562

震波走時殘差值之空間變異性分析Ⅱ

鍾仁光

健行科技大學通識教育中心

張建興 吳建文 吳芳儒

中央氣象局地震測報中心

摘 要

分析中央氣象局地震觀測網(CWBSN)的地震資料庫 1993~2011 年之 P、S 走

時殘值的時空分布有助於瞭解各別測站的相關特性，以期對地震定位程序有輔助

性的建議。結果顯示，多數測站的平均 P 波走時殘值約在0.5 秒之內，而且 S 波

走時殘值約為 P 波的 2~3 倍左右；高海拔因素以及北港高區地體岩質因素產生之

負殘值平均在0.5 ~ 1.5 秒之間。大多數測站走時殘值在 2006 年前後呈現較大的

變化，這歸因於三維速度構造之引進，大幅度降低了殘值。

Abstract

It is helpful to characterize the real-time seismic stations by analyzing the travel-

time residuals for P- and S-phases picked from the time histories recorded by the CWBSN

during the period of 1993~2011. The P-wave travel-time residuals for most stations are

less than 0.5 sec. About 2~3 times of P-wave residual can be expected for S waves.

Negative residuals in the range of 0.5 ~ 1.5 sec for P wave are commonly observed at

some stations at high altitudes in the mountain range, and those located above the Peikang

High. For most of stations, the residuals were significantly reduced after around 2006 due

to the adoption of 3-D velocity model in the determination procedure.

關鍵詞：走時殘值(travel-time residual)、地震定位(hypocenter location)

壹、計畫目的

對地震活動進行觀測是瞭解地體構造之演變歷程、能量蓄積與釋放方式的必

要手段，然受限於觀測的時間長度，導致部分學理上的驗證依舊存在比較高的不確

定性。因此，每個地震發生位置的掌握若能精準至相當程度，自然能彌補部分因觀

測數據不足所致之偏差。地震定位的演算理論簡易，其結果主要決定於選用的地層

563

速度構造，不過，透過大量觀測資料始能逆推出較可靠且精細的構造模型，意味著

精準且合宜的觀測是最重要的依據。早期作業因受限計算機能力，採用一維速度模

型是最簡易而且具有效率的作法，但為降低整體的定位誤差，採用由地震層析法所

建構之二維或三維速度模型目前已經納入作業系統。

中央氣象局地震資料庫所匯集的定位結果乃基於離線人工作業程序，仔細判

讀 P 波及 S 波到達時間以及標準定位程序所得，雖然累積長達數十年的觀測資料，

但這期間由於儀器設備更新、測站增減、相關人員異動、定位程序演進等多重因素

導致資料庫中每個單一測站走時殘值的一致性需要重新檢視，以釐清部分變異之

成因。臺灣地體構造複雜，震波傳遞經常受到明顯側向不均勻構造之影響而產生複

雜的行為以及特定的現象，可以預期在地震紀錄中的判讀結果與理論預測值可能

造成明顯差異，這部分需要進一步探討原因。因此，判讀人員撿拾 P、S 波到時在

側向構造有明顯變化的區域、或者垂直方向存在強烈反射層面、或者波傳速度有明

顯變化等情況下，由於地震波形易於產生相當程度不同的變化，抑或波相彼此相互

干擾，經常造成辨識困難甚至誤判的現象。本計畫希望透過資料庫數量龐大的走時

殘值資料之統計結果，針對中央氣象局地震觀測網(CWBSN)所屬的七十餘個測站

分別進行相關的分析，以綜合評定各測站的特性，未來可應用於定位程序之修正參

考，提高定位品質。

貳、觀測走時殘值

震源位置的推算必須依據足夠的觀測網測站之震波到達時間資料，因此 P 波

及 S 波撿拾的良莠是決定定位品質的主要因子之一，換句話說，震波走時和震源

位置二者之間的相互依存關係，代表藉由解讀走時殘值(觀測走時理論走時)的大

小與收斂程度，可以了解有關波相撿拾的品質特性。另一個主要因素為，震波走時

與傳遞路徑上地層之物理特性有密切關係，同時也反應測站近地表的土層場址因

子，故而走時殘值的分析亦有助於推測近測站地下地質的概況。中央氣象局即時地

震觀測網自從 1992 年完成 70 個測站的建置與整合後，大幅度增加了到時觀測的

資料量，提升了定位的準確度。根據歷年來的震波到時觀測資料顯示，透過理論地

殼速度模型之定位程序，無論遠域或是地區性地震之震波傳遞均可受到不均勻構

造影響而產生明顯的走時殘值之現象，最甚者可達 4~5 秒左右，其成分來源可能

包含深部構造（例如上部地函）、淺部構造及地表土層的場址因素等（黃柏壽等人，

1996）。因此，若能分析品質優異且足夠數量之 P、S 波走時殘值，便可以由其平均

特性與測站下方淺層之速度與勁度（stiffness）條件之間做出適當的聯結。雖然 2005

年間引進臺灣地區三維速度模型於定位程序中，目前中央氣象局主要仍以一維速

度模型進行例行性地震定位工作，因而各測站觀測之 P、S 波走時之特性仍然有必

要加以分析，做為地震定位時的判斷依據，進而可評估全面採用三維速度模型的可

行性。

考量觀測條件的一致性，即觀測網測站分布與數量未有明顯改變，且地震儀沒

有大幅度更新的觀測期間，本計畫從 CWBSN 地震資料庫中挑選出 1993~2011 年

間所有即時測站之 P、S 波走時殘值進行統計分析。為採用可信度較高的定位結果，

564

並保留未來進行測站間交叉分析的彈性空間，納入分析之地震參數必須是經由至

少 10 個以上測站、而且每個測站均同時有 P 波與 S 波的到時資料定位所得，除此

之外，必須同時滿足以下四項條件：

(1)地震規模：2.5~7.0 (芮氏規模)；

(2)震央距離：0~125 公里；

(3)震源深度：0~40 公里；

(4)定位品質等級：A～C (中央氣象局標準)。

然而，少數測站(例如:KAU、WLC、PNG、WDG、NCU、HSN、TAP、ANP、

NWF等站)歷年來符合篩選條件之地震觀測數量可能因所在地區地震活動度偏低、

設站觀測的期間較短、觀測設備不穩定等種種因素而未達預期的 1000 筆以上，遇

此情況，可初步將規模搜尋範圍擴大為 2.0~7.0 之間，若數量仍不足，再放寬定位

品質等級（即所有等級之地震均納入分析），以取得較充足的統計樣本數。值得特

別注意的是，九二一集集地震在臺灣中部地區所引發的密集且範圍甚廣的餘震活

動曾造成該期間地震定位上之不小干擾，預期某種程度上可能提高波相挑選的不

確定性，甚而錯誤的波相撿拾擴大定位誤差，本計畫為降低此干擾因子之影響，所

有納入分析的資料已排除主震之後 10 天內餘震活動地區內的所有地震。根據以上

搜尋條件所得之觀測值雖然僅佔資料庫所有歷年資料的一部份，不過透過適當分

析應足以反應地層構造的主要特性。至於走時殘值之絕對數值超過 4 秒者亦予以

捨棄，原因是該等觀測數據應該是出於波相誤判，不能反映測站特性，而且數量相

當稀少。

走時殘值定義為觀測走時減去採用一維速度模型（例如中央氣象局之 NVEL

模型）進行地震定位程序所得之理論走時，以秒為單位。一維速度模型最上層之地

表面即設定為海平面高度，因此進行資料分析之前，測站所在位置的海拔高程所造

成的走時增量必須先行扣除，以還原為符合定義的走時殘值。此高程修正是基於各

測站之下高於海平面的地層參數均相同之假設，並採用模型最上層之速度參數（即

Vp=3.48 km/s、Vs=2.01 km/s、Poisson’s ratio=0.25）進行修正，使實際觀測值修正

至海平面高程之觀測值，以利後續分析。舉例來說，阿里山測站（ALS）海拔高度

為 2,413 公尺，因此其 P 波與 S 波到時之高程修正量分別為0.69 秒與1.20 秒。

相反的，對於井下測站（TAP1、TCU、CHY、TAI1、HWA、KAU 以及 HEN 等）

的觀測值則需補足其走時，用以修正之速度參數與前者相同。至於定位過程可能採

用其他速度構造(MVEL 或 EVEL 模型)而獲得更加穩定收斂的結果，資料庫並無

註記，因此一律以上述參數進行修正對於少部分資料會產生微小影響。另外必須強

調的是，定位之後的走時高程修正與定位前各測站先行修正高程所得的走時殘值

必然不同，本研究屬前者之修正，對於修正量特別大(海拔高度較高)的測站可能會

產生失真的現象，在評定該等測站特性時需特別考慮這一點。如果定位結果是採用

三維速度模型者，則走時殘值不需進行高程修正。因此，本計畫對於走時殘值統計

之分析，仍然在不同的基礎上進行比較，其結果必須加以考量此因素。

565

参、分析步驟與結果

為了瞭解 CWBSN 的基本效能與相關特性，本計畫針對此觀測網每一測站之

走時殘值進行時間(1993~2011 年期間)與空間分布上之統計分析，並且將初步分析

之各項結果同時繪製在兩個頁面上，一方面方便比較其間的相關性，一方面可提供

地震工作者即時查閱之參考。分析項目如下：

(1) 時序的變化:針對每個測站，以三個月為一個時間週期，在此期間累計超過

10 筆地震資料者即分別求取當季 P 波及 S 波之平均走時殘值（Rp 及 Rs）

與標準偏差，藉此評估該測站觀測值（撿拾時間）在例行定位程序中的長

時間穩定性。除非特殊地震事件或當地地層環境劇變，測站周圍地區的地

震活動特性不易有劇烈變化，若採用相同或相近的速度模型，當平均走時

殘值或其標準偏差在時序上出現明顯變化時，即可對定位品質進行初步探

討，分析其原因究竟是儀器設備或是人為因素所致。以測站 NSK 為例（圖

一），平均的 Rp 大約為0.10 秒，Rp 的平均標準偏差則為 0.31 秒左右，而

Rs 平均值在 2006 年以前大約是1.05 秒，2006 年之後則為0.34 秒，這充

分顯示三維速度模型引入定位之改進效應使然。排除速度模型的因素，從

其時序上的變動幅度情形和標準偏差看來，NSK 可以歸類為觀測走時相對

穩定的測站，其他如:CHY、CHN5、WTP、TWL、SGS、TWG、TAW、EAS、

ECL、TWY、TWA、TWE、TWC、ENT、ENA、TWD 等也都屬於此類測

站。反之，包括 CHN3、WLC、WDG、PNG、TWQ1、TWM1、TAI1、NCU 、

HSN、ILA、ELD 以及 LAY 等測站則是屬於走時殘值變化較為劇烈、標準

偏差較大者，可能的原因是測站周圍地震活動度較低，相對不足的樣本數

降低了結果的可靠性。另一方面，這些結果的呈現基本上可能也反映出每

個測站特有的場址效應，使得波相的撿拾難易度有所不同，因此影響走時

殘值的穩定性，這個因素也是可能存在的。測站周圍地震活動地帶若在構

造上存在先天上的明顯差異也會降低走時殘值的穩定性，除非依據地體構

造分區進行細部統計分析，否則無法確認其中的影響因素。從整體的時間

序列穩定性結果來看，過去曾屬 TTSN 的測站普遍觀測到相對穩定的走時

殘值。

(2) 路徑的變化:針對每個測站，設測站位置為基準點，以每 30°的方位涵蓋角

度與每 25 公里的震央距離格化所有震央資料，若每一格區裡歷年累計超

過 10 筆地震資料，即分別求取 P 波及 S 波之平均走時殘值與標準偏差，

藉此探討走時殘值的方向變異性以及地層構造的路徑影響。在各方位均有

足夠的分析樣本數的前提下，如果某些測站的結果顯示非常明顯的方向性

或與震央距離的相關性，同時又呈現較小的標準偏差，輔以測站周圍地體

或地表地層構造之解釋，便可確定其獨特的測站特性，對於往後定位程序

之波相撿拾的判斷即產生重要的參考意義，甚至未來可考慮據以導入走時

修正量，降低定位誤差。以測站 NNS 為例（圖二），從 N30°ES30°W 方

566

向至 N45°ES45°W 方向之走時明顯縮短，大致比東南西北方向的平均

走時減少約 0.4 秒(P 波)至 0.8 秒(S 波)左右，而且普遍存在於所有的距離

範圍，尤其以測站往西南方向之走時殘值呈顯著負值，顯示其震波傳遞速

度的方向性與臺灣的地體構造走向有密切關係。另一方面，若以測站 TWG

來看，分析結果顯示近距離（25 公里以內）的震波走時比較不受傳遞方位

不同的影響，但距離愈遠，方位影響即愈明顯，尤以 S 波最顯著。本計畫

所分析的所有測站當中，包括:WHF、SML、NSK、TWT、WDT、EHY、

ELD 以及 TWF1 等測站的結果也呈現類似前二者的型態，只是走時在這兩

個方向上的最大差異彼此有異。不過其共通點是，這些測站均位於中央山

脈地區，測站附近相對單純的速度構造以及不明顯的近地表場址效應都是

可能的因素，使得震波長距離傳遞受制於整體構造走向影響而產生的方向

性更容易凸顯出來。花東地區某些測站的方位變化也說明了菲律賓海板塊

對震波走時的影響。

(3) 速度模型的影響:針對每個測站，本計畫比較了分別利用一維速度模型與

三維速度模型定位之走時殘值的差異。由於前述兩個項目之分析基本上比

較屬於定性結果，強調的是時間與空間上之變化特性，原因在於最初殘值

資料之統計實際上同時包含一維速度模型與 2006 年之後部分混雜了三維

模型的定位結果。為此，若進一步以 2006 年為時間分隔點分別統計前後之

走時殘值可以發現，其間的差異是明顯易見的。幾乎所有測站紀錄於 2006

年後的一維速度構造定位之走時殘值有縮小的現象，同時，以三維模型定

位的走時殘值則如預期般地使絕大部分測站之數據接近零。因此可以合理

地推論，2006 年前、後之定位結果勢必因為操作程式中增加三維速度模型

的選項而有所變化，如果一維定位之殘值太大，就可能轉而以三維定位結

果取代，導致以上所呈現之現象，亦即不理想的一維定位結果所佔比例大

幅減少，對於模型的採用在定位程序中是沒有明確規範的部分。基於探討

速度模型對走時殘值的影響之目的，況且後期定位操作過程不同所造成的

影響程度不易精確評估，故予以忽略上述之疑慮，本計畫僅分別求算全時

期（1993~2011 年）以一維速度模型定位之平均殘值（圖三）、三維速度模

型定位之平均殘值（圖四）與所有速度模型定位之平均殘值（圖五）進行

比較。此處，無論是何種速度模型，所計算之平均殘值均僅採用震央距離

100 公里以內的資料進行統計。在空間的分布型態上，採用一維速度模型

時，震波走時明顯與地質和地形狀況有關，顯著的負殘值多分布在中央山

脈中段區域，大致呈現0.2 ~ 1.0 秒之 P 波殘值以及0.5 ~ 2.0 秒之 S 波

殘值，除了地表風化層厚度較小的因素外，高海拔的地形修正量可能也是

重要的影響因子之一，例如:WHF、YUS、ALS、ELD 和 WDT 等測站。另

外，澎湖地區觀測到的走時殘值也是明顯的負值，這結果肯定是受到玄武

岩地下地質高速波傳效應之影響，而北港高區亦可能在路徑效應中扮演決

定性角色，導致雲林及嘉義沿海地區的 WSF 和 WTC 測站亦觀測到負殘

值，突顯出與其他西部沖積平原測站顯著正殘值的不同特性。相反地，顯

著的正殘值主要分布在臺南、佳里以南延伸至小琉球的區域，以及桃、竹

地區之 HSN、NCU 和 TWS1 等測站，這與臺灣地區場址放大效應最明顯

567

的區域相當吻合（Chung，2013），顯示近地表沖積層是關鍵因素，例如東

北部及東部地區僅有少數測站(HWA、CHK 和 TTN)呈現較大的正殘值即

可說明。整體而言，不論正或負殘值，S 波殘值約莫為 P 波殘值之 2~3 倍。

利用三維速度模型定位程序所得之平均 P、S 波走時殘值分布型態與一維

模型的結果類似，但是絕對數值方面均大幅度減小，例外的是澎湖地區、

臺南和高雄沿海地區、桃園和新竹沿海地區，這些測站 S 波的走時仍然存

在較大的誤差，原因似乎相對複雜，其他數據分析顯示，不論在波相的辨

識度或殘值的離散度方面都是相對不利的，多數也都被評定為 C 級測站。

因此，目前離島測站之結果並不建議做為經驗修正之參考，反觀東北部及

東部地區所有測站的殘值則相對來得更小，可能是三維構造在東臺灣地區

有最好的解析度所帶來的影響。至於測站場址效應最容易顯現在一維模型

的結果，三維模型已經相當程度稀釋了其間的差異，這部分需要利用地表

與井下之殘值結果進行比較始能更有利於估計此效應程度，是未來重要的

課題。各測站以所有速度模型定位之平均 P 波與 S 波殘值以及標準偏差列

於表一。

(4) 走時權重和殘值的關係:針對每個測站，分析其歷時紀錄中之初達波的撿

拾難易度，而 P 波和 S 波之初達波相走時在定位程序中所設定的權重往往

是評估該測站特性的指標之一。然而，權重可以依地震定位人員的主觀認

定而有些許差異，但因均化作用使其影響有限，亦可能在定位過程中做出

權宜性的調整(影響程度依情況不同)，皆迫使其數據降低了參考價值。實

際作業時，如果使用一維速度模型無法使震源位置與發震時間的迴歸結果

收斂，進一步微調少部分測站之觀測走時權重是一種合理且必要的作法。

但若因為多次嘗試失敗，最後決定改採三維速度模型的情況下，建議權重

應該回復為最初的設定值(可於程式中加入 reset 功能鍵)，以儘可能維持

一致的權重鑑別與設定標準。雖然過去的權重可能因某些因素經過調整，

無法百分之百地完全呈現每筆紀錄波相的易讀性(權重數值愈小，波相撿

拾愈容易)，不過從大量累積的數據統計結果仍能看出個別測站的特性，一

如預期地，TTN、NCU、HSN、WTC、WSF、TAI1、SGL、TWM1、CHN3、

WLC、KAU、PNG、WDG 等 13 個測站的平均 P 波走時權重數值約達 2.7

左右、S 波權重數值則達 3.2 左右，遠大於其他測站之平均值大約有 1 左

右的幅度，而且與採用何種速度模型沒有明確關係，顯示這些測站觀測到

的波相確實比較不明確，多數權重數值非 3 即 4，撿拾相對困難，這可能

與測站下的地層相對鬆軟或者破碎之地層構造導致震波進入後產生明顯

的多重反射及頻率變化有關。相反地，TWC、TWD、NWF，NSK、NNS、

TWE、TWB1、WHF、WTP、CHN5、STY、SSD 和 TWG 等測站所記錄到

的不論 P 波或 S 波的易讀性是相對較高的，初達波的波形相對單純易辨，

或者背景雜訊相對偏低，平均 P 波走時權重數值約 1.5、S 波權重數值則為

2.4 左右。整體來說，臺灣東部地區測站紀錄的波相相對起來較容易判別。

進一步篩選出 P 波走時權重數值為 0 和 1(波相波形最容易辨識者)的走時

資料，求取其平均走時殘值，結果顯示測站紀錄的 P 波走時權重數值愈大，

其走時呈現明顯增長之趨勢(圖六)。這種相關性已經排除因為高山地區高

568

程因素以及西南部地區地體岩質因素所造成之負殘值資料，而且多數屬於

震央距離較短的走時特性，顯示測站附近的場址因素控制了波相撿拾的難

易程度。

(5) 走時殘值的比較:分析測站 Rp 和 Rs 兩個走時殘值間的關係可以推論測站

附近的淺部地層特性，歸納其測站參數。本計畫由(RsRp)與 Rs 之關係型

態做為判讀依據（圖七）。由於 P 波和 S 波的走時殘值決定於地層實際之

速度與勁度和理論模型之間的差異，當測站所記錄之大部分 Rp 和 Rs 均為

負值時，代表其附近地層 P 波與 S 波的傳遞速度比理論模型快速，地層勁

度因此偏硬，同時代表其岩層之帕森比（Poisson’s ratio）偏小，測站一般

來說均位於山區或堅硬地盤上。反之，若測站觀測大部分之 Rp 以及 Rs 均

為正值時，即代表波傳速度比理論值慢，地層勁度屬於偏軟（岩層帕森比

偏大），測站多數位於沖積平原或盆地。本計畫對每個測站建立之型態分布

係包含所有不同速度模型之定位結果，若排除三維速度模型所得的走時殘

值資料將可呈現比較真實的分布型態，進而歸納觀測結果與地層特性間合

理之關連性。建立走時殘值分布型態的另一重要功用是可以評估整體地震

定位的品質與穩定度，並可檢視測站紀錄中，波相撿拾之難易度以及正確

性。每個測站的大量走時殘值資料以(RsRp) vs. Rs 之型態分布圖呈現，

即可大致表現出該測站的特性，圖中資料點所在區位之意義說明如下: A 區

代表接近標準地層（帕森比為 0.25）測站之期望值；B 區代表位於鬆軟地

層測站之期望值，離原點愈遠則代表地層速度愈低；C 區則是堅硬地層測

站之期望值；資料若落在 D 區，代表 P 波相撿拾正確，但 S 波相撿拾時間

相對落後，反之若提前撿拾 S 波則會落於 E 區；在 F 區的資料代表有誤認

多重地震之後者的可能性；在 G 區則可能誤認多重地震之前者；正確的 P

波初達波數秒之前的雜訊若被誤認為 P 波相則會落在 H 區；不易辨識之 P

波相(背景雜訊過大或者 P波振幅小且波形尖銳度不足)容易被忽略而使資

料點可能出現在 I 區。因此，出現在 F 和 G 區的資料(尤其超過3 秒以

上者)需要重新檢視是否判讀有誤?至於位於型態分布圖右下角與左上角

兩區塊的資料則是明顯錯誤的走時資料，必須重新由波形紀錄中檢視修正，

因為不可能存在任何地層參數符合這種走時殘值關係。資料點的集中程度

也代表走時資料的穩定性，其中隱含測站特性、地震屬性、波相辨識度以

及操作者的專業度，這些因素都可進一步以篩選特定資料群的方式加以探

討。若將每個測站的平均 Rp 和 Rs 帶入(RsRp) vs. Rs 之關係互做比較(圖

八)，結果顯示 70%左右的測站平均殘值約為0.5 秒之內，高海拔因素以

及北港高區地體岩質因素產生之負殘值平均在0.5 ~ 1.5 秒之間，且 Rs 比

Rp 更明顯偏差。至於平均 S 波殘值大於 0.7 秒的測站約有 10 個左右，其

平均 P 波殘值約為0.2 ~ 0.4 秒，顯示該等測站多數位於鬆軟地層，且初

達 P 波在波形紀錄中的辨識度偏低(參考圖六)。

(6) 測站評等:利用走時殘值和權重的綜合統計數據評定測站品質之等級。本

計畫提出的五項評分準則是以 P 波為主、S 波為輔之精神設計，涵蓋初達

569

波波相之易讀性(identification)、準確性(accuracy)以及穩定性(stability)三

方面。各項準則之評分標準如下表：

Upgraded Downgraded

Identification 𝑃𝑁𝑃0 + 𝑃𝑁𝑃1 ≥ 50% 𝑃𝑁𝑃3 + 𝑃𝑁𝑃4 ≥ 50%

𝑃𝑁𝑆0 + 𝑃𝑁𝑆1 ≥ 25% 𝑃𝑁𝑆3 + 𝑃𝑁𝑆4 ≥ 75%

Accuracy

𝑃𝑁𝑃0 + 𝑃𝑁𝑃1 ≥ 50%

and

|𝑅𝑃0+𝑃1| ≤ 0.2

𝑃𝑁𝑃3 + 𝑃𝑁𝑃4 ≥ 50%

and

|𝑅𝑃3+𝑃4| ≥ 0.4

Stability

𝑃𝑁𝑃0 + 𝑃𝑁𝑃1 ≥ 50%

and

𝑆𝐷𝑃0 ≤ 0.2 or 𝑆𝐷𝑃1 ≤ 0.2

𝑃𝑁𝑃0 + 𝑃𝑁𝑃1 ≥ 50%

and

𝑆𝐷𝑃0 ≥ 0.4 or 𝑆𝐷𝑃1 ≥ 0.4

𝑃𝑁𝑆0 + 𝑃𝑁𝑆1 + 𝑃𝑁𝑆2 ≥ 50%

and

𝑆𝐷𝑆0+𝑆1+𝑆2 ≤ 0.5

𝑃𝑁𝑆3 + 𝑃𝑁𝑆4 ≥ 50%

and

𝑆𝐷𝑆3+𝑆4 ≥ 1

PN: 資料數所佔百分比；

𝑅: 平均走時殘值；

SD: 走時殘值的標準偏差。

以上各參數下標的前者(P 或 S)代表波相種類、後者(0~4)代表該波相被設

定之走時權重數值（數字愈小，權重愈大）。基本上，權重大(易讀性高)的

資料數佔比至少要達到 50%以上才有升級的條件，而降級的必要條件也是

依照類似的思維設定。至於有關準確性和穩定性的評估，平均走時殘值以

及其標準偏差所設定之門檻係參考所有測站紀錄資料的經驗值，加上合理

且簡單的倍數關係考量，並無特別的理論計算基礎。首先，每個測站的預

設值定為 5 分，若符合評分準則的任一升級條件即扣減 1 分，反之，符合

降級條件者則增加 1 分，最後依照所得總分級距歸納為三類:優良的 A 級

測站(1~3 分)、一般的 B 級測站(4~6 分)和劣等的 C 級測站(7~9 分)。經

此程序評定的測站品質等級結果如圖九所示(同時亦列於表一)，其中列為

A 級測站的有:NWF、NSK、ENT、NNS、TWC、ENA、EHC、TWD、TYC、

CHN5、WTP、SSD、SCZ、EAS、ECL、TWF1 和 TWG 等測站；品質較

差的測站則包括:NCU、HSN、WTC、CHN3、TWM1、SGL、KAU、WLC

和 PNG 等測站。17 個 A 級測站大致分布在東北部以及東南部地區，與測

站場址條件以及鄰近地體地質狀況相對良好有關，加上位於高度地震活動

570

地帶，近震資料之數量佔比相對較高也是重要的因素。而 C 級測站則多分

布在西部沿海地區，一般而言，多數處於地震活動度較低的區域，觀測的

波相多來自較遠的地區，加以場址下的厚沖積層條件使然。幾個位於中央

山脈地區的測站，如:WHF、SML、ALS、STY、ELD 等，因為海拔高度修

正量較大，因此擴大了走時殘值，導致降低準確度，如果忽略這個定位程

序上的選擇性參數，這些測站則可歸屬 A 級測站之列。即時觀測網各測站

經此標準分級後，未來可應用於定位程序之修正參考，提高定位品質。

肆、結論

中央氣象局地震監測網 70 個即時測站於 1993~2011 年間所觀測到之 P、S 波

走時殘值各自呈現了時序上的變化與彼此空間上的差異，本計畫透過(RsRp)vs.

Rs 的分布型態做為解讀測站特性的便利工具，可用以評估整體地震定位的品質與

穩定度，並可判斷波相撿拾之難易度以及正確性，提供地震工作者參考。首先，大

多數測站走時殘值在 2006 年前後呈現較大的變化，顯示更細緻的速度模型導致 Rp

和 Rs 均呈現縮小的趨勢。其次，部分位於中央山脈山區的測站所紀錄之走時殘值

明顯反應出震波於接近南北走向以較高速度傳遞的現象，因而可推論與地形和地

體構造環境極有關聯。而品質等級較差的測站多數位於西部與南部地區沖積層環

境，導致非常大的走時正殘值，並且其初達波相較不易辨識，這情形在山區、北部

和東部地區的測站較不易出現。整體結果顯示，70%左右的測站平均 P 波走時殘值

約在0.5 秒之內，高海拔因素以及北港高區地體岩質因素產生之負殘值平均在0.5

~ 1.5 秒之間，而且 S 波走時殘值更形擴大為 2~3 倍左右。最後，本計畫將每個測

站分析結果繪製在兩個頁面，內容包括:測站之位置、高程、等級等基本資訊、走

時殘值分布型態圖、時序變化圖、距離變化圖、方位變化圖、與鄰近測站平均殘值

之比較圖以及選用地震之震央分布圖，這些資料頁面均附於本研究成果之附件，提

供做為快速參閱之文件。

伍、參考文獻

Chung, J. K. (2013). Peak ground motion predictions with empirical site factors using

Taiwan Strong Motion Network recordings, Earth, Planets and Space, 65, 957-

972.

黃柏壽、陳國誠、張建興（1996），臺灣地區短週期地震站之測站走時殘值分析研

究，中央氣象局地震技術報告彙編，第 14 卷，165-186 頁。

571

表一、CWBSN 各測站平均 P 波和 S 波走時殘值

站 碼 站 名 Res_P s.d._P Res_S s.d._S 等 級 資料數 資料區間

TAP 臺北 +0.28 0.63 +0.12 0.67 B 976 1993~2011

HSN 新竹 +0.55 0.80 +0.95 0.96 C 1531 1993~2011

TCU 臺中 +0.32 0.57 +0.33 0.82 B 6150 1993~2011

CHY 嘉義 +0.13 0.44 +0.23 0.54 B 6288 1993~2011

ALS 阿里山 0.45 0.42 0.91 0.74 B 9285 1993~2011

PNG 澎湖 0.73 0.60 1.17 0.92 C 1091 1993~2011

KAU 高雄 +0.26 0.71 +0.83 1.23 C 810 1993~2011

HEN 恆春 +0.19 0.53 +0.21 0.77 B 1861 1993~2011

ILA 宜蘭 +0.07 0.49 +0.19 0.57 B 2485 1993~2011

HWA 花蓮 +0.18 0.37 +0.26 0.60 B 4743 1993~2011

CHK 成功 +0.14 0.56 +0.28 0.85 B 7879 1993~2011

TTN 臺東 +0.21 0.61 +0.59 0.97 B 4321 1993~2011

TAW 大武 0.01 0.37 0.12 0.63 B 3081 1993~2011

LAY 蘭嶼 0.18 0.54 0.25 0.79 B 1974 1993~2011

NCU 中大 +0.45 0.73 +0.77 1.01 C 1454 1993~2011

YUS 玉山 0.70 0.59 1.48 1.13 B 7158 1993~2011

SML 日月潭 0.26 0.37 0.36 0.78 B 9754 1993~2011

NST 獅頭山 +0.10 0.40 0.30 0.61 B 7444 1993~2011

WSF 四湖 0.14 0.56 0.00 0.56 B 3376 1993~2011

WTC 大城 0.22 0.52 0.09 0.55 C 2741 1993~2011

SCL 佳里 +0.05 0.61 +0.67 0.83 B 2372 1993~2011

SGS 甲仙 +0.05 0.38 +0.13 0.61 B 8213 1993~2011

SGL 九如 +0.25 0.62 +0.85 1.12 C 1760 1993~2011

ENA 南澳 0.03 0.27 0.35 0.61 A 10069 1993~2011

572

表一、（續）

站 碼 站 名 Res_P s.d._P Res_S s.d._S 等 級 資料數 資料區間

ESL 西林 0.13 0.41 0.35 0.79 B 6484 1993~2011

ENT 牛鬥 +0.01 0.27 0.33 0.65 A 10575 1993~2011

NSY 三義 +0.31 0.54 +0.37 0.72 B 5032 1993~2011

EHY 紅葉 0.15 0.48 0.42 0.79 B 9619 1993~2011

WNT 南投 +0.22 0.50 +0.36 0.67 B 6341 1993~2011

WGK 古坑 +0.14 0.47 +0.40 0.66 B 4550 1993~2011

WTP 大埔 0.07 0.37 0.07 0.57 A 7562 1993~2011

STY 桃源 0.25 0.34 0.53 0.70 B 10554 1993~2011

EGS 龜山島 +0.07 0.44 +0.04 0.75 B 1551 1993~2011

NSK 三光 0.10 0.31 0.75 0.74 A 9063 1993~2011

SSD 三地門 0.18 0.43 0.47 0.99 A 4402 1993~2011

WHF 合歡山 0.58 0.49 1.25 0.93 B 7231 1993~2011

EHC 和中 +0.04 0.34 +0.07 0.49 A 1500 1993~1999

WDT 丹大 0.62 0.45 1.32 0.93 B 4209 1993~2011

SCZ 春日 0.08 0.41 0.07 0.92 A 2895 1993~2011

ANP 鞍部 0.14 0.70 0.21 1.10 B 280 1993~2000

TAI1 永康 +0.27 0.65 +0.78 1.00 B 1804 1994~2011

TAP1 臺北一 +0.16 0.58 0.02 0.65 B 1507 1993~2011

CHN1 楠栖 +0.04 0.45 +0.16 0.66 B 9188 1993~2011

CHN2 民雄 +0.21 0.48 +0.47 0.65 B 4824 1993~2011

CHN3 新化 +0.35 0.71 +1.13 1.13 C 2457 1993~2011

CHN4 草山 +0.04 0.37 +0.20 0.62 B 6581 1993~2011

CHN5 草嶺 0.19 0.40 0.25 0.66 A 7048 1993~2011

TWA 指南宮 +0.13 0.42 0.15 0.64 B 2498 1994~2011

573

表一、（續）

站 碼 站 名 Res_P s.d._P Res_S s.d._S 等 級 資料數 資料區間

TWB1 三貂角 0.04 0.41 0.42 0.77 B 2519 1993~2011

TWC 蘇澳 +0.01 0.26 0.32 0.59 A 7245 1993~2011

TWD 新城 0.00 0.27 0.26 0.50 A 6852 1993~2011

TWE 內城 +0.08 0.28 0.17 0.59 B 7720 1993~2011

TWF1 玉里 0.19 0.45 0.42 0.71 A 8811 1993~2011

TWG 卑南 0.06 0.41 0.25 0.65 A 6321 1993~2011

TWK1 墾丁 0.08 0.46 0.03 0.75 B 1906 1993~2011

TWL 新營 0.03 0.42 +0.03 0.64 B 8357 1993~2011

TWM1 旗山 +0.31 0.59 +0.68 1.12 C 1843 1993~2011

TWQ1 鯉魚潭 +0.19 0.55 +0.07 0.76 B 6567 1993~2011

TWS1 觀音山 +0.36 0.62 +0.55 0.85 B 1737 1994~2011

TWT 德基 0.22 0.39 0.76 0.82 B 7240 1993~2011

TWY 乾華 +0.13 0.56 +0.09 0.79 B 1156 1994~2011

TYC 魚池 0.04 0.36 0.04 0.80 A 8153 1993~2011

CHN8 義竹 0.03 0.50 +0.46 0.70 B 3499 1994~2011

WDG 東吉 0.67 0.65 1.07 0.93 B 1122 1995~2011

WLC 小琉球 +0.25 0.75 +0.92 1.33 C 1291 1995~2011

NWF 五分山 0.00 0.34 0.37 0.73 A 1160 1997~2011

NNS 南山 0.15 0.34 0.65 0.72 A 9637 1998~2011

ELD 利稻 0.38 0.44 0.75 0.87 B 8401 1998~2011

ECL 嘉蘭 0.16 0.41 0.41 0.75 A 4757 1999~2011

EAS 安朔 0.11 0.34 0.23 0.69 A 3159 1999~2011

574

1992 1996 2000 2004 2008 2012

Year

-2

-1

0

1

2

P-r

esid

ual

(se

c)

1992 1996 2000 2004 2008 2012

Year

-3

-2

-1

0

1

2

3

S-re

sid

ual

(se

c)

NSK3-month Avg.

NSK3-month Avg.

圖一、NSK(三光)測站歷年觀測之三個月平均 P 波(上圖)與 S 波(下圖)走時殘值

和標準偏差之變化圖。

NNS25~50 km P S

NNS50~75 km P S

NNS75~100 km P S

NNS100~125 km P S

圖二、NNS(南山)測站之平均 P 波走時殘值(紅色圓點)和 S 波走時殘值(綠色圓點)

分別在 25~50 公里、50~75 公里、75~100 公里和 100~125 公里之震央距離區

間的方位變化分布圖。粗的圓周線代表走時殘值為零的基準線，此基準線內

的虛線小圓周代表殘值為1 秒、基準線外的虛線大圓周代表殘值為+1 秒、

圓心代表殘值為2 秒、最外圍之圓周代表殘值為+2 秒。

575

圖三、基於一維速度模型定位程序所得之各測站平均 P 波走時殘值(左圖)和 S 波

走時殘值(右圖)。紅色代表正殘值，藍色為負殘值；圓形符號之半徑與殘值

的絕對值呈正比例，單位為秒。

圖四、基於三維速度模型定位程序所得之各測站平均 P 波走時殘值(左圖)和 S 波

走時殘值(右圖)。符號說明同圖三。

120 121 122

22

23

24

25

120 121 122

22

23

24

25

S-res. (1-D model)P-res. (1-D model)

0.67

0.69

-0.15

-0.25

0.15

0.37

0.22-0.35

-0.890.34

-0.07-0.34

0.28-0.26

0.19-0.18

-0.82

-0.73-0.03

0.14

0.25-0.25

-0.61 -1.03

0.04

-0.04 -0.090.06

0.07

-0.310.10

0.470.32

0.39

0.34-0.24

0.34

0.35 -0.14

-0.08

0.40

-0.22

-0.150.0

0.20

-0.07

-0.24

1.03

1.08

-1.01-0.40

0.39

0.06

-0.99

-1.22

-1.900.36

-0.09-0.49

0.44-0.10

0.520.01

0.58

0.28

-0.36-1.19 -2.11

-1.30

-1.150.58 0.22

0.04 -0.110.19 -0.67

0.17

0.861.37

0.93

0.79

1.02-0.55

1.04

1.12

-0.32

0.89

-0.54

-0.14 -0.30-0.12

-0.300.30

0.01

+0.5

-0.5

+1.0

-1.0

0.54

-0.140.26

0.37

0.18

-0.01-0.04

0.120.14

0.12

0.0 0.02

0.22

-0.51

-0.24

-0.23

-0.70 -0.18

0.25

0.01

0.04

-0.04

0.42

-1.07

-0.58

-0.64

-0.61-1.53

0.37

-0.35

0.07

-0.46

-0.44

0.03

-0.47-0.26

0.23

-0.59-0.55

-0.18

0.200.70

-0.21

0.17

(sec) (sec)

120 121 122

22

23

24

25

120 121 122

22

23

24

25

S-res. (3-D model)P-res. (3-D model)

0.01

0.12

0.01

0.06

-0.05

0.03

0.080.0

-0.110.15

0.050.05

-0.010.03

-0.030.05

-0.19

-0.36-0.06

0.07

-0.070.02

0.030.01

0.04

0.02 0.01-0.01

-0.02

0.0-0.11

0.020.08

0.05

-0.05 0.01

0.06

0.06 0.02

-0.02

-0.11

-0.07

-0.04-0.02

0.16

-0.08

-0.06

0.24

0.51

-0.110.03

0.27

0.13

0.01

-0.02

-0.310.20

0.120.10

0.07-0.06

-0.15-0.07

-0.12-0.04

0.11

-0.05 -0.15-0.39

-0.67-0.20 0.12

-0.010.040.06 0.010.0

0.060.44

0.18

0.31

0.33 -0.22

0.32

0.55

-0.09

0.05

-0.19

0.06 -0.11-0.14

-0.16

0.01

-0.09

+0.5

-0.5

+1.0

-1.0

0.01

-0.14-0.07

-0.04

0.04

0.02-0.03

-0.01

-0.05

-0.01

0.03 -0.01

-0.04

-0.07

-0.05

0.02

-0.12-0.04

0.02

-0.03

0.04

0.01

-0.02

-0.02

-0.04

0.04

0.13-0.04

-0.01

-0.09

0.07

-0.09

-0.09

0.06

0.040.01

0.14

-0.19-0.06

-0.08

-0.150.24

-0.21

-0.03

(sec)(sec)

576

圖五、採用所有速度模型定位程序所得之各測站平均 P 波走時殘值(左圖)和 S 波

走時殘值(右圖)。符號說明同圖三。

1 1.5 2 2.5 3 3.5

Average Given Weighting Code for P

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

Av

erag

e R

p f

or

Wei

ghti

ng

Co

des

of

0~

1 (

sec)

TWY

ANP

TAPTAP1

TWS1

TWA

NWFTWB1

EGS

ILA

TWE

ENT

TWC

NCU

HSN

NSKNNS

NST

NSY

TWQ1

TWT

WHF

TCU

SML

TYC

WNT

WDT

WTC

WSF

WGK

YUS

ALS

CHY

CHN1

CHN2 CHN3

CHN4

CHN5

CHN8

PNG

WDG

TWLWTP

STY

SGS

SCL

TAI1

TWM1

SSD

SGLKAU

WLC

SCZ

HEN

TWK1LAY

TAW

EASECL

TWG

TTN

CHK

ELD

TWF1EHY

ESL

HWA

TWD EHC

ENA

圖六、各測站高 P 波走時權重之平均殘值和平均走時權重數值之相關性。虛線為

排除離異度較大的 11 個測站資料後的匹配線性關係。

120 121 122

22

23

24

25

120 121 122

22

23

24

25

S-res. (all data)P-res. (all data)

0.45

0.55

-0.10

-0.15

0.10

0.31

0.19-0.22

-0.580.32

-0.04-0.26

0.22-0.22

0.14-0.14

-0.73

-0.67-0.03

0.13

0.21-0.19

-0.45 -0.70

0.04

-0.03 -0.070.04

0.05

-0.250.050.35

0.27

0.31

0.25 -0.18

0.26

0.25 -0.08

-0.06

0.21

-0.16

-0.11-0.01

0.19

-0.08

-0.18

0.77

0.95

-0.75-0.30

0.37

0.07

-0.65

-0.76

-1.250.33

-0.04-0.36

0.36-0.09

0.400.0

0.47

0.23

-0.25-0.91 -1.48

-1.17

-1.070.46 0.20

0.03 -0.070.16 -0.53

0.13

0.671.13

0.78

0.68

0.85-0.47

0.83

0.92

-0.25

0.59

-0.41

-0.07 -0.23-0.12

-0.250.21

-0.03

+0.5

-0.5

+1.0

-1.0

0.36

-0.140.13

0.28

0.13

0.0-0.04

0.070.07

0.08

0.01 0.01

0.14

-0.38

-0.19

-0.15

-0.62 -0.13

0.18

0.0

0.04

-0.03

0.28

-0.75

-0.42

-0.42

-0.35-1.32

0.26

-0.26

0.07

-0.35

-0.32

0.04

-0.33-0.17

0.19

-0.42-0.37

-0.15

0.120.55

-0.21

0.09

(sec)(sec)

577

-4 -2 0 2 4

Rs (sec)

-4

-2

0

2

4

Rs

Rp

(se

c)Rp

= 0

Evaluation on Travel-Time Residuals

A

B

C

D

E

Serious Error Zone

Serious Error Zone

FG

H

I

圖七、走時殘值分布之說明。Rp 為 P 波相之走時殘值、Rs 為 S 波相之走時殘值。

分布區域說明如下: (A)標準地層測站之期望值、(B)鬆軟地層測站之期望值、

(C)堅硬地層測站之期望值、(D) S 波相撿拾時間延遲、(E) S 波相撿拾時間提

前、(F)多重地震之後者遭誤認、(G)多重地震之前者遭誤認、(H)真實 P 波相

前之雜訊可能遭誤認、(I)不易辨識或遭雜訊干擾之 P 波相可能被忽略。

-2 -1 0 1 2

Rs (sec)

-2

-1

0

1

2

Rs

Rp

(se

c)

TWYANP

TAPTAP1

TWS1

TWA

NWFTWB1

EGS

ILA

TWE

ENTTWC

NCU

HSN

NSK

NNS

NST

NSY

TWQ1

TWT

WHF

TCU

SML

TYC

WNT

WDT

WTCWSF

WGK

YUS

ALS

CHYCHN1

CHN2

CHN3

CHN4

CHN5

CHN8

PNGWDG

TWLWTP

STY

SGS

SCL

TAI1

TWM1

SSD

SGLKAU

WLC

SCZ HENTWK1

LAYTAWEAS

ECLTWG

TTN

CHK

ELD

TWF1EHY

ESL

HWA

TWD

EHC

ENA

Station Travel-Time Residuals

All Data

圖八、各測站定位程序所得之平均 P 波走時殘值和 S 波走時殘值之關係型態圖。

578

圖九、CWBSN 測站等級。優良測站(A 級)標示為紅色；一般測站(B 級)為綠色；

劣等測站(C 級)為黑色。

NSK

NNS

TYC

WTP

CHN5

SSD

SCZ

TWG

ECL

EAS

EHC

ENA

ENT

NWF

TWC

TWD

TWF1

NCU

HSN

WTC

CHN3

PNG

TWM1

KAU

SGL

WLC

NST

NSYTWQ1

TCU

TWT

WHF

SMLWNT

WSFWGK

CHY ALS YUS

TWL

CHN1

CHN2

CHN4CHN8

WDG

TAI1

SCL STY

SGS

HENTWK1

TTN

TAW

LAY

ANP

CHK

EGS

EHY

ELD

ESL

HWA

ILA

WDT

TAPTAPTWA TWB1

TWE

TWS1

TWY

ABC

CWBSNStation Grade