應用磁力儀探測海底電纜方法的探討

文/前德門

應用磁力儀探測海底電纜方法的探討

文/前德門

海洋石油工程股份有限公司

近年來，如何應用磁力儀探測海底電纜得到了業內的廣泛關注，研究其相關課題有著重要意義。本文首先對相關內容做了概述，詳細分析了探測方法的原理等內容，并結合相關實踐經驗，分別從多個角度與方面就其數值處理方法展開了研究，闡述了個人對此的幾點看法與認識，望有助于相關工作的實踐。

磁力儀；海底電纜；探測；應用

1 前言

作為一項實際要求較高的實踐性工作，應用磁力儀探測海底電纜的特殊性不言而喻。該項課題的研究，將會更好地提升對磁力儀應用方法的分析與掌控力度，從而通過合理化的措施與途徑，進一步優化海底電纜探測相關工作的最終整體效果。

2 概述

隨著海洋資源調查和海洋開發進程的加快，海底電纜探測和識別已成為現代海洋工程測量中水下管線探測的一項重要內容，并且，一直是海洋工程測量中的一個技術難點。由于海底電纜的直徑比較小（一般為50～80mm），傳統的精密測深、側掃聲納等探測手段不能對其進行探測和識別，然而海底電纜的電磁特性為應用磁力儀對其進行探測和識別提供了物理基礎和技術手段。自海洋磁力儀問世以來，只要獲取高精度的區域海底磁場數據，利用海底電纜產生的磁場異常特性（即海底電纜磁場模型），就可對實際地磁場異常特征進行分析判斷，對海底電纜進行識別和定位。本文對磁探測海底電纜模式及方法作了嘗試性的研究。

海底電纜埋設于海底以下3m以內，而且通有50Hz交流電流，在電纜周圍就會產生一個交變電磁場，并向周圍傳播，利用特制的探頭（使之諧振于發射頻率）就可在電纜附近感應出相同頻率的電壓信號。由于在應用時，考慮的都是近區（即研究點與場源的距離小于1/6電磁波波長的范圍），所以海底電纜一般可以認為是無限長導線。

3 探測方法的探討

3.1探測原理

海底電纜的外層是用鋼絲鎧裝的，鋼雖是強磁性物質，但它的體積很小，因而產生的磁力異常值較弱。從一個物體在空中產生磁場的原理可知，物體在空中產生磁場是球狀分布的;也就是說，在空中某點的磁場強度正比于靠近該物體的體積和物體的性質，而與距該物體的距離的3次方成反比。由于海底電纜的直徑很小，它產生的磁力異常值很弱，故要探測到海底電纜的磁力異常最關鍵的一條是磁力儀的“魚”(即磁力儀的探頭)要盡量靠近它，即解決磁力儀的“魚”與海底電纜的距離間題。在離“魚”10m處加一重物—鉛錘(8一12kg)，系鉛錘的尼龍繩為6m，要求在探測過程中，船盡量放最慢速度航行，鉛錘斜拖于海底。“魚”由于空腔中有空氣不會沉底，設想“魚”能保持在離海底4-5m處，這樣靈敏度較高、噪聲較低。在魚跨過海底電纜時，能較理想地探測出海底電纜產生的磁力異常曲線。

3.2“魚”離海底高度的確定

磁力儀的“魚”在探測海底電纜的過程中，必須知道“魚”離海底的高度值。作者使用的“Seaspy”海洋質子磁力儀本身帶有壓力傳感器，它能顯示“魚”離水面的深度，但是此壓力傳感器所顯示的數值不準確，出入很大。通過對壓力傳感器的顯示數值作校正試驗，找到它的校正系數為“1/5”，即壓力傳感器的顯示數值乘以“1/ 5”為“魚”的真正離水面的深度。這樣就可以確定“魚”離海底的真正高度。

3.3對工作船航行的要求

在探測海底電纜的過程中，為了實現“魚”離海底高度處在較理想的深度范圍內(在“魚”跨過已敷設的海底電纜的已知位置附近時)，要求工作船的航行速度必須嚴格地與之配合，工作船的航行速度在2kn左右為宜，而且工作船航行的速度要根據壓力傳感器的讀數換算到“魚”離海底的高度值隨時進行調整，以確保“魚”在到達海底電纜的已知坐標附近時能在離海底較理想的高度。如果船速過高，“魚”沉不下去，離海底電纜太遠，磁力儀測不到海底電纜的磁力異常值(或磁力異常值很小)，不能確定出海底電纜的真正位置。反之，由于船速太低，“魚”拖海底，雜亂的海底噪聲和海底存在的廢棄鐵磁物質被測出來，呈現出雜亂的干擾磁力異常，沒法分辨出真正的海底電纜的位置。所以探測時要求工作船很好地與之配合，才能做好此探測工作。

3.4儀器的電纜長度

磁力儀電纜放的長度是根據工作船只的長度和探測海域的海水的深度確定的，某次在進行CZC光纜香港段探測時，海深在35一10m間。為了保證“魚”能沉下海底，磁力儀電纜放的長度為200，250，300m3種。

4 數值處理方法

由于GPS定位儀是以天線為定位基準，磁力儀的電纜放出的長度離船尾20一250m，“魚”到達的時間總是遲后于定位天線。磁力儀的軟件又不能和GIS聯機，測量時采用調磁力儀的時鐘與GPS時鐘同步的方法。通過“魚”的位置與定位儀〔干S的關系、電纜長度、壓力傳感器的讀數和測深儀的讀數可以把航跡圖的marker關系計算到“魚”處，先找出海底電纜交匯點出現磁力異常處的時間，然后再在航跡圖上找出“魚”處相同時間的坐標，此時“魚”在航跡圖上所處的坐標即為磁力異常的坐標，也即是海底電纜所處位置的坐標。測量光纜路由線與海底電纜交匯點共穿測3次，也即有3次磁力異常出現。由3處磁力異常出現的時間找出3組坐標值再點到航跡圖上，連接3組坐標的連線就是被測海底電纜的走向。

5 結束語

綜上所述，加強對應用磁力儀探測海底電纜問題的研究分析，對于其良好實踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的海底電纜探測工作過程中，應該加強對磁力儀應用關鍵環節與重點要素的重視程度，并注重其具體實施措施與方法的科學性。

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