JP5621149B2 - 海洋弾性波探査用ブーマー - Google Patents

Description

本発明は、海洋弾性波探査のための振動又は音源発生装置の一つであるブーマー(boomer)に関する。

石油、天然ガス、ガスハイドレートなどの海底に賦存する資源を探し出したり、海底パイプライン及びケーブルの埋設、海底トンネル、海底貯蔵施設、橋梁などの海洋建設工事のための基盤岩の調査などを目的に、海洋弾性波探査が行われている。

資源探査を目的とする場合は、数キロメートル（km）の深さの地質構造を把握することが目的であるため、低周波数である大容量のエアガンと数キロメートル（km）の長さを有する長いストリーマ（streamer）を用いる。

しかし、海底パイプライン及びケーブルの埋設、海底トンネル、海底貯蔵施設、橋梁などの海洋建設工事を目的に（通常「エンジニアリング目的」という）海洋弾性波探査を行う場合には、水深が浅い地域の天賦地質構造を把握するためのものであるため、高周波数の小型エアガン、スパーカ、ブーマーなどの振動発生装置とストリーマ（単一チャンネルまたは小規模の多重チャンネルストリーマ）を用いる。

また、エンジニアリングを目的とする探査は、探査地域の水深が浅くて大型探査船では探査が困難であるため小型船舶及び漁船などで探査を行っており、予算規模によって経済的に行わなければならない場合が殆どである。

海洋弾性波探査の資料取得システムは、航測装置、振動又は音源発生装置（seismic source generator）、音源受信装置（streamer）、記録システムなどからなる。

海洋弾性波探査のための航測装置は、資料取得がなされると同時に船舶または全ての装備の位置測定がなされ、正確な位置把握のためにＤＧＰＳ（Differential GPS）を用いている。

音源発生装置は、弾性波信号を人工的に発生させるものであり、エンジニアリング目的に海洋で用いられる代表的な弾性波音源発生装置は、エアガン（air gun）、スパーカ（sparker）、ブーマー（boomer）である。

これに係わる従来技術としては、日本特開２００７−２３６００５号（２００７．０９．１３）がある。

一般に、音源発生装置の周波数帯域が高いほど解像度は高くなるが、深い深度まで透過されない特徴がある。

音源受信装置は、音源発生装置によって人工的に発生した弾性波信号を受信する装置である。

記録システムは、受信された信号をアナログからデジタルに変換及び貯蔵する装置である。

弾性波探査のために用いられるエアガンは、高圧の空気を水中に急激に放出して音波を発生する装置であり、数十Hzの周波数を有するため、海上探査時にもっとも多く用いられている。

しかし、持続的に高圧の空気を発生及び供給することができるコンプレッサ（compressor）と大容量の発電機など、多くの付属品及び作業空間と高いコストが求められるため、小型船舶を利用するエンジニアリング探査には適していないという特性がある。

上述のスパーカは、水中に装置した二つの電極の間に高圧の電流をかけた後スパークを起こすものであり、スパークの発生時に蒸気気泡が生じて一次パルスを発生する形態である。

前記気泡が冷えて収縮すると二次的な気泡パルスが生成され、２０-２００Hzの周波数を有するため、海底面や深度が浅い地層を調査するのに主に用いられている。

ブーマーは、電圧を瞬間的に放電させることでエネルギーを発生させるものであり、エンジニアリング探査に非常に適する。

ブーマーは、コイルに電気エネルギーを放出し、コイルに対して渦電流がトランスデューサ（「プレート」ということもある）で発生すると、トランスデューサの変形によって音響パルスを発生させる形態である。

ブーマーは４００-１３００Hzの周波数を有するため、スパーカと同様に、海底面や深度が浅い地層を調査するのに主に用いられるが、スパーカに比べ高周波数成分をより多く含むため、より精密な弾性波断面を得ることができるという特性がある。

図１はブーマーを用いて海洋弾性波探査を行うことを説明するための概略図である。

ブーマーは、信号を発生するトランスデューサが一つであるものと四つであるものが用いられており、トランスデューサが一つであるものを通常「バブルパルサー（bubble pulser）」といい、トランスデューサが四つであるものを通常「クワッドパルサー（quad pulser）」という。

バブルパルサーは、トランスデューサが一つであるため、移動及び運用が相対的に容易であるが、水深が深い所では水深に比べ音源のエネルギーが小さいため弾性波反射のデータの質が低いという欠点がある。

クワッドパルサーはトランスデューサが四つであるため比較的水深が深い所でも弾性波反射が明確に示されるが、重量が重いため（約２００kg程度−トランスデューサ一つ当たり約２０kg程度）人力では移動及び運用が困難であるという欠点がある。

上記のような移動及び運用の困難さを解消し、探査目的、水深、作業空間及び作業条件、コストなどを考慮して、状況に応じて適正数のトランスデューサを有するようにすることが必要であるが、従来のブーマーはこれを満たすことができないという問題点があった。

従来のブーマーに備えられた四つのトランスデューサのうち一部を強制に除去する場合、ブーマーの重心が一方に片寄る現象などが発生するため、従来のブーマーから一部のトランスデューサを分離して用いることも困難である状況であった。

本発明は、上記のような問題点を解消するためのものであって、より詳細には、探査目的、水深、作業空間及び作業条件などの状況に適切に対応することができるため、優れた探査結果を得ることができ、移動及び運用の困難さも解消することができるなど、海洋弾性波探査の効率性を高めることができるブーマーを提供することをその目的とする。

本発明によると、水面に浮かべられるボードに複数個のトランスデューサを分離、結合できるように具現し、トランスデューサの一部を分離または結合してもブーマーの重心に大きい変化が生じないように、トランスデューサ結合部の位置がボードの左、右の重心を横切る直線の下部に複数個かつ奇数個位置されるようにすることで、探査目的、水深、作業空間及び作業条件などの状況に応じて適正数のトランスデューサを装着して、海洋弾性波探査の作業に用いることができる。

即ち、状況に応じて、備えられるトランスデューサの数を調節する構造変更作業が可能である。

また、波の高さや浮遊物などの海水面の状態と水深を考慮した作業が可能であるように、ボードからトランスデューサまでの距離を調節することができる。

上記のような構成を有することにより、探査目的、水深、作業空間及び作業条件などの状況を考慮した作業が可能であるため、優れた探査結果が得られ、移動及び運用の困難さも解消するなど、海洋弾性波探査の効率性を高めることができる。

本発明の海洋弾性波探査用ブーマーは、水面に浮かべられるボードに複数個のトランスデューサを分離、結合できるように具現し、トランスデューサ結合部の位置がボードの左、右の重心を横切る直線に沿って位置されている。

これにより、探査目的、水深、作業空間及び作業条件などの状況に応じて、備えられるトランスデューサの数を調節する構造変更作業が可能であるため、優れた探査結果を得ることができ、移動及び運用の困難さも解消することができて、結果的に海洋弾性波探査の効率性を高めることができる特徴がある。

また、ボードの下部に据え置き台が装着され、前記据え置き台にトランスデューサ結合部が位置されており、据え置き台はボードの下部地点からトランスデューサ結合部までの距離を調節することができるため、波の高さや浮遊物などの海水面の状態と水深をより精密に考慮した作業が可能である特徴がある。

ブーマーを用いて海洋弾性波探査を行うことを説明するための概略図である。 本発明の海洋弾性波探査用ブーマーを説明するための概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。 本発明の構成要素である据え置き台の概略斜視図である。 追加装着フレームが結合された本発明の弾性波探査用ブーマーを説明するための概略図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は底面図である。 本発明の構成要素である据え置き台に三つのトランスデューサ結合部が形成されている構造で、トランスデューサを選択的に分離、結合した状態を説明するための概略図であり、（Ａ）は一つのトランスデューサを設けた状態、（Ｂ）は二つのトランスデューサを設けた状態、（Ｃ）は三つのトランスデューサを設けた状態を示す。 図５の構造で、追加装着フレームを用いてトランスデューサをさらに備えることを説明するための概略図であり、（Ａ）は据え置き台に一つのトランスデューサを設け、追加装着フレームを用いて据え置き台の前方及び後方にトランスデューサを追加して設けた状態、（Ｂ）は据え置き台に三つのトランスデューサを設け、追加装着フレームを用いて据え置き台の前方及び後方にトランスデューサを追加して設けた状態を示す

発明を行うための形態

以下、本発明の技術的思想を添付図面を参照してより具体的に説明する。

しかし、添付図面は本発明の技術的思想をより具体的に説明するために図示した一例に過ぎないため、本発明の技術的思想が添付図面の形態に限定されるものではない。

本発明は海洋弾性波探査に用いられるブーマーに関する。

従って、本発明のブーマーは音源又は振動（seismic source）を発生させるトランスデューサ１０ａ、１０ｂを有する。

また、水面に浮かべられるボード２０を有する。

ブーマーの一般的な構造については、本明細書の背景技術部分で既に説明しており、既に広く公知されたものであるため、トランスデューサ１０ａ、１０ｂやボード２０の一般的構造についての具体的な説明は省略する。

ところで、本発明は、探査目的、水深、作業空間及び作業条件などの状況を考慮した探査作業が可能であるため、優れた探査結果を得ることができ、移動及び運用の困難さも解消することができるなど、海洋弾性波探査の効率性を高めることができるブーマーを提供することを目的とする。

そのためには、ブーマーに備えられるトランスデューサ１０ａ、１０ｂを分離、結合可能であるように具現し、状況に応じて適正数のトランスデューサ１０ａ、１０ｂを装着して用いることを可能にする必要があるということが分かった。

このような理由から、本発明のブーマーは、水面に浮かべられるボード２０の下部にトランスデューサ１０ａが分離、結合できるようになっているトランスデューサ結合部３１が複数個位置されている。

また、トランスデューサ結合部３１にトランスデューサ１０ａ、１０ｂを結合するためのトランスデューサ結合手段４０が備えられている。

上記のようなトランスデューサ結合手段４０は、通常のボルト締めや二つの物体を分離、結合するために用いられる通常の装着手段（クランプを用いる形態、磁石の磁力を用いる形態など）により具現可能である。

添付図面はボルト締め、即ち、ボルトを用いてトランスデューサ１０ａ、１０ｂを結合する形態であるため、後述する据え置き台３０にボルト締結孔４１が形成されている。

ところで、トランスデューサ１０ａ、１０ｂを分離、結合することによりブーマーが片寄る現象が発生する場合、海洋弾性波探査を行っても優れた探査結果を得ることが困難である。

そのため、本発明におけるトランスデューサ結合部３１は、ボード２０の左、右の重心を形成する直線（Ｌ）に沿って位置されている。（添付図面では、前記直線の下部で直線に沿って位置される構造である）

ブーマーに備えられる従来のボード２０の場合、ボード２０の前方中央地点から後方中央地点を横切る直線がボード２０の左、右の重心を形成する直線になる。（左、右対称の物体であればこのような形態である。）

上述した説明でのトランスデューサ結合部３１は、奇数個（三つ、五つ、七つなど）備えられることが好ましい。

これは、トランスデューサ結合部３１が二つ、四つ、六つなどのように偶数個形成されている条件で奇数個のトランスデューサ１０ａ、１０ｂを結合しようとする場合、ブーマーの前、後の重心がブーマーの前端から後端までの距離を２等分する地点に位置されないため、水面に浮かべられたブーマーが前方や後方に片寄る現象が発生する可能性があるためである。

本発明において、波の高さや浮遊物などの海水面の状態と水深を考慮した作業を可能にすることが、探査結果の正確性などを考慮して好ましい。

そのために、ボード２０の下部に据え置き台３０が装着され、前記据え置き台３０にトランスデューサ結合部３１が位置されており、前記据え置き台３０はボード２０の下部地点からトランスデューサ結合部３１までの距離を調節できるように具現する。

即ち、トランスデューサ１０ａ、１０ｂに波や浮遊物の影響が及ぼすことを最小化し、トランスデューサ１０ａの結合数を調節することで水深に適切に対応することには限界があるため、トランスデューサ１０ａの結合数を調節するとともに、トランスデューサ１０ａが海底面に向かって下降する深さを調節することにより、水深により適切に（正確に）対応することができる。

本発明において、本来形成されているトランスデューサ結合部３１の数より多数のトランスデューサ１０ｂを結合しなければならない場合がある。

これは、ブーマーのサイズを大きくするには限界があり、移動及び保管の容易性を考慮すると、据え置き台などに備えられたトランスデューサ結合部３１の数は通常七つを超過しないほうがよいためである。

上記のような問題点を解消するために、ボード２０の前方に向かっている前記据え置き台３０の前方や反対方向である後方に分離、結合できるようになっており、下部にトランスデューサ１０ｂを装着することができるトランスデューサ結合部５１が位置されている追加装着フレーム５０をさらに備える形態に具現することができる。

勿論、追加装着フレーム５０を据え置き台３０の前方と後方の両方に装着できるように、トランスデューサ結合部３１が据え置き台３０の前方と後方の両方に位置されることが好ましい。

これは、ブーマーが前方や後方に片寄ることを防止することができるためである。

即ち、同一の重量を有する追加装着フレーム５０を据え置き台３０の前方及び後方に位置させると、水面に浮かべられた状態でブーマーが前方や後方に片寄ることを防止することができるのである。

追加装着フレーム５０が装着されても、ブーマーが左、右に片寄らないようにする必要がある。

そのために、据え置き台３０の前方や後方には追加装着フレーム５０が結合されるフレーム結合部３２が位置されており、フレーム結合部３２の位置は、ボード２０の左、右の重心を形成する直線（Ｌ）（または前記直線（Ｌ）の延長線）に沿って追加装着フレーム５０のトランスデューサ結合部３１が位置される状態で、ボード２０と追加装着フレーム５０との結合がなされる地点にならなければならない。

上記のようなフレーム結合部３２に追加装着フレーム５０を装着するための結合手段は、物体と物体を結合するための公知の多様な形態を適用して具現することができる。

しかし、追加装着フレーム５０を容易に装着できるように、ボルトを用いた結合方式を用いることが好ましい。

そのために、フレーム結合部３２にボルト締結孔や固定されたボルト６１が位置されるようにすることができ、追加装着フレーム５０の重量を考慮して、ボルト締結孔が形成されていることよりは、添付図面のようにボルト６１が熔接などによって固定されている形態がより好ましい。

１ 船舶
２ ブーマー
３ 音源受信装置
１０ａ、１０ｂ トランスデューサ
２０ ボード
３０ 据え置き台
３１ トランスデューサ結合部
３２ フレーム結合部
４０ トランスデューサ結合手段
４１ ボルト締結孔
５０ 追加装着フレーム
５１ トランスデューサ結合部
６１ ボルト

Claims (3)

1. 海洋弾性波探査に用いられ、音源（seismic source）を発生させるトランスデューサを有するブーマーであって、
   水面に浮かべられるボード（２０）の下部にトランスデューサ（１０ａ）を分離、結合できるようになっているトランスデューサ結合部（３１）が複数個かつ奇数個位置され、前記トランスデューサ結合部（３１）はボード（２０）の左、右の重心を形成する直線（Ｌ）に沿って位置されており、トランスデューサ結合部（３１）にトランスデューサ（１０ａ）を装着するためのトランスデューサ結合手段（４０）が備えられており、
   前記ボード（２０）の下部に据え置き台（３０）が装着され、前記据え置き台（３０）にトランスデューサ結合部（３１）が位置されており、前記据え置き台（３０）はボード（２０）の下部地点からトランスデューサ結合部（３１）までの距離を調節することができることを特徴とする、海洋弾性波探査用ブーマー。
2. 前記ボード（２０）の前方に向かっている前記据え置き台（３０）の前方や反対方向である後方に分離、結合できるようになっており、下部にトランスデューサ（１０ｂ）を装着することができるトランスデューサ結合部（５１）が位置されている追加装着フレーム（５０）がさらに備えられており、
   前記据え置き台（３０）の前方や後方には追加装着フレーム（５０）が結合されるフレーム結合部（３２）が位置され、前記フレーム結合部（３２）の位置は、ボード（２０）の左、右の重心を形成する直線（Ｌ）に沿って追加装着フレーム（５０）のトランスデューサ結合部（５１）が位置される状態で、ボード（２０）と追加装着フレーム（５０）との結合がなされる地点であることを特徴とする、請求項１に記載の海洋弾性波探査用ブーマー。
3. 前記フレーム結合部（３２）は、据え置き台（３０）と追加装着フレーム（５０）とをボルト締めで結合できるように、ボルト締結孔又は固定されたボルトを有することを特徴とする、請求項２に記載の海洋弾性波探査用ブーマー。