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研究生:蘇洵頡
研究生(外文):Su, Hsun-Chieh
論文名稱:利用超導重力儀訊號偵測地震造成的永久性重力變化
論文名稱(外文):Detecting gravity change caused by earthquakes using superconducting gravimeter records
指導教授:黃金維黃金維引用關係
指導教授(外文):Hwang, Cheinway
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:土木工程學系
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:超導重力儀絕對重力儀重力變化甲仙地震
外文關鍵詞:SG48SG49FG5Gravity changestepJiashan earthquake
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本研究可分為兩個部分來探討。第一部分利用超導重力儀重力資料及中央氣象局所發布的地震彙報,欲計算出因地震發生時所產生的永恆重力變化。資料時間是自2006年4月至2010年3月。利用三種方法進行檢測:(I) 傅立葉函式進行海潮擬合;(II) 利用外插函式進行擬合;(III) 簡單法,利用地震前後帄均計算差異量。發現目前以Method I進行擬合其相關係數最高,且計算後的重力變化與Method III趨勢一致。為了研究2010年3月所發生的甲仙地震,SG48及SG49各別得到4.288μgal及0.633μgal的重力變化;採用Sun ( 1998 )模式所計算出的新竹站重力變化量為4.32ngal。而GPS計算高程變化,發現地表於震後上升0.575 cm( 相當於–1μgal )。 第二部分,則探討兩台儀器於同震的情況下SG48與SG49不同反應的原因,分別針對儀器擺設的距離與方位角、地震能量及儀器設計問題等進行詴驗,結果發現 (1) SG48及SG49的重力變化在同震時反應皆不同;(2不同地震種類或儀器回饋機制是造成重力變化的主因。
This research is divided into two parts. In the part, superconducting gravimeter (SG ) from the Hsinchu SG station and the earthquake data from the Central Weather Bureau of Taiwan are used to compute permanent gravity changes caused by quakes, covering the time span from April 2006 to March 2010. Three methods are used compute the gravity changes: (I) ocean tide fitting by Fourier function, (II) extrapolation fitting, and (III) difference of simple averages of SG values before and after an quake. Method I produces the highest correlations between the original and model SG value, and result in gravity changes consistent with those from Method III. In a case study for the Jiasian earthquake in March 2010, SG48 and 49 show gravity changes of 4.288 and 0.633 μgal, while the model value of Sun (1998) is 4.32 ngal and the GPS-derived height change is 0.575 cm (equivalent to -1 μgal ), highlighting the disagreement among these sensor results. In the second part, the responses of SG48 and SG49 to the same quakes are investigated with respect to azimuth to the earthquake source, distance and seismic energy. The result shows that (1) SG-derived gravity changes from SG48 and 49 are different in most events, and (2) the causes of gravity changes can be of tectonic origin or instrument origin.
中文摘要 ....................................................................................................................... I
英文摘要 ..................................................................................................................... II
誌謝............................................................................................................................. II
目錄............................................................................................................................. V
表目錄 ..................................................................................................................... VIII
圖目錄 ........................................................................................................................ IX
第一章、 前言 .......................................................................................................... 1
1-1 研究動機 ......................................................................................................... 1
1-2 文獻回顧 ......................................................................................................... 2
1-3 研究方法 .......................................................................................................... 3
1-4 論文架構 ......................................................................................................... 5
第二章、超導重力儀 ................................................................................................... 6
2-1 重力儀簡介 ..................................................................................................... 7
2-2 超導重力儀機械構造與原理........................................................................... 8
2-2-1 重力儀感測元件 ( GSU ) ....................................................................... 9
2-2-2 杜瓦瓶 ( Dewar ) .................................................................................. 10
2-2-3 傾斜儀自動傾斜補償系統 .................................................................... 11
2-2-4 其他相關構造 ....................................................................................... 12
2-3 超導重力儀演進 ............................................................................................ 13
第三章、超導重力資料處理流程 ............................................................................. 15
3-1 重力資料率定與前處理 ................................................................................ 15
3-1-1 重力資料率定 ......................................................................................... 15
3-1-2 重力資料前處理 ..................................................................................... 17
3-2 環境改正 ....................................................................................................... 18
3-2-1 海潮效應改正 ........................................................................................... 18
3-2-2 大氣負載改正 ......................................................................................... 21
3-2-3 極移改正 ................................................................................................. 22
3-2-4 地下水位改正 ......................................................................................... 23
3-3 改正後殘餘重力 ............................................................................................ 24
第四章、地震所造成的永久性重力變化 .................................................................. 25
4-1 地震及重力資料選取 .................................................................................... 26
4-2 頻譜分析 ....................................................................................................... 28
4-3 Butterworth濾波器設計及資料前處理 ......................................................... 30
4-4 傅立葉函數海潮擬合 ...................................................................................... 34
4-5 最小二乘法計算重力變化 .............................................................................. 38
4-6 濾波後資料後處理 ........................................................................................ 41
4-7 傅立葉函式進行外插擬合 ............................................................................ 44
4-8 SG48與SG49 同震時的重力變化 ............................................................... 48
4-9 甲仙地震進行驗證 .......................................................................................... 49
4-10 利用絕對重力儀(FG5)進行比對驗證 ........................................................... 54
4-11利用GPS高程變化與甲仙地震進行驗證 ..................................................... 55
第五章、SG48與SG49於同震時的反應 ................................................................. 57
5-1 地震資料選取及儀器記錄差異 ..................................................................... 57
5-1-1 地震資料選取 ......................................................................................... 57
5-1-2 儀器紀錄的差異 ..................................................................................... 57
5-2 儀器方位角與震源相對關係......................................................................... 61
5-3 地震能量與震源相對關係 .............................................................................. 64
5-4 儀器構造與紀錄關係 .................................................................................... 67
5-5 傾斜儀回饋與地震的關係 ............................................................................ 68
5-5-1 x、y tilt 與回饋電壓間的關係............................................................... 69
5-5-2 x、y tilt 與超導球回饋電壓間的關係 ................................................... 70
第六章、結論與建議 ................................................................................................. 73
參考文獻 .................................................................................................................... 75
附錄A T-Soft軟體操作簡介 .................................................................................. 79
附錄B Matlab頻譜分析及程式 ............................................................................. 84
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