合成開ロソナーを用いた海底熱水噴出域のマッピング Ocean bottom survey with synthetic aperture sonar around hydro-thermal vents




    • 澤 隆雄 SAWA Takao
    • 独立行政法人海洋研究開発機構 Japan Agency for the Marine-Earth Science and Technology
    • 八木原 寛 YAKIHARA Hiroshi
    • 鹿児島大学大学院理工学研究科附属南西島弧地震火山観測所 Nansei-Toko Observatory for Earthquakes and Volcanoes, Faculty of Science, Kagoshima University


 音波を用いた水中でのリモートセンシング装置であるソナーは, 日本では魚群探知機として広く普及しており, また海底地形の作成において必須の装置である。合成開口ソナーは従来のソナーより何十倍も性能が高く, 近年の資源問題への関心の高まりから海洋資源探査等への活用が期待されている。  筆者らは熱水噴出域等での海底探査を見据え, 中性浮力曳航体に合成開口ソナーを搭載した探査システムを開発した。このシステムに搭載する合成開口ソナーは指向性の広い音波を送信し, ソナーの動揺に合わせて電気的に受信アレイの指向性を変更し, 受信アレイを安定させる。また信号処理過程においてsinc関数のピーク値を高速に演算する手法を用いて, 100倍以上高速に処理を実行できる。中性浮力曳航体は浮力材を用いることで水中重量を0kgとし, かつ曳航索の途中にデプレッサ (おもり)を取り付けることで母船動揺による曳航索の張力変動を吸収し, 曳航体の姿勢を安定させる。曳航索にはイーサネット線が入っており, 生のソナーデータを母船に送信する事が可能で, ソナー画像を確認しながらソナーに設定変更の指示を送る事ができる。このシステムを筆者らは「響竜」と名付けた。  この「響竜」を用いて2010年10月, 鹿児島湾北部の若尊カルデラ内の熱水噴出域の探査を実施した。約7km2の海底面を探査した結果, これまでの潜航調査で確認された範囲よりも広範囲に熱水噴出域が存在している事が確認された。サツマハオリムシの生息域であるマウンドの部分では, 熱水噴出に伴って立ち上るフィラメント状の音波反射を明瞭に捉え, 付近に露岩や生物生息域と考えられる地形を検出することができた。またカルデラ最深部である約200mの海底では, 熱水兆候を伴う海底の起伏に加え, 熱水噴出兆候がみられない箇所にも過去の熱水噴出域とも考えられる地形を多数確認した。

 A sonar, a kind of remote-sensing device with sonic wave in water, have been used in fishery for over 60 years. Sonars are essential devices to survey ocean bottom and generate the ocean bottom map. A synthetic aperture sonar has performance over several times higher than conventional sonar, so we expect the synthetic aperture sonar to be applied in surveying natural resources at ocean bottom.  We developed a neutral buoyancy tow-fish as a stable platform equipped with synthetic aperture sonar for ocean resource survey. In the system, the synthetic aperture sonar sends wide sonic pulses and receives its echoes compensating the sonar motion, by changing the array directivity. The phase errors are minimized by the compensation. And we propose a calculating method to acquire a peak of amplitude in a sinc function from two sampled data near the peak. It enables a decimation of the recorded data after the pulse compression, keeping a resolution of sonar image and compensating a sonar motion. Synthetic aperture process can be done over 100 times faster with this methods than without it. The tow-fish is neutral buoyancy by using floats, and has a depressor that prevents mother ship's rock propagating to the tow-fish by the tow-line. An Ether line is within the ROV cable or the towline of the tow-fish. So the sonic signals are transferred to the mother ship immediately, and we can look ocean bottom on real time. Besides, the sonar conditions are checked and the sonar parameters are changed at any time. We named the surveying system Kyouryuu.  The survey of 7 km2 ocean bottom was conducted in the Wakamiko Caldera in Kagoshima Bay, October. In the survey, existence of more hydro-thermal vents than we previously confirmed was revealed. Filament-like reflections of sonar signals were detected in the east side of the 100-m sea mound. The images depicted rocks and rugged topography which are considered to be suitable for tubeworm habitation. At the caldera floor, topographic relief patterns apparently distinguishable from the surrounding muddy sediments were identified even in areas absent of the filament-like reflections. This indicates a possible change of hydrothermally active sites over the course of time.


  • 物理探査

    物理探査 64(4), 279-289, 2011-08-01

    社団法人 物理探査学会

参考文献:  18件中 1-18件 を表示


  • 本文言語コード
  • 資料種別
  • ISSN
  • NDL 記事登録ID
  • NDL 請求記号
  • データ提供元
    CJP書誌  NDL  J-STAGE