台灣位處於地震構造活動帶，地震活動非常頻繁，在最近的一百年之 中，強烈地震對台灣本島就造成 10 次以上的重大災害(詳細震災報導可查 閱氣象局「百年災害地震」以及最近的 921 集集地震、屏東地震等相關報 導)，為了監測以及更確實的研究台灣地區的地震發震機制，中央氣象局 在台灣島上建立了密集的地震觀測網 (目前氣象局短週期地震儀約 80 個，強震儀超過 750 個，寬頻地震儀約 30 個)。根據氣象局地震網的記錄，
台灣地區每個月平均有 2,000 個以上的地震發生(計數芮氏地震規模大於 0.5 者)。由於地震高頻能量會隨著震波傳播距離的增加而快速衰減，氣象 局在陸地上由 S13（1 Hz）地震儀記錄到的地震多為靠近台灣島的地震事 件；大約在東經 119°到 123°、北緯 21°到 26°之間 (範圍標示於圖 1 灰色 粗方框，大致為台灣島中心向外延伸 200 公里左右)。然而，此區域東邊 接近一半落在氣象局觀測網外，而此處正標示了海洋板塊高度形變的區 域，雖然其他的國際地震觀測網(如 Global Seismological Network 等) 可以提供大地震的觀測紀錄，但對海域地震的紀錄非常有限，這樣的地震 資料缺失，是地震研究一直希望克服的問題。
近年來由於海域探測技術不斷的進步，世界各國都積極設立實驗室或 研發團隊，發展海底地震儀，投入海域地震的研究(如日本 JAMSTEC 的 Stagnant Slab Project，或美國 NSF 支持的 PLUME、TAIGER 計畫等)。從 科學研究的觀點而言，OBS 不受地球表面陸地分佈不均的限制，可以設置 在海床上接收所需要的震波訊號。自 1980 年代起，各國所建置的海底地 震儀系統提供了大量海域地震資料，除了加速研究地球內部的結構外，所 得的結果已經應用於改進各國地震、海嘯的警報系統，同時也擴張人類對 深海地層以及海床資源的探測能力。由此看來，OBS 系統已經是探討海域 地球物理以及相關工程開發不可或缺的工具。
圖 1 台灣周圍海域地形圖，主要地質構造單元標示於圖上。位於台灣南方的紅色方框為主要 研究地區，馬尼拉海溝以及台灣西南海域眾多海底峽谷在這個地區聚合，為新構造 作用活躍地帶。圖上粗灰色方框為中央氣象局地震網主要的地震觀測範圍。
在海域地震的研究方面，監測（訊號的取得）只是第一步，但卻是極 重要的關鍵，若缺乏完整而正確的基本資料，後續計畫只會流於泛泛之 談。本計畫在相關議題的設定為研究海域地震的監測技術，為可確實掌握 訊號品質，以及大地震發生時，各種地震波波相訊號之接收，以支應後續 地震重新定位，及災害相關資訊研判之所需，自製海底地震儀的整體設計 除了安全的回收之外，最重要的即是資料收訊的品質，這其中涉及相當多 的水下工程專業的配合及技術的突破。未來將以科學研究所需的工程技術 開發為主，目標為開發自主技術，確保上游工程和下游災防與科學之間的 連結，以建立一個永續的長期監測計畫，不因技術支援之脫節或受制於商 購產品之性能而被迫更改，落後，甚至停頓。紮實的監測依賴訊號品質，
以及大地震發生時，各種地震波波相訊號之接收，以支應後續地震重新定 位，及災害相關資訊研判之所需，自製海底地震儀的整體設計除了安全的 回收之外，最重要的即是資料收訊的品質，這其中涉及相當多的水下工程 專業的配合及技術的突破。目前不論是台灣或美、日等先進實驗室的海底 地震儀實驗，儀器的佈放及回收無論是資料或是儀器本身尚存在相當的失 敗率，還需要長期投資研發改進。本中心規劃先進行海底地震儀的佈放實 驗，逐歩確認儀器於深海中的機械性能、以及水中聲學訊號傳輸。台灣地 區目前除了少數研究機構以有限的經費購置海底地震儀外，中央氣象局也
計畫在東北海域建置環狀電纜式海底觀測系統（MArine Cable Hosted Observatory, 簡稱為 MACHO「媽祖」計畫）。他們主要目的為爭取地震的 預警時間，與本中心建立技術與長期研究之宗旨不同，但能相輔相成。考 (Woods Hole Oceanographic Institution)合作，初步掌握 OBS 製作過程 中的步驟，同時也熟悉各種電子裝置的性能。但是要使寬頻海底地震儀的
式；這些是估算地震發震位能的基本背景資料，同時也可以配合海域數值 地形模擬該區海嘯的發生能量。本計畫希望藉由建立海底地震儀系統，為 國內海洋相關的儀器設計、製作、研發建立平台之觀念與技術，根植台灣 自行研發地球科學儀器的能力，培養出國家級的海洋地球物理實驗室。
圖 2 台灣南部隱沒帶海域海底地震觀測網建制圖。大三角形 T1、T3、T5 為災防組寬頻地震 站，T2、T4 中研院地科所地震儀的置放點。
OBS 不僅僅只應用於地球科學研究、日後還可以搭配高能空氣槍 (airgun shooting)，用以偵測海床資源，特別是油氣或礦物資源的開發。
100 年度之工作內容規劃如下：
(1)海底地震儀之佈放：本中心將於 100 年持續執行商購之 Lobster 和自製 Yardbird 之佈放。預計和中央研究院共同在南部和東部海域回收（100 年 7 月）和佈放（100 年 9 月）Lobster 和 Yardbird，為期十月。本中心將保 留少許 Lobster 和 Yardbird，與中研院 WHOI OBS 在同一定點互相性能 測試，以瞭解感震器外置與內置之不同效果，以及不同型儀器接收訊號 的能力。如上所述，考慮將 OBS 佈放在東北部外海，以就近描繪劇烈碰 撞區的大地震發震機制與破裂過程。綜言之，本中心將一方面在地震頻 繁處進行監測，一方面將設計實驗，進行 OBS 性能之總體檢驗，此乃是 邁向一個先進的 OBS 實驗室必須完成的任務。
(2)海底地震儀之研發：已完成之中短週期 Yardbird 包含了許多先進的觀念 與技術。Yardbird 已達到了大部分之設計目標。以 Yardbird 為基礎，本 中心目前已完成 2000 m 深度海底地震儀之規劃、設計、加工及組裝，100
年的工作內容以加強深海系統(5000 m)的設計規劃為主。未來將朝向寬頻
台灣位處於菲律賓板塊以及歐亞板塊的交界處，地震發生頻繁，為了 有效掌握地震發生之機制、規模、以及建立預測的方法，除了使用海底地 震儀來記錄海域地震之外，板塊位移監測也有其必要性。利用精確的 GPS 定位與聲學測距技術可以監測板塊的位移量，這個觀測方法近年來被應用 於監測日本的東部海域以及美洲西岸的板塊移動。例如，透過中美洲所進 行的 Cocos plate vs. Caribbean plate 的位移監測結果(Norabuena et al., 2004) 、並配合陸上 GPS 數據，提供了哥斯達黎加地區地震孕育帶的地形
（Scripps Institution of Oceanography）在美國西岸的 Juan de Fuca Plate 佈放應答器陣列，用以調查北美洲西北海岸與北美洲板塊內部的相
以及換能器(Transducer)收發聲訊之訊號處理，說明如下：
(1)水層聲速估測
應答器位置的估測是利用船載式收發器在數個不同的（水面）位置 來量測斜距與 GPS 座標，而斜距是透過聲傳時間（Time of flight; TOF）
與水層聲速剖面（Sound Speed Profile; SSP）估算出來的。聲傳時間 的量測精度取決於聲學系統的硬體量測精度，水層聲速（受海水溫度、
鹽度的控制）的分佈主要取決於 CTD 量測精度。由於底碇應答器的定位 量測作業需要在許多不同（水面）位置進行，而且水層聲速的分佈是隨
時間與空間變化的，若要量測出精確的斜距，就必須要有完整的時域與 色彩雜訊（Color noise）。GPS 衛星主要由北向南的繞行運動，也造成東 西向座標精度比南北向座標為差。此外，GPS 接收器與收發器音鼓裝設在 統除了用於架設應答器之外，還可以安裝量測底碇系統姿態(heading,
pitch, roll)的感測器、深度計、以及感測資料記錄器。此一底碇系統 除了用於海床應答器的定位量測之外，另一個重要的目的，是要驗證應 答器定位估算的可信度。由於底碇系統上可架設數個應答器，應答器之 間的相對位置可以由利用雷射儀或是尺規事先量測得知，所以利用斜距 與 GPS 估算出每一個應答器的位置之後，便能計算出各應答器之間的相 對位置，並與實際量測值比對。此外，估算出的應答器位置也可以計算 出底碇系統座落於海床上的方位與姿態，其結果可以與底碇系統上的姿 態感測器量測結果相互比對，以進一步驗證應答器定位估算的可信度。
此一海床應答器底碇系統已於 98 年度計畫進行加工與組裝，並完成實海 域佈放、回收、以及初步定位測試(圖 2.6)。根據定位量測資料初步分 析結果顯示，應答器的相對定位精度已在數公分之內，而且根據應答器 定位結果計算而得的底碇架姿態，與底碇系統上的姿態感測器量測結果 吻合，進一步驗證了應答器定位估算結果的可信度。
100 年度之工作內容規劃如下：
A.依據新一代海床應答器底碇系統設計，進行加工與裝配，以輔助驗證應 答器之動態相對定位精度，進一步瞭解量測誤差來源。
B.於台灣西南外海佈放海床應答器底碇系統，進行實海域之應答器動態定 位實驗之資料收集與分析，以驗證應答器動態相對定位的精度。