台自制海底地震仪4架运南韩 2015布置助东部海域观测

生活中心台北报导

地震台湾的主要天然灾害之一,为直接有效收集海底地震资料国研院自制「准宽频海底地震仪」,成本低、维修容易,预计2015年在台湾东部海域初步设置30台,全年目标50台。

国研院表示,相对于设在陆地上的地震测站,海底地震仪能更直接而有效地收集海底地震的资料,不但能帮助科学家进一步了解台湾周围海底之地体构造,更重要的是,未来若要发展地震与海啸预警警报发布系统,海底地震仪是最初且最重要的发展基础。

国研院表示,台湾陆地的地震测站超过700个,然而面积是台湾本岛好几倍的周边海域,地震测站数量却连陆地上的一成都不到。这使得台湾周边海域的地震监测资料相当匮乏,在对海域中的小地震进行定位计算时,误差可达10公里以上,且科学家亦无法详细了解会影响台湾居住安全的外海地层构造。

结合科学与工程 自制先进海底地震仪

国家实验研究院台湾海洋科技研究中心(海洋中心)结合中央研究院地球科学研究所中山大学海下科技暨应用海洋物理研究所,组成海底地震仪研发团队分工合作进行海底地震仪核心元件与关键技术的开发与整合,现已完成作业深度可达5千公尺之「准宽频海底地震仪」,历经28架次的实海测试验证系统稳定度,确认其能于台湾东部海域接收地震资料,扩大台湾地震观测范围

所谓「准宽频」,意指可以侦测到从远方传来的低频地震波,也就是侦测范围比目前台湾较常使用的窄频海底地震仪(又称短周期海底地震仪)广大许多。

准宽频海底地震仪的核心机构是感震器仪器球(内装电路板与电池),整体架构经过特殊设计,适当调配重心与浮力,会以每秒0.7公尺的水平姿态下沉。

为避免感震器在沉底时碰撞损坏,特别设计以镁熔丝悬吊,镁熔丝会在入水后6至8小时腐蚀毁损,而使感震器落至海床上。感震器内装设了主动式平衡系统,会自动侦测感震器的姿态,并以马达调整感震器的上下轴(Z轴)至正朝向地心的方向。

要回收准宽频海底地震仪以下载资料时,工作人员会从船上向海底发射经特殊编码声波,当仪器球上方的音鼓接受到声波指令,就会释放下方的重锤,使地震仪以尾部(下图右侧)朝上的姿态上浮。浮至水面后,无线电发报器会发出讯号闪光灯也会闪烁,让工作人员容易寻找、回收。

▼海底地震仪说明图。(图/国研院提供)

大量设置 不具即时预警功能

中央气象局妈祖计划」的海缆式地震仪不同,静置于海床的「准宽频海底地震仪」不需倚靠海缆连系,仅凭自身电力即足以运作长达一年之久。

也因其成本相对低廉,每一架成本仅需约90万元(妈祖计划45公里长的海底电缆加一部地震仪等观测仪器即耗资近4.5亿元),因此可大量设置,广泛地涵盖台湾周边海域,获取更多更精确的海底地震资讯,补足国内对于外海地震资讯上的不足。

不过,「宽频海底地震仪」须待回收后才能下载观测资料,无法即时回传地震资讯,因此不具即时预警的功能。

「准宽频海底地震仪」的研发成果已获得南韩海洋研究院(Korea Ocean Research and Development Institute, KORDI)的高度关注,曾提供经费将四架海底地震仪运往南韩,在釜山外海进行海底地震监测实验,成功取得历时一年的观测资料,也获得南韩当地电视台报导。

建立海底地震观测网阵列 涵盖台湾周边海域

由于「准宽频海底地震仪」的研发成果,科技部地科海洋学门与国研院海洋中心共同推动建立「海底地震观测网」,将在台湾四周重点海域布放海底地震仪阵列,第一期将于明(2015)年投放30架海底地震仪,有计划地监测台湾周边海域海底地震的位置、深度及规模,让国研院更加了解台湾周边海域的地质、地形与地底结构,以及附近板块的隐没与碰撞作用,以掌握地震孕育机制、特性以及发生海啸的风险,希望能对防减灾做出贡献,降低海洋对台湾民生安全与经济发展的威胁。

▲科技部地科及海洋学门规划建置50个海底地震观测站站位分布图。(图/国研院提供)

现今海洋观测仪器绝大部分是由国外进口,除了价格昂贵外(依等级不同,价格约在100至380万元;自制准宽频海底地震仪等级属于中上,成本约90万元),关键技术皆掌握在国外厂商手中,而且商购仪器的构造设计资讯缺乏,无法自行维护,时间与成本往往消耗在与原厂的往返沟通上,也让使用者无法对其功能进行修正与改良。

国人自制的准宽频海底地震仪正可解决这些问题,未来研发团队将持续精进相关技术,确保上游科学研究和下游工程技术之间的连结,建立永续的海洋科技研发能量,补足国内海洋科技研发的空白。