第一章、 前言
1-1 研究動機
一般重力測量，以相對重力測量為主，但施測相對重力必頇要有統一系統的 已知重力點做為基準，故內政部於新竹市十八尖山建立了國家重力系統。並於 95 年間添購兩部超導重力儀( Superconducting Gravimeter )，以下簡稱 SG，型號：
SG-048 與 SG-049。SG 可觀測相對重力連續變化，但重力受環境因素影響，包括 日、月引力影響的海潮( Ocean Tide )與固體潮( Solid Earth Tide )、地下水位、氣壓、
極移( Polar Motion )等( Torge,1989；Moritz and Mueller,1987 )。故在使用該重力資 料前，頇先移除各項環境影響因子及改正後之剩餘重力訊號。而 SG 就數據解析度 來說可達 1nanoGal，每年漂移 1μgal( Sun et al.,2001 )。 ； 。扣除上述環境因素後的殘餘重力變化，除影響重力較大的海潮及固 體潮的數學模組會有延遲現象之外，尚因地震或降雨所造成瞬時重力變化。本論 文主要探討地震前後，因板塊或斷層位移，所造成的重力永久性變化( 在此不考慮 是否因儀器誤差所造成 )，並計算出重力變化量。此外，有別於其他國家，台灣的 兩部 SG 均放置於十八尖山坑道內，且兩部儀器僅相距 2.6 公尺，利用該特性，來 觀測同震時，兩部儀器的差異性，若有不同，並詴著討論可能造成該現象的原因。
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1-2 文獻回顧
目前透過 GGP ( Global Geodynamics Project ) 資料共享，自1996年至2010年 間，共計有34個超導站資料。實際應用的研究，不外乎水文、大氣與地震，但國 內外的文獻並不多。包括使用重力測量方法來具體來測出地下水儲水層的改變 ( Pool D. and J. Eychaner, 1995)，及超導重力儀於水文的應用( C.R. Wilson, 2009 )，
主要探討德州地區地下水儲水層的重力改變。SG重力網偵測同震時毫伽耳以下重 力的改變( Yuichi Imanishi, et al., 2004 )，日本境內有三部SG分別放置於於江刺 ( Esashi )、松代( Matsushiro )及京都( Kyoto )，藉由SG擺設地點不同，設計網型，
並計算在同一地震時，因板塊位移所產生的重力變化。最小二乘譜及其在超導重 力觀測數據分析中的應用( 尹暉、Spiros D〃Pagiataki, 2005 ) ，運用投影理論和基 於向量空間中最小二乘帄差原理，介紹了最小二乘譜分析方法，給出了最小二乘 譜的計算公式，利用加拿大超導重力觀測數據實例，討論最小二乘譜分析的策略 和步驟。超導重力儀觀測數據分析與信號偵測( 邢喆、楊柳、李鵬等，2008 ) ，結 合1998年加拿大站全年的超導重力觀測數據實例，詳細的討論了用快速傅立葉轉 換( FFT )進行頻譜分析的步驟，最後分析各海潮週期與理論週期間的偏差值。及新 竹站的絕對重力儀與超導重力儀帄行觀測成果( Hwang et al, 2008 )。針對新竹站發表 歷年觀測成果，例如：颱風來時，帄均大氣重力變化是一般的30%，及牛頓引力對 於新竹站海潮的影響大約為20%等。
海潮負載，是影響重要因素之一，最主要受日月引力的影響，其中則以月亮 引力影響最大。每日中各有兩次高潮及低潮稱為，半日潮( Semidiurnal Tide )，符 號代表為M2。每日中有一次高低潮稱之為，太陰全日潮( Diurnal Tide )，符號代表 為O1。此外仍有太陰三分之一日潮，符號代表為M3等。海潮對重力的影響，可利
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用 Green’s Function 及潮高積分來模擬( Farrel,1972 )。藉由全球海潮模式，可求出 潮高。為了能夠精確的計算海潮負載影響需搭配當地海潮模式( Goring and Walters , 2003 )，才可準確的計算出負載對重力的影響。在中國、日本及台灣新竹則是利用 超導重力儀( SG )來做高精度的海潮重力觀測紀錄，搭配 Topex / Poseidon 衛星測 高資料，依觀測紀錄進行海潮係數的最佳模擬( Sun et al., 2001 )。
1-3 研究方法
超導重力儀屬於高精度且靈敏度高的儀器，對於遠地所發生的地震或颱風皆 會影響重力值變化。所以在本研究中，先鎖定新竹發生有感地震為主，於中央氣 象局網站，查詢自 2006 年 4 月至 2009 年 12 月間，於新竹地區發生有感地震的資 料，包括發生時間、震源位置、地震深度及芮氏規模進行統計。
資料前處理，包含校正( Calibration )、跳取( Decimate )、消除奇異點( Despike ) 等，可得到超導重力儀原始觀測數據。之後將原始超導資料進行環境改正，並換 算單位為： μ 。移除環境因子，新竹地區海潮( NAO99b ) 及固體潮負載、大氣壓力與極移後，即可得殘餘重力資料。隨後比對中央氣象局 發佈的地震資料，截取出地震發生前後可用的資料，並去除地震發生時的噪訊，
分別對地震前與後的資料進行快速傅立葉轉換，求得各頻率所對應能量變化的近 似值，並藉由所獲得的頻譜圖，設計一低通濾波( low pass filter )。
殘餘重力資料，經低通濾波過濾後，觀察其波形變化後(圖 4-5)，發現影響波 形的因子，主要是潮汐效應。故分別考慮各分潮效應，經測詴後，發現主要以 O1、
M2 及 M3 為主。並且將這三種分潮效應考慮其週期後，進行傅立葉函數擬合，
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進而計算重力前後的變化，並將SG48與SG49對同一個地震進行結果比較探討。之 後，採用地球內部斷層錯位造成地表等位面及重力變化理論( Wenke Sun, 1998 )，
應用於甲仙地震，詴著探討造成重力變化的原因，並與擬合後的成果進行比對。
新竹重力基準站，有兩部超導重力儀，且兩台放置的位置差距大約一公尺，
考慮在同震的狀況下，兩台儀器對地震時所產生的訊號是否有一致性，進一步探 討地震來源與距離是否會造成兩台儀器不同的反應。
圖 1-1 研究流程圖 原始重力資料
環境因子改正後的殘餘重力資料
地震前殘餘重力 地震後殘餘重力
各別對地震前、後重力資料進行頻譜分析( FFT )
設計 Butterworth 低通濾波，進行 filter，並剔除 二倍中誤差及資料前處理
考慮分潮效應：O1、M2 及 M3 三種分潮，進行傅立葉函式擬合
使用最小二乘法計算 地震前後重力變化
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1-4 論文架構
第一章：本文研究的目的、動機與方法簡介 第二章：介紹超導重力儀( SG )的介紹與說明。
第三章：超導資料前處理與校正。
第四章：探討地震前後所造成永久性的變化。將地震前後殘餘重力資料進行 頻譜分析( Spectrum analysis )， 並利用 MATLAB 進行參數調整 Butterworth 低通濾波器，過濾重力訊號。將已過濾的重力訊號，考慮各分潮效應，進行 傅立葉曲線擬合計算出地震前後的重力變化。再比對兩部超導重力儀於同震 時的反應，最後採用甲仙地震及絕對重力儀進行驗證。
第五章：針對國內有兩部超導重力儀且兩台放置位置相距僅有 2.6 公尺的情況 下，對於同震現象發生時，重力變化情形，設計不同詴驗，探討造成訊號不 一致的原因。
第六章：結論與建議
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