震源

測線一位於博愛校區瀝青鋪面施測項目如表 3.1 所示，選擇三種 類型的震源種類，分別為鎚頭 12 磅重之大鐵鎚(BH)、彈力加速度器 (AF)及自由落槌(WD)做為施測震源；以直徑 25cm、4 公分厚之鐵板 (Ip)作為墊片，採用傳統插入式受波器收錄的資料進行資料分析。

大鐵鎚與彈力加速度器之 Walk-Away 施測資料接合後得到測線 展距範圍 16m~104m 的震波歷時資料；自由落槌施測資料接合後得到 測線展距範圍為 38m~104m 的震波歷時資料，將接合後之的資料經由 訊號分析處理後為頻率空間域(f-x)資料，繪製經沿受波器方向正規化 之 不 同 展 距 及 所 對 應 不 同 頻 率 的 實 部 頻 譜 (f(R)-x) 、 能 量 頻 譜 f(A)-x，及頻散曲線 f-v。

震源 BH 所產生之相關訊號處理結果，如圖 4.1 所示，圖 4.2 與 圖 4.3 為彈力加速度器與自由落槌所對應的資料，格式與圖 4.1 相同。

以下分別就不同的分析域作討論:

圖 3.13 現地配置圖

針對震源(BH)資料而言，第一受波器起始收錄時間點(0.1s)至訊 號遞減時間點(<<0.2s)，震波延時約小於 0.1s。整體波傳訊號沿測線 展距方向增加而遞減。當測線展距超過 70m，表面波訊號能量不足振 幅變小，訊號遞減嚴重。測線展距 35m~55m，訊號的延時較長；單 一受波器訊號於有效訊號收錄時間的後半段，單位時間震盪訊號波較 少，其餘訊號於單位時間訊號震盪次數相當密集，訊號都分布在 0.1s 的時間延時內。

針對震源(AF)資料而言，第一受波器起始收錄起始點(0.1s)至訊 號遞減時間點(<0.2s)，震波延時約小於 0.1s，整體波傳訊號沿測線展 距方向增加而遞減，當測線展距超過 80m，表面波訊號能量不足振幅 變小，訊號開始遞減。測線展距 25m~65m，訊號的延時較長，單一 受波器，於有效訊號收錄時間的後半段，單位時間震盪訊號波較少，

其餘訊號於單位時間訊號震盪次數相當密集，訊號都分布在 0.1s 的時 間延時內。

針對震源(WD)資料而言，第一受波器起始收錄起始點(0.15s)至訊 號遞減時間點(0.45s)，震波延時約 0.3s，整體波傳訊號沿測線展距方 向增加而遞減，當測線展距超過 100m，表面波訊號能量變小振幅才 逐漸變小，訊號開始遞減。測線展距 45m~80m 間，訊號的延時，相 對其他展距的訊號之延時較長；單一受波器訊號於有效訊號收錄時間 的後半段，單位時間震盪訊號波較少，其餘訊號於單位時間訊號相對 前段收錄時間震盪次數較多，訊號都分布在 0.3s 的時間延時內。

比較三者的於時間-空間域的震波歷時表現，自由落鎚的震波歷 時(0.3s)，因其產生的震動能較大，故大於彈力加速度器與大鐵鎚。

在單位時間訊號反應上，大鐵鎚與彈力加速度器的震盪次數較為頻 繁，遠多於自由落鎚。因此可初步判斷大鐵鎚與彈力加速度器產生的 波傳訊號，高頻波佔較大部分。自由落鎚訊號以較低頻率之振動為主。

2. 頻率-空間域上之實部頻譜(f(R)-x)

震源(BH) 沿受波器展距方向，收錄資料於頻率軸實部的範圍高 頻約在 80Hz，隨著展距的延展，遠支距受波器低頻訊號品質逐漸改 善，低頻約在 25Hz。高頻訊號則受到遠場效應的影響，其頻率內涵 不如近支距訊號所呈現出較高的訊號頻率。

震源(AF) 沿受波器展距方向，收錄資料於頻率軸實部的範圍高 頻約在 70Hz，隨著展距的延展，遠端受波器低頻訊號品質逐漸改善，

低頻約在 20~25Hz。高頻訊號受到遠場效應的影響，其頻率內涵則不 如近支距受波器呈現出較高的訊號頻率。

震源(WD) 沿受波器展距方向，收錄資料於頻率軸實部的範圍高 頻約在 50Hz，隨著展距的延展，遠端受波器低頻訊號品質足漸改善，

低頻約在 15Hz。

藉由 f(R)-x 頻譜可瞭解每一測線展距收錄訊號之頻率寬帶，作為 最佳展距的選取，並可清楚了解訊號受到近、遠場效應對訊號品質的 影響。比較三者於 f(R)-x 的表現。震源產生之震波能量大小，對訊號 之頻率內涵有顯著的影響。

3. 頻率空間域上之振幅(f(A)-x)

藉由 f(A)-x 頻譜可檢視不同震源產生能量於不同展距的分配範 圍。

針對震源(BH)振幅頻譜頻率範圍分布在 20Hz~80Hz，測線展距 70m 後段之訊號，因震源能量小使其頻譜較為分散，尤其展距 93m~114m，能量頻譜無明顯的集中帶，應多為不規則的雜訊影響。

針對震源(AF)振幅頻譜頻率範圍分布在 20Hz~70Hz，測線展距 80m 後段之訊號，高頻波能量小使其頻譜較為分散，主要能量集中在 20Hz~25Hz。測線展距 93m~114m，能量不足，20Hz 以下之頻譜受到 不規則背景雜訊影響，呈現一小段的能量點。

針對震源(WD)振幅頻譜頻率範圍分布在 15Hz~40Hz，40Hz 以上 的高頻波訊號能量幾乎不存在，此現象應為震源本身故有之頻率特 性。在遠端測線受波器，低頻訊號能量相當集中，受到雜訊的感染相 較大鐵鎚與彈力加速度器為小。

比較三者的 f(A)-x 頻譜與 f(R)-x 的結果，大鐵鎚能量小於彈力加 速度器，彈力加速度器受實體波感染高頻波的現象略比大鐵鎚大，可 由兩者的頻率範圍得知；能量傳遞上，自由落槌的能量遠大於兩者，

遠支距震波呈現出的品質優於其餘兩者，此外，在本階段試驗之瀝青 路面，相較於大鐵鎚與彈力加速度器，自由落鎚本身產生的訊號頻率 約 15Hz~45Hz；震波訊號波長範圍約可達 30m，有效的改善空間探測 深度的能力。隨著支距增加，頻率內涵受到的影響較其餘兩者來的

小，且能量大都集中在較低頻的範圍，雖然高頻的訊號品質不佳，但 影響高頻訊號品質的因素相當多，相對的，藉由現場施測參數的改變 可改善高頻訊號的品質。對於表面波震測法而言，改善低頻訊號可有 效增加空間的探測範圍。因此，在震源的選擇上，兼顧經濟性與適用 性，自由落槌為一良好的施測設備，尤其在改善低頻訊號的作用上。

此外，當 f(R)-x 頻譜出現歧異的現象，可由 f(A)-x 得到映證，兩 者的同質性很高，兩組頻譜可以對良好訊號波段訊號作最佳展距的選 擇。

4. 頻散曲線(f-v)

由測線收錄不同震源的震波資料所組構的 f-v 頻散曲線特性如 下。

針對震源(BH)由頻率-波速關係，頻散曲線資料良好為頻率 20Hz~80Hz，其波速為 200m/s~400m/s，故其對應波長範圍為 2.5~20。

針 對 震 源 (AF)由 頻 率 -波 速關係 ， 頻散 曲 線 資 料良 好 為頻 率 20Hz~70Hz，其波速為 200m/s~450m/s，其對應波長範圍為 2.8~22.5。

針對震源(WD)由頻率-波速關係，頻散曲線資料良好為頻率 18Hz~40Hz，其波速為 200m/s~500m/s，故其對應波長範圍為 5~28。

如圖 4.4 所示，以震源大鐵鎚敲擊鐵板之頻散曲線能量譜為底，

套疊三種震源在同一測線展距頻率範圍 15Hz~75Hz 之頻散點構成之 頻散曲線。其中，自由落槌訊號能量大提供較好的低頻解析能力，有 效的改善波長之範圍，但受到高頻波訊號內涵的影響，淺層解析度不

如大鐵鎚與彈力加速度器好，但已達到改善低頻波之研究目的。自由 落槌可產生較大的能量，訊號頻率於低頻範圍品質優於大鐵鎚與彈力 加速度器，但高頻資料可以由大鐵鎚或彈力加速度器所提供。

大鐵鎚(BH)是一項相當良好的震測震源，由於其施測便利性，該 震源，常在各種測區選擇使用，但如需考慮空間解析度與探測深度，

則需搭配大型震源於測線資料收錄，以改善低頻波之解析度。

5. 頻散曲線(f-λ)

一般頻散曲線分析，都只展現頻率與速度所對應之頻散關係，無 法直接看到與探測範圍息息相關的參數”波長”大小，藉由圖 4.5，f-λ 的圖示，並配合 f-v 頻散曲線，可快速了解頻率、波速與波長之間的 關係。在現地施測時，利用兩者所傳達的訊息，可初步對現場訊號作 揖概略的了解，以選擇最佳的施測參數配置與收錄良好的訊號品質。

由圖 4.5 所示，大鐵鎚(BH)所反應的最大波長約 20、彈力加速度 器之最大波長約 25 而自由落槌則可達 30。由圖上可以很清楚的分辨 不同種類產生之震波所反應之波長大小;影像深淺則表示該訊號的能 量強度。綜合波長大小與能量強度的觀點，更清楚顯示自由落槌所產 生之波長大於其餘兩種的震源；其低頻之訊號能量也遠遠高於大鐵鎚 與彈力加速度器，相對上，自由落鎚之深層解析度優於本次試驗之他 種震源。

4.1.2 墊片對頻譜之影響

根據 4.1.1 節的研究成果，能量大的震波可以提高低頻的解析

度，在此節將針對不同墊片對於震波頻譜是否有不同的影響進行了 解。

根據測線一於博愛校區瀝青鋪面施測資料，如表 3.1，選擇鎚頭 12 磅重大鐵鎚(BH)做為施測震源，敲擊 Rb1(1cm 厚橡皮墊)與 Ip(鐵 板)作為墊片、傳統插入式受波器收錄之震波資料，了解低頻訊號受 不同墊片的影響為何。

圖 4.6 未經能量正規化之大鐵鎚敲擊鐵板所產生沿震源-受波器 測線展距方向之能量頻譜，測線展距 16m~60m、訊號頻率範圍分布 在 20Hz~80Hz;圖 4.6 為大鐵鎚敲擊 30 公分見方一公分厚之橡皮墊 (Rb1)所產生沿震波-受波器測線展距方向之能量頻譜，測線展距 5m~60m、訊號頻率分布在 10Hz~75Hz。圖 4.6 左圖因第一條測線原 始資料遺漏，所以在測線展距上和圖 4.6 右側圖不一致。無法比對第 一條測線訊號之頻率範圍，但整體的頻率趨勢差異不大。

圖 4.7 顯示未經正規化之彈力加速度器敲擊鐵板所產生沿震源-受波器測線展距方向之能量頻譜，測線展距 16m~65m，訊號頻率分 布在 20Hz~70Hz 的範圍;圖 4.7 顯示彈力加速度器敲擊橡皮墊所產生 沿震源-受波器測線展距方向之能量頻譜，測線展距 16m~65m，訊號 頻率分布在 20Hz~70Hz 間，兩著差異在於，彈力加速度器落鎚敲擊 橡皮墊的能量頻譜，在測線展距 16m~27m 有多個區域的能量集中區 塊，研判是因為現地施做時，落鎚敲擊橡皮墊、落鎚重覆敲擊所致。

圖 4.8 顯示未經正規化之自由落鎚敲擊鐵板所產生沿震源-受波

器測線展距方向之能量頻譜，測線展距 38m~93m，訊號分佈在

器測線展距方向之能量頻譜，測線展距 38m~93m，訊號分佈在