自製海底地震儀之發展動機與優點

動機 對於台灣海域海底地質、地形、結構及板塊位移加強觀測與研究，以掌握地震及海嘯的成因，針對導致海洋災害發生的機制、規模，及其活動進行監測，探討監控與預測的可行方法，並投入海域近場地震的研究。基於技術深耕的理念，將同時開發海洋監測儀器，以降低長期監測所需之成本，進而完善監測系統之涵蓋面。 自主研發是科學研究在永續發展上的必要途徑，長期來看，除了節省成本之外，大部分支出在新技術之開發和國內工程人才之養成上，在不斷的摸索與努力之下，研發團隊已建立了結合科學議題與工程技術的發展平台，為永續發展打下最重要的基礎。 以我國而言，由於四面環海且位處環太平洋地震帶上，對於海洋地震的觀測已成為研究地球科學學者的重點項目之一。但是長期以來所使用的海底地震儀均仰賴進口，由於造價昂貴（每套造價60萬到數百萬不等），所以數量不多。 一般以地震儀量測型態或功能而言，主要可區分成：長週期地震儀、短週期地震儀、強震儀、寬頻地震儀四種。其中，短週期地震儀在設計上只接收頻率在1 Hz以上的地震波，所以其所收集資訊大多為海底局部或小地震及餘震等資料，其雖有助於了解局部海底地震帶的細微構造，但若要研究海底地震對板塊的影響或遠距離地震，就必須靠寬頻地震儀來補足。 短週期地震儀由於缺乏感震器平衡裝置，容易造成所量測到地震之水平訊號與垂直訊號相互干擾，進而使所收集到的地震訊號處理困難，且因電源供應及儲存裝置限制，佈放期限無法達數月或一年之久。然而寬頻地震儀雖較靈敏，但測點附近有較大之地震發生時則容易使訊號失真。除此之外，由於海底地形及環境的高度不確定性，長期佈放容易增加海底地震儀回收風險[]。因此，依據上述之問題點及海上作業與深海壓力需求，寬頻、低成本、小型化、易回收、能長期置放於海底的地震儀設計將是地球科學研究者最殷切期盼的。因此，若想在有限經費下建立較密集之海底地震長期觀測站，則相關設備之開發已是勢在必行。 時間：20010/10/17～2011/10/17 規模≧2 (輕震)，共9908筆 資料來源: 中央氣象局

為何要自製海底地震儀? 位處板塊交界處的台灣是一個多震帶，陸上測站密度為世界第一， 但是大多數的地震卻多發生在海洋區域，為了了解臺灣完整的板塊構造，海底地震儀之需求與研發更顯重要。 海底地震儀之研發技術並不是需要極高的成本與研發和工業技術，長期倚靠外購儀器並非長久之道，且僅需集合國內之人才與技術即能研發成功。 臺灣位處環太平洋地震帶，不僅國內需求高，其他亞洲的國家也有相同的需求，目前與韓國所簽定的MOU即為最佳的例子，未來成熟的工業技術也可推往國際 目前國內使用的海底地震儀大多從國外購買或是技轉，關鍵元件價錢昂貴。使用時佈放時間長達數個月，若系統回收機制無法正常運作，除了儀器設備的損失外，那長達半年甚至一年所收集之資料的價值更是無從估計。目前自主式OBS技術關鍵在於如何降低系統功耗以延長佈放時間，減少外部(海浪、洋流、氣壓等)干擾，提高回收率等。在佈放策略上，如果可以掌握關鍵技術，降低單位造價，則可以以多單元陣列方式配置提升觀測效能。 自製地震儀 (1)成本可自行控制 (2)維修便利 (3)功能可視情況修改 (4)掌握關鍵研發技術 (5)研發經驗可用於開發其他海洋儀器 長週期寬頻海底地震儀 (1)單價過於高昂 (2)設備維修需送回原廠，耗時不便 (3)功能難以均符合需求 短週期窄頻海底地震儀 (1)電力無法長期量測天然地震 (2)量測低頻頻率範圍不足 (3)無感震器平衡環

功能難以均符合需求 2010/08/14 8:52 depth=98km ml= 4.4 bp0.5~5 (1)海況不佳時，重量太重易使人員在海上作業時發生危險 (2)儀器啟動與操作方式需越便利，簡化海上之作業 (3)感震器擺放位置：感震器直接接觸海床，可獲更佳的資料品質 自製海底地震儀 : 庭園鳥 Yardbird 感震器 2010/08/14 8:52 depth=98km ml= 4.4 bp0.5~5 自製海底地震儀 商用海底地震儀 陸上測站 P S P P S Z Y X

海底地震儀之規格比較 Yard bird OBS (中長週期) MicrOBS (短週期) IES BBOBS (長週期) KUM LOBSTER Sensor Response 20Sec-50Hz Velocity, 100 sec - 8 KHz Hydrophone 4.5-100Hz Velocity, 0-5000 Hz Hydrophone CMG-3T 120sec -50 Hz. Velocity, 30sec - 200Hz DPG CMG-40T 30sec-50Hz Velocity, A/D 20 bit 21 bit 24 bit 24bit Main Storage 32G SD 4Gb PCMCIA 20Gb package Baler 30G Dimensions 220 cm*68cm* 95cm 55cm*55cm*72cm 200cm*150cm*110cm 130cm*72cm*165cm Weight (with anchor) 172kg 64kg 400kg Duration >12 month 18 days Cost(NT) 850,000 1,000,000 4,000,000 3,700,000

主要貢獻與優點 「技術自主」，不僅節省研究成本、刺激國內海洋工程產業發展，也不必再因為機器必須送到國外維護，錯失能夠出海測量的時機。 深植相關海洋探測儀器之建置與研發 設計與整合技術之轉移 未來得進一步提供自製海底地震儀之學界或商業使用的服務