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汶川15年：地震究竟能否预测？

2023-05-12 16:42

来源：澎湃新闻·澎湃号·湃客

本文由

北京市地震局

与星球研究所联合制作

15年前的今天

汶川地震爆发

数万平方公里的大地

在几分钟的震动过后

山河变色、满目疮痍

（北川老县城曲山镇，汶川地震的重灾区之一，摄影师@朱建国）

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此后的15年中

中国大地依然震颤不止

2010年玉树地震2698人遇难

2013年芦山地震196人遇难

2014年鲁甸地震617人遇难

2022年泸定地震93人遇难

在全球范围内

地震也无情地展示着

巨大的破坏力

2010年海地地震16万人遇难

2011年日本地震近2万人遇难

2023年土耳其地震5万余人遇难

（海地地震后的废墟，图片来源@视觉中国）

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回首人类的历史

地震称得上是“群灾之首”

在20世纪以来的所有自然灾害中

地震夺走的生命占到一半以上

而中国

更是世界上大陆地震最多的国家

也是因地震死亡人数最多的国家

对地震的恐惧

就像悬在头顶的、不知何时落下的

达摩克利斯之剑一样

贯穿了人类的历史

（请横屏观看，全球20世纪以来主要地震灾害和遇难人数，制图@吴昕恬/星球研究所）

▼

然而遗憾的是

我们至今无法像预测天气一样

准确预测地震的到来

它仍是所有灾难中

最扑朔迷离的一个

预测一场地震

怎么这么难？

未来的我们

究竟如何应对地震带来的巨大灾难？

（2011年3月11日，日本东北部海岸附近发生了里氏9.0级强烈地震，气仙沼市被地震引发的海啸淹没，图片来源@视觉中国）

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要回答这些问题

我们需要回到1960年代

那时的中国正迎来

长达10年的地震活跃期

连续不断的大地震

接连重创这片土地

而中国的地震预测研究

也正是在那时艰难起步

半壁江山皆震颤

首先

我们需要了解

地震发生的基本机制

我们生活的地球表面

由大大小小的板块组成

不止不休的板块运动

造成地下岩石变形

当变形积累的力量超过岩石的弹性极限

岩石骤然破裂，并释放出巨大的能量

地震

便产生了

（地震原理示意，注：实际地震中断裂两侧的块体既有垂直错动，又有水平错动，本图仅示意水平错动，制图@汉青/星球研究所）

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而中国位于几大板块的挤压之下

世界最重要的两大地震带

环太平洋地震带、阿尔卑斯-喜马拉雅地震带

分别从中国东西两侧经过

中国由此成为

少数同时受到两大地震带影响的国家

雪上加霜的是

中国所在的欧亚板块内部

地质结构复杂而破碎

造成内陆同样地震频发

这些发生于板块内部的地震

被称为板内地震

新中国成立以来

伤亡最惨重的唐山、汶川地震

便位列其中

（中国地震带分布示意，注：图中用颜色深浅表示地震动峰值加速度，单位为重力加速度g，颜色越深，可能遭遇的地震就越强烈，制图@吴昕恬/星球研究所）

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于是

中国的陆地面积占全球的1/14

板内地震数量却占到全球陆地的1/3

（不含港澳台地震数据）

全国一半以上的省区

皆位于大大小小的地震带上

皆有发生7、8级地震的危险

正可谓

“半壁江山皆震颤”

正因为如此

中国一直是受地震伤害最重的国家

甚至超过以多震闻名的日本、智利

也正因为如此

在这样震颤不止的大地上

人们对地震预测有着极为迫切的需求

（汶川地震后，通向震中映秀镇的公路被地震摧毁，摄影师@朱建国）

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现在

让我们把时针拨回到

1966年3月

当时，多次强震接连袭击河北邢台

导致八千余人死亡

这是新中国成立后

第一场发生在人口稠密地区的大震

损失惨重，举国震惊

周恩来总理第二天便赶赴灾区

100多个研究机构和大学的数千名科技人员

也陆续到达

开展地震预测大会战

（1966年河北邢台地震之后，周恩来总理视察灾区，图片来源@视觉中国）

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调查中人们发现

地震前会有一些异常情况出现

这便是

地震前兆

正如冰冻三尺非一日之寒

地震的能量也经历了漫长的积累

临近大地震发生时

随着地下岩石弯曲、破裂

各种地球物理、地球化学指标

均可能发生相应的变化

并可能间接引起地下水、动植物等

人类易于感知的异常

（部分地震前兆示意，制图@汉青/星球研究所）

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例如

当时震中附近的一口水井

在震前一周左右翻花冒泡

而最明显的地震前兆

则是震前数日发生的一连串较小的地震

最高震级为5.2级

仅对建筑造成了轻微的破坏

事后人们把这种大震前的小震称为

“前震”

于是

人们很快总结出了邢台地震的规律

即先小震密集，然后转入平静，最后发生大震

这便是著名的三段式

前震密集－转入平静－主震到来

（前震-平静-主震序列，制图@汉青/星球研究所）

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这就像一根木头在彻底掰断之前

会先开始弯曲，然后裂开一个个小的裂口

直到无法承受，才突然整体崩断

大地深处的岩石断裂也往往先是一系列小破裂

最终积累成更大的破裂

利用这样简明清晰的规律

邢台地震现场的科学家们

很快成功预测了一次6.2级的强烈余震

中国的地震预测

出现了一丝曙光

（请横屏观看，如今的河北邢台，图片来源@视觉中国）

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但邢台地震之后

更多未能预测的地震

依然接二连三地发生

包括

1969年7.4级的渤海地震

1970年7.8级的云南通海地震

1973年7.6级的四川炉霍地震

1974年7.1级的云南永善地震

中国的华北与西南

同时动荡不休

（云南通海地震之后，灾民们在废墟前召开动员会，图片来源@云南省地震局）

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即便有了三段式的地震规律总结

但要在大震发生之前

准确分辨前震和其他的孤立小震

要在浩如烟海的前兆信息中

筛选出需要重点关注的时间和地点

都绝非易事

人们只能期待着

第一场真正成功的大震预测

尽快到来

难以复制的奇迹

1974年6月

针对严峻的形势

国家地震局召开会议

试图判断下一场地震将会发生在何方

相比8年前的邢台地震

此时的中国有了更加完善的前兆观测网络

一座座地震台、监测点

在全国各地建设起来

密切关注着大地发出的重要信号

（辽宁大连地震台，始建于1970年代初的地震台之一，摄影师@马天旭）

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在此前后

辽宁的地震工作者们发现

辽东半岛的金县断裂

两侧地面的高差发生突变

这被专业人员称为“水准异常”

还有

大连的地磁出现异常

渤海的水位突然上升

以及辽宁南部小震增加等线索

让人们开始将目光聚焦到

辽宁

（海城地震前兆分布示意，制图@吴昕恬&松楠/星球研究所）

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但辽宁的范围如此之大

如果发生地震

震中究竟会在哪里？

又会在什么时间发生？

在时间和空间上

人们都需要缩小包围圈

1974年年底

辽宁东南部许多地方发现了

地下水变浑、冬眠动物出洞等异常

这很可能预示着

地下深处的能量积累

已经接近极限

12月22日

辽阳、本溪一带发生4.8级地震

难道靴子这么快就落地了？

似乎不是

因为各种前兆仍在继续

人人都绷紧了神经

（这场4.8级地震被认为可能由水库蓄水引发，下图为辽宁抚顺大伙房水库，距离发生地震的葠[shēn]窝水库约90公里，此处仅作示意，摄影师@王宇）

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1975年2月1日

海城、营口之间密集发生小震

并且愈演愈烈

到2月3日达到高潮

缩小包围圈的信号出现了

2月4日

小震逐渐转为平静

地震工作者立刻判断这正是“三段式”中

大震到来之前最后的平静

2月4日上午起

辽宁省和地方相关部门

陆续发布临震通报

得到消息的民众穿好冬装、打开房门

随时准备着逃生

当天19:36分

7.3级的海城地震爆发

（辽宁营口市百货公司仓库在海城地震中倒塌，图片来源@北京市地震局）

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这场地震摧毁了

海城、营口两地9成以上的房屋

并造成千余人遇难

如果没有准确的地震预测

和果断的疏散命令

将很可能有数万人死于非命

科学家在此后的研究中写道

迄今为止，海城地震仍是

“世界上首次且唯一一次、有文档记载的

在大震前几小时的正确时刻

对正确地点发布了疏散令的事例”

（引文出自陈棋福《2008年汶川地震与中国的地震预报》；下图为如今的辽宁营口城区，当时的地震灾区之一，图片来源@视觉中国）

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由此

人们对地震预测的信心

前所未有地高涨起来

但这样的成功，真的可以复制吗？

在真正全面了解地震背后的机制之前

等待人们的将是

更大的失败

1976年上半年

海城地震已经过去一年

人们迫切地想要知道

华北的大震频发期是否已经结束？

地震工作者依然继续着繁忙的工作

不断监测着各地发现的前兆

包括河北、天津等地

地下水氡含量、土地电、地磁等大量异常

然而

4月6日内蒙古和林格尔发生6.2级地震

4月22日河北大城发生4.4级地震

这两场不大不小的地震

就像大地扔出的烟雾弹

再次干扰了人们对前兆的解读

有人认为上述地震完全可以对应之前发现的异常

（请横屏观看，唐山地震前兆和相关小震活动分布示意，制图@吴昕恬&松楠/星球研究所）

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与此同时

人们基于此前的“三段式”经验

认为大震之前会有前震给出明确的信号

然而此次前震并未出现

7月28日凌晨3点人们熟睡之时

灾难突至

7.8级的唐山大地震

将这座百万人口的工业重镇

夷为平地

并夺走了24万人的生命

（唐山地震后的城市废墟，图片来源@视觉中国）

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人们对地震预测的乐观情绪

瞬间跌入谷底

血泪的教训让人们意识到

“前震-平静-强震”的三段式

并不适用于每一次地震

对前兆的准确解读

远比人们想象的更加困难

在对地震的原理进一步了解之前

成熟可靠的地震预测

仍然只是奢望

地震居然声东击西

华北遭受重创的同时

西南也并不平静

1976年春季

四川龙门山断裂带沿线

井水变色、空中升起火球

或是天然气从地下涌出

各种异常现象一度此起彼伏

然而

在人们紧张追踪了两个月后

遥远的云南龙陵紧接着发生了较强地震

四川龙门山附近却毫无波澜

难道地震也会声东击西？

（龙陵、松潘地震和龙门山断裂带位置示意，制图@吴昕恬&松楠/星球研究所）

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到了6月

龙门山一带再次密集出现前兆

种种迹象表明大震将至

人心的动荡迅速蔓延

有人在成都的街头搭起地震棚

有人从传闻要发生大震的县城集体出逃

有人询问水库是否放空、工厂是否停工

而当唐山大地震消息传来

更是让谣言四起

后来的研究者推算

在1976年那一年

9.3亿中国人中有4亿人

曾在临时防震棚或空地上过夜

（为了预防地震破坏房屋造成伤亡，在有地震风险的区域，一度流行用轻质材料建造防震棚，临时居住，地震之后由于房屋不再坚固，人们担心余震，也常常居住于防震棚中，下图为云南鲁甸地震后的救灾帐蓬，作用类似防震棚，仅作示意，摄影师@车应华）

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直到8月初

地下水异常、烦躁不安的动物等

依然在龙门山南北数百公里的范围内

持续不断地不断出现

这个范围实在太大

人们对地震具体时间、具体地点的判断

仍是一团迷雾

但唐山地震的教训

让四川省防震抗震指挥部

没有再苦等更加确切的前震信号

而是于8月12日果断发布了临震预报

龙门山断裂沿线方圆上百公里的地区

全部进入警戒

4天后

7.2级的强震袭来

造成41人遇难

但震中却位于此前少有前兆报告

并非重点区域的川西北松潘一带

地震再次声东击西

幸运的是

松潘地区此前也做了一定准备

救援力量第一时间进入灾区

有效减少了伤亡

（如今的四川松潘，是美丽山谷中的一座繁荣的县城，图片来源@视觉中国）

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松潘地震之后

新中国的第一个地震活跃期终于逐渐淡去

随着改革开放的到来

全国人民的关注重点

也转移到了民生、经济领域

时间到了1995年

再次密集出现的众多前兆表明

云南西部可能有强震的风险

7月12日

云南孟连发生7.3地震

造成11人遇难

由于之前发生过5.5级的明确前震

此次强震得到了比较准确的预测

（请横屏观看，如今的云南孟连，摄影师@应浩飞）

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而1996年2月的云南丽江7.0级地震

就没有那么幸运了

因为缺乏前震和明确的前兆

导致没有做出成功的预测

地震重创了美丽的丽江古城

造成三百余人遇难

（如今的云南丽江古城，已经发展成为旅游胜地，摄影师@刘珠明）

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自1966年邢台地震以来

数十场大小地震的预测

终究胜少负多

对人类而言

大地之下是如此混沌

如此难以捉摸

混沌的大地

除了中国

全球的地震学家

也在努力探索地震预测的方案

尤其是尝试从某一地区的历史地震中

寻找规律

但这些努力同样遭遇了滑铁卢

在美国加州的帕克菲尔德

科学家发现这里的地震规律性极强

每隔22年左右的间隔

就发生一次6级左右地震

人们曾通过这一规律预测

下一场地震将在1993年之前发生

但实际上却迟到了足足11年之久

（引发帕克菲尔德地震的美国加州圣安第列斯断层，是美国最著名的活动断层之一，图片来源@视觉中国）

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在日本

一条地震频发的海沟中

有一片很少发生地震的“空白地带”

即日本所称的东海地区

有科学家曾提出“地震空区”的理论

认为这样的空白地带有着更大地震的可能

于是人们一直对

只存在于预测中的“东海大地震”设防森严

但这场地震至今仍未到来

（地震频发的日本，正在展开一场防灾演练，为可能到来的地震做好准备，图片来源@视觉中国）

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1997年

知名地震学家罗伯特•盖勒

在《科学》杂志发表文章

宣称“地震无法预测”

标志着国际科学界对地震预测的信心

降到谷底

这其中的核心困难包括

震源深度可达数十千米

远远超过人类的探测极限

还包括

地震前兆对人类观测者而言

几乎是随机出现、难以捉摸

在浩如烟海的异常中找到准确信号

更是难上加难

（2023年2月6日土耳其地震，难以预测的地震仍然如不散的阴霾，图片来源@视觉中国）

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很多的前兆都难以被有效利用

前兆或是过于分散、持续时间过长

或是可以由其他原因解释

难以判断预示着何时何地的地震

如果仅凭一些异常就发布预警

将给社会运行带来巨大的成本

全球的地震学界

就在这样低迷的信心中

进入了21世纪

2001年

人迹罕至的昆仑山

发生了8.1级地震

但除此之外

世纪之交的中国大地还算平静

然而大地的能量

已经在更多地方悄然积累

（青海昆仑山口，这里曾发生过一场鲜为人知的8.1级地震，但因人烟稀少，损失轻微，摄影师@聂移同）

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从2006年开始

四川郫县的地电阻率出现异常下降

走势与唐山震前的前兆有类似之处

但在2008年初就又恢复了正常

与此类似

四川、甘肃还有一些地区出现过

地下水位、水温等零散异常

但都过于分散，难以引起注意

没有人知道

此时的龙门山断裂带

已经悄然积蓄了巨大的能量

走进破裂的倒计时

一场巨大的灾难即将降临

（请横屏观看，岷江流经龙门山断裂带，峡谷两侧山势陡峭、滑坡密集，是剧烈地质运动留下的痕迹，摄影师@刘少宇）

▼

历史上这条断裂上的强震

都发生在北段西侧

松潘地震便是如此

相比之下

中段的汶川一带

缺少超过7级的强震记录

在这里

断裂的水平运动速度不足每年1毫米

垂直运动速度也仅有每年2毫米左右

低于大部分引起地震的活动断裂

是一段极为“平静”的断裂

（四川彭州，雪后的龙门山，摄影师@墨山）

▼

其发生强震的间隔可达千年以上

超出人类地震观测的历史

因此，在中长期的预测中

人们并未做出

汶川附近可能发生强震的判断

就在这样的迷雾之中

我们至今难以忘却、每每想起都心有余悸的

汶川地震

猝然降临

（北川老县城地震遗址，这座城市定格在了2008年5月12日，摄影师@苏凌汉）

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震后人们意识到

孕育汶川地震的龙门山断裂中段

在震前进入了“闭锁”阶段

这意味着表面的平静之下

巨大的能量在不断累积

如一段压缩到接近极限的弹簧

在回顾研究中人们猜测

此前提到的地电阻率、地下水等异常现象

或许正是汶川地震的前兆

地震前的动物异常活动

以及电磁场异常变化

也被认为可能与汶川地震相关

（汶川映秀镇的漩口中学，在地震中倒塌，摄影师@李贞泰）

▼

遗憾的是

由于对龙门山断裂带

长期地震趋势的致命误判

我们并未读懂这些大地发出的警告

在事后的分析中

人们也困惑于前兆的复杂、纷乱

即使提前捕捉到前兆

也几乎无法得出可靠的结论

人类面对地震

真的无策可施了吗？

防震的曙光

从1960年代至今

地震预测走过了半个世纪

中国和世界各国的科学家有过短暂的成功

但更多的是失败

人类对地震预测的信心也经历了

从高峰到低谷的巨大起伏

从邢台地震起步的地震预测工作

在海城地震的成功之后

迅速又遭到唐山地震失败的打击

并在汶川地震后陷入低谷

对地下世界一片未知

但在地上的世界

我们还有许多可以努力的方向

（地震预测信心与抗震设防标准变化示意，本图主要展示中国的情况，世界主要国家半世纪以来走过的历程类似，但关键时间节点不同，制图@汉青/星球研究所）

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随着社会经济的发展

和一次次大震经验的积累

我国对建筑抗震设防的标准不断提高

各种抗灾技术手段也蓬勃发展

而所有这些进步

都在给生命带来更多希望

从历次地震的经验来看

绝大多数的伤亡都来自倒塌的建筑

我们需要合理设计框架结构

采用高标准的材料和施工方式

让建筑面对地震时更加坚固

（汶川地震后的映秀中心小学，建筑的绝大部分被夷为平地，造成大量伤亡，摄影师@朱建国）

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以彭州的白鹿中学为代表的

一批严格保证了工程质量的建筑

在一众废墟中屹立不倒

拯救了成百上千师生的生命

汶川地震以来

我国不断提高建筑的抗震标准

也将抗震建筑的覆盖范围

扩展到越来越多的地区

从大城市推广到乡村

尤其是对学校、医院等建筑

提出最高的防震要求

在未来，面对地震

我们将有更大的安全空间

（四川彭州白鹿中学，教学楼前的大地被汶川地震错断，形成3米左右的高差，两侧建筑却屹立不倒，师生无一伤亡，图片来源@北京市地震局，制图@汉青/星球研究所）

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除了倒塌的建筑之外

地震中的伤亡还有相当一部分

来自地震引起的次生灾害

尤以滑坡、泥石流等为重

汶川地震中

单点死亡人数最多的

北川县城

几乎三分之一的城区

被两侧山脉的滑坡掩埋

震后的北川县城

整体搬迁到了龙门山外的平原

主动避开了地质脆弱、灾害易发的地区

（北川新县城，位于龙门山前平原的永昌镇，地势平坦开阔，是汶川震后唯一异地重建的县城，图片来源@视觉中国）

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同样位于地震带上的宁夏银川则未雨绸缪

提前确定活动断裂走向

将活动断裂两侧100米的范围

划为绿地

由于地震造成的地表破裂

往往沿活动断裂延伸

而只要离开断裂很小的距离

就可以避免最严重的损失

这样的城市规划

可以尽可能减小地震对道路、房屋的破坏

（宁夏银川地震公园，位于城区内的一条活动断裂上方，摄影师@刘思尧）

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我们还建成了覆盖数个省份的

地震预警系统

近几年，它在四川的地震新闻中频繁刷屏

与地震预测不同

地震预警的目的并非提前预知地震的到来

而是在地震发生后挽救更多的生命

电子信号以光速传播

比地震波快十万倍以上

依靠密集的地震台网和灵敏的算法

我们在地震发生十秒之内

就可以向波及地区发布预警

抢出数秒至数十秒的宝贵时间

供人们紧急逃生避险

或应急处置核电站、高铁等高危设施

（地震预警原理示意，制图@汉青/星球研究所）

▼

另外

虽然无法做出准确的短期预测

但通过研究断层活动的规律

我们可以做出长期趋势的预测

指导大型工程的规划和建设

（新修建的高速公路穿过地震多发的四川西部山区，摄影师@姜曦）

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攀登科学高峰的道路总是痛苦并漫长

而通向地震预测科学高峰的道路

也注定会铺满血泪

人类的强大

正是在于面对磨难拥有永不放弃的顽强

正是无数前仆后继的人们

推动着地震科学和防灾技术

不断前进

终有一日

地震的阴霾将散去

不再带来血泪与恐惧

（2008年5月13日, 都江堰聚源中学，一位父亲紧紧握住儿子沾满泥沙的嫩手，仿佛要从死神手中拽回儿子宝贵的生命，摄影师@朱建国）

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本文创作团队

撰文：李楚阳图片：张钊海

设计：汉青地图：吴昕恬&松楠

审校：王逻辑&云舞空城&陈志浩

封面图片来源：李贞泰&视觉中国

文章封面大图拍摄于5.12汶川特大地震映秀震中纪念馆

审核专家

北京市地震局研究员、副局长刘桂萍

北京市地震局二级研究员邢成起

特别鸣谢

北京市地震局

云南省地震局

【参考文献】可上下滑动查看

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