JP6966824B1 - 深度保持部材、深度保持ユニット、及び海底地質探査システム - Google Patents

Abstract

【課題】ストリーマケーブルにおけるアクティブケーブルの深度を調整し保持する深度保持部材、深度保持ユニット、及び海底地質探査システムを提供すること。
【解決手段】船舶によって曳航されるストリーマケーブルにおける複数の受振器を備えたアクティブケーブルの海中での深度を保持する深度保持部材。深度保持部材は、同形状である２つの浮体と、２つの浮体が間隔をあけて固定される固定部材と、固定部材における２つの浮体間の中間の位置に連結され、一端部がアクティブケーブルに連結される深度調整部と、を有している。深度調整部は、固定部材との連結箇所から一端部までの長さが、アクティブケーブルの目標深度に基づいて設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、船舶によって曳航されるストリーマケーブルの深度を保持する深度保持部材、深度保持ユニット、及び海底地質探査システムに関する。

船舶により曳航されるストリーマケーブルに備わる複数の受振器によって、震源から発せられる音波の海底面及び地層境界面等からの反射波を受振する海底地質探査システムが知られている。こうした海底地質探査システムは、受振した反射波を解析して地質構造や活断層分布などを探査するようになっている（例えば、特許文献１）。

特許文献１の海底地質探査システムは、船舶にて曳航される発振ケーブルに複数の震源が設けられており、ストリーマケーブルの受振器が受振した合成波を複数の反射波に分離して解析するようになっている。ここで、ストリーマケーブルにおいて、複数の受振器が所定の間隔を隔てて設けられている部分をアクティブケーブルという。海底地質探査システムにおいて、精度のよい解析結果を得るためには、曳航時のアクティブケーブルの深さが予め設定された目標深度となるように調整し、保持する必要がある。

特開２０１８−１８５２０６号公報

しかしながら、特許文献１のような従来のシステムにおいて、曳航時のアクティブケーブルの深度は、その自重に依拠するため調整が困難である。また、従来のシステムでは、ストリーマケーブルが海面の波浪などの影響をダイレクトに受けるため、アクティブケーブルの深度を保持することも容易ではない。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、曳航時のストリーマケーブルにおけるアクティブケーブルの深度を調整し保持する深度保持部材、深度保持ユニット、及び海底地質探査システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る深度保持部材は、船舶によって曳航されるストリーマケーブルにおける複数の受振器を備えたアクティブケーブルの海中での深度を保持する深度保持部材であって、同形状である２つの浮体と、２つの浮体が間隔をあけて固定される固定部材と、固定部材における２つの浮体間の中間の位置に連結され、一端部がアクティブケーブルに連結される深度調整部と、を有し、深度調整部は、固定部材との連結箇所から一端部までの長さが、アクティブケーブル６２の目標深度に基づいて設定されている。

本発明の一態様に係る深度保持ユニットは、固定部材に他端部が連結され、該他端部から一端部まで延伸する棒状の調整部材を含む、上記の深度保持部材と、アクティブケーブルに設けられ、アクティブケーブルに対し調整部材を回動自在とする回動部材と、を有し、調整部材は、一端部が回動部材に固定されるものである。
本発明の一態様に係る深度保持ユニットは、棒状の部材が長方形状に接続された枠部を有する、上記の深度調整部と、アクティブケーブルに設けられ、アクティブケーブルに対し枠部を回動自在とする回動部材と、を有し、枠部は、一端部が回動部材に固定されるものである。

本発明の一態様に係る海底地質探査システムは、船舶の左右の舷のうちの少なくとも一方に設けられる震源ユニットと、上記の２つの深度保持部材と、を有し、震源ユニットは、舷の前後方向における中央の箇所に取り付けられる棒状の支持部材と、支持部材の一端部に取り付けられる震源装置と、を有し、２つの深度保持部材は、アクティブケーブルの両端部に設けられるものである。

本発明によれば、固定部材における２つの浮体間の中間の位置に連結される深度調整部の、固定部材との連結箇所から一端部までの長さが、アクティブケーブルの目標深度に基づいて設定されている。そのため、ストリーマケーブルにおけるアクティブケーブルの深度を調整し保持することができる。

本発明の実施の形態１に係る海底地質探査システムの全体的な構成例を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る海底地質探査システムの概要を例示した概略構成図である。 図１の深度保持部材を例示した斜視図である。 図１及び図２の震源ユニットとその周辺構成を例示した斜視図である。 図１の探査制御装置の機能的構成を例示したブロック図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る深度保持ユニットを例示した斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る深度保持部材を例示した斜視図である。

実施の形態１．
図１及び図２を参照して、本実施の形態１における海底地質探査システム１００の全体的な構成例について説明する。海底地質探査システム１００は、震源から発生され、海底下の物性境界で反射した弾性波をストリーマケーブルで検知し、検知した振動を電気信号に変換して海底下の地層や地質構造などを探査する、いわゆる三次元物理探査を実現するものである。

図１に示すように、海底地質探査システム１００は、船舶５００の左右の舷のうちの少なくとも一方に設けられる震源ユニット５０と、船舶５００によって曳航されるストリーマケーブル６０と、を有している。本実施の形態１において、海底地質探査システム１００は、２つの震源ユニット５０を有しており、これらはそれぞれ船舶５００の左右の舷に１つずつ設けられている。

震源ユニット５０は、船舶５００における舷の前後方向における中央の箇所に取り付けられる棒状の支持部材５１と、支持部材５１の一端部に取り付けられる震源装置５２と、を有している。支持部材５１は、船舶５００の上下方向と平行になるよう取り付けられる。三次元物理探査のためのデータ収集を行う際（以下、探査時ともいう。）、震源装置５２は海中に配置される。以降では、船舶５００における舷のことを単に「舷」ともいう。震源ユニット５０の詳細については後述する。なお、図１及び図２の例では、震源ユニット５０の支持部材５１と後ろ側の深度保持部材１０とのそれぞれに、ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System／全球測位衛星システム)に係るＧＮＳＳアンテナ６６が取り付けられている。

ストリーマケーブル６０は、一端部が船舶５００の船尾側に連結されるリードインケーブル６１と、リードインケーブル６１の他端部に接続され、複数の受振器６２ａを備えたアクティブケーブル６２と、を有している。受振器６２ａは、例えば、音圧変化を電圧変化などに変換するハイドロフォンにより構成される。アクティブケーブル６２において、複数の受振器６２ａは、水平分解能等をもとに設定された間隔をあけて配置されている。

ここで、図２に示すように、船舶５００により曳航されている状態のアクティブケーブル６２において、リードインケーブル６１側の端部から他方の端部に向かう方向、つまりアクティブケーブル６２の中心軸が延びる方向のことを軸方向という。アクティブケーブル６２では、複数の受振器６２ａが、軸方向に沿って連なっている。以降では、アクティブケーブル６２の、リードインケーブル６１側の端部を前端部ともいい、他方の端部を後端部ともいう。以下、アクティブケーブル６２の軸方向を単に「軸方向」ともいう。

海底地質探査システム１００は、ストリーマケーブル６０におけるアクティブケーブル６２の海中での深度を調整し保持する深度保持部材１０を有している。本実施の形態１の海底地質探査システム１００は、１本のストリーマケーブル６０に対し、２つの深度保持部材１０が設けられる。図１のように、船舶５００によって２本のストリーマケーブル６０が曳航される場合、海底地質探査システム１００は、計４つの深度保持部材１０を有する。１本のストリーマケーブル６０に対応する２つの深度保持部材１０は、該アクティブケーブル６２の両端部に設けられる。ここで、アクティブケーブル６２の前端部は、最も前側に搭載された受振器６２ａの前端からリードインケーブル６１との接続箇所までの所定の部分である。アクティブケーブル６２の後端部は、最も後ろ側に搭載された受振器６２ａの後端から終端６２ｚまでの所定の部分である。アクティブケーブル６２は、前端部及び後端部のそれぞれに深度保持部材１０が取り付けられた状態で海中に投入されると、その全域が目標深度まで沈む。

海底地質探査システム１００は、船舶５００の船尾と前側の深度保持部材１０とをつなぐロープ６４ａを有している。ロープ６４ａは、例えば、固定部材２２における２つの浮体２１間の中間の位置に取り付けられる。ロープ６４ａは、固定部材２２の前方の外部材２２ａ又は内部材２２ｂにつなげるとよい。もっとも、ロープ６４ａは、固定部材２２の後方の外部材２２ａにつなげてもよい。また、海底地質探査システム１００は、アクティブケーブル６２と後ろ側の深度保持部材１０とをつなぐロープ６４ｂを有している。ロープ６４ｂは、アクティブケーブル６２における前側の深度保持部材１０と後ろ側の深度保持部材１０との間の位置と、固定部材２２における２つの浮体２１間の中間の位置に取り付けられる。ロープ６４ａは、固定部材２２の前方の外部材２２ａ又は内部材２２ｂにつなげるとよい。もっとも、ロープ６４ｂは、固定部材２２の後方の外部材２２ａにつなげてもよい。ここで、前側の深度保持部材１０は「第１深度保持部材」に相当し、後ろ側の深度保持部材１０は「第２深度保持部材」に相当する。また、ロープ６４ａは「第１ロープ」に相当し、ロープ６４ｂは「第２ロープ」に相当する。

図３に例示するように、深度保持部材１０は、同形状である２つの浮体２１と、２つの浮体２１が間隔をあけて固定される固定部材２２と、を備えた浮体部２０を有している。また、深度保持部材１０は、固定部材２２における２つの浮体２１間の中間の位置に連結され、一端部がアクティブケーブル６２に連結される深度調整部３０を有している。そして、深度調整部３０は、固定部材２２との連結箇所から一端部までの長さが、アクティブケーブル６２の目標深度に基づいて設定されている。目標深度は、震源装置５２の震源５２ｓとの位置関係及び探査領域の水深などに基づいて設定される。本実施の形態１では、目標深度を１ｍ〜２ｍ程度に設定した上で、深度保持部材１０の全体的な構成が決定される。

ここで、図３のようにｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｚ軸方向を定義し、ｘ軸正側に位置する船舶５００によってストリーマケーブル６０が曳航されるものとする。深度保持部材１０について、ｘ軸方向を前後方向とし、ｙ軸方向を左右方向とし、ｚ軸方向を上下方向とし、特にｘ軸正側を前側とする。ｘ軸方向は、アクティブケーブル６２の軸方向に対応する。すなわち、深度保持部材１０の前後方向は、アクティブケーブル６２に取り付けられた状態において軸方向と平行になる。

各浮体２１は、一方向に延伸する形状を採っており、向きを揃えた状態で固定部材２２に固定されている。すなわち、２つの浮体２１は、延伸方向が前後方向と平行となるように固定部材２２に固定されるため、深度保持部材１０をアクティブケーブル６２に取り付けると、延伸方向が軸方向に平行となる。各浮体２１は、広義には、平面視楕円状もしくは平面視長円状に形成される。各浮体２１は、進行方向側（前側）における少なくとも前方の部分を、船首状又は球体状に形成するとよい。２つの浮体２１は、側面が真っ直ぐに対向するよう配置されている。すなわち、２つの浮体２１は、前後方向における位置、つまり前端部と後端部の位置が等しくなるよう固定部材２２に固定されている。

各浮体２１は、例えば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）により形成される。各浮体２１は、ＡＢＳ樹脂などの他の樹脂により形成されてもよい。各浮体２１は、中空構造であってもよく、全体が密な構造であってもよく、中空構造と密な構造とを組み合わせたものであってもよい。

図３に例示する浮体２１は、概ね左右対称となるように形成されており、かつ概ね前後対称となるように形成されている。浮体２１は、上部から下部に向けて先細りとなるように形成されている。より具体的に、浮体２１は、延伸方向を含む平面、つまりｘ−ｙ平面における断面の面積が、上部から下部に向けて徐々に小さくなるように形成されている。すなわち、浮体２１は、左右方向の幅が、上部から下部に向けて徐々に短くなるように形成されている。

また、浮体２１は、延伸方向に垂直な平面、つまりｙ−ｚ平面における断面の面積（中空構造の場合は中空部分も含む）が、延伸方向における中央部からｘ軸正側及びｘ軸負側に向けて徐々に小さくなるように形成されている。すなわち、浮体２１は、前方及び後方が流線形となるように形成されている。そのため、船舶５００に対する追従性、直進性、及び波浪による影響を低減することができる。また、造波や泡の発生を抑制することができるため、受振器６２ａが受振する合成波のノイズ成分を低減することができる。このように、浮体部２０は、つながった２つの浮体２１を含んで構成される双胴形状となっている。したがって、曳航時の安定性が高く、造波抵抗を減らすことができるため、アクティブケーブル６２の深度を精度よく保持することができる。

固定部材２２は、複数の組立部材と、ボルトなどの連結具と、により構成される。複数の組立部材は、１又は複数の棒状の部材、もしくは１又は複数の板状の部材、又はこれらの組み合わせにより構成される。図３では、棒状の部材を主として構成された固定部材２２を例示している。固定部材２２を構成する棒状の部材は、アルミパイプや塩ビ管などのように、比較的軽量な材料で形成されたものが好ましい。板状の部材の材料も同様である。少なくとも固定部材２２は、棒状又は板状に形成され、２つの浮体２１をつなぐ一対の外部材２２ａを有している。一対の外部材２２ａは、所定距離を隔てて平行に配置されている。所定距離は、探査時の船舶５００の速度、浮体２１の形状・構造、アクティブケーブル６２を他端部３１ｎで支持する際の安定性などを考慮して予め設定される。図３の固定部材２２は、一対の外部材２２ａの間に、これらに平行に配置される内部材２２ｂを有している。固定部材２２における各組立部材の形状、数、及び配置の他、２つの浮体２１を固定する手法などは、図３の例に限らず、種々のバリエーションを選択することができる。

本実施の形態１における深度調整部３０は、棒状に形成された２つの調整部材３１を有している。調整部材３１の長さは、アクティブケーブル６２の目標深度に基づいて設定されている。各調整部材３１は、それぞれ、棒状部３１ａと、一端部３１ｍと、他端部３１ｎと、を有している。各調整部材３１は、固定部材２２との連結箇所である他端部３１ｎから一端部３１ｍまでの長さが、アクティブケーブル６２の目標深度に基づいて設定されている。つまり、深度調整部３０の一端部は、一方の調整部材３１の一端部３１ｍと、他方の調整部材３１の一端部３１ｍと、により構成される。図３では、比較的太く且つ重量のある１本のワイヤーからなり、両端部のそれぞれをリング状に曲げて固定することで一端部３１ｍ及び他端部３１ｎを形成した調整部材３１を例示している。調整部材３１は、例えば炭素鋼により形成される。

各調整部材３１は、固定部材２２に他端部３２ｂが連結され、該他端部３２ｂから一端部３２ａまで延伸する棒状の部材である。２つの調整部材３１は、アクティブケーブル６２の軸方向に沿うように、つまり軸方向と平行に並ぶように、所定距離を隔てて固定部材２２に連結される。より具体的に、前側の調整部材３１は、他端部３１ｎが連結具４１により前側の外部材２２ａに連結され、後ろ側の調整部材３１は、他端部３１ｎが連結具４１により後ろ側の外部材２２ａに連結される。

各調整部材３１は、互いに平行となるように、それぞれの一端部３１ｍが連結具４２によりアクティブケーブル６２に取り付けられる。図３では、連結具４１及び連結具４２の構造を簡易的に例示しているが、連結具４１及び連結具４２としては、例えばシャックルなど、周知な種々の連結具を採用することができる。

図３では、１本のワイヤーからなる調整部材３１を例示したが、調整部材３１の形状等は、図３の例に限定されない。例えば、調整部材３１は、ワイヤーの下方に配置される端部だけがリング状に曲げられ固定された一端部３１ｍを有するものであってよい。つまり、調整部材３１は、他方の端部に何ら加工が施されていないものであってもよい。このようにすれば、一端部３１ｍが他端部３１ｎに比べて重くなり、重心の位置が下方に下がるため、アクティブケーブル６２の深度をより安定的に保持することができる。調整部材３１は、棒状部３１ａのような１本の棒状の部材により構成してもよい。

図３では、深度調整部３０が２つの調整部材３１を有する例を示したが、これに限定されない。深度調整部３０は、１つの調整部材３１により構成されてもよい。ただし、アクティブケーブル６２を安定的に支持する観点からは、深度調整部３０が２つの調整部材３１を有する方が好ましい。もっとも、深度調整部３０は３つ以上の調整部材を有していてもよい。

深度保持部材１０は、調整部材３１における一端部３１ｍ、あるいは棒状部３１ａの一端部３１ｍ側の端部に設けられるウエイト（図示せず）を有していてもよい。この場合、深度調整部３０の一端部は、調整部材３１における一端部３１ｍ、あるいは棒状部３１ａの一端部３１ｍ側の端部に相当する。ウエイトとしては、鉛シートや棒状の鉛塊など、鉛を含んだものを好適に使用することができる。例えば、鉛シートは、一端部３１ｍや棒状部３１ａに巻き付けて使用し、棒状の鉛塊は、１個又は複数個を結束バンド等で一端部３１ｍや棒状部３１ａに固定するとよい。二分割構造のウエイトを採用してもよい。

ところで、図３に示すように、船舶５００による曳航開始と同時に、アクティブケーブル６２に固定された深度調整部３０の一端部には、ストリーマケーブル６０の曳航に起因した張力Ｔが作用する。一方、深度保持部材１０には、海水の抵抗に起因した抗力Ｄが、張力Ｔとは反対向きに作用する。したがって、深度保持部材１０には、後方に傾けようとする力、すなわちアクティブケーブル６２への取付箇所を中心に後方へ回転させようとする転覆モーメントが働くことも想定される。したがって、前側の調整部材３１における一端部３１ｍ、あるいは棒状部３１ａの一端部３１ｍ側の端部にウエイトを設け、転覆モーメントを打ち消す向きの力を加えてもよい。

次に、図４を参照して、図１及び図２の震源ユニット５０とその周辺構成について具体的に説明する。支持部材５１の一端部には、固定部材５３を介して震源装置５２が取り付けられている。震源装置５２は、海洋環境にやさしい非爆破型の震源５２ｓを含み、連続波を発生させる機能を有する。震源５２ｓは、圧電素子（ピエゾ素子）、超磁歪素子、水中スピーカ、電磁バイブレータ、又は油圧式バイブレータなどを含んで構成される。特に圧電素子型の震源装置５２は、エアガンなどの爆破型震源に比べ、小型かつ軽量に構成できる。震源５２ｓは、周波数、位相、及び振幅のうちの少なくとも１つが連続的に或いはランダムに変化する波（非パルス波）を出力するものであってよい。各震源ユニット５０のそれぞれの震源５２ｓは、互いに異なる波形の音波を出力するように構成される。各震源５２ｓは、同時に音波を発振する設定にしてもよく、所定の時間差で音波を発振する設定にしてもよい。

海底地質探査システム１００は、舷の前後方向における中央の箇所に設けられ、該箇所に支持部材５１を連結する連結部材５５を有している。つまり、支持部材５１は、連結部材５５によって舷に取り付けられる。支持部材５１は、上下方向に延伸するように配置される。連結部材５５の構造及び形状は、図４の例に限らず、種々の構造及び形状を採ることができる。連結部材５５は、例えばクランプのような構成としてもよい。また、海底地質探査システム１００は、複数の連結部材５５を有する構成としてもよい。この場合、例えば舷に、上下方向に沿って複数の連結部材５５を設けてもよい。このようにすれば、震源ユニット５０を舷に対し、より強固に固定することができる。

ここで、探査時の船舶５００は比較的低速であるが、探査ポイントへ向かうときなどの移動時には、船舶５００を比較的高速で進める。よって、震源装置５２に負担をかけないためにも、移動時には震源装置５２を海上に上げる必要がある。この点、海底地質探査システム１００は、震源ユニット５０を支持部材５１と震源装置５２とにより構成すると共に、連結部材５５によって支持部材５１を舷に固定するようにしたため、震源ユニット５０の舷への取り付け及び舷からの取り外しが容易となり、作業効率を高めることができる。

連結部材５５は、支持部材５１の連結箇所を中心として、該支持部材５１を回動可能に連結する構成を採ってもよい。すなわち、連結部材５５は、震源ユニット５０を連結箇所を中心として回動させる回動機構を有していてもよい。より具体的に、連結部材５５は、図４の船尾側の白抜き矢印の向き、もしくは図４の船首側の白抜き矢印の向き、又はこれら双方の向きに、震源ユニット５０を回動可能に連結する構成を採ってもよい。この場合、連結部材５５は、回動機構による震源ユニット５０の回動を停止させるロック機構を有するようにしてもよく、他の部材により回動機構による震源ユニット５０の回動を停止し、震源ユニット５０を船舶５００の舷に固定させてもよい。

例えば、海底地質探査システム１００が２つの連結部材５５を有する場合、一方の連結部材５５を、自在型クランプと同様の回動機構を有するように構成し、他方の連結部材５５を、図４のような固定する機能だけをもつものにしてもよい。このように、連結部材５５に回動機構を採用すれば、曳航時には支持部材５１を海面に垂直な状態とすることで、震源装置５２を海中に沈めることができ、移動時には支持部材５１を回動させて海面に平行な状態等にすることで、震源装置５２を海中から容易に上げることができる。すなわち、かかる構成を採ることにより、作業性の更なる向上を図ると共に、三次元物理探査の効率を高めることができる。

海底地質探査システム１００は、複数の受振器６２ａが受振する反射波に解析処理を施す探査制御装置７０を有している。図５を参照して、図１の探査制御装置７０の機能的な構成例について説明する。図５に示すように、探査制御装置７０は、通信部７１と、制御部７２と、記憶部７３と、入力部７４と、表示部７５と、を有している。通信部７１は、複数の受振器６２ａなどの外部機器との間で制御部７２が有線又は無線により通信を行うためのインタフェースである。記憶部７３には、制御部７２の動作プログラムの他、種々の情報が記憶される。記憶部７３は、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又はＨＤＤ（Hard Disk Drive）などにより構成される。入力部７４は、例えば、キーボードと、マウス又はトラックボールなどのポインティングデバイスと、を含んで構成される。入力部７４は、ユーザによる入力操作を受け付け、受け付けた操作の内容に応じた操作信号を制御部７２へ出力する。表示部７５は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）からなり、制御部７２からの指示により種々の情報を表示する。

制御部７２は、三次元物理探査に関連する処理を実行するものである。制御部７２は、入力処理手段７２ａと、出力処理手段７２ｂと、発振処理手段７２ｃと、解析処理手段７２ｄと、を有している。入力処理手段７２ａは、入力部７４から取得する操作信号に応じた処理を実行する。例えば、入力処理手段７２ａは、ユーザによる入力操作に応じて、操作の内容を示す制御信号を出力処理手段７２ｂ、発振処理手段７２ｃ、及び解析処理手段７２ｄのうちの少なくとも１つに出力する。出力処理手段７２ｂは、入力処理手段７２ａからの制御信号に応じて表示部７５に種々の情報を表示させる。例えば、出力処理手段７２ｂは、表示部７５の表示画面への情報の追加や、表示画面上の情報の変更を行ったり、表示画面を遷移させたりする。ユーザは、表示部７５の表示画面を視認しながら、入力部７４を介してデータ入力や設定処理などを行うことができる。出力処理手段７２ｂは、解析処理手段７２ｄが生成した三次元データを表示部７５に表示させる機能を有していてもよい。

発振処理手段７２ｃは、２台の震源装置５２の震源５２ｓから、交互に一定間隔で音波を発振させる機能を有している。発振処理手段７２ｃは、ユーザによる操作に応じて、あるいは設定されたタイミングで、震源装置５２の震源５２ｓから連続波を発振させ、その発振を停止させる。発振処理手段７２ｃは、各震源装置５２それぞれの震源５２ｓから異なる波形の音波を発振させてもよく、同じ波形の音波を発振させてもよい。発振処理手段７２ｃは、各震源５２ｓから同時に音波を発振させてもよいが、この場合は、各震源５２ｓから異なる波形の音波を発振させるとよい。

解析処理手段７２ｄは、複数の受振器６２ａの受振波から震源装置５２に対応する反射波を抽出する。受振器６２ａの受振波は、震源装置５２の震源から出力され、海底面又は地層境界面等で反射された音波成分以外に、船舶５００の推進装置などから発せられる音波成分、波浪やストリーマケーブル６０の曳航時の雑音成分などの周囲環境成分を含む合成波となっている。本実施の形態１の海底地質探査システム１００は、震源装置５２の震源５２ｓからチャープ波を発振しており、解析処理手段７２ｄは、受振波とチャープ波の相互相関処理により、受振した合成波から反射波成分を抽出する。

より具体的に、解析処理手段７２ｄは、ストリーマケーブル６０における受振器６２ａが受振した合成波の波形信号を取得すると、該波形信号と震源装置５２から出力された発振波との相互相関を演算する相互相関処理により、該発振波の反射波を抽出する。本実施の形態１では、船舶５００に設けられたストリーマケーブル６０に対し、右舷側又は左舷側に設けられた震源装置５２からの発振波に対応する反射波を、左右両方のストリーマケーブル６０における受振器６２ａの合成波から抽出する。そして、 解析処理手段７２ｄは、抽出した反射波をもとに、海底地質に係る三次元データを生成する。制御部７２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）又はＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算装置と、こうした演算装置と協働して上記の各種機能を実現させるプログラムとにより構成することができる。探査制御装置７０は、デスクトップ型ＰＣ（Personal Computer）もしくはノートＰＣなどにより構成される。

以上のように、本実施の形態１の深度保持部材１０は、固定部材２２における２つの浮体２１間の中間の位置に連結され、一端部がアクティブケーブル６２に連結される深度調整部３０を有している。そして、深度調整部３０は、固定部材２２との連結箇所から一端部までの長さが、アクティブケーブル６２の目標深度に基づいて設定されている。より具体的に、深度調整部３０は、固定部材２２に他端部３２ｂが連結され、該他端部３２ｂから一端部３２ａまで延伸する棒状の調整部材３１を２つ有している。そして、２つの調整部材３１は、アクティブケーブル６２の軸方向に沿うように所定距離を隔てて固定部材２２に連結される。かかる構成により、深度調整部３０の長さをアクティブケーブル６２の深度に直結させることができるため、アクティブケーブル６２の深度を目標深度に調整し、保持することができる。また、調整部材３１の長さを変えることにより、アクティブケーブル６２の深度を柔軟に調整することができる。

すなわち、従来の構成において、ストリーマケーブル６０の深度調整を行うには、深度制御機能をもつ複数の制御装置（バード等）をストリーマケーブル６０に装着する必要がある。このような制御装置は、複雑な構成であると共に煩雑な処理を伴い、コストもかさむため、簡易な構造の部材により、アクティブケーブル６２の深度を調整し保持することが望まれている。この点、本実施の形態１の深度保持部材１０は、上記のような構成を採っていることから、アクティブケーブル６２の深度を調整し保持することができるため、ユーザの作業負担を軽減し、コストを抑えることができる。

本実施の形態１における海底地質探査システム１００は、船舶５００の左右の舷のうちの少なくとも一方に設けられる震源ユニット５０と、上記のうちの何れかの構成を採った２つの深度保持部材１０と、を有している。２つの深度保持部材１０は、アクティブケーブル６２の両端部に設けられる。よって、アクティブケーブル６２の深度を前端部と後端部との双方で調整し保持することができるため、アクティブケーブル６２の全体の深度を、より確実に目標深度に近づけることができる。

そして、震源ユニット５０は、舷の前後方向における中央の箇所に取り付けられる棒状の支持部材５１と、支持部材５１の一方の端部に取り付けられる震源装置５２と、を有している。よって、舷に設けられた連結部材５５を用いることで、支持部材５１を舷に容易に取り付け、舷から容易に取り外すことができるため、作業の効率化を図ることができる。また、震源ユニット５０は、船舶５００の種類や大きさにかかわらず、取り付け及び取り外しを容易に行うことができるため、利便性の向上を図ることができる。さらに、震源ユニット５０は、支持部材５１の連結部材５５との連結箇所を調整することにより、震源５２ｓの上下方向の位置が可変となるため、探査海域の水深やアクティブケーブル６２の目標深度などに応じて、震源５２ｓの水深位置を柔軟に調整することができる。そして、震源ユニット５０は、舷から簡単に取り外すことができるため、震源装置５２の洗浄やメンテナンスなどの作業を容易に且つ安価で行うことができる。さらに、船舶５００に震源装置５２を固定することにより、震源５２ｓの位置が確実に決まる。すなわち、従来のような船尾から震源を曳航する方式と比べ、震源５２ｓの位置が安定するため、解析時の演算処理を減らし、探査精度の向上を図ることができる。そして、ノイズの原因となる、プロペラ後流などによる気泡の影響を低減することができる。

図１のように、船舶５００によって２本のストリーマケーブル６０が曳航される場合、船舶５００の左右の舷の双方に震源ユニット５０を設け、各ストリーマケーブル６０それぞれのアクティブケーブル６２の両端部に深度保持部材１０を取り付けてもよい。船舶５００の前後方向における中央部の、横方向に広がった位置に一対の震源５２ｓを配置し、アクティブケーブル６２の深度が調整し保持された一対のストリーマケーブル６０の各々が、船尾の左右から間隔をあけて海中に投入されることにより、探査原理上、一度の計測幅を増大させることができる。

海底地質探査システム１００は、浅海（探査海域の水深が１００ｍ以浅程度）用としても使用可能であることから、狭い海域において、比較的短いストリーマケーブル６０を曳航することも想定される。よって、深度保持部材１０及び震源ユニット５０には、作業性や運用コスト等の観点からも、全体構成の簡便さが求められる。この点、本実施の形態１の深度保持部材１０及び震源ユニット５０は、上記のように簡易な構成を採っているため、作業性を高め、運用コスト等の低減を図ることができる。

＜変形例＞
図６を参照して、本実施の形態１の変形例に係る深度保持ユニット１５０について説明する。深度保持ユニット１５０は、上述した深度保持部材１０と、アクティブケーブル６２に設けられ、アクティブケーブル６２に対し調整部材３１を回動自在とする回動部材９０と、を有している。

図６に例示する回動部材９０は、回動機構部９１と、台座部９２と、を有している。回動機構部９１は、例えば分割型のベアリングにより構成される。回動機構部９１は、アクティブケーブル６２に固定される内輪部５ａと、内輪部５ａとの間に設けられた複数のローラ又はボール（図示せず）により内輪部５ａの周りを回転可能な外輪部５ｂと、を有している。台座部９２は、外輪部５ｂに固定され、又は外輪部５ｂと一体的に形成されている。

調整部材３１は、一端部３２ａが取付具４５により回動部材９０に固定される。図６に例示する台座部９２は、前後方向の両端部に、Ｕ字状の取付具４５に対応する穴が設けられている。一端部３１ｍの輪をくぐった取付具４５の各端部が、台座部９２の各穴に挿入され、ナットなどの締結具により締結されることで、調整部材３１が回動部材９０に固定される。回動機構部９１は、二つ割れの構造となっているため、アクティブケーブル６２の任意の箇所に容易に取り付けることができる。回動部材９０及び取付具４５の構造は図６の例に限定されないが、このような構造により、アクティブケーブル６２に取り付けた調整部材３１が、アクティブケーブル６２を中心に回動自在となる。

ストリーマケーブル６０を船舶５００へ搭載する前後では、ストリーマケーブル６０の捩れを取る作業が行われる。ただし、捻れを完全に解消することは困難であり、ストリーマケーブル６０が長尺になると尚更である。そして、捻れが残ったストリーマケーブル６０を海中に入れると、曳航時に捻れの分布が変化し、特定の箇所に集中することも考えられる。そのため、深度保持部材１０がストリーマケーブル６０の捻れトルクに起因した方向に傾くことも想定される。この点、変形例における深度保持ユニット１５０は、回動部材９０を有することから、アクティブケーブル６２に対して回動自在に取り付けることができる。よって、ストリーマケーブル６０に捩れが残っていたとしても、その捻れに起因して調整部材３１に加わる力を、回動部材９０の作用により逃がすことができる。したがって、調整部材３１を向きを、固定部材２２に対し垂直な状態で維持することができるため、アクティブケーブル６２の深度をより安定的に保持することができる。

実施の形態２．
図７を参照して、本発明の実施の形態２に係る深度保持部材１１０の構成例について説明する。海底地質探査システム１００の全体的な構成は、図１及び図２に基づく実施の形態１の例と同様である。震源ユニット５０の構成は、図４に基づく実施の形態１の例と同様である。探査制御装置７０の構成は、図５に基づく実施の形態１の例と同様である。上述した実施の形態１と同様の構成部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。ｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｚ軸方向の定義等は、図３と同様である。

深度保持部材１１０は、同形状である２つの浮体２１と、２つの浮体２１が間隔をあけて固定される固定部材２２と、固定部材２２における２つの浮体２１間の中間の位置に連結され、一端部がアクティブケーブル６２に連結される深度調整部１３０と、を有している。深度調整部１３０は、固定部材２２との連結箇所から一端部までの長さが、アクティブケーブル６２の目標深度に基づいて設定されている。

図７に示すように、固定部材２２は、棒状又は板状に形成され、２つの浮体２１をつなぐ一対の外部材２２ａを有している。一対の外部材２２ａは、所定距離を隔てて平行に配置されている。図７の固定部材２２は、一対の外部材２２ａの間に、これらに平行に配置される内部材２２ｂを有している。固定部材２２における各組立部材の形状、数、及び配置の他、２つの浮体２１を固定する手法などは、図７の例に限らず、種々のバリエーションを選択することができる。

深度調整部１３０は、棒状の部材が長方形状に接続された枠部３５を有している。枠部３５は、連結具４８によって固定部材２２に連結されている。枠部３５は、固定部材２２との連結箇所から下方に配置される端部である一端部３５ｍに向かう方向が長方形状における長手方向となるように配置される。枠部３５は、長手方向に沿う２本の長棒部材３５ａと、短手方向に沿う２本の短棒部材３５ｂと、を有している。枠部３５は、一対の外部材２２ａに対し、これらとの連結箇所から一端部３５ｍまでの長さ、つまり該連結箇所から下方に配置される短棒部材３５ｂまでの長さが調整可能に連結されている。一端部３５ｍに対応する一方の短棒部材３１ｂは、長方形状における短手方向がアクティブケーブル６２の軸方向と平行になるよう、アクティブケーブル６２に連結される。

図７の深度調整部１３０は、一対の長棒部材３５ａをつなぐ支持部材３６を有している。図７では、３本の支持部材３６を有する深度調整部１３０を例示しているが、これに限らず、支持部材３６の本数は適宜変更することができる。図７の深度調整部１３０は、一方の長棒部材３５ａと短棒部材３５ｂとの連結箇所と、他方の長棒部材３５ａと上記の短棒部材３５ｂに隣接する短棒部材３５ｂとの連結箇所とをつなぐ補強部材３７を有している。図７では、２本の補強部材３７を有する例を示しているが、これに限らず、補強部材３７の本数は適宜変更することができる。枠部３５、支持部材３６、及び補強部材３７は、アルミパイプや塩ビ管などにより形成してもよいが、アクティブケーブル６２を沈める必要があるため、ステンレス製や鉄製のパイプなど、ある程度重量のあるものにするとよい。

深度保持部材１１０は、枠部３５における一端部３５ｍに設けられるウエイト（図示せず）を有していてもよい。より具体的に、ウエイトは、下方に配置される短棒部材３５ｂ及び各長棒部材３５ａの下端部のうちの少なくとも一箇所に設けるとよい。ウエイトとしては、上記同様、鉛シートや棒状の鉛塊など、鉛を含んだものを好適に使用することができる。２つの長棒部材３５ａの下端部の双方にウエイトを設ける場合、各長棒部材３５ａの下端部に同じ重さのウエイトを設けると、前後のバランスが好適となる。もっとも、前側の長棒部材３５ａの下端部にだけウエイトを設けたり、前側の長棒部材３５ａの下端部のウエイトの重量を大きくしたりすることにより、転覆モーメントを打ち消す向きの力を加えてもよい。下方に配置される短棒部材３５ｂにウエイトを設ける場合、前後の位置調整により、前後方向のバランス調整を行ってもよい。

他の構成及び代替構成などは、前述した実施の形態１と同様である。実施の形態１の変形例の構成は、実施の形態２の構成にも適用することができる。すなわち、深度保持部材１１０と、アクティブケーブル６２に設けられ、アクティブケーブル６２に対し枠部３５を回動自在とする回動部材９０とにより、深度保持ユニットを構成してもよい。この場合、枠部３５は、一端部３５ｍつまり下方に配置される短棒部材３５ｂが、取付具４５により回動部材９０に固定される。

以上のように、本実施の形態２の深度保持部材１１０において、２つの浮体２１をつなぐ一対の外部材２２ａは、所定距離を隔てて平行に配置されている。枠部３５は、固定部材２２との連結箇所から一端部３２ａに向かう方向が長方形状における長手方向となるように配置されると共に、一対の外部材２２ａに連結される。そして、枠部３５は、外部材２２ａとの連結箇所から一端部３５ｍまでの長さが、アクティブケーブル６２の目標深度に基づいて設定されている。そのため、ストリーマケーブル６０におけるアクティブケーブル６２の深度を調整し保持することができる。

また、枠部３５は、長手方向に沿う２本の長棒部材３５ａと、短手方向に沿う２本の短棒部材３５ｂと、を有し、一端部３５ｍに対応する一方の短棒部材３５ｂは、長方形状における短手方向がアクティブケーブル６２の軸方向と平行になるよう、アクティブケーブル６２に連結される。そのため、アクティブケーブル６２を短棒部材３５ｂに沿わせて安定的に固定することができる。なお、短棒部材３５ｂとアクティブケーブル６２とを連結する連結具４２の数は、図７の例に限らず、適宜変更することができる。連結具４２としては、締結バンドなど、周知な種々の連結具を採用することができる。連結具４２は、短棒部材３５ｂの全域に亘ってアクティブケーブル６２を固定するものであってよく、ウエイトとしての機能を併せ持つものであってもよい。深度保持部材１１０は、深度調整部１３０の一端部３５ｍに設けられたウエイトを有していてもよい。このようにすれば、アクティブケーブル６２の深度保持の安定性を高めることができる。

深度保持部材１１０は、固定部材２２に対する枠部３５の取り付け位置が可変な構成としてもよい。つまり、枠部３５は、固定部材２２への連結箇所が可変となっていてもよい。より具体的に、深度保持部材１１０は、枠部３５と一対の外部材２２ａとの連結箇所から該枠部３５の一端部３５ｍまでの長さが調整可能な構成としてもよい。ここで、深度保持部材１１０は、該連結箇所から一端部３５ｍまでの距離が、アクティブケーブル６２の深度に直結するように構成されているため、枠部３５の取り付け位置を可変とすることにより、アクティブケーブル６２の深度調整をより柔軟に行うことができる。

さらに、深度保持部材１１０と回動部材９０とにより構成された深度保持ユニットによれば、ストリーマケーブル６０に捩れが残っていたとしても、その捻れに起因して深度調整部１３０に加わる力を、回動部材９０の作用により逃がすことができる。したがって、深度調整部１３０を向きを、固定部材２２に対し垂直な状態で維持することができるため、アクティブケーブル６２の深度をより安定的に保持することができる。他の効果等は、上述した実施の形態１と同様である。

ここで、上述した各実施の形態は、深度保持部材、深度保持ユニット、及び海底地質探査システムの具体例であり、本発明の技術的範囲は、これらの態様に限定されるものではない。例えば、各浮体２１は、一方向に延伸する形状に限らず、種々の形状を採ることができる。すなわち、各浮体２１は、平面視円形状のような前後と左右の長さが概ね等しいものであってもよい。各浮体２１は、進行方向側における少なくとも前方の部分を、平面視円形状又は平面視楕円形状のような流線形状にするとよく、後ろ側の形状は問わない。

上記各実施の形態では、探査制御装置７０が船舶５００に設置された例を示したが、これに限定されない。探査制御装置７０は、陸上の施設内などに設けられてもよい。この場合、複数の受振器６２ａと探査制御装置７０とが中継器などを介して無線による通信を行うようにしてもよい。探査制御装置７０は、クラウドコンピューティングに基づくクラウドサーバ、もしくはオンプレミス型の物理サーバ、又はこれらを組み合わせたシステムなどにより構成してもよい。解析処理手段７２ｄは、合成波から反射波を抽出する抽出機能だけを有するものであってよい。この場合、陸上の施設内などに設けられたデータ生成装置により、海底地質に係る三次元データを生成するとよい。データ生成装置は、デスクトップ型ＰＣ、ノートＰＣ、タブレット端末のようなモバイル端末などにより構成するとよい。なお、ストリーマケーブル６０は、探査制御装置７０の抽出機能を実行するマイコンなどを実装したもの、或いはＡ／Ｄ変換器を内蔵したデジタルストリーマーなどであってもよい。

５ａ 内輪部、５ｂ 外輪部、１０、１１０ 深度保持部材、２０ 浮体部、２１ 浮体、２２ 固定部材、２２ａ 外部材、２２ｂ 内部材、３０、１３０ 深度調整部、３１ 調整部材、３１ａ 棒状部、３１ｂ 短棒部材、３１ｍ 一端部、３１ｎ 他端部、３２ａ 一端部、３２ｂ 他端部、３５ 枠部、３５ａ 長棒部材、３５ｂ 短棒部材、３５ｍ 一端部、３６ 支持部材、３７ 補強部材、４１ 連結具、４２ 連結具、４５ 取付具、４８ 連結具、５０ 震源ユニット、５１ 支持部材、５２ 震源装置、５２ｓ 震源、５３ 固定部材、５５ 連結部材、６０ ストリーマケーブル、６１ リードインケーブル、６２ アクティブケーブル、６２ａ 受振器、６２ｚ 終端、６４ａ ロープ、６４ｂ ロープ、６６ ＧＮＳＳアンテナ、７０ 探査制御装置、７１ 通信部、７２ 制御部、７２ａ 入力処理手段、７２ｂ 出力処理手段、７２ｃ 発振処理手段、７２ｄ 解析処理手段、７３ 記憶部、７４ 入力部、７５ 表示部、９０ 回動部材、９１ 回動機構部、９２ 台座部、１００ 海底地質探査システム、１５０ 深度保持ユニット、５００ 船舶。

Claims (13)

1. 船舶によって曳航されるストリーマケーブルにおける複数の受振器を備えたアクティブケーブルの海中での深度を保持する深度保持部材であって、
   同形状である２つの浮体と、
   ２つの前記浮体が間隔をあけて固定される固定部材と、
   前記固定部材における２つの前記浮体間の中間の位置に連結され、一端部が前記アクティブケーブルに連結される深度調整部と、を有し、
   前記深度調整部は、
   前記固定部材との連結箇所から前記一端部までの長さが、前記アクティブケーブルの目標深度に基づいて設定されている、深度保持部材。
2. 船舶によって曳航されるストリーマケーブルにおける複数の受振器を備えたアクティブケーブルの海中での深度を保持する深度保持部材であって、
   一方向に延伸する同形状の２つの浮体と、２つの前記浮体が向きを揃え間隔をあけて固定される固定部材と、を備えた双胴形状の浮体部と、
   前記固定部材における２つの前記浮体間の中間の位置に連結され、一端部が前記アクティブケーブルに連結される深度調整部と、を有し、
   前記深度調整部は、
   前記固定部材との連結箇所から前記一端部までの長さが、前記アクティブケーブルの目標深度に基づいて設定されている、深度保持部材。
3. 前記深度調整部は、
   前記固定部材に他端部が連結され、該他端部から前記一端部まで延伸する棒状の調整部材を含む、請求項１又は２に記載の深度保持部材。
4. 前記深度調整部は、
   前記固定部材に他端部が連結され、該他端部から前記一端部まで延伸する棒状の調整部材を２つ有し、
   ２つの前記調整部材は、
   前記アクティブケーブルの軸方向に沿うように所定距離を隔てて前記固定部材に連結されるものである、請求項１又は２に記載の深度保持部材。
5. 前記深度調整部は、
   棒状の部材が長方形状に接続され、前記固定部材に連結される枠部を有し、
   前記固定部材は、
   棒状又は板状に形成され、２つの前記浮体をつなぐ一対の外部材を有し、
   一対の前記外部材は、所定距離を隔てて平行に配置されており、
   前記枠部は、
   前記固定部材との連結箇所から前記一端部に向かう方向が前記長方形状における長手方向となるように配置されると共に、一対の前記外部材に固定されるものである、請求項１又は２に記載の深度保持部材。
6. 前記枠部は、
   前記長方形状における長手方向に沿う２本の長棒部と、
   前記長方形状における短手方向に沿う２本の短棒部と、を有し、
   前記一端部に対応する一方の前記短棒部は、
   前記長方形状における短手方向が前記アクティブケーブルの軸方向と平行になるよう前記アクティブケーブルに連結されるものである、請求項５に記載の深度保持部材。
7. 前記枠部は、前記固定部材への連結箇所が可変となっている、請求項５又は６に記載の深度保持部材。
8. 前記深度調整部の前記一端部に設けられたウエイトを有する、請求項１〜７の何れか一項に記載の深度保持部材。
9. 請求項３又は４に記載の深度保持部材と、
   前記アクティブケーブルに設けられ、前記アクティブケーブルに対し前記調整部材を回動自在とする回動部材と、を有し、
   前記調整部材は、
   前記一端部が前記回動部材に固定されるものである、深度保持ユニット。
10. 請求項５〜７の何れか一項に記載の深度保持部材と、
    前記アクティブケーブルに設けられ、前記アクティブケーブルに対し前記枠部を回動自在とする回動部材と、を有し、
    前記枠部は、
    前記一端部が前記回動部材に固定されるものである、深度保持ユニット。
11. 船舶の左右の舷のうちの少なくとも一方に設けられる震源ユニットと、
    請求項１〜８の何れか一項に記載の２つの深度保持部材と、を有し、
    前記震源ユニットは、
    前記舷の前後方向における中央の箇所に取り付けられる棒状の支持部材と、
    前記支持部材の一方の端部に取り付けられる震源装置と、を有し、
    ２つの前記深度保持部材は、
    前記アクティブケーブルの両端部に設けられる、海底地質探査システム。
12. 前記舷の前後方向における中央の箇所に設けられ、該箇所に前記支持部材を連結する連結部材を有し、
    前記連結部材は、
    前記支持部材の連結箇所を中心として、前記支持部材を回動可能に連結するものである、請求項１１に記載の海底地質探査システム。
13. 請求項１〜８の何れか一項に記載の深度保持部材であって、前記アクティブケーブルの前端部に取り付けられる第１深度保持部材と、
    請求項１〜８の何れか一項に記載の深度保持部材であって、前記アクティブケーブルの後端部に取り付けられる第２深度保持部材と、
    船舶の船尾と前記第１深度保持部材とをつなぐ第１ロープと、
    前記アクティブケーブルと前記第２深度保持部材とをつなぐ第２ロープと、を有する、海底地質探査システム。
    
    

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