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1920年12月16日，大约是晚上8点钟，在中国某些城市以及和它邻近的国家，观测到一些异常现象。不能说成都、大名、上海和海防相距很近，要知道从成都到大名大约1200公里，而从海防到上海大约1900公里。可是，在上述时刻，在成都法兰西领事馆，在大名的耶稣教徒传教团，在上海的英国领事馆和在海防的天文台内，所有钟表立刻停摆。在这些城市和所有其他许多居民点，坐在饭桌旁的人们忽然看见，吊灯开始摆动起来，后来还知道其他一些情况。在大名以北的板夏(音译)，三个闲谈的传教士忽然感觉到恶心欲呕，他们觉得地板就像船舶上的甲板一样开始摇摆起来……
这是海原地震发生后，苏联一位佚名作家撰写的《一九二零年的中国，西方忽视了的灾难》的开头部分。
甚至在地球另一端的美国，地震仪上也清晰地刻画出了异常的地震波。当时世界上的96个地震台，都有类似的记录。
中国地震局兰州地震研究所原所长郭增建是新中国第一批研究海原地震的地质工作者。他说，当时对地震监测最严密、技术也最先进的是地震多发的日本。位于东京的地震仪检测到地震表面波绕着地球转了一圈，数小时后又转了回来，再次被记录下来。
东京地震台的仪器可以把地震波放大12倍，在当时是最灵敏的，可与现在的仪器相比就落伍太多了。
而现在的地震仪，对近几年发生的“5·12”大地震、海地地震等，也没听说过哪次地震的地震波能被监测到绕地球一圈。这从另一方面印证了海原大地震的能量之强。
监测到地震波，世界上所有的地震台都有同一个问题—震中在哪里？
据当时的美国媒体报道，美国地震台依据震波数据，推测说此次地震震中在距纽约3000英里以外的地方。但事实证明，这样的推测实在太低估此次地震的能量了——即便是不沿着地球表面计算，而是直取地球直径，偏远的海原距离纽约也远远超过3000英里。
对震中推测相对较为准确的，是日本东京地震台和位于上海的徐家汇观象台。
徐家汇观象台是由法国教会组织建立的，当时由神父盖尔基(音)主持。徐家汇观象台就地震所作的《1920年12月16日大地震的概述和评注》，详细记录了当天紧张的监测情景： | 
