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東部地震研究資料平台及地震前兆觀測實驗園區

建置計畫期末報告Ⅱ

張文彥

國立東華大學自然資源與環境學系

呂佩玲 江嘉豪 邱俊達

中央氣象局地震測報中心

摘 要

臺灣位於菲律賓海板塊和歐亞大陸板塊的碰撞帶上，地震活動頻繁， 921

大地震後，臺灣進行多項前兆觀測的研究，各種前兆觀測站已形成完整觀測

網。而東部發生地震的機率又遠比臺灣其他地區高，過去相關研究顯示東部是

進行地震密集觀測及研究的絕佳天然實驗室。

「東部地震研究資料平台及地震前兆觀測實驗園區建置計畫」，可與行政

院防災應用科技方案相關計畫配合，利用東華大學設置的臺灣東部地震研究中

心，建置東部地震及前兆觀測資料的整合平台，將具有其重要性及政策性。

東華大學已於 102 年 9 月正式揭牌成立臺灣東部地震中心及地震前兆觀測實

驗園區，校園內已有多項地震前兆相關觀測設備，配合氣象局及大專院校於東部

區域設置各項觀測儀器，包括地震儀、GPS、地下水位、流體地球化學、磁力儀、

重力儀、電離層、井下地震儀陣列，除校園內已有多項地震前兆相關觀測設備外，

特別新增井下自然電位觀測、伽瑪輻射儀和土壤二氧化碳、氡氣等觀測項目，落

實整合為臺灣首座集中式地震前兆觀測實驗園區。對於各項前兆觀測的方法可以

做長期有系統的評估及分析，提供地震預測研究最佳的場址及基地。

第二年在多項儀器已經規劃定位後，將以整合各項地震及前兆觀測資料為目

標，統整於東部地震中心，以便研究需求。並對美崙斷層進行 GPS 地表變形密集

觀測，遷建大型天線接收南沙、東沙、澎湖、烏坵和綠島等寬頻地震資料，讓東

部地震中心兼具成為南海地區寬頻測震網的備援資料接收中心。

Taiwan is located on the convergent boundary between the Philippine Sea plate and

Eurasian plate and is as an excellent natural laboratory characterized by rapid active

tectonic rate and high dense seismicity. After Chi-Chi earthquake in 1999, in an effort to

promote earthquake research, the government established numerous observations and

researches. There had been nothing like it before. As is the case with many researches of

earthquake precursors, timing is the key to the success of earthquake prediction.

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In order to beef up observation and monitoring of earthquake precursors, E-TEC

has inaugurated observational experiment for earthquake precursors in NDHU in

September of 2013, including seismicity, GPS, strain-meter, ground water,

geochemistry, gravity, electromagnetic and ionospheric density, gamma radiation and

infrared remote sensing etc. and to collaborate with Central Weather Bureau (CWB),

National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE), National Science

and Technology Center for Disaster Reduction (NCDR), Institute of Earth Science of

Academia Sinica (IES, AS) and the other institutions (NCU, NTU, CCU).

The E-TEC(eastern-Taiwan earthquake research center) will play important role to

promote as local earthquake data center, warning center, Obs. and Res. Center of

earthquake precursors and center of earthquake disaster prevention and education.

In second year, we propose to establish an integrated information platform for

earthquake monitoring and earthquake precursor research. Meanwhile, E-TEC will be

a backup data center to collect earthquake data in South China Sea and provide data

for research on seismotectonic and earthquake early warning.

關鍵詞(keywords)：臺灣東部地震研究中心(E-TEC)、地震前兆(earthquake

precursors)、伽瑪輻射(gamma radiation)、熱紅外遙測(thermal infrared remote sensing)

壹、前 言

臺灣位於菲律賓海板塊和歐亞大陸板塊的碰撞帶上，地震活動頻繁；特別

在花東地區為地震發生次數最高的區域。過去東部並無地震相關的區域中心設

置，此地區又是學術界長期觀測及研究的重要區域。東華大學有鑑於此，於 101

年環境學院下設置「臺灣東部地震研究中心」。

921 大地震後，臺灣進行多項前兆觀測的研究，各種前兆觀測站均已形成

觀測網並獲得許多的觀測資料。2009 年莫拉克颱風對南臺灣造成重大的影響，

國科會對我國科技支援防災體系作了檢討及建議，並於民國 98 年 12 月 17 日

第 3175 次行政院會提出「災害防救應用科技方案」，院會紀錄裁示「防災及

救災一向是政府的重要工作，……，如何因應重大災害特性，加強災防科技落

實應用於實務工作，實乃當務之急。國科會提出的災害防救應用科技方案，並

已獲行政院原則同意執行。隨即 2010 年初海地、智利陸續發生重大災害地震，

國科會再次於行政院會報告我國地震防災工作整合簡報，成立地震防災跨部會

整合機制為優先之重要計畫，並納入「災害防救應用科技方案－全國災害管理

平台」中，目前於方案下相關計畫包括：

1.臺灣地震預警與前兆現象整合研究與潛在防災應用。

2.臺灣電場網建置計畫 。

3.臺灣地震模型 : 臺灣地震風險機率及虛擬地震模擬。

4.臺灣南部地震科學研究中心

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2011 年日本東北大地震，引發海嘯造成重大且複合型的災害，重新喚起民眾

對大地震的恐懼。2012 年 6 月花蓮的群震、12 月 3、5 及 11 日花蓮地區地震造成

的震度可達 4 或 5，均突顯東部發生地震的機率遠比臺灣其他地區高，過去地震或

地質相關研究顯示，臺灣東部是進行地震密集觀測及研究的絕佳天然實驗室。

貳、研究目的

配合中央氣象局規劃執行之「東部地震研究資料平台及地震前兆觀測實驗

園區建置計畫」，可與行政院防災應用科技方案相關計畫配合，利用東華大學設

置的東部地震中心，建置東部地震及前兆觀測資料的整合平台，將具有其重要

性及政策性。

東華大學校園內已有多項地震前兆相關觀測設備，配合氣象局及大專院校於

東部區域設置各項觀測儀器，可落實整合為臺灣地震前兆觀測實驗園區，過去氣

象局亦曾有相關的規劃及評估，以東部地震頻繁的特性，將可透過本計畫落實執

行。東華大學校園廣闊、過去各研究機關及大專院校長期投入的觀測設備，已俱

備地震前兆觀測實驗園區的芻型及條件。建立地震前兆觀測實驗園區為目前世界

上進行地震預測最主要的策略，對於各項前兆觀測的方法可以做長期有系統的評

估及分析，提供地震預測研究最佳的場址及基地。

參、研究方法

過去東部無地震相關的區域中心設置，此地區又是學術界長期研究的重要區

域；國科會、中央氣象局及大學院校曾於 921 地震後，規劃於東部建置「地震前

兆觀測實驗園區」，但因無區域中心的配合，導致計畫無法落實。本次規劃的主要

重點項目包括：「區域地震資料中心」、「地震前兆觀測研究」、「地震預警區域中

心」、「地震防災教育」等。

1.「區域地震資料中心」

中央氣象局於全台設置地震觀測網，其中花東地區所屬觀測站數量統計表

如表一，總計測站數量共 242 站，扣除 RTD 與 Cwb24 觀測站後數量為 200 站；

中央氣象局花東地區所屬測站分布，如圖一。

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表一、中央氣象局花東地區所屬觀測站數量統計表。

觀測站 測站數量

Free Field(自由場強地站) 133

GPS(全球衛星定位系統) 34

S13(短週期地震儀觀測系統) 13

Broadband(寬頻地震儀觀測系統) 10

Building Array(結構觀測陣列) 9

Ground water(地震地下水觀測站) 1

RTD(地震速報系統) 27

Cwb24(24 位元地震觀測站) 15

中央氣象局將共同合作提供觀測資料，建置臺灣東部地震科學研究中心成為

其「區域地震資料中心」並作為研究及防災應用使用。

圖一、中央氣象局花東地區所屬測站分布

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2.「地震前兆觀測研究」

雖然國際間普遍認為地震仍然無法正確預測，但對大地震前可能存在之前

兆現象(圖二)，還是一個非常值得研究的主題。臺灣地區因為地震發生頻率極

高，而且擁有非常高密度的各式現代化的觀測儀器，是全球非常合適進行地震

前兆分析研究的地方。其中特別是臺灣東部之花東地區，若能更有效地整合臺

灣之資源及人力，在下一次大地震來臨前也許有很大機會觀測到更具科學性的

地震前兆現象。

近幾年來，臺灣已進行多項前兆分析研究，目前已有些初步之成果。若能

以這些經驗為基礎，再整合政府相關學術單位(氣象局、中研院及地調所等)與

其他大學(台大、中大及成大等)之人力與資源，於東部建立一個聯合性的觀測

中心，相信會有預期之效果。

臺灣東部地震科學觀測中心針對地震前兆之研究主要觀測項目可包括:

(1) 地震活動時空分佈

(2) 地殼變形監測(GPS、應變儀、水準量測)

(3) 地下水井之水位、溫度及化學成份監測

(4) 大地電阻

(5) 地磁場

(6) 電離層濃度變化

(7) 衛星影像(In SAR 等)

(8) 井下自然電位

(9) 伽瑪輻射

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圖二、國際間地震前兆可能觀測方法示意圖

以雞尾酒療法的概念進行雞尾酒式前兆(Cocktail Precursors)的探討及研究；即

利用多種可能地震前兆，來推估地震發生前可能之時間與位置。 有些單一前兆對

地震發生時間較為敏銳，有些對空間較為有效。故利用多種可能地震前兆，期望

提高地震前兆之可能性（圖三）。

圖三、各種可能地震前兆之時間及規模關係示意圖

3.「地震預警區域中心」

行政院災害防救應用科技方案項下，自 2011 年起於臺灣地震潛勢較高的地

區，例如花蓮、臺東、宜蘭、南投、嘉義、高雄及屏東等地區，約以每年一百部

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的進度於中小學裝置地震預警感應器（圖四）。所建立之地震預警實驗站網以及資

訊平台，希望所獲得的預警資訊，能提供學校作為地震演習教育的素材，幫助學

童建立正確的地震應變觀念與習慣，加強地震應變及地震預警的能力。

圖四、地震預警實驗站網

目前已在花蓮 34 間中小學設置地震預警感應器，臺東 29 中小學也設置，未

來在行政院災害防救應用科技方案項下，此地震實驗站網以及資訊平台，可委由

東部成立之臺灣東部地震科學研究中心執行，並作為花東區域資料及研究中心，

落實區域地震預警防災工作。

4.「地震防災教育」

配合「國家災害防救科技中心」，進行區域地震防災演練及教育，包括從地震

防災工作之落實，學童、教師及家長心理的影響，以及地震防災教育的改善。發

展防災演練教材，養成全民抗震、防震的觀念，並作為未來地震防災工作規劃以

及發展各項應變措施的重要參考。臺灣東部地震科學研究中心並可提供東部學生

實際了解地震監測、研究及學習的基地。

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5.跨單位合作

政府機關：教育部、國科會、中央氣象局及地方政府等。

研究機構：中央研究院地球科學所、臺灣大學地質系、中央大學地球科學院、

中央大學太空遙測研究中心、中正大學地震所等大專院校。

合作聯盟：臺灣地震科學研究中心（TEC，中央研究院）

臺灣南部地震科學研究中心（S-TEC，中正大學）

臺灣東部地震科學研究中心（E-TEC，東華大學）

肆、研究成果

目前依「臺灣東部地震研究中心」規劃架構如圖五，考量現有人力，現階段

結合相關研究機構合作共同建置，以形成東部地震及前兆觀測研究資料平台，提

供地震研究的東部基地為目標，並依主要功能逐步完成各組的建置。

圖五、「臺灣東部地震研究中心」架構圖

1.「區域地震資料中心」

目前環境學院配合中心已完成硬體配置，並由氣象局協助地震資料的即時傳

送，規劃資料的儲存及動態展示，以提供地震觀測研究資料庫，現有硬體設備簡

述如下：

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資料接收主機

接收氣象局資料 接收國家地震工程中心資料

中央處理器 Intel Core i7-3770 Intel Core i5-3570

記憶體 4GB DDR3 1333 8GB DDR3 1333

硬碟機 500G SATA3 256GB SSD + 500G SATA3

繪圖卡/晶片 Intel HD Graphics Intel HD Graphics

資料處理主機：Intel core i7 主機 x1；Intel core i5 主機 x7；Intel core i3 主機 x1

儲存設備

NAS 2000‐ARL08

� 中央處理器：Quad-Core Intel Xeon Processor (8M Cache) 2.40 GHz

� 最大儲存容量可達 16TB(含)以上。

QNAP TS-EC1679U-RP

� 中央處理器：Quad Core Intel® Xeon® E3-1225 v2 Processor 3.2 GHz

� 最大儲存容量可達 40TB(含)以上。

輸出設備

型號 :SONY KDL-55HX750

背光技術 動態側光式 LED 背光 / 全域背光控制

最佳可視範圍 178 度(上下左右)

內建訊號接收器 HD 高畫質數位 + 類比

數位電視訊號相容

480/60i, 480/60p, 720/60p, 1080/60i,

1080/24p (HDMI), 1080/30p (HDMI),

720/30p (HDMI), 720/24p (HDMI), 1080/60p

(HDMI™/Component)

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圖六、臺灣東部地震研究中心接收中央氣象局地震資料測站分布圖

接收氣象局地震測報中心的資料主要以宜蘭、花蓮和臺東為主；包括強地動

觀測站 22 站、寬頻地震觀測站 10 站以及井下地震觀測站 12 站，進行接收及展示，

另也同時接收國家地震工程中心的全省區域地震網資料 29 站。

資料傳輸流程如圖七；地震儀接收資料後，用 TCP/IP 和 UTP 傳輸協定的方式，

將封包傳送到氣象局和國震中心的伺服器 Earthworm 和 ShowNCREE。再用 Seed

Link(SeisComP)和 UTP 傳輸協定的方式從氣象局和國震中心將封包傳到東華大學

環境學院(E-TEC)的兩台伺服器 Earthworm 和 ShowNCREE。

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圖七、地震資料傳輸流程圖

地震波資料庫查詢軟體－GeoSignal

東部地震研究中心同時接收中央氣象局與國震中心的地震測站資料，而中央

氣象局地震測站資料接收系統為 Windows，國震中心的則是 Linux，且兩者的地震

波展示軟體不同，在查詢時極為不便。另外由於測站接收電腦的硬碟容量限制，

以及為了資料的統一管理，地震波資料往在一段時間之後便統一上傳至地震中心

的資料庫伺服器，因此委託臺北的逸奇科技公司開發一套能兼容中央氣象局與國

震中心二者不同地震資料的軟體－GeoSignal。藉由定期更新中央氣象局的地震目

錄，該軟體能夠展示不同地震事件時，中心所接收測站的各個地震波形資訊。

GeoSignal 可分為四個部分，程式的左半邊為測站分布地圖及地震與測站資料篩選

視窗。測站依其不同性質又分別以不同顏色顯示，紅色表接收中之中央氣象局的

地震測站，藍色為國震中心的測站，黑色則為未接收的中央氣象局測站。如圖五

示。程式的使用則分為兩個步驟，首先是地震事件篩選與顯示，在地震資料查詢

視窗的地震事件標籤頁中，輸入欲查詢的地震事件之時間與地震規模範圍之後，

便可於右上的地震目錄視窗得到一系列合乎篩選條件的地震事件。

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圖八、地震事件篩選畫面。透過地圖中地震資料查詢視窗的地震事件標籤頁中的

地震起訖時間與地震規模的篩選，合於篩選條件之地震事件即顯示在程式的右上

方。

在地震目錄視窗顯示地震事件後，點選欲查詢的地震事件，該地震事件位置

即以黃色星顯示於地圖上，鄰近的地震測站也會改以綠色顯示。如圖六。將地震

資料查詢視窗中的地震儀標籤頁中的資訊調整之後，再點選欲查詢的地震測站，

則該測站地震儀的地震波形即顯示於程式的右半部中間，而該地震波形對應的時

頻圖也會顯示於程式的右下。

圖九、地震波資料展示畫面。在左邊地震資料查詢視窗的地震儀標籤頁中輸入地

震測站資訊後點選該測站，即可顯示該測站的地震波資料。右圖中為地震波形，

右圖下則是該地震波形的時頻圖。

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而下圖為運用氣象局資料，分析 2014 年 5 月 21 日至 2014 年 10 月 31 日鳳林

地震主震及其餘震分布

圖十、鳳林地震主震前、後震央分布(2014/5/21-10/31)

上圖右側為標示研究地區之臺灣相對位置縮圖、圖例、及地形高程

下圖為上圖之 AA'剖面（地下震源分布），LVF 為花東縱谷斷層

黃色圓圈為 2007-2012 歷史地震事件（引用自中央氣象局）

灰色星星為 20131031 瑞穗地震震央（CWB 定位）

綠色星星為 20140521 鳳林地震震央（E-TEC 定位）

橘色星星為 20140521 鳳林地震震央（USGS 定位）

紅色星星為 20140521 鳳林地震震央（CWB 定位）

藍色方形與三角形為地震測站

紅色線段為斷層帶（花東縱谷斷層）

綠色圓圈為自 20140521-20141031 鳳林地震餘震事件

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2.「地震前兆觀測研究」

過去氣象局曾進行「臺灣地區地震預測實驗園區之規劃與評估」，蒐集與彙整

臺灣地區有關地震預測之研究，包括有地震學之地震前兆研究、活動斷層古地震

研究、地殼變形研究、重力與地磁之地震前兆研究、電磁之地震前兆研究、地震

地下水化學研究及地震地下水位研究等七大類。目前除地震與 GPS 已有完整的高

密度觀測網，目前東華大學校園籌設共站的地震前兆觀測設備，除原有的 GPS、

電離層觀測站、磁力儀外，台大地質系執行中央地質調查所計畫，增設土壤二氧

化碳及氡氣觀測站，中研院地科所也於園區內擺設 G-phone 重力儀進行測試，近

期中央大學地科系將於園區內設置井下自然電位場的永久觀測站。

圖十一、地震前兆觀測驗園區前兆儀器配置圖

臺灣東部尚包括花蓮氣象局水位站，成功大學於安通溫泉的流體化學觀測

站，以及中研院於光復設置的三分量磁力儀，在東部地區已逐漸成為臺灣地震前

兆觀測最多元的實驗觀測場。

以下就這一整年來中心前兆研究成果之展示，包含了 A.寬頻測震網東華大學

中心接收站、B.非火山微震訊號、C.伽瑪輻射儀、D.熱紅外遙測及 E.GPS 連續觀測

站。

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A. 寬頻測震網東華大學中心接收站

科技部為提昇我國在西太平洋及東南亞地區的地球科學研究實力，完整瞭解

西太平洋及東南亞海陸空（暨大氣、海洋、地物、地質）的環境，提升區域天然

災害預警或應變能力，加強與東南亞國家間之學術交流，正積極推動多項『東南

亞地球系統探索』主題計畫(ISEE)。未來十年除了將結合東南亞國家共同深入探討

整個區域的長程地體構造演化之外，更希望能進一步以區域地震及地震相關災害

為主題，協助此區域中之國家，研究斷層與地震之時空關聯性，並建立地震防災

之觀念。

網路架構說明

有鑒於 VSAT 之有效優勢，中央研究院地球科學研究所(ASIES)提出以 VSAT

通訊設備即時建立遙測寬頻地震監控網路，規劃設置二部中心站，第一部寬頻測

震網中心站設置在中央研究院地球科學研究所(ASIES)，目前第二部寬頻測震網接

收站配備最先進的寬頻數位轉換器、通訊設備與資料擷取軟體以監控六座地震遙

測站，因應國立東華大學成立「臺灣東部地震研究中心」，已遷至國立東華大學並

獲 NCC 核准通訊許可開始運作，以期將各式地震資料做更完善的整合，發展南海

地震及海嘯預警的基地。

圖十二、寬頻測震網東華大學中心站即時地震波型資料

近年由於寬頻帶地震觀測技術的迅速發展，全球主要地震研究單位均積極於

世界各地佈建永久或流動式之寬頻地震觀測站，預計全球地震觀測網的密度將進

一步增加，而測站之分布將更加均勻與合理。在臺灣離島或幅員廣大的南中國海

及東南亞地區能廣泛應用衛星傳輸的即時資料傳輸系統，將大大提高其空間分辨

率，觀測系統的整體性能將獲得明顯的改善，從而大幅改善本地區的地殼構造成

像品質。

249

B.非火山微震訊號

臺灣位於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊的聚合交界地帶，斷層構造非常複

雜，尤其是全長超過 150 公里，位於臺灣東部地區的花東縱谷斷層(Longitudinal

Valley Fault) 。而透過非火山微震訊號(Non-Volcanic Tremor)的觀測與分析不僅有

助於我們了解其發生所需要的條件，也可以幫助我們對於深部的斷層活動及相關

的物理性質有更進一步的認識。非火山微震是一種振幅較小且持續時間較長的訊

號，但並不具有明顯體波(body wave)波相，通常發生於隱沒帶(subduction zone)的

板塊邊界附近。本研究藉由佈置於臺灣地區的臺灣寬頻地震網（Broadband Array in

Taiwan for Seismology）及中央氣象局地震觀測網（Central Weather Bureau Seismic

Network）之地震站，利用其所記錄之地震資料來探討縱谷斷層地區之非火山微震

訊號，經由帶通濾波(band-pass filter)2-8HZ的表面波(surface wave)波形之後，以人

工肉眼方式觀察。

本研究使用 HYPO71 震源定位程式(Lee and Lahr, 1972) ，定位的過程中，程

式根據給定的測站經緯度資訊、ㄧ維速度構造(velocity structure)模型(中央氣象

局)(圖)，以及 P 波和 S 波的初達時間，計算其在測站網之間的相對走時差，便可

得到震源與各測站之間的相對距離，並將實際觀測走時的結果與理論走時進行比

對，逐步調整假定之震源位置與發震時間，當各調整向量(adjustment vector)如方均

根（Root Mean Square）震源徑向誤差與震源深度誤差達到最小值，即得出非火山

微震之震央位置、震源深度、發震時間、與各測站間之震源距離等基本參數(圖十

三)。

圖十三、本研究使用的一維速度構造模型圖

250

圖十四、各測站理論與實際到時計算出最佳震源位置

(a)橘色方形與三角形代表用來定位的測站，綠色星號則表示由 2005 年 Nias 地震

觸發的非火山微震定位出的最佳震央位置，在方均根(RMS)最小值處。(b)由理論

和實際的走時差得出方均根最小處的深度為 14 公里，綠色線段則表示誤差範圍±6

公里(Chao et al., 2012)

251

定位原理

假設發震時間為 t，震源位置(X,Y,Z)，第 i 個測站位置的座標是(Xi,Yi,Zi)，

ti 為理論到時，Ti 是第 i 個測站的實際到時，又設 Ri 為觀測到時與理論到時的時間

差=Ti-ti，當 Ri 很小時，由泰勒展開式(Taylor series)忽略高次項得出:

Ri=dt+ + + +ei (1)

其中 ei 代表第 i 個測站的近似誤差(approximation error)

令 =ai， =bi， =ci

將(1)式移項並兩邊平方可得

ei2=(Ri-dt-aidx-bidy-cidz)

2

(2)

假設總共有 n 個測站接收到地震訊號，則利用最小平方法（least square method）

可以求得(2)式之最佳解，即 => min

也就是 =f(Ɛ)= 2 => min

(3)

其中(Ɛ)=(x, y, z, t)四個變數，而 為獲取極值的必要條件

分別對(3)式中 dx、dy、dz、dt 的偏微分可得

+ + + =

+ + + =

+ + + =

+ + + =

將 4 個方程式化為矩陣形式便可求出 4 個未知數的解，再將震源座標和發震時間

修正為(x+dt,y+dy,z+dz,t+dt)，代入計算，經過多次迭代(iteration)，直到符合

≦0.05 公里及 dt≦0.1 秒之設定條件，即可定出誤差值較小的震

源位置與發震時間。

252

資料來源篩選

本研究選用佈置於縱谷斷層附近的5個臺灣寬頻地震網(Broadband Array in Taiwan

for Seismology）之測站: NACB、VWDT、HGSD、YULB、TWGB，及5個中央氣

象局地震觀測網（Central Weather Bureau Seismic Network）之測站: ENLB、ESLB、

FULB、ELDB、CHKB(圖十五)，並利用美國地質調查局(United States Geological

Survey)地震目錄，搜尋2005年01月01日至2014年11月31日，符合觸發非火山微震

條件的大規模遠地地震：震矩規模≧7.5，震央距離富里(FULB)測站>1000公里，

震源深度

253

資料處理流程

利用地震分析程式(Seismic Analysis Code)，擷取這些的遠震事件發生後

0-3600 秒之波形資料，為了能更清楚觀察微震訊號，再進一步放大至表面波通過

的時間段，經由帶通濾波 2-8HZ後，以人工肉眼方式觀察，設定篩選門檻為至少有

5 個以上的測站有收到非火山微震訊號。

為避免波形受到干擾而導致誤判，利用 USGS 地震目錄及中央氣象局地球物

理資料管理系統(Geophysical Database Management System)，搜尋遠震發震時間一

小時內是否有規模 5.0 以上餘震(aftershocks)，或任何局發地震(local earthquake)產

生，並使用 TauP 程式，套用 iasp91 速度構造模型，計算遠震到富里(FULB)測站

的 S 波理論走時。

由於表面波的質點運動方式有兩種，在波前進方向的鉛錘面上運動之表面

波，稱為雷利波，其質點運動包含徑向及垂直向，形成倒橢圓的滾動方式，而垂

直波前進方向水平運動的表面波，則稱為洛夫波，其質點運動為橫向。利用富里

(FULB)站資訊及遠震震源參數，計算其方位角(azimuth)和入射角，並將地震紀錄

旋轉至大圓方向(Great Circle Path)，以分離徑向(radial)分量和切向(transverse)分

量，才能進一步分析觸發微震的表面波類型。

使用HYPO71震源定位程式，撿拾(picking)出經包絡線函數(envelope function)

處理並平滑化(smooth)後之微震波形振幅頂峰，設定為 S 波到時，而忽絡 P 波到時，

不過在某些事件中，由於接收到微震訊號的測站不足，導致程式無法進行計算，

依然會給予 P 波不同比例的權重。 根據前人研究，非火山微震深度分布約在 15-35

公里之間，因此在此假設定位深度為 25 公里。

本研究將整段訊號視為由同一震源所發出，因此將各波包分別做定位後，進

行算數平均（arithmetic mean），再計算得出之震源到各測站的距離，由快到慢排

列，若可以看到接收到波包的時間有很明顯的線性趨勢(圖十六)，代表求得的結果

即是非火山微震震源位置，若排列非線性則表示訊號必須重新定位，反覆嘗試直

到有一趨勢為止。

254

圖十六、經包絡線函數處理後的微震訊號並依震央距排列，由圖可以看出波包有

一個很明顯的線性趨勢。(Peng et al., 2008)

255

結果與討論

2005-2014 年間符合觸發微震條件的遠震一共有 41 個，經過帶通濾波後以

人工肉眼方式搜尋，根據初步結果判定，有 8 筆事件在本研究區域中觀察到非火

山微震訊號(圖十七)，不過其中 2005/3/28-Nisa、2007-Sumatra 與 2011-Tohoku，已

於前人研究中，在中央山脈南段區域中觀察到微震訊號，且利用臺灣包含東部測

站在內的 25 個寬頻地震站進行定位，其震央位於潮州-梨山斷層上(Chao et al.,

2012)，因此本研究不針對這三筆事件進行討論。

圖十七、觸發非火山微震其遠震震央與縱谷斷層相對位置圖

右上角色階表示震源深度，紅框則代表縱谷斷層，海灘球代表地震的震源機

制解(focal mechanism solution)。

資料來源: Global CMT Catalog

2006/11/15 規模 8.3，位於勘察加半島與北海道之間的千島群島 (Kuril

Islands)：震央距為 3860.87 公里，反方位角 39.73 度。

256

圖十八、2006-Kuril Islands 濾波後的波形

X 軸代表遠震發生後所經過的時間，Y 軸代表振幅，圖片右方顯示測站名稱、

分量及地震起始時間，最下方的圖則為 FULB 測站徑向與切向未經濾波的波形。

分別選擇各事件 3 個分量當中比較清晰的來做呈現。(圖十八，二十一，二十六，

三十，三十四)

圖十九、2006-Kuril Islands 包絡線函數處理後的波形

紅色虛線表示用來定位之振幅頂峰，設定為 S 波到時。(圖十九，二十三，二

十七，三十一，三十五)

257

圖二十、2006-Kuril Islands 在花東縱谷觸發之非火山微震震央

黃色圓點為 2008-2011 年的自發性微震目錄(莊育菱提供)，紅色線段為縱谷斷

層，黑色箭頭表示遠震的入射角，較小的星星代表不同波包定位的結果，大星號

則為算數平均後所得出的震央位置，左上角小圖為遠震與縱谷中觸發微震之相對

位置。(圖二十，二十四，二十八，三十二，三十六)

258

圖二十一、A-A’剖面

背景的黑色小點為 2000-2010 年的全臺灣的地震目錄。(吳逸民提供) (圖二十，二

十四，二十八，三十二，三十六)

259

2007/01/21 規模 7.5，位於太平洋西邊的馬魯古海(Molucca Sea)：震央距為

2515.42 公里，反方位角 166.78 度。

圖二十二、2007-Molucca Sea 濾波後的波形

圖二十三、2007-Molucca Sea 包絡線函數處理後的波形

260

圖二十四、2007-Molucca Sea 在花東縱谷觸發之非火山微震震央

圖二十五、B-B’剖面

261

2009/01/03 規模 7.7，位於印度尼西亞東邊的巴布亞省(Papua)：震央距為

2910.20 公里，反方位角 152.89 度。

圖二十六、2009- Papua 濾波後的波形

圖二十七、2009- Papua 包絡線函數處理後的波形

262

圖二十八、2009- Papua 在花東縱谷觸發之非火山微震震央

圖二十九、C-C’剖面

263

2009/08/10 規模 7.5，位於印度洋北方的安達曼群島(Andaman Islands)：震央

距為 3151.61 公里，反方位角 256.33 度。

圖三十、2009-Andaman Islands 濾波後的波形

圖三十一、2009-Andaman Islands 包絡線函數處理後的波形

264

圖三十二、2009-Andaman Islands 在花東縱谷觸發之非火山微震震央

圖三十三、D-D’剖面

265

2014/04/12 規模 7.6，位於澳大利亞東北方的索羅門群島(Solomon Islands)：距

離震央距為 5889.37 公里，反方位角 126.33 度。

圖三十四、2014-Solomon 濾波後的波形

圖三十五、2014-Solomon 包絡線函數處理後的波形

266

圖三十六、2014-Solomon 在花東縱谷觸發之非火山微震震央

圖三十七、E-E’剖面

267

小結與未來目標

1.檢測 2005-2014 年間在縱谷斷層中觸發微震訊號遠震一共有 5 個，大多集中

於花蓮南段區域，靠近玉里斷層與池上斷層(圖三十八)。

2. 由 A-A’剖面至 E-E’剖面圖可得知，微震震源主要分佈於一般地震帶下方。

3.被遠震所觸發的非火山微震震央與自發性微震位置非常接近，推測兩者間

存在著一定的關連，玉里和池上斷層深部擁有何種特性為本研究欲進一步探討之

問題。

圖三十八、花東縱谷斷層之觸發非火山微震震央

268

C.伽瑪輻射(gamma radiation)儀

中央研究院已完成東華大學伽瑪輻射(gamma radiation)儀的設置，為目前臺灣

東部唯一的設置點。近年來有關伽瑪輻射(gamma radiation)、與地震前兆的關係亦

有不少科學文章探討，主要是岩石受應力氡元素的伽瑪衰減。地震前兆的複雜及

多元性，適合在多地震的臺灣東部進行地震前兆觀測實驗。

圖三十九、 東華大學伽瑪輻射(gamma radiation)儀(2014/11/03-11/07)觀測資料

目前伽瑪輻射(gamma radiation)儀因設置時間不長，未來累積相當資料量後，

期望可以觀察到東部地區其變化量與地震前兆的關係。

D.熱紅外遙測(thermal infrared remote sensing)

利用熱紅外遙測來觀測地表溫度熱點以感測溫度的變化，根據其他學者

(Freund, 2003; Scholz et al., 1973; Tronin et al., 2004; Carpinteri et al.,

2010) 所提出之理論，在地表受到強烈的破壞之前 (例如地震)，地表的岩石會釋

放出一些異常的瓦斯 (gases) 以及水汽 (vapors) 量。這些異常量連結多變之電

磁場後，會在岩石圈 (lithosphere) 到 大氣層 (atmosphere) 中產生出化學上

(chemical) 以及物理上 (physical) 之熱量反應變化。因此透過此熱量變化以及

現有的地震分布資料，或多或少可作為震前預警指標。過去已有不少國外學者探

討利用熱紅外光波段來進行地震前兆之研究； 例如 Tronin et al., 1999 and 2000;

Qiang et al., 1998 and 1999; Liu et al., 2005; Zhang et al., 2011; Xie et

al., 2013; Piroddi et al., 2012; Wu et al., 2012。

269

有鑑於空間解析度的限制性，故採用空間解析度較高之衛星熱紅外光影像：

MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiomete)，其熱紅外光影像之

空間解析度為 1km。由於需要計算歷年來之每日平均 LST 溫度，因此資料收集部

分需費時大量之時間。此次報告先行以 2013 年 3 月 27 日之 Mw6.2 之南投地震為

實驗。針對此次地震收集了地震前約一個月 LST之資料 (2013年 2月 28日至 2013

年 3 月 27 日)。此次實驗先行計算南投及周圍地區之月平均之 LST 溫度(LSTavg)

以及月標準差之 LST溫度(LSTstd)，以做統計分析上之基準。計算該地區之熱異常

分布之判斷式則如下：

If LSTday – (LSTavg + LSTstd) > 0

then thermal anomalies

圖四十(a)為 2013 年 2 月 28 日之熱異常分布圖。由於雲層遮蔽之影響，因此

此日之資料點較為稀少，但依然可看到主震震央附近的區域多呈現藍色系，顯示

此時尚未有或是極少量熱異常的訊號發生。由於氣候、雲層遮蔽之影響，因此 2

月 28日之後至 3月 9 日前之時間內，該區域並無資料可用。圖四十(b)為 2013年

3月 9日之熱異常分布圖。此圖顯示主震震央附近區域出現了熱異常訊號，相較於

LSTavg，此日 LST約高出 3℃至 4℃。而到了 2013 年 3月 11日(圖四十(c))及 3月

13 日(圖四十(d))時，熱異常訊號則漸漸的減少。直到 2013 年 3 月 16 日(圖四十

(e))至 3月 23日(圖四十(f))，主震震央周圍區域之熱異常訊號則於主震(2013年

3月 27日)發生前消失。此現象正符合其他學者研究之現象，強震前熱異常訊號會

漸漸增溫至一高峰，其後則進入主震震前寧靜期。

本次報告先以 2013 年 3月 27日之 Mw6.2南投地震為地震前兆之實驗。其使用

資料為該主震前一個月份之 MODIS LST 資料。經過統計分析及運算後發現，於當

年 3 月 9 日時，主震震央周圍區域有明顯之熱異常訊號，其異常溫度高於一個標

準差約 3℃至 4℃。熱異常訊號接著則符合其他學者之研究發現，增溫至一定高峰

後，熱異常訊號則在主震發生前逐漸消失。此次主震震央正位於山區，山區平均

溫度普遍偏低，因此更能凸顯出疑似地震前兆之熱異常訊號。

本次初步實驗顯示，衛星之熱紅光波段之研究甚有潛力用以觀測地震前之熱異

常訊號。因此此研究則會繼續進行，目前正嘗試實驗地震芮氏規模大於 5 之地震

事件用相同之方法或是其他可行之方法來觀測主震前之熱異常現象、分布。

270

E. GPS連續觀測站

GPS連續站調查同震變形，利用新設南華國小(ndh2)、太昌國小(ndh3)與化

仁國小(ndh1)與原有氣象局(花蓮 hual、北埔 pepu、鹽寮 yenl、東華大學 ndhu與

銅門 tunm)與測繪中心(壽豐 sofn)GPS連續站，形成之網型基線長大致小於 5km，

利用 MIT Gamit/Globk 與 ITRF08框架(16個 IGS站，分別是 ALIC、COCO、DAEJ、

GUAM、HOB2、IISC、PERT、PIMO、TCMS、TUML、TWTF、SHAO、WUHN、USUD、TSKB、

WTZR為制約)進行地表變位之計算。

圖四十、(a)-(f)為 2013 年 2 月 28 日至 3 月 31 日之南投及周圍地區之熱異常

分布圖。紅色星號為南投地震之主震震央，紅色線條為斷層，綠色圓圈為主

震前三個月之地震分布。底圖為 ASTER GDEM。

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

271

圖四十一、 與工研院合作之小型觀測網與 GPS速度場 (紅色線段為米崙斷層-2000

年活動斷層圖、橙色線段為嶺頂斷層)

圖四十二、E-TEC新設 GPS連續站位置圖

272

將圖四十二中藍框花蓮市米崙斷層週邊放大，發現東華大學壽豐校區南方

壽豐溪流域是地形較低漥區域，反映出一長期下陷之趨勢。其中部分站 2012-2013

年由 Gamit/Globk產生之時間序列資料利用 MIT GGMATLAB重繪時間序列如下圖，

NDH1, NDH2與 NDH時間序列自 2013年 11月開始。

圖四十三、東華大學周邊部分 GPS連續站時間序列(綠線之高程跳動為更換天線高度)

目前除 ndh1, ndh2 與 ndh3只有約 300天資料，其它幾站已完成 2012、 2013

與 2014計算，預計 2014 持續監測計算與分析地表變為之時間序列。同震變形使

用 MIT發展之 track軟體進行計算，預計對地震規模超過 5之附近地震進行同震

變形之研究與斷層之特性調查。其中美崙山與鯉魚山建議新設 GPS連續站。

273

3.「地震預警區域中心」

東華大學為全台首度非單站設置，以陣列(Array)方式設置的學校，主要利用

Palert 簡易小型感測器短距離內資料疊加，提升訊號品質，未來有助進一步提升準

確度，應用於地震預警與防災功能。

圖四十四、Palert 以 Array 方式設置於東華大學相關位置示意圖

另外也配合氣象局的地震速報系統-強震即時警報，可針對臺灣本島地區近岸

10 公里內之中大型有感地震平均約在地震發生後 20～30 秒，可完成初步地震資

訊、各地預估震度與預估到時等資訊，並對外發送，對於距震央 100 公里以外之

地區，將可提供約 10 秒以上之預警時效。

274

圖四十五、氣象局地震速報系統

3. 開展跨機構及國際合作

本計畫於籌設階段，除中央氣象局的支援外，不管觀測、研究、人力甚至行

政上需開展跨機構、跨校合作，才能逐漸步上軌道。地震資料主要是中央氣象局、

國家地震工程研究中心；地震預警台大地質系；前兆觀測則需氣象局及大專院校

的配合；地震防災教育則由臺灣師大協助推展。

目前中心平台也定時連結中央研究院相關網站，作為地震研究、前兆及教育

推廣之用；包括

陳界宏助理研究學者：Geophysical Observation Anomalous Lithosphere;

GOAL(140.109.80.199/goal) 主要查詢

GPS-(GPS 水平、GPS 垂直)

磁場-(磁場每日變化、磁場深度異常、磁場方向異常、磁場每日空間

變化、磁場單日空間變化)

地下水-(地下水水位變化、地下水異常振幅變化)

李憲忠副研究員：

即時地震矩張量逆推系統，RMT (http://rmt.earth.sinica.edu.tw)

http://140.109.80.199/goalhttp://rmt.earth.sinica.edu.tw/

275

Real-time Moment Tensor monitoring system (RMT)監測地震活動的即

時系統。

即時地震線上模擬系統，ROS (http://ros.earth.sinica.edu.tw)

Real-time Online earthquake Simulation system (ROS)

梁文宗副研究技師及陳卉瑄副教授：

地震科學教育平台 http://qcntw.earth.sinica.edu.tw

國際合作為本計畫重要的一環，籌設期間不管兩岸或國際學者專家即造訪中

心並了解「地震觀測實驗園區」。其中來自美國、冰島、義大利及馬來西亞等國之

美國地球物理聯盟(AGU)、國際電機電子工程師學會(IEEE)會士(Fellow)、

JAMSTEC DONET 計畫負責人金田義行教授、Earthquakes Canada, Natural

Resources Canada 高級研究科學家高弘教授、殼牌中國勘探與生產有限公司首席地

球物理學家段樹法博士及中國地震局、陝西省地震局、廈門地震勘測研究中心等

皆曾至中心參訪及討論合作事宜。

圖四十六、國際專家學者訪問中心及地震前兆觀測實驗園區

http://ros.earth.sinica.edu.tw/http://qcntw.earth.sinica.edu.tw/

276

伍、結論及建議

本計畫透過跨部會及相關學術機構，共同合作於國立東華大學建置「臺灣東部地

震研究中心(E-TEC; Eastern Taiwan Earthquake Research Center)」，作為臺灣東部地

震相關研究的整合平台及基地，已舉行揭牌儀式並與中央氣象局簽署合作協議。在中

央氣象局及相關學術單位的支持配合下，「臺灣東部地震研究中心」的資料整合平

台已具規模，特別是地震即時資料，已完成接收氣象局地震測報中心的資料主要

以宜蘭、花蓮和臺東為主；包括強地動觀測站 22 站、寬頻地震觀測站 10 站以及

井下地震觀測站 12 站，進行接收及展示，同時也接收國家地震工程中心的全省區

域地震網資料 29 站。另完成遷建大型天線接收南沙、東沙、澎湖、烏坵和綠島等

寬頻地震資料也已進行資料接收測試，已經可以正式運作，讓東部地震中心兼具

成為南海地區寬頻測震網的備援資料接收中心。

原地震與 GPS 已有完整的高密度觀測網，目前東華大學校園新增共站的地震

前兆觀測設備，除原有的 GPS、電離層觀測站、磁力儀外，台大地質系執行中央

地質調查所計畫，增設土壤二氧化碳及氡氣觀測站，中研院地科所也於園區內擺

設 G-phone 重力儀進行測試，伽瑪輻射(gamma radiation)儀也已設置完成，中央大

學地科系設置井下自然電位場的永久觀測站。但前兆觀測因分屬不同單位設置，

資料的初步分析及異常的認定，仍有待資料整合於平台供學者專家共同研究並了

解。

臺灣東部尚包括花蓮氣象局水位站，成功大學於安通溫泉的流體化學觀測

站，以及中研院於光復設置的三分量磁力儀，在東部地區已成為臺灣地震前兆觀

測最多元的實驗觀測場。未來將持續整合各項地震及前兆觀測資料為目標，建置

整合前兆資料平台，長期評估臺灣東部不同地震前兆的特性指標及提供長期有系

統分析研究的需求。

「臺灣東部地震研究中心」除維持穩定維運外，也逐步建置研發能量，目前

利用中心資料進行包括熱紅外遙測前兆、花東縱谷非火山微震訊號、東部較大地

震餘震分布等研究。

未來應持續強化「臺灣東部地震研究中心」的功能，除作為臺灣地震前兆研

究基地外，同時也應積極開展兩岸及國際合作。

277

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