第三章 臺灣周邊海域的海洋地球物理
喬凌雲、張翠玉
臺灣區域海洋學
1. 歷史背景與發展概述 全球系統化使用海洋地球物理方法與儀器 （如：聲波反射測深、拖魚式地磁場量測等） 探測海洋，肇始於二次世界大戰期間。戰後， 大量海域地球物理資料主要收藏於美國學界 三大海洋研究所：哥倫比亞大學拉蒙道堤地 球 觀 測 所（Lamont-Doherty Earth Observatory, Columbia University）、麻州之伍茲霍爾海洋研 究 所（Woods Hole Oceanographic Institution） 及加州大學聖地牙哥分校史奎普斯海洋研究所 （Scripps Institute of Oceanography, U. C. San Diego）。這些地球物理資料，首度揭露壯觀 的海底地形，如綿延數萬浬、橫亙全球大洋的 中洋脊構造，垂直截切洋脊的規則破裂帶，以 及規則的海床磁力條帶等。這些資料不僅改變 了人類對於海床基本構造的理解，並且具體催 生二十世紀最重要的科學理論之一：板塊學 說（Theory of Plate Tectonics， 參 閱 Vine and Matthews, 1963；Menard, 1986；Piel, 1991； 許 靖 華，1993；Felt, 2012 等 ）。 自 此， 不 論 是產業界對於海域油藏或者礦產資源調查，官 方及學界對於海域國土資訊蒐集、天然災害評 估，以及學術理論研究等，均須根據板塊理 論，大幅依賴海洋地球物理的探勘研究。 從基礎學理的角度而言，板塊學說的核心 主要奠基於全球十餘剛性板塊的相對運動學 （kinematic）描述，而地球最外圈具有彈性力 學強度的岩石圈物質即為板塊本體，從化學組 成、生成歷史與構造而言，有所謂海洋岩石圈 與大陸岩石圈的差別，但「板塊」的原始運動 學定義，與材質組成無關，也無「海板塊」與
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「大陸板塊」之分，即地球表面所有板塊的運 動，均服從球面上唯一得以維持板塊內部免 於變形的奧氏旋轉（Euler’s rotation）；其運動 量可藉由奧氏轉軸（Euler’s pole）的位置及轉 動角速度來定量描述（臺灣周圍的兩大主要板 塊恰巧在名稱上夾帶「海」與「大陸」字眼， 歐亞板塊在中文文獻中亦有以歐亞大陸板塊名 之，因此常被誤解，不可不慎）。對應於板塊 之間的相對運動，地球表面幾乎所有的變形都 集中於板塊交壤區域，而以相對碰撞或隱沒、 相對滑移或分裂，長時間尺度的變形表現為地 表的造山、斷層活動與海床分裂，短時間尺度 則是地震活動。 臺灣因地處歐亞板塊與菲律賓海板塊斜向 碰撞聚合之地，最基礎的區域板塊地球物理首 在定義兩大板塊的相對運動轉軸所在及其轉速 大小。臺灣地區地理幅員尺度有限，在各級學 校教材、媒體敘事，以致學術著作中慣以「菲 律賓海板塊相對歐亞板塊約以 8 cm/yr 向西北 運動」來描述，此說法有其一定的準確度，但 是卻忽略板塊相對運動於地球表面進行的差 異，特別是距離奧氏轉軸弧度不同的地區，其 相對運動線速度並不一致。有趣的是，菲律賓 海板塊由於主要為隱沒帶圍繞，缺乏傳統上易 於測量相對運動的轉形斷層或洋脊擴張速度， 其奧氏轉動參數相對不易定義。歷年來學界 的嘗試甚多，Seno（1993）使用 11 個沿琉球 弧（Ryukyu arc，菲律賓海板塊－歐亞板塊） 與 16 個 沿 伊 豆 小 笠 原 弧（Izu-Bonin arc， 菲 律賓海板塊－太平洋板塊）隱沒帶板塊界面淺 部地震的滑移向量，試圖將菲律賓海板塊併入 符合全球板塊相對運動的網絡，但是所用觀測
第三章
臺灣周邊海域的海洋地球物理
資料明顯偏東，靠近臺灣地區之控制付之闕
陸碰撞擠壓為主；而在臺灣東南海域，超過地
如。Zang et al.（2002）合併所有可用以約束
殼深度的地震活動及西南海域的震測剖面則顯
鄰接太平洋板塊的 12 個板塊相對運動的觀測
示，南海岩石圈（屬於歐亞板塊）向東隱沒於
資料，以及少數依據 GPS（Global Positioning
菲律賓海板塊之下。由於兩大板塊交互糾結，
System）觀測逆推的歐亞板塊－菲律賓海板
在臺灣下方轉換隱沒極性，使得重建清楚的區
塊 奧 氏 轉 動 參 數 為： 奧 氏 軸 位 置 (160.19°E,
域三維塊體相對幾何及動力參考模型倍感困
47.16°N)、轉速 1.012°/Ma。
難。
近年來，我國 GPS 測地技術進展順利， 而且陸上測站密布，精確的板塊相對位移與變
1.1 業界的工作
形已經可充分掌握。但是海床 GPS 測站建置
我國政府在 1970 年代以前，由於國力及
的發展尚在萌芽階段，無法明確測量海域的細
儀器設備的限制，除了極少數零星由海軍執行
部位移與大地形變。對於臺灣地區，板塊接壤
的海床地形測繪外，海洋研究幾乎付之闕如。
帶相對寬廣，仍有進階的板塊運動與動力問題
1970 年代，第一次石油危機促使全球海域石
亟待釐清，例如東部海域位於菲律賓海板塊內
油探勘開始受到重視，中國石油公司（現改名
部的大量岩石圈地震活動、東北海域與臺灣北
「台灣中油公司」）開始執行在臺灣周邊海域
部火成岩分布的本質、琉球弧沿海溝方向的板
的海洋地球物理探勘工作，但是由於牽涉國安
塊幾何、隱沒運動等變化，以至於板塊隱沒的
與國家總體經濟的考慮，相關資料並未開放，
相關動力地幔流場，均有待新一代觀測資料的
其中最重要的臺灣海峽反射震測探勘資料及其
建置。
對於區域構造的意義，曾經部分撰寫為學術著
臺灣周圍的塊體動力（參閱圖 1.11），在
作發表（如 Sun, 1982；請參閱本書第二章）。
臺灣東北外海，以明顯的菲律賓海岩圈經由琉
而部分東西走向、陸上震測剖面資料也是催
球海溝隱沒於歐亞板塊之下，其位於地幔的
生經典薄皮造山運動理論（Thin skin, Critical
幾何形狀可由班氏地震帶的地震分布（例如
Taper Orogengy，見 Davis and Suppe, 1983）的
Tsai, 1986）及走時層析成像（例如 Chou et al.,
關鍵資料。此外，中國石油公司對於西部臺灣
2006, 2009）窺其梗概。沖繩海槽可視為弧後
海峽的局部重力、磁力異常調查也曾有著力，
海盆的張裂作用所形成，但由於前述奧氏參數
並據以標示澎湖－北港基盤高區等特殊構造
所定義的地表相對運動與接近臺灣端的琉球海
（Hu and Lu, 1979；Hu and Chen, 1986）
溝近乎平行，因此，Chiao et al.（2001）認為 此區的板塊隱沒可能伴隨菲律賓海板塊西北角 的順時鐘旋轉，而且菲律賓海板塊隱沒前後， 勢必承受一定程度的側向形變。在臺灣中南 部，近地表深度以呂宋弧相對於歐亞板塊的弧
1.2 學界的努力 1.2.1 九連號研究船時代（1970 ∼ 1984 年） 臺灣大學海洋研究所於 1968 年成立，標
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臺灣區域海洋學
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示我國海洋研究測勘的重要里程碑。1971 年
研究發展。在此同時，基於海洋研究船運作
海軍移交九連艦給國科會供學界使用，國科會
及探測技術的傳承與精進，以及海洋觀測資
指定由臺灣大學海洋研究所負責運作及管理，
料的保存與再運用，國科會在學界積極倡議
於是「九連艦」改名為「九連號」，從此我國
之下，成立研究船貴重儀器中心（以下簡稱
進入了將研究船納入學校體系，協助海洋調查
貴儀中心）暨海洋資料庫，使探測經驗與資
與教學的時代。九連號在海洋地球物理方面，
料得以累積、傳承及精進，均為影響深遠的
配置海床 3.5 千赫音波測深儀、高壓放電雙頻
重大發展。其中，由國科會自然處（現為科
道反射震測，以及拖魚式質子進動地球磁場測
技部自然司）海洋學門委託臺大海洋研究所
量器。自 1972 年起，陸續進行沖繩海槽、臺
經管的海洋學門資料庫（以下簡稱科技部海
灣東部及臺灣海峽的地球物理探測；1973 年
洋資料庫：Ocean Data Bank），歷經臺大海洋
更橫跨菲律賓海遠航至關島。主要的國際合作
研究所的努力經營，對於三艘研究船的隨船
研究航次包括：（1）1975 年與伍茲霍爾海洋
（underway）經常性資料，如水深、地磁場、
研究所合作之臺鎮（TaiJun）航次，收集海底
重力場或特定任務的隨船地球物理及海洋物理
地形、地磁場、重力場暨反射震測資料，以解
探測等資料，均由資料庫技術員會同貴儀中
釋墾丁脊、臺東縱谷、馬尼拉海溝及呂宋火山
心技術員、隨船作業室人員，掌握資料收集
弧等地體構造；（2）1976 年與史奎普斯海洋
實況與品質管理，匯入資料庫，並發展友善
研究所合作，使用美方 Thomas Washington 研
的存取介面，提供查詢暨資料加值服務。此
究船及九連號執行沖繩海槽之雙折射震測研
一縝密作業流程，不僅避免珍貴資料流失散
究；（3）1978 年與美國加州大學合作於沖繩
逸，更具學術意義，在 2007 年德國基爾（May
海槽西南端執行地熱探測。其後，九連號研究
9-11; Hotel Birke, Kiel, Germany） 舉 辦 的 全
船於 1984 年除役。
球資料庫研討會（International Data Exchange
1.2.2 海 研 一、 二、 三 號（Ocean
Workshop 2007: Building a Global Data Network
Researcher I, II, III，1985 年迄今）
for Studies of Earth Processes at the World’s
九連號除役前後，國科會（現為科技部）
Plate Boundaries） 中， 備 受 矚 目。 二 十 年 餘
即委託挪威船廠建造新研究船 —海研一號
來，海洋資料庫同仁戮力經營，如今已初具規
（R/V Ocean Researcher I）， 並 於 1985 年 返
模，所蒐集的珍貴實測資料即為本書撰寫的基
國，交付臺灣大學管理，支援國內學界海域研
礎與依據。
究觀測作業，該研究船配置多頻道反射震測系
海研一、二、三號成軍以來，可謂我國
統與高壓空氣槍震源陣列，為我國海洋探測
海洋科學發展的黃金時期。在海洋地球物理
主力。嗣後，鑑於國內海洋研究需求擴展，
方 面， 除 了 前 述 由 資 料 庫 長 期 累 藏 基 本 資
國科會委託建造海研二、三號，交付臺灣海
料， 重 大 的 國 際 合 作 計 畫 航 次， 例 如 1984
洋大學與中山大學管理，全面支援學界海洋
年 R/V Jean Charcot（ 法 國 海 洋 開 發 研 究 院
第三章
臺灣周邊海域的海洋地球物理
IFREMER）POP-I, -II；1990 年 R/V Moana
成為 500 m 格點的數位地形模型，為當時區
Wave（ 美 ）MW9005；1995 年 R/V Maurice
域公里尺度的最佳海域地形數位資訊。該模式
Ewing（美）EW9509 執行 TAICRUST 計畫；
顯現若干重要的塊體地形特徵，對於揭示本區
1996 年 R/V L’Atalante（ 法 ）ACT（Active
包括隱沒、弧陸碰撞等活動板塊過程頗具意
Collision Taiwan）；2005、2010 年 R/V Marion
義。概要而言，西側臺灣海峽水下地形淺而平
Dufresne（ 法 ）MD147、178 兩 個 航 次 之 長
緩，其中包含兩個東北－西南走向的淺溝與海
岩 芯 取 樣 作 業；2007 年 日 本 夏 島 號（R/V
峽中部的緩堤；大陸斜坡上分布水下海谷。在
Natsushima, JAMSTEC）NT0705 Hyper-
臺灣南側，南北走向的海脊與槽溝並行，另在
Dolphin 作 業 航 次；2009 年 R/V Marcus G.
呂宋弧前區域也有數個東北－西南走向的明顯
Langseth 以 長 支 距 反 射 震 測 暨 海 域 OBS 收
地形特徵。東部菲律賓海盆一側，則水下海谷
放，支援 TAIGER 計畫作業的 MGL0905-0908
明顯。加瓜海脊位於 123°E，以顯著的南北走
四 個 航 次， 以 及 2013 年 德 國 太 陽 號（R/V
向隆起，且北端已進入琉球海溝。沿著琉球海
Sonne, GEOMAR）Sonne227 三維震測作業航
溝至少有一系列四個弧前盆地，這些弧前盆地
次等，不論在學術上釐清臺灣地區的板塊架構
位於不同水深，暗示著斜向碰撞在弧前區的側
與動力，在國土資訊收集與資源探勘、災害防
向變化；而在沖繩海槽南端的北壁，可以辨識
治與海域突發災害救援等方面，均有一定的貢
斷層截切的斜坡與下沉的塊體，似乎暗示後碰
獻。以下各節，將以現有海洋地球物理資料為
撞期的張裂形變。根據同一數位地形資料，
基礎，敘述臺灣周邊海域地球物理特徵之經
Ramsey et al.（2006）也討論了臺灣造山帶在
緯。
水下的地形特徵。 1998 年迄今，大量累積的新水深資料，
2. 現有海域地球物理資料 以及其意義 2.1 海床地形及地貌測繪
經過更嚴格的品管，促成地形數位模型的更 新。更新版的數位地形模式可以從資料庫網站 http://odb.ntu.edu.tw 下載（分別為 200 m、500 m 及幅員較大的 1 km 網格；請參考「國科會
臺灣地區目前掌握的海域地形起伏變化，
海洋學門資料庫 1985-2010 年海洋資料圖集報
如前所述，正是多年來海洋資料庫控管彙整
告」），不同視角的地形變化可參考圖 3.2 的
的 產 品。 具 體 而 言，Liu et al.（1998） 首 度 將海洋資料庫的地形資料（包含 1990 年 R/V Moana Wave, MW9005、1995 年 R/V Maurice Ewing, EW9509、1996 年 R/V L’Atalante, ACT 等航次的多音束測深結果，參閱圖 3.1）加值
範例。 在地形資料之外，國內尚有甚多航次執行 海域側掃聲納作業，了解區域底質及地貌變 化，如珊瑚礁層在近海的分布、海峽內海床砂 丘作為底流方向的指示等研究，可惜均屬零 星資料。覆蓋面積較大尺度者，當以 1990 年
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臺灣區域海洋學
圖 3.1 更新臺灣周圍海域數值地形之水深資料來源（科技部海洋資料庫提供）。
R/V Moana Wave, MW9005 航次所收集之臺灣
在兼顧國安與學術研究考量之下，將資料適度
南部海域 SeaMARCII 側掃聲納影像（圖 3.3）
公開，科技部海洋學門資料庫仍會一秉服務產
最具代表性。Liu et al.（1993）根據該筆影像
官學界的宗旨，提供專業知識與專職的技術服
資料，以及地形測深與反射震測資料，指出蜿
務，持續增進對於臺灣海域地形與地貌的全盤
蜒本區長達 240 km 的高屏海谷可以分為三段
了解。
各不相類的地貌與構造特徵。 近十年來，內政部鑑於對國土資源的了解
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2.2 反射及折射震測
具有急迫且重大的政經意義，因此委付學界採
九連號時期的雙頻道高壓放電震源反射震
購新式多頻道測深系統，執行高解析與精細的
測已建立若干研究區域地質地球物理的重要資
海域地形與地質測繪，但是礙於國安考量，
料，例如前述的臺鎮航次，即已收集經典的
這些新一代高解析資料並未公開。爾後，如何
震測剖面。但是由於當年資料均為類比式紀
第三章
臺灣周邊海域的海洋地球物理
圖 3.2 臺灣周圍海域數值地形立體投影圖（科技部海洋資料庫提供）。
錄，保存不易，已有部分散佚。海洋資料庫針
除了海研一號自行收集的臺灣周邊海域反
對部分仍可取得的資料，嘗試進行掃描與歸檔
射或折射震測資料之外，另有許多資料是透過
的工作。海研一號啟用後，反射震測系統大幅
前述國際合作，由他國研究船的專業裝備所取
更新，貴儀中心更購入專業的 PROMAX 資料
得者。這些國際合作利用折射、反射震測，
處理系統，遂使海域震測工作大幅開展。由於
對於臺灣周邊的地質及地球物理研究皆有顯
反射震測資料處理涉及高度專業知能，目前資
著貢獻，其中尤以 1990 年 MW9005、1995 年
料庫收藏的資料主要來自國科會資助的研究計
EW9509、1996 年 ACT 等航次之珍貴資料，
畫，各主持人依據學門觀測資料繳庫辦法所繳
均由參與國際合作的計畫主持人繳入海洋資料
交的海域反射震測資料。數位資料部分，可視
庫，提供產學界進一步參考。以下僅概略回顧
申請人需求及資料處理能力提出申請，除了數
其中數項比較全面的研究成果。
位資料檔，也提供單頻道的震測剖面圖，供定
Malavieille（2002）使用 ACT 航次所收集
性的地質解讀之用。本節展示不同區域數個具
的地球物理資料，尤其是根據大量的反射震測
代表性的單頻資料，以供參考（圖 3.4）。
剖面，認為呂宋弧前基盤在臺灣東南海域的漸
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臺灣區域海洋學
進俯衝（underthrusting），可說明由南往北的
長支距廣角反射與折射資料，嘗試建立臺灣周
不同形變型態。中國大陸邊緣的漸進隱沒則可
邊碰撞帶的速度構造。他們主要分析與解讀三
能包括兩種型態，即（1）南段的主要向東背
條大致東西向海陸聯合測線。由南而北，南部
衝（backthrust）與弧前地區壓縮；（2）北段
測線橫過臺灣西南海域，跳過恆春平原向右側
部分呂宋弧之刮積進入西向逆衝（thrust）所
臺灣東南外海延伸。本測線顯示厚約 11 km 的
形成的碰撞帶，以及在斜坡之下的向東背衝與
歐亞板塊地殼（性質介於海洋地殼與大陸地殼
塊體旋轉。
之間）明顯向東隱沒；而在呂宋弧軸西側則發
McIntosh et al.（2005）根據 1995 年 EW9509
現在弧前速度構造中一條急遽變化的速度不連
航次執行中美合作 TAICRUST 計畫所收集的
續帶，由於此一構造同時伴隨明顯的地震活
圖 3.3 1990 年 R/V Moana Wave MW9005 航次所收集之臺灣南部海域 SeaMARCII 側掃聲納影像（劉家瑄提供）。
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第三章
臺灣周邊海域的海洋地球物理
圖 3.4 臺灣暨周圍不同海域之反射震測剖面單頻示意圖幅（科技部海洋資料庫提供）。
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臺灣區域海洋學
動，作者認為弧前塊體正在此一位置與北呂宋
計 53 個航次），並輔以若干陸地測量、空載
弧及菲律賓海板塊脫離。中部測線顯示發展中
及衛星大地水準面推算的資料，編繪臺灣暨周
的碰撞活動，菲律賓海板塊的前緣延伸至臺灣
邊海域的自由空間重力異常分布圖（圖 3.5）。
本島東部以下；而花東海盆以東並無顯著地殼
由於自由空間重力異常分布通常反映最大的肇
增厚的證據，顯示菲律賓海板塊的形變局限在
因來自地形變化，為了反映區域質量分布異常
殘餘北呂宋弧一帶。北部測線橫過花蓮東北，
作為構造及區域板塊力學性質的指標，則進一
顯示隱沒中的海洋岩圈與大陸岩圈邊緣的擠
步扣除地形在海平面以上的重力效應，並且以
壓，其接觸深度可達地下約 20 km。
沉積物質量取代海水來修正海底地形變化的影
此外，使用震測剖面來探討臺灣西部海域 盆地與造山負載於板塊邊緣所造成的撓曲機制
布（圖 3.6）。
（Lin and Watts, 2002）；為數甚多的臺灣西南
臺灣海域地磁場值則更為零星，除歷年
海域天然氣水合物研究（如 Liu et al., 2006 等） ；
來中國石油公司及臺大海洋研究所所收集資
以及許多基於反射震測對於南海北部的研究
料 之 外， 覆 蓋 面 積 較 大 者， 以 1968 年 美 國
（如 Lin et al., 2003；Wang et al., 2010；Yeh et
海軍於 150 m 高程的航空磁測、1984 年法國
al., 2010 等），均不在此一一贅述。
研 究 船 POP-I、POP-II 及 1995 年 EW9509、
2.3 海域重力場暨地磁場異常測繪
62
響，如此即產生布蓋（Bouguer）重力異常分
1996 年 ACT 航 次 資 料 為 主， 整 體 整 編 之 航 次數目也高達 61 個航次。即使如此，Hsu et
地球重力場暨地磁場異常，雖具有位能場
al.（1998）仍嘗試編繪臺灣暨周邊海域的磁力
資料與其肇因之間因果關係並不唯一的特性；
異常分布圖（圖 3.7）。前述重力、磁力場資
且測量位置與構造肇因一旦距離稍遠，則信號
料，均由海洋資料庫收藏保管。
短波長細節即迅速衰減，使得其對於構造解
Hsu et al.（1998）根據前述整編的重、磁
析能力有限，但對於各種尺度的區域構造仍有
力異常分布（圖 3.5、3.6、3.7），綜合論述其
其重要的指示意義。臺灣周邊海域的海洋重力
特徵：（1）臺灣西南有一顯著東北－西南走
場暨地磁場異常調查研究已有四十餘年歷史，
向之重、磁力異常帶，而北港基盤高區即位於
努力來自產學各界，但是由於早期並無系統規
其東北端；（2）位於臺灣海峽，前述重磁異
劃與均一的資料品管流程，多為特定研究目的
常區以北的臺西盆地呈現較低的自由空間異
所執行的零星測繪。其中尚包括多次藉助大
常，其生成或可以撓曲盆地解釋；（3）在臺
型國際合作所產出的資料，重力方面主要根
灣西南海域，可能存在以西北－東南走向為主
據 Yen et al.（1995）的結果，加上以 1995 年
的轉形斷層，其可能為南海岩石圈與小塊菲律
EW9509（中美合作）及 1996 年 ACT（中法
賓海岩石圈的分界；（4）在呂宋島弧以西的
合作）航次為主的歷年各個國際合作（俄、
花東海盆中，可以指認數條東西走向的地磁反
美、法）及海研一號所收集之海域觀測值（共
轉條帶及南北走向的破裂截切帶。花東海盆
第三章
臺灣周邊海域的海洋地球物理
圖 3.5 臺灣暨周圍海域自由空間重力異常變化（重繪自 Hsu et al., 1998）。
沿 123°E 與西菲律賓海盆主體分界，而位於
邊海域重力異常分布，在近十五年後才有全新
123°E 的 加 瓜 海 脊（Gagua Ridge） 也 可 能 為
的進展。為了避免各歷史航次資料的相對校準
一破裂帶的表徵；（5）呂宋弧前緣與臺灣東
及控制整編後資料的誤差範圍，在內政部對於
部碰撞擠壓所導致的變形可能是造成一系列東
國土資訊的關切下，啟動新一代的重力測量工
北－西南走勢之不連續帶的原因；（6）在南
作。Hwang et al.（2014） 綜 合 不 同 載 台、 不
沖繩海槽，123.5°E 以西，可能存在西北－東
同儀器，經過校正，並控制較完整與緊緻的區
南走勢的走向滑移斷層帶。
域覆蓋，依據相對短時間內（2000 ∼2012 年）
上述 Hsu et al.（1998）所整編的臺灣暨周
取得的資料，編製 1’ × 1’網格的自由空間與布
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臺灣區域海洋學
圖 3.6 臺灣暨周圍海域布蓋重力異常變化（重繪自 Hsu et al., 1998）。
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蓋重力異常分布圖（圖 3.8）。所使用的資料
水重力資料；（4）部分由衛星測高值推導的
來自：（1）三組陸上測量，經相互網格校準，
重力值，包括 Geosat/GM, ERS-1/GM, Geosat/
誤差控制於 0.03 ∼ 0.09 mgal；另外也包括 281
ERM、ERS-1/35d、ERS-2/35d 及 TOPEX/
點高程超過 1,000 m 的早年測量值（Yen et al.,
Poseidon 等。 所 有 資 料 的 定 位 不 同 於 Hsu et
1990）；（2）三次空載任務，飛行高度分別
al.（1998）主要依賴交點誤差分析，而全數以
為 5,156 及 1,620 m（兩次任務），誤差範圍則
近代 GPS 科技控制於公分等級。準確的定位
為 2.57 ∼ 2.79 mgal；（3）七次海域近岸船載
自然有利於後續的資料處理與異常值計算，更
觀測所得，誤差控制於 0.88 ∼ 2.35 mgal 的淺
有助於建立準確的區域大地水準面模型，以
第三章
臺灣周邊海域的海洋地球物理
圖 3.7 臺灣暨周圍海域地磁異常變化（重繪自 Hsu et al., 1998；圖中若干地區如 臺灣本島缺乏足夠之實測資料，為外插之示意圖，請參考原著）。
及估計地殼與地幔分界之莫荷（moho）面深
多爭議。Hwang et al.（2014）將之歸因於早
度，此項準確估計對於區域地球物理研究至為
第四紀填充於大陸邊緣張裂形成的半地塹型式
重要。Hwang et al.（2014）認為新編纂的重
的巨厚沉積物。但是最近由環境噪訊所推導的
力異常網格值具有較高的解析度，也具有更明
地殼深度範圍內的表面波層析成像，則並不支
顯的高頻細節。從定性角度而言，中央山脈地
持該地區地殼呈現側向的異常變化（Huang et
區明顯的負布蓋異常，顯示造山帶垂直方向的
al., 2012），此一明顯重力異常的肇因仍待研
補償作用；而集中於 121°E, 24°N 地區的顯著
究。此外，臺灣海峽的臺西盆地及東北外海的
布蓋異常，延伸至雪山山脈與西布麓山帶北
和平海盆，都有明顯的布蓋重力低區。在沖繩
段，在臺灣陸上重力異常解釋上，一向引發頗
海槽，布蓋異常由東向西遞減，在接近宜蘭平
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臺灣區域海洋學
圖 3.8 臺灣暨周圍海域布蓋重力異常變化（重繪自 Hwang et al., 2014）
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原時，轉而為負。此一趨勢被認為反應宜蘭平
Gravity System II, S/N: S150），於各航次隨船
原為沉積物填充，而與弧後擴張的高密度岩漿
量測海域的重力，如此可在不額外增加探測成
室無關。東岸外海的花東海盆也有正的布蓋異
本的情形下，有效率地增加船載重力的探測資
常，並向海岸山脈遞減，且在花東縱谷西側轉
料密度。累計至 2015 年 12 月，已有 131 個航
為負值，顯示由海洋地殼迅速轉換為大陸地殼
次的重力資料，測線總長共 143,952 km，資
的特徵。
料蒐集測線如圖 3.9 所示。科技部海洋學門資
除 了 Hwang et al.（2014） 所 更 新 臺 灣
料庫負責整編這些隨船探測的海域重力資料，
地區全域的重力模型，2009 年臺大海洋研究
由於部分海域地區有高密度的隨船測線，可以
所在科技部的支持之下，在海研一號設置船
解析高頻的側向重力變化，而與海域的地形起
載 重 力 儀（ 型 號 LaCoste & Romberg Air-Sea
伏也有很好的對應。圖 3.10 展示海洋資料庫
第三章
臺灣周邊海域的海洋地球物理
圖 3.9 海研一號船載重力資料測線分布圖，顏色對應原始測值。紅框處標示圖 3.10 的資料展示範圍。
所整編的臺灣西南海域隨船量測的自由場重力
位系統萌發，遂決定自主研發，至今徐春田教
值，清楚地顯現了臺灣南部恆春半島的重力高
授團隊的研發已頗具規模，不僅大幅改良利
區往南延伸到海域的幾何形狀，而與區域構造
氏探針，並於 2005 年發展新式 Ewing 小型探
如枋寮海脊、高屏峽谷也有很好的對應。
針，明顯降低海域觀測作業的折損率。歷年
2.4 海床地熱觀測
來，已在沖繩海槽南端取得為數約 100 測站及 臺灣西南海域取得超過為數 200 測站的海床地
臺灣地區的海床地熱觀測，最早可溯自
熱測量資料（Shyu, 2001, 2006），不僅凸顯沖
1978 年臺大海洋所與加州大學合作的單一航
繩海槽南端的擴張中心，正值新生與不連續階
次紀錄。該航次的海域觀測使用美方地熱儀
段，且在西南海域的地熱分布，顯示為可靠的
器，雖揭示臺灣地區作為活動板塊邊緣的熱結
天然水合物埋藏指標（圖 3.11）。
構背景的重要性，但後繼發展則須仰賴本土裝
根據 Chi and Reed（2008）的整理，在臺
備。民國 70 年代初期，臺大海洋所徐春田教
灣由南往北，自隱沒過渡至碰撞型態的構造邊
授自美國華盛頓大學 Clive Lister 教授引進利
界，其弧前淺部地殼的熱結構可以歸納如下：
氏探針。經多方測試，由於系統未臻成熟，折
（1） 在 隱 沒 區， 地 溫 梯 度 約 為 30 ∼ 80°C/
損率甚高；且記錄方式為類比膠帶打孔，常有
km，變化主要以隱沒岩圈的冷卻、接腳的顯
卡帶及解讀費時的問題。當時亦適逢臺灣微數
著脫水、沉積物覆蓋隔熱、地形起伏等多種作
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臺灣區域海洋學
圖 3.10 臺灣西南海域自由空間重力異常格點模型，白色曲線為海域深度等值線。（a）學門資 料庫所解算的重力異常格點模型，圖上灰色色塊區為補入 Hwang et al.（2014）之資料地區。 （b） 與（c）分別為 Hwang et al.（2014）與 Hsu et al.（1998）在同研究區的重力異常模型。
用，而表現出梯度向島弧方向遞減的趨勢；
學引進法國國家海洋研究機構 IFREMER 研製
（2）在碰撞帶內的地溫梯度約為 30 ∼ 90°C/
的 MicroOBS 及 MicroOBS+， 主 要 用 於 主 動
km，卻向島弧方向遞增，大致可歸因於隆生
式實驗，配合折射炸測之用；也有少數用於
剝蝕作用（exhumation）、侵蝕、地下水循環，
擴張陸上陣列孔徑，協助外海地震定位（例
以及其他更為複雜的上地幔活動。在碰撞帶內
如 Chang et al., 2008），以及增加走時波線取
熱流值約為 80 ∼ 250 mW/m ，高熱流值區域
樣，改善區域層析成像之用（例如 Lin et al.,
通常也伴隨著較淺的地震活動帶與較高的地震
2007）。Kuo et al.（2009） 量 測 布 置 於 花 東
能量衰減。一般而言，熱流值沿著地形高區從
海盆東側（靠近加瓜海脊）的單站寬頻海底
隱沒區到碰撞帶逐漸增加。
地震儀（OBS 儀器與美國伍茲霍爾海洋研究
2
2.5 海底地震儀之發展與應用
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所合作），與四個臺灣東岸陸上站之間，雷 利波（Rayleigh waves）的站間相速度（phase
我國海域使用海底地震儀（Ocean Bottom
velocity），用以探索花東海盆的上地幔特性。
Seismometer，簡稱 OBS）觀測已超過十年。
結果顯示花東海盆與菲律賓海的帕里西維拉
比較具體的成果係由臺灣海洋大學與中央大
海 盆（Parece-Vela Basin） 年 齡 相 仿， 約 在
第三章
臺灣周邊海域的海洋地球物理
圖 3.11 臺灣西南海域之海床地熱空間變化趨勢圖；整體趨勢與 BSR 的空間分布一致（徐春田提供）。
15 ∼ 30 Ma 之間。此一結果並不支持地質定
構 合 作， 使 用 海 底 地 震 儀 進 行 海 域 構 造 研
年所認為花東海盆可能長達近 125 Ma 的年齡
究。大型的國際合作有 1995 年的 TAICRUST
（Deschamps et al., 2000）。此一研究反映有趣
（Taiwan international collaborative research
的地球物理現象，在於岩圈 S 波速度與岩圈
for understanding subduction-collision system
年齡的關係來自長期以來地球物理研究建構的
in Taiwan） 以 及 2007 年 的 TAIGER（Taiwan
參考模型，除非有明確而合理的證據顯示如異
integrated geodynamic research）計畫，前者以
常熱干擾所引起的返齡（rejuvenation）現象，
海底地震儀為震波訊號接收站，執行海域長支
否則參考模型提供的定量標尺是地球物理敘事
距主動炸測實驗，解算臺灣東北部以及南部隱
與說理的重要依據。
沒帶的地殼結構；後者除了使用更多的海底地
近年來，國內學者也多次與外國研究機
震儀當主動、被動實驗的地震波訊號接收器，
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