Magnitude measurement and explosive yield estimate using the data of Hailar seismic array
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摘要:
2016年1月6日、2016年9月9日和2017年9月3日在东北亚地区发生了三次爆炸事件。使用海拉尔地震台阵资料，拾取该三次爆炸事件的P波和Lg波的振幅，计算振幅谱、测量震级并估计当量。振幅拾取和振幅谱计算结果表明，使用Lg波第三峰值振幅方法计算三次事件的短周期体波震级mb（Lg），结果依次为4.33±0.05，4.56±0.4和5.60±0.03。2017年事件的Lg波的低频成分比前两次事件的更为发育，振幅相对更大，这种现象可能是由2017年事件的爆炸破坏机制或爆炸技术流程不同所致。采用新的国家标准计算短周期体波震级mb（P），三次爆炸事件的震级依次为5.3±0.1，5.6±0.1和6.1±0.1。将mb（P）和mb（Lg） 通过震级-当量经验公式计算得到的当量结果平均值作为最终当量结果，则三次事件的爆炸当量依次为（14.4±4.3），（34±11.6）和（190.4±45.4） kt，2017年爆炸事件能量约为2016年9月事件的5.6倍，约为2016年1月事件的13.2倍。
Abstract:There were three explosions occurred in northest Asia on January 6, 2016, September 9, 2016, and September 3, 2017. Using the data of Hailar seismic array, the amplitudes of P-phase and Lg-phase of the three explosions were picked up, the amplitude spectrum were calculated, the magnitude were measured, and the yield were estimated. The results of amplitude picking and amplitude spectrum calculation show that the low-frequency component of Lg-phase for the 2017 event is more developed than those of the previous two, and the amplitude is relatively larger, which is inferred to be related to the explosion damage mechanism or explosion technical process. The short-period body wave magnitude mb（P） calculated by using the national standard for the three explosions are 5.3±0.1, 5.6±0.1 and 6.1±0.1, respectively. The short-period body wave magnitude mb（Lg） calculated by using the third peak method of Lg-phase for the three explosions are 4.33±0.05, 4.56±0.4和5.60±0.03, respectively. The average yield results obtained by mb（P） and mb（Lg） through the magnitude-yield empirical formula were taken as the yield results of the three events, which were （14.4±4.3）, （34±11.6） and （190.4±45.4） kt, respectively. The energy of the explosion event in 2017 was 5.6 times as much as that of the event in September 2016 and 13.2 times that of the event in January 2016.
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Keywords:
- Hailar seismic array /
- explosion event /
- yield estimation /
- amplitude spectrum /
- Lg wave /
- body wave magnitude
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引言
1910年12月13日东非坦噶尼喀（Tanganyika）湖地震发生在坦桑尼亚西部大湖区坦噶尼喀湖及鲁夸（Rukwa）湖一带。截至20世纪90年代，该地震号称非洲地震史上最大的地震，震级为MS7.3. 据Gutenberg和Richter （1954）测定，震中位于坦噶尼喀湖南端东边的鲁夸湖附近（8°S，31°E），有感范围达两百万平方千米，覆盖坦桑尼亚全国及部分邻国。前震、主震和余震所造成的破坏自坦噶尼喀湖中部至马拉维湖北端，长约500 km，宽约150 km。由于鲁夸湖地堑在坦噶尼喀湖南端的东侧，因此习惯上该地震被称为东非鲁夸湖大地震（Ambraseys，1991）。
百年前的东非坦桑尼亚为德国殖民地，人口仅750万，地广人稀。原住民多散居；欧洲移民约有4 200余人，四分之三为德裔，大部分居住在沿海地区。内陆仅有百余个原住民和欧洲人聚居的村镇，为教堂、岗哨、军营、农场、镇公所等所在地。欧洲人的房子多用石头砌成，屋顶为瓦片顶或波形铁皮顶；原住民则以草泥树枝搭建的简陋茅屋遮风避雨。地震发生时，欧洲地震台记录到这次地震，但未能定出震中。地震造成内陆电报通讯中断，特别是因为1910年秋坦噶尼喀湖东岸灌木丛遭遇大火，较完善的电报设施付之一炬，直至震前仍未修复。机车通行的公路多分布在沿海，仅有的几条通往内陆的可行驶机车的道路被严格管制，只准用于招募搬运工和载运动物。凡此种种，致使当时的新闻均未曾报道这次地震的消息。直到1911年夏，在比利时的气象简报上德国传教士的“使者通讯”中此次大震才被初次提及（Ambraseys，1991）。至此，坦桑尼亚坦噶尼喀湖大地震才为世人知晓。众所周知，在中国、日本、意大利、希腊皆有可信的地震史记录，而非洲历史地震的资料非常稀少，已发表的东非裂谷地震活动性及危险性分析研究的文章多基于近半个世纪以来的现代地震记录，忽略了百年前的非洲坦噶尼喀湖MS7.3大地震。
半个世纪前的1967年，作者因坦赞铁路抗震烈度评定项目工作的需要，开始收集东非铁路沿线的地震资料。1968年在当时的北京图书馆（现国家图书馆）翻阅书目卡片时找到了一份关于1910年12月13日大地震的德文地震史料。该史料是关于一位居住在坦噶尼喀湖岸边的德国大主教Huys亲身经历了地震发生的全过程，并对地震现象作了极其详尽的描述。震后，Huys又走访并收集了坦噶尼喀湖周围19个点的震灾情报，将这些情报及时印刷成册流传至今。该珍贵史料在书库沉睡了57个年头后首次被借阅，那简略的铅印册子是使用若干页一开纸折叠装订的，要用裁纸刀逐页剪开。在中国科学院外事组德文翻译的帮助下，作者逐句抄录下了近20页中文手稿（现存档于中国地震局地球物理研究所）。作者当时据此地震实录经分析研究曾评定出该大地震主震的宏观地震参数，称其为坦噶尼喀湖大地震。虽然其宏观震中的定位结果（7°S，30°E）与当时惯称东非鲁夸湖大地震的微观震中位置（8°S，31°E）（Gutenberg，Richter，1954）相左，但是1970年坦赞铁路工程部仍采用了依据此宏观地震参数及地质野外考察的研究成果所评定出的抗震烈度，设防修建了铁路必经的多处高桥和涵洞。由此可见，收集研究历史地震资料是一件很有价值的工作。
Ambraseys （1991）曾在联合国科教文组织的资助下，为研究1910年12月13日东非MS7.3大地震查阅了欧洲多国的历史地震档案资料和地震记录，经研究分析处理后发表了一篇关于1910年12月13日东非鲁夸湖大地震的文章，并据MSK （Medvedev-Sponheur-Karnik）烈度表逐点评估出烈度，绘出了该大震的烈度等震线图，如图1所示。该等震线图所显示的是前震、主震和强余震的重叠破坏分布，本文将给出MS7.3主震的烈度分布。
1. 1910年12月13日东非坦噶尼喀湖地震概況
1910—1911年是东非西裂谷带地震活动高峰期，自坦噶尼喀湖北端东岸的Usumbura至马拉维湖北端的Langenburg，时有传教士和岗哨报告有感地震发生。自Usumbura至Langen-burg直线距离约为900 km，教堂与岗哨的间距约为100 km。仅1910年一年，有感地震报告共50余次，但地点不详。1910年MS7.3大震前M5.0以上的地震有两次：一次是1910年2月6日鲁夸湖附近，震感强烈，有多个传教士和岗哨报告，震动持续时间约为10 s；另一次是1910年5月18日坦噶尼喀湖北部东岸Ujiji至坦噶尼喀湖中部东岸，一些欧洲人的房子遭到破坏、个别倒塌，在Ujiji附近的湖岸边有地面裂缝，坦噶尼喀湖东岸有山石自陡崖滚落，地面运动持续时间平均为50 s；无伤亡报告。MS7.3大震后，余震不断，连Ujiji以北约260 km外的Issavi也有震感报告。
1910年12月13日MS7.3大地震发生在当地时间午后1时许（地方时与格林尼治时间相差约两小时）。Ambraseys （1991）列出的地震参数如下：发震时刻为11点37分，宏观震中位于（8.2°S，31.7°E），震级为MS7.4；主震发生两小时后接连发生强烈的破坏性余震，发震时刻为13点40分，宏观震中位于（8.0°S，31.7°E），震级为MS6.3；主震震中Ⅶ度烈度范围自坦噶尼喀湖中部东岸的Karema向南至马拉维（Malawi）湖北端的Rungwe，是一个长约500 km、宽约150 km的狭长带。Ambraseys （1991）将这次大震的宏观震中定在Ⅶ度等震线中心部位即坦噶尼喀湖南端与鲁夸湖之间，仍称其为东非鲁夸湖大地震（图1）。Ⅶ度烈度区内，欧洲人的石屋多有裂缝，土著人的茅草屋尚完好，普遍反映震感强烈，且地震动持续时间长及1分钟，无伤亡报告；有人目击地面波动、大树摇摆以至倾覆；除个别河岸边和高坡边地面有裂缝外，没有出现大面积地裂缝和地面隆起；有见湖水起浪、河堤损坏及泉水干涸的报告；地震未见地表断层错动。外围Ⅵ度烈度区内，欧洲人的住房完好，个别有轻微损坏；在坦噶尼喀湖东200 km外有孤岛型单点震灾报告，震中区以北700 km外的维多利亚（Victoria）湖南岸冲积层有塌陷，虽然无破坏，但感觉大地摇动时间长；该地震向东波及900 km外东临印度洋的东非大陆架自桑给巴尔（Zanzibar）至南非德班（Durban）铺设的海底电缆。最靠近岸边的一支海底电缆，地震发生时在桑给巴尔感到地震后，相关人员立即将消息经电缆传至南非德班；另一支平行电缆离岸边远些，震后通讯立即中断，接下来震后一小时两支电缆通讯皆瘫痪，后经检查发现近岸的一支电缆在桑给巴尔至贝拉（Beira）（莫桑比克中东部滨海城市）间在水下深度182 噚（约327 m）及700 噚（约1 260 m）处断毁；另远离岸边的一支海底电缆在桑给巴尔至贝拉段水下深度1 580 噚（约2 844 m）及另处贝拉至德班段水深1 100 噚（约1 980 m）处震时立即被毀，还有两处贝拉至德班段也在震后一小时断掉。自电缆铺设以来，在莫桑比克段电讯中断，电缆被毁事件时有发生。此次非洲东岸大陆架莫桑比克段那些最不坚固部分被地震激发后滑落，致使震时及震后一小时多处电缆断毁。值得注意的是，这一宏观破坏现象发生在距地震震中900 km之外。
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图 1 1910年12月13日东非坦噶尼喀湖地震烈度等震线分布图 （引自Ambraseys，1991）Figure 1. Map of the isoseismals for the Lake Tanganyika earthquake of 13 December 1910 in East Africa （after Ambraseys，1991）2. 无伤亡报告
1910年12月13日MS7.3坦噶尼喀湖大地震发生后，在所有各地关于震灾的报告中，未曾有Ⅷ度点或Ⅶ度点及Ⅵ度区中的孤岛型破坏点的伤亡报告。原住民散居在各处的茅草屋，没有伤亡亦在情理之中，但是震区有30多个村镇，欧洲人的聚集小区多石屋，瓦顶和木架土坯房破损严重，个别落架坍塌，却无一伤亡报告。震区有3个镇（Karema，Bismarckburg和Langenburg）是德国驻军营地和德移民管理中心，那里的房屋是内陆最坚固的建筑。
Karema镇位于坦噶尼喀湖中部东岸，与Baudouinville隔湖相望，一位来自比属刚果的职位较高的大主教在此布道，教堂和布道室被震散架，震后不得不重建，但无伤亡。
Bismarckburg镇在坦噶尼喀湖南端东岸，曾遭MS7.3主震和MS6.3强余震两次冲击。这里有5间木架土坯房，其中两间被震塌；船坞砖木结构毁损严重，难于修缮；湖边临时训练营地的大片建筑被震毁重建，伸向湖中的木制码头完好无损；无伤亡。
Langenburg镇位于马拉维湖北端的湖湾。这里是德政府的汽艇及炮艇训练基地。岬上（一片伸入湖中狭长陆地）正在大兴土木建造军营。已有80余欧洲人聚居在此。这里有两层楼的建筑物，还有库房和警卫室等建筑。震后据来自德国政府的可信情报表明，建筑物多处受损，但无伤亡。
Huys （1911）的地震记录中有一段关于人们逃生的描述，地点在马拉维湖北、近鲁夸湖地堑的Rungwe，位于Langenburg镇兵营北100 km。文中写道： “传教士Gemuseus卧病在床。12月13日午时刚过，他在睡梦中被奇怪的声音惊醒，意识到是地震，心想小地震很快就会过去，所以仍躺在床上。可是不一会儿床下砖地摇晃起来，掛灯大幅度摇摆着。他费劲地穿上衣服企图跑出去，地面摇动得很厉害，他穿过另一个房间和过道，冲出被强烈地震关上门的房子，出来后地震又使门重新关上了。整个过程他记不清了，跑出屋外时地震己经过去了。奇怪的是，震后房间里所有的钟摆没有停摆，仍在东西向摆动着。 ” 这段记述展现了Ⅵ—Ⅶ度烈度区的震时实况，也是该地区唯一的关于主震波及的实情记录而非震后的震灾报告。
无伤亡原因有三：其一，百年前的坦桑尼亚西部大湖区地广人稀，重破坏区人口密度低，原住民多住茅屋、散居，欧洲移民住房多为经正规设计的木架铁皮顶砖石土坯结构房屋，可称之为建筑物的极少；其二，主震发生在午后一时许，人们多在工作，在地震剧烈冲击来临时，人们皆清醒地迅速从易造成人员伤亡的房屋中逃生；其三，尽管震区建筑物不多，但在坦噶尼喀湖北部东岸有近12 000人（包括欧州移民75人）聚居的Ujiji约有2 000间简易房，20余幢石屋，在5月MS6.1前震时已有损坏，主震再袭时，若干石屋倒塌，但无伤亡报告。当地曾经历过5月MS6.1前震，人们已有较高的警觉，这是避免伤亡的关键。
3. 资料及研究方法
鉴于1910年前后正值东非裂谷带西支活动的高潮期，1910年2月和5月在坦噶尼喀湖南端东面的鲁夸湖和坦噶尼喀湖北部东岸的Ujiji均发生过M5.0—6.0破坏性前震，其间距大于500 km. 同年12月13日MS7.3大震发生在坦噶尼喀湖中部（距上述南北两震均约250—300 km），2小时后又在距MS7.3大震东南约300 km的鲁夸湖附近发生了MS6.3强余震. Ambraseys （1991）所收集到的“震灾报告”中不全是MS7.3大震所造成的破坏，其中多处为前震和强余震破坏的重叠. 如何来识别MS7.3大震真实的破坏烈度分布，如何去除“震灾报告”中多次地震破坏重叠特别是MS6.3强震破坏重叠效应，是评定MS7.3大震宏观震中定位的关键。为求得接近MS7.3大震真实的破坏分布，本文通过分类法、加权法和对比法对地震资料进行分析处理。
分类法是对资料的准确性进行分类。Ambraseys收集了48个点的“震灾报告”且依据“震灾报告”使用MSK烈度表评定出各点的烈度，并绘制Ⅶ度烈度等震线，将此大震的宏观震中定在Ⅶ度烈度等震线的中心部位（8.2°S，31.7°E），即位于坦噶尼喀湖南端与鲁夸湖之间。需要指出的是，图1中Ⅶ度烈度等震线所显示的破坏范围是多次震灾重叠的区域。Ⅶ度烈度等震线范围内各地所遭受的地震破坏在时间点上各不相同，有先重后轻的，也有先轻后重的，因此不是MS7.3大震真实的烈度分布.
本文详尽地分析研究了收集到的51个点的地震资料，包括德国大主教Huys （1911）中论述的19个点的震情记录和Ambraseys （1991）研究中的48个点的“震灾报告”. 按照资料的准确度从高到低将其分为A，B，C等3类。 准确度最高的为A类，包括有地震发生时的“MS7.3大震亲历记述”以及居民点远离MS6.1前震震区和MS6.3余震震区的“震灾报告”；准确度次之的为B类，指破坏点在距MS6.1前震和MS6.3余震区150 km以内的“震灾报告”；准确度再次之的为C类，指村镇点在距MS7.3大震较远且震情记录简略的“震灾报告”. 例如，A类资料中Huys的关于MS7.3大震亲历的震灾记述以及他震后走访的记述都有日期、时刻，不会与其它地震破坏混淆，A类资料是研究宏观震中定位的科学依据. 然而Ambrasey对“震灾报告”没有分类，虽然他据MSK烈度表评出了48个点的烈度值，但对那些有“大震亲历记述”的破坏点如Baudouinville低估了地震冲击的猛烈程度及忽略了房屋破坏过程的动态描述，而对那些前余震震区附近的破坏点因为有震灾重叠效应烈度评得偏高。在Huys记述的19个点的震情中共有3处（Weiben Vater，Ileya，Simba）不在Ambraseys的48个点之列. 那些在48个点之列的震情记录，其震灾叙述的着重点也各异. 本文对B类资料进行处理后提升其准确度，对C类资料也加以利用以求得MS7.3大震的宏观参数. 例如，B类资料中位于鲁夸湖南、距MS6.3强震震区小于100 km的Rungwe （前文有详细引述），Huys描述了传教士震时疑惑惊慌奔出户外的情景，MS7.3大震波及至此的烈度不过是Ⅵ度，而Ambrasey据“震灾报告”评定出Rungwe的烈度为Ⅶ度，那是因为叠加了后至的MS6.3强震的破坏使烈度由Ⅵ度增至Ⅶ度.
加权法是将一个随震中距变化的权函数加入到破坏点烈度评估中，以去除震灾重叠部分. 这里借用统计学中的权重概念来说明去除破坏重叠的方法. B类资料即居民点在距MS6.1前震和MS6.3余震区150 km以内的“震灾报告”中有震灾重叠效应，因此据“震灾报告”评出的烈度值作为MS 7.3大震破坏的烈度值偏高，与实情不符，有必要降低其烈度值，以接近MS7.3大震在该点所造成的真实的破坏程度. 例如，位于鲁夸湖北部西岸的Zimba，据“震灾报告”评出的烈度为Ⅷ度. 此处先有MS7.3大震波及造成破坏，2小时后又遭到MS6.3强震的破坏重叠，因它距MS6.3强震震区较近（约40 km），MS6.3强震造成的破坏在该点占有较大权重（此权函数随破坏点距离MS6.3强震震区远去而变小），于是将此“震灾报告”的烈度值相应调低，以去除破坏重叠效应，从而得出MS7.3大震在Zimba的破坏烈度值为Ⅶ度. 而那些远离鲁夸湖MS 6.3强震区250 km以外的Ⅷ度重破坏点Baudouinville，Utinta，Karema，Mpimpwe及Urwira的破坏重叠效应为零. 这些远离MS6.3强震区的“震灾报告”反映了MS7.3大震的破坏实情.
对比法是分析比较各点震灾破坏的轻重，用以求得“相对烈度”和“相对烈度等震线”。Ambraseys使用的是MSK烈度表，该表在1964年由苏联人Sergei Medvedev、东德人Wilhelm Sponheuer和捷克斯洛伐克人Vit Karnik提出，后在欧洲、苏联、印度被广泛采用. 但是这个表中所列的条款并不符合20世纪初地广人稀、经济极为落后的东非坦桑尼亚和赞比亚地区的震灾实际情况. 例如MSK表中Ⅵ度与Ⅶ度的区别之一是多数人感到地动（Ⅵ度）和多数人感到惊恐（Ⅶ度），百年前的东非“震灾报告”大多来自德籍传教士或岗哨的个人报告. 以震时有感人数的百分比来评地震烈度，显然不符合该地震发生地的历史背景.
为了克服上述困难，面对51个点的历史震灾资料简单残缺又珍贵，作者采用“对比法”分析比较各点震灾破坏的轻重，从而给出各破坏点的相对烈度值：Ⅷ度最重，次之Ⅶ度破坏较重，再次有轻微破坏或个别破坏记录的为Ⅵ度. 比较之后那些相对烈度等震线较能呈现MS7.3大震真实的破坏分布. 对C类资料，距MS7.3大震较远且仅有只言片语的“震灾报告”也酌情使其体现到MS7.3大震的烈度分布中来.
4. 主震极震区
德国大主教Huys的地震实录真切地描述了MS7.3大震的破坏情形，而且所描写的灾情是及时主震造成的破坏。他所在的村镇Baudouinville位于坦噶尼喀湖中部西岸，Baudouinville教堂和布道室建在高于湖岸350 m的基岩上，抗震性能较好。
Huys （1911）写道：“12月13日正午刚过不久约1点47分，我们被地下沉重的巨响震惊，房子开始摇动，瞬间石头、瓦脊及橫梁塌下，发出可怕的响声。人们被吓得把头和脖子缩起，这是一个十分可怕的景象。门从榫子中拔出，墙上出现大小裂缝。烟囱被震倒在石头地基上。教堂钟楼的石头拱顶像风暴中的茅草似的向四面摇动，由于支撑它的墙壁出现橫向深裂缝而瞬间松散，在拱顶上也产生了一条长裂缝。飞檐在颤动着，那么多的裂缝，那么强的颤动，整个破坏过程一瞬间。停顿了约50 s，接着又重复出现了冲击，随后就完全平静了下来。 ” Huys的这段文字生动地描述了主震在Baudouinville的破坏过程。门从榫子中拔出，墙壁出现橫向深裂缝，这是极震区才有的房屋毁坏特殊现象。作者曾在Ⅸ度区和Ⅷ度区目睹地震是怎样摧毁房屋的：隆隆声来了，紧接着垂直向上的巨大冲击力，把墙壁砖石上抛与黏合物分离，再水平摇晃，轻则墙头砖石落下，重则墙塌顶落。在极震区外围村镇，房屋墙壁裂缝多沿砖缝处呈不规则裂痕。
Huys共记录了19个居民点的灾情。这里再引述一段他去坦噶尼喀湖西岸Weiben Vater教堂的考察实录。Huys写道:“在Weiben Vater 18年的地震宏观记载中，这是最强的一次。建筑遭到严重破坏，教堂中堆着倒塌下来的石头。从墙上被震裂破碎剥落下的灰皮满地皆是。两边拱顶被震坏，所有窗拱均被震裂，建筑物主拱顶有很深的裂缝。礼拜堂也同样被损坏，烟囱倒塌在屋顶上，建筑物上部被震散，墙壁在石头地基上移动了好几厘米。 ” 这段文字也是主震的震灾记录，是Weiben Vater 18年来最强的一次。
自坦噶尼喀湖西岸Huys居住的Baudouinville向东跨过坦噶尼喀湖约80 km至东岸的Utinta和Karema，再向东120 km外的Mpimpwe，再向东北150 km外的Urwira，破坏仍很严重。这4个Ⅷ度破坏村镇的资料简摘如下：Utinta新建的教堂墙壁倒毁，剩木架孤立，传教士住房损毁需重建，原住民茅屋歪斜待修；Karema的教堂和布道室被震散架，震后不得不重建；Mpimpwe上唯一的警卫队石屋倒毁，神父布道室木条抹泥墙壁损毁，泉水干涸；Urwira传教士布道室的木条抹泥墙壁损坏需重建，震后传教士们移居帐蓬，有篱笆围墙的群居住所唯一的烟囱震毀倒地。由Baudouinville向南灾情衰减较快，例如：150 km外位于坦噶尼喀湖南部东岸的Kala木架教堂轻微破损，土坯炉灶烟囱有裂痕；自Baudouinville向坦噶尼喀湖西南约50 km的Lusaka，震灾达Ⅶ度强。
由图2主震极震区Ⅷ度等震线评估1910年12月13日MS7.3大地震宏观震中为（7°S，30°E），Ⅷ度等震线分布呈NE-SW走向。关于主震极震区，有以下几点判定：
1） 即时记录。Baudouinville位于坦噶尼喀湖中部岸边。德国大主教Huys工作布道和居住于此，他所记述的亲历地震剧烈冲击过程是Baudouinville MS7.3主震破坏过程的真实写照，这是一份有明确发震时间的MS7.3主震记录，也是一份难能可贵的大震实录。
2） 纵向冲击与水平摇晃几近同时。地震袭来时冲击猛烈，将门从榫子中拔出，建筑物向上抛起落下产生橫向深裂缝，紧接着建筑物在地基上滑动，纵、橫波到达时差很短，破坏在瞬间发生。这都是极震区特有的宏观破坏过程，人们感到冲击摇晃几乎同时袭来难于招架。Huys的描写再真切不过了，他的叙述有别于图1中分布在Ⅶ度等震线内各点的震灾记录。
3） 间歇50 s。地震冲击过程中有一个50 s短暂的间歇，然后继续摇晃至平息。这是一个很奇特的地震宏观现象，Huys注意到且记录了下来。另有两处报告地震冲击带有间歇的分别是距坦噶尼喀湖东北方向近800 km的Arusha和位于宏观震中东南500 km马拉维湖北端的Isoco，其它报告中未提及此间歇。震动间歇50 s在极震区感受清晰，反映了此大地震可能经历了复杂的多次破裂过程。
4） 无震灾重叠。极震区内Ⅷ度破坏点为主震所致，因这些Ⅷ度点距MS6.3鲁夸湖余震震中区300 km远，未遭余震波及，故无震灾重叠。由Baudouinville向南震灾衰减较快，例如150 km外位于坦噶尼喀湖南部东岸的Kala木架教堂轻微破损，土坯炉灶烟囱有裂痕，与Ⅷ度点Urwira相比较，同距宏观震中约150 km，而Kala震灾显著减轻。在坦噶尼喀湖南端与鲁夸湖之间又有烈度达Ⅷ度的破坏点，如位于坦噶尼喀湖南端东岸的Bismarckburg军营中5间土坯房有2间坍塌，船坞被震坏难于修理，伸向湖中的木制栈桥完好，建在湖边40 m高冲积扇上的兵营震后重建。此处位于MS6.3鲁夸湖强震区，Bismarckburg震灾是主震和余震两次强震破坏的重叠。
5） 宏观参数。宏观地震的极震区覆盖坦噶尼喀湖中部，宏观地震震中位于（7°S，30°E），自宏观震中向NE和SW方向各延伸120 km，NW和SE方向各延伸80 km，极震区呈NE-SW走向。极震区的地震烈度为Ⅷ度（图2）。至今未收集到Ⅸ度破坏点，当然也不排除在水下湖底有达Ⅸ度断裂存在，有待来日的科考队再接再励派机器人深入湖底考察探秘了。
5. 余震探讨
在Huys地震记述中未提及大震两小时后MS6.3强震的波及，看来该强余震远离极震区。自宏观极震区向南180 km外坦噶尼喀湖南端东岸的Bismarckburg和近鲁夸湖的Zimba震灾加重，烈度近Ⅷ度。坦噶尼喀湖南端与鲁夸湖之间是1910年2月6日前震MS5.0的震中区，加之主震MS7.3的波及和强余震MS 6.3的冲击，震灾重叠致使烈度近Ⅷ度。
Ambraseys （1991）修订的主震宏观定位为（8.2°S，31.7°E），MS6.3强震的宏观定位为（8.0°S，31.7°E），两震震中仅相距（30±15） km，同在坦噶尼喀湖南端与鲁夸湖之间。这样把第二次强震锁定为余震也算处理得当。但是如前文由极震区推断主震宏观震中定位为（7°S，30°E），在坦噶尼喀湖中部，这样MS7.3与MS6.3两强震相距大于200 km，只因发震时刻相差两小时就称MS6.3为余震不免有些牵强附会。如果把它们看成两个事件，一个是坦噶尼喀湖MS7.3大地震，另一个是MS7.3大地震波及至200 km外激发了另一次MS6.3强震发生，这样就更容易主动清晰地去识別两次强震的震灾重叠效应。
6. 地震烈度和烈度等震线
1910年12月13日MS7.3坦噶尼喀湖大地震发生在百年前地广人稀的东非大湖区，从文献中收集到的那些描述地震破坏的简略的“震灾报告”显得十分珍贵。在资料缺失、信息量不足的情况下，经反复研究现有资料，运用“对比法”比较各点震灾的相对轻重，评出各点的“相对烈度值”，从而得到“相对烈度等震线”。这里收集到的有限的51个点的地震资料是参照中国历史地震烈度表并考虑去除前震及余震破坏重叠效应后逐一评出MS7.3大震各破坏点的“相对烈度值”，再根据其空间分布得出Ⅷ度至Ⅵ度“相对烈度等震线图”（图2）。现将各烈度等震线的控制点简述如下：
1） Ⅷ度区。主震宏观烈度Ⅷ度极震区内共收集到6个点，分别为Baudouinville，Urwira，Karema，Utinta，Mpimpwe和坦噶尼喀湖西面的Lusaka。各点震情已在第4节详细介绍过。这里要强调的是极震区距鲁夸湖南的MS6.3强震约300 km，故无强震震灾波及。MS7.3大地震的极震区长约250 km，宽约150 km，呈NE-SW走向。
2） Ⅶ度区。Ⅶ度点包括Ujiji，Zimba，Bismarckburg，Tabora，Kala和赞比亚姆韦鲁湖北岸的Chiengi等。Ujiji曾遭受1910年5月18日MS6.1前震的Ⅶ度破坏，MS7.3大震波及后烈度达Ⅷ度，排除前震重叠效应Ujiji的MS7.3大地震烈度可按Ⅶ度考虑。同理Zimba和Bismar-ckburg距MS6.3强震的震中区小于50 km，先是MS7.3大地震波及加之MS 6.3强震更甚，两次震灾重叠达Ⅷ度，排除MS6.3强震的破坏重叠效应，这两处的MS7.3大地震震灾烈度定为Ⅶ度。Kala地处Bismarckburg北面，距宏观震中更近，但其烈度仅为Ⅶ度。Tabora远在坦噶尼喀湖东北280 km之外，是坦桑尼亚内陆最大的城市，居住人口近4万，其中欧洲移民376人，部分地区房屋有裂缝且天花板灰皮掉落，低凹地区震感强烈，高处震感一般，主震烈度为Ⅶ度。Tabora与赞比亚姆韦鲁湖东北岸烈度为Ⅵ度强的Chiengi构成Ⅶ等震线长轴，Ⅶ度烈度区长约750 km、宽约300 km，呈NE-SW走向。
3） Ⅵ度区。Ⅵ度点分别为Mwanza，Usumbura，Kolwezi，Kigonja，Kisala，Rungwe，Langen-burg等。Mwanza位于维多利亚湖南岸，主震波及时湖水泛滥，Mwanza遭水患，低处水深达10 m。Usumbura普遍有震感，地震时大树摇摆，林场职工屋内挂灯的摆幅达25 cm，原住民屋内震时水从盆中泼出。位于刚果境内的Kolwezi，地震波及铜矿，致使铜锭垛散乱。Kigonja原住民茅屋中有悬挂物落下，距Kigonja西南约30 km的 Kisala位于Kisangilia河边，震后堤岸垮塌于河水中。自Mwanza至Kolwezi约1 200 km，构成Ⅵ度等震线的长轴，Ⅵ度等震线的短轴长约900 km，Ⅵ度等震线呈NE-SW走向。Rungwe位于鲁夸湖与马拉维湖之间，距MS7.3大震的宏观震中约500 km，前文已给出MS7.3大震波及时传教士Gumuseus带病逃生的生动描述，这是该地区唯一的有主震震情记录的破坏点，两小时后Rungwe又遭MS6.3强震波及，烈度达Ⅶ度，MS7.3大震波及烈度为Ⅵ度。同理，位于马拉维湖北端的Langenburg，其烈度由Ⅶ度递减为Ⅵ度。
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图 2 1910年12月13日东非坦噶尼喀湖地震相对烈度等震线图Figure 2. Map of the historical seismic relative isoseismals for the Lake Tanganyika earthquake of 12 December 1910 in East Africa7. 讨论与结论
7.1 宏观震中定位的差异
本文作者与Ambraseys （1991）对“震灾报告”的认知和处理方法不同。本文对51个点的地震资料经分类对比研究后，将Huys的“大震亲历记述”及远离MS6.3强震震中的“震灾报告”作为评定MS7.3大震宏观参数的基础资料。在MS6.3强震震中附近的“震灾报告”因有震灾重叠需予以消除. 在据“震灾报告”评定烈度时，考虑到时代背景，不能用MSK硬套，因而提出“相对烈度”和“相对烈度等震线”的概念，运用“对比法”去评定各破坏点的“相对烈度”。Ambraseys也曾意识到震灾重叠和房屋结构差异（百年前的东非房屋不符合MSK的房屋标准）给烈度评定带来的困难和误差，他在文中无奈地感叹道:“房屋简陋加之震灾重叠使评定MS7.3大震的宏观参数实为棘手”，但他没有提出解决棘手问题的方法. 即使他收集到了Huys的著述，恐怕也只是对那些与MSK烈度表有关的条款感兴趣，而忽略了那些至关重要的临震情报。总之，将通过本文方法处理后的51个点的“相对烈度值”标到东非坦桑尼亚地图上时，MS7.3大震破坏轻重的空间分布自然显现。这也说明了对同一个历史地震为何有不同的宏观震中定位的原因.
7.2 历史地震的微观研究
半个多世纪以来关于1910年12月13日东非坦噶尼喀湖大震的微观参数几经修订。Ayele和Kulhanek （2000）尽一切可能收集并仔细审查了多个地震台站的Wiechert地震仪所记录的非洲历史大地震的地震图，事隔近百年，这些图纸上的地震波曲线正在淡去，经过高精度扫描仪400DPI及数字化软件nXscan处理后的数字地震图上各震相仍清晰可辨，加之应用现代地震学理论和技术（定位，波谱分析及地震波反演）重新修定了1910年12月3日MS7.3大地震的基本参数和震源机制解，具体结果如下：发震时刻为11点37分30秒（GMT），震中位置为（7.00°S，30.03°E），震源深度为16 km，矩震级为MW6.9；断层走向213°±5°，倾角为79°±9°，滑动角为−18°±8°。Ayele和Kulhanek （2000）的研究还显示：此次大地震发生在裂谷带的转换断层上，断层运动以走向滑动为主带有倾斜滑动成分；能量集中在前4 s释放，破裂过程持续12 s。MNH台站观测到的P波群高频信号使得震相难于识别，这也显示了此大地震是一个断层多次破裂过程（Ayele，Kulhanek，2000）。
7.3 宏观地震参数与微观地震参数的关系
本文宏观震中的定位结果（7°S，30°E）与Ayele和Kulhanek （2000）的微观震中定位结果（7.00°S，30.03°E）很接近。虽然微观定位比宏观定位在精度上提高了两个数量级，但是仍同在坦噶尼喀湖中部而不在鲁夸湖，习惯上称其为鲁夸湖大地震显然不妥。其次，地震袭来时冲击猛烈加之50 s间歇这一奇特的宏观现象，Ayele和Kulhanek （2000）的微观分析给予了很好的解释，即这是由于该地震是一个复杂的多次破裂过程。再次，宏观极震区的烈度为Ⅷ度，且MS7.3大地震无伤亡，也可从微观结果得以理解。微观震级求得矩震级为MW6.9且地震发生在转换断层上，矩震级MW6.9的地震冲击可能还不足以使房屋瞬间倒塌落架难于逃生。矩震级MW6.9的强震为何波及面可达两百万平方千米，震动时间为何长达1分钟，只有从微观结果所揭示的震源多次破裂方得以理解，即此地震的发生过程是断层相连的多次错动，波及范围较广可从较长的破裂持续时间、较丰富的地震波低频成分得以论证。Ayele和Kulhanek （2000）的震源机制解显示该地震的断层错动以走滑为主、带有倾斜滑动，地震发生在转换断层上，与裂谷带上的众多正断层错动有差别。Ayele和Kulhanek （2000）由于既缺乏地表断裂资料，又未曾记录到MW6.9大震震区的余震分布，在震源机制解的节面选取上遇到困难，两个候选节面暂无定论。本文所得到的该大震相对烈度和Ⅷ—Ⅵ度的相对烈度等震线呈NE-SW走向的结果，可供确定节面参考。
7.4 震源深度
非洲大陆是地球科学实验场，其地震及地质构造活动正在演绎着海底扩张阶段之前地块的分裂分离。众多地震的震源参数揭示了东非裂谷系各分支形成过程中所处的不同阶段，坦噶尼喀湖处于正在发育阶段的西裂谷带。Yang和Chen （2000）在研究了坦噶尼喀湖区发生的两次强震（2005年MW6.8，震源深度h=（17±3）km和2000年MW6.5，h=（37±5）km）及多次中等强度地震的结果表明，在坦噶尼喀湖区发生的地震震源深度统计峰值有两组：一组是发生在地壳内深度约10 km的地震，多分布在坦噶尼喀湖区中部；另一组是发生在莫霍面附近深度约30 km的地震，多分布在坦噶尼喀湖区南部。百年前发生在坦噶尼喀湖中部更剧烈的一次震级为MW6.9的1910年12月13日的坦噶尼喀湖大地震，将为东非裂谷带西支正处于发育阶段的科学论证补充重要论据。
7.5 结论
1） 本文面对历史地震研究资料简略缺失的窘境，提出用“对比法”以及“相对烈度”和“相对烈度等震线”的概念去研究区分震区各点的震灾轻重，并以“相对烈度”标识，从而能较真实地显现历史强震破坏的空间分布。
2） 据Huys （1911）的地震实录，研究分析了MS7.3大震震动过程的细节及极震区宏观破坏的特征，排除了前震和余震重叠效应，重新评估了1910年12月13日MS7.3非洲第一历史大地震的宏观震中参数。主震定位为（7°S，30°E），处于坦噶尼喀湖中部，被称为坦噶尼喀湖大地震。在此基础上，论证了极震区的相对烈度为Ⅷ度，极震区长轴走向为NE-SW，填补了非洲历史大地震宏观数据库的某些空白。
地震是一个非常复杂的自然现象，宏观和微观研究只是针对地震研究的方式不同，最终必将殊途同归。本文宏观分析研究结果与Ayele和Kulhanek （2000）的微观分析研究结果有多处相互印证补充，使我们对地震的认识更接近地壳变动的真实过程。
半个世纪前的1968年作者曾对1910年12月13日东非MS7.3历史大地震的宏观地震参数作过研究，并首次给出这次大地震的宏观地震参数。从时间顺序上，1968年宏观定位在先，32年后的2000年微观分析在后；从发表的顺序上，则是Ayele和Kulhanek （2000）的微观分析结果在先。由宏观与微观方法得出的地震参数相互印证，互为补充，增进了我们对1910年12月13日东非MS7.3历史地震的认识。这一结果无疑可为坦桑尼亚未来的经济开发和基础设施建设中的减灾计划提供重要参考。
衷心感谢陈运泰院士对本文的建议和讨论，感谢中国科学院前外事组有关专家在德文翻译方面给予的帮助，感谢环文林研究员协助收集资料以及对本文提出的宝贵意见，感谢吴宣高级工程师协助精心绘制图件和文字处理工作。
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图 4 各子台上三次爆炸事件的Lg波振幅谱
Figure 4. Amplitude spectrum of Lg phase for three explosion events at each station
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图 1 海拉尔台阵的结构和三次爆炸事件记录的P波序列
Figure 1. The composition of Hailar array and the P wave sequence record of three events
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图 2 三次爆炸事件在B2子台的波形记录
图（a）为B2子台三次事件的波形记录，图中红框中的波形为部分P波序列，蓝框为部分Lg波序列；图（b）和图（c）分别为经1—5 Hz和0.2—2 Hz滤波并经振幅归一化处理的P波序列和Lg波序列
Figure 2. Waveforms of three explosion events recorded by B2 substation
Fig. （a） shows the records of three events at B2 substation，the red frame in the figure is P-phase，and the blue frame is Lg-phase；Figs. （b） and （c） are normalized P-wave and Lg-wave amplitudes of three eventsafter 1−5 Hz and 0.2−2 Hz filtering，respectively
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图 3 各子台上三次爆炸事件的P波振幅谱
Figure 3. Amplitude spectrum of P phase for three explosion events at each station
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图 5 三次爆炸事件平均 P/Lg振幅谱比
Figure 5. Average P/Lg amplitude spectrum ratio of three explosion events
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图 6 三次事件P波和Lg波最大振幅 （avg.表示最大振幅平均值，下同）
Figure 6. The maximum P and Lg waves amplitude of the three explosions （avg. represents the average value of maximum amplitudes，the same below）
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图 7 三次爆炸事件的mb（P） （a）和mb（Lg） （b）结果
Figure 7. mb（P） （a） and mb（Lg） （b） results of the three explosive events
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图 8 三次事件在各个子阵的当量和当量间比值
图（a）和（b）分别为由P波和Lg波得到的当量；图（c）和（d）分别为P波和Lg波的三次事件间的当量比值
Figure 8. The ratio of three events between the yield and yield of each subarray
Figs. （a） and （b） are the yields obtained by the P and Lg phases，respectively；Figs. （c） and （d） are the equivalent ratios between three events of P wave and Lg phases，respectively
表 1 三次爆炸事件的震级测量与当量估计结果
Table 1 Magnitude measurement and yield estimation results for three explosion events
来源 mb（P） Y（mb（P））/kt 来源 mb（Lg） Y（mb（Lg））/kt ${E}_{1601} $ ${E}_{1609} $ ${E}_{1709} $ ${E}_{1601} $ ${E}_{1609} $ ${E}_{1709} $ ${E}_{1601} $ ${E}_{1609} $ ${E}_{1709} $ ${E}_{1601} $ ${E}_{1609} $ ${E}_{1709} $ Gaebler等（2019） 5.0 5.3 6.2 10 25 400 谢小碧和
赵连锋（2018）4.67 4.82 5.56 4 6 56 NORSAR （2017） 4.8 5.1 6.1 5 12.5 250 Yao等（2018） 4.68 4.85 5.63 11 18 109 USGS （2017） 5.1 5.3 6.3 13.6* 25.1* 541* 刘森（2020） 4.91 5.07 5.82 7.6* 12.4* 124* 海拉尔台阵（本文） 5.3 5.6 6.1 27.6 65.4 316.9 海拉尔台阵（本文） 4.33 4.56 5.60 1.3 2.6 63.9 注： *表示当量结果原文中未给出，由本文公式计算得到。 
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