3.1 寶山二號水庫-交大試驗場址
3.1.1 試驗儀器介紹
本研究試驗儀器採用SYSCAL PRO Switch 48 為法國IRIS公司生產之地 電阻儀，該儀器將傳送電源器(transmitter)、接收器(receiver)與電源供應器 (booster)結合為一體，具備外接式直流電源，可視需求提供更大的電流源，
並可外接Switch Pro Box達到二維或三維施測。除使用直流電法量測地電阻 率值之外，儀器並具備誘發極化(induced polarization, IP)量測功能。透過 RS232 連接線與電腦相連，經由程式控制儀器，將使儀器達到監測系統之 功能，表3.1 為SYSCAL Pro Switch 48 儀器功能規格表。
本研究案例試驗施測用之電極為不鏽鋼電極，分別為大電極棒，直徑 1.6cm，長 60cm與小電極棒直徑 1.0cm，長 30cm，傳導纜線(12 組電極接頭 一捆，間距10m)計 4 捆，電極夾線連接傳導纜線與電極，纜線連接盒兩組，
遠電極線(長度 500 公尺)兩綑，如照片3.1。
儀器內部可設定簡單施測參數，例如最小單位間距為 a，測深參數 n，
若單位間距大於2a 以上，則可測得較深的資料，但需藉由 Electre II 設定施 測程序進行施測。量測完畢後，由 Prosys 程式將資料下載到電腦，進行資 料管理、轉檔成為Res2dinv 反算軟體格式(*.dat)檔。
反算分析軟體為Geotomo 公司開發的 Res2dinv(version 3.54z)地電阻影 像反算軟體；Res2dinv 反算分析基本方法採用最佳化最小平方法，其中正
算模擬程序是將地層模型分為多個矩形方塊，以有限差分法或是有限元素 法計算反應之視電阻率值，當此計算視電阻率值與量測視電阻率值之誤差 達到最小，獲得一組最佳化解，則該模型為代表地層電阻率分布情形。
照片3.1 IRIS 地電阻儀器設備 3.1.2 寶山二號水庫地質狀況
寶山二號水庫位於新竹縣寶山鄉竹東丘陵區，鄰近區域之地層屬台灣西 部麓山帶地質區，出露之地層以甚為年輕之上新世卓蘭層及更新世之楊梅 層(或頭嵙山層)為主。本場址基本地質資料說明如下：
(1)地質背景介紹
交大試驗場址位於寶山二號水庫右壩軸連接道路，距離右壩軸約 200 公尺處之淹沒區附近，與壩址之相關位置見 圖 3.1 寶二水庫地形全圖。水 利署或其他單位曾對該區域地質進行露頭調查並配合鑽探調查繪製細部地 質圖，並透過光學測站儀量測地層面露頭以及地質羅盤量測層面之走向傾
後配合現況地形測量繪製出試驗場址的細部地質圖，如圖3.2。試驗場址之
最大輸出功率:250W(500W:外接式電源 DC/DC 整流器)、可外接 1200W AC/DC 整流器
電流脈波延時: 0.2、0.25、0.5、1、2、4、8 秒 電流量測準確率: 0.2%
擷取訊號規格
輸入阻抗:100M-Ohm
接收電壓:最大 15V (10 channel) Protection Voltage up to 1000V
50Hz~60Hz 濾波 (Power line rejection) 電壓量測準確率:0.2%
根據鑽探孔B1、B2 和B3 鑽探柱狀圖與露頭調查資料，鑽探孔位分佈如 圖3.4，將該區域地質狀況大致上分為三種，分別描述如下:
a.黃棕色砂岩(SS) : 依據露頭及配合鑽探岩心判識成果，黃棕色砂岩(SS) 為本區域主要地質構成材料，其顆粒較粗大，膠結不良，遇水極易軟化，
有少數地方夾有植物化石、煤炭以及小脆石等雜質。於本層中偶有夾橘紅 色鏽染砂岩，其質地非常堅硬。
b.灰色泥岩(MS) : 灰色泥岩(MS)分佈少，其顆粒細小，膠結良好，遇水 軟化時間較長，且岩性大致不會因不同岩層而差異太大。
c.薄砂泥岩互層(MS/SS) : 薄砂泥岩互層(MS/SS)為厚度不超過 3 公分之 砂岩夾有厚度約2 公分灰色泥岩，如圖 3.2，其層面膠結普遍不良，層面光 滑平坦。
圖 3.2 中A-A’地質剖面線通過鑽孔B1 和B_CHT_1，與岩層走向垂直。
如圖3.3a，1m處為測線 1 起點，48m處為測線終點位置，測線起點位於A-A’
剖面線 17 公尺處。A到A’方向岩層變化，通過的不同岩層性質，其層面厚 度分別為9 公尺砂岩、2.8 公尺的砂泥岩互層、4 公尺砂岩、5.5 公尺泥岩、
1.7 公尺砂岩、5.5 公尺泥岩、4.1 公尺砂岩與 9 公尺泥岩，整理如表 3.2。
B-B’剖面線通過鑽孔B3 和B_CHT_1，與岩層走向平行。其中 1m處和 36m處分別為測線 2 起點與終點(見 圖 3.3b)，由淺到深地質分層厚度為 1.5 公尺砂岩、2.7 公尺泥岩、3 公尺砂岩、0.7 公尺砂泥岩互層以及超過 10 公
表 3.2 地質剖面線 A-A’的側向岩層變化
圖3.1 寶山二號水庫交大試驗場址位置
交大試驗場址
露頭2
BH3 B_CHT_1
砂岩
3.1.3 測線位置與施測參數
試驗場址佈設兩條測線，其中測線 1 位於A-A’剖面線上，垂直岩層走 向，測線展距計47 公尺。測線 2 位於B-B’剖面線上，平行岩層走向，測線 展距計 35 公尺，最小單位電極間距皆為 1 公尺；測線皆以Dipole-Dipole、
Pole-Dipole以及Pole-Pole三種電極排列方式施測，測線施測參數如表3.4。
照片3.2為測線 2 施測情形，西側靠近道路為測線終點，照片 3. 3 為現場地 質調查量測露頭。
表3.4 寶山二號水庫試驗場址施測參數
測線名稱 測線1 測線2
測線方向 S42°E(垂直岩層走向) N48°E
電極間距,m 1 1
電極數目 48 36
測線展距,m 47 35
施測方式 Dipole-Dipole、Pole-Dipole、Pole-Pole (253708,2735410) (253737,2735392) 測線(起/終點)座標
(253741,2735370) (253711,2735371) 遠電流極(C2)座標 (253623,2735268) (253623,2735268) 遠電位極(P2)座標 (253708,2735446) (253708,2735446)
圖3.4 地電阻測線與鑽探孔位置
照片3.2 測線 2 現場地電阻施測照片
露頭 2
BH 1
BH 3 3
B_CHT_1
A' A
B
B' 1
48 1
36
測線2測線 1 N
S W E
測線 1 測線 2 鑽孔
N
3.1.4 試驗結果
(1)測線 1 電阻率影像剖面
Dipole-Dipole(以下簡稱DD)地電阻影像剖面(如圖3.5a)，斜虛線表示層 面位置(如表3.2)；測線起點位於地質剖面圖距原點 17 公尺處，如圖3.3a。
其中測線上 0~7 公尺電阻率等於 70 ohm-m，7~15.8 公尺電阻率等於 150 ohm-m，15.8~24 公尺以及 26~28 公尺電阻率等於 50 ohm-m，24~26 公尺電 阻率等於100 ohm-m，28~34 公尺電阻率等於 90 ohm-m，34~47 公尺電阻率 高達200 ohm-m以上。
Pole-Dipole(以下簡稱PD)及Pole-Pole(以下簡稱PP)地電阻影像剖面測深 3 公尺以上和DD結果類似，電阻率有側向變化，較深的深度無法明顯呈現 側向電阻率變化，如 圖 3.5b,c試驗結果，與Dahlin與Zhou(2003)分別以 Wenner(以下簡稱WN)、Wenner-Schlumberger(以下簡稱WS)、PP、PD與DD 模擬傾斜電阻率地層結果一致；接近地表且厚度較厚的傾斜構造能顯現 出，厚度較薄、深度較深位置則無法明顯呈現出傾斜變化構造的地電阻率 變化。
(2)測線 2 電阻率影像剖面
DD地電阻影像剖面於測深 2 公尺以上電阻率無明顯差異，電阻率約為 50 ohm-m如 圖 3.6a。PD影像剖面於深度 8.5 公尺以上地電阻率為 50 ohm-m~70 ohm-m，深度 8.5 公尺以下，深度增加至 12 公尺電阻率漸增為
100 ohm-m，如圖3.6b。PP影像剖面(如圖 3.6c)位於深度 15.3 公尺以上，
電阻率等於50 ohm-m~70 ohm-m，深度 15.3 公尺以下，電阻率漸增到 200 ohm-m。B-B’地質剖面與測線 2 電阻率影像剖面比對，深度 7.9 公尺以上有 岩層性質改變，電阻率在深度12 公尺以上沒有明顯變化。
a b c d e f g h
NW BH1 B_CHT_1 SE
(a) Dipole-Dipole
NW BH1 B_CHT_1 SE
(b) Pole-Dipole
NW BH1 B_CHT_1 SE
(c) Pole-Pole
a b c d e f g h
NW BH1 B_CHT_1 SE
(a) Dipole-Dipole
a b c d e f g h
NW BH1 B_CHT_1 SE
(a) Dipole-Dipole
NW BH1 B_CHT_1 SE
(b) Pole-Dipole
NW BH1 B_CHT_1 SE
(b) Pole-Dipole
NW BH1 B_CHT_1 SE
(c) Pole-Pole
NW BH1 B_CHT_1 SE
(c) Pole-Pole
圖3.5 寶山二號水庫測線 1 電阻率影像剖面
NE BH3 SW B_CHT_1
(a) Dipole-Dipole
(b) Pole-Dipole
NE B_CHT_1 BH3 SW
(c) Pole-Pole
BH3 SW
B_CHT_1 NE
NE BH3 SW
B_CHT_1
(a) Dipole-Dipole
NE BH3 SW
B_CHT_1
(a) Dipole-Dipole
(b) Pole-Dipole
NE B_CHT_1 BH3 SW
(c) Pole-Pole
NE B_CHT_1 BH3 SW
(c) Pole-Pole
BH3 SW
B_CHT_1
NE B_CHT_1 BH3 SW
NE
圖3.6 寶山水庫測線 2 電阻率影像剖面
3.1.5 試驗討論
(1)空間解析能力
垂直岩層走向之測線1，其測線下地層屬於傾斜構造，若依電學性質之 電阻率差異界面為地層分界，其結果與地質分層層面位置略有不同，然在 DD、PD、PP 影像剖面深度於 3 公尺以上，側向變化有明顯呈現；但傾斜 構造特性遭扭曲，無法從影像剖面中推得真實的傾斜角度，由此可知愈深 層其解析度為降低趨勢。
Dahlin and Zhou(2003)以十種不同電極排列法數值模擬傾斜構造，認為 影響的因素為邊緣資料點缺少(edge effects)造成兩側邊緣影像無法獲得傾 斜構造特性，以及岩層厚度小，降低空間解析能力。
測線2 電阻率影像剖面，其層面位置與電阻率界面位置有所誤差，無法 直接由電阻率界面決定地層層面，但其顯示電阻率垂直變化方向(水平構造 性質)與實際地層水平構造相似。
(2)非真實二維條件影響
測線 1 與測線 2 相交點在鑽孔 B_CHT_1 位置上，其中兩者的 PP 影像 剖面位在 B_CHT_1 附近結果，於深度 15 公尺以下不同；測線 1 維持電阻 率等於50 ohm-m，測線 2 電阻率隨深度愈深而增至 200 ohm-m。研判造成 此結果應與地層層面構造干擾電流路徑，造成電位場改變。
另測線 1 與測線 2 之起點和終點外側地勢與測區內地勢高低落差達到
30 公尺以上，屬於非真實二維介質情形，此空氣介質等同於在邊界上加了 絕緣介質，限制電流傳遞，造成電位場改變，此結果與真實二維推導原理 不同所謂真實二維條件為沿著垂直測線方向(y-direction)之介質為均質均向 無限延伸，介質只在測線方向(x-direction)與深度方向(z-direction)產生變 化。探討邊界條件以及傾斜構造如何影響三維電流分佈，造成電場之改變，
未來可透過數值分析詳細探討。
(3)傳統表面施測深度受限於空間大小
由鑽探資料顯示該地區地下水位位於30 公尺以下，於測線 2 深度到達 15 公尺之後電阻率值增加，測線 1 無太多差異變化；因測區空間小，限制 測線展距，測深無法獲得30 公尺以上資料點，無法探測地下水位。
照片3. 3 調查露頭走向傾角
3.2 國立交通大學博愛校區
3.2.1 交通大學博愛校區地質狀況
(1)區域地質背景介紹
交通大學博愛校區位在新竹市博愛街，由中央地質調查所五萬分之一數 位地質圖資料顯示，附近出露岩層性質為沖積層、頭嵙山層、店子湖層(如 圖3.7)。
沖積層主要由礫石、泥砂所組成，其中以砂、泥所占比例較多。頭嵙山 層(張麗旭，1948，1955)分為兩相，較為下部以砂頁岩為主者稱為香山相，
較為上部以礫岩為主者稱為火炎山相。本區屬於頭嵙山層香山相(鳥居敬 造、吉田要，1931)，砂岩呈淡灰色或黃棕色，顆粒為細粒至中粒，膠結相 當疏鬆，膠結物主要為黏土；少數礫石薄層偶夾在砂岩和泥岩之中。
店子湖層(林朝棨，1963)主要由下部礫石和上部紅土所組成，礫石組成 主要為白色石英岩、深灰色矽質砂岩、深青色至黃棕色之鈣質砂岩及含少 量的玄武岩和輝綠岩，礫徑在10 到 20 公分之間，礫石層厚度從數公尺到 5、
60 公尺不等，與上部覆蓋紅土成漸移關係；紅土層厚度在 1 至 2 公尺之間。
店子湖層與下伏頭嵙山層成不整合接觸，頭嵙山層整合覆蓋在卓蘭層之 上，與其上覆之沖積物為不整合接觸。
(2)鑽探資料
S32 鑽孔位在交通大學博愛校區足球場升旗台前(如圖3.7)，深度計18.5