本開示は、水底探査システム、水底探査装置、及び水底探査方法に関する。

海底熱水鉱床等の水底の鉱物資源の探査において、電磁探査装置を用いた技術が提案されている。例えば特許文献1には、潜水型移動体と、曳航索を介して当該潜水型移動体に曳航される曳航体と、当該曳航体に配置された電磁探査装置と、を備える水底探査システムが開示されている。当該水底探査システムの電磁探査装置は、送信ループが水底面に対向するように配置された送信コイルと、送信コイルの周囲に配置された受信部とを有する。

特開2017−161390号公報

上記のような水底探査システムにおいては、水底面下の物性をより深い位置まで探査することが望まれている。電磁探査において、探査可能な位置を深くするためには、例えば、ループ状の送信コイルの面積(送信ループの面積)を拡大することが考えられる。

上記特許文献1の水底探査システムにおいては、折り畳み可能な水平翼を曳航体に取り付け固定し、この水平翼の先端側に送信コイル及び受信部(受信コイル)を取り付け固定し、水中で水平翼と共に送信コイル及び受信コイルを展開することで、送信ループの面積の拡大を図っている。しかしながら、このように機械的に送信コイルを展開する構成では、送信ループの面積を拡大しようとすると、必然的に装置構成が大掛かりとなるうえに、当該面積の拡大には限界があった。

本開示は、送信ループの面積を拡大して電磁探査することが可能な水底探査システム、水底探査装置、及び水底探査方法を提供することを目的とする。

本開示に係る水底探査システムは、水中を移動する移動体と、水底の鉱物資源を探査する電磁探査装置と、移動体に曳航され、電磁探査装置の探査測線に沿うように移動する曳航体と、を備え、電磁探査装置は、水底に磁場を発生させるための送信コイルと、送信コイルに電流を流す送信部と、送信コイルに流れる電流の変化によって発生する電磁誘導に起因する磁場の変化に関する情報を受信する受信部と、を有し、送信コイルは水底面にループ状に敷設されており、曳航体に取り付けられた受信部は、送信コイルに対して相対移動しながら情報を受信する。

この水底探査システムによれば、送信コイルが水底面にループ状に敷設されているので、送信ループの面積を拡大することが可能となる。また、この送信コイルが水底面下に電磁誘導を発生させ、当該電磁誘導に起因する磁場の変化に関する情報を受信部が受信することで、水底面下の電気的な性質の変化を検知することが可能となり、海底熱水鉱床等の鉱物資源を探査できる。このとき、受信部は、曳航体と共に送信コイルに対して相対移動しながら磁場の変化に関する情報を受信する。そのため、送信コイルは、曳航体及び受信部から独立したループ状を構成できるので、例えば曳航体に対して送信コイル及び受信部が固定され相対移動できない構成と比較して、送信ループの面積を拡大しやすい。したがって、当該水底探査システムによれば、送信ループの面積を拡大して電磁探査することが可能となる。

上記水底探査システムは、送信コイルを水底面に位置決めする複数の位置決め部を更に備えていてもよい。この場合、複数の位置決め部によって送信コイルが水底面に位置決めされるので、ループ状の送信コイルを容易に構成することができる。

電磁探査装置の探査領域は、ループ状の送信コイルによって囲まれる領域と、当該領域よりも外側の領域とを含んでいてもよい。この水底探査システムにおいては、受信部が送信コイルに対して相対移動しながら磁場の変化に関する情報を受信するので、ループ状の送信コイルによって囲まれる領域の面積よりも広い面積の領域に亘って、水底面下の物性を把握可能である。

本開示に係る水底探査装置は、水中を移動するように構成された移動体と、水底の鉱物資源を探査するように構成された電磁探査装置と、移動体に曳航索を介して連結された曳航体と、操作部と、を備え、電磁探査装置は、水底に磁場を発生させる送信コイルを構成するためのケーブルと、送信コイルに電流を流すように構成された送信部と、送信コイルに流れる電流の変化によって発生した電磁誘導に起因する磁場の変化に関する情報を受信するように構成された受信部と、を有し、操作部は、ケーブルによってループ状の送信コイルを構成するように、ケーブルを水底面に敷設可能に構成され、曳航体に取り付けられた受信部は、送信コイルに対して相対移動しながら情報を受信するように構成されている。

この水底探査装置によれば、操作部によって水底面にケーブルを敷設してループ状の送信コイルを構成できる。したがって、送信ループの面積を拡大することが可能となる。また、この送信コイルが水底面下に電磁誘導を発生させ、当該電磁誘導に起因する磁場の変化に関する情報を受信部が受信することにより、水底面下の電気的な性質の変化の検知が可能となり、海底熱水鉱床等の鉱物資源を探査できる。ここで、受信部は、曳航体と共に送信コイルに対して相対移動しながら磁場の変化に関する情報を受信するように構成されている。そのため、ケーブルは、曳航体及び受信部から独立したループ状の送信コイルを構成できるので、例えば曳航体に対して送信コイル及び受信部が固定され相対移動できない構成と比較して、送信ループの面積をより拡大しやすい。したがって、当該水底探査装置は、送信ループの面積をより拡大して電磁探査を行うのに寄与する。

操作部はマニピュレータを有していてもよい。この場合、マニピュレータによって水底面へのケーブルの敷設操作を効率よく行うことができる。

ケーブルがループ状をなすようにケーブルを水底面に位置決めする複数の位置決め部を更に備え、マニピュレータは、位置決め部を水底面に設置する作業を行えるように構成されていてもよい。この場合、マニピュレータによって、水底面への位置決め部の設置操作を効率よく行うことができると共に、設置された複数の位置決め部によってケーブルを水底面にループ状に位置決めできるので、水底面へのケーブルの敷設操作の効率が一層向上しうる。

ケーブルがループ状をなすようにケーブルを水底面に位置決めする複数の位置決め部と、複数の位置決め部のそれぞれを着脱自在に保持する複数の保持部と、を更に備え、複数の位置決め部のそれぞれは、ケーブルを挿通可能な挿通部を有し、挿通部にケーブルを挿通させた状態で保持部に保持されていてもよい。この場合、保持部による位置決め部の保持状態の解除によって、ケーブルの設置操作を効率よく行うことができる。また、設置された位置決め部の挿通部にケーブルが挿通しているので、水底面へのケーブルの敷設操作の効率を一層向上させることができる。

本開示に係る水底探査方法は、上記のいずれかの水底探査装置を用いて水底の鉱物資源を探査する水底探査方法であって、操作部によってケーブルを水底面に敷設して、水底面にループ状に敷設された送信コイルを構成する工程と、送信部によって送信コイルに断続的に電流を流し、送信コイルを流れる電流の変化によって電磁誘導を発生させる工程と、受信部が取り付けられた曳航体を移動体によって曳航し、曳航体に取り付けられた受信部を送信コイルに対して相対移動しながら、受信部で情報を受信する工程と、を含む。

この水底探査方法によれば、上記のいずれかの水底探査装置を用いて水底の鉱物資源を探査するので、送信ループの面積をより拡大して電磁探査することができる。

水底面にループ状に敷設された送信コイルを構成する工程では、ケーブルがループ状をなすようにケーブルを水底面に位置決めしてもよい。この場合、ケーブルを位置決めすることによって効率よく水底面にケーブルを敷設することができる。

この水底探査方法において、水底探査装置は、ケーブルがループ状をなすようにケーブルを水底面に位置決めする複数の位置決め部を更に備えており、水底面にループ状に敷設された送信コイルを構成する工程では、ケーブルと共に位置決め部を水底面に落下させることにより、ケーブルを水底面に位置決めしてもよい。この場合、位置決め部の設置操作及びケーブルの敷設操作を併行して行うので、一層効率よく水底面にケーブルを敷設することができる。

本開示によれば、送信ループの面積をより拡大して電磁探査することが可能な水底探査システム、水底探査装置、及び水底探査方法を提供することができる。

図1は、本実施形態に係る水底探査装置を示す斜視図である。

図2は、本実施形態に係る水底探査装置を示す側面図である。

図3は、図1の送信機ユニット及びケーブルユニットを示す平面図である。

図4は、図2の領域IVの拡大図であり、(a)が斜視図、(b)が側面図である。

図5は、水底探査方法の各工程(位置決め冶具の設置)を模式的に示す平面図である。

図6は、水底探査方法の各工程(ケーブルの敷設)を模式的に示す平面図である。

図7は、水底探査装置が適用される水底探査システムを模式的に示す斜視図である。

図8は、治具支持部及び位置決め治具の変形例を示す図である。

以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図面においては、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。以下に説明される本開示に係る実施形態は、本発明を説明するための例示であるので、本発明は以下に限定されるべきではない。

[水底探査装置] 図1〜図4を参照し、本実施形態に係る水底探査装置1について説明する。水底探査装置1は、海底熱水鉱床等の水底の鉱物資源を探査する装置である。図1及び図2に示されるように、水底探査装置1は、移動体10と、移動体10の下方に取り付けられる格納ユニット20と、格納ユニット20に格納される曳航体30と、格納ユニット20及び曳航体30に載置される電磁探査装置40と、推進方向D1における水底探査装置1の前側に位置するように格納ユニット20に取り付けられる操作部50と、推進方向D1における格納ユニット20の後方に位置するように配設される複数の位置決め治具60(位置決め部)と、を備える。

移動体10は、水中を移動するように構成されている。移動体10は、浮力体11と、本体部12と、を有する。浮力体11は、本体部12の上部に固定されている。本体部12は、例えばスラスター(不図示)を有している。移動体10は、このスラスターの駆動により水中において推進方向D1に推進する。なお、以下では、水底探査装置1の推進方向D1における前方を「前」、推進方向D1における後方を「後」とし、「前」及び「後」を用いて各要素の配置を説明する場合がある。

移動体10は、例えば、ROV(遠隔操作無人潜水機:Remotely operated vehicle)である。移動体10は、水上を走行する母船(不図示)とケーブル等を介してデータ通信可能とされることで、母船からオペレータによって遠隔操作されて推進してもよい。なお、移動体10は、乗員によって操縦される潜水機等であってもよい。

格納ユニット20は、移動体10の下方に配置され、曳航体30を格納する。例えば格納ユニット20は、移動体10に取り付けられている。図1及び図2に示されるように、例えば格納ユニット20は、複数の連結部材20aによって移動体10に連結されている。格納ユニット20は、曳航体30を格納する格納スペースSを形成する本体部21と、格納スペースSに格納された曳航体30と本体部21とを連結する連結部22と、水底探査装置1の前側に位置するように本体部21に取り付けられる設備支持部23と、本体部21の後方に取り付けられる治具支持部24と、本体部21の上方において本体部21と移動体10との間に配置される曳航索格納部25と、を有する。

本体部21は、推進方向D1を長手方向とする略直方体の格納スペースSを形成している。本体部21は、例えばフレーム体であり、格納スペースSの前後を区画する一対のサイドフレーム21a,21bと、格納スペースSの上部を区画する接続フレーム21cと、を有する。サイドフレーム21a,21bは、移動体10の下方において推進方向D1に互いに対向している。サイドフレーム21aは、水底探査装置1の前方側に位置し、サイドフレーム21bは水底探査装置1の後方側に位置している。接続フレーム21cは、サイドフレーム21a,21bの上端部間に架け渡され、サイドフレーム21a,21bの上端部同士を接続している。これにより、本体部21及びサイドフレーム21a,21bによって囲まれる領域が格納スペースSとして形成される。

連結部22は、格納スペースSに格納された曳航体30と本体部21とを連結する。連結部22は、支持部22aと、補助部22b,22cと、を有する。支持部22aは、推進方向D1における接続フレーム21cの略中央部に取り付けられ、格納スペースS内において曳航体30を吊り下げ支持している。補助部22b,22cは、それぞれサイドフレーム21a,21bの下端部に取り付けられ、前方又は後方から曳航体30を支持している。

設備支持部23は、本体部21に取り付けられ、電磁探査装置40の一部(後述するケーブルユニット41及び送信機ユニット42)を支持している。設備支持部23は、例えばサイドフレーム21aの前方に配置されている。図3は、図1及び図2の送信機ユニット42及びケーブルユニット41を上方からみた平面図であり、紙面右方向が推進方向D1であることを示している。図3に示されるように、設備支持部23は、載置台23a,23bを有する。載置台23aは、載置板23cを有しており、載置板23cには、ケーブルユニット41が載置されている。載置台23bは、載置板23dを有しており、載置板23dには、送信機ユニット42が載置されている。

載置板23c,23dは、例えばグレーチングにより構成されている。載置板23c,23dには、その厚さ方向に貫通する多数の孔(不図示)が形成されており、水底探査装置1が潜水する際には当該多数の孔を水が通過することで格納ユニット20に作用する水圧が低減される。

治具支持部24は、図1及び図4(a)に示されるように、水底探査装置1の後側において複数の位置決め治具60を支持している。治具支持部24は、例えばサイドフレーム21bの後方に設けられている。治具支持部24は、複数の位置決め治具60を吊り下げ支持する固定ロッド24aと、固定ロッド24aを支持する横架材24bと、横架材24bをサイドフレーム21bに固定する固定枠24cと、を有する。固定枠24cは、サイドフレーム21bの上端部に取り付けられており、横架材24bは、サイドフレーム21bの上端部に沿うように固定枠24cに固定されている。横架材24bには、その厚み方向(推進方向D1)に貫通する複数の貫通孔(不図示)が形成されている。固定ロッド24aは、当該貫通孔に挿通されることで横架材24bに支持されている。

曳航索格納部25は、本体部21と移動体10との間において、接続フレーム21cに搭載されている。曳航索格納部25には、曳航体30を曳航するための曳航索31が格納されている。曳航索格納部25は、例えばウインチ(不図示)を内蔵している。曳航索格納部25は、ウインチに曳航索31を巻き付けた状態で、曳航索31を格納している。

曳航体30は、移動体10に曳航索31を介して連結されている。すなわち、曳航索31の残部側の端部は、曳航体30に接続されている。曳航体30は、底板32と、カバー33と、曳航部34と、を有する。底板32は、例えば矩形状を呈しており、サイドフレーム21aの下端部とサイドフレーム21bの下端部とを結ぶ仮想線に沿うように配置されている。底板32は、例えばグレーチングにより構成されている。底板32には、その厚さ方向に貫通する多数の孔が形成されており、水底探査装置1が潜水する際には当該多数の孔を水が通過することで曳航体30に作用する水圧が低減される。

カバー33は、底板32の前端部を覆うように、底板32に取り付けられている。カバー33は、側面視で、前方に向けて厚みが薄くなるように設けられている。これによって、曳航体30が推進方向D1に向けて移動する際に、曳航体30に作用する水の抵抗が低減される。曳航部34は、曳航索31が取り付けられた上板34aと、上板34aを底板32に固定する固定部34bと、を有する。これにより、曳航体30と曳航索31とが連結される。

電磁探査装置40は、水底(例えば海底)の鉱物資源を探査するように構成されている。電磁探査装置40は、図3に示されるように、水底探査装置1の前側において互いに隣り合うように配置されたケーブルユニット41及び送信機ユニット42(送信部)と、曳航体30の底板32の上面に取り付けられる受信機43(受信部)とを有する。

ケーブルユニット41は、図1〜図3に示されるように、ドラム41aと、ハンドル41bと、ケーブル41cと、を有する。ドラム41aは、ケーブル41cを巻き付けて収納する。ドラム41aは、水底探査装置1の前方に突出するようにサイドフレーム21aに接続された設備支持部23の載置板23cに搭載されている。ドラム41aは、推進方向D1に向けてケーブル41cを巻き出し可能となるように、推進方向D1に交差する回転軸Axまわりに回転可能に配置されている。ハンドル41bは、載置台23aにおいて、ドラム41aよりも前方に設置されている。ハンドル41bは、例えばチェーンを介してドラム41aと回転軸同士が連結されている。ドラム41aは、ハンドル41bによって回転させられて、ケーブル41cの巻き出し及び巻き取りを行う。

ケーブル41cは、送信コイル44(図7参照)を構成するための電線である。ケーブル41cは、水底面(例えば図7に示す海底面90s)にループ状に敷設されることにより送信コイル44を構成する。例えばケーブル41cは、絶縁膜(不図示)によって被覆された導体(不図示)によって構成されている。これにより、水中(例えば海中)に送信コイル44を敷設した際に、送信コイル44と海水とを確実に絶縁することができる。

送信コイル44は、電流を流すことによって、水底(例えば図7に示す海底90)に磁場(以下、「一次磁場」という。)を発生させるように構成されている。送信コイル44の巻き数は、例えば1回であってもよく、複数回であってもよい。送信コイル44は、ループ状に海底面90sに敷設された状態で、ループ状の送信コイル44によって囲まれる部分(以下、「コイル面」という。)が、海底面90sに対向する。具体的には、送信コイル44は、コイル面の法線方向が海底面90sに存在するように、海底面90sにループ状に敷設されている。なお、ループ状とは、閉じた領域を構成する環状を意味し、例えば矩形環状であってもよく、円環状であってもよく、多角形の輪郭を構成する形状等であってもよい。

図3に戻り、送信機ユニット42は、送信コイル44に電流を流すように構成されている。図3に示されるように、送信機ユニット42は、送信電源42aと、制御装置42bと、スイッチ42cと、コネクタ42dと、を有する。送信電源42a、制御装置42b、及びスイッチ42cは、設備支持部23の載置板23dに搭載されている。送信電源42aは、送信コイル44に流す電流の供給源である。送信電源42aが送信コイル44に流す電流は、例えば数十アンペア〜数百アンペアであり、探査目的に応じて変更してよい。

制御装置42bは、送信電源42aを制御する。例えば制御装置42bは、送信電源42aから送信コイル44に流す電流を変化させるように、送信電源42aを制御する。制御装置42bは、例えば、送信コイル44に電流を流す状態と電流を急激に遮断する状態とを繰り返すように、送信電源42aを制御する。送信電源42aは、送信コイル44に流す電流を変化させることによって、海底面90s下に電磁誘導を発生させる。

図1〜図3に戻り、スイッチ42cは、送信電源42aから送信コイル44に流す電流の制御装置42bの起動及び停止の切り替えを行う。コネクタ42dは、ケーブル41cによって送信コイル44が構成された際に、当該送信コイル44と送信電源42aとを電気的に接続する。

曳航体30の底板32の上面に取り付けられる受信機43は、磁場の変化に関する情報を受信するように構成されている。受信機43は、例えば磁場センサである。上述したように、送信電源42aが送信コイル44に流す電流を変化させることで、電磁誘導が発生する。受信機43は、この電磁誘導による磁場の変化に関する情報を受信する。磁場の変化に関する情報は、磁場の経時的な変化に関する情報であって、例えば磁場の変化量(時間微分値)であってもよく、複数時点における磁場の大きさ自体であってもよい。受信機43は、図1及び図2に示されるように、曳航体30の底板32の上面に取り付けられている。

操作部50は、水底探査装置1の前側において、格納ユニット20の本体部21に接続される。操作部50は、ケーブル41cによってループ状の送信コイル44を構成するように、ケーブル41cを水底面(例えば図7に示す海底面90s)に敷設可能に構成されている。図1及び図2に示されるように、操作部50は、例えば一対のマニピュレータ51を有している。各マニピュレータ51は、例えば、遠隔操作され、海底面90sへケーブル41cの敷設操作と、海底面90sへの位置決め治具60の設置操作と、スイッチ42cによる制御装置42bの起動及び停止の切り替え操作とを行えるように構成されている。なお、操作部50は、ドラム41aの回転を駆動するモータ等を具備してもよい。

水底探査装置1の後側において、格納ユニット20の治具支持部24に取り付けられる複数(例えば4個)の位置決め治具60は、ケーブル41cがループ状をなすように、ケーブル41cを水底面に位置決めする部材である。図4(a)に示されるように、複数の位置決め治具60は、格納ユニット20の後方においてサイドフレーム21bに沿って並んでいる。図4(b)に示されるように、位置決め治具60は、ワイヤ61と、フロート62と、錘63と、フック64と、を有する。ワイヤ61は、その上端部において、固定ロッド24aに引っ掛けられている。これにより、位置決め治具60は、固定ロッド24aをマニピュレータ51によって前方に移動させるだけで、治具支持部24から分離される。

フロート62は、ワイヤ61の一方の端部(例えば上端部)に取り付けられている。錘63は、例えば多数の鉛玉(不図示)と、当該鉛玉を収容した収容袋63aとによって構成されている。錘63は、ワイヤ61の他方の端部(例えば下端部)に取り付けられている。フック64は、フロート62と錘63との間において、ワイヤ61に取り付けられている。フック64は、湾曲部分が上端部側に向かい、先端部分が下端側に向かうように、ワイヤ61に取り付けられている。これにより、位置決め治具60は、水中の水底面(例えば海中の海底面90s)上において、錘63が下方に位置し且つフロート62が上方に位置する姿勢を維持するように設置される。このため、ケーブル41cが水底面(例えば海底面90s)から浮き上がったときに、フック64にケーブル41cが引っ掛かることとなる。これによって、ケーブル41cのフック64より上方への更なる移動が規制され、ループ状の送信コイル44の形状を維持することができる。

[水底探査方法] 次に、図5〜図7を参照し、上述した水底探査装置1を用いて水底の鉱物資源を探査する水底探査方法について説明する。以下では、一例として、海底90の熱水鉱床を探査する場合について説明する。水底探査方法は、海水中における海底面90sの探査領域から所定の高度まで水底探査装置1を潜水させた状態で行う。水底探査方法は、設置工程、送信工程及び受信工程を含む。

設置工程では、図5(a)に示されるように、まず、海底面90sに位置決め治具60を設置する。具体的には、移動体10により海底面90sに沿って水底探査装置1を推進方向D1と逆向きの後退方向D2に移動させて、送信コイル44を敷設する位置(例えば矩形環状の敷設位置P)において、マニピュレータ51(図1及び図2参照)により位置決め治具60を設置する。位置決め治具60は、例えば敷設位置Pにおける各コーナー部分C(例えば3つのコーナー部分C)に設置する。例えば、各コーナー部分Cの上方に水底探査装置1が位置した状態で、位置決め治具60を治具支持部24(図1及び図2参照)から分離する。具体的には、マニピュレータ51によって固定ロッド24a(図2及び図4参照)を把持し、固定ロッド24aを前方に移動させる。これにより、位置決め治具60を海底面90sに落下させることで、マニピュレータ51による海底面90sへの位置決め治具60の設置操作を行う。

次に、図5(b)に示されるように、海底面90sに送信機ユニット42を設置する。例えば、4つのコーナー部分のうちの一つのコーナー部分に、マニピュレータ51によって送信機ユニット42を設置してもよい。なお、送信機ユニット42には、ケーブル41cの一端があらかじめ接続されている。

次に、図5(b)及び図6(a)に示されるように、送信機ユニット42を起点として、移動体10により海底面90sに沿って水底探査装置1を移動させながら、操作部50により海底面90sにケーブル41cを敷設して、海底面90sに矩形環状に敷設された送信コイル44を構成する。具体的には、マニピュレータ51によってハンドル41bを把持してドラム41aを回転させ、ケーブル41cを巻き出しながら、海底面90sにケーブル41cを敷設する。このとき、ケーブル41cが矩形環状をなすように、コーナー部分Cの位置決め治具60によってケーブル41cを位置決めしながら海底面90sに敷設する。具体的には、ケーブル41cがコーナー部分Cを敷設位置Pの外方から囲むように、海底面90s上にケーブル41cを配置する。これにより、ケーブル41cの敷設位置Pの内側への移動が位置決め治具60によって規制される。

ケーブル41cの敷設完了後、最後に図6(b)に示されるように、コネクタ42d(図3参照)を用いて、送信機ユニット42にケーブル41cの他端を接続する。接続操作は、例えばマニピュレータ51(図1及び図2参照)によって行う。以上により、設置工程が完了する。

送信工程は、前述の設置工程が完了した後、マニピュレータ51によってスイッチ42c(図3参照)を操作し、制御装置42b(図3参照)を起動させることによって行う。送信工程では、送信機ユニット42によって送信コイル44に断続的に電流を流し、送信コイル44を流れる電流の変化によって電磁誘導を発生させる。

受信工程では、受信機43が取り付けられた曳航体30を移動体10によって曳航し、曳航体30に取り付けられた受信機43を送信コイル44に対して相対移動しながら、受信機43で情報を受信する(図7参照)。以下、送信工程及び受信工程の詳細について説明する。

まず、送信機ユニット42において、マニピュレータ51(図1及び図2参照)によってスイッチ42c(図3参照)を操作して、制御装置42b(図3参照)を起動する。制御装置42bは、送信電源42a(図3参照)から送信コイル44に流す電流を変化させるように送信電源42aを制御する。これにより、送信コイル44のまわりに磁場(一次磁場)が発生すると共に、当該磁場が変化し、海底面90s下に誘導電流が発生する。誘導電流は、海底面90s下に拡散していくと共に、電流が流れる位置の媒質の比抵抗に応じて減衰する。このため、この誘導電流によって発生する磁場(以下、「二次磁場」という。)の変化に関する情報を受信機43によって受信することで、磁場の減衰を磁場の時間変化として検出し、海底90の媒質の比抵抗を知ることができる。

例えば、海底面90s下の媒質が高比抵抗の場合(例えば鉱物資源が存在しない場合)は、二次磁場は急速に減衰していくが、低比抵抗の場合(例えば鉱物資源が存在する場合)はゆっくり減衰する。このようにして、海底90における海底熱水鉱床等の鉱物資源の探査が可能とされる。

本実施形態に係る探査工程では、受信機43による二次磁場の変化に関する情報の受信を、探査測線Lに沿った各測定地点において連続的に行う。具体的には、受信機43が取り付けられた曳航体30を移動体10によって曳航することで探査測線Lに沿って曳航体30を移動させる。そして、曳航体30に取り付けられた受信機43を送信コイル44に対して相対移動しながら、受信機43で各測定地点における二次磁場の変化に関する情報を受信する。このようにして、海底90の探査領域におけるすべての測定地点において二次磁場の変化に関する情報を受信する。

[水底探査システム] 次に、図7を参照し、上述した水底探査装置1を用いて設置される水底探査システム100について説明する。図7に示されるように、水底探査システム100は、水中(例えば海中)に設置された水底探査装置1を備える。移動体10は、水中を移動している。電磁探査装置40は、水底(例えば海底90)の鉱物資源を探査している。曳航体30は、移動体10に曳航され、電磁探査装置40の探査測線Lに沿うように移動している。

電磁探査装置40の送信コイル44は、海底面90sにループ状に敷設されている。図7において、曳航体30に取り付けられた受信機43は、送信コイル44に対して相対移動しながら二次磁場の変化に関する情報を受信している。具体的には、受信機43は、探査測線L沿いの一つの測定地点における二次磁場の変化に関する情報を受信した後、送信コイル44に対して相対移動し、探査測線L沿いの別の一測定地点における当該情報を受信する。

また、複数の位置決め治具60は、送信コイル44を海底面90sに位置決めしている。また、図7に示されるように、例えば曳航体30は、電磁探査装置40の探査領域となる海底面90sから所定の高度Hの位置を探査測線Lに沿って移動する。曳航体30が移動する領域は、ループ状の送信コイル44によって囲まれる領域と、当該領域よりも外側の領域をと含んでいてもよい。すなわち、電磁探査装置40によって探査する探査領域は、ループ状の送信コイル44によって囲まれる領域と、当該領域よりも外側の領域とを含んでいてもよい。

[本実施形態の効果] 本実施形態に係る水底探査システム100は、海中を移動する移動体10と、海底90の鉱物資源を探査する電磁探査装置40と、移動体10に曳航され、電磁探査装置40の探査測線Lに沿うように移動する曳航体30と、を備える。電磁探査装置40は、海底90に一次磁場を発生させるための送信コイル44と、送信コイル44に電流を流す送信機ユニット42と、送信コイル44に流れる電流の変化によって発生する電磁誘導に起因する二次磁場の変化に関する情報を受信する受信機43と、を有する。送信コイル44は海底面90sにループ状に敷設されており、曳航体30に取り付けられた受信機43は、送信コイル44に対して相対移動しながら情報を受信する。

この水底探査システム100によれば、送信コイル44が海底面90sにループ状に敷設されているので、送信ループの面積を拡大することが可能となる。また、この送信コイル44が海底面90s下に電磁誘導を発生させ、当該電磁誘導に起因する二次磁場の変化に関する情報を受信機43が受信することで、海底面90s下の電気的な性質の変化を検知することが可能となり、海底熱水鉱床等の鉱物資源を探査できる。このとき、受信機43は、曳航体30と共に送信コイル44に対して相対移動しながら二次磁場の変化に関する情報を受信する。そのため、送信コイル44は、曳航体30及び受信機43から独立したループ状を構成できるので、例えば曳航体30に対して送信コイル44及び受信機43が固定され相対移動できない構成と比較して、送信ループの面積を拡大しやすい。したがって、当該水底探査システム100によれば、送信ループの面積を拡大して電磁探査することが可能となる。

上記の水底探査システム100は、送信コイル44を海底面90sに位置決めする複数の位置決め治具60を更に備えている。これにより、複数の位置決め治具60によって送信コイル44が海底面90sに位置決めされるので、ループ状の送信コイル44を容易に構成することができる。

探査測線Lは、海底90の探査領域から所定の高度に設定されており、探査領域は、ループ状の送信コイル44によって囲まれる領域と、当該領域よりも外側の領域とを含んでいる。この水底探査システム100においては、受信機43が送信コイル44に対して相対移動しながら二次磁場の変化に関する情報を受信するので、ループ状の送信コイル44によって囲まれる領域の面積よりも広い面積の領域に亘って、海底面90s下の物性を把握可能である。

本実施形態に係る水底探査装置1は、水中(海中)を移動するように構成された移動体10と、水底(海底90)の鉱物資源を探査するように構成された電磁探査装置40と、移動体10に曳航索31を介して連結された曳航体30と、操作部50と、を備える。電磁探査装置40は、海底90に一次磁場を発生させる送信コイル44を構成するためのケーブル41cと、送信コイル44に電流を流すように構成された送信機ユニット42と、送信コイル44に流れる電流の変化によって発生した電磁誘導に起因する二次磁場の変化に関する情報を受信するように構成された受信機43と、を有する。操作部50は、ケーブル41cによってループ状の送信コイル44を構成するように、ケーブル41cを海底面90sに敷設可能に構成され、曳航体30に取り付けられた受信機43は、送信コイル44に対して相対移動しながら二次磁場の変化に関する情報を受信するように構成されている。

この水底探査装置1によれば、操作部50によって海底面90sにケーブル41cを敷設してループ状の送信コイル44を構成できる。したがって、送信ループの面積を拡大することが可能となる。また、この送信コイル44が海底面90s下に電磁誘導を発生させ、当該電磁誘導に起因する二次磁場の変化に関する情報を受信機43が受信することにより、海底面90s下の電気的な性質の変化の検知が可能となり、海底熱水鉱床等の鉱物資源を探査できる。ここで、受信機43は、曳航体30と共に送信コイル44に対して相対移動しながら二次磁場の変化に関する情報を受信するように構成されている。そのため、ケーブル41cは、曳航体30及び受信機43から独立したループ状の送信コイル44を構成できるので、例えば曳航体30に対して送信コイル44及び受信機43が固定され相対移動できない構成と比較して、送信ループの面積をより拡大しやすい。したがって、当該水底探査装置1は、送信ループの面積をより拡大して電磁探査することができ、海底面90s下の物性をより深い位置まで把握することに寄与する。

操作部50はマニピュレータ51を有している。マニピュレータ51を有することによって、海底面90sへのケーブル41cの敷設操作を効率よく行うことができる。

ケーブル41cがループ状をなすようにケーブル41cを海底面90sに位置決めする複数の位置決め治具60を更に備え、マニピュレータ51は、位置決め治具60を海底面90sに設置する作業を行えるように構成されていてもよい。この場合、マニピュレータ51によって、海底面90sへの位置決め治具60の設置作業を効率よく行うことができると共に、設置された複数の位置決め治具60によってケーブル41cを海底面90sにループ状に位置決めできるので、海底面90sへのケーブル41cの敷設操作の効率が一層向上しうる。

本実施形態に係る水底探査方法は、上記の水底探査装置1を用いて海底90の鉱物資源を探査する水底探査方法である。当該水底探査方法は、操作部50によってケーブル41cを海底面90sに敷設して、海底面90sにループ状に敷設された送信コイル44を構成する工程と、送信機ユニット42によって送信コイル44に断続的に電流を流し、送信コイル44を流れる電流の変化によって電磁誘導を発生させる工程と、受信機43が取り付けられた曳航体30を移動体10によって曳航し、曳航体30に取り付けられた受信機43を送信コイル44に対して相対移動しながら、受信機43で磁場の変化に関する情報を受信する工程とを含む。

この水底探査方法によれば、上記の水底探査装置1を用いて水底の鉱物資源を探査するので、送信ループの面積をより拡大して電磁探査することができる。

海底面90sにループ状に敷設された送信コイル44を構成する工程では、ケーブル41cがループ状をなすようにケーブル41cを海底面90sに位置決めする。この場合、ケーブル41cを位置決めすることによって効率よく海底面90sにケーブル41cを敷設することができる。

[変形例] 以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されるものではない。図8は、治具支持部及び位置決め治具の変形例を示す図であり、図2の領域IVを後方からみたときの図である。図8に示されるように、治具支持部24は、水底探査装置1の後側(格納ユニット20の後方)において、送信機ユニット42及び複数(例えば4個)の位置決め治具60のそれぞれを着脱自在に保持する複数(例えば5個)の保持機構24d(保持部)を有していてもよい。複数の保持機構24dは、例えば固定枠24cに取り付けられている。保持機構24dは、各位置決め治具60を把持するように構成されていてもよく、各位置決め治具60を吸着するように構成されていてもよい。

各位置決め治具60は、ワイヤ61の上端にケーブル41cを挿通可能な吊り輪65(挿通部)を有している。ケーブル41cは、一端において送信機ユニット42に接続され、各位置決め治具60の吊り輪65に移動自在に挿通されている。すなわち、位置決め治具60は、ケーブル41cを吊り輪65に挿通させた状態で保持機構24dに保持されている。当該変形例に係る構成によれば、保持機構24dによる位置決め治具60の保持状態の解除によって、ケーブル41cの設置操作を効率よく行うことができる。また、設置された位置決め治具60の吊り輪65にケーブル41cが挿通しているので、海底面90sへのケーブル41cの敷設操作の効率を一層向上させることができる。

水底探査方法の設置工程においては、位置決め治具60が設置されていない状態の海底面90sに沿って、ケーブル41cを巻き出しながら水底探査装置1を移動させ、各コーナー部分Cにおいて、ケーブル41cと共に位置決め治具60を海底面90sに落下させることにより、ケーブル41cを海底面90sに位置決めし、送信コイル44を海底面90sに敷設してもよい。このとき、マニピュレータ51の操作によって位置決め治具60を落下させてもよく、保持機構24dによる位置決め治具60の保持状態の解除によって、位置決め治具60を落下させてもよい。この水底探査方法によれば、位置決め治具60の設置操作及びケーブル41cの敷設操作を併行して行うので、一層効率よく海底面90sにケーブル41cを敷設することができる。

1…水底探査装置、10…移動体、11…浮力体、12…本体部、20…格納ユニット、20a…連結部材、21…本体部、21a,21b…サイドフレーム、21c…接続フレーム、22…連結部、22a…支持部、22b,22c…補助部、23…設備支持部、23a,23b…載置台、23c,23d…載置板、24…治具支持部、24a…固定ロッド、24b…横架材、24c…固定枠、24d…保持機構(保持部)、25…曳航索格納部、30…曳航体、31…曳航索、32…底板、33…カバー、34…曳航部、34a…上板、34b…固定部、40…電磁探査装置、41…ケーブルユニット、41a…ドラム、41b…ハンドル、41c…ケーブル、42…送信機ユニット(送信部)、44…送信コイル、42a…送信電源、42b…制御装置、42c…スイッチ、42d…コネクタ、43…受信機(受信部)、44…送信コイル、50…操作部、51…マニピュレータ、60…位置決め治具、61…ワイヤ、62…フロート、63…錘、63a…収容袋、64…フック、65…吊り輪(挿通部)、90…海底(水底)、90s…海底面(水底面)、100…水底探査システム、C…コーナー部分、D1…推進方向、D2…後退方向、H…高度、L…探査測線、P…敷設位置、S…格納スペース。