淺地層剖面儀在海底管線調查中應注意的問題

摘 要：文章簡單介紹了淺地層剖面儀的工作原理，結合工程實例探討淺地層剖面儀Edgetech-3200XS在海底管線調查中的安裝、使用及注意事項，剖析數據處理過程中存在的問題，并且提出一些可行的方法進行偏移改正，減小測量誤差，最終獲取管道的精確位置與埋深狀況，對淺地層剖面儀在海底管線調查中的應用具有非常重要的意義。

關鍵詞：淺地層剖面儀；海底管線；計劃測線；偏移

淺地層剖面儀探測作為海底管線調查中的一種重要調查手段，可以準確、高效地查明海底管線的位置及掩埋狀況，十分便利。

1 淺地層剖面儀的工作原理

淺地層剖面儀是利用回聲測深原理設計的，換能器按一定開角、特定的時間間隔垂直海底向下發射一聲脈沖，聲脈沖穿過海水觸及海底以后，一部分聲能反射返回換能器；另一部分聲能繼續向地層深層傳播，同時回波陸續返回，聲波傳播的聲能逐漸損失，直到聲波能量損失耗盡為止，如圖1為聲脈沖在三種介質中傳播示意圖。

通常將衡量聲脈沖反射強度的變量稱為反射系數，也稱波阻抗，反射系數R的數學表達式為：

R=■=■ （1）

式中，R為反射系數（波阻抗），ρ1、V1為第一種介質的密度和聲波傳播速度；ρ2、V2為第二種介質的密度和聲波傳播速度。

由式（1）中可知，反射系數的大小取決于界面兩側的物質是否存在著較大的差異。因此，回波信號經接收處理后，在淺地層剖面儀終端顯示器會反映出灰度較強的剖面界面線，從而可以辨別海底管線在海床中的埋設位置。

圖1 聲脈沖在三種介質中傳播示意圖

圖2 儀器設備安裝示意圖

2 工程實例

文章以渤海灣某條海底管線調查項目為工程實例，調查所使用的管線探測儀器為美國EdgeTech公司生產的3200XS淺地層剖面儀系統，采用的是全頻譜Chirp技術，是一種高分辨率寬帶調頻（FM）的淺地層剖面儀系統，可廣泛用于海底管線探測、地質調查等。

2.1 設備安裝及使用

淺地層剖面儀EdgeTech-3200XS采用側舷懸掛式安裝的方式，數據采集軟件為Discover-Sub-bottom，頻率范圍為2～16KHz，脈沖范圍選擇2～15KHz，穿透深度需要根據測區的地質環境而定。作業過程中，GPS可安裝在盡量靠近淺地層剖面儀拖魚的位置，以減小測量誤差；測量船須垂直管線路由沿布設的計劃測線進行探測，船速控制在3～4kn。如圖2所示為儀器設備的安裝示意圖。

2.2 外業調查注意事項

外業調查過程中應注意以下事項：（1）GPS天線的安裝位置非常重要，要盡量選擇靠近淺地層剖面儀拖魚的工作位置處安裝，可以減小數據處理過程中儀器偏移帶來的誤差；（2）倘若GPS天線安裝在淺地層剖面儀拖魚的工作位置時，恰好受到船舶舵樓的干擾，影響了GPS的差分信號，則須調整GPS天線的安裝位置，保證GPS的差分信號，提高測量精度；（3）測量過程中必須要嚴格控制船速，淺地層剖面測量的船速一般控制在3kn左右；（4）對于探測外徑較細的海管（外徑小于8寸時），可進一步放慢船速或是將計劃測線布設成與海管成45°方向，增加聲波切割海管的時間，實踐證明此方法有效。

2.3 數據處理

淺地層剖面儀Edgetech-3200XS數據處理采用的軟件是“Discover-Sub-bottom”，數據處理過程中，首先利用采集軟件回放原始數據，然后經過聲速改正、涌浪改正、設置海底跟蹤、調整TVG數值等，獲取較為清晰的管線剖面圖像，最后摘取管線節點的坐標位置。將會發現摘取的“*.dat”數據文件中包含“測線名、緯度、經度、深度1、深度2、航向”等其他數據信息，然后根據需要選擇有用的數據信息進行整合，其中“深度2-深度1”為海底管線的大致埋深，最終可獲得管線節點的位置與埋深狀況。

3 存在問題及分析

儀器設備安裝過程中，我們發現GPS天線安裝在淺地層剖面儀拖魚工作位置附近處可能會遭受船舶舵樓的干擾，影響GPS的差分信號，必須要調整GPS天線的位置。在使用“Discover-Sub-bottom”軟件處理數據時發現，儀器設備的偏移量無法在軟件中進行改正。因此，我們需要對軟件摘取的管線數據文件進行后續處理，手動改正儀器設備的偏移量，從而獲取海底管線的精確位置及埋深狀況。

本次調查中淺地層剖面儀拖魚相對GPS的偏移量為（-4.5m，1.3m），即拖魚在GPS后4.5m、右1.3m，圖3所示為部分數據在AutoCAD中通過繪圖平移進行偏移改正前后對比。

圖3 儀器偏移改正前后對比

4 結束語

文章通過工程實例簡述淺地層剖面儀在海底管線調查中的安裝、使用及調查注意事項，指出數據處理過程中存在的問題，提出合理的解決方法，并在實際的海底管線調查中得到很好的應用。

參考文獻

[1]劉杰，張彥昌，韓德忠.管溝對淺地層剖面圖像影響的多弧現象形成分析[J].水道港口，2014，35（5）：554-557.

[2]王繼立，黃潘陽，胡濤駿，等.淺地層剖面儀在海底管道檢測中的應用[J].船海工程，2013，42（3）：161-163.

作者簡介：于小剛（1985-），男，山東省濰坊市人，助理工程師，碩士，主要從事海洋工程勘察方面的工作與研究。