作者

潘國樑

摘要

以往「地工技術」專輯較偏重於工程技術，而較少大地工程先期作業的探測技術。鑑於地球物理科技在大地工程上的應用在國內已推動十餘年，成績卓著，故在洪總編輯如江教授的鼓勵下乃有此專輯的策畫與出版。國內地球物理科技之專家學者熱烈響應，共襄盛舉，使本專輯能順利出版，特致衷心謝意。
地球物理探勘是屬於一種地面的間接探測，係利用岩層的特殊地球物理性質來辨識其層次、構造、與工程性質。編輯的原則可分為三大部份：地球物理綜合介紹、工址之地球物理探勘技術、以及地球物理科技之應用。
楊教授潔豪博士是國內地球物理科技的領導人之一，對地球物理探測技術先作綜合性的介紹。林組長進興先生在地球物理服務界貢獻良多，特別論述工址之地球物理探勘技術。最近幾年環境地工學甚為時興，地下水污染在國內又是嚴重的問題，地球物理技術在地下污染之監測有其用途，故特邀郭主任烈銘先生將他最近在這方面的研究發展成果作一報導。國內在井測方面除了油氣探勘之外，在工程式的應用較少，陳鄧波博士對井孔的地球物理探測有深入的研究，故請其就此主題加以論述。在工程方面，地球物理探勘技術上可以用於崩塌地以及地下坑洞的探測，張濟權先生有詳細的敘述。海底調查一向也以地球物理探勘為主，朱義仁先生有一簡短的介紹。台灣為多震地區，工址的安全常受到地震的威脅，故特請邱宏智博士就地震的地物性質對地震波之效應作一論述。地球物理探勘的原理以利用震波、地電阻、重力、磁力、及放射性等為主，利用電磁波探測法則稱為遙感探測(簡稱遙測)。遙測亦可應用於工址的調查，劉進金先生有詳細的說明。
工研院能資所楊所長日昌博士回國領導能源、資源、與環境技術的研究發展三年有餘，對地球物理科技的推動非常重視，承其慨賜贈言，使本刊生色不少，特致謝忱。

作者

楊日昌

摘要

大地工程是一門整合有關研究岩石、土壤、水文、結構、振動、…、等的綜合科技、是所有土木工程建設的基礎：它執行的徹底與否，直接影響施工的安全、工期與成本。其首務工作在於工址的基礎調查，用以瞭解地質、岩石與土壤特性，有了完善的地下資訊，始能針對區域特性設計適當的施工方法，獲得最大效益與安全。
傳統工址基礎調查常藉助於地表地質、地質鑽探及室內岩石力學試驗，往往受到經費預算與解析能力的限制，無法全面瞭解地下構造與物理性質等重要資訊，因此極需整合其它相關科技共同解決問題，使基礎調查工作更確實。地球物理是一門常被忽略的技術，由於大眾對其認知有限，令其蒙上神密的面紗。欣聞「地工技術」雜誌推出「地球物理專刊」，對於各種地球物理方法做有系統深入淺出的介紹，必能增進讀者對其更深一層的認識。
地球物理科技涵括的範圍相當廣泛，應用於大地工程領域主要有：地下地質、地下水文、岩石、土壤力學、震動分析、…等。藉著精密儀器量測是嚴謹的分析程序，將岩石、土壤展結構物依物理觀點予以量化，勾繪出構造的輪廓，提供土木施工所需的重要參考依據，補充地表地質調查展地質鑽探的不足。許多如美國、日本等先進國家均已將地球物理調查納入基礎調查的必要項自，與其它如地質、鑽探等資料做整合性的分析、解釋，且均能獲得相當豐碩的成果。以往國內由於專門從事地球物理研究的人員較少，導致這門科學一直未受到地工界的重視。近年則由於知識、經驗交流頻繁，加上從事地球物理專業人員的默默耕耘，使國內大地工程界逐漸瞭解其重要性﹔今年一月各界地球物理學者共同籌組成立了「中華民國地球物理學會」，複有本期「地球物理專刊」的推出，更是錦上添花。日昌深信地球物理科技在各界努力推動下，必能在國內蓬勃發展，發揮其最大功能。
任何科學均有其限制條件，欲解決大地工程複雜的問題，實難依靠單一技術加以克服，必讀相互輔證始能達成目標。「地工技術」雜誌創刊七年來一直肩負著知識交流與經驗累積的任務﹔期望本期「地球物理專刊」的推出能獲得各界迴響，使各種科技的相輔相成下，共同為提昇國內大地工程科技而努力。

英文篇名

REVIEW OF GEOPHYSICAL PROSPECTING METHODS

作者

楊潔豪

摘要

地球物理探勘技術應用於地工及水文基本資料調查可遠溯至1894年代（志，民國53年）。但被廣泛採用則在1969年代（Allen，1971），主要以折射震測法、地電阻法及鑽孔內壓力波及剪力波速度測定為主；提供核能電廠設計時所需基址之各項地層物理性質（如厚度、飽和含水量及彈性模數等）及構造特性（如斷層、空穴等），地下水評估亦有兼及。1973至1978年間因核能電廠建廠數目銳減，地球物理工程探勘件數亦相對減少。1978年後因大型工程基址、壩基、隧道及地下水資源調查等需求日增（Dobecki and Romig，1985），使地球物理工程探勘又趨活躍，無論調查經費及件數均顯著增加，「工程地球物理」成為地球物理探勘一重要的應用。國內地球物理探勘人員經十餘年之努力，已使工程界漸漸了解「工程地球物理」對工程建設之重要性，但應用之方法仍侷限於折射震測及地電阻法，對其他工程上可藉助之探勘法，例如高解析度之反射震測法及較不受地形影響之暫態電磁波法仍在測試及開發階段。雖然工程界人士體認「工程地球物理法」之重要，但往往因缺少與地球物理人員間對相互專業知識適當之了解與溝通，常因施測方法與場所配置不適當，或者對各測勘方法之限制及解釋素養體認不夠，測勘結果不能切合工程需求。導致對地球物理探勘在工程上之成效持存疑之態度。鑑於以上之問題，本文將以常用之「工程地球物理探勘法」作一介紹，並配合實例加以說明，使工程界或從事「工程地球物理」工作者有－較完整之概念，以期雙方能在參與工程建設時能各盡所能、相互匹配，減少不必要之誤失，發揮整合之最大效益。

英文摘要

Due to the increasing use of the geophysical methods in the geotechnical and hydrological applications, this paper will give a brief review for the current exploration technology including gravity method, magnetic method, seismic method, radioactive method and well logging. The application of these methods for the engineering purpose is emphasized. Some case studies are also discussed. The instruments and techniques of the geophysical methods have been continually improved in performance as well as efficiency. The advent of powerful, affordable microcomputer provides the seismic reflection result a finer resolution to meet the engineering requirement. It is soon widely used in' the site investigation. For groundwater exploration, the resistivity method provides more hydrological parameters than other methods. Since the well logging techniques can collect accurate physical properties of the rock formation in site, a proper combination of logging result with that obtained from other surface geophysical survey may give a better picture of the subsurface. The proper use of these geophysical methods could reduce the number of the wells and thus provide the industry an economic, rapid and reliable subsurface information.

英文篇名

ROW TO PROPOSE THE GEOPHYSICAL PROSPECTING FOR SITE INVESTIGATION

作者

林進興

摘要

地球物理探測法之最大特色為現場不擾動試驗，且能迅速地作全面性之調查，因此為工址調查之利器。根據美國地球物理學會統計，目前世界上利用地球物理探測法於工址調查上較活躍之國家大致為日本、美國、義大利、瑞典、德國、挪威、捷克及澳洲，而中國大陸對地球物理探測儀器之研究開發投注相當多之人力，其人力之投注為世界之冠。另外日本擁有著世界上最多之工程地球物理工作者，每年約參與600件以上之工程計劃，亦即每年總共約1000件以上之工程地球物理探測案件（因大部份之工程計畫均使用二種以上之地球物理探測方法）。根據日本歷年來每年之地球物理探測件數統計圖（如圖一所示），可知日本之地球物理調查活動中大約一半以上都與大地工程有關。以其中最活躍之1978年為例，由各調查對象與調查方法之統計表（如表一所示）可知調查對象最多者為隧道工程，其次為崩塌地或邊波及振動、噪音等環境調查。而震測法為使用最多之調查法，其次為振動量測法、電阻探測法及速度井測法。依各調查對象於各調查階段中，針對不同之調查目的選擇最適當之調查方法，始能發揮地球物理調查最大之效益。本文中將概述各調查對象於不同之調查階段，對不同之調查目的可能遇到的環境，建議最適宜使用之地球物理探測方法，同時討論可探測得之成果。玆分為地層構造及工程特性之調查、環境及防災之調查、檢測等三類加以敘述。

英文摘要

The geophysical prospecting is an undisturbed investigation method which can be carried out in the field. It is important to select a suitable program of geophysical prospecting for various kinds of engineering purpose and for different investigation stage. The results of the geophysical prospecting can be related to one of the three major kinds of engineering purpose: （1）to detect the geological structure such as fracture zone, bed rock, etc.;（2）to derive the engineering mechanical properties of the substratum;（3）to monitor the stability of the substratum and the quality of the constructure. For various kinds of the engineering purpose, the suitable geophysical prospecting methods are suggested and the anticipating results of these prospecting methods are described also.

英文篇名

REMOTE SENSING TECHNIQUES FOR CIVIL ENGINEERING PURPOSES

作者

劉進金

摘要

國內自民國四十三年開始使用航空遙測技術於全國第一次森林資源調查，迄今已三十餘年，自民國六十二年開始引進太空遙測迄今也已十數年（吳英陵，民國69年）。國內的遙測資料與相關之處理技術等基本上已可以提供台灣的「土木工程」或「大地工程」的應用。本文擬探討遙測技術應用於台灣的「大地工程」的可行性，分區域性工程與走廊式路線工程兩部份，探討工程本身之特性與需求，以及遙測資料與遙測技術之應用方法。最後，簡要的討論國內遙測發展現況與展望，結論指出：遙測技術在台灣已達實用階段。促其落實的關鍵有二：其一是政府在未來的重大建設中適當的考慮使用遙測技術；其二是在兼顧國家安全與科技提昇的前題下制定遙測資料公開辦法，讓工程有關單位都能「方便的」使用遙測資料。

英文摘要

The major purposes of this paper are to summarize the unique properties of remote sensing techniques and to evaluate the availability of these techniques for the civil engineering tasks in Taiwan. Two main topics are treated, i.e., the regional engineering projects and the highway engineering projects. It is concluded that the physiographic environment of Taiwan and the deterioration of our living environment suggest that remote sensing techniques are highly required for our planning and management as well as the constructions themselves. And, the required techniques are readily available in Taiwan. Further efforts should be on invoking the awareness of their operational usefulness and disclassification of some of the remotely-sensed data for civil purposes under certain conditions.

英文篇名

APPLICATIONS OF GEOPHYSICAL TECHNIQUES IN GROUNDWATER RESOURCE AND POLLUTION INVESTIGATIONS

作者

郭烈銘

摘要

地球物理調查技術在台灣由早期的礦產及石油探勘，中期的工程地質及地下水資源調查，到近期的廢棄物掩埋場地下水污染偵測，一再拓展其應用的領域。調查技術的發展，亦從傳統的重力、磁力、電阻及折射震測方法，演進到目前的反射震測、電磁波及井測方法。其中進步最快的要屬電腦資料處理的技術，隨著微電腦及計算機的發展，許多地球物理設備已由類比式記錄改成數位式記錄，甚至連資料處理程式都涵蓋在儀器設備的附件，可在現地迅速處理及研判調查結果。本文主要著重於介紹地球物理技術在地下水領域之調查及應用，可歸納為地下水資源調查及地下水污染調查兩大部份。前者包括古河道調查、地盤下陷及鹽水入侵調查、以及水井選址與含水層特性調查；後者包括廢棄物掩埋埸址調查、地下水污染移動範圍調查、埸址之水文地質調查。本文偏重在地下水應用層面上的討論。由於篇幅有限，有關設備及資料處理等技術層面的探討，不擬在文內說明。

英文摘要

Geophysical techniques can be applied to groundwater resource and pollution investigations. For groundwater resource exploration geophysical methods can be applied in mapping buried ancient river channel, delineating land subsidence and salt water intrusion areas, selecting areas of relative high-yield of groundwater and evaluating hydrogeological characteristics of aquifer. For groundwater pollution investigation, geophysical techniques can be used in finding the location of land-filled wastes, monitoring the migration of groundwater contaminant plume, and investigating the hydrogeology of waste disposal sites. In Taiwan, due to the fast-growing industrialization and population, the problems of groundwater pollution and depletion will need the environmental and resource scientists to adopt sophisticated geophysical techniques in solving problems like hydrogeology, groundwater pollution, at waste sites water leakage at dam sites and salt water intrusion in land subsidence areas.

英文篇名

APPLICATION OF CROSS-WELL LOGGING IN ESTIMATING FORMATION CHARACTERISTICS（BRIEF DISCUSSION）

作者

陳鄧波

摘要

多井井測技術是將訊號發射源及接收器分置於不同測試井中所做的地球物理調查。目前已被利用作為研究的訊號發射源有電磁波及震波等。本文就這些方法在地質工程上的運用以及地層參數上的蒐取做基本上的探討。單井井測的地層調查在地下地質的研究已被廣泛地利用與解釋。但是，這種方法受限於儀器的設計，大部份僅能測知岩石物性至地層井壁半公尺以內的範圍。研究人員為了突破這困境，曾努力不懈地發展出垂直震測剖面測勘（Vertical Seismic Profiling）來透視較深的地層。垂直震測剖面測勘是將一連串的接收器放置於井中，而將發射源置於地表不同位置的調查方法。將接收器放置於地表，放射源置於井中也屬於同類調查法。可惜這種調查方法受制於多層反射波的相互干擾以及不易掌握適當的頻率，在透視地層的精確度上不能突破分析三公尺厚以內的薄層。多井井測則自六十年代末期就被利用去解決上述方法的缺失。現今仍處在研究發展的階段。圖一是各種震測方法儀器安裝的示意圖，包括有地表震測、垂直震測剖面測勘及多井井測等。

英文摘要

Since early seventies, crosswell surveys which include electromagnetic wave system and acoustic system have been developed in order to study the variation of petrophysical parameter in the formation between wells. Crosswell acoustic survey is more popular for research work because water salinity has lesser influence on acoustic signal. In the electromagnetic wave system, wave velocity and signal amplitude are used to identify fault, ground water level or salt water intrusion with radar tomographic map. In the acoustic system, transit time and wave amplitude for both compressional wave and shear wave were used to derive parameters such as porosity, Vp/Vs, Young's moduli, Poisson's ratio. Acoustic tomographic map provide a very useful tool to identify zones with compressional anomaly. These anomalies could relate to fault, cavity, weak formation or overpressured zone.. Several potential applications related to civil engineering include the determination of soil properties and soil structure with shear-wave data and the evaluation of the effects of ground condition on man-made structures. In the coal mining application, crosswell seismic survey is used to identify coal seam splitting and thinning, sand channel trend and small cracks.

英文篇名

APPLICATIONS OF GEOPHYSICAL TECHNIQUES IN LANDSLIDE AND UNDERGROUND CAVITY INVESTIGATION

作者

張濟權

摘要

由於台灣山多、雨多、地震多、以及煤田採掘後所遺留的地下坑洞，而潛伏了有隨時發生崩塌及沈陷災變的可能，因這些災變的發生將對人工結構物諸如水壩、公路、橋樑、住宅、電廠．．．等產生破壞，造成無法彌補的生命財產損失。是以如何在工程建設之初，作好周詳的工程基址調查，以杜絕此崩塌及坑洞下陷所衍生的災變，為一刻不容緩的重要工作。崩塌地的調查在道路、水庫、社區開發、隧道．．．等工程上是非常重要的，其調查的項目包含了崩塌的形式、規模、滑動面、地下水狀況、崩塌地發生原因及誘因。使用的調查方法則有地形、地質、地球物理、鑽探及岩石土壤物性試驗等方式來進行。地球物理為其中之一不可欠缺的調查方法，它主要係提供崩塌地的幾何形狀，地質構造及岩性物理特性資料。常用之地球物理方法為折射震測法及直流電阻法兩種。於坑洞的調查中，地球物理主要是應用於坑洞和其周邊介質在物理特性如密度、電阻、彈性波速度等有強烈對比的差異，使用地表地電阻法、震測法、重力法及井孔對井孔、井孔對地表、地表對井孔、單一井孔的重力、電阻法、震測法，電磁波法來偵測此異常並判釋坑洞的位置、大小、形狀。本文主要對地球物理在崩塌地及坑洞的調查所可能應用之方法、原理及實例作一概括性的介紹，以供工程地質界的參考。

英文摘要

This paper introduces some principles and case studies of the geophysical techniques in landslide and underground cavity investigation. On landslide investigation we can apply the geophysical methods to solve the following problems:（1）Determination of the geometry of landslide and its water saturation,（2）Assessment the physical properties and states of rock comprising the landslide, and（3）A study of the motion of landslide mass. According to these results and other informations such as drilling, geology ......etc., civil engineers are able to design some special remedial actions to control and prevent landslide occurence. Because a cavity in the ground can be very threatening to the safety of structures, such as buildings, dams, power plants ......etc., the detecting and mapping of cavities is very important in site investigation phase. Since the cavity and surrounding geological material has relatively high physical contrast to normal ground, therefore, we can apply a variety of special geophysical techniques on the surface or in the borehole to measure the abnormalities and find out the location, shape and size of a hiding cavity. Finally, we can use drilling techniques to verify and modify these results to obtain exact locations of cavities. Above of all, civil engineers can thus take some special remedial measures or reorganize the construction plan to deal with this problem.

作者

朱義仁

摘要

由於海底地質探測花費較高，在作海底地質探測之前必須要有完整的規畫。首先確定計畫的需求，根據手邊已有資料作一個概念設計，資料來源包括現有等深線圖；大地測量資料、區域性地球物理調查資料、衛星資料或附近鑽井資料，儘可能蒐集，再配合計畫需求擬定出地質探測方案。下面以一個海洋溫差發電（Ocean Thermal Energy Conversion）廠的冷水管設計建造工程為例，說明海底地質探測和工程間之關係；海底地質探測流程的設定及海上定位問題。

英文摘要

Before marine geology prospecting works can start, there must be a complete planning because marine geology prospecting is high in price. The purpose of a complete planning is twofold. First, we would like to know exactly the purposes of the project. Second, a conceptual model should be designed to data according to geodetic, bathymetric, geophysical, remote sensing, or some drilling tasks near the target zone. Therefore, a great deal of marine investigating plan should be drawn. A example of Ocean Thermal Energy Conservation Plant Cooling Water Pipe Construction Engineering is illustrated in this paper. The relationship between sea floor investigation and engineering is explained. Related investigation flow chart as well as some positive problems are also discussed.

作者

邱宏智

摘要

或許大家對民國七十五年的兩次地震記憶猶新，五月二十日及十一月十五日發生在花蓮地區的兩次地震在近震源地區並無重大災害，反而是遠離震央百餘公里的台北市卻遭到相當程度之破壞。這種情況與1985年的墨西哥地震很類似，遭到較嚴重破壞的墨西哥市即遠離震央400公里，就地震及地震工程學理上的了解，這種遠離震央的局部強地面震動與盆地的沈積有關，換句話說盆地的沈積物對地震波有放大作用。如果仔細分析，我們發現影響地震動的因素可粗分成三類；即震源、波傳路徑及場址效應。震源及波傳路徑暫不在本文討論，而在往後章節中所將討論的即是影響地震動最大的埸址效應。台北市與墨西哥市的情形主要是埸址效應造成，而且同屬沈積盆地的效應，本文擬藉埸址效應的回顧以了解此效應之特性，並進一步作為發展此方面研究之參考。場址效應不單指沈積盆地的效應，它還包括地形，地下構造．．．等效應，但若將埸址效應依此分類，並無助於我們深入了解它，因為在這種分類下每種效應均包含若干影響的因素。為了深究場址效應，影響因素將在第二章中予以細分並逐一加以分析；第三章則回顧一些曾經使用於探討場址效應的方法；第四章將分析這些研究在工程上的應用；最後於第五章作個總結並建議未來之研究方向。

英文摘要

This paper reviews the recent developments in the studies of local site effects on seismic waves during strong ground motion. We examine the factors which modify the ground motion, overview the methods used in investigating the site effects and explain the applications of site effects in engineering. We conclude that site effects studies is difficult but very important. Besides conducting current researches, we suggest to include several topics in our future studies to improve of stron our understanding of site effects. These new topics include depolyment of a condense array of strong earthquake seismometers in Taipei basin to study the characteristics of ground motions in that area, conducting researches on the near-field and non-linear ground motions and developing the three-dimensional mideling of site effects.