How to collect crust core samples

本発明は、例えば地殻コアにおける地殻内微生物などの生物学的研究、または化学的、物理的、若しくは地質学的研究など種々の研究に供される地殻コア試料の採取方法に関する。

近年、地殻内部の研究が進展し、地殻内部における深深度の高温高圧環境下における地下微生物の存在が報告されている。 これら地下微生物によって構成される地下微生物圏における地殻内微生物の研究によれば、例えば深部地質環境における物質変換や物質移動による影響の解明、更には原始地球における生命の起源およびその進化の解明、または医薬品や新素材の開発などの重要な知見を入手することができる可能性がある。 更に、このような深々度の地殻内部における化学的研究、物理的研究、若しくは地質学的研究などが、種々の観点から進められている。

上記のような種々の研究に供される地殻コア試料は、例えば掘削船を用いて海底地殻の掘削を行うことにより、マントルにより近い深度における地殻から、比較的容易に採取することができる。
掘削船を用いて掘削を行う方法の一例としては、例えばライザー掘削法が一般に知られており、この方法においては、掘削船より海底に伸びるドリルパイプを回転させてその先端に設けられたドリルビットにより地殻の掘削を行うと共に、掘削屑の除去、掘削孔壁の保護および安定化、並びにドリルビットの冷却および潤滑のために、掘削される地殻の状況に応じて比重、粘度、化学組成などを調整した、いわゆる掘削泥水、海水などの掘削作業用流体（以下「作業用流体」ともいう。）をドリルビットに供給することが行われる。 ライザー掘削法において、この作業用流体は、循環流路を介して供給されるために「循環流体」とも称される。

このような方法により採取される地殻コア試料は、その採取作業中に外部からの影響を受けることにより、例えば掘削屑を含む作業用流体が接触されることにより、当該試料が地殻に存在していたままの状態が失われたものとなるおそれが大きく、その場合には、当該採取された地殻コア試料は、目的とする研究に対して重要な情報が失われたものとなる可能性がある。

このような問題に対処するため、地殻コア試料を採取する際に、当該地殻コア試料の外表面をゲルなどよりなる流動性被覆材によって被覆し、これにより、地殻コア試料を、その機械的構造あるいは組織が外部から保護された状態で採取する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、後述するように、抗菌性物質を流動性被覆材として用いることにより、地殻コア試料を、例えば外来の異質微生物による汚染から保護された状態で採取する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

米国特許第５４８２１２３明細書

特開２００２−２２８５５８号公報

図１は、掘削船を用いて海底地殻をライザー掘削法により掘削する場合を示す説明図である。
この掘削法においては、海面１３上の掘削船１０に備えられたライザー掘削システムにより掘削作業が行われる。 このライザー掘削システムにおいては、掘削船１０と海底面１５との間を連結する、当該掘削船１０から海中に下方に伸びるライザーパイプ２０が設けられ、このライザーパイプ２０内にはドリルパイプ２１が配設される。 このドリルパイプ２１は、その上端が、掘削船１０上の回転駆動機構であるパワースイベル１１に接続されると共に、噴出防止装置１４を介してその下方部分が地殻１６内に進入される構成とされており、下端にはドリルビット３０が設けられている。

掘削船１０には、通常、船底に設けられた複数の推進装置（スラスター）１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および、例えば人工衛星を利用した示差式衛星航法システム（ＤＧＰＳ）などを相互に関連させて構成された自動船位保持装置が備えられており、この自動船位保持装置により、外洋においても風や潮流などの影響を受けずに、海底面１５における目的とする掘削孔の直上の位置を中心とした小半径の領域内に船体位置が保持される。

ドリルビット３０は、アウターバーレル２３（図１１参照）の下端において、その周方向に並ぶよう、各々下方に突出する半球状の複数のカッター部が形成されており、カッター部の各々には複数のカッターエレメント３１（図１１参照）が固定された構成とされている。

そして、パワースイベル１１により、ドリルパイプ２１を介してドリルビット３０が回転されることにより、地殻１６が海底面１５から掘削され、それに伴ってドリルパイプ２１の下端は地殻１６内に下降して行く。 このとき、ドリルビット３０には、ライザーパイプ２０内におけるドリルパイプ２１を介して、泥水や海水などからなる作業用流体が供給される。 また、噴出防止装置１４の下部に設けられた、長さの異なる複数のケーシングパイプ１７が掘削深度に応じて挿入され、これにより、掘削孔における壁面の崩落が防止される。

噴出防止装置１４には、多数の圧力放出用安全弁が設けられており、これらの安全弁により掘削孔内の圧力が制御され、これにより、高圧の炭化水素ガスや地殻内間隙水などの急激な噴出が制御され、安全な掘削工程が確実に継続される。

図２は、ライザーパイプを構成する構成ユニットの詳細を、ドリルパイプが通った状態のメインパイプにおける筒軸に沿った断面と共に示す、説明用一部断面図である。
この図に示すように、ライザーパイプ２０は、メインパイプ２２と、メインパイプ２２と独立して設けられたキル・チョークライン２７とにより構成されており、このメインパイプ２２と、その内部に配設されたドリルパイプ２１とにより二重管構造が構成されており、ドリルパイプ２１の内部空間により、作業用流体が供給される循環流体流通路２４が形成されると共に、例えば、地殻コアサンプリング装置を構成する機構などの種々のデバイスが掘削孔まで案内される。 一方、メインパイプ２２の内周壁面とドリルパイプ２１の外周面との間に形成される環状流通路２５により、作業用流体が掘削船１０に返送される循環流路が形成される。

すなわち、作業用流体はドリルビット３０に供給され、その下端に設けられた作業用流体吐出口から掘削孔内に放出され、その後、環状流通路２５を介して循環される。 この作業用流体は、例えば地殻における地質などに応じて、比重、粘度、化学組成などを適宜調整した流体であって、例えば掘削現場において入手される泥水に種々の改質剤を混入したものなどが用いられる。
なお、実際上、メインパイプ２２およびドリルパイプ２１は、そのエレメントの多数が順次に連結されることによって、必要な長さおよびその増加が達成される。 図２において、２８はラインホルダーである。

以上のライザー掘削法は下記のような長所を有しており、これにより、安定した掘削作業を行うことが可能である。
（１）掘削屑の除去 ドリルビット３０から放出された作業用流体により、掘削孔の底に溜まった掘削屑が環状流通路２５を介して掘削船１０に運搬される。

（２）掘削孔壁面の保護および安定化 ドリルビット３０より放出された作業用流体における粘性成分が掘削孔の壁面に付着して薄膜状の保護膜１８（図５参照）が形成され、これにより、掘削孔内における壁面の崩落が防止される。
また、作業用流体の組成における比重を調整することにより、深深度における地層圧に対する圧力の均衡化を図ることができ、かつ、地層内流体の掘削孔内への進入を防止する作用が得られる。
（３）ドリルビットの冷却および潤滑 ドリルビット３０は、作業用流体がその表面に接触することにより冷却され、次第に上昇する地殻熱によって過度に昇温することが抑制されると共に、このドリルビット３０と地殻とにおける潤滑作用が得られるため、ドリルビット３０における摩擦の程度が低減し、ドリルビット３０の磨耗が軽減される。

（４）掘削船１０上に送られた作業用流体に含有される掘削屑の構成物質などを逐次分析し監視することによって、現に掘削を行っている地殻の地質状況を、常に確認し、把握することが容易である。

以上のことから理解されるように、この方法では、地殻１６の掘削を行うドリルパイプ２１およびドリルビット３０は、その先端部から作業用流体を供給放出することができるものであることが必要であり、その回転軸に沿った中心部分に開口を有するいわゆるコアリングドリルビットが好ましく用いられる。

次に、特許文献１において開示されている、従来の地殻コアサンプリング装置を用いたライザー掘削法により、地殻コア試料を採取する場合について、具体的に説明する。
図１１および図１２は、掘削作業におけるドリルパイプおよびドリルビットの状態を断面で示す説明用断面図であって、図１１は掘削を開始した直後の状態を、図１２は掘削が進行した状態を、それぞれ示す。

この例における地殻コアサンプリング装置は、ドリルパイプ２１を構成する、その先端にドリルビット３０が設けられたアウターバーレル２３内に、スラストベアリング（図示せず）が介在する態様でパイプ状のインナーバーレル６０が配設されている。

このインナーバーレル６０の下端には、リング状の封止部材６１を介してその開口が塞がれるよう、ディスク状の流動性被覆材吐出口部材６２が、液密性を保った状態で、かつ当該インナーバーレル６０内を相対的に上下方向に移動可能に配設されている。
この流動性被覆材吐出口部材６２には、インナーバーレル６０の内部と外部とを連通する上下方向に貫通して伸びる流動性被覆材吐出孔６８が形成されており、また、この流動性被覆材吐出孔６８を開閉する開閉弁６５が設けられている。 すなわち、開閉弁６５は、流動性被覆材吐出口部材６２の内面（上面）側において上下動自在に配置された弁体部材６４と、流動性被覆材吐出口部材６２を上下方向に摺動自在に貫通して伸びる連結ロッド６３と、この連結ロッド６３の下端に設けられた、流動性被覆材吐出口部材６２の外面（下面）側に位置する作用ディスク６６とにより構成されており、連結ロッド６３は、当該流動性被覆材吐出口部材６２の上下方向の厚さよりも大きい長さを有するものとされている。 そして、インナーバーレル６０の内部には、流動性被覆材６７が充填されている。

以上の構成を有する地殻コアサンプリング装置を利用したライザー掘削法においては、図１１に示すように、地殻１６の掘削が開始されると、筒軸を中心に回転状態とされているアウターバーレル２３および、図示しないスラストベアリングにより当該回転方向における静止状態が維持されたインナーバーレル６０が回転しながら海底面１５から下方に下降することにより、連結ロッド６３における下端の作用ディスク６６が海底面１５により相対的に上方に押し上げられ、これにより、連結ロッド６３を介して弁体部材６４が流動性被覆材吐出口部材６２の内面（上面）より離間して流動性被覆材吐出孔６８が開放される結果、インナーバーレル６０の内部が外部と連通した状態となり、インナーバーレル６０内の流動性被覆材６７は流動性被覆材吐出孔６８を介して外部に吐出される。

そして、図１２に示すように、掘削が進行してアウターバーレル２３およびインナーバーレル６０が下方に移動するに従い、周囲が削られて形成された柱状地殻コア部分Ｐが、ドリルビット３０の中央の開口部よりインナーバーレル６０の内部に、当該柱状地殻コア部分Ｐの外周面とインナーバーレル６０の内周壁面との間に狭い環状間隙Ｇを形成しながら進入すると共に、流動性被覆材吐出口部材６２は、その流動性被覆材吐出孔６８が内部と連通した状態が維持されたまま、次第に形成されて行く前記柱状地殻コア部分Ｐと共に、インナーバーレル６０内を、相対的に上方に移動する。
その結果、当該流動性被覆材吐出孔６８を介して流動性被覆材６７が環状間隙Ｇに吐出されて行き、次第に形成されて行く柱状地殻コア部分Ｐの外周面に付着して行くこととなる。

そして、インナーバーレル６０内に進入した柱状地殻コア部分Ｐが下端において折り取られることによって分取され、これが地殻コア試料として、インナーバーレル６０と共に、ワイヤーなどにより、ドリルパイプ２１内を介して掘削船１０上に回収されることとなる。

しかしながら、泥水などの作業用流体を用いる地殻コア試料の採取方法においては、流動性被覆材を用いた場合にも、得られる地殻コア試料が外来の微生物的に汚染されたものとなることを十分確実に防止することができないことが判明した。 これは、採取される地殻コア試料の外表面に被覆材層が形成されるが、当該被覆材が付着する前に作業用流体が接触されるために、地殻コア試料の表面に作業用流体による汚染物物質が付着するからである。 すなわち、作業用流体は、水中に、例えば粒子径が１μｍ以下の多量の微小粒子がコロイド粒子として含有されたものであるが、これらの作業用流体の水や微小粒子を媒介として、外来の微生物などの汚染物質が形成される地殻コア試料の外表面に付着し、更には表層の内部に進入するようになるからであると考えられる。

特に、掘削対象である地殻物質が比較的軟質の岩石である場合には、その掘削時におけるドリルビットの径方向における振動により、得られる柱状地殻コア部分は径が小さいものとなる結果、インナーバーレル内における環状間隙Ｇが大きくなって多量の作業用流体が当該環状間隙Ｇに進入するため、採取される地殻コア試料に汚染物質が付着する可能性が大きくなる。

本発明は、以上のような事情に基いてなされたものであって、その目的は、地殻コア試料を、汚染が十分確実に防止された状態で採取することができる地殻コア試料の採取方法を提供することにある。

本発明の地殻コア試料の採取方法は、 掘削作業用流体吐出口が設けられたドリルビットを下端に備えてなる筒状のドリルパイプと、このドリルパイプ内に配設されたインナーバーレルとより構成されてなり、
インナーバーレルは、下端に柱状地殻コア部分進入用開口を有し、掘削により形成された地殻コア試料とされる柱状地殻コア部分が内部空間に収容される筒状のインナーバーレル本体と、このインナーバーレル本体の内部空間をその軸方向に移動可能に配設されたコアエレベータと、インナーバーレル本体の外周面との間に流動性被覆材流通路を形成する流通路形成部材およびインナーバーレル本体の下端に近接した位置において当該インナーバーレル本体の半径方向内方に向かって、流動性被覆材流通路からの流動性被覆材を吐出する流動性被覆材吐出口により構成される流動性被覆材吐出機構とを備えてなり、
当該インナーバーレルは、その柱状地殻コア部分進入用開口がドリルパイプの掘削作業用流体吐出口より上方に位置されるよう配設されている地殻コアサンプリング装置を用い、
凝集作用によるコロイド粒子捕獲能を有する高分子物質および吸水性高分子物質よりなる流動性被覆材を、地殻コアサンプリング装置の流動性被覆材吐出機構から吐出させることにより、地殻コア試料を流動性被覆材により被覆された状態で採取することを特徴とする。

上記の方法においては、凝集作用によるコロイド粒子捕獲能を有する高分子物質が、カチオン性高分子物質、アニオン性高分子物質およびノニオン性高分子物質から選ばれたものとすることができる。
また、凝集作用によるコロイド粒子捕獲能を有する高分子物質および吸水性高分子物質の少なくとも一方が抗菌性を有するものであることが好ましい。

本発明の地殻コア試料の採取方法によれば、地殻コアサンプリング装置により採取される地殻コア試料の外表面が地殻コアサンプリング装置より吐出される被覆材によって被覆されるが、本発明における被覆材は、凝集作用によるコロイド粒子捕獲能を有する高分子物質（以下「コロイド粒子捕獲性高分子物質」ともいう。）および吸水性高分子物質からなるものである。 このため、作業用流体が接触することにより被覆材に先行して地殻コア試料の外表面に付着した作業用流体中のコロイド粒子は、これに接する被覆材層中のコロイド粒子捕獲性高分子物質の凝集作用により捕獲されると共に、地殻コア試料の外表面に付着した作業用流体の水は、これに接する吸水性高分子物質により吸収されて固定されることとなり、その結果、作業用流体による汚染物質、すなわち作業用流体のコロイド粒子や水に伴って地殻コア試料の外表面に導入された微生物やその他の汚染物質が被覆材層に固定され、地殻コア試料に転移することが阻害されるので、地殻コア試料を、汚染物質による汚染が十分確実に防止された状態で採取することができる。

上記の方法において、実際に用いられる作業用流体の性状、具体的には当該作業用流体に含有される微小粒子の種類などに応じて、凝集作用によるコロイド粒子捕獲能を有する高分子物質として、カチオン性高分子物質、アニオン性高分子物質およびノニオン性高分子物質から選ばれた所期の凝集作用によるコロイド粒子捕獲能が発揮される高分子物質を用いることにより、上記の作用効果を確実に得ることができる。
更に、コロイド粒子捕獲性高分子物質および吸水性高分子物質の少なくとも一方が抗菌性を有するものである場合には、先行して付着した微生物の活動や増殖を抑制または阻止することができると共に、外部からの微生物の進入が防止されるので、これらの原因による地殻コア試料の汚染を防止することができる。

以下、本発明の地殻コア試料の採取方法において利用される地殻コアサンプリング装置について詳細に説明する。 この地殻コアサンプリング装置は、例えば上述した態様で実施されるライザー掘削法において、特に好適に利用されるものである。
図３乃至図５は、掘削作業における、地殻コアサンプリング装置が配設されたアウターバーレルおよびドリルビットの状態を、筒軸に沿った断面で示す説明用断面図であって、図３は地殻の掘削が開始される直前の状態を、図４は地殻の掘削が開始された直後の状態を、図５は地殻の掘削がある程度進んだ状態を、それぞれ示す。 図６は、地殻コアサンプリング装置の構成を拡大して示す説明用拡大断面図、また、図７乃至図９は、図３乃至図５の各々における動作状態の地殻コアサンプリング装置を拡大して示す説明用拡大断面図である。

この地殻コアサンプリング装置は、ドリルパイプ２１（図１および図２参照）を構成する、ドリルビット３０を下端に備えてなる筒状のアウターバーレル２３と、このアウターバーレル２３内に備えられた、インナーバーレル４０とよりなる。 ここで、ドリルビット３０には、その下端に作業用流体吐出口３０１が設けられている。

インナーバーレル４０は、その上端開口が閉塞部材４０２により閉塞され、その下端に柱状地殻コア部分進入用開口４０４（図６参照）を有する円筒状のインナーバーレル本体４０１と、このインナーバーレル本体４０１の内部空間をその軸方向に移動可能に配設されたコアエレベータ４１と、インナーバーレル本体４０１と一体的に設けられて、当該インナーバーレル本体４０１の外周面との間に筒状の流動性被覆材流通路５３を形成する円筒状の流通路形成部材４２と、インナーバーレル本体４０１の柱状地殻コア部分進入用開口４０４に近接した位置において当該インナーバーレル本体４０１の半径方向内方に向かって流動性被覆材４７を吐出する流動性被覆材吐出口５３２（図６参照）とを備えてなるものである。

そして、インナーバーレル４０は、図３に示すように、当該インナーバーレル本体４０１における当該柱状地殻コア部分進入用開口４０４が、ドリルビット３０における作業用流体吐出口３０１より上方に位置されるよう、配設されている。
このインナーバーレル４０においては、前記流動性被覆材流通路５３および流動性被覆材吐出口５３２により、流動性被覆材を吐出するための流動性被覆材吐出機構が構成されている。

図６および図７において、コアエレベータ４１は、インナーバーレル本体４０１の内部空間において、当該インナーバーレル本体４０１の内周壁面から内方に突出して形成されたストッパー４０３に支持されることにより、それより下方への移動が規制された最下方位置に位置した状態が示されている。 そして、当該コアエレベータ４１は、このように最下方位置に位置されている状態では、後述するコアエレベータ本体４３の外周面における２つのＯ−リング４１４、４１５に挟まれた領域が流動性被覆材吐出口５３２に面し、連通孔４３１と当該流動性被覆材吐出口５３２との間が連通した状態が達成されている。

ここで、インナーバーレル４０は、その内径が、ドリルビット３０のカッターエレメント３１の回転によって描かれる軌跡の最内周面の径、すなわち、後述するように掘削により形成される柱状地殻コア部分３７１の外径より、僅かに大きい径を有する構成とされている。

流動性被覆材流通路５３は、図６に示すように、その上端において当該インナーバーレル本体４０１の内部空間に開口するよう放射状に伸びる複数の導入口５３１に連通すると共に、下端において当該インナーバーレル本体４０１の内部空間に開口するよう放射状に伸びる複数の流動性被覆材吐出口５３２に連通する。

コアエレベータ４１は、中央貫通孔を有する筒状のコアエレベータ本体４３よりなり、その外周面は、上下方向に離間して配置された２つのＯ−リング４１４および４１５を介してインナーバーレル本体４０１の内周面に全周にわたって液密に摺動可能に接触した状態で配設されている。 そして、このコアエレベータ本体４３には、２つのＯ−リング４１４および４１５の間の領域において、その中央貫通孔内の空間および流動性被覆材吐出口５３２の間を連通する連通孔４３１が形成されていると共に、当該中央貫通孔内を上下方向に移動して当該中央貫通孔内の空間と連通孔４３１との間の連通状態を制御する開閉弁体４４が配設されている。

具体的には、コアエレベータ本体４３における中央貫通孔は、上方に開口する上空間部４１１と、この上空間部４１１より小さな内径を有し、下方に開口する下空間部４１３とが、下方に向かうに従って内径が小さくなるテーパー部４１２を介して上下に連続することにより形成されている。

連通孔４３１は、その一端が、上方のＯ−リング４１４と下方のＯ−リング４１５に挟まれた領域においてコアエレベータ本体４３の外周面に開口すると共に、放射状に径方向内方に伸び、他端が、上空間部４１１の下部に開口して弁口を形成する構成とされている。
コアエレベータ本体４３の下空間部４１３の内周面には、その下端位置において、後述するロッド部４４１のフランジ４４２が当接するよう、各々径方向内方に突出する複数の突起状当接部４３３が、互いに周方向に離間して設けられている。

開閉弁体４４は、外径が上空間部４１１の内径に適合し、上下方向の厚みが当該上空間部４１１の高さより小さい円柱状弁体部分４５と、この弁体部分４５の下端に一体的に形成された、下方に向かうに従って外径が小さくなるテーパー状の連結部４５１と、この連結部４５１の下端から下方に伸びる、下空間部４１３の内径より小さな外径を有する円柱状のロッド部４４１と、このロッド部４４１の下端に一体的に形成された、弁体部分４５の外径より大きく、インナーバーレル本体４０１の内径より小さな外径を有する作用ディスク４６とを有してなる。 そして、ロッド部４４１の下端部には、全周にわたって径方向外方に突出するフランジ４４２が設けられている。
また、この円柱状弁体部分４５における外周面には、その下端において、上空間部４１１の内周面と液密に摺動するＯ−リング４５２が配設されている。

このコアエレベータ４１においては、図９に示すように、開閉弁体４４が上方に相対的に移動されると、連結部４５１がテーパー部４１２から上方に離間することにより、コアエレベータ本体４３と開閉弁体４４との間に、下方に開口する略筒状の連通路４３２が形成される。

以上の構成を有するインナーバーレル４０においては、当該インナーバーレル本体４０１の内部空間によりコアエレベータ４１の上方に流動性被覆材４７を収容するための流動性被覆材収容空間５０が区画されるが、コアエレベータ４１が相対的に上昇すると、流動性被覆材収容空間５０の容積が次第に減少すると共に、コアエレベータ４１の下方に、掘削により形成された柱状地殻コア部分３７１が収容される地殻コア試料収容空間５１（図９参照）が次第に形成されて行く。

以上のような地殻コアサンプリング装置は、具体的には、例えば標準ロータリーコアバーレル（ＲＣＢ）、ピストン式コアバーレル（ＡＰＣ）、モーター駆動コアバーレル（ＭＤＣＢ）、圧力保持コアバーレル（ＰＣＳ）などの一部として構成されて利用することができ、掘削の対象となる地殻の地質状態によって適宜使い分けられる。

以上のような構成を備えてなる地殻コアサンプリング装置は、以下のようにして動作される。
図３および図７に示すように、ドリルビット３０が海底面１５に到達していない掘削作業が開始される直前の状態では、コアエレベータ４１は、ストッパー４０３により規制されて最下方位置に位置され、その開閉弁体４４は、その連結部４５１がコアエレベータ本体４３のテーパー部４１２に対接した位置、すなわち、自重および流動性被覆材収容空間５０内に充填された流動性被覆材４７の重量によってコアエレベータ本体４３に対して最下方位置に位置されている。

この状態においては、流動性被覆材吐出口５３２と連通孔４３１との間が連通されているが、連通孔４３１の他端の弁口が弁体部分４５により閉塞されており、これにより、コアエレベータ本体４３の中央貫通孔内の空間は、流動性被覆材吐出口５３２から遮断されている。 従って、この状態においては、流動性被覆材４７は流出することがない。

次に、図４および図８に示すように、地殻１６の掘削が開始されると、アウターバーレル２３が回転して、円環状の掘削溝を形成するよう掘削しながら海底面１５から下方に下降するが、コアエレベータ４１における開閉弁体４４は、作用ディスク４６が海底面１５に当接することにより、フランジ４４２が突起状当接部４３３に当接する位置まで相対的に上方に押し上げられる。

このとき、コアエレベータ４１のコアエレベータ本体４３は、インナーバーレル４０に対して移動されず、開閉弁体４４の連結部４５１がテーパー部４１２から上方に離間し、連通路４３２を介してコアエレベータ４１の中央貫通孔内の空間が、流動性被覆材流通路５３と連通される。

その結果、流動性被覆材収容空間５０において、コアエレベータ４１が上昇することが許容された状態が達成される。 流動性被覆材収容空間５０内の流動性被覆材４７が、流動性被覆材流通路５３、連通孔４３１、および連通路４３２を介して流出可能となるからである。

一方、図８に示すように、コアエレベータ４１の中央貫通孔から流出した流動性被覆材４７は、柱状地殻コア部分進入用開口４０４を介して、作用ディスク４６の上面の周辺領域および形成途中の柱状コア試料部分３７１の表面に達することとなる。

ここで、コアエレベータ４１における開閉弁体４４の上下方向における可動距離は、図６に示すように開閉弁体４４の連結部４５１がテーパー部４１２に対接して支持されて当該開閉弁体４４が最下方位置とされている状態において、開閉弁体４４のフランジ４４２とコアエレベータ本体４３の突起状当接部４３３との間の離間距離であるが、この可動距離は、上空間部４１１の高さより短い距離とされている。
これにより、開閉弁体４４がその最上方位置とされた状態、すなわち図８または図９に示すように、コアエレベータ本体４３に対して相対的に上昇されてフランジ４４２が突起状当接部４３３に当接した状態において、開閉弁体４４のＯ−リング４５２が連通孔４３１より上方であるが上空間部４１１から外れることがなく、コアエレベータ本体４３と流動性被覆材収容空間５０との間の液密状態が維持される。
仮に、開閉弁体４４の可動距離が当該上空間部４１１の高さより大きい場合には、開閉弁体４４がその最上位置とされたときに、連結部４５１が流動性被覆材収容空間５０に露出して、コアエレベータ４１における液密性が得られなくなる。

掘削工程が更に進行すると、図５および図９に示すように、アウターバーレル２３およびインナーバーレル４０が掘削と共に下降して行くが、コアエレベータ４１は、最上方位置にある開閉弁体４４が柱状コア試料部分３７１の表面によって相対的に押し上げられることにより、インナーバーレル本体４０１の内部空間を相対的に上昇する。 そして、インナーバーレル本体４０１の内部空間において、当該上昇するコアエレベータ４１の上方に、次第に下端が上昇する流動性被覆材収容空間５０が形成されると共に、その下方に次第に上端が上昇する地殻コア試料収容空間５１が形成されていくこととなる。 そして、掘削により形成された柱状地殻コア部分３７１が、当該地殻コア試料収容空間５１内に次第に進入して、収容されることとなる。

一方、コアエレベータ４１が、インナーバーレル本体４０１と相対的に上昇して、コアエレベータ本体４３の全体が、流動性被覆材吐出口５３２が形成された位置を通過して上方に位置されると、流動性被覆材収容空間５０が、流動性被覆材流通路５３および流動性被覆材吐出口５３２を介して地殻コア試料収容空間５１に連通された状態とされる。

そして、当該コアエレベータ４１が上昇することにより、流動性被覆材収容空間５０に保持された流動性被覆材４７に対して圧力が作用される結果、当該流動性被覆材４７は、流動性被覆材流通路５３を介して吐出口５３２から、相応の勢いをもって、地殻コア試料収容空間５１の径方向内方に噴出して吐出される。

このとき、ドリルビット３０のカッターエレメント３１の回転によって形成される柱状地殻コア部分３７１の外周面は、地殻コア試料収容空間５１の内周より僅かに内側に位置された状態とされていることから、柱状地殻コア部分３７１の外周面と地殻コア試料収容空間５１の内周壁面との間に狭い環状間隙Ｇが形成される。 すなわち、当該柱状地殻コア部分３７１は、当該環状間隙Ｇを介して地殻コア試料収容空間５１内に収容された状態とされる。

而して、当該柱状地殻コア部分３７１は、地殻コア試料収容空間５１内に次第に進入するに際して、その外周面は、流動性被覆材吐出口５３２を通過する際に、その全周において流動性被覆材４７が勢いをもって吹きつけられることとなる。

すなわち、掘削が進行してアウターバーレル２３およびインナーバーレル４０が下方に移動するに従い、相対的に、周囲が削られて形成された柱状地殻コア部分３７１がドリルビット３０の中央の開口部および柱状地殻コア部分進入用開口４０４より地殻コア試料収容空間５１に進入するが、流動性被覆材吐出口５３２から径方向内方に吐出されている流動性被覆材４７が当該柱状地殻コア部分３７１の外周面に吹きつけられて付着されることとなり、その結果、柱状地殻コア部分３７１の外周面の全部が流動性被覆材４７により被覆されることとなる。

以上のように、流動性被覆材４７により被覆された状態で地殻コア試料収容空間５１内に進入した柱状地殻コア部分３７１は、その下端で折り取られることによって分取され、これが地殻コア試料として、インナーバーレル４０と共に、ワイヤーなどにより、ドリルパイプ２１（図１および図２参照）内を介して、掘削船１０（図１参照）上に回収されることとなる。

ここで、流動性被覆材４７は流動性を有するものであるので、柱状地殻コア部分３７１が折り取られたときにその端面にも回り込むようになり、その結果、地殻コア試料３５はその外表面が流動性被覆材４７によって完全に被覆されるようになる。 このようにして、図１０に示すように、地殻コア３７の外表面に流動性被覆材層３６が形成された状態の地殻コア試料３５が形成される。

以上の地殻コアサンプリング装置において、流動性被覆材流通路５３を介して供給される流動性被覆材の量は、掘削されるべき地殻における地質の種類または状態、採取された地殻コア試料に係る研究目的、流動性被覆材の物性、掘削速度など種々の要因に応じて適宜選択することができる。

流動性被覆材の供給量は、地殻コアサンプリング装置に係る構成上の種々の条件、例えば流動性被覆材流通路５３における流動性被覆材の流通方向に垂直な断面の面積、流動性被覆材収容空間の内径、流動性被覆材流通路５３に係る流動性被覆材の流通方向に垂直な断面積、導入口５３１または吐出口５３２の各々における合計開口面積など、並びに地殻コアサンプリング装置の操作上の種々の条件例えば、流動性被覆材の物性、掘削速度などを考慮することにより適宜選択される。

流動性被覆材の吐出量が適宜の範囲に設定されることにより、地殻コア試料を、その表面が確実に流動性被覆材により被覆された状態で、採取することができる。

また、流動性被覆材流通路から地殻コア試料収容空間に吐出される流動性被覆材の吐出速度は、掘削されるべき地殻における地質の種類または状態、採取された地殻コア試料に係る研究目的、作業用流体の物性、掘削速度など種々の要因に応じて適宜選択することができる。 このような流動性被覆材の吐出速度は、当該流動性被覆材の供給量に応じて、吐出口５３２の合計開口面積、開口形状、当該吐出口５３２の数などを適宜設定することにより達成することが可能である。

流動性被覆材が適宜の速度で、流動性被覆材吐出口５３２から吐出されることにより、柱状地殻コア部分３７１の外周面に付着した汚染物質を高い効率をもって洗い流すことが可能である。

以上の地殻コアサンプリング装置においては、作業用流体としては、種々のものが知られているが、通常、例えばベントナイトなどのアニオン性を示す粘土類を主成分とする水系分散体に、例えばバライトなどの加重剤、高分子物質類、分散解膠剤、界面活性剤、逸泥防止剤および坑壁安定強化剤などが、必要に応じて適宜の比率で添加されて組成されたものが用いられる。

そして、インナーバーレル本体の内部空間とは独立した態様で流動性被覆材流通路が設けられた構成を有する地殻コアサンプリング装置によれば、流動性被覆材吐出機構により流動性被覆材が直接的に柱状地殻コア部分に供給されるために、当該流動性被覆材が作業用流体と混合されて稀釈されることなく、柱状地殻コア部分に対して適用される点で有利である。

上記のように、作業用流体供給機構を有する地殻コアサンプリング装置により、流動性被覆材を用いて地殻コア試料を採取する方法は基本的に好ましいものであるが、この方法においては、既述のように、作業用流体による汚染物質によって地殻コア試料が汚染される問題がある。

本発明は、地殻コア試料を流動性被覆材により被覆した状態で採取する地殻コア試料の採取方法において、コロイド粒子捕獲性高分子物質と、吸水性高分子物質とよりなる流動性材料を被覆材として用いるものである。
本発明によれば、流動性被覆材の成分の作用により、作業用流体が用いられる地殻コア試料の採取方法においても、作業用流体による汚染が十分確実に防止された状態で地殻コア試料を採取することができる。

本発明においては、流動性被覆材を用いて地殻コア試料を採取する方法において、コロイド粒子捕獲性高分子物質と吸水性高分子物質とからなる流動性被覆材を用いる。 ここで、流動性被覆材は、コロイド粒子捕獲性高分子物質および吸水性高分子物質の各々が混合されていない状態で用いられても、当該各々が混合された状態で用いられてもよい。

コロイド粒子捕獲性高分子物質は、凝集作用によるコロイド粒子捕獲能を有する高分子物質であるが、この「凝集作用によるコロイド粒子捕獲能」とは、例えば、分散媒体である水と、この水中に安定的に分散しているコロイド粒子との間に存在する電荷バランスが不平衡となる状態を形成して当該コロイド粒子を凝集させ、例えばコロイド粒子同士による凝集体、または当該高分子物質の一部を核として形成される凝集体などを形成させると共に、当該凝集体を例えばイオン結合を介して取り込んで固定する機能をいう。

流動性被覆材を形成するコロイド粒子捕獲性高分子物質の具体例としては、例えば、アクリルアミドと第４級アンモニウム塩化合物との共重合体、アクリルアミドとホスホニウム塩化合物との共重合体、ポリアクリルアミドのカチオン化変性物、カチオン性ビニルラクタム−アクリルアミド共重合体、ジアリルアンモニウムハロゲン化物の環化重合物、ポリビニルピリジン、イソブチレンと無水マレイン酸との共重合物にジアミンを作用させて得られる第４級アンモニウム塩、ビニルイミダゾリン重合体、ジアルキルアミノエチル（メタ）アクリレートの重合体、ポリエチレンイミン、アルキレンジクロライドとアルキレンポリアミンとの重縮合物、アニリンとホルマリンとの重縮合物、アルキレンジアミンとエピクロルヒドリンとの重縮合物、アンモニアとエピクロルヒドリンとの重縮合物、アスパラギン酸とヘキサメチレンジアミンとの重縮合物、ピッチのカチオン変性化物、キトサンなどのカチオン性高分子物質、ポリアクリル酸ナトリウム、ガラクトマンナン、アルギン酸ナトリウム、澱粉、カルボキシメチルセルロース−ナトリウム塩、ゼラチン、ニトロセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ペクチン酸、ペクチニン酸、カラギーナン、プロテオグリカン、グリコプロテイン、ジェランガム、キサンタンガムから選択される少なくとも一種であることが好ましい。

コロイド粒子捕獲性高分子物質としては、好適なコロイド粒子捕獲性能が発揮されるよう、例えば循環流体の性状に応じて、カチオン性高分子物質、アニオン性高分子物質またはノニオン性高分子物質が用いられる。
本発明において、コロイド粒子捕獲性高分子物質は、カチオン性高分子物質であることが好ましく、それは、作業用流体に含有される微小粒子が、通常、負のイオン状態となっているからである。
上記のコロイド粒子捕獲性高分子物質の具体例のうち、好ましいカチオン性高分子物質としては、アクリルアミドと第４級アンモニウム塩化合物との共重合体およびアクリルアミドとホスホニウム塩化合物との共重合体を挙げることができる。

特定のイオン特性を有するコロイド粒子捕獲性高分子物質は、分子内に不飽和二重結合による重合性官能基を有する単量体を単独で、あるいは他の共重合性単量体と共重合させることにより、または反応して重合体を生成する単量体組成物を反応させることにより、得ることもできる。
そのような単量体の具体例としては、例えば、対イオンが塩素イオンまたは臭素イオンであるジアリルジメチルアンモニウム塩、アクリルアミド、ビニルラクタム、ジアリルアミン、ビニルピリジン、イソブチレン、無水マレイン酸、スチレン、ビニルイミダゾリン、ジアルキルアミノエチルアクリレート、エチレンイミン、アルキレンジクロライド、アルキレンアミン、アニリン、ホルムアルデヒド、アルキレンジアミン、エピクロルヒドリン、アスパラギン酸、ヘキサメチレンジアミン、ビニルスルホン酸ナトリウムなどのノニオン性の単量体を挙げることができる。

上記のコロイド粒子捕獲性高分子物質と共に流動性被覆材を構成する吸水性高分子物質は、例えばその化学構造中に親水性基を有し、それ自体が水を吸収し膨潤することによって水を固定する作用を有するものである。
吸水性高分子物質としては、適宜の単量体による重合体または共重合体を用いることができる。 そのような単量体の具体例としては、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ−メチルメタクリルアミド、Ｎ−ビニル−Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、Ｎ−（２−ヒドロキシプロピル）アクリルアミド、Ｎ−（２−ヒドロキシプロピル）メタアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、４−ヒドロキシブチルメタクリレート、Ｎ−アクリロイルトリス（ヒドロキシメチル）メチルアミン、Ｎ−メタクリロイルトリス（ヒドロキシメチル）メチルアミン、ビニルピロリドン、Ｎ−アクリロイルモルホリンなどを挙げることができる。

流動性被覆材を形成するコロイド粒子捕獲性高分子物質および吸水性高分子物質は、その一方または両方が抗菌性を有する高分子物質であることが好ましく、その場合に得られる流動性被覆材は抗菌性を有するものとなる。 そして、抗菌性を有する流動性被覆材によれば、地殻コア試料に先行して付着した微生物の活動や増殖を抑制または阻止することができると共に、外部からの微生物の進入が防止され、従ってこれらの原因による地殻コア試料の汚染を防止することができる。

抗菌性を有する高分子物質を得るためには、当該高分子物質を構成する重合体を得るための単量体成分として、抗菌性の原子団を有する化合物を用いることができる。 そのような抗菌性単量体化合物としては、例えば不飽和二重結合を有する第４級アンモニウム塩化合物、不飽和二重結合を有するホスホニウム塩化合物などを挙げることができる。

このような抗菌性単量体化合物としては、具体的には、下記一般式（１）で示される芳香族第４級アンモニウム塩化合物および下記一般式（３）で示されるアクリロイルオキシアルキル−トリアルキルアンモニウム塩化合物、メタクリロイルオキシアルキル−トリアルキルアンモニウム塩化合物、並びに、下記一般式（２）で示される芳香族ホスホニウム塩化合物から選ばれた１種または２種以上を好ましく用いることができる。

（式中、Ｒ ¹は炭素数が１〜１８である直鎖状または側鎖を有するアルキル基、Ｒ ²およびＲ ³はメチル基、Ｘ ^-はハロゲンイオンを示す。）

（式中、Ｒ ⁴ 、Ｒ ⁵およびＲ ⁶は、各々、炭素数が１〜１８である直鎖状または側鎖を有するアルキル基、Ｘ ^-はハロゲンイオンを示し、Ｒ ⁴ 、Ｒ ⁵およびＲ ⁶は互いに同一であっても異なっていてもよい。）

（式中、Ｒ ⁷ 、Ｒ ⁸およびＲ ⁹は、互いに同一であっても異なっていてもよく、炭素数が１〜１６である直鎖状または側鎖を有するアルキル基、Ｘ ^-はハロゲンイオン、Ａは水素原子またはメチル基を示す。）

抗菌性単量体化合物の好ましい具体例を示すと、例えば、一般式（１）で表される抗菌性単量体の例としては、ビニルベンジルジメチルｎ−オクチルアンモニウム塩、ビニルベンジルジメチルｎ−デシルアンモニウム塩、ビニルベンジルジメチルｎ−ドデシルアンモニウム塩、ビニルベンジルジメチルｎ−ヘキサデシルアンモニウム塩などを挙げることができる。

一般式（２）で示される抗菌性単量体化合物の例としては、ビニルベンジルトリｎ−ブチルホスホニウム塩、ビニルベンジルトリｎ−オクチルホスホニウム塩、ビニルベンジルトリｎ−デシルホスホニウム塩、ビニルベンジルトリｎ−ドデシルホスホニウム塩などを挙げることができる。
また、一般式（３）で示される抗菌性単量体化合物の例としては、２−アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩および２−メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩などを挙げることができる。
また、他の抗菌性単量体化合物としては、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、アクリロイルオキシアルキルピリジニウム塩化合物、メタクリロイルオキシアルキルピリジニウム塩化合物などを挙げることができる。
以上の各化合物において、対イオンは塩素イオンまたは臭素イオンであることが好ましい。

抗菌性単量体を用いる場合において、抗菌性単量体による成分は、全単量体の１〜１０モル％、特に３〜８モル％の割合で用いることが好ましい。

また、コロイド粒子捕獲性高分子物質および吸水性高分子物質を構成する重合体は、架橋性単量体を含有する組成物から得られるものであってもよい。 この架橋性単量体としては、例えばＮ，Ｎ'−メチレンビスアクリルアミド、ジエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジビニルエーテル、エチレングリコールジメタクリレート、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート、ポリ（エチレングリコール）ジメタクリレート、ポリ（プロピレングリコール）ジメタクリレートなどを１種または２種以上を挙げることができる。

コロイド粒子捕獲性高分子物質または吸水性高分子物質を得るための方法は特に限定されるものではなく、一般的に用いられている（共）重合方法を利用することができ、具体的にはラジカル重合開始剤を用いたラジカル（共）重合反応を好ましく利用することができる。
ラジカル重合開始剤としては、一般的に用いられるラジカル重合開始剤であれば特に限定されることなく使用することができ、例えば過酸化水素、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、ｔ−ブチルハイドロパーオキシド、アゾビスイソブチロニトリル、２，２'−アゾビス（２−メチルプロピオンアミド）ジヒドロクロライド、２，２'−アゾビス［２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン］ジヒドロクロライド、２，２'−アゾビス（２−アミジノプロパン）ジヒドロクロライドなどを挙げることができる。 また、公知のレドックス系開始剤、例えば過酸化水素と硫酸第一鉄、過硫酸カリウムと亜硫酸水素ナトリウムなども用いることができる。

また、重合反応に用いられる溶媒としては、水、または、水と水溶性有機溶媒との混合液、その他を用いることができる。 水溶性有機溶媒の具体例としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ−プロパノールなどのアルコール類、ホルムアミド、ジメチルホルムアミドなどのアミド化合物類、ジオキサン、アセトニトリル、ジメチルスルホオキシドなどの極性溶媒を挙げることができる。
重合反応は、用いられる単量体およびラジカル重合開始剤の種類、その他の条件に応じた温度および反応時間で行えばよく、例えば重合反応温度は５０〜９０℃、重合反応時間は３〜２４時間程度とされる。 この重合反応においては、例えば窒素ガスなどによる不活性ガス雰囲気とされることが必要である。

本発明においては、流動性被覆材として上記のコロイド粒子捕獲性高分子物質および吸水性高分子物質よりなるものが用いられるため、当該流動性被覆材により地殻コア試料が被覆された状態で採取される。
そして、採取される地殻コア試料の外表面に、流動性被覆材に先行して作業用流体が接触されることにより作業用流体による汚染物質が付着した場合であっても、本発明における被覆材は、凝集作用によるコロイド粒子捕獲性高分子物質および吸水性高分子物質からなるものであるため、地殻コア試料の外表面に付着した作業用流体中のコロイド粒子は、これに接する被覆材層中のコロイド粒子捕獲性高分子物質の凝集作用により捕獲されると共に、地殻コア試料の外表面に付着した作業用流体の水は、これに接する吸水性高分子物質により吸収されて固定されることとなる。 その結果、作業用流体による汚染物質、すなわち作業用流体のコロイド粒子や水に伴って地殻コア試料の外表面に導入された微生物やその他の汚染物質が被覆材層に固定されてその移動が阻害されるので、地殻コア試料を、汚染物質による汚染が十分確実に防止された状態で採取することができる。

また、流動性被覆材が抗菌性を有するものである場合には、当該地殻コア試料の生態系が外部から十分に保護され、しかも被覆材層それ自体においても微生物が増殖することがないので、被覆材層が地殻コア試料に対する微生物汚染の汚染源となることがない。

本発明に係る地殻の掘削方法は、特定のものに限定されず、公知の種々の掘削方法において実施することができる。 特に、上述のライザー掘削法のような掘削船を利用した海底地殻の掘削において容易に実施することができる。 しかし、ライザー掘削法に限定されるものではない。

以上、本発明の地殻コア試料の採取方法を具体的に説明したが、本発明においては種々の変更を加えることが可能である。
例えば、流動性被覆材は、流動性被覆材吐出口から、軸方向に垂直に吐出される必要はなく、例えば下方に傾斜した方向に吐出されてもよい。

＜調製例＞
（ノニオン性コロイド粒子捕獲性高分子物質の調製）
アクリルアミド４．９７ｇ（７００ｍｍｏｌ／Ｌ）と、２, ２'−アゾビス（２−アミジノプロパン）ジヒドロクロライド０．０２８ｇ（１．０ｍｍｏｌ／Ｌ）とを、反応容器である耐圧瓶に充填し、重合反応溶媒である純水を加えて１００ミリリットルの重合反応溶液を得ると共に、耐圧瓶の内部空気を窒素ガスで３０分間置換した。 次いで、重合反応溶液を保持する耐圧瓶を７０℃のインキュベーターにおいて重合反応処理を行った。
得られた重合体を耐圧瓶より取り出し、エタノールおよびイオン交換水を用いて洗浄して未反応の残留モノマーを除去し、その後乾燥させることにより、粉末状のコロイド粒子捕獲性高分子物質Ａ１を得た。 ここで、得られたコロイド粒子捕獲性高分子物質Ａ１は、厳密には弱いカチオン性を示すものであった。

（カチオン性コロイド粒子捕獲性高分子物質の調製）
５リットルのビーカー中において、高分子キトサン加工物（商品名：フローナック＃２５０、株式会社共和テクノス製）６０ｇを３リットルの水に溶解し、これによりゲル状の高分子キトサン水溶液よりなるコロイド粒子捕獲性高分子物質Ａ２を得た。

（アニオン性コロイド粒子捕獲性高分子物質の調製）
５リットルのビーカー中において、重合度が２２０００〜７００００であるポリアクリル酸ナトリウム（和光純薬工業株式会社製）３０ｇを３リットルの水に溶解し、これによりゲル状のポリアクリル酸ナトリウム水溶液よりなるコロイド粒子捕獲性高分子物質Ａ３を得た。

（吸水性高分子物質の調製）
アクリルアミド２３．６ｇ（６６５ｍｍｏｌ／Ｌ）と、Ｎ, Ｎ'−メチレンビスアクリルアミド０．３２５ｇ（４ｍｍｏｌ／Ｌ）と、２, ２'−アゾビス（２−アミジノプロパン）ジヒドロクロライド０．２４ｇ（１．７ｍｍｏｌ／Ｌ）と、２−アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド３．４ｇ（３５ｍｍｏｌ／Ｌ）とを、重合反応容器である耐圧瓶に充填し、重合反応溶媒である純水を加えて５００ミリリットルの重合反応溶液を得ると共に、耐圧瓶の内部空気を窒素ガスで３０分間置換した。 次いで、重合反応溶液を保持する耐圧瓶を７０℃のインキュベーターにおいて重合反応処理を行った。 得られた重合体を耐圧瓶より取り出し、エタノールおよびイオン交換水を用いて洗浄して未反応の残留モノマーを除去し、その後乾燥させると共にボールミルにより粉砕することにより、粉末状の、抗菌性を有する吸水性高分子物質Ｂ１を得た。

＜実験例１＞
上記のようにして得られたノニオン性コロイド粒子捕獲性高分子物質Ａ１および吸水性高分子物質Ｂ１を乾燥重量比で１：２０の割合で混合し、得られた混合物に水を添加して粘度がおよそ５０００ｍＰａ・ｓｅｃである流動性被覆材１を得た。

図３に示す構成を有する地殻コアサンプリング装置を用い、流動性被覆材として上記の流動性被覆材１を用いると共に、粘度が５０ｍＰａ・ｓｅｃ、比重が１．０３の蛍光ビーズ含有作業用流体を供給量が１００ｌ／ｍｉｎとなる条件で供給し、ドリルビットに対する荷重が１２００ｋｇ、ドリルビットの回転数が２５ｒｐｍ、作業用流体の送量が１００リットル／ｍｉｎとなる条件で、大谷石（流紋岩質角礫凝灰岩）を掘削対象として掘削することにより、全長約５０ｃｍの模擬地殻コア試料を得た。
ここに、作業用流体は、直径が０．２μｍの蛍光ビーズ（Ｆｌｕｏｒｅｓｂｒｉｔｅ Ｙｅｌｌｏｗ Ｇｒｅｅｎ ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ：Ｐｏｌｙ−Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社製）を１．０×１０ ⁷個／ｍｌの割合で含有するものである。

そして、得られた模擬地殻コア試料の状態を目視により評価した。
また、得られた模擬地殻コア試料について、外表面を被覆する流動性被覆材を除去し、長さ方向における中央の幅１０ｃｍの帯状領域について、全周にわたって厚さ１ｍｍの表層部分の構成物質を採取してサンプルとし、各サンプルに含有されている蛍光ビーズの数を後述する方法により計測した。 結果を表１に示す。

（蛍光ビーズ個数の計測方法）
容量が５０ミリリットルの遠沈管に、サンプル１ｇを、濃度３０質量％の塩化ナトリウム水溶液３０ミリリットルと共に充填してサンプル混合液を得、このサンプル混合液を、粒径が２ｍｍ程度以上の大きさの粒子塊は適宜の手段により粉砕しながら、ボルテックスで十分に撹拌する。 そして、室温の暗所で４８時間放置した後、当該サンプル混合液の上澄み液を採取してこれを孔径が０．１μｍのフィルターにより濾過し、このフィルター上に残った蛍光ビーズを洗浄した後、その個数を蛍光顕微鏡を用いて計測する。

＜実験例２＞
実験例１において、コロイド粒子捕獲性高分子物質Ａ１の代わりにコロイド粒子捕獲性高分子物質Ａ２を用いたこと以外は実験例１と同様にして流動性被覆材２を調製し、これを用いて実験例１と同様にして模擬地殻コア試料を得、その評価を行った。 結果を表１に示す。

＜実験例３＞
実験例１において、コロイド粒子捕獲性高分子物質Ａ１の代わりにコロイド粒子捕獲性高分子物質Ａ３を用いたこと以外は実験例１と同様にして流動性被覆材３を調製し、これを用いて実験例１と同様にして模擬地殻コア試料を得、その評価を行った。 結果を表１に示す。

＜対照実験例１＞
流動性被覆材１を供給しなかったこと以外は、実験例１と同様にして模擬地殻コア試料を得、実験例１と同様にして、模擬地殻コア試料の状態を目視により評価し、また蛍光ビーズの数を計測した。 結果を表１に示す。

＜比較実験例１＞
ノニオン性コロイド粒子捕獲性高分子物質Ａ１に水を添加することにより粘度がおよそ５０００ｍＰａ・ｓｅｃの流動性物質を調製し、これを比較用の流動性被覆材として用いたこと以外は実験例１と同様にして模擬地殻コア試料を得、実験例１と同様にして、模擬地殻コア試料の状態を目視により評価し、また蛍光ビーズの数を計測した。 結果を表１に示す。

＜比較実験例２＞
吸水性高分子物質Ｂ１に水を添加することにより粘度がおよそ５０００ｍＰａ・ｓｅｃの流動性物質を調製し、これを比較用の流動性被覆材として用いたこと以外は実験例１と同様にして模擬地殻コア試料を得、実験例１と同様にして、模擬地殻コア試料の状態を目視により評価し、また蛍光ビーズの数を計測した。 結果を表１に示す。

上記表１の結果から、流動性被覆材がコロイド粒子捕獲性高分子物質および吸水性高分子物質よりなるものである場合には、模擬地殻コア試料における表層部分に進入する蛍光ビーズの数が少数であることから、汚染物質の付着が少ないものとなることが明らかである。 そして、特に、コロイド粒子捕獲性高分子物質としてカチオン性コロイド粒子捕獲性高分子物質Ａ２を用いた場合には、模擬地殻コア試料における表層部分に進入する蛍光ビーズの数がきわめて少数であることから、汚染物質の付着がきわめて少ないものとなることが明らかである。

一方、流動性被覆材を用いない対照実験例１においては、蛍光ビーズの数がきわめて多く、このことから、汚染物質の付着が甚だしいことが理解される。
また、コロイド粒子捕獲性高分子物質のみを流動性被覆材として用いた比較実験例１によれば、蛍光ビーズの数は対照実験例１に比して相当に減少しており、このことからコロイド粒子捕獲性高分子物質による効果が認められるが、なお相当多数の蛍光ビーズが計測されている。 これは、比較実験例１では、吸水性高分子物質が用いられていないために、水と共に蛍光ビーズが地殻コア試料に搬送されて付着することが原因である、と考えられる。
更に、吸水性高分子物質のみを流動性被覆材として用いた比較実験例２によれば、蛍光ビーズの数は対照実験例１に比して相当に減少しているが、比較実験例１より多く、このことから吸水性高分子物質による多少の効果が認められるが、なお相当多数の蛍光ビーズが計測されている。 これは、比較実験例２では、コロイド粒子捕獲性高分子物質が用いられていないために、蛍光ビーズが捕獲されず、地殻コア試料に付着することが原因である、と考えられる。

以上の説明から明らかなように、コロイド粒子捕獲性高分子物質と吸水性高分子物質との両方を用いることにより、地殻コア試料を、汚染が十分確実に抑制された状態で採取することができるが、いずれか一方のみを用いた場合には、地殻コア試料を、汚染が十分確実に抑制された状態で採取することが困難である。

掘削船を用いて海底地殻をライザー掘削法により掘削する場合を示す説明図である。

ライザーパイプを構成する構成ユニットの詳細を、ドリルパイプが通った状態のメインパイプにおける筒軸に沿った断面と共に示す、説明用一部断面図である。

海底の掘削を開始する直前のドリルパイプおよびドリルビットを、その筒軸に沿った断面を一部を簡略化して示した説明用断面図である。

海底の掘削を開始した直後のドリルパイプおよびドリルビットを、その筒軸に沿った断面を一部を簡略化して示した説明用断面図である。

海底の掘削中のドリルパイプおよびドリルビットを、その筒軸に沿った断面を一部を簡略化して示した説明用断面図である。

本発明の地殻コアサンプリング装置の構成を断面で拡大して示す説明用拡大図である。

図３において示される状態における動作状態の地殻コアサンプリング装置を拡大して示す説明用拡大図である。

図４において示される状態における動作状態の地殻コアサンプリング装置を拡大して示す説明用拡大図である。

図５において示される状態における動作状態の地殻コアサンプリング装置を拡大して示す説明用拡大図である。

抗菌性ゲルに被覆された地殻コア試料を示す、筒軸に垂直な断面を示す説明用断面図である。

従来の地殻コアサンプリング装置において、海底の掘削を開始した直後のドリルパイプおよびドリルビットを、その筒軸に沿った断面を一部を簡略化して示した説明用断面図である。

従来の地殻コアサンプリング装置において、海底の掘削中のドリルパイプおよびドリルビットを、その筒軸に沿った断面を一部を簡略化して示した説明用断面図である。

符号の説明

１０ 掘削船 １１ パワースイベル １２ａ、１２ｂ、１２ｃ 推進装置 １３ 海面 １４ 噴出防止装置 １５ 海底面 １６ 地殻 １７ ケーシングパイプ Ｇ 環状間隙 Ｐ 柱状地殻コア部分 １８ 保護膜 ２０ ライザーパイプ ２１ ドリルパイプ ２２ メインパイプ ２３ アウターバーレル ２４ 作業用流体流通路 ２５ 環状流通路 ２７ キル・チョークライン ２８ ラインホルダー ３０ ドリルビット ３０１ 作業用流体吐出口 ３１ カッターエレメント ３５ 地殻コア試料 ３６ 流動性被覆材層 ３７ 地殻コア ３７１ 柱状地殻コア部分 ４０ インナーバーレル ４０１ インナーバーレル本体 ４０２ 閉塞部材 ４０３ ストッパー ４０４ 柱状地殻コア部分進入用開口 ４１ コアエレベータ ４１１ 上空間部 ４１２ テーパー部 ４１３ 下空間部 ４１４、４１５ Ｏ−リング ４２ 流通路形成部材 ４３ コアエレベータ本体 ４３１ 連通孔 ４３２ 連通路 ４３３ 突起状当接部 ４４ 開閉弁体 ４４１ ロッド部 ４４２ フランジ ４５ 弁体部分 ４５１ 連結部 ４５２ Ｏ−リング ４６ 作用ディスク ４７ 流動性被覆材 ５０ 流動性被覆材収容空間 ５１ 地殻コア試料収容空間 ５３ 流動性被覆材流通路 ５３１ 導入口 ５３２ 流動性被覆材吐出口 ６０ インナーバーレル ６１ 封止部材 ６２ 流動性被覆材吐出口部材 ６３ 連続ロッド ６４ 弁体部材 ６５ 開閉弁 ６６ 作用ディスク ６７ 流動性被覆材 ６８ 流動性被覆材吐出孔