第一章 前言
1-1 研究動機與目的
在台灣北部地區的大屯火山群地區包含了數個火山亞群，如大屯山、七星山、
紗帽山、小觀音山、竹子山亞群等，並且在大屯火山群的底部還包含着金山斷層 及其所衍生的裂縫與小斷層，遠在過去數十萬年前已發生劇烈的噴發活動。楊燦 堯(2006)指出大屯火山群之最近一次爆發時間為 5 千年前，使大屯火山為具有潛 在性的活動型態；由於大屯火山群距離台北地區約為 15 公里，不論是斷層錯動 還是火山爆發都可能造成嚴重的人命傷亡、建築物損毀及地形地物之重大變動，
故此，本研究以大屯山群地區(包含七星山)為研究對象地區展開重力觀測工作，
為了解大屯山群地區隨着季度時間改變而產生的重力變化，於大屯山群地區進行 三十二個重力點的相對重力值監測，並探究增益大屯山群地區的相對重力網之精 度研究；相對重力網精度的提升可以從網形的設計、環境改正、儀器漂移來進行，
其中影響着重力環境的因素包括為固體潮、海潮、極移(polar motion)，氣壓等影 響(Torge, 1989；Moritz & Mueller, 1987)；並且重力網形的設計關係著平差後的精 度，需要依照環境的設計原則來規劃網形(魏祥鴻，2005)，相對重力網的精度提 高，可以使經過平差後所得的重力值之時變重力變化量更具顯著性的意義。
1-2 文獻回顧
在地球科學界相對重力潮汐效應(tidal effect)和儀器的漂移是採用經驗的法 則，修正此兩項造成之影響。在施測的過程中，需考量儀器收集數據的設定方法，
並規劃各監測路線，以迴路(loop)方式進行，並考量儀器的漂移，在數個小時內 返回出發之基點，依各點所讀數時間，將差值平均分配，並把漂移現象在數個小 時內當作線性的方式來處理(顏宏元，1991；葉義雄 等，1989；Jacob et al., 2010；
Mouyen et al., 2013)。本研究以數個小時內返回出發之基點為原則，儀器的漂移 採用重力網平差程式 gravnet.f90 的線性漂移平差模式設定(Hwang et al., 2002)。
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海潮負載最主要受日月引力影響，尤其是月亮。一日中有兩次高潮及兩次低 潮的潮汐稱為半日周潮(Semidiurnal tide)一日中有一次高低潮稱為日周潮(diurnal tide)(殷富，1984)。海潮負載對重力影響可應用格林函數及潮高積分來模擬(Farrel, 1972；Yang et al., 1996；陳南松，2003)。為提高重力測量成果精度，需進行海潮 負載改正，根據 Hwang et al.(2009)研究指出，海潮負載 M2 分潮效應對國內重力 觀測之影響可達 3 至 16 μgal。
海潮負載重力效應，本文採用黃鉅富(2012)的 SGOTL 模式以計算重力觀測 改正量；其中數值積分所使用之格林函數理論公式，該 SGOLT 模式考慮與高程 相依(Hwang & Huang, 2012)。對於離島及近岸地區，如不考慮測站高度，分析其 影響達1 μgal；以台灣地區超導重力(Superconducting gravimeter, SG)及絕對重力 (Absolute gravimeter, AG)實測重力觀測進行案例研析，SGOTL 與其他既有 GOTIC2、g7.0 及 BS 模式相比，表現較佳，除因 SGOTL 模式使用嚴謹理論公式 及數值積分方法外，如特別考慮高解析之區域海潮模型、海岸線網格，可提高計 算成果精度(黃鉅富，2012；Hwang & Huang, 2012)。
在各個相對重力測站設定以 90 秒來收集 1 筆讀數，共收集 15 筆平均數據為 觀測組數據；在 15 筆數據中為了取得穩定的數據，需要注意監測數據的穩定度，
如該監測點獲取的觀測組數據需要附合最後 3 筆變化量應少於 5μ gal 及檢視儀器 內部温度的變化情形，以利提高數據穩定度( Mouyen et al., 2013)
利用重力網之自由基準及加權約制平差理論發展出的平差相對重力之重力 網平差程式 gravnet.f90，已經過測試結果證明理論之推導及程式的撰寫皆無誤差，
經由平差計算後得到的新重力值，再與舊值通過顯著測試來進行檢測，即可得知 重力變動與否(李莉華，2001)。本研究以分析共四期的大屯山研究區監測的平差 後重力值，以分析兩期間的平差後重力差值，其中兩期之重力差值比較分別為第 二期與第一期之重力差值、第三期與第一期之重力差值和第四期與第一期之重力 差值，並通過 95%信心水平的顯著測試來進行檢測，以得知顯著變動重力點觀測 站的分佈。
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1-3 研究方法
本研究於大屯山群研究地區進行相對重力值監測工作，研究方法主要區分為 四項。第一項，研究設置 5 個絕對點監測站，並配置 32 個重力測站來構成相對 重力網的方法，重力監測點主要分佈於以內政部所設置之陽明山擎天崗衛星追蹤 站(YMSG)為中心所構成的相對重力監測網，根據以上的 5 個絕對重力點觀測樁 位，並考量時間對重力儀器漂移的影響，從而規劃 5 條相對重力監測路線，其中 包括途經七星山之重力監測點路線。
第二項，將所得的重力觀測資料進行環境改正、儀器漂移改正等重力觀測量 改正，使重力觀測資料處於標準(正常)環境條件的地球狀態下，其中的環境改正 因素主要包括為固體潮、海潮、極移(polar motion)和氣壓之效應影響(Torge, 1989；
Moritz & Mueller, 1987)，當中的海潮效應改正模式採用新的 SGOTL 模式方法，
從而分析經過改正後精度提高之研究，並且進行重力觀測量的資料篩選之研究，
分析在經過資料篩選處理後可達到平差精度改善的效果。
第三項，通過運用包含自由基準方法及加權約制方法編寫的重力網平差程式 gravnet.f90 (Hwang et al., 2002) ，並且適當地加入絕對重力監測點及使用最佳之 平差模式設定，使所得的標準偏差平均值為最小，在經過重力平差網程式進行網 形平差計算後，可解出各相對測點的平差後重力值及重力儀的漂移率，並藉由 Pope′s τ-test 方法(Pope, 1976)反覆偵查粗差加以濾除，以提高解算精度。
第四項，經由上述之處理及重力平差網程式之平差後，所得的平差後的監測 點重力值，再經過在 2012 年共分成四期進行重力監測工作，並以各期觀測資料 所得的平差後重力值與相對於第一期觀測資料的平差後重力值進行差異比較，以 Koch(1987)的顯著測試方法，分析大屯火山群研究地區隨着季度時間改變而產生 的重力變化，並配合陽明山擎天崗的超導重力儀(Superconducting gravimeter, SG) 的連續重力觀測資料訊號分析，考量由大屯火山群研究地區之各水井水位變化資 料及雨量計資料之研究，基於上述所得資料的分析影響着時變重力變化的成因。
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1-4 論文架構
本文共分為七章，各章節內容之安排簡述如下：
第一章：本論文之前言，說明本研究之研究動機、文獻回顧、研究方法及論文架 構。
第二章：介紹本研究所運用的重力儀，包括絕對重力儀 Micro-g LaCoste FG5 之 測量方法介紹、相對重力儀 Scintrex CG-5 之測量介紹及相對重力儀 Graviton EG 型。
第三章：介紹研究區域資料收集設定及規劃考量，包括研究區域之網形規劃、重 力網監測時期考量、重力網的監測點位配置設定、絕對重力儀 FG5 和 相對重力儀 CG-5 的數據收集處理設定及現場監測方式設定。
第四章：介紹重力網形數據處理過程及成效分析，包括詳細的重力網形觀測資料 的處理流程、相對重力觀測資料前處理、相對重力值的環境改正方式、
相對重力值的各改正量綜合處理、絕對重力值之綜合處理及改正模式、
整合絕對重力值與相對重力值的歸算，以及資料篩選處理考量介紹。
第五章：介紹重力觀測網之平差計算原理，包括相對重力觀測方程式之介紹、自 由基準及加權約制平差法、平差模式之整體模式測試、偵測粗差原理、
以及顯著測試。
第六章：介紹重力網形平差處理模式及結果分析，包括應用於大屯山研究區之重 力網平差模式設定，應用於大屯山研究區的重力網平差模式之精度分析，
應用於大屯山研究區之時變重力顯著變化分析及時變重力之水文變動 分析。
第七章：總結本研究之結論及建議。
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