3-1 研究區域－－大屯火山群地區
本研究地區範圍約為北緯 25.13 度至 25.19 度，東經 121.525 度至 121.65 度。
重力觀測點位主要以內政部所設置之陽明山衛星追蹤站(YMSG)為中心(圖 3-1)，
並利用相對重力儀(CG-5)和絕對重力儀(FG5)進行重力網形施測，重力網範圍包 含 以 陽 明 山 擎 天 崗 衛 星 追 蹤 站 (YMSG) 為 中 心 並 連 接 至 其 東 方的 大 坪 國 小 (YAG4)，其西南方連接至文化大學(YAG1)，及其西北方包括橫越七星山地區連 接至湖田國小(YAG2)和小油坑旅客服務中心(YAG3)。
本重力測量網途經的七星山為大屯火山群的中央並為最高的山峰，其主峰海 拔高 1,120 公尺，屬為錐形火山，過去頂部有噴火口，隨後經過火山噴發被侵蝕 成七個小山頭，並且七星山的東南側與西北側有被斷層切過，形成着不少的溫泉 和噴氣孔等，故此其監測路段對該火山地區的探討尤其重要。
圖3-1 大屯火山群地區絕對重力儀 FG5 和相對重力儀 CG-5 監測分佈高程地形圖 (紅色三角形圖示為 FG5 監測點，紅色和紫色三角形圖示皆為 CG-5 監測點)
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3-2 研究資料規劃
本研究大屯火山地區重力網觀測規劃以絕對重力點搭配相對重力點加密的 方式來進行重力網形監測，主要採用兩台相對重力儀 Scintrex CG-5(CG-5 序號 050800136 和 CG-5 序號 050800137 )來進行相對重力點監測和一台絕對重力儀 Micro-g LaCoste FG5(FG5 序號 231)來對絕對重力點進行監測。
3-2-1 重力網形規劃
大屯火山地區重力網監測區內建置 5 個絕對重力點觀測樁位，並運用絕對重 力儀 FG5 來對絕對重力點樁位進行監測，5 個絕對重力點觀測樁位分別為陽明山 擎天崗衛星追蹤站(YMSG)、文化大學(YAG1)、湖田國小哺乳室樓梯旁(YAG2)、
小油坑旅客服務中心一樓(YAG3)、大坪國小(YAG4)。
重力網規劃以放射狀的路線規劃，來進行往返重覆施測，主要根據以上的 5 個絕對重力點觀測樁位，規劃 5 條相對重力監測路線，包含 27 個監測點和 5 個 絕對重力點合共 32 點，每條相對重力監測路線的開端與結束的監測點都設置在 絕對重力點上，以用於約制相對重力點位的觀測量，並運用兩台相對重力儀 CG-5 來進行相對重力點監測，重力網形施測路線圖如下圖 3-2 所示。
圖3-2 大屯火山群地區絕對重力儀 FG5 和相對重力儀 CG-5 監測重力網路線圖
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3-2-2 重力網監測時期考量
大屯火山地區重力網監測共 4 期(季)，其中包括豐水期和枯水期為監測時期 原則，於大屯火山區域進行重力網監測。相對重力儀 CG-5 施測日程為配合季節 性的豐水期和枯水期，並搭配國防部測量隊運用相對重力儀 CG-5 施測日程來進 行監測，而絕對重力儀 FG5 的施測時間約為相對重力儀 CG-5 監測前後的一個月 期間完成。
3-2-3 重力網的監測點位配置設定
本研究的相對重力網觀測主體路線分為 5 條(如表 3-1，表 3-2)，共經過 32 個監測點(如表 3-3)，包括經過 5 個絕對重力監測點，5 條主體路線中因應地形的 分配需求，每條路線共包含 6~12 個觀測點，路線的開端與結束都覆蓋在絕對重 力點上。
絕對重力儀Micro-g LaCoste FG5的重力監測點位都主要配置在有GPS衛星 追蹤站附近穩定的樁位上，並且在FG5觀測前需要把真空落體管艙、光電檢測器、
干涉儀、彈簧管艙和雷射器等主要配件組裝，固此，需要考量儀器的運輸和較大 的觀測場地空間要求，加上配合儀器提供的直立式三腳架和基座的設定，可提高 儀器的穩定性；相對重力儀CG-5在每次測量時都需放置在專屬的三腳架(Tripod) 上，加設三腳架可使儀器在不平坦和不堅固的表面中保持平衡穩定和精確地定平 儀器(Scintrex Limited , 2010)。
在各個相對重力點位的室外監測設點都設置在大型穩固和低壓縮性的岩石 上，故假設各測點的高程變化不會明確影響於連續的重力點位測量工作，但這種 配置法可能不適合於沖積含水層或永久凍土帶的地形(Ferguson et al., 2007; Pool, 2008)，在各測點的岩石上都設置了三個螺栓小孔來放置穩定CG-5的三腳架，並 且固定一個螺栓小孔為儀器放置的方向，在每次監測重力點位時CG-5的三腳架 高度都利用金屬銅圈把腳架固定在相同高度，因此可使CG-5儀器感測器的高度 為固定常數，即不需再進行儀器高度改正，減少了相關的不確定度誤差。
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表3-1 相對重力監測網的主要路線和站名
主路線 各站點名稱
路線 1R YAG2--YAG3--Y006--Y007--Y008--Y009--Y010--YMSG 路線 2R YAG4--Y001--Y002--Y003--Y004--Y005--YMSG
路線 3R YMSG--Y011--Y012--Y025--Y026--Y027--YAG1 路線 4R YMSG--Y013--Y014--Y015--Y024--YAG2
路線 5R YAG2--YAG3--Y016--Y017--Y018--Y019--Y020--Y021-- --Y022--Y023--Y024--YMSG
表3-2 相對重力監測主路線之施測往返小段路線和站名
主路線 施測往返小段 各站點名稱
路線 1R 1R1 YAG2--YAG3--Y006--Y007--Y008 1R2 YMSG--Y010--Y009-- Y008 路線 2R 2R1 YAG4--Y001--Y002--Y003
2R2 YMSG--Y005-- Y004--Y003 路線 3R 3R1 YMSG--Y011--Y012--Y025
3R2 YAG1--Y027-- Y026--Y025 路線 4R 4R1 YMSG--Y013--Y014
4R2 YAG2--Y024-- Y015--Y014
路線 5R 5R1 YAG2--YAG3--Y016--Y017--Y018--Y019
5R2 YMSG--Y024--Y023--Y022--Y021--Y020-- Y019
表3-3 相對重力觀測網的 32 個監測站資訊
站名 經度(度) 緯度(度) 正高(公尺)
YMSG 121.5742900 25.165900 759.600 YAG1 121.5394440 25.1347218 406.670
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YAG2 121.5386124 25.1694450 689.679 YAG3 121.5466690 25.1763897 800.685 YAG4 121.6394424 25.1672230 379.506 Y001 121.6027756 25.1372223 597.465 Y002 121.5952759 25.1452770 697.481 Y003 121.5933304 25.1505547 779.495 Y004 121.5880585 25.1594448 815.528 Y005 121.5777740 25.1663895 740.568 Y006 121.5849991 25.1727772 695.569 Y007 121.5852814 25.1700001 564.555 Y008 121.5819473 25.1686115 614.558 Y009 121.5791702 25.1683331 645.568 Y010 121.5772247 25.1677780 726.575 Y011 121.5741653 25.1594448 781.550 Y012 121.5711136 25.1619453 720.558 Y013 121.5722198 25.1647224 717.569 Y014 121.5694427 25.1647224 746.578 Y015 121.5661087 25.1666660 716.594 Y016 121.5483322 25.1766663 799.690 Y017 121.5488892 25.1713886 956.715 Y018 121.5505524 25.1705551 1058.725 Y019 121.5536118 25.1708336 1103.727 Y020 121.5555573 25.1694450 1093.714 Y021 121.5566635 25.1677780 989.689 Y022 121.5591660 25.1650009 869.648 Y023 121.5613861 25.1658325 821.629 Y024 121.5674973 25.1688881 767.607 Y025 121.5694427 25.1599998 630.552 Y026 121.5669479 25.1577778 572.549 Y027 121.5625000 25.1519451 541.560
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3-3 絕對重力儀 FG5 的監測方式考量
在各絕對重力點監測站上，由於絕對重力儀FG5對現場環境條件如温度、濕 度、風力、氣壓等的要求嚴謹，並且絕對重力儀的FG5的工作温度約為15℃~25℃，
現場即時温度變化幅度不應超過 ±2.5℃(鄂棟臣 等，2007)，故此，在進行施測 點位時需要架設大形帳篷，以防惡劣多變的現場環境影響儀器精度。
3-3-1 絕對重力儀 FG5 的數據收集處理設定
絕對重力點的測量資料處理是運用軟體 Micro-g LaCoste g7 Absolute Gravity Data Acquisition and Processing Software(以下簡稱 g7)進行數據處理。該軟體在處 理觀測數據時，首先是設置該軟體所需要的儀器和環境參數，如站名、測站座標、
儀器高、基準高、初始重力梯度值、環境氣壓值、氣壓因數、極移座標、固體潮 模型和海潮模型參數等(Micro-g LaCoste, 2007)。
由於 FG5 所附設的 Micro-g LaCoste g7 軟體能處理連續觀測組的觀測資料，
故此，把這些連續的觀測組分成各時段。因此，當觀測時受到儀器原因或人為干 擾而被中斷時，可分時段進行處理。綜合該監測站所觀測出全部時段的各組測值，
並加入各組的標準差為各組權重比重的考量，以計算總標準差和不確定度，可獲 得觀測高度處的觀測重力值結果，並且必須進行觀測高度的改正(詳見於第 4-6 節)，換算至所需高度的觀測重力值。
本研究的 FG5 觀測每次落體所測得的絕對重力值的設定，以絕對重力監測 點的觀測時間為不少於 14 小時的觀測，觀測時下落體次數分組進行，每組的觀 測起始時間設置在整點或整 30 分鐘進行。除了監測點大坪國小(YAG4)的第一期 監測因現址環境潮濕而只能進行 17 組的觀測外，各監測點觀測組數為不少於 30 組進行；組與組的時間間隔為半小時，每組觀測的下落次數為 100 次，每次落體 的時間間隔為 5 秒；若該組每次落體觀測的重力值 與該組平均重力值 之差大 於 3 倍的標準差，則將其刪除，以去除環境雜訊的影響，總體下落次數的刪除率 不大於 4% (如表 3-4)。
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3-3-2 絕對重力儀 FG5 的精度計算設定
由絕對重力儀 FG5 觀測得的絕對重力值進行各項改正後得到各組每次落體 觀測的絕對重力值，此觀測值為每次落體測量的頂部高度(儀器量測高度)的重力 值，可計算每組內所有次數的重力平均值 和各觀測量的標準差 運算式如(3-1) 式、(3-2)式所示；當 與 之差大於 3 倍的標準差 ，則將其刪除並且重新計算 和 (Micro-g LaCoste, 2007；劉冬至，2007)，以去除現場環境雜訊的影響：
(3-1)式
=
(3-2)式
在(3-1)、(3-2)式中的 為組 j 所有落體次數的標準差，n 為每組落體的觀測 次數，j 為各組數的序號， 為每次落體改正後的重力觀測值， 為每組所有落 體次數的平均重力觀測值。
計算觀測組平均標準差 如(3-3)式所示，並以 為權重的考量，計算觀測 重力值
(Micro-g LaCoste, 2007)：
(3-3)式
=
(3-4)式
計算出以考量 為權重的觀測重力值
後，可以計算該測站所有觀測組的 組離散度(Set scatter)，以呈現出該觀測站的現場環境觀測精度：
Set scatter =
(3-5)式
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由於在觀測時的重力值誤差除了落體重覆觀測時儀器的誤差外，還包括環境 改正模型誤差。在改正環境誤差時加入了改正模型不準確的影響，因此，需考量 將改正後的觀測重力值進行修改(高瑞其，2011)，如(3-6)式所示。
(3-6)式 在(3-6)式中的 為修改後的重力平均值， 為包括儀器誤差和環境改正模 式等不確定度的評估所導致的重力效應。
故此，經考量由儀器誤差和環境改正模型的不確定度等評估所致的重力效應，
其綜合標準差(總不確定度)可表達為如(3-7)式所示(高瑞其，2011) 。
(3-7)式 在(3-7)式中的 為包括儀器誤差和環境改正模式等誤差，可在儀器附設軟 體 Micro-g LaCoste g7 Absolute Gravity Data Acquisition and Processing Software 加入該誤差的估算參數；其中環境改正模型誤差約為 1μ gal，儀器組裝誤差約為 1.6μ gal(Van Camp et al., 2005)，最後計算出綜合標準差(總不確定度) 。
絕對重力儀 FG5 於大屯火山區共四期(季)的五個絕對點的觀測結果精度如 表 3-4 所示，施測時期主要以四期為監測原則，除了在 YAG1 和 YAG4 的現址 開放施測排程時間所規限，故此上述兩個絕對重力監測點只能進行三次監測，而 第三次的施測時間為選擇在第三期與第四期之間的時間進行監測。
在表 3-4 中，五個絕對點的綜合標準差(總不確定度)範圍為 2.02~2.15μ gal。
觀測組平均標準差範圍為 0.13~0.7μ gal，總下落體刪除率不大於 4%，由各站的 平均標準差和總下落體刪除率可觀測出 YAG1 和 YAG4 的每期平均標準差較大，
亦可表示為該兩站(YAG1，YAG4)的環境雜訊對儀器的影響較大，其中最大值為 YAG4 的 0.7μ gal，其原因為該點在觀測時，出現周邊的環境濕度變化大，而且 取得總體合格下落數較少，影響了施測的精度。
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3-4 相對重力儀 CG-5 的監測方式考量
3-4-1 相對重力儀 CG-5 的監測路線與漂移量的考量
相對重力儀CG-5的感測系統為通過感測重力變化引起石英彈簧長度變化的 原理，再採用電容感測器量測感測體(mass)的位移變化，可獲得以量測回饋系統 所需的電壓值，藉由電壓值可得關聯於重力的變化量，故此，CG-5的儀器感測 器受儀器漂移量(drift)的影響是不可避免的，主要原因為石英彈簧材質特性的影 響所導致的，如當彈簧受到儀器温度的不同改變時，會使靈敏的石英彈簧長度產 生變化，因此，相對重力儀CG-5儀器的設計上採用監測其內部真空腔的温度，
相對重力儀CG-5的感測系統為通過感測重力變化引起石英彈簧長度變化的 原理，再採用電容感測器量測感測體(mass)的位移變化，可獲得以量測回饋系統 所需的電壓值，藉由電壓值可得關聯於重力的變化量，故此，CG-5的儀器感測 器受儀器漂移量(drift)的影響是不可避免的，主要原因為石英彈簧材質特性的影 響所導致的，如當彈簧受到儀器温度的不同改變時，會使靈敏的石英彈簧長度產 生變化，因此，相對重力儀CG-5儀器的設計上採用監測其內部真空腔的温度，