淺水域海床彈性波速量測系統開發

林俊宏 國立中山大學海洋環境及工程學系

doi: 10.30067/TECNL.202306_(40).0002

近年來海洋能以及碳封存相關產業的進行促使離岸工程的發展越發興盛。由港灣、海纜乃至離岸風機基礎工程，皆與海床之工程性質息息相關，為提升海床工程性質調查之效率，本文作者針對可提供海床S波波速剖面之水下表面波震測以及海床P波波速剖面之單側水下折射震測之量測系統進行設備建置與開發。為發展此量測系統，先行透過採用Matlab自撰寫之彈性波速數值模擬程式(Lin and Lin, 2007)探討量測系統必要規格，結果顯示，震源應至少能產生最低頻率5Hz之訊號，而接收器亦須至少能接收5Hz之訊號，以收錄到足夠反映底床性質之特徵頻率段，施作中採用定置式地聽器固定於海床上可有最佳收錄效果。

據此，採用海底節點(Ocean bottom node, OBN)之型式設計接收器，運用水深以100公尺以內為目標，進行水密艙體設計，並檢討其共振頻率影響，如圖一所示，設計開發之OBN:MEGEM01其包含有4.5Hz 3向度geophone作為振動感測器(圖一a)，另有自記式紀錄器(圖一b)進行連續資料收錄，此些設備由水密艙(圖一c)進行防水，此水密艙於水中重量為13.7公斤，測試其共振頻率，分別位於115Hz以及170Hz，對於水下表面波震測所關注的30Hz以下資料並不造成影響。而針對震源之採用，在淺水區或潮間帶範圍，受限於空氣槍所需空壓機體積，以採用重錘式震源最常見，為增加其施作效率，已完成概念設計如圖二所示，根據測試，質量90公斤以上重塊於撞擊鐵製底鈑之速度達6.3m/s以上，即可產生足夠5Hz之低頻能量。

前述已開發之淺水域設備主要針對水下表面波震測以及單側水下折射震測，但對在濱海地區進行碳封存地質調查之反射震測需求而言，在接收器以及震源上，後續仍需進一步進行改善提升。在接收器上，此自製OBN在運行時間以及取樣率上相較商售設備皆偏低(如圖三所示)，後續將針對此應用需求進行設備規格之提升。另方面，為增加OBN與海床間的耦合性，將對不同底質灘岸狀況下的接觸面設計進行開發測試。除此之外，於潮間帶區域採用重錘式震源對於反射震測較不適合，未來將對具潛力之電火花震源、孔內空氣鎗震源等進行適宜性測試。希冀透過對自行製造相關水下設備能力之提升，增加本土技術在淨零減碳產業中之佔比。

參考文獻

Lin, C.-P., & Lin, C.-H. (2007). Effect of lateral heterogeneity on surface wave testing: Numerical simulations and a countermeasure. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 27(6), 541–552. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2006.10.008