圖1 全球衛星定位之衛星運行示意圖。
(http://en.wikipedia.org/wiki/GPS)
全球衛星定位是利用三角定位的原理求得地表上某一點的座標位置,根據幾何原理,如果想知道某一點在空間的位置,只需求得其與4個不共面已知點的距離即可,因此利用天空中24顆已知位置點的GPS衛星(圖1),只要能同時接收到4顆以上的衛星無線電訊號,得知與這些衛星的距離,則經由幾何運算,便可得到地表上該點的座標,由於眾多衛星在天空繞行不停,地表上任一地點幾乎隨時都可接收到4顆衛星以上的訊號,因此利用連續性衛星定位,便可測得地表上某一點位置隨時間的移動情形,進而計算出地殼的變動速率和方向,推測地底下岩漿活動的情形。
圖13 受氣溫年變化影響,不同月份測量井內之溫度情形。圖中可見越靠近地表,溫度變化越大,10公尺以下受影響程度就非常小了。
地底下岩漿流體上湧時,地層的溫度會隨之升高,熱流值變大,持續監測地底下溫度的變化可用來推測地底下岩漿的活動是否異常變化,由於地溫的變化緩慢、幅度也很小,因此必須使用非常高解析度的溫度記錄器才能測得地溫的變化。
地溫監測計畫在龜山島的龜頸部位鑽探一口深290公尺的監測井(圖12),井內不同深度每隔10-40公尺共裝設15根溫度記錄器,溫度記錄器以鈦纜線懸吊,研究人員每隔一至兩個月前往監測井取出溫度記錄器,下載溫度資料後再放回井內繼續監測,溫度記錄器的解析度達0.0001℃,可量到微小的溫度變化。
地底下的溫度變化除了跟岩漿活動有關外,也有可能會受到地下水流動、降雨、地表溫度變化的影響,例如氣溫的日變化、年變化、冰河期等訊號,都會由地表傳到地底下,其傳遞的深度與岩層的熱擴散係數有關,振幅隨深度呈指數型態衰減(圖13),週期越長的氣溫變化往地底下傳遞的訊號越深,一般日變化可傳入地下約數10公分,年變化約數公尺,冰河期則可達1公里以上。
圖14 龜山島地溫垂直剖面圖。0-100公尺溫度差異不大,100-250公尺溫度隨深度增加很快,平均每百公尺增加9.6℃,此溫度梯度約全球平均值的3倍。
龜山島地溫的監測結果發現,井內最低溫度約22℃,最高溫度約34℃,0-100公尺的地溫梯度(溫度隨深度增加的大小)為-1.4℃/100公尺(圖14),地溫梯度負值表示該段地溫的分佈是越深溫度越低,顯示地下某地段熱量被帶走,通常這種現象都跟地下水的流動有關,但在龜山島地下水並不豐沛,因此負地溫梯度可能是跟海水入滲地層有關。
100-250公尺的地溫梯度為9.6℃/100公尺,比全球平均地溫梯度3℃/100公尺高約3倍,顯示龜山島有較高的熱流值,為典型火山地區特徵。
地溫監測期間發現有數次的熱脈衝現象(圖15),溫度變化約0.01-0.02℃,這些熱脈衝都跟微震的發生無關,其發生時間都恰逢颱風侵襲台灣,顯然是颱風造成地底下溫度場的改變,然而颱風如何改變地底下溫度?這個機制目前尚不十分清楚,有待未來進一步釐清。