JP2017161390A - 水底用電磁探査システム及びこれを用いた探査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】海底下の金属鉱物資源を精度よくかつ効率よく探索できる水底用電磁探査システムを提供すること。【解決手段】海底探査システムは、潜水型移動体１０により曳航索１２を介して水中で曳航される曳航体２０に、電磁探査装置の送信コイル１００及び受信部１１０を配置し、前記曳航体２０が曳航されている状態で、前記送信コイル１００に電流を流して水底に向けた磁場を発生させ、電流を急激に遮断することにより水底で発生する電磁誘導現象に起因する電磁波を前記受信部１１０で受信する。【選択図】図３

Description

本発明は、水底用電磁探査システム及びこれを用いた探査方法に関する。

海底下に存在する鉱物資源（例えば、海底熱水鉱床など）の探査が盛んに行われている。例えば、特許文献１には、海底に電極を設置して海底下の電気探査を行う方法が開示されている（引用文献１）。

しかしながら、海底熱水鉱床の付近の海底は起伏が激しいことが多いので、電極を直接海底に接触させて海底下に電流を流す電気探査を行うことは難しい場合が多い。

このため、潜水機（遠隔操作無人探査機（remotely operated vehicle；ROV）や自律型無人潜水機（autonomous underwater vehicle；AUV）など）に電磁探査装置を搭載し、電磁探査装置の送信ループに送信電流を供給した後に前記送信電流を遮断することにより発生する海底下での電磁誘導の変化を、電磁探査装置で検出することにより、海底に非接触で海底の電磁探査を行うことが行われている（例えば、引用文献２）。

特開２００１−３０５２３７号公報 特開２０１４−９８６６９号公報

この電磁探査システムによれば、海中を移動しながら、海底下の金属鉱物資源の電磁探査を効率よく行うことができる。

しかし、その反面、海底下の金属鉱物資源を電磁探査で探索する場合には、陸上とは異なり、低比抵抗の海水が媒質として存在する。そのため、送信コイルの近くに配置せざるを得ない、極めて低比抵抗な金属要素（（（remotely operated vehicle；ROV）や自律型無人潜水機（autonomous underwater vehicle；AUV）など））に生じる誘導電流に起因する磁場が大きなノイズ源となること、が課題であった。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、水底、例えば海底下の金属鉱物資源を精度よくかつ効率よく探索できる水底用電磁探査システム及びこれを用いた探査方法を提供することができる。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例に係る水底用電磁探査システムは、
水中を潜水移動する潜水型移動体と、
前記潜水型移動体により曳航索を介して水中で曳航される曳航体と、
送信コイル及び受信部が前記曳航体に配置された電磁探査装置と、
を含み、
前記電磁探査装置は、
前記送信コイルが、
前記曳航体が曳航されている状態で、送信ループが水底に対向するように前記曳航体に配置され、
前記受信部が、
前記送信コイルの周囲に配置され、
前記送信コイルに電流を流して水底に向けた磁場を発生させ、電流を急激に遮断することにより水底で発生する電磁誘導現象に起因する電磁波を前記受信部で受信する、
水底用電磁探査システム
である。

上記構成を採用することにより、本適用例によれば、送信ループが発生させる誘導電流が水底下に流れるので、受信信号の経時的な変化に含まれる送信電流の遮断後の過渡応答を測定することによって水底下の電気的な性質を探査できる。このとき、前記送信ループのループ面は、水底に対向して配置される。これにより、例えば、「海底熱水鉱床の付近の海底は起伏が激しいことが多いので、電極を直接海底に接触させて海底下に電流を流す電気探査を行うことは難しい場合」などの条件下であっても、送信ループが発生させる誘導電流が、海底下の深さ方向に広がるので、海底下の深い位置まで電気的な性質を非接触で探査できる。

加えて、本適用例によれば、水中での電磁探査の精度に大きな影響を与える金属要素としての潜水型移動体と分離された曳航体に電磁探査装置の送信コイル及び受信部を搭載することにより、測定精度に大きな影響を及ぼす金属要素である潜水型移動体に発生する誘導電流を低減でき、曳航体の曳航経路に沿って水底下の金属鉱物資源を高精度にかつ連続的に探索できる。

特に、前記曳航体は、水中を自走するための動力及びこれに関連する機器を搭載する必要が無いため、その構成は、水中を安定して曳航されかつ前記電磁探査装置を搭載する構成であれば足りる。よって、前記曳航体に使用する金属要素も、潜水型移動体に比べ大幅に少なくて済むため、電磁探査装置を潜水型移動体に搭載し場合に比べその影響がほとんど無視できる程度まで低減され、電磁探査装置を水底に設置した場合に近いレベルまで探査精度を向上させた状態で、前記連続的で効率のよい電磁探索を実現できる。

ここで、「潜水型移動体」とは、例えば、潜水機（遠隔操作無人探査機（remotely operated vehicle；ROV）や自律型無人潜水機（autonomous underwater vehicle；AUV）など）であってもよい。

また、「曳航体」は、水中を安定して曳航されかつ前記電磁探査装置を搭載する構成であればよい。

また、「前記送信コイルに電流を流して水底に向けた磁場を発生させ、電流を急激に遮断することにより水底で発生する電磁誘導現象に起因する電磁場を前記受信部」とは、例えば受信コイルであってもよく、磁場センサであってもよく、また前記送信ループの周囲に配置された複数の電位測定用電極であってもよい。複数の電位測定用電極を用いる場合には、前記電位測定用電極のうちの２つの電位差の経時的な変化に含まれる前記送信電流の遮断後の過渡応答を測定すればよい。また、ここで磁場センサとしては、例えば特開２００９−３００３３２号公報に記載のものを用いてもよい。

また、前記電磁探査装置は、
前記受信部が受信した信号の経時的な変化に含まれる前記送信電流の遮断後の過渡応答
に基づいて、水底下の比抵抗を算出する測定部を更に含んでもよい。

また、前記電磁探査装置は、
前記受信部が受信した信号の経時的な変化に含まれる前記送信電流の遮断後の過渡応答に基づいて、水底下の充電率を算出する測定部を更に含んでもよい。

また、前記電磁探査装置は、前記送信コイルに送信電流を供給する送信電流供給源を含んでもよい。

また、前記電磁探査装置の送信コイル及び受信部以外の要素（例えば前記測定部や、送信電流供給源）は、前記曳航体に搭載してもよく、また必要に応じ、前記曳航体から離れた場所、例えば前記潜水型移動体に搭載し、前記送信コイル及び受信部にケーブルなどを介して電流の供給や、信号の送受信を行う構成を採用してもよい。

［適用例２］
本適用例に係る水底用電磁探査システムにおいて、
前記曳航体には、
曳航中の姿勢を安定させるためのスタビライザが設けられてもよい。

これにより、前記曳航体に搭載される電磁探査装置の測定中の姿勢も安定し、測定精度をより高めることができる。

ここで、「スタビライザ」とは、進行方向を安定させる垂直スタビライザ（例えば垂直翼）であってもよく、水平方向の安定性を高める水平スタビライザ（例えば水平翼）であってもよい。

［適用例３］
本適用例に係る水底用電磁探査システムにおいて
前記曳航体は、
前記潜水型移動体は、前記曳航索の一端部側を回転継手を介して支持し、前記曳航索の他端側を任意の曳航方向へ向けて前記曳航を行ってもよい。

これにより、前記潜水型移動体と、これに曳航される前記曳航体の相対位置が変わっても、前記回転継手により、前記曳航索もテンションのかかる方向である前記曳航体方向へ無理なく引っ張られることとなり、前記曳航を安定して行う事ができる。

［適用例４］
本適用例に係る水底用電磁探査システムにおいて
前記潜水型移動体は、
前記曳航索の長さを調節する調節部を含んでもよい。

これにより、水底の地形や、潮流の変化に応じて曳航索の長さを調整することで、前記曳航体の位置調整を行い、周囲の状況に応じた柔軟な電磁探査を実現できる。

ここで、前記調整部としては、例えばウインチなどを用いてもよい。

［適用例５］
本適用例に係る水底用電磁探査システムにおいて
前記電磁探査装置は、
前記曳航中に前記計測を繰り返してもよい。

これにより、曳航体の曳航経路に沿って、水底の連続電磁探査を行う事ができ、広範囲での電磁探査を効率よく短時間で行う事ができる。

特に、電磁探査による計測を曳航経路に沿って短時間で繰り返し行うことにより、隣接する複数の測定ポイントでの測定結果を利用し、空間分解能が高い地下電磁探査を行う事ができる。

［適用例６］
本適用例に係る水底用電磁探査システムにおいて、
水底面との位置関係を検出する検出部を前記潜水型移動体又は前記曳航体に設けてもよい。

これにより、例えば、曳航体と水底面との位置関係（例えば距離）を所定の範囲に保った状態で曳航体を曳航し、所与の測定ラインに沿った連続的な測定を、精度よく行うことができる。

加えて、測定作業中に潜水型移動体や曳航体が水底面の障害物、例えばチムニー等に衝突するリスクを回避することができる。

ここで、「水底面との位置関係を検出する」とは、潜水型移動体と水底面との位置関係（例えば距離）であってもよく、曳航体と水底面との位置関係（例えば距離）であってもよい。

また、「水底面との位置関係を検出する検出部」とは、例えば、マルチビームソナー、カメラであってもよい。

［適用例７］
本適用例に係る水底用電磁探査システムにおいて、
前記曳航体は、
前記曳航体の姿勢を検出する検出部を含んでもよい。

これにより、検出された曳航体の姿勢から電磁探査装置の姿勢等が求められるため、各測定ポイントにおける前記姿勢に起因する探査範囲の変化を正確に認識しつつ、当該範囲の測定を行うことができ、測定データの信頼性を高めることができる。

［適用例８］
本適用例に係る水底用電磁探査システムにおいて
前記電磁探査装置は、
前記受信部としての受信コイルとを含み、
少なくとも前記曳航中には、
前記受信コイルは、平面視で前記送信コイルと重なるように又は前記送信コイルを囲むように配置されてもよい。

［適用例９］
本適用例に係る水底用電磁探査システムにおいて
前記電磁探査装置は、
前記受信部としての磁場センサとを含み、
少なくとも前記曳航中には、
前記送信コイルは、平面視で前記磁場センサを囲むように配置されてもよい。

［適用例１０］
本適用例に係る方法は、
水中を潜水移動する潜水型移動体と、
前記潜水型移動体により曳航索を介して水中で曳航される曳航体と、
送信コイル及び受信部が前記曳航体に配置された電磁探査装置と、
を含み、
前記送信コイルが、
前記曳航体が曳航されている状態で、送信ループが水底に対向するように前記曳航体に配置され、
前記受信部が、
前記送信コイルの周囲に配置された
水底用電磁探査システムを用いた水底電磁探査方法であって、
前記潜水型移動体で前記曳航体を所与の測定ラインに沿って水中で曳航する曳航工程と、
前記曳航中に、前記送信コイルに電流を流して水底に向けた磁場を発生させ、電流を急激に遮断することにより水底で発生する電磁誘導現象に起因する電磁波を前記受信部で受信する測定を繰り返し行う測定工程と
を含む水底電磁探査方法であってもよい。

［適用例１１］
また、本適用例に係る方法において、
前記曳航工程では、
前記曳航中に水底面と前記曳航体との位置関係を所与の状態に維持する工程
を含んでもよい。

ここで、「水底面と前記曳航体との位置関係を所与の状態に維持する」とは、曳航体と水底との距離を所定の範囲に維持することであってもよい。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、従来の海底探査システムを説明するための模式図である。 第１実施形態に係る海底探査システムの説明図である。 第１実施形態に係る海底探査システムのより具体的な説明図である。 図４（Ａ）は、第１実施形態に係る海底探査システムの送信ループ及び受信部の配置を模式的に示す側面図、図４（Ｂ）は、第１実施形態に係るシステムの送信ループ及び受信部の配置を模式的に示す平面図である。 第１実施形態に係る海底探査システムに用いる海底探査装置の機能ブロック図である。 第１実施形態に係る海底探査システムを用いた海底探査方法の一例を示すフローチャートである。 図７（Ａ）は、送信電流Ｉ１のタイミングチャート、図７（Ｂ）は、送信コイル１００に生じる逆起電力Ｐのタイミングチャート、図７（Ｃ）は、送信コイル１００が生じる磁場Ｈのタイミングチャートである。 送信コイル１００が発生させる誘導電流を説明するための模式図である。 第１実施形態に係る曳航体の説明図であり、曳航体が曳航される状態を表す説明図である。 第１実施形態に係る曳航体の説明図であり、曳航体が収納される状態を表す説明図である。 図１１（Ａ）は、ＲＯＶにより曳航体を曳航している状態の一例を示す説明図であり、図１１（Ｂ）は、ＲＯＶに搭載したカメラライトシステムで撮影された海底の撮影画面の一例である。 受信磁場センサ１１０−２で検出される磁場の応答の一例を示すグラフである。 電磁探査側線に沿って曳航体を曳航して電磁探査を行う場合の一例を示す説明図である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。用いる図面は説明の便宜上のものである。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、従来の海底探査システムを説明するための模式図である。

図１（Ａ）の海底探査システムは、海底探査用の電磁探査装置を海底に設置して、遠隔操作無人探査機（remotely operated vehicle；ROV）から離して測定する設置型の海底探査装置を表している。

図１（Ｂ）の海底探査システムは、海底探査用の電磁探査装置を遠隔操作無人探査機（remotely operated vehicle；ROV）に搭載して移動しながら測定する移動型の海底探査装置を表している。

上記のように、海底探査には、従来より固定型と移動型の２種類の海底探査システムが使われてきた。

図１（Ａ）に示す固定型の海底探査システムでは、ＲＯＶから十分に離して海底に設置できるために、ＲＯＶの（海流などによる）揺れの影響がなく、又ＲＯＶから生じる６０Ｈｚなどの電磁ノイズ、ＲＯＶが極めて低比抵抗の金属でできていることによる影響などを受けないという極めて大きな長所がある。

その反面、海底熱水鉱床の付近の海底は起伏が激しいことが多いので、海底探査装置を必要とされる地点にピンポイントで設置することは難しい場合が多い、という課題があった。

図１（Ｂ）に示す移動型の海底探査システムでは、連続的に効率の高い測定が可能であり、またＲＯＶのケーブルを通してリアルタイムに測定データを船上で観測できるため、機器のトラブルなどにもすぐに対応ができる等の長所がある。

その反面、送信コイルの近くに配置せざるを得ない、極めて低比抵抗な金属要素（潜水機（遠隔操作無人探査機（remotely operated vehicle；ROV）や自律型無人潜水機（autonomous underwater vehicle；AUV）など））に生じる誘導電流に起因する磁場が、海底下に存在する金属鉱物資源（例えば、海底熱水鉱床など）の探査においては大きなノイズ源となる、という課題があった。

本実施の形態は、前述した固定型と移動型の両方の長所を併せ持つ海底探査システムに関する。

図２は、本実施形態に係る海底探査システムの説明図である。

（海底探査システム）
実施形態の海底探査システムは、潜水型移動体としてのＲＯＶ１０と、このＲＯＶ１０により曳航索１２を介して水中で曳航される曳航体２０とを含む。

前記ＲＯＶ１０は、海上を走行する調査母船２とケーブルを介して情報の送受信が行われ、調査母船２に乗船するオペレータにより、遠隔操作される。尚、本実施形態の潜水型移動体としては、このような遠隔操作型の移動体以外にも、必要に応じて、例えばＡＵＶや乗員が乗って操縦するタイプの潜水型移動体であってもよい。

図３には、前記曳航体２０と、この曳航体２０に搭載される電磁探査装置６０が模式的に示されている。前記曳航体２０には、電磁探査装置６０の送信コイル１００及び受信部１１０が配置されている。

（曳航体２０）
図９，図１０には、本実施の形態の曳航体２０の具体的な構成が示されている。本実施形態の曳航体２０は、正方形をした第１のベース板３０及び第２のベース板３６を有し、第１及び第２のベース板３０、３６は、その四隅に設けられた４本の柱３４によって、所定の間隔を空けて互いに固定されている。

前記第１のベース板３０は、その周囲に４本の脚３２が設けられ、床面に設置された状態で、前記４本の脚３２によって床面に対して所定の距離を介して水平に配置されるようになっている。

前記第２のベース板３６の上面は、複数の耐圧容器２２およびライトカメラユニット２３が固定され、各耐圧容器２２内には,各種の部品が収納されている。特に本実施の形態では、電磁探査装置６０の電源等の主要な回路部材が収納されている。更に、前記ライトカメラユニット２３は曳航体２０の進行方向を、図３に示すようにライトで照らしながら撮影し、その撮影信号は曳航索１２に沿って配置された図示しないケーブルによりＲＯＶ１０側に送信される。また、前記ライトカメラユニット２３の撮影方向等の各種制御は、ＲＯＶ１０側からの制御信号により実行される。

前記第１のベース板３０にはその４つの辺に沿って、水平方向へのスタビライザーとして、４枚の水平翼４０−１、４０−２、４０−３、４０−４が、上方向に回動自在に取り付け固定されている。

各水平翼４０−１、４０−２、４０−３、４０−４は、細長い板状に形成されており、それらの内端側は回動支持部材によりベース板３０の端面側に回動自在に取り付け固定されている。

第２のベース板３６上には、その中心部分から上方に向けて垂直ロッド４８が立設されており、この垂直ロッド４８には、その軸方向に向けてスライド自在に筒体５０が嵌挿されている。

前記筒体５０の周囲には,４本の支持アーム５２−１、５２−２、５２−３、５２−４の一端側が回動自在に取り付け固定されている。

前記支持アーム５２−１、５２−２、５２−３、５２−４の他端側は、対応する各水平翼４０−１、４０−２、４０−３、４０−４の表面側に回動自在に取り付け固定されている。

これら４本の水平翼４０−１、４０−２、４０−３、４０−４は、通常は各水平翼の自重によって、図９に示す様に水平に展開された状態で固定されているが、例えば曳航体を運搬する場合や収納する場合には、これら４本の水平翼４０−１、４０−２、４０−３、４０−４は図１０に示すように折り畳み収納可能に構成されている。

４本の水平翼４０−１、４０−２、４０−３、４０−４を折り畳んで収納する場合は、筒体５０を垂直ロット４８の上端側に向けてスライドさせ、支持アーム５２−１、５２−２、５２−３、５２−４により各水平翼４０−１、４０−２、４０−３、４０−４を上方向に引っ張り上げ、図１０に示す位置まで回動させる。

なお、図９に示すように、水平翼４０は水平に展開されている状態では、図示しないロック機構によりこの状態が維持されており、図１０に示すように水平翼４０が収納されている場合、この状態を維持するように図示しないロック機構により、筒体５０の移動が規制されるように構成されている。

そして、曳航体２０は、図１０に示すように水平翼４０が収納されている状態で、ＲＯＶ１０の図示しない保持機構により保持されて海中を運搬され、所与の測定領域に到達した時点でＲＯＶ１０から切り離され、曳航索１２によって図３に示すように曳航されるように構成されている。

又、垂直スタビライザとして、前記４枚の水平翼のうち、後側に位置する水平翼４０−１上には、比較的大きな垂直尾翼４２が立設されており、又左右両サイドの水平翼４０−３、４０−４には、進行方向に向けた垂直尾翼４２−３、４２−４が設けられている。

これにより、曳航体２０が図中矢印方向、即ち前方向へ移動する際に、これらは垂直尾翼４２−１、４２−２、４２−３、４２−４がスタビライザとして機能し、垂直方向への移動を安定して行うということになる。

加えて第２のベース板３６の前面側には、円弧状をしたカバー４６が取り付けられており、曳航体２０が前方向に移動する際に、このカバー４６により進行方向への水の抵抗低減し、曳航体２０の移動をスムーズに行うことができるように構成されている。

また、前記４枚の水平翼４０−１、４０−２、４０−３、４０−４の先端側には、送信コイル１００が取り付け固定されており、この送信コイル１００を囲むように位置して、受信部１１０としての受信コイル１１０−１が取り付け固定されている。

これにより、図９に示すように４本の水平翼４０−１、４０−２、４０−３、４０−４を水平に展開した状態では第１のベース板３０の外側に位置して送信コイル１００が配置され、更に送信コイル１００の近傍に、受信部として機能する受信コイル１１０−１が配置されることになる。

（曳航索１２など）
本実施形態の曳航体２０では、垂直ロット４８の先端側に曳航索１２の一端側が取り付け固定され、図３又は図１１に示すように、ＲＯＶ１０によって曳航されることになる。

ここで、前記曳航索１２としては所与の強度を有するワイヤなどを用いてもよく、前記ＲＯＶ１０には、曳航体２０との距離を調整するための調整部として、ウインチ２４が設けられている。そして、曳航索１２をウインチ２４で巻き取ることにより、例えば図１１に示すように曳航索１２の長さを調整し、ＲＯＶ１０と曳航体２０との距離を調整するこ
とができるように構成されている。

例えば、図１１に示すように、ＲＯＶ１０１０は海底に沿って移動している場合に、曳航索１２を長く伸ばすことにより、曳航体２０と海底との距離が近くなるように制御し、又曳航索１２を短く制御することにより、曳航体２０と海底との距離を大きくとるように制御することができる。

また、前記ＲＯＶ１０内には、曳航索１２の一端側を図示しない回転継手を介して支持し、ＲＯＶ１０と曳航体２０との水中での相対位置が変化しても、曳航体２０を安定して曳航できるように構成されている。即ち、前記回転継手により、曳航索１２のテンションのかかる方向である曳航体２０の位置する方向へ曳航索１２が無理なく引っ張られることとなり、曳航体２０の曳航を安定して行うことが可能となる。

又、前記ＲＯＶ１０には、曳航体２０を曳航して、海底での探査をスムーズに行うことができるように、前方ライトカメラユニット２６−１、２６−２、マルチビームソナーユニット２７、曳航体用前方ライトカメラユニット２８が設けられている。

ライトカメラユニット２６−１、２６−２は、ＲＯＶ１０の前方をライトで照らしながら進行方向の映像をカメラで撮影する構成となっており、例えば図１１（Ａ）に示すように、ＲＯＶ１０が移動する方向にある海底の状態を撮影しモニタで見ることができるようになっている。図１１（Ｂ）は、海底熱水鉱床チムニー群が進行方向にある場合の画像である。

海底の電磁探査を行う場合、探査領域となる海底にはマウンド、チムニーなど起伏に富んだ地形が多い。従って、効率的な探査のためには、ＲＯＶライトカメラユニット２６−１、２６−２等を用いて、海底地形をモニタリングしながらその探査を行うことが重要となる。

又、マルチビームソナーユニット２７は、マルチビームソナーを用いて海底の起伏を探査し、測定領域となる海底の地形を正確に把握することを可能とする。

また、曳航体用前方ライトカメラユニット２８は、ＲＯＶ１０が曳航する曳航体２０を照らし、ＲＯＶ１０に搭載したカメラから、曳航体２０の曳航状況を撮影し海底探査をスムーズにするために用いられる。

（電磁探査装置６０）
図４（Ａ）は、本実施形態に係る電磁探査装置６０の配置を模式的に示す側面図であり、図４（Ｂ）は、本実施形態の電磁探査装置６０の配置を模式的に示す平面図である。

図５には、本実施形態の電磁探査装置６０の機能ブロック図が示されており、本実施形態の電磁探査装置６０は、送信コイル１００と、送信電流供給源１２０と、受信部１１０と、測定部１３０と、解析部１４０と、制御部１５０とを含んで構成されている。

送信コイル１００は、送信電流供給源１２０が出力する送信電流Ｉ１を流すコイルとして構成されている。送信コイル１００を構成するケーブルは、絶縁膜で被覆されていてもよい。これによって、送信コイル１００と海水とを絶縁した状態で海底下に誘導電流を流すことができる。図４（Ｂ）、図９に示される例では、送信コイル１００の巻き数は１回であるが、巻き数が複数回であってもよい。

本実施形態において、送信コイル１００のコイル面は、海底に対向して配置されていて
もよい。コイル面と海底とが対向する配置は、コイル面の法線方向に海底が存在するような配置である。

図４（Ａ）、図９に示される例では、送信コイル１００は、耐圧容器２２の下方側（探査対象となる海底に近い側）に配置されている。

本実施形態においては、耐圧容器２２に、送信電流供給源１２０、測定部１３０および解析部１４０が収容されている。

本実施形態によれば、送信コイル１００が発生させる誘導電流が、海底下の深さ方向に広がるので、海底下の深い位置の電気的な性質を探査できる。

送信電流供給源１２０は、送信コイル１００に送信電流を供給する。本実施形態においては、送信電流供給源１２０は、送信コイル１００に送信電流Ｉ１を供給する状態と、送信電流Ｉ１を遮断する状態とを繰り返している。送信コイル１００に送信電流Ｉ１を供給した後に送信電流Ｉ１を遮断することによって、送信コイル１００の周りに誘導電流を発生させる。送信電流供給源１２０が出力する送信電流Ｉ１は、探査目的などに応じて、例えば、数十アンペア〜数百アンペア程度としてもよい。

受信部１１０は、磁場の変化量（時間微分）または磁場の大きさそのものを検出する。本実施形態においては、受信部１１０は、磁場の変化量（時間微分）を検出する受信コイル１１０−１を含んで構成されている。本実施形態においては、受信コイル１１０−１は、受信コイル１１０−１のコイル面と送信コイル１００のコイル面とが平行になるように設けられている。図４（Ｂ）、図９に示される例では、受信コイル１１０−１の巻き数は１回であるが、巻き数が複数回であってもよい。また、受信部１１０は、磁場の大きさそのものを検出する受信磁場センサ１１０−２を含んで構成されていてもよい。図４に示される例では、受信磁場センサ１１０−２は、受信コイル１１０−１のコイル面の中心近傍に設けられている。

図４（Ｂ）に示されるように、本実施形態においては、平面視で、金属要素となる耐圧容器２２を囲むように送信コイル１００が配置され、送信コイル１００を囲むように受信コイル１１０−１が配置されている。なお、受信コイル１１０−１は、送信コイル１００と重なるように配置されていてもよい。また、必要に応じ、受信コイル１１０−１は、送信コイル１００の内側に配置していてもよい。

測定部１３０は、受信コイル１１０−１で検出される磁場の経時的な変化に含まれる、送信電流Ｉ１の遮断後の過渡応答を測定する。特に、送信電流供給源１２０が送信コイル１００に送信電流Ｉ１を供給した状態から送信電流Ｉ１を遮断した状態に切り換えた直後からその後の磁場の変化を経時的に測定することが好ましい。

本実施形態によれば、送信コイル１００が発生させる誘導電流が海底下に流れるので、受信コイル１１０−１で検出される磁場の経時的な変化に含まれる、送信電流Ｉ１の遮断後の過渡応答を測定することによって、海底下の電気的な性質を探査できる。すなわち、本実施形態によれば、海底における時間領域の電磁探査を行うことができる。なお、電磁探査装置６０は、海底における周波数領域の電磁探査を行う場合にも適用できる。

解析部１４０は、受信コイル１１０−１で検出される磁場の経時的な変化に含まれる、送信電流Ｉ１の遮断後の過渡応答に基づいて、海底下の比抵抗を算出する。後述されるように、海底下の比抵抗が小さいほど、誘導電流はゆっくり減衰するので、誘導電流に起因する磁場もゆっくり減衰する。したがって、本実施形態によれば、受信コイル１１０−１
で検出される磁場の経時的な変化に含まれる、送信電流Ｉ１の遮断後の過渡応答に基づいて、海底下の比抵抗を算出できる。

制御部１５０は、送信電流供給源１２０、および測定部１３０を制御する。例えば、制御部１５０は、送信電流Ｉ１の遮断するタイミングを制御したり、送信電流Ｉ１の遮断するタイミングに合わせて測定部１３０の動作を制御したりする。

図６は、第１実施形態に係る電磁探査装置６０を用いた海底探査方法の一例を示すフローチャートである。

図６に示される例では、まず、送信電流供給源１２０が送信コイル１００に送信電流Ｉ１を供給し、その後に、送信電流Ｉ１を遮断する（ステップＳ１００）。

ステップＳ１００では、送信コイル１００に送信電流Ｉ１を供給した後に送信電流Ｉ１を遮断することによって、送信コイル１００の周りに誘導電流を発生させる。

図７（Ａ）は、送信電流Ｉ１のタイミングチャート、図７（Ｂ）は、送信コイル１００に生じる逆起電力Ｐのタイミングチャート、図７（Ｃ）は、送信コイル１００が生じる磁場Ｈのタイミングチャートである。図８は、送信コイル１００が発生させる誘導電流を説明するための模式図である。図８において、送信電流Ｉ１が正である場合には、送信コイル１００を矢印の向きに電流が流れるものとする。

まず、図７（Ａ）に示すように、送信電流供給源１２０から送信コイル１００に正の送信電流Ｉ１を出力する。次にこの送信電流Ｉ１を急激に遮断する。これによって、図７（Ｂ）に示すように、電磁誘導の法則によって遮断前の同じ磁場を維持しようとする起電力Ｅが発生し、海底面に誘導電流が発生する。その後、送信電流供給源１２０から送信コイル１００に負の送信電流Ｉ１を出力する。次にこの送信電流Ｉ１を急激に遮断する。かかる動作を周期Ｔで繰り返す。

この海底面の誘導電流は、海底下の比抵抗に応じて減衰するが、この電流の変化を妨げるような新しい誘導電流が地中に生じる。このプロセスが繰り返され、あたかも誘導電流５００が、誘導電流５０１、誘導電流５０２へと海底下深部に伝播していくような現象が発生する。

これらの誘導電流は、電流経路地層の比抵抗に応じて減衰する。このため、海底近傍に配置された受信コイル１１０−１を用い、誘導電流の減衰を磁場の時間変化として図７（Ｃ）に示すように検出し、海底下の比抵抗を知ることができる。例えば、地下が高比抵抗の場合は、誘導電流は急速に減衰していくが、低比抵抗の場合はゆっくり減衰する。

図６に戻り、ステップＳ１００の後に、送信電流Ｉ１の遮断後の磁場の過渡応答を測定する（ステップＳ１０２）。これによって、海底下の電気的な性質を探査できる。

ステップＳ１０２の後に、送信電流Ｉ１の遮断後の磁場の過渡応答に基づいて、海底下の比抵抗を算出する（ステップＳ１０４）。上述したように、海底下の比抵抗が小さいほど誘導電流はゆっくり減衰するので、誘導電流に起因する磁場もゆっくり減衰する。したがって、送信電流Ｉ１の遮断後の磁場の過渡応答に基づいて、海底下の比抵抗を算出できる。

図８においては海底下の誘導電流について説明したが、同様の原理で海水および金属要素にも誘導電流が生じる。金属要素は、比抵抗が小さいので、同様に比抵抗が小さい海底
下の金属鉱物資源を探索する場合には大きなノイズとなる。

図２、図３に示されるように、本実施形態においては、電磁探査の精度に大きな影響を与える金属要素としてのＲＯＶ１０と分離された曳航体２０に電磁探査装置６０の送信コイル１００及び受信部１１０を搭載することにより、測定精度に大きな影響を及ぼす金属要素であるＲＯＶ１０に発生する誘導電流を低減でき、曳航体２０の曳航経路に沿って水底下の金属鉱物資源を高精度にかつ連続的に探索できる。

特に、前記曳航体２０は、水中を自走するための動力及びこれに関連する機器を搭載する必要が無いため、その構成は、水中を安定して曳航されかつ前記電磁探査装置６０を搭載する構成であれば足りる。よって、前記曳航体２０に使用する金属要素も、ＲＯＶ１０に比べ大幅に少なくて済むため、電磁探査装置６０をＲＯＶ１０に搭載する従来のシステムに比べその影響がほとんど無視できる程度まで低減され、電磁探査装置６０を水底に設置した場合に近いレベルまで探査精度を向上させた状態で、前記連続的で効率のよい電磁探索を実現できる。

（実海域で取得されたデータ）
図１２は、受信コイル１１０−1で検出される磁場の変化率の応答の一例を示すグラフである。図１２の横軸は送信電流Ｉ１を遮断した後の経過時間（対数目盛り）、縦軸は磁場の変化率の応答（線形目盛り）を表す。

図１２において、データ１００１は、図１（Ａ）に示すように電磁探査装置６０を海底に設置した場合における測定結果（図１（Ａ）に示すシステム）、データ１００２は、図１（Ｂ）に示すように電磁探査装置６０をＲＯＶ１０に設置した場合における測定結果、データ１００３は、本実施形態のシステムにおける測定結果を示している。

データ１００１は電磁探査装置６０を海底に設置し、ＲＯＶ１０を水平方向に２０ｍ以上はなした状態（海底と海水の場合）での受信コイル１１０−1で検出される磁場の変化率の応答、データ１００２は電磁探査装置６０をＲＯＶ１０に設置し、海底からの高度６００ｍ（海水のみの場合）での受信コイル１１０−1で検出される磁場の変化率の応答、データ１００３は曳航索１２を１０ｍとして、海底からの高さ１００ｍ（海水のみの場合）で曳航体２０をＲＯＶ１０で曳航した際の受信コイル１１０−1で検出される磁場の変化率の応答である。

図１２に示されるように、データ１００２は、データ１００１に比べて磁場の変化率がゆっくり減衰している。これは、大きな金属要素となるＲＯＶ１０に誘導電流が生じることに起因する。一方、データ１００３では、金属要素となるＲＯＶ１０に生じる誘導電流の影響が低減され、データ１００１に近づいている。データ１００１とデータ１００３の波形の傾きの違いは、データ１００１は海底と海水に発生した誘導電流に起因する磁場の変化率の応答であるのに比し、データ１００３は海水のみに発生した誘導電流に起因する磁場の変化率の応答であるためである。

このように、本実施形態のシステムによれば、金属要素に生じる誘導電流に起因する影響を低減でき、海底下の金属鉱物資源を精度よく探索できる海底探査装置を実現できることが明らかとなった。

即ち、データ１００３及び１００２の間の差分は、大きな金属要素としてのＲＯＶ１０のノイズ成分であり、本実施の形態のように電磁探査装置６０の送信コイル１００及び受信部１１０をＲＯＶ１０と切り離した曳航体２０側に設けることにより、このノイズ成分を大きく低減し、海底下の金属鉱物資源を精度良く探査できる電磁探査システムが実現で
きることが明らかになった。

（電磁探査システムを用いた海底の電磁探査）
次に、図１３について本実施の形態の電磁探査システムを用いて海底の電磁探査を行う場合の具体例を説明する。

まず、図１３（Ａ）に示すように、海底４０００の探査領域上に電磁探査測線２０００を設定する。ここでは、電磁探査測線２０００は全長１０００ｍとする。そして、この電磁探査測線２０００に沿って、２ｍ間隔で測定ポイントＡ、Ｂ、Ｃ・・・・を合計５００点設定する。

そして、本実施例の電磁探査システムを用い電磁探査測線２０００に沿った測定を行う。

まず、図１３（Ｂ）に示すように、ＲＯＶ１０を用いて電磁探査測線２０００に沿って曳航体２０を曳航する。そして、ウインチ２４を用いて、曳航索１２の長さを３ｍ〜１０ｍの範囲で調整しながら探査を行う。

本実施形態では、曳航体２０の海底からの距離がほぼ４ｍ程度となるように前記曳航索１２の長さを調整しながら、曳航体２０を電磁探査測線２０００に沿って所定の速度で移動させる。ここでは、０．５ｍ/ｓの速度で移動させるものとする。

これにより、約３３分で電磁探査測線２０００に沿った５００点の計測を完了することができる。

このようにして,本実施の形態のシステムによれば、大きな金属要素としてのＲＯＶ１０の影響を低減し、かつ電磁探査測線２０００に沿って所与の速度で移動しながら電磁探査を繰り返し行うことができるため、精度の高い海底電磁探査を効率良く行うことが可能となる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれら本実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

例えば、前記実施の形態では、電磁探査装置６０そのものが曳航体２０上に配置されるが、送信コイル１００及び受信部１１０以外の部材は、必要に応じて曳航体２０以外の場所、例えばＲＯＶ１０等に設けても良い。

例えば、電磁探査に際してノイズ源の一つとなる電磁探査装置の電源部などを、必要に応じてＲＯＶ１０に配置し、ＲＯＶ１０側から送信コイルへの電流を供給するように構成しても良い。

また、曳航体２０上にジャイロを配置し、電磁探査装置６０の測定データをジャイロの測定データとともに記憶し、解析しても良い。これにより、検出された曳航体２０の姿勢
から電磁探査装置６０の姿勢等が求められるため、各測定ポイントにおける前記姿勢に起因する探査範囲の変化を正確に認識しつつ、当該範囲の測定を行うことができ、測定データの信頼性を高めることができる。

また、前記受信部１１０として、送信ループの周囲に複数の電極、好ましくは３個以上の電極を設け、前記複数の電極のうちの２つの電位差の経時的変化に含まれる送信電流遮断後の過渡応答を測定する構成を採用してもよい。
また、海底のみならず、湖などの湖底等の水底探査にも幅広く用いることができる。

１０…ＲＯＶ、
２０…曳航体、
２２…耐圧容器、
２４…曳航索ウインチ、
２６…カメラライトユニット、
２７…マルチビームソナーユニット、
４２、４４−３、４４−４…垂直尾翼、
６０…海底探査装置、
１００…送信コイル、１２０…送信電流供給源、１１０…受信部、１１０−１…受信コイル、１１０−２…受信磁場センサ、１３０…測定部、１４０…解析部、１５０…制御部、５００，５０１，５０２…誘導電流、１００１，１００２，１００３…データ、
２０００…電磁探査側線、

Claims (11)

1. 水中を潜水移動する潜水型移動体と、
   前記潜水型移動体により曳航索を介して水中で曳航される曳航体と、
   送信コイル及び受信部が前記曳航体に配置された電磁探査装置と、
   を含み、
   前記電磁探査装置は、
   前記送信コイルが、
   前記曳航体が曳航されている状態で、送信ループが水底に対向するように前記曳航体に配置され、
   前記受信部が、
   前記送信コイルの周囲に配置され、
   前記送信コイルに電流を流して水底に向けた磁場を発生させ、電流を急激に遮断することにより水底で発生する電磁誘導現象に起因する電磁波を前記受信部で受信する、
   水底用電磁探査システム。
2. 請求項１において、
   前記曳航体には、
   曳航中の姿勢を安定させるためのスタビライザが設けられる、
   水底用電磁探査システム。
3. 請求項１又は２において、
   前記曳航体は、
   前記潜水型移動体は、前記曳航索の一端部側を回転継手を介して支持し、前記曳航索の他端側を任意の曳航方向へ向けて前記曳航を行う、
   水底用電磁探査システム。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記潜水型移動体は、
   前記曳航索の長さを調節する調節部を含む、
   水底用電磁探査システム。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記電磁探査装置は、
   前記曳航中に前記計測を繰り返す、
   水底用電磁探査システム。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   水底面との位置関係を検出する検出部を前記潜水型移動体又は前記曳航体に設けた、
   水底用電磁探査システム。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   前記曳航体は、
   前記曳航体の姿勢を検出する検出部を含む、
   水底用電磁探査システム。
8. 請求項１〜７のいずれかにおいて、
   前記電磁探査装置は、
   前記受信部としての受信コイルとを含み、
   少なくとも前記曳航中には、
   前記受信コイルは、平面視で前記送信コイルと重なるように又は前記送信コイルを囲むように配置される、
   水底用電磁探査システム。
9. 請求項１〜７のいずれかにおいて、
   前記電磁探査装置は、
   前記受信部としての磁場センサとを含み、
   少なくとも前記曳航中には、
   前記送信コイルは、平面視で前記磁場センサを囲むように配置される、
   水底用電磁探査システム。
10. 水中を潜水移動する潜水型移動体と、
    前記潜水型移動体により曳航索を介して水中で曳航される曳航体と、
    送信コイル及び受信部が前記曳航体に配置された電磁探査装置と、
    を含み、
    前記送信コイルが、
    前記曳航体が曳航されている状態で、送信ループが水底に対向するように前記曳航体に配置され、
    前記受信部が、
    前記送信コイルの周囲に配置された
    水底用電磁探査システムを用いた水底電磁探査方法であって、
    前記潜水型移動体で前記曳航体を所与の測定ラインに沿って水中で曳航する曳航工程と、
    前記曳航中に、前記送信コイルに電流を流して水底に向けた磁場を発生させ、電流を急激に遮断することにより水底で発生する電磁誘導現象に起因する電磁波を前記受信部で受信する測定を繰り返し行う測定工程と
    を含む水底電磁探査方法。
11. 請求項１０において、
    前記曳航工程では、
    前記曳航中に水底面と前記曳航体との位置関係を所与の状態に維持する工程
    を含む水底電磁探査方法。