WO2006043668A1 - 海底資源探査システム及び海底資源探査方法 - Google Patents

海底資源探査システム及び海底資源探査方法 Download PDF

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    • G01V2210/64—Geostructures, e.g. in 3D data cubes
    • G01V2210/647—Gas hydrates

Definitions

  • the present invention relates to a submarine resource exploration system and a submarine resource exploration method.
  • seabed resource exploration such as gas hydride has been performed by searching only geological data under the seabed using an acoustic device of a low frequency sound source for seafloor geological exploration.
  • the seismic exploration method is used (for example, see ht tp: // www. Mh21 japan, gr. JpZ (Methane Hydride Resource Development Research Consortium website)) ).
  • This is used in oil 'natural gas exploration to investigate the distribution of strata containing oil' natural gas, and artificially generate earthquake-like vibrations, which are used for geological exploration. It is a method of exploring resources based on the result.
  • the seismic exploration method does not directly check resources such as oil and natural gas.
  • resources such as oil and natural gas.
  • the existence of resources is estimated, so that even if it is actually excavated, resources will not be generated. Often not.
  • an object of the present invention is to provide a submarine resource exploration system and a submarine resource exploration method capable of exploring submarine resources with high reliability and low cost. To do.
  • the first feature of the present invention is that: (a) a transmission means for transmitting sound waves into the sea; and (b) methane gas and methane hydrate in which the sound waves exist in seawater.
  • Receiving means for receiving the scattered wave reflected at the boundary surface between the mixture of mixture and seawater, and (c) the transmitted sound wave and the scattered intensity calculated by the received scattered wave have a predetermined relationship
  • the predetermined relationship is that the bottom of the sea force is within a range up to a predetermined height;
  • the main point is that this is a submarine resource exploration system with a maximum scattering intensity of 60 to 30 dB and an average scattering intensity of 70 to 1-50 dB in a grid with a predetermined width.
  • the predetermined height is preferably 300 m, and the predetermined width is 20 to: LOOm.
  • the second feature of the present invention is that (a) a step of transmitting a sound wave into the sea is transmitted, and (b) the sound wave is reflected at the boundary between seawater and a mixture of methane gas and methane sulfide that is present in seawater. And (c) when the transmitted sound wave and the scattered intensity calculated by the received scattered wave have a predetermined relationship, there is methano and idlade on the sea floor directly below the mixture. (D) the predetermined relationship is a maximum scattering intensity in a grid in which the mixture is circularly cut at a predetermined width in the depth direction within a range where the seabed force is also a predetermined height.
  • this method is a submarine resource exploration method with a value of -60 to -30 dB and an average value of scattering intensity of -7 to -50 dB.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a submarine resource exploration system according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining exploration of seabed resources according to the present embodiment.
  • FIG. 3 shows an example of a screen displayed by the display unit of the submarine resource exploration system according to the present embodiment (part 1).
  • FIG. 4 is an example of a screen displayed by the display unit of the submarine resource exploration system according to the present embodiment (part 2).
  • FIG. 5 is a flowchart showing a seabed resource exploration method according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a three-dimensional map of the observation area according to the present example.
  • FIG. 7 shows an observation route according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a map of the methane plume according to the present example.
  • FIG. 9 is an echogram of a methane plume according to this example (part 1).
  • FIG. 10 is an echogram of the methane plume according to this example (part 2).
  • FIG. 11 is an echogram of the methane plume according to this example (part 3).
  • FIG. 12 is an echogram of the methane plume according to this example (part 4).
  • FIG. 13 shows the wake during observation of plumes 1, 2, and 3 in FIG.
  • FIG. 14 shows a fist-sized methaneno and idlade discovered in this example.
  • FIG. 15 is an average scattering intensity SV of three plumes according to the present example.
  • methane hydrate which is a seabed resource
  • the present inventors have discovered that a mixture of methane gas, methane and idolide rises from the seabed where methane anoide is present, and by exploring this object, the location of methane anoide is located. Guess.
  • the submarine resource exploration system includes a sine wave generation unit 11, a pulse width switching unit 12, a transmission signal amplification unit 13, a transmission / reception switching unit 14, and a transducer. 1 (reception unit and transmission unit), reception signal amplification unit 16, analysis unit 17, and display unit 18.
  • a fish finder can be used as such a submarine resource exploration system.
  • the vibrator 1 is attached to the bottom of the ship 5 as shown in FIG. Ship 5 moves forward at a speed of 0 to 3 knots.
  • methane noide 4 from which methane gas and Tanhydrade mixture 3 is generated.
  • the sine wave generator 11 generates a sine wave.
  • the frequency at this time must be as low as possible. For example, l-50kHz, preferably 40kHz or less
  • the pulse width switching unit 12 designates a pulse width when transmitting a sine wave.
  • the repetition frequency is specified as, for example, 4 seconds at a water depth of 1000 m.
  • the transmission signal amplification unit 13 amplifies the signal input from the sine wave generation unit 11.
  • the transmission / reception switching unit 14 switches between transmission and reception.
  • the transducer 1 converts the voltage input from the transmission / reception switching unit 14 into a sound pressure, and uses a predetermined equivalent beam width ⁇ (“utilizing water surface reflection of the water tank) as a sound wave. Calibration of a measuring fish finder ”(see Japanese Fisheries Society, 63 (4), 570-577 (1997)).
  • This equivalent beam width ⁇ is approximately proportional to (diameter of vibration surface of vibrator 1) Z (wavelength of sine wave).
  • the beam width is sharpened to increase the horizontal resolution. For example,-19. ldB.
  • the vibrator 1 receives a scattered wave reflected by a boundary surface of an object having a density different from that of seawater, which is present in seawater.
  • the scattered waves reflected at the interface between the mixture of methane gas and methane hydrate 3 and seawater are received.
  • the vibrator 1 converts the sound pressure of the scattered wave into a voltage signal.
  • the transmission / reception switching unit 14 switches between transmission and reception.
  • the reception signal amplification unit 16 amplifies the voltage signal output from the transmission / reception switching unit 14.
  • the analysis unit 17 determines that the methane noid raid 4 is present on the sea floor immediately below the mixture 3 when the scattering intensity SV calculated by the transmitted sound wave and the received scattered wave has a predetermined relationship.
  • scattering intensity refers to the intensity of scattered waves per unit volume of an object having a density different from seawater. Scattering intensity Sv (dB) is given by Equation (1) and Equation (2) (see, for example, Ocean Acoustics Fundamentals and Applications Ocean Acoustics Research Society, 1984, P80-85).
  • Ii the intensity of the incident plane wave sound wave
  • Is the intensity of the scattered wave at the unit distance of the acoustic central force of the object of the unit volume.
  • the mixture 3 has a columnar shape as shown in FIG.
  • the analysis unit 17 calculates the maximum value, the average value, and the minimum value of the scattering intensity SV in a grid obtained by cutting the mixture 3 in a depth direction with a predetermined width in a range where the seabed force is also up to a predetermined height.
  • the analysis unit 17 determines the maximum value force 60 of the scattering intensity SV in the grid.
  • the analysis unit 17 in the mixture 3 is 45 to 30d within 100m from directly above the seabed.
  • B has a large scattering intensity SV, it is highly likely that methane hydrate 4 is present. This is because ultrasonic waves are scattered by dense methane gas or methane hydrate crystals.
  • the display unit 18 visualizes and displays the outline of the mixture 3 having a predetermined scattering intensity.
  • the display unit 18 refers to a screen such as a monitor, for example, and a liquid crystal display device (
  • the display unit 18 may be a printer.
  • the display unit 18 can also display the contour of the sea bottom as shown in FIG.
  • the submarine resource exploration system may include a program storage unit that stores a program for performing analysis processing.
  • the program holding unit may use an internal storage device such as RAM, or an external storage device such as HD or FD.
  • step S101 the sine wave generator 11 generates a sine wave.
  • step S102 the pulse width switching unit 12 specifies the pulse width when transmitting a sine wave.
  • the transmission signal amplification unit 13 amplifies the signal input from the sine wave generation unit 11, and the transmission / reception switching unit 14 switches to transmission.
  • step S103 the vibrator 1 converts the amplified voltage signal into a sound pressure, and transmits the sound wave to the sea with a predetermined equivalent beam width ⁇ .
  • step S 104 the vibrator 1 receives the scattered wave reflected by the boundary surface between the seawater and the mixture 3 of methane gas, methane, and idolade, in which the sound wave exists in the seawater.
  • the transducer 1 converts the sound pressure of the scattered wave into a voltage signal.
  • the transmission / reception switching unit 14 switches to reception.
  • the reception signal amplification unit 16 amplifies the voltage signal output from the transmission / reception switching unit 14.
  • step S105 the analysis unit 17 calculates the scattering intensity SV from the transmitted sound wave and the received scattered wave. Then, in step S106, when the calculated scattering intensity SV is in a predetermined relationship, it is determined that there is methane and idlade 4 on the sea floor directly under the mixture 3.
  • the predetermined relationship is that the maximum value of the scattering intensity is -60 to 30 dB in a grid in which the mixture 3 is rounded with a predetermined width in the depth direction within the range where the seabed force is also up to a predetermined height. That satisfies the average value of 1 to 70 dB
  • the display unit 18 visualizes and displays the scattering intensity.
  • a sound wave is transmitted into the sea, and the sound wave is scattered in the seawater and reflected by the boundary surface between the mixture of methane gas and methane hydrate and seawater.
  • Analysis unit that determines that there is methane and ariae on the sea floor directly under the mixture 3 when the transducer 1 that receives the wave and the scattering intensity calculated by the transmitted sound wave and the received scattered wave have a predetermined relationship
  • the analysis unit 17 has a maximum scattering intensity of ⁇ 60 to ⁇ 30 dB in a grid in which the mixture 3 is cut into a predetermined width in the depth direction in a range from the seafloor to a predetermined height.
  • the average value of the scattering intensity is -70 to -50 dB, it can be determined that there is a resource on the seabed directly under the object. This is thought to be due to such scattering intensity due to the composition of the gas that flows from methano and idlade.
  • the predetermined height is 300 m.
  • the predetermined width is preferably 20 to: LOOm.
  • the analysis unit 17 can determine that there is a resource on the seabed immediately below the object when the object has a scattering intensity of 45 to 1-30 dB within 100 m from directly above the seabed. This is thought to be due to the scattering of ultrasonic waves in dense gas or gas hydrate crystals.
  • the present inventors conducted a search for methane hydrate in the Sea of Japan using the seabed resource exploration system according to the present invention. This exploration was carried out with a 1886t ship and using an existing fish finder.
  • FIG. 6 is a three-dimensional map of the observation area.
  • the ship interval was 0.05 nmi. And its speed was 3kt.
  • Figure 7 shows the observation route.
  • the seabed resource exploration system shown in Fig. 1 was used. Specifically, a weighed fish detector, KFC3000 (manufactured by Kaijo) was used. The frequency was 38 kHz and the equivalent beam width ⁇ was -19. LdB.
  • FIG. 8 is a map of methane gas (hereinafter referred to as “methane plume”) that spreads in a columnar shape using a measuring fish finder together with position data from GPS.
  • methane plume a map of methane gas
  • the inventors measured 36 plumes in the echogram, reaching a diameter of about 100 m, a height force of 200 m to 700 m, and reaching 600 to 300 m below sea level. Along with GPS position data, we used a measuring fish detector to measure methane plum every 4 seconds while navigating at a predetermined speed (Figs. 9-12).
  • FIGS. 9-12 are echograms of the methane plume.
  • the vertical axis is the distance from the surface of the vibrator 1, in other words, from the bottom of the ship.
  • the horizontal axis is the voyage distance of the ship.
  • FIGs. 9-12 the thick line at the bottom of the screen represents the bottom of the sea.
  • Figure 11 shows what is shown in Figure 14. This shows the methane plume corresponding to the location where the large methane hydrate was discovered.
  • FIG. 9 shows a plume that tilts northward at a water depth of about 600m due to the flow of the tide.
  • the speed of the ship at this time was 3 knots.
  • Figure 10 shows a plume (second from the left) at a depth of 300-350m. This tip is swollen, and this is the force at which the water temperature suddenly increases near this depth.
  • FIG. 11 shows the plume where the methane hydrate mass was found. The speed of the ship at this time was 0.3 knots.
  • FIG. 12 shows a plume for which CTD measurement was performed. At this time, the ship stopped the engine.
  • FIG. 13 is a wake during observation of plumes 1, 2, and 3 in FIG.
  • the central thick line (Plum 1 start) shows the plume 1 ultrasound data
  • the upper thick line (P1 um 2 start) shows the plume 2 ultrasound data.
  • the thick line at the bottom (shown as Plum 3 start) is the track when the plume 3 ultrasound data was measured.
  • the grid lines in Fig. 13 are 30mX30m.
  • the temperature of the seabed water was 0.25 ° C when measured using an unusually low temperature, CTD.
  • the inventors calculated the scattering intensity SV from each methane plume.
  • the scattering intensity SV of the plum was calculated using the integration function, which is part of the weighing fish finder, with an integration layer width of 100 m and an integration interval of 1 minute. Specifically, the columnar plume was cut into rounds with a constant width every 100 m (the part that was cut into pieces was called a “grid”), and the scattering intensity SV was calculated for each grid.
  • the plume scattering intensity SV is shown in Table 1.
  • the vertical axis represents the scattering intensity SV (dB), and the horizontal axis represents the distance (m) of ship bottom force.
  • the first bold line from the bottom is the average scattering intensity of the first plume 1 from the left side of Figure 12.
  • SV the first thick line from the top shows the mean scatter intensity SV of the second plume 2 from the right side of Figure 12
  • the second thick line from the bottom shows the first plume from the right side of Figure 12 3
  • the average scattering intensity SV is shown
  • the second thick line from the top shows the average value of all the plumes.
  • the average scattering intensity SV shows the highest value from the lower part of the plume to the middle, whereas it shows a relatively low value at the upper part of the plume.
  • the mean scattering intensity SV has little variation in the range of 700m below sea level, but different values for each plume in the range above 700m below sea level. This indicates that the density of methane gas is relatively constant from the bottom of the sea to 700m below the sea level, and the gas gradually decreases toward the sea surface.
  • the average scattering intensity SV of plume 2 is higher in plume 1 than in plume 3. As mentioned above, these three plumes represent one plume. The wake measured from plume 2 is considered to travel in the center of this plume, and the wake measured from plumes 1 and 3 is considered to travel from the end of this plume.
  • the present inventors mapped the methane plume and determined 36 punolems that reach a diameter of about 100 m, a height force of S200 m to 700 m, and a sea level of 600 to 300 m in the echogram.
  • the present inventors calculated the scattering intensity SV of each plume.
  • the scattering intensity SV was as shown in Table 1. That is, by analyzing underwater data, the maximum value of the scattering intensity in the dalid obtained by cutting the mixture into a predetermined width in the depth direction over the range from the sea floor to the predetermined height is It was found that there was a resource on the seabed just below this plume when it was 54 to 35 dB and the average value of the scattering intensity was 65 to 1 63 dB.
  • the predetermined height was 300 m
  • the predetermined width was 20-: LOOm.
  • the mixture is 20 ⁇ in the depth direction.
  • the water depth is 896.1 m
  • the average scattering intensity SV showed the highest value from the lower part of the plume to the middle, whereas it showed a relatively low value at the upper part of the plume.
  • the submarine resource exploration system and the submarine resource exploration method according to the present embodiment are effective in knowing the location where the methane noid raid is buried.
  • the seabed resource exploration system and the seabed resource exploration method according to the present invention are useful for the work of exploring methane hydrate buried in the seabed.

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Abstract

　海底資源探査システムは、海中へ音波を送信し、音波が海水中に存在する、メタンガス及びメタンハイドレードの混合物と海水との境界面で反射した散乱波を受信する振動子１と、送信した音波及び前記受信した散乱波によって計算された散乱強度が所定の関係である場合、前記混合物の直下の海底にメタンハイドレードがあると判断する解析部１７とを備える。当該所定の関係とは、海底から所定の高さまでの範囲において、混合物を深さ方向に所定の幅で輪切りにしたグリッドにおける、散乱強度の最大値が－６０～－３０ｄＢであり、散乱強度の平均値が－７０～－５０ｄＢであることを満たす関係である。

Description

明 細 書
海底資源探査システム及び海底資源探査方法
技術分野
[0001] 本発明は、海底資源探査システム及び海底資源探査方法に関する。
背景技術
[0002] 従来、ガスハイドレードなどの海底資源探査は、海底地質探査用の低周波音源の 音響機器を用いて、海底下の地質データのみをサーチすることにより、行っていた。
[0003] このような海底資源探査法としては、例えば、地震探査法が用いられる（例えば、 ht tp : //www. mh21 japan, gr. jpZ (メタンハイドレード資源開発研究コンソーシ アムのホームページ)参照）。これは、石油'天然ガス探鉱で、石油'天然ガスを含む 地層の分布を調べることに利用され、地震のような振動を人工的に発生させ、その振 動を利用して地質探査を行い、その結果によって、資源を探査する方法である。
[0004] 又、海面付近である振動を与えると、音波が発生し海中を伝わる。海底面で反射し た音波を利用して、探査を行う反射地震探査法も用いられる。
[0005] 更に、戻ってきた音波を受信するために、ストリーマーと呼ばれるケーブルを用いる 力 最近は、複数本のストリーマーケーブルを用いる調査も珍しくなくなつてきた。最 近の石油探鉱地心探査では、 6000m以上のストリーマーケーブルを 10本以上、一 度に船で曳航して調査する場合もある。このように、ストリーマーケーブルを複数本用 いると、立体的な地震探査記録が得られるため、 3D (3次元)地震探査法と呼ばれる
[0006] し力しながら、地震探査法は、直接石油 ·天然ガスなどの資源を確認するわけでは なぐ地質探査の結果力 資源の存在を推測して掘るため、実際に掘っても資源が 出ない場合も多い。
[0007] 又、上述した反射地震探査法や 3D地震探査法は、大規模で、多くの費用と時間が か 、 。
[0008] そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、信頼性が高ぐ安価に海底資源を探査す ることができる海底資源探査システム及び海底資源探査方法を提供することを目的と する。
発明の開示
[0009] 上記目的を達成するため、本発明の第 1の特徴は、（a)海中へ音波を送信する送 信手段と、（b)前記音波が海水中に存在する、メタンガス及びメタンハイドレードの混 合物と海水との境界面で反射した散乱波を受信する受信手段と、 (c)前記送信した 音波及び前記受信した散乱波によって計算された散乱強度が所定の関係である場 合、前記混合物の直下の海底にメタンハイドレードがあると判断する解析手段とを備 え、（d)前記所定の関係とは、海底力も所定の高さまでの範囲において、前記混合 物を深さ方向に所定の幅で輪切りにしたグリッドにおける、散乱強度の最大値が 6 0〜一 30dBであり、散乱強度の平均値が 70〜一 50dBである海底資源探査シス テムであることを要旨とする。
[0010] 又、第 1の特徴に係る海底資源探査システムにおいて、前記所定の高さは、 300m であり、前記所定の幅は、 20〜： LOOmであることが好ましい。
[0011] 海中へ音波を送信する送信するステップと、
本発明の第 2の特徴は、（a)海中へ音波を送信する送信するステップと、（b)前記 音波が海水中に存在する、メタンガス及びメタンノヽイドレードの混合物と海水との境 界面で反射した散乱波を受信するステップと、 (c)前記送信した音波及び前記受信 した散乱波によって計算された散乱強度が所定の関係である場合、前記混合物の直 下の海底にメタンノ、イドレードがあると判断する解析するステップとを含み、（d)前記 所定の関係とは、海底力も所定の高さまでの範囲において、前記混合物を深さ方向 に所定の幅で輪切りにしたグリッドにおける、散乱強度の最大値が— 60〜― 30dB であり、散乱強度の平均値が― 70〜― 50dBである海底資源探査方法であることを 要旨とする。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]図 1は、本実施の形態に係る海底資源探査システムの構成ブロック図である。
[図 2]図 2は、本実施の形態に係る海底資源の探査を説明するための図である。
[図 3]図 3は、本実施の形態に係る海底資源探査システムの表示部が表示する画面 の一例である（その 1)。 [図 4]図 4は、本実施の形態に係る海底資源探査システムの表示部が表示する画面 の一例である（その 2)。
[図 5]図 5は、本実施の形態に係る海底資源探査方法を示すフローチャートである。
[図 6]図 6は、本実施例に係る観測エリアの 3次元マップである。
[図 7]図 7は、本実施例に係る観測の航行路である。
[図 8]図 8は、本実施例に係るメタンプルームのマップである。
[図 9]図 9は、本実施例に係るメタンプルームのエコーグラムである（その 1)。
[図 10]図 10は、本実施例に係るメタンプルームのエコーグラムである（その 2)。
[図 11]図 11は、本実施例に係るメタンプルームのエコーグラムである（その 3)。
[図 12]図 12は、本実施例に係るメタンプルームのエコーグラムである（その 4)。
[図 13]図 13は、図 11のプルーム 1、 2、 3を観察する間の航跡である。
[図 14]図 14は、本実施例にお 、て発見されたこぶし大のメタンノ、イドレードである。
[図 15]図 15は、本実施例に係る 3つのプルームの平均散乱強度 SVである。
発明を実施するための最良の形態
[0013] 次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載にお いて、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面 は模式的なものであることに留意すべきである。
[0014] (海底資源探査システム）
本実施形態では、海底資源であるメタンハイドレードを探査する。本発明者らは、メ タンノヽイドレードが存在する海底から、メタンガスとメタンノ、イドレードとが混合した物 体が涌き上がることを発見し、この物体を探査することにより、メタンノヽイドレードの存 在場所を推測する。
[0015] 本実施形態に係る海底資源探査システムは、図 1に示すように、正弦波発生部 11 と、パルス幅切り替え部 12と、送信信号増幅部 13と、送受切り替え部 14と、振動子 1 (受信部及び送信部）と、受信信号増幅部 16と、解析部 17と、表示部 18とを備える。 このような海底資源探査システムとして、魚群探知機を使用することができる。
[0016] 又、振動子 1は、図 2に示すように、船 5の底に取り付けられる。船 5は、 0〜3ノットの 速度で前進する。海底には、メタンノヽイドレード 4が存在し、ここからメタンガス及びメ タンハイドレードの混合物 3が発生する。
[0017] 正弦波発生部 11は、正弦波を発生させる。このときの周波数は、できるだけ低い周 波数である必要がある。例えば l〜50kHzであり、 40kHz以下にすることが好ましい
[0018] パルス幅切り替え部 12は、正弦波を送信する際のパルス幅を指定する。
[0019] 又、混合物 3が存在する水深が深いため、繰り返し周波数は、例えば、水深 1000 mで 4秒と指定する。
[0020] 送信信号増幅部 13は、正弦波発生部 11から入力された信号を増幅する。
[0021] 送受切り替え部 14は、送信及び受信の切り替えを行う。
[0022] 振動子 1は、図 2に示すように、送受切り替え部 14から入力された電圧を音圧に変 換し、音波として、所定の等価ビーム幅 Ψ (「水槽の水面反射を利用した計量魚群探 知機の較正」日本水産学会、 63 (4)、 570— 577 (1997)参照）で海中へ送信する。 この等価ビーム幅 Ψは、（振動子 1の振動面の直径) Z (正弦波の波長）にほぼ比例 する。又、海底資源は水深の深い海域に多く産出するので、水平方向の分解能を高 くするために、ビーム幅はシャープにする。例えば、 - 19. ldB程度とする。
[0023] 又、振動子 1は、音波が、海水中に存在する、海水と密度の異なる物体の境界面で 反射した散乱波を受信する。ここでは、メタンガス及びメタンハイドレードの混合物 3と 海水との境界面で反射した散乱波を受信する。そして、振動子 1は、散乱波の音圧 から電圧信号に変換する。
[0024] 送受切り替え部 14は、送信及び受信の切り替えを行う。
[0025] 受信信号増幅部 16は、送受切り替え部 14から出力された電圧信号を増幅する。
[0026] 解析部 17は、送信した音波及び受信した散乱波によって計算された散乱強度 SV が所定の関係である場合、混合物 3の直下の海底にメタンノヽイドレード 4があると判断 する。ここで、「散乱強度」とは、海水とは異なる密度の物体の単位体積あたりの散乱 波の強さをいう。散乱強度 Sv(dB)は、式（1)、式（2)によって与えられる（例えば、海 洋音響 基礎と応用 海洋音響研究会 1984年 P80〜85参照)。
[0027] sv=Is/li · · ·式（1)
SV= 101ogsv · · ·式（2) ここで、 Iiは入射する平面波音波の強さ、 Isは単位体積の物体の音響中心力 単位 距離における散乱波の強さを示す。
[0028] 混合物 3は、図 2に示すように、柱状である。解析部 17は、海底力も所定の高さまで の範囲において、混合物 3を深さ方向に所定の幅で輪切りにしたグリッドにおける、 散乱強度 SVの最大値、平均値、最小値を計算する。
[0029] 具体的には、解析部 17は、上記グリッドにおける散乱強度 SVの最大値力 60
〜一 30dBであり、平均値が、ー70〜ー50(18でぁる場合に、その直下の海底にメタ ンノ、イドレード 4が存在すると判断する。この条件にカ卩え、最小値力 90dB以上で ある場合に、その直下の海底にメタンノ、イドレード 4が存在すると判断してもよい。
[0030] 又、解析部 17は、混合物 3において、海底直上から 100m以内に、 45〜一 30d
Bの大き ヽ散乱強度 SVを有する場合、特にメタンハイドレード 4が存在する可能性が 高いと判断する。これは、密度の濃いメタンガス、あるいは、メタンハイドレードの結晶 で、超音波が散乱するためである。
[0031] 表示部 18は、図 3に示すように、所定の散乱強度を有する混合物 3の輪郭を可視 化して表示する。表示部 18とは、例えば、モニタなどの画面を指し、液晶表示装置（
LCD)、発光ダイオード（LED)パネル、エレクト口ルミネッセンス（EL)パネル等が使 用可能である。又、表示部 18はプリンターなどでも構わない。
[0032] 又、表示部 18は、図 4に示すように、海底面の輪郭を表示することも可能である。
[0033] 尚、図示してはいないが、本実施の形態に係る海底資源探査システムは、解析処 理をさせるためのプログラムを保存するプログラム保持部を備えて 、ても良 、。プログ ラム保持部は、 RAM等の内部記憶装置を用いても良ぐ HDや FD等の外部記憶装 置を用いても良い。
[0034] (海底資源探査方法）
次に、本実施形態に係る海底資源探査方法について、図 5を用いて説明する。
[0035] まず、ステップ S101において、正弦波発生部 11は、正弦波を発生させる。
[0036] 次に、ステップ S102において、パルス幅切り替え部 12は、正弦波を送信する際の パルス幅を指定する。次に、送信信号増幅部 13は、正弦波発生部 11から入力され た信号を増幅し、送受切り替え部 14は、送信へ切り替える。 [0037] 次に、ステップ S103において、振動子 1は、増幅された電圧信号を音圧に変換し、 音波として、所定の等価ビーム幅 Ψで海中へ送信する。そして、ステップ S 104にお いて、振動子 1は、音波が海水中に存在する、メタンガス及びメタンノ、イドレードの混 合物 3と海水との境界面で反射した散乱波を受信する。振動子 1は、散乱波の音圧 から電圧信号に変換する。
[0038] 次に、送受切り替え部 14は、受信へ切り替える。次に、受信信号増幅部 16は、送 受切り替え部 14から出力された電圧信号を増幅する。
[0039] 次に、ステップ S105において、解析部 17は、送信した音波及び受信した散乱波か ら散乱強度 SVを計算する。そして、ステップ S106において、計算された散乱強度 S Vが所定の関係である場合、混合物 3の直下の海底にメタンノ、イドレード 4があると判 断する。当該所定の関係とは、海底力も所定の高さまでの範囲において、混合物 3を 深さ方向に所定の幅で輪切りにしたグリッドにおける、散乱強度の最大値が— 60〜 一 30dBであり、散乱強度の平均値が一 70〜一 50dBであることを満たす関係である
[0040] 次に、表示部 18は、散乱強度を可視化して表示する。
[0041] (作用及び効果）
本実施形態に係る海底資源探査システム及び海底資源探査方法によると、海中へ 音波を送信し、音波が海水中に存在する、メタンガス及びメタンハイドレードの混合 物と海水との境界面で反射した散乱波を受信する振動子 1と、送信した音波及び受 信した散乱波によって計算された散乱強度が所定の関係である場合、混合物 3の直 下の海底にメタンノ、イドレードがあると判断する解析部 17を備えることにより、信頼性 が高ぐ安価に海底資源を探査することができる。
[0042] 又、解析部 17は、海底カゝら所定の高さまでの範囲において、混合物 3を深さ方向 に所定の幅で輪切りにしたグリッドにおける、散乱強度の最大値が— 60〜― 30dB であり、散乱強度の平均値が— 70〜― 50dBである場合、物体の直下の海底に資源 があると判断することができる。これは、メタンノ、イドレードからガスが湧き出る場合、 その組成から、このような散乱強度を有するためと考えられる。
[0043] 更に、解析部 17が判断に用いる所定の条件として、上記所定の高さは、 300mで あり、上記所定の幅は、 20〜： LOOmであることが好ましい。
[0044] 又、散乱強度を可視化して表示する表示部 18を更に備えることにより、海底資源が 存在する場所、海底資源を起源とする物体を視覚的に捉えることができ、多くの費用 と時間をかけずに効率的に海底資源を探査することができる。
[0045] 更に、解析部 17は、海底直上から 100m以内に、物体が 45〜一 30dBの散乱強 度を有する場合、物体の直下の海底に資源があると判断することができる。これは、 密度の濃いガス、あるいは、ガスハイドレードの結晶で超音波が散乱するためである と考えられる。
実施例
[0046] 以下に、本発明を実施例により更に詳しく説明するが、本発明はこれらの例によつ てなんら限定されるものではな 、。
[0047] 本発明者らは、本発明に係る海底資源探査システムを用いて、日本海において、メ タンハイドレードの探査を行った。この探査は、 1886tの船によって行い、既存の魚 群探知機を用いて行った。
[0048] 図 6は、観察エリアの 3次元マップである。船のインターバルは、 0. 05nmi.であり、 そのスピードは、 3ktであった。観測の航行路を図 7に示す。
[0049] 海底資源探査システムとしては、図 1に示すものを用いた。具体的には、計量魚群 探知機、 KFC3000 (カイジョー製)を用いた。周波数は、 38kHzであり、等価ビーム 幅 Ψは、—19. ldBであった。
[0050] 図 8は、 GPSからの位置データと共に、計量魚群探知機を使用して、柱状に広がる メタンガス（以下において、「メタンプルーム」という。）をマッピングしたものである。
[0051] 発明者らは、エコーグラムにおいて、直径約 100m、高さ力 200m〜700m、海面 下 600〜300mに届く、 36プルームを測定した。そして、 GPSからの位置データと共 に、計量魚群探知機を使用して、所定の速力で航走しながら 4秒おきにメタンプル一 ムを測定した（図 9〜 12)。
[0052] 図 9〜12は、メタンプルームのエコーグラムである。縦軸は、振動子 1の表面、言い 換えると、船底からの距離である。横軸は、船の航海距離である。
[0053] 図 9〜12において、画面下の太いラインが海底面を表す。図 11は、図 14に示すこ ぶし大のメタンハイドレードが発見された場所に対応するメタンプルームを示す。
[0054] 図 9は、潮の流れによって、水深 600m付近で北方向に傾斜するプルームを示す。
このときの船の速度は、 3ノットであった。
[0055] 図 10は、水深 300〜350m地点にあるプルーム（左側から 2番目）を示す。この先 端は、膨らんでいるが、これは、この深さ付近で水温が急に高くなる力 である。
[0056] 図 11は、メタンハイドレードの固まりを発見した場所のプルームを示す。このときの 船の速度は、 0. 3ノットであった。
[0057] 図 12は、 CTD測定を行ったプルームを示す。このとき、船はエンジンを停止してい た。
[0058] 図 13は、図 12のプルーム 1、 2、 3を観察する間の航跡である。中央の太線（Plum 1 startと示された部分）は、プルーム 1の超音波データを測定したとき、上部の太線 (P1 um 2 startと示された部分）は、プルーム 2の超音波データを測定したとき、下部の太 線 (Plum 3 startと示された部分）は、プルーム 3の超音波データを測定したときの航 跡である。図 13のグリッド線は、 30mX 30mである。
[0059] 図 12において、 3つのプルームのエコーグラムを比較すると、これらは、 1つのプル ームの異なる場所を表現して ヽることが分かる。
[0060] 海底の水の温度は、異常に低い温度、 CTDを用いて測定した際、 0. 25°Cであつ た。
[0061] 本発明者らは、それぞれのメタンプルームからの散乱強度 SVを計算した。プル一 ムの散乱強度 SVは、積分層幅を 100m、積分間隔を 1分として、計量魚群探知機の 一部である積分機能を用いて計算した。具体的には、柱状のプルームを 100m毎に 一定幅で輪切りにし (この輪切りにした部分を「グリッド」という。）、グリッド毎に散乱強 度 SVを計算した。プルームの散乱強度 SVの値は、表 1に示すとおりである。
[表 1]
Figure imgf000010_0001
図 15において、縦軸は、散乱強度 SV(dB)を示し、横軸は、船底力もの距離 (m) を示す。下から 1番目の太線は、図 12の左側から 1番目のプルーム 1の平均散乱強 度 SVを示し、上から 1番目の太線は、図 12の右側から 2番目のプルーム 2の平均散 乱強度 SVを示し、下から 2番目の太線は、図 12の右側から 1番目のプルーム 3の平 均散乱強度 SVを示し、上から 2番目の太線は、すべてのプルームの平均値を示す。
[0063] 図 15に示すように、平均散乱強度 SVは、プルームの下部から中間にかけて最も高 い値を示すのに対し、プルームの上部では比較的低い値を示す。又、平均散乱強度 SVは、海底力 海面下 700mの範囲ではバラツキが少ないのに対し、海面下 700m 以上の範囲では、それぞれのプルームに対して異なる値をとる。このことは、海底から 海面下 700mの範囲では、メタンガスの密度が比較的一定であり、海面に向かってだ んだんとガスが減って 、くことが分かる。
[0064] 図 15において、プルーム 2の平均散乱強度 SVは、プルーム 1はプルーム 3に比べ 高い。上述したように、これらの 3つのプルームは、 1つのプルームを表している。プ ルーム 2を測定した航跡は、このプルームの中央を航行し、プルーム 1及びプルーム 3を測定した航跡は、このプルームの端を航行して 、るものと考えられる。
[0065] (結果）
本発明者らは、メタンプルームをマッピングし、エコーグラムにおいて、直径約 100 m、高さ力 S200m〜700m、海面下 600〜300mに届く、 36プノレームを ¾J定した。
[0066] 又、本発明者らは、それぞれのプルームの散乱強度 SVを計算した。その散乱強度 SVは、表 1に示すとおりであった。即ち、海中のデータを解析することにより、海底か ら所定の高さまでの範囲にぉ 、て、混合物を深さ方向に所定の幅で輪切りにしたダリ ッドにおける、散乱強度の最大値が、 54〜一 35dBであり、散乱強度の平均値が、 65〜一 63dBである場合、このプルームの直下の海底に資源があることが分かつ た。
[0067] 又、上記所定の高さは、 300mであり、上記所定の幅は、 20〜： LOOmであった。即 ち、海底から 300mまでの範囲において、混合物を深さ方向に 20〜： LOOmで輪切り にしたグリッドにおける、散乱強度の最大値及び平均値を計算することにより、直下の 海底にメタンノヽイドレードがあることが分力つた。これは、表 1の「(海底までの深さ） - (積分層の平均深度）」力も上記所定の高さが 300mであることが、表 1の「積分層の 厚さ」から上記所定の幅が 20〜： LOOmであること力 確認できる。 [0068] 更に、当該プルームの測定結果を詳細に解析すると、表 2に示す結果が得られた [表 2]
Figure imgf000012_0001
水深は 896.1 m
[0069] 即ち、海底から 100m以内の積分層の中に、 44〜一 36dBの強い散乱強度を有 していた。よって、このようなプルームの直下の海底に資源があることが分かった。
[0070] 又、平均散乱強度 SVは、プルームの下部から中間にかけて最も高い値を示すの に対し、プルームの上部では比較的低 、値を示した。
[0071] 又、本発明者らカ タンプルームを観察した場所から、メタンハイドレードが発見さ れた。
[0072] これらの結果から、本実施形態に係る海底資源探査システム及び海底資源探査方 法は、メタンノヽイドレードの埋蔵場所を知るのに効果的であることが分力つた。
産業上の利用の可能性
[0073] 以上のように、本発明に係る海底資源探査システム及び海底資源探査方法は、海 底に埋蔵されたメタンハイドレードを探査する作業に対して有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 海中へ音波を送信する送信部（1)と、
前記音波が海水中に存在する、メタンガス及びメタンノヽイドレードの混合物と海水と の境界面で反射した散乱波を受信する受信部（1)と、
前記送信した音波及び前記受信した散乱波によって計算された散乱強度が所定 の関係である場合、前記混合物の直下の海底にメタンノ、イドレードがあると判断する 解析部（17)とを備え、
前記所定の関係とは、海底力 所定の高さまでの範囲において、前記混合物を深 さ方向に所定の幅で輪切りにしたグリッドにおける、散乱強度の最大値が— 60〜― 3 OdBであり、散乱強度の平均値が― 70〜― 50dBであることを特徴とする海底資源 探査システム。
[2] 前記所定の高さは、 300mであり、
前記所定の幅は、 20〜： LOOmであることを特徴とする請求項 1に記載の海底資源探 查システム。
[3] 海中へ音波を送信する送信するステップと、
前記音波が海水中に存在する、メタンガス及びメタンノヽイドレードの混合物と海水と の境界面で反射した散乱波を受信するステップと、
前記送信した音波及び前記受信した散乱波によって計算された散乱強度が所定 の関係である場合、前記混合物の直下の海底にメタンノ、イドレードがあると判断する 解析するステップとを含み、
前記所定の関係とは、海底力 所定の高さまでの範囲において、前記混合物を深 さ方向に所定の幅で輪切りにしたグリッドにおける、散乱強度の最大値が— 60〜― 3 OdBであり、散乱強度の平均値が― 70〜― 50dBであることを特徴とする海底資源 探査方法。
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