四日，「成都一夜，有火光，地乃震」（華陽國誌卷八）。明武宗正德四年（公元1509年）五月二十六日夜，湖北「武昌府見碧光閃爍如電者六、七次，隱隱有聲如雷鼓，已而地震」（萬曆實錄，卷五十五）。明武宗正德八年（公元1513年）十二月三十日，四川越雋縣「有火輪見空中，聲如雷，次日戊戌地震」（見正德實錄卷一○七）。這兩個是震前先現地光，同時有地聲一齊出現的例子。明思宗崇禎十年（公元1637年）四月三日，湖北沅江「子時天響有光，移時地震一刻，屋瓦皆動」（康熙沅江縣誌）。清世祖順治九年（公元1652年）三月二十四日，安徽穎上「紅光遍邑，人畜皆驚，屋宇搖動，河內船隻顛覆無數」（順治穎上縣誌）。

三、前震

大震之前，往往有一係列的微震和小震，稱為前震，中國曆史上有不少震例記載有前震現象。例如，明世宗嘉靖元年（公元1512年）五月，雲南地連震十三日，八月雲南大震（二申野錄）。又如清聖祖康熙七年（公元1668年）七月二十五日，江蘇鎮江府、丹陽「戌時地震，先數日微震一次，是日震甚，山動搖，江河之水皆為鼓蕩，停泊之舟多覆溺，城內外震裂牆屋無算」（見康熙時代鎮江府誌及乾隆時代丹陽縣誌）。

這兩例說明大震前數月或數日有前震現象，則可用來預報大震。

清仁宗嘉慶十四年（公元1809年）八月十一日，貴州正安「小溪裏，羅幹溪忽山動石墜，居民即將器具牛羊移居對山，遷畢，地搖，房屋倒塌，田土盡翻，山泉凝而為潭，深不可測」（道光時遵義府誌及光緒時正安州誌）。

此說明震前在小溪裏、羅幹溪存在前震現象，當地百姓觀察到以後，即刻采取措施，將人畜財物轉移到安全地帶，這是利用前震現象預防大地震之良好措施。

四、地下水異常

強烈地震發生之前，地下水往往發生異常變化，例如清聖祖康熙七年（公元1668年），山東郯城發生8.5級大震，好幾個地方出現了河水突然幹涸的記載：

山東壽光「未震之前一日，耳中聞河水洶?之聲，遣子探試，亦無所見，或雲先一日彌丹諸河水忽涸」（民國「壽光縣誌」引「青社遺聞」）。

江蘇贛榆「先是苦雨幾一月，是日城南渠一晷一夕間，暴漲忽涸，見者異之」（康熙「海州誌」引倪長犀「地震記」 ）。

除了這種水量顯著變化的觀察記載外，在一些古籍中，對震前地下水成分、色味之改變還留有記載。例如宋哲宗元符三年（公元1100年）二月，淳熙新安誌有之：水變赤如流丹，頃之，地勢傾動，波沸湧聲如雷，層合皆震。另外還有「井水忽渾濁」、「井水變味，甘鹹相反」等之記載。

五、氣象異常

關於震前出現氣象異常情況，如高溫酷熱、雷雨驟烈、颶風大作、陰霾昏晦、幹旱水澇、奇異雲狀等，在史書中都有屢見不鮮的記載，由下麵所舉的例子中即可見一斑。

清聖祖康熙十八年（公元1679年），三河、平穀八級大地震前，出現了特大炎暑，熱傷人畜甚重的熱異常。

清高宗乾隆十六年（公元1751年）五月二十五日，雲南劍川煩熱而氣昏慘無風（滇南新語）。

清高宗乾隆三十六年（公元1771年）八月十三日，江蘇靖江「大風雨，江潮驟漲，淹沒田禾，是夕地震」（鹹豐靖江縣誌）。

明世宗嘉靖三十五年（公元1556年）一月二十三日，陝西華縣「天昏慘，及夜半，月色無光」（隆慶華州誌）。

清世祖順治十二年（公元1655年）三月十八日，渭南「夜子醜間，雲氣彌天，忽大震如雷」（順治渭南縣誌）。

清聖祖康熙十九年（公元1680年）九月九日，雲南楚雄「自西北起，黑雲漫天，聲若巨雷，震驚百裏」（康熙楚雄府誌）。

清高完乾隆二年（公元1737年）八月二日，雲南東川「其震前一日，雲氣山光昏暗如暮，疑其將雨，不知地震也」（雍正東川府誌）。

清高宗乾隆五十年（公元1785年）四月十八日，甘肅永昌「初八日（即四月十六日）大風霾拔木，越二日地震」（宣統新通誌）。

清仁宗嘉慶二十四年五月十九日（公元1819年七月十日），四川嘉慶「五月霪雨十日，至十九日夜大雨如注，是夜地震，泛水漲數丈」（射洪縣誌）。

清宣宗道光十年（公元1830年）六月十二日，河北臨漳「日方中，色暈熱甚」（光緒臨漳縣誌）。

清文宗鹹豐六年（公元1856年）六月十日，四川黔江「先數日，日光暗淡，地氣蒸鬱異常，是日彌甚」（光緒黔江縣誌）。

其它如「日色昏黃，亭午風霾晦冥，晚不見月」等震例也很多，茲不贅述。至於奇異雲狀方麵，則有民國二十四年，寧夏隆德縣誌所載：「天晴日暖，碧空晴淨，忽見黑雲如縷，宛如長蛇，橫亙空際，久而不散，勢必地震。」沒有好久，果然發生地震。今人已證實輻射狀雲、條帶狀雲、稻草狀雲、肋骨狀雲、幹涉條紋狀雲都是地震之前兆，所以叫它們為「地震雲」。

六、動物異常

魚類、鳥類、蛇類、貓、老鼠、狗、牛等對聲波和震波之剌激，反應非常靈敏，故地震前，牠們常出現異常反應。對這些動物顯現震前異常反應，中國曆史上從唐代開始便有記載，例如開元占經地鏡篇中有曰：「鼠聚朝廷市衢中而鳴，地方屠裂。」

說明在地震地裂之前，出現了老鼠成群鳴叫的現象。

明世宗嘉靖三十五年（公元1556年）一月二十三日夜，河南鄭縣內鄉「分聞風雨聲自西北來，鳥獸皆鳴，已而地震轟如雷」（順治鄭州誌）。

清仁宗嘉慶二十年（公元1815年），山西平陸強烈地震後，還總結了這方麵的經驗。虞鄉縣誌中曾經明確地指出：「牛馬仰首，雞犬聲亂，即震驗也。」

在對震前動物異常反應的長期而大量的觀察後，一些震區的中國先民還得到了震前「水陸間生物頓有異象」的認識。例如民國六年三月三十一日，「雲南大關地震，震前一個月間，大關魚類均浮水麵，迨地震前數日，河水大漲，河魚千萬自躍上岸」（雲南地震從考）。

由以上所述，可見我國曆史上關於地震前兆異象的記載，的確非常豐富；而且中國先民還能根據前兆異象，成功地預報、預防了一些地震。例如清文宗成豐五年（公元1855年），遼寧金縣地區的中國先民，曾根據地聲預報了一次破壞性地震，故宮檔案有記載說：

「未震之時，先聞有聲如雷，故該處居民早已預防，俱各走避出屋，是以未經壓斃多人，隻傷男婦子女共七名。」

又前麵曾經說過的，清仁宗嘉慶十四年（公元1809年）八月十一日，貴州正安發生強震之前，存在明顯的前震活動，在「小溪裏、羅幹溪忽山動石墜」，當地居民即根據這種前震活動，迅速采取預防措施，把器具牛羊轉移到安全地帶，「遷畢地搖，房屋倒塌，田土盡翻」（道光遵義府誌）。另外，在清仁宗嘉慶二十年（公元1815年），山西平陸發生強烈地震，震前中國先民即曾根據天氣異常作了預報。虞鄉縣誌有載：「八月六日陰雨連綿四旬，盆傾簷注，過重陽微晴，十三日大霽，鄉老有識者調霪雨後天大熱，宜防地震。」

後來，果然「屋舍傾塌」，發生了一次強震。

中國先民預測地震，不僅限於個別的地震前兆；他們還以綜合性的觀點，對預測地震的所有前兆現象都加以考慮。例如，清高宗乾隆二十年（公元1755年）所寫的銀川小誌，即曾記載清初一位在官府做飯的炊事員，和幾位老鄉共同綜合了預報地震的前兆，書中說：

「寧夏地震，大約春冬二季居多，如井水忽渾濁，炮聲散長，群犬圍吠，即防此患。」

從這一段記載，可以看出中國先民除了認為寧夏地震發生的時間有春冬二季居多的特點外；更重要的是，他們提出了井水變化、地聲和動物異常跟地震的關係，已經有了綜合多種前兆現象來預報地震的思想。這種綜合性觀點是很合乎科學精神的，因為地震是一種複雜的自然現象，要對它的發生做出準確預報，就必須采取各種途徑、各種手段，從各個不同角度，將各種觀測方法所獲得的數據進行綜合性分析研究，而不能僅僅根據某種異常現象，就輕易做地震預報。

中國古代的防震和抗震措施

為了減少和避免地震造成的傷亡和破壞，采取防震和抗震措施也是很重要的。中國先民在這一方麵也曾經累積了不少的經驗，找出一些可行辦法和措施。

在房屋抗震方麵，中國先民曾經得到很多的切身經驗。台灣是中國地震最頻繁的一省，古代台灣的中國先民在興建城市時，即已注意到「台地（指台灣地區）罕有終年不震」這個特點，而采取一定的抗震措施。例如在淡水，有的城牆便是用竹子和木頭等材料建成。用竹木建城，不但就地取材，經濟方便，更重要的是竹木性質柔韌、質輕、耐震性能高，是很好的抗震建築材料。其它震區的中國先民也有這種經驗，例如雲南經常發生地震的地方，常采用荊條、木筋草等材料編牆，也是根據這個道理加以選擇的。

中國先民在動土興工，建造房屋、橋梁、高塔、寺廟時，為了要經久耐用和安全可靠，一般很注意地基牢固、建築物結實，整體性好。特別在多震地區，他們更注意到地震之威脅，慎重考慮這些問題。由中國古代建築物的考察，我們可以看出中國先民在這一方麵的傑出智慧，他們對抗震設計和施工有很豐富的知識。例如，建於宋代的天津薊縣獨樂寺觀音閣，山西應縣高達60多公尺的木塔，和建於隋代的河北趙縣，橫跨洨水的趙州橋，距今都有一千年左右的曆史了。它們都位於地震較多的華北地震區，經過多次不同程度的地震震撼，到現在還巍然屹立，不僅可證明中國先民在建築技術上的卓越成就，而且也可供作今人研究建築物抗震性能之用。

大震之後，房屋有的倒塌，有的遭遇到破壞，而且餘震不停，生命財產繼續受到威脅。在這種情形之下，怎樣防震抗震呢？這也是很重要的問題。古書上也記載了不少中國先民的辦法，大致是：多以木板、席、茅草等物搭棚造屋或趨避空曠地方，以減免傷亡和損失。這方麵的記載，最早見於宋代，宋代之後史不絕書，例如：「居者懼覆壓，編茅為屋」、「於場圃中，戴星架木，鋪草為寢所」、「於居旁隙地，架木為棚，結草為蘆」等等。這些辦法在防震抗災中，確曾發揮了有效作用。在史書上也有明確的記載，例如清宣宗道光十年（公元1830年）四月二十二日，河北磁縣發生7.5級大震，震後餘震不止，到五月初七日又發生了一次強餘震，「所剩房屋全行倒塌，幸居民先期露處或搭席棚棲（棲）身，是以並未傷斃人口（故宮檔案）。由於這些防震抗震的措施，簡易安全，行之有效，所以一直沿用至今。

古代中國先民不但有很多震前震後的防震、抗震知識，而且在強震發生來不及跑出屋外的危急時刻，怎樣采取應變措施，避免傷亡，也有很寶貴的經驗。明世宗嘉靖三十五年（公元1556年）一月二十三日，陝西華縣發生8級大震，這一次大震的生還者秦可大，根據他親身經驗和耳聞目睹的事實，寫了一本重要的著作──「地震記」，提出了大震應變措施。他說：

「……因計居民之家，當勉置合廂樓板，內豎壯木床榻，萃然聞變，不可疾出，伏而待定，縱有覆巢，可冀完卵；力不辦者，預擇空隙之處，當趨避可也。」

在地震預報技術還不理想的今天，地震突然發生，來不及跑出屋外，就躲在堅實的家具下，以免砸傷壓斃，這在今日防震抗震中，仍然是一件重要的措施。可見四百多年前，秦可大所提出的這個辦法很有價值。

結語

綜合以上所論，可見古代中國先民在地震測報和防震抗震等方麵，都有很卓越的成就。在應付地震這一個嚴重的自然災害中，先民做出不少的貢獻。古代中國先民的長期奮鬥和輝煌成就，告訴吾人，地震不僅可以預測，也可以在震前做好預報和預防工作。

參考文獻

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2. 顏滄波　公曆1368年～1911年間之中國大地震　中央大學地球物理研究所學刊　第十六號

民國六十六年二月

3. 蔡義本　台灣地震統計資料　新生報和聯合報

民國六十七年九月二日

4. 徐明同　台灣地區地震活動研究報告　氣象學報第十二卷第四期　42～47頁　民國五十五年十二月

5. 章鴻釗　地震之研究　地學雜誌第四卷第五期、六期、七期　民國十年

6. 筆者數年來所搜集之中國古代之地震紀錄

劉昭民現任職於民航局氣象中心，為淡江大學、清華大學中國科技史講座。