張衡和地震儀器

文/馮銳 等

張衡和地震儀器

文/馮銳 等

千古之謎留人間

國際科學界普遍公認，世界上最早成功測出地震的儀器—地動儀，是由我國東漢的張衡（78-139年）發明的。張衡發現：懸掛物對山體崩塌、滑坡還有馬車行走產生的震動都表現為紋絲不動，而在發生地震時卻明顯地搖晃不止。根據這一原理，在公元132年發明了地動儀。

根據《后漢書·張衡傳》記載，地動儀由青銅鑄造，外形與漢代酒樽相似，穹隆的頂蓋下有8個龍首，龍首各含一個銅丸，面向八個方向均勻分布。器壁上雕刻有篆字、龍、鳳、虎、龜等吉祥紋飾。在儀器底部，與龍首垂直相對應，設置了8個張嘴的蟾蜍，蟾蜍同時擔負托載整個儀器的任務。儀器內部中央懸吊著一個沉重的“都柱”。發生地震時，隨著地動儀外殼的劇烈晃動，引發一系列的連鎖反應：“都柱”碰觸機關，龍首張嘴，龍首內的銅丸掉落，銅丸落到蟾蜍嘴里發出響聲，響聲告訴大家：“地震發生了！”

公元134年12月的一天，位于東漢首都洛陽的地動儀忽然出現了反應—八個龍首中的一個吐出銅丸！大家都很詫異，因為沒有人感覺到地震的發生。過了幾天，從甘肅隴西傳來發生地震的消息，大家這才深信地動儀具備靈敏的測震功能。皇帝特批專為地動儀鑄造銅鼎，以彪炳史冊。

這些情況在記載東漢歷史的《后漢書》、《后漢紀》、《御覽》、《續漢書》等8本史書里都有明確的描述。

8本東漢史書都對地動儀有明確的記載

令人遺憾的是，東漢末年天下大亂，公元190年以后，首都洛陽陷入極其嚴重的戰火動亂之中，城池被焚，百里無人煙，軍閥混戰，政府失效，連皇帝都自身難保。這場大亂導致地動儀和其他天文、氣象等儀器被全部毀壞，技術也徹底失傳。據史料記載，張衡繪制的地動儀圖樣曾與文字一起鑄在銅鼎上，后來銅鼎被運到張衡故鄉南陽，沉沒在當地的河道中。隨著歲月流逝，銅鼎的去向渺無蹤影。

就這樣，張衡地動儀的測震過程成了千古之謎。

古書里殘留的記載，共254個字，被束之高閣，人們對它的印象漸趨模糊。

宋元明清的諸代文人學士始終想不通：隴西距離首都洛陽千里之遙，涼州邊陲發生了地震，為什么中原的地動儀能察覺到呢？是地氣作怪，還是上天在開玩笑……

誰也沒想到，一直要到一千多年后的19世紀末期，史書上地動儀的記載，才能重新煥發出耀眼的光芒。

現代科學家們猜想張衡地動儀的內部結構

19世紀末，英國有個從小對大自然充滿好奇的年輕人，名叫約翰·米爾恩（John Milne）。他在學生時代曾經到中東的沙漠里探險，大學畢業后從事地質和礦物學研究。1875年，米爾恩被日本東京帝國大學聘為教授。當時從歐洲去東亞，尚不通鐵路，也沒有飛機，所以遠涉重洋去赴任可不是件輕松的事情。

米爾恩從英國到日本的旅行路徑

米爾恩

25歲的米爾恩用了1年多的時間，憑借步行、涉水、騎馬、乘爬犁等原始辦法，居然一個人徒步橫穿歐亞大陸從西方走到了東方。在中國，他訪問了北京、天津、鎮江和上海，親眼目睹了長城和大運河，中國古老文化的悠久底蘊和輝煌給他留下刻骨銘心的印象。到達日本之時，大家都驚嘆他還活蹦亂跳！

日本是世界上地震最多的國家之一，米爾恩在1876年3月到達日本的當夜就感受到了地震，并且在一個月內遇到十余次。這些切身經歷讓他對當時人們尚不清楚的地震，有了很強的興趣，他在研究過程中，見到了日本學者服部一三于1875年繪制的張衡地動儀的復原猜想圖，這讓米爾恩非常震驚：1700多年前，中國的張衡居然已經發明過一種儀器，能測到遠處的地震。按理說，古人能做出來的，后人沒有理由做不出來，于是他根據中國古文的記載，在住所和餐廳里對地動儀的結構做了大量的試驗。

1880年2月22日的凌晨，日本橫濱發生地震，米爾恩在東京被晃醒，他清醒地看到頭頂上的吊燈劇烈搖晃，兩個實驗用的單擺晃動幅度竟然達到2英尺之巨。

米爾恩的著作是現代地震學的開山之作

通過這次切身體驗，米爾恩明白了張衡的想法：地震時的一切物品都處于劇烈運動中，必須有一個相對靜止不動的物體作為參照，才能對地面的運動進行測量。根據牛頓第一定律，靜止不動是一種慣性，那就必須要找到一種在地震的時候慣性不會被打破的物體。

什么物體能在地震發生時保持自己原有的慣性，相對靜止不動呢？中國的張衡可能已經找到了答案—懸掛物。

1883年，米爾恩高興地把中國古書中有關地動儀的記載翻譯成英文，率先向西方作了介紹，還繪制了他的復原猜想模型。他指出，張衡是第一位利用懸垂擺慣性原理測震成功的人，特別強調：“張衡地動儀的價值決不僅僅在于它是一個古老的發明，更重要的在于，它竟以極其相近的思路留給了現今時代的科學儀器以許多有意義的啟迪。”

米爾恩繪制的張衡地動儀復原模型

于是，他推斷：地震有可能產生波動，向四面傳播，才有可能被地動儀的懸垂擺觀測到。

看樣子，中國地動儀之謎已經顯露端倪。

能下結論嗎？還不行。

日本國土太小，如果有地震波，現有的觀測精度不夠。中國幅員廣闊，但張衡地動儀失傳了，千年的古老故事很優美，卻沒法進行證明。

躊躇滿志的米爾恩只能等待機會。

秘底終于被揭露

科學研究富有魅力，傳奇的彩云總會緊隨相伴。

就在日本的米爾恩陷入冥思苦想之時，德國出現了一件怪事情。

那是1889年4月17日的傍晚。

德國波茨坦的天文臺有位青年觀測員，28歲，叫帕什維茨，正在觀測月球引力下的固體潮變化，水平擺重力儀已經配備上了感光記錄器。他突然發現記錄光點在當地時間17時21分出現了異常，那是一個有規律的波動性質的信號。決不可能起因于月球擾動，又不可能是人為的干擾……。它是什么？一時無法解釋。

帕什維茨

苦苦追索幾個月后，他終于從《自然》刊物中發現：日本的熊本發生過一次6.3級地震，發震時刻為波茨坦時間當年4月17日17時07分。這意味著，相距8800余千米的日本發生的地震，竟然能夠在14分鐘后的德國被他的儀器捕捉到！

天啊，這不就是地震波嘛。

這一重大發現，隨后在英國的著名刊物《自然》發表出來，轟動世界。

帕什維茨的過硬記錄，證實了地震波的客觀存在，即“由震源發出的彈性運動能夠通過地球本身而傳播。”也證實了利用擺的慣性進行測震的正確途徑，預示著“地震觀測資料提供了一個間接獲取有關地球內部狀況信息的方法。”

辯論和猜測已經結束，這個發現打開了科學認識地震的新天地。

從此，慣性和地震波的概念建立起來。地震動的區域需要劃分成震源區和波動區兩個部分。震源體積再大也是有限的，而波動區域卻非常遼闊，強者可波及全球。

張衡地動儀的千年謎底也被揭開—中國人早在公元134年就已經觀測到了地震波動信號。

西方從此把地動儀稱為“中國驗震器”（Chinese Seismoscope），公元132年被世界公認為人類首臺地震儀器的誕生年份。

令人心痛的是，帕什維茨不久得了肺結核，年僅34歲便離世而去。

根據他生前的倡議，1901年4月11日在法國斯特拉斯堡成立了國際地震協會，幾十位各國學者出席會議，現代地震學正式起步。

世界上第一張地震波記錄圖

現代地震儀的誕生

米爾恩認真分析了帕什維茨的水平擺重力儀結構。終于明白了張衡地動儀和它的結構關系—只要把懸垂擺的擺桿置于水平狀態就能成為水平擺地震儀。

從這個思路出發，米爾恩采用硬擺桿、吊絲提拉重錘等技術，在1893年發明了世界上第一部現代地震儀—高50厘米、長1米，擺錘500克，周期幾百秒，配有記錄器。

測震儀器從懸垂擺到水平擺的演化

1893年，米爾恩首先在日本正式組建了地震臺網，布設了他的測震儀器。1895年7月，米爾恩返回英國，在懷特島建設了首個地震臺站，創立“國際地震數據中心”，以后持續不斷地改進他發明的儀器，并用他的80多臺新儀器在全球60多個國家和地區組建了第一個全球地震臺網。

當然，人們對測震技術的嘗試并非一條路。比較重要的發明還有法國于1703年設計的水銀驗震器，馬萊在1852年設計的液面光學觀測儀，還有美國本尼奧夫在20世紀設計的應變儀等。

百年實踐的結果表明，監測地震波的最有效和靈敏的方法還是基于擺的慣性，那正是由中國張衡和英國米爾恩開創的道路。

米爾恩1913年7月31日在英國去世，被公認為現代地震學之父，他的兩本著作成為現代地震學的開山之作，屢屢再版。米爾恩的墓碑極其簡樸，簇放著日本菊花和他夫人從自家花園采摘的白色康乃馨。

米爾恩地震儀的結構示意圖

1897年在臺北架設的米爾恩地震儀

1900年建立的第一個全球地震臺網

現代地震儀的發展

盡管米爾恩是海浪中的一朵美麗浪花，但科學實踐并不因此終止，更美更大的浪花總在前方不斷地冒出。

米爾恩儀器的放大倍數不高、易動不易停、難做24小時連續記錄、時間服務也不好、只有水平分量記錄不了垂直運動……，一系列的新問題亟待解決。

20世紀初，大海的波濤里又涌現出了兩朵美麗的浪花—德國的維歇爾和俄國的伽里津，他們發明了倒立擺地震儀和電磁地震儀。

維歇爾

伽里津

莫小看兩件新儀器，所蘊涵的深刻思想無以估量。

毋庸置疑，慣性當為測震儀的基本依據，這是米爾恩等早期開拓者已經認識到的。問題在于，所有的物體都具有慣性，卻不是所有的結構都能夠測震的。所以，只講慣性還不充分。

于是，懸垂擺和水平擺的另一個獨特的力學性質—“恢復力矩”被人們重視起來。這兩種結構之所以能夠穩定、長時間地揭示出地面的相對運動量，在于它們天然地具有一個至關重要的因素—恢復力矩。一旦重錘偏離原點，重力會自然而然地產生一個恢復力矩將重錘“拉回”原點，始終維系它的靜止狀態。

倒立擺的恢復力矩需要靠彈簧產生

這就意味著，凡能對重錘賦予恢復力矩的結構，必然能測震！

“慣性”和“恢復力矩”二者，方是對測震儀器的完整理解，缺一不可。或者說，“擺”是二者的結合體。

這種理性的認識解放了思想。從此，測震結構的設計者們可以放開手腳了，今后不必局限在天然的重力矩上。彈簧、鋼片、吊絲、游絲、扭力等各種結構和材料都可以引用，只要它們能夠產生必要的恢復力矩，便能形成各式各樣簡單易行的擺。人們得出了“計時用表，測震用擺”的結論。

1901年維歇爾的倒立擺地震儀成功。重錘的恢復力矩是在下端點用兩塊鋼彈簧片實現的。放大倍率從200到2000，很小很遠的地震都能紀錄到。1930年前后，德國公司為德國、中國和墨西哥各制造了一臺超大型維歇爾地震儀，僅重錘就重達17噸！儀器的體量要占據一間大房子，是當時世界最高級的測震儀器。中國的這一臺架設在南京地震臺，至今還能工作。

維歇爾倒立擺地震儀結構示意圖

1906年伽里津垂直向地震儀問世，重錘的恢復力矩是用懸掛彈簧實現的。突破了長期以來地震儀器只能做水平向觀測的局限，而且隨后又把電磁放大技術引進，放大倍率可以達到數萬倍。

從此，測震技術進入第二代，即維歇爾—伽里津時代，世界各國大量采用他們的儀器和技術，設計出各種各樣的擺結構。隨后，伍德—安德森扭力地震儀于1923年問世，貝尼奧夫應變地震儀于1932年發明，日本和俄國也設計出自己的地震儀。

地震儀所采取的各種各樣的擺結構

中國的地震研究在抗日戰爭中也沒有停下。李善邦于1939—1942年研制成水平擺地震儀，重錘的恢復力矩是用鋼片代替頂針而實現的。儀器架設在重慶北碚，紀錄到戰爭期間國內外109次地震。解放以后，命名為51型地震儀，裝備我國各基準地震臺。

新世界的展開

人類手中有了工具，猶如孫悟空有了金箍棒，上天入地，叱咤風云。

首先，知道了全球地震分布。早期的人們僅知道大陸會有地震，現在的觀點大大改變了，原來海洋上也會發生地震，不僅數量很多，而且非常強烈，海嘯是海里的特大地震引起的。絕大多數的地震并不與火山的噴發有關系。太平洋四周和喜馬拉雅山都有地震帶。

中國原來是個多地震的國家，地震竟然是眾多自然災害之首。

有了地震記錄圖，科學家可以仔仔細細地分析房屋和建筑物是怎樣被地震破壞的。人們可以在不同的樓層上都布設地震儀，甚至架設在水壩、電站、醫院等工程的各種要害部位里，查明地震時候它們的振動幅度、頻率、各種響應情況，積累經驗發現規律，從而制定出房屋抗震設防的措施，讓建筑物能有效抵御地震的破壞。這種監測工作已經很普及，包括對薄弱地質區域的監測，預防地質災害的發生。

全球地震的分布

其次，人們開始了解到地球的內部構造。火山為什么會噴發？大陸為什么能漂移？地球的磁場怎么形成的？東海的龍宮在哪里？……一系列光怪陸離的神話和疑問漸漸有了答案。為什么？因為地震的能量極其巨大，只有它所激發的地震波可以穿透地球內部到達遠處的彼岸。在全球布設地震臺網，就可以根據記錄到的信息來確認內部構造。這同醫院里用CT、B超、X光透射、心電圖的道理是完全一樣。

地震學家很自豪，咱們就是對地球做診斷的專科大夫。

地震波和地球內部構造

掌握了天然地震波的傳播規律和觀測技術，人們自然就能把它們“拷貝”到生產當中。用人工地震—“爆炸”當震源，它所激發的地震波同樣會在地下反射、折射、繞射，使用微小地震儀就可以查明地下的構造、礦藏、石油、洞穴等，也可以檢測火箭體內的缺欠、發動機里的隱患等，直接為國民經濟服務。軍事上，比如核爆定位、水下偵探、抗爆掩體設計等都有用場。

總而言之，地震學的應用極其廣泛。

20世紀末，測震技術已經發展到第三代。地震儀器可以做得更小更靈敏，頻帶可以達到更寬泛，數字化程度更高級。于是電子技術、遙控遙感、海底觀測、微震監測、地震預警、海嘯預警、深井觀測都發展起來。

不是吹牛，地震觀測技術不僅能研究地球，甚至連月球上的月震也能監測。正是可上九天攬月，可下五洋捉鱉。

法國2011年發行的張衡紀念郵票

香港2015年發行的張衡紀念郵票

地震引起災難，人們在地震方面的研究從未停止

1 9 2 3 年 9月 1日11∶58分，日本東京橫濱地區發生8.3級地震。地震發生在中午時分，人們開始用爐子做飯。地震把爐子震翻，爐火點燃木質房屋，引起火災。消防系統在地震中同時遭到破壞，火勢得不到控制，最終導致人們無家可歸。這一次地震成為歷史上最嚴重的地震之一。

張衡時代的地震

七大板塊

地震引發的各種災難現象

地下水翻涌

地坼-四川南江

地震水平錯動

地震致河水狂瀉

汶川廢墟

北美西部的斷層線

什么是地震

本期的主題是測量地震的儀器，那地震究竟是什么呢？

按照定義，地震又稱地動或者地振動，是地殼快速釋放能量過程中造成振動，并產生地震波的一種自然現象。

所有的地震我們都能感受到嗎？答案是否定的。據統計，地球上每年約發生500多萬次地震，算下來平均每天要發生上萬次的震。要是地球每天出現一萬起汶川大地震那樣的恐怖災害，那世界恐怕已經滅亡了。實際上，絕大多數的地震能量太小或距離地面太遠，以至于人們感覺不到；真正能對人類造成嚴重危害的地震一年大約有十幾次甚至二十次；能造成特別嚴重災害的地震平均一年有一兩次。像汶川地震或者唐山地震那種超級強震，都是多少年一遇的偶然性災難。

人類自古就知道地震，但是對地震的性質了解一直微乎其微。原因是顯而易見：地面太硬了，誰也沒有土行孫的本事到里面看看。地球的半徑是6370千米，而人類最深的礦井不過幾千米深，沒人知道地下深處是怎么回事。

直到20世紀，兩位美國科學家里克特和古騰堡才發明了一種測量地震程度的方法，被稱為里氏震級。一般而言，級數大的地震會上電視，我們有時候在新聞里會聽到類似報道：某地發生里氏8級大地震，人員傷亡如何如何。是的，里氏八級的地震就很猛烈了，可能比七級的大地震要強烈幾十倍。

但是地震級數大，不等于造成的損失就一定大。因為地震除了能量，還有一個距離問題。如果一場大地震發生在地下700千米處，也許對地面毫無影響，但是一場中型地震要是發生在地面下一兩千米的地方，也許就會造成巨大的破壞。

歷史上最大的地震，大概是1964年3月的阿拉斯加大地震和1960年的智利大地震中的一場，因為兩場都達到了九級，但是具體誰更厲害一點，各家說法不一。說法一致的是這兩場地震都造成了巨大的破壞，巨大的海嘯在太平洋上橫掃了一萬千米，美洲沿岸的驚濤駭浪一路拍到了日本。

這兩場地震并不是破壞性最強的地震。如果地震發生在人口稠密的地區，只要七級以上就能帶來巨大的災難。歐洲歷史上最慘烈的地震是1755年的里斯本大地震，兇猛的地震和海嘯帶走了六萬人的性命，整個葡萄牙的首都幾乎片瓦無存，只有國王一家在郊區的修道院里祈禱，才勉強躲過一劫。

世界歷史上破壞性最大的地震發生在中國，1556年1月23日的陜西華州大地震，震撼了九十萬平方千米的中原大地，一共有101個州縣損失慘重。整個關中平原，民房官署寺廟乃至城墻宮殿等，幾乎全部倒塌，事后光是各州道府縣上報的死亡人名就達83萬之多，不知姓名的死者不計其數。死亡人數高居世界震災之首。

是的，中國自身就是地震的直接受害者。地震的猛烈和頻繁，促使古代中國的智者對其進行了大量的研究，漢唐時期斗拱木建筑也有極強的抗震能力，后來多使用價格便宜的土木結構，抗震效果反而不行了。中國古代的斗拱建筑難以防火，但是非常抗震。1976年唐山大地震，天津薊縣的建筑塌了一大半，千年古建獨樂寺由于設計得當，在地震中搖來搖去，居然絲毫未損。

里斯本大地震

人們在很長時間以來，一直很好奇地震會發生在什么地方，但是地震似乎就是沒頭沒腦地發生在各個地方。直到板塊漂移學說創立之后，人們才終于發現，原來是在兩個板塊之間的地方，最容易發生地震。因為板塊在漂移，兩個巨大的板塊推推搡搡，壓力巨大，到了有一方不得已而退讓的時候，那就是大地震了。

按照這個理論，日本的首都東京大概是一個正在“等死”的城市了。為什么呢？因為東京并非處于兩個板塊之間，它恰好處于三個板塊之間！1923年9月1日的關東大地震，讓20萬日本人死于非命。在那之后，地震的能量積攢了快一百年了，下一次大地震啥時候來，損失會有多大，誰也不知道。

長期來看，東京在之后四十年里遭遇超大地震的概率大概是90%，這個人口超過3000萬的繁華大都會大概是在劫難逃，而這個信息你是不會在畫滿櫻花的東京旅行手冊里看到的。你也不用過于擔心，因為要是只去旅游個一兩天，遇到大地震的幾率是微乎其微的。至于住在東京的人，要不然是完全不去想這個問題，要不然就是做好了死守的打算，東京的建筑號稱是能抗IX度強震，而且日本人從小學習防震知識，只能是祝他們好運了。

科學家們發現，除了板塊地震之外，還有一種比較奇怪的地震，會發生在板塊的中間。也就是說，這種地震有可能在任何時間發生在任何地點，震級可大可小，但是和板塊運動沒有關系，所以根本無從預測。換言之，我們對地震的形成原因，了解的還非常少。

研究地震，除了監測，最關鍵的一點是預測。知道了什么時候會發生地震，我們就可以疏散人群，轉移物資，把損失降到最低。但是要想預測地震，我們必須真實地知道大地的下面究竟有些什么東西。

通過對地震波的研究，科學家發現，地球里面大概是好幾層。首先是個堅硬的地殼：它在大陸下面大概是40千米深，在海下大概是5～10千米深。地殼里面是由熾熱粘稠的巖漿組成的地幔。為啥是巖漿呢？這是我們從火山噴發得到的知識，地幔究竟是啥樣，其實沒人見過。地幔深處是兩層地核，外層呈液態，內層呈固態。

科學家曾經計劃挖開地殼，取出一點地幔，來看看地球里面的巖石構造究竟是什么樣子的，這樣可以極大地幫助我們了解地球運動并預測地震。但是這個地殼實在是太難挖了。

我們說過，地球的直徑是6370千米，地殼最厚不過50千米，對比一下，大約就是蘋果和蘋果皮的關系。但是這個蘋果皮堅硬無比，根本無從下口。1960年代，美國科學家曾經在墨西哥灣的深海里開鑿地殼，因為那里的地殼只有5千米厚。但是這種深海作業被證明是完全不可能的，美國人花了一大筆錢，結果只鉆了1800米深。沒過幾年，前蘇聯的科學家也打算試一下，他們知道不能從海底挖，于是就從陸地下手，打算挖個15千米看看情況。結果他們拼死挖了十幾年，最后鉆到12千米就不得已而放棄了，因為在十幾千米的地下，巖石間充滿了水，溫度高達180度，而且巖石的分布和預測差異極大，堅硬到實在打不下去了。

總之，地球如果是個大蘋果，人類連蘋果皮的三分之一都打不穿。我們對地球內部的了解太少，直接制約了對地震本質的研究，可以說，一切還在起步階段。或許將來，當我們的小讀者們成長為合格的科學家之后，能把地震的本質真正摸清，和古代的張衡一樣名垂青史，也是有可能的呢。

人們對地震形成原因的逐步認識

古代學者們對地震成因有很多不同見解。

我國古代的莊子（公元前約369—公元前286年）講：“海水三歲一周流，波相薄則地震”。相薄，是相近、相遇甚至相撞的意思。是說海水三年流動回轉一周，海浪相遇引發地震。這種“大地浮于水上”的古宇宙觀，源自古人掘井時發現地下深處有泉水涌冒出來。我們在各類繪畫、紋飾和雕塑中可以看到，中國的古代地球模型只有天穹、大地、海水三層結構。海水的最深處稱“九泉”，“九”表示極其深。不過莊子的“海波相薄為震”的觀點并沒有被后人繼續發展，社會影響有限。

西周末年的思想家伯陽父（公元前約8世紀）對地震的認知做出了重要貢獻，他認為：“夫天地之氣，不失其序；若過其序，民亂之也。陽伏而不能出，陰迫而不能蒸，于是有地震。今三川皆震，是陽失其所而鎮陰也。陽失而在陰，川源必塞。源塞，國必亡。（《國語·周語》）”

伯陽父沒有采用具體的物質，而是把“天地之氣”抽象成陰、陽二元素，從矛盾雙方的相互斗爭上來認識地震，這在哲學上具有劃時代的意義和深遠影響。

東漢思想家王充提出了新的哲學觀點：“地固將自動”，認為地震是大地的自然運動。

與秦漢（公元前221—公元220年）同期的歐洲，正值古希臘—古羅馬文化的鼎盛時期，他們對地震的認識也處于原始階段。當時的人們（主要是地中海地區）看到火山噴發時地面也在顫抖，火山和地震便被聯系在一起，意識到地球內部肯定非常炙熱，地下熱量的活動即視為地震的原因。哲學家盧克萊修（公元前98—公元前55年）則認為地震是由山體坍塌引起的。

由于缺乏實驗和觀測手段，人類早期對地震的探索一直沒有取得實質性的進展，幾千年間一直處于客觀記載和猜想階段。

近代地理學創始人德國的洪堡（Avon Humboldt，1769—1859） 經 歷 過 1797年南美地震和1812年加拉加斯地震，提出了地震火山說，認為火山是地震的安全閥，當火山不能噴發時，它所積蓄的能量便轉變為地震而釋放，這個想法曾一度在地質界占統治地位。他還促進了俄國和中國在1841年間首先建立了地磁氣象站，德國的科學基金會就是以他來命名的。地質學家修斯和霍爾尼斯1878年認為，地震由于地球的收縮引起地殼斷裂所致。還有人設想過電荷放電引起氣體爆炸、化學作用溶解出巨大地洞、巖漿上涌擾動地殼等學說。隨著歐洲文藝復興和啟蒙運動興起，思想解放也促進了測震儀器的發展，加之意大利的地震比較多，人們的設計也是五花八門的，利用液面變化、觀測單擺運動等，有的在地下打洞灌水監測體積變化，收集氣體測地氣，探測地下聲音等。一直到19世紀中葉，還沒有找到更好的辦法，基本是處于驗震器的水平上徘徊。

地震畢竟屬于小概率事件，并且難以在實驗室中模擬，因此，地震學的發展遠遠落后于數學和物理等經典學科，直到20世紀才形成了成熟的理論體系和完整的板塊學說。今天，人們對地震和非地震機理的認識已經更加清楚和深刻。