徐家匯觀象臺當時是由法國教會組織建立的，當時由神父蓋爾基主持。徐家匯觀象臺就地震所作的《1920年12月16日大地震的概述和評注》，詳細記錄了當天緊張的監(jiān)測情景：

鐘表突然停擺，而吊燈奇怪地搖晃起來。與普通人相比，他們馬上意識到這意味著什么，急忙涌入安裝有地震儀的地下室。

地震儀上的筆尖正在畫著越來越寬的曲線，第一波較早的強波動出現于20時9分16秒。稍有平緩之后，地震儀上的南北向放大筆被劇烈的震動拋向了一邊，蓋爾基神父發(fā)出了警告：“注意！波動主峰就要到達了。”

這些波在20時16分到達。令人驚嘆的是，震動的強烈竟然讓地震儀都難以承受，筆尖半途跌落了。

雖然沒能記錄下全部的地震波，但已能夠對地震的量級和位置進行推測。

震波在大地上涌動需要時間。寧夏地震局副總工程師柴熾章告訴記者，地震波按傳播方式分為三種類型：縱波、橫波和面波。它們的傳播速度是不一樣的，地震儀就是分別記錄這幾種波，然后根據它們到達的時間差、振幅等數據，大致推算出地震的位置和強度。不同位置的地震儀推測的地震震中范圍不會完全一致，重合的地方很可能就是震中所在。

上海徐家匯觀象臺推測，震中在上海的西北方向，距離大概是1400公里。

日本東京地震臺和上海徐家匯觀象臺對震中的推測非常一致：甘肅東部，當時海原屬于甘肅省，故又稱甘肅大地震。

外界很多信息，也從側面記錄了這次地震。“1920年12月16日，大約是晚上8點鐘，在中國某些城市以及和它鄰近的國家，觀測到一些異常現象。不能說成都、大名、上海和海防相距很近，要知道從成都到大名大約1200公里，而從海防到上海大約1900公里?？墒?，在上述時刻，在成都法蘭西領事館，在大名的耶穌教徒傳教團，在上海的英國領事館和在海防的天文臺內，所有鐘表立刻停擺。在這些城市和所有其他許多居民點，坐在飯桌旁的人們忽然看見，吊燈開始擺動起來，后來還知道其他一些情況。在大名以北的板夏，三個閑談的傳教士忽然感覺到惡心欲嘔，他們覺得地板就像船舶上的甲板一樣開始搖擺起來，在距中國海1250公里遠的一個地方，走向市場的主婦們突然覺得暈船，北京和天津的居民也有同樣感覺……”這是海原地震發(fā)生后，蘇聯一位佚名作家撰寫的《一九二零年的中國，西方忽視了的災難》的開頭部分。