(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底に設置される複数の音響送受信手段と、
音響送受信手段による音の送受信の情報に基づいて海水密度の変化が生じている領域を導出する導出手段と、
導出された領域の海底に移動する水中移動手段と、
水中移動手段に備えられ海水密度の変化の状況を検出する検出手段とを備えた
ことを特徴とする海底湧水状況検出システム。
【請求項２】
請求項１に記載の海底湧水状況検出システムにおいて、
検出手段は、海水の温度を検出する温度センサー、海水の水素イオン指数を検出するｐＨセンサー、海水のラドン由来のγ線を検出するラドンセンサーのいずれか一つ以上のセンサーを備えた
ことを特徴とする海底湧水状況検出システム。
【請求項３】
請求項１に記載の海底湧水状況検出システムにおいて、
検出手段は、海水を採取して採取された海水の状況を分析する分析手段である
ことを特徴とする海底湧水状況検出システム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の海底湧水状況検出システムにおいて、
水中移動手段は無人潜水機であることを特徴とする海底湧水状況検出システム。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の海底湧水状況検出システムにおいて、
海水密度の変化が生じている領域は、湧水が生じている領域であり、陸上からの地下水の流出状況を把握することを特徴とする海底湧水状況検出システム。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の海底湧水状況検出システムにおいて、
海水密度の変化が生じている領域は、二酸化炭素海底下地層貯留により貯留された二酸化炭素が海底下地層に存在する領域であり、貯留二酸化炭素の漏洩の状況を把握することを特徴とする海底湧水状況検出システム。
【請求項７】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の海底湧水状況検出システムにおいて、
海水密度の変化が生じている領域は、海底熱水活動が生じている領域であり、熱水プルームの拡散状況を把握することを特徴とする海底湧水状況検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底からの湧水・噴出水、漏れ流体湧などの状況を効率よく検出するための湧出流体を効率よく検出するための海底湧水状況検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
海底などから湧き出る湧水中におけるラドンなどの放射線（γ線）の検出を行うことが地下水系などによる環境に対する影響把握や、地震や火山噴火の前兆現象の観測につながり有用である。また、例えば、二酸化炭素海底下地層貯留により隔離された二酸化炭素の漏洩の場所を特定することは、環境変化の把握につながり有用である。
【０００３】
更に、活動的な海底地殻で起こっている海底熱水活動では、地球内部の物質が熱水として海洋底から放出され、熱水プルームとなって海洋深層に拡散する。この拡散の挙動を観測することは、その中で発生している物理的・化学的な諸反応や微生物活動、それらが海洋に及ぼす影響について解明されることになり、熱水の噴出場所を特定することは有用である。
【０００４】
このように、海底からの湧水や噴出水などの状況、即ち、湧水・噴出場所の特定、湧水や噴出水に含まれる物質の特定などを検出することは、地球環境などの影響や地殻変動などの予測などにつながるものであり、効率よく状況を検出する技術の実現が望まれているのが実情である。
【０００５】
海底の湧水・噴出水の把握を行う場合、潜水艇や調査ロボットなど、海中での作業を行う作業機（例えば、特許文献１参照）を用い、海底の湧水や噴出水の状況を調査することが考えられる。しかし、湧水や噴出水の場所の特定に関しては経験則などにより行なわれているのが現状である。
【０００６】
また、二酸化炭素の回収・貯留技術（ＣＣＳ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｃａｐｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｓｔｏｒａｇｅ）では二酸化炭素海底下地層貯留などのように種々提案されているが（例えば、特許文献２参照）、湧水や噴出水の場合と同様に、海底地下層からの二酸化炭素の漏れ場所の特定に関しては確立された技術が存在していないのが現状である。また、ラドンなどの放射線（γ線）の検出に関しても、海底の湧水・噴出水または漏水の場所を特定して検出を行う技術は確立されていないのが現状である。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１８０３９３号公報
【特許文献２】特開２０００−７０７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、海底からの湧水・噴出水などの場所の特定をはじめとして物質の特定など、湧水・噴出水の状況を効率よく把握することができる海底湧水状況検出システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の海底湧水状況検出システムは、海底に設置される複数の音響送受信手段と、音響送受信手段により海水密度の変化が生じている領域を導出する導出手段と、導出された領域の海底に移動する水中移動手段と、水中移動手段に備えられ海水密度の変化の状況を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に係る本発明では、複数の音響送受信手段により音の送受信を行い、音の送受信状態に基づいて導出手段により海水の密度の変化がある範囲を導出し、密度変化が生じている領域に移動手段を移動させて検出手段により海水密度の変化の状況を直接検出する。
【００１１】
そして、請求項２に係る本発明の海底湧水状況検出システムは、請求項１に記載の海底状況検出システムにおいて、検出手段は、海水の温度を検出する温度センサー、海水の水素イオン指数を検出するｐＨセンサー、海水のラドン由来のγ線を検出するラドンセンサーのいずれか一つ以上のセンサーを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る本発明では、温度センサーを用いることで、湧水や噴出水、漏れ出た流体を熱水・冷水として検出することができ、ｐＨセンサーを用いることで、湧水や噴出水、漏れ出た流体に二酸化炭素が含まれるか否かとして検出することができ、ラドンセンサーを用いることで、湧水や噴出水、漏れ出た流体にラドンが含まれるか否かとして検出することができる。
【００１３】
また、請求項３に係る本発明の海底湧出状況検出システムは、請求項１に記載の海底湧出状況検出システムにおいて、検出手段は、海水を採取して採取された海水の状況を分析する分析手段であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る本発明では、湧水や噴出水、漏れ出た流水と共に海水を採取し、分析手段により、含まれる物質を分析することができる。また、検出手段として、密度の変化する場所を撮影する撮影装置を用いることも可能である。
【００１５】
また、請求項４に係る本発明の海底湧水状況検出システムは、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の海底湧水状況検出システムにおいて、水中移動手段は無人潜水機であることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る本発明では、無人潜水機により遠隔操作で密度の変化する場所に検出手段を移動させることができる。無人潜水機は、有索の無人潜水機または無索の無人潜水機を適用することができる。
【００１７】
また、請求項５に係る本発明の海底湧水状況検出システムは、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の海底湧水状況検出システムにおいて、海水密度の変化が生じている領域は、湧水が生じている領域であり、陸上からの地下水の流出状況を把握することを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る本発明では、湧水が生じている領域を導出し、湧水が生じている領域に移動手段を移動させて検出手段により海水密度の変化の状況を直接検出して陸上からの地下水の流出状況を把握する。
【００１９】
また、請求項６に係る本発明の海底湧水状況検出システムは、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の海底湧水状況検出システムにおいて、海水密度の変化が生じている領域は、二酸化炭素海底下地層貯留により貯留された二酸化炭素が海底下地層に存在する領域であり、貯留二酸化炭素の漏洩の状況を把握することを特徴とする。
【００２０】
請求項６に係る本発明では、二酸化炭素が海底下地層に存在する領域での海水密度の変化の状況を検出し、海水密度の変化が生じている場所に移動手段を移動させて貯留二酸化炭素の漏洩の状況を直接検出して把握する。
【００２１】
また、請求項７に係る本発明の海底湧水状況検出システムは、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の海底湧水状況検出システムにおいて、海水密度の変化が生じている領域は、海底熱水活動が生じている領域であり、熱水プルームの拡散状況を把握することを特徴とする。
【００２２】
請求項７に係る本発明では、海底熱水活動が生じている領域での海水密度の変化の状況を検出し、海水密度の変化が生じている場所に移動手段を移動させて熱水プルームの拡散状況を直接検出して把握する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の海底湧水状況検出システムは、海底からの湧水・噴出水などの場所の特定をはじめとして物質の特定など、湧水・噴出水の状況を効率よく把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１には本発明の一実施形態例に係る海底湧水状況検出システムの全体状況を表す概念、図２には音響送受信手段（海中音響装置）の外観、図３には無人潜水機（ＲＯＶ）の外観を示してある。本実施形態例では、例えば、熱水の噴出が予測される海域における熱水の噴出位置及び熱水に含まれる二酸化炭素やラドンなどの物質を検出する場合を想定して説明してある。
【００２５】
本実施形態は、検出の領域として、湧水が生じている領域で、陸上からの地下水の流出状況を検出する場合や、海底熱水活動が生じている領域で、熱水プルームの拡散状況を検出する場合を想定することが可能である。
【００２６】
図１に示すように、流体の湧出が予想される海域の海底には複数（図示例では５個）の検出体としての海中音響装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅが設置され、それぞれの海中音響装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅは絶対位置及び互いの相対位置がＧＰＳなどで把握された状態で設置されている。流体の湧出が予想される海域としては、例えば、海底の割れ目１５や断層に沿った部位が挙げられ、割れ目１５を跨ぐように海中音響装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅが設置される。
【００２７】
図２に示すように、海中音響装置１は送受信機２を備えた音源が容器３の内部に設けられ、容器３には制御機器、各装置の送信時刻を同期させる同期手段、電源装置などが設けられている。そして、容器３は枠体４に固定され、容器３に収納された海中音響装置１は送受信機２を上にした状態で（３６０度の範囲での送受信が可能な状態で）枠体４を介して海底に設置されるようになっている。
【００２８】
また、図１に示すように、海底には中継制御手段５が設置され、中継制御手段５には海中音響装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅの制御機器が接続されている。中継制御手段５は海中音響装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅの制御機器との間でデータや動作指令の送受信が行なわれる。中継制御手段５は通信ケーブル６を介して母船７の中央制御装置８に接続され、海中音響装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅの動作指令が母船７の中央制御装置８から送信されると共に、海中音響装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅからのデータ情報が母船７の中央制御装置８に送られる。
【００２９】
一方、海中音響装置１が設置された海域には移動手段としての無人潜水機１１が配され、図３に示すように、無人潜水機１１には検出手段としての温度センサー１２、ｐＨセンサー１３、ラドンセンサー１４が備えられている。無人潜水機１１は、適用海域などに応じて自走式の潜水艇や有索潜水艇などが適宜選択される。また、移動手段として有人潜水艇を用いることも可能である。
【００３０】
温度センサー１２により海水の温度が検出され、噴出する熱水の温度が検出され、ｐＨセンサー１３により噴出する熱水中の水素イオン指数が測定されて二酸化炭素が検出される。また、ラドンセンサー１４によりラドン由来のγ線が検出され、地殻変動の状況を類推する指標として用いることができる。ラドンセンサー１４としては、プラスチックシンチレータなどを適用することができる。
【００３１】
尚、検出手段としては、湧水、噴出水、漏れ流体など、検出する状況に応じて適宜選択されるものである。また、検出手段として撮像装置や取水装置を備えることも可能であり、画像を通して湧水、噴出水、漏れ流体などを目視して状況を検出したり、取水装置で直接取水したものを分析手段で分析して状況を検出することも可能である。
【００３２】
５個の海中音響装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅは、同時刻に送受信機２から他の４個の装置に音が発せられ、他の４個の装置からの音を送受信機２で受信する。この時、送受信の時間の差を各装置に対してそれぞれ検証し、海水の密度に変化が生じている場所の領域を特定する（導出手段）。
【００３３】
即ち、図１に示すように、海底の割れ目１５から流体が湧出している箇所１６ａ、１６ｂが存在する場合、流体による海水の温度変化、塩分変化、液体の物性変化などにより海水密度に変化が生じる。このため、海水の密度が変化し海中音響装置１ａ、１ｃの間での音の送受信の伝播時間に差が生じ、更に、海中音響装置１ｂ、１ｅの間での音の送受信の伝播時間に差が生じ、時間差の状況を解析することにより噴出箇所１６の位置を特定することができる。また、海中音響装置１ｂ、１ｄの間での音の送受信の伝播時間に差が生じ、更に、海中音響装置１ｃ、１ｅの間での音の送受信の伝播時間に差が生じ、時間差の状況を解析することにより噴出箇所１６の位置を特定することができる。
【００３４】
海中音響装置１での送受信の情報は中継制御手段５を介して母船７の中央制御装置８に送られ、海中音響装置１の音の伝播情報が解析されて流体が噴出している箇所１６ａ、１６ｂが特定される（導出手段）。箇所１６ａ、１６ｂが特定されると、中央制御装置８から無人潜水機１１に移動指令が出力され、無人潜水機１１が噴出箇所１６の近傍に移動する。
【００３５】
無人潜水機１１に備えられた温度センサー１２、ｐＨセンサー１３、ラドンセンサー１４により噴出箇所１６から噴出する熱水中の物質の状況を測定し、例えば、熱水に含まれる二酸化炭素やラドンなどの物質の状況を検出する。検出された状況は、中央制御装置８に送られて母船７で集中管理される。
【００３６】
従って、上述した海底状況検出システムを用いることにより、海底からの湧水・噴出水などの場所の特定をはじめとして二酸化炭素やラドンなどの物質の特定、湧水・噴出水の温度（熱水・冷水）などの状況を効率よく検出することができる。
【００３７】
尚、中継制御手段５は、母船７や基地などの中央制御装置につながれて情報の授受を行うが、中継制御手段５や海中音響装置１に大容量の電源を搭載し、ケーブルなどによる接続を行なわずに無線通信により地上や母船７側と情報の授受を行うことも可能である。
【００３８】
また、陸上局につながれる既設の海底ケーブルから分岐装置などによりケーブルを分岐させ、中継制御手段５や海中音響装置１と接続することも可能である。これにより、分岐したケーブル及び既設の海底ケーブルを用いて、陸上から電源の供給を行ったり、陸上の基地局との間でデータ情報の授受を行うことができる。
【００３９】
上述した実施形態例は、熱水の噴出が予測される海域における熱水の噴出位置及び熱水に含まれる二酸化炭素やラドンなどの物質を検出する場合を例に挙げて説明したが、二酸化炭素海底下地層貯留により隔離された貯留二酸化炭素の漏洩場所や量を検出する場合にも適用することができる。
【００４０】
図４に基づいて二酸化炭素海底下地層貯留により隔離された貯留二酸化炭素の漏洩場所の把握を行う状態を説明する。図４には二酸化炭素海底下地層貯留に海底湧水状況検出システムを適用した状態の全体状況を表す概念を示してある。尚、図１に示した構成要素と同一要素には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４１】
図に示すように、例えば、発電設備５１から排出される二酸化炭素は分離回収され、パイプライン５２により沿岸海域の海底下地層の帯水層５３に圧入されて海底下の地層（帯水層５３）に隔離される。二酸化炭素は、海底の坑口から圧入されたり、海洋施設（海上プラットホーム）の海上坑口から圧入されることもある。
【００４２】
二酸化炭素が隔離された帯水層５３の上部の海底には複数の海中音響装置１が設置され、それぞれの海中音響装置１は絶対位置及び互いの相対位置がＧＰＳなどで把握された状態で設置されている。海底の割れ目などから貯留二酸化炭素が海中に漏れ出すと、前述同様に、海水の密度が変化し海中音響装置１の間での音の送受信の伝播時間に差が生じ、時間差の状況を解析することにより貯留二酸化炭素の漏洩場所を特定することができる。
【００４３】
二酸化炭素海底下地層貯留では、二酸化炭素を隔離した領域がある程度限られているので、複数の海中音響装置１同士を通信ケーブルで接続すると共に、複数の海中音響装置１を通信ケーブルにより母船７の中央制御装置に接続することも可能である。複数の海中音響装置１同士を通信ケーブルで接続すれば、通信ケーブルを介して送受信動作の指令を一斉に行うことができ、時刻を容易に同期させることが可能になる。このため、同期手段を設ける必要がなくなる。
【００４４】
本発明の海底湧水状況検出システムで、極めて広い範囲の海域における湧水や噴出水、漏洩流体の場所の特定や検出を行う場合、複数の海中音響装置にデータの記憶手段を備え、所定期間におけるデータを別途解析して場所を特定し、移動手段により湧水や噴出水、漏洩流体を検出することも可能である。また、熱水の噴出が予測される海域、二酸化炭素海底下地層貯留の領域、極めて広い範囲の海域に限らず、日、週、月、年の単位で海底の状況（湧水や噴出水、漏洩流体の場所や量）を検出して不連続な経時変化を検出することも可能である。
【００４５】
このように、海底からの湧水・噴出水などの場所の特定をはじめとして二酸化炭素やラドンなどの物質の特定、湧水・噴出水の温度（熱水・冷水）などの状況を効率よく検出することができるので、地球環境などの影響の把握や地殻変動などの予測などの技術への適用に容易につなげることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、海底からの湧水・噴出水などの状況を効率よく検出するための海底湧水状況検出システムの産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態例に係る海底状況検出システムの全体状況を表す概念図である。
【図２】音響送受信手段（海中音響装置）の外観図である。
【図３】無人潜水機（ＲＯＶ）の外観図である。
【図４】二酸化炭素海底下地層貯留に海底状況検出システムを適用した状態の全体状況を表す概念図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  海中音響装置
２  送受信機
３  容器
４  枠体
５  中継制御装置
６  通信ケーブル
７  母船
８  中央制御装置
１１  無人潜水機
１２  温度センサー
１３  ｐＨセンサー
１４  ラドンセンサー
５１  発電設備
５２  パイプライン
５３  帯水層
【図１】
0005030098.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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