臺灣地區地震儀沿革(1897-1972)

Taiwan Seismograph History

鄭世楠 辛在勤 何美儀 劉玉龍 張建興 許麗文 江嘉豪

2013/07/15初版

2013/11/15更新

臺灣地區在1897年至1972年間使用過相當多的儀器進行地震觀測，從早期無阻尼器之機械式地震儀至現代化高倍率的電磁式地震儀，包括格雷－米爾恩型地震儀(Gray-Milne Seismograph)、大森式水平地震儀(Omori horizontal seismograph)、感震器(seismoscope)、震度器、大森式微動儀(Omori tremometer)、簡單地震儀(portable seismograph)、強震儀(strong motion seismograph)、威赫式地震儀(Wiechert seismograph)、加速度地震儀(acceleration seismograph)、電磁式地震儀(Electromagnetic seismograph)等。

格雷－米爾恩型地震儀(Gray-Milne Seismograph)

臺灣地區裝設的第一部地震儀(1897/12/19臺北測候所)，又稱為格雷－米爾恩－尤恩地震儀(Gray-Mine-Ewing Seismograph; GME)、普通地震儀等。三分量均紀錄於同一煙薰記錄紙，東西向放大5倍、南北向放大5倍、垂直向放大10倍，固有周期2.5秒。先後於臺北測候所(1897/12/19)、臺南測候所(1900/01)、澎湖島測候所(1900/01)、社寮島觀測所(1901/04)、臺中測候所(1909/01)、臺東測候所(1909/01)、恆春測候所(1909/01)裝設此地震儀進行地震觀測，1930年後已不採用。 目前整理的波形紀錄中，格雷－米爾恩型地震儀的記錄可追溯至1900年6月29日台南測候所收錄之波形紀錄。

圖1、格雷－米爾恩型地震儀(Gray-Milne Seismograph)外觀圖

表1、格雷－米爾恩型地震儀裝設情形一覽表

大森式水平地震儀(Omori horizontal seismograph)

大森式水平地震儀自1900年起開始加入地震觀測行列，是臺灣地區服役最長的地震儀。最早稱為大森式水平振子地動計(Omori horizontal pendulum seismograph)，又稱為大森式水平地動計、大森式地動計、大森式地動儀等。採用長週期水平擺之水平地震儀，擺斜吊於高度約110 cm之支柱，由長約75 cm之擺臂支撐。錘重15公斤左右，週期10-25秒，1930年以前無阻尼器(制振器)設備，各測震站僅裝設一部大森式水平地震儀且均設定於東西向，倍率6-20倍。1930年以後加裝電磁阻尼器(electro-magnetic damper)，阻尼值2-3，磨擦值0.3以下，倍率20倍，二部相同之地震儀互成直角安裝而組成一組使用(東西向與南北向)，二次大戰結束後僅剩臺北與阿里山繼續使用此類型地震儀。因大森式水平地震儀週期長，適合於觀測遠地地震較長週期之振動，故專做遠地地震觀測之用。其對大地傾斜比較敏感，若將紀錄筒之轉速減緩，可做為傾斜儀(tilt meter)之代用品，敏度在T₀=20 sec，V=20 倍時，大地傾斜1”其紀錄約為1 cm。每24小時更換一次煙燻記錄紙，記錄紙為790x300 mm雙面銅版紙。倍率較小及無垂直向是其缺點。

圖2、大森式水平地震儀(無阻尼器)(Omori horizontal seismograph without damper)

圖3、中央氣象局臺北地震台上東西向與南北向之大森式水平地震儀(電磁阻尼器)

表2、大森式水平地震儀裝設情形一覽表

大森式微動儀(Omori tremometer)

大森式微動儀(Omori tremometer)，又稱為大森式微動計。僅有單一水平向紀錄，構造與大森式水平地震儀(Omori horizontal seismograph)大體相似，錘重為50公斤，倍率100-120倍，遠地地震及微小之近地地震均適用，無阻尼器裝置，摩擦較大。此類型地震儀儀於1913-1941年間分別裝至於臺北測候所(1913/11-1932)與高雄測候所(1934/01-1940)使用，都設定為南北向進行地震觀測。 此地震儀原設至於日本東京山階官菊麿王官邸，私人觀測研究使用山階官菊麿王過世後，於1909年6月9日贈與臺北測候所(圖4)。

 表3、大森式微動儀裝設情形一覽表

圖4、 漢文臺灣日日新報1909年6月25日報載山階官菊麿王遺物大森式微動儀轉贈臺北 測候所

強震儀(strong-motion seismograph)

強震儀主要為紀錄大地震而設計，臺灣地區使用之強震儀包括大森式強震儀(Omori strong motion seismograph)、今村式二倍強震儀(Imamura (CMO) strong motion seismograph, V:2)、大森式二倍強震儀(Omori (CMO Pivot type) strong motion seismograph, V:2)、樋口式一倍強震儀(Higuti CMO strong motion seismograph, V:1)(1955年以後使用)、中央氣象台式一倍強震儀CMO (Spring type) strong motion seismograph (V:1) (1970年以後使用)、中央氣象台式二倍強震儀CMO (Spring type) strong motion seismograph (V:2) (1970年以後使用)等。懸吊法有Pivot式及Spring式二種，各型之性能均大同小異，將東西向、水平向與垂直向三個成分同裝於一個底盤上，並同在一煙薰記錄紙。記錄筒為鋁質，直徑約24cm，寬40cm，起動器為限速式發條裝置，圓筒約每30分鐘轉一周，偏移1mm，記錄紙為雙面銅版紙794x400mm(氣象局所使用者多為794x300mm)。

大森式強震儀(Omori Strong motion seismograph)

此類型強震儀共有二部，於1900/06分別裝設於社寮島觀測所、臺北測候所。社寮島觀測所三分量的倍率均設為2倍，1916/08停止觀測。臺北測候所倍率為東西向1.3倍, 南北向1.0倍, 垂直向5倍。

今村式二倍強震儀(Imamura (CMO) strong motion seismograph, V:2)

於1920年代末期開始裝設於臺灣地區，將東西向、水平向與垂直向三個成分同裝於一個底盤上，並同在一煙薰記錄紙。三分量放大倍率均為2倍，採用油阻尼器(oil damper)，目前整理的波形紀錄中，最早可追溯至1935年4月21日新竹台中地震波形記錄。

圖5、今村式二倍強震儀(Imamura (CMO) strong motion seismograph)，下圖為外觀圖，上圖 為恆春測候所今村式二倍強震儀儀器檢定證。

大森式二倍強震儀(Omori (CMO Pivot type) strong motion seismograph, V:2)

大森式二倍強震儀為日本東京ARES & CO. Scientific instrument製造，懸吊法採用Pivot式，使用電磁阻尼器，於1933年開始裝設於臺灣地區，並逐漸取代今村式二倍強震。將東西向、水平向與垂直向三個成分同裝於一個底盤上，並同在一煙薰記錄紙。三分量放大倍率均為2倍。目前整理的波形紀錄中，最早可追溯至1935年4月21日新竹台中地震於阿里山、花蓮、高雄測所收錄之波形記錄。1967年12月國人複製(臺北市臺興機械廠製造)大森式二倍強震儀，設置於嘉義測候所進行地震觀測(現存放於南區氣象中心)。

圖7、大森式二倍強震儀Omori (CMO Pivot type) strong motion seismograph (V:2)， 上圖為1933年7月安裝於阿里山測候所，現存放於中正大學地震研究所，標示牌顯示MAKERS IN SCIENTIFIC INSTRUMENTS ARES & CO. NIHONBASH, TOKYO；中圖為國人複製大森二倍強震儀，現存南區氣象中心，標示牌顯示臺興機械廠1967年12月製造；下圖左為1936年3月29日安裝於臺北測候所，現存放於中央氣象署； 下圖中為1936年6月安裝於宜蘭測候所，現存放於中央研究院地球科學研究所；下圖右為1938年9月1日安裝於臺南測候所，現存放於南區氣象中心。

樋口式一倍強震儀(Higuti CMO strong motion seismograph, V:1)

日本Katsushima Instrument CO.製造，1955年1月於新竹、1955年9月於臺中、花蓮與台東、1958年1月於恆春、1959年8月於大武裝設樋口式一倍強震儀。東西向、水平向與垂直向三個成分同裝於一個底盤上，並同在一煙薰記錄紙。三分量放大倍率均為1倍，採用電磁阻尼器。

圖8、樋口式一倍強震儀(Higuti CMO strong motion seismograph, V:1)，圖左為1955年9月安裝於臺中測候所，現存放於中正大學地震研究所，圖右為1955年9月安裝於臺東測候所，現存放於臺東氣象站。

表4、強震儀裝設情形一覽表

簡單地震儀(Portable seismograph)

簡單地震儀體積較小，構造及處理簡單，便於移動，適用於近地地震觀測之用，又稱為簡單微動計或攜帶微動計(portable tremometer)。1930年以前無阻尼器裝置，每24小時更換一次煙燻記錄紙，懸吊法採用Pivot與Spring式。此型地震儀種類多，包括大森式簡單地震儀(Omori portable seismograph)、中央氣象台式簡單地震儀(CMO portable seismograph)、三分量簡單地震儀(Three component portable seismograph) (1954年以後使用)、樋口式簡單地震儀(Higuchi CMO portable seismograph) (1958年以後使用)、萩原式簡單地震儀(Hagihara portable seismograph)(1970年以後使用)等。

大森式簡單地震儀(Omori portable seismograph)

大森式簡單地震儀(Omori portable seismograph)自1914年1月加入臺灣地區地震觀測工作的行列，首先安裝於花蓮港燈塔(1914/01-1921/09)，花蓮燈塔結束地震觀測後轉移至花蓮測候所(1921/09-1935)，臺北測候所於1932/01-1934為期間增設此類型地震儀進行地震觀測。為了加強1935年新竹台中地震之餘震觀測，1935/08/22-1937/03/31期間於大湖郡役所設立臨時地震站設置大森式簡單地震儀進行餘震觀測。

圖9、大森式簡單地震儀Omori portable seismograph

中央氣象台式簡單地震儀(CMO portable seismograph)

中央氣象台式簡單地震儀底座上裝有南北和東西動兩個水平擺，以鋁質細小槓桿加以擴大，兩分量記錄於同一記錄紙上，採空氣阻尼器裝置，每24小時更換一次煙燻記錄紙，採用100磅雙面銅板紙794x300 mm。為了加強1935年新竹台中地震之餘震觀測，1935/06/01-1937/03/31期間於新竹州廳設立臨時地震站設置中央氣象台式簡單地震儀進行餘震觀測。目前整理的波形紀錄中，最早可追溯至1935/07/17後龍溪口地震 新竹州廳臨時地震站所收錄的波形紀錄。

圖10、中央氣象台式簡單地震儀(CMO portable seismograph)，左圖為1939年4月安裝於新竹測候所，1988年存放於中央氣象署展示室， 右圖為1939年4月安裝於 澎湖測候所，現存放於澎湖氣象站。

荻原式簡單型地震儀(Hagihara three components portable seismograph)

為東京HOSAKA CO LPT製造，二個水平向與一個垂直向三個成分裝設於不同基座上，但同在一滾筒記錄紙記錄波形，水平向 與垂直向重錘質量均為12 kg，垂直向9.3 kg，基本倍率約25倍， 水平向固有週期5.0秒， 垂直向固有週期2.0秒，1970年以後加入臺灣地區地震觀測工作使用。

圖11、荻原式簡單型地震儀Hagihara three components portable seismograph，1978年9月1日安裝於高雄測候所，現存放於高雄氣象站。

表5、簡單地震儀裝設情形一覽表

威赫式地震儀(Wiechert seismograph)

威赫式地震儀(Wiechert seismograph)自1928年至1988年間為臺灣地區觀測地震的主力地震儀，觀測微小之近地地震最為適用，對遠地地震初期微動之觀測亦甚良好。此類地震儀又分為威赫式水平向地震儀(Wiechert horizontal seismograph)與威赫式垂直向地震儀(Wiechert vertical seismograph)，除了嘉義站僅裝設水平向地震儀外，其他測站均裝配水平向與垂直向二部地震儀。 依照出廠公司區分，臺灣地區使用的威赫式地震儀有三種：臺北測候所威赫式地震儀為德國原廠製造(圖12)， 嘉義測候所威赫式水平向地震儀為國人複製，其他皆為日本東京ARES &CO.製作。

圖12、威赫式地震儀(Wiechert seismograph)出廠標示牌： 上圖為臺北測候所威赫式垂直向地震儀標示牌，顯示為德國製造Spindler & Hoyer, G.m.b.H. Gottingen；中圖 為阿里山測候所威赫式垂直向地震儀標示牌，顯示為日本製造MADE BY ARES & CO., TOKYO；下圖 嘉義測候所威赫式水平向地震儀標示牌，顯示為臺興機械廠1967年12月複製。

威赫式水平向地震儀(Wiechert horizontal seismograph)

威赫式水平向地震儀係利用倒立擺之原理，將擺之運動分為南北向與東西向二個成分，記錄在同一煙薰記錄紙上。錘重200公斤，基本倍率70-80倍，固有週期4.5-5.5秒，採用圓筒型空氣阻尼器(或稱制振器或衰減器)，阻尼值7-9。旋轉一周約20分鐘，並向左偏移約2 mm，每12小時更換一次記錄紙，使用 903x218 mm 雙面銅版紙(臺北用 903x220 mm)

圖13、威赫式水平向地震儀(Wiechert horizontal seismograph)：上左圖為1928年1月裝設於臺北測候，現存放於中央氣象署；上右圖為1941年2月裝設於新港測候所，現存放於中央研究院地球科學研究所；中左圖為1933年7月裝設於阿里山測候所，現存放於中正大學；中中圖為1968年9月裝設於嘉義測候所，現存放於嘉義氣象站；中下圖為1935年1月1日裝設於臺東測候所，現存放於臺東氣象站；下左圖為1935年2月1日裝設於恆春測候所，現存放於恆春氣象站；下右圖為1933年1月裝設於臺南測候所，現存放於南區氣象中心。

威赫式垂直向地震儀(Wiechert vertical seismograph)

威赫式垂直向地震儀採用尤恩(Ewing)型懸吊擺(suspension pendulum或稱為 vertical pendulum)，錘重80公斤。固有週期、阻尼值與倍率與威赫式水平向地震儀相近，故將兩者併為一組使用(嘉義站僅有水平向)。因採用彈簧為還原力，溫度變化時描針常有偏移現象，為防止描針之偏移，附有溫度補正裝置，並以木箱覆蓋之。其他裝置與水平向略同。

圖14、威赫式垂直向地震儀(Wiechert vertical seismograph)：上左圖為1928年1月裝設於臺北測候，現存放於中央氣象署展覽室；上右圖為1941年2月裝設於新港測候所，現存放於中央研究院地球科學研究所；中左圖為1933年7月裝設於阿里山測候所，現存放於中正大學；中右圖為1935年1月1日裝設於臺東測候所，現存放於台東氣象站；下左圖為1935年2月1日裝設於恆春測候所，現存放於恆春氣象站；下右圖為1933年1月裝設於臺南測候所，現存放於南區氣象中心。

表6、威赫式地震儀裝設情形一覽表

加速度地震儀(acceleration seismograph)

此時期中央氣象局有石本式加速度地震儀(Ishimoto acceleration seismograph)與樋口式加速度地震儀(Higuchi acceleration seismograph)二種，1954年以後加入臺灣地區地震觀測。

石本式加速度地震儀(Ishimoto acceleration seismograph) 

地震儀之擺與記錄器為不同底盤，三分量紀錄於同一記錄紙，使用660x398 mm 雙面銅版紙。記錄圓筒為鋁質，圓周約為60 cm，寬40 cm，偏移1 mm，轉速60 mm/min，一日需換二次記錄紙。重錘質量16公斤，固有週期0.1秒(垂直向0.08秒)，基本倍率水平向約190倍、垂直向約150倍，記錄紙上1 mm相對於水平加速度1.7 gal、垂直向約4.5 gal，採用活塞型空氣阻尼器，儀器之阻尼器調整困難又易故障，且易變化阻礙擺之運動，為此類型地震儀的最大缺點。

樋口式加速度地震儀(Higuchi acceleration seismograph)

又稱為樋口式54年型大震加速度地震儀，重錘質量各1公斤，固有週期0.1秒，記錄每mm約等2.5 gal，範圍2.5-1000 gal，油膜式阻尼器，每30秒刻時，600x1000 mm，全重120公斤。(花蓮測候所採用)

圖15、石本式加速度地震儀(Ishimoto acceleration seismograph)中 外觀圖；下右圖為1954年5月裝設於臺 北測候所，現存放於中央氣象局庫房。

表7、加速度地震儀裝設情形一覽表

其他電磁式地震儀(Electromagnetic seismograph)

此時期中央氣象局有59型(VI)短週期(Electromagnetic seismograph 59 type)與61型(VD)長週期(Electromagnetic seismograph 61 type)電磁式地震儀二種，二種地震儀之結構大致相同，1970年以後加入臺灣地區地震觀測。

59型短週期電磁式地震儀 (Electromagnetic seismograph 59 type)

水平向為水平擺，垂直向為尤恩(Ewing)型吊擺，水平向重錘質量3.58 kg，垂直向3.15 kg，固有週期5.0秒，基本倍率約100倍。鋁質記錄筒直徑約為24 cm，寬40 cm，圓筒約30分鐘轉一周，偏移1 mm，三分向均記錄於同一張記錄紙上，採用墨水記錄方式，記錄紙為794x400 mm雙面銅版紙(氣象局使用多為794x300 mm)。(1970/05開始使用)

圖16、59型電磁式(短週期)地震儀 Electromagnetic seismograph 59 type，左上圖為1970年5月裝設於臺北測候所，現存放於中央氣象局；右上圖為1971年1月裝設於臺東測候所，現存放於臺東氣象站；下圖為1972年4月24日裝設於嘉義測候所，現存放於嘉義氣象站。

61型(VD)長週期電磁式地震儀(Electromagnetic seismograph 61 type)

水平向重錘質量10.2 kg，垂直向9.3 kg，固有週期10.0秒，基本倍率約200倍，三分向均記錄於同一張記錄紙上，採用墨水記錄方式。(1972開始使用)

圖17、61型電磁式(長週期)地震儀 Electromagnetic seismograph 61 type，1972年4月已裝設於恆春測候所，現存放於恆春氣象站。

表8、電磁式地震儀裝設情形一覽表