SES-2000淺地層剖面儀在管線探測中的應用

何慶

[摘要]海底管線探測的方法有很多，包括側掃聲吶，磁力儀，測深儀等。本文所用的方法是經過工程實踐之后認為比較實用、直觀、簡單且行之有效的方式。將會對探測的原理和一些發展過程，注意事項做一些說明。

[關鍵詞]淺地層剖面儀;管線探測;測量 文章編號：2095—4085（2019）08—0013—03

1前言

在經濟發展越來越快的今天，我國對海島的開發利用也越來越多，中間會用到很多的管線。而由于管線在保護，埋設等各種原因所致下，會直接或間接污染海洋，而且還會帶來經濟損失。這不是我們的初衷。怎么檢查管線在海底的埋設狀況，掌握海底管線的狀態，及時排除解決隱患，也成為了一個新的課題。

2淺地層剖面儀的發展

聲波在水和底部物質中傳播并通過不同的介質時，由于介質聲阻抗的差異，會產生不同強度的回波信號，從而在輸出記錄上形成不同級別的地層結構圖。淺地層剖面儀是利用聲波原理設計的。

起初，使用連續波技術，但是如果你想獲得高分辨率，你必須使用相對窄的發射脈沖，這減少了發射的能量和目標探測深度。但是，如果想要獲得更大的檢測深度，必須增加發射脈沖的寬度以增加發射能量，這反過來又會降低分辨率。因此，連續波技術中穿透深度與高分辨率之間存在技術矛盾。

在實踐過程中，人們慢慢發現，線性調頻技術可以解決利用連續波探測海底淺層結構的問題。然而，由于現線性調頻技術工作機理的限制，為了產生具有足夠穿透功率的低頻，其換能器必須做得又大又重，這不便于使用和安裝。此外，由于其發射的光束角很大，地層分辨率相對較低。

隨著技術的不斷發展進步，非線性調頻技術（即參量陣差頻SES技術）也在不斷提高。換能器發射的主頻附近的兩組頻率采用略有不同的高頻聲波。由于聲波在高聲壓下傳播的非線性，兩組聲波相互作用，與甚低頻（稱為子頻率）產生一種新的聲波，高頻的光束角保持不變。因此，利用該技術的淺地層剖面儀具有穿透性強，分辨率高，光束角發射量小的特點，能夠探測海底淺層的細節。此外，該換能器體積小，重量輕，可以推廣應用。

以此為典型的就是德國的Innomar公司的SES系列淺剖儀，如圖1所示。

3淺地層剖面儀的原理和優缺點

淺地層剖面儀也使用聲波原理。當聲波信號在穿透水體后繼續深入海底時，反射波組的振幅，頻率，連續性，波形和反射形式會在遇到不同層時發生相對變化。當海底為沉積物時，沉積物的存在會使反射波的波形和反射形式由于沉積物相對于周圍介質的強烈反射而變得隨機和不規則。因此，當遇到管道時，它也將呈現無序狀態。

最新的SES一2000淺地層剖面儀就是采用的新的非線性調頻技術，他具有高穿透性，高的分辨率和很小的發射波束角特點，可以探測更深處地層的詳細情況，而且換能器體積小，重量輕便于我們外業攜帶。且最大的特點就是集成度非常高，安裝輕便，通常在半個小時內完成安裝，即使比較小的船也是可以作業的，同時其精度也比較高，采用GPS定位，天線應在換能器的上方，可以有效的避免拖魚拖在船后面的水下定位不準的難題，同時還可以實時的獲取高精度的水深數據，由于其在低頻段帶寬高，波束角窄，該系統可獲得非常好的分辨率，而線性系統受此影響很大，因此參量陣系統在勘測近底層及海底表層物體的檢測時，效果要比線性系統好很多。就算是在比較渾濁的水域，也可以比較好的完成探測任務。

4 SES-2000淺地層剖面儀的測量實施

SES-2000參量陣探淺地層剖面儀通常安裝在小船上。安裝時，主機和導航定位系統應位于同一位置。全球定位系統定位天線、傳感器和浪涌濾波器應位于同一鉛垂線下，這樣定位相對準確，并可節省安裝和更換測量距離時的測量誤差。這樣定位會相對準確，省去了量取距離進行裝換時的測量誤差。換能器則是用金屬架固定在船舷的一側，確保牢固，防止突然風浪過大或者撞擊到浮游物上面時造成一定的損壞。同時安裝時要注意螺旋漿的位置，避免由螺旋漿攪動水流產生影響，入水深度宜在0.8m左右，可根據風浪和船吃水深度進行適當的調整。

開始工作之前，盡量搜集工作海域的地質資料，根據海底底質情況來確定儀器參數，確保數據準確性，已利于后期的內業軟件來進行分析外業采集數據。參數設置好之后，要考慮到檢測區海域潮流和海底地形特點等因素來確定測線。對于比較重要的測段，如果發現問題點，我們要及時加大測量量，以提供更詳細的數據。探測過程中，船探測航線與計劃線可以布設成與海管成45。方向，增加聲波測量海管的時間。這樣可以我們可以更容易的判斷管線位置。通常在工作中導航衛星要大于7，這樣才能提供比較高的定位精度。測量過程中必須嚴格控制船的航行速度，管線剖面測量船速為2.0kN～4.0kN左右，最大不要超過3.4kN，而且在內業處理效果不好時還要進一步放慢船速。

5檢測成果解釋

為了檢測SES-2000的儀器準確性，我們在船的另外一側安裝了多波速測深系統。

下圖為舟山某項目，在管道埋設之后進行的多波速測量成果圖（如圖2所示）和SES-2000的成果圖（如圖3所示），經過內業處理后，我們可以從多波速建立的模型中（圖4）很清醒的看到管線的鋪設位置的精準坐標和鋪設管線時所造成的痕跡，但是并無法確定埋設深度，無法判定其具體有沒有達到管線的埋設要求。

但是，SES-2000系統測量成果（如圖3所示）可以準確的看到管線的埋設深度和埋設的坐標，和實時的水深。經過附近的潮位站改正之后，我們與多波速測量的水深和坐標進行了比對，數據基本是吻合的。多波速也從側面證明了SES-2000淺地層剖面儀測量的準確性。

下圖為福建某項目的管線掃測圖（圖4、圖5），由圖中可以清晰的分辨出管線的埋設深度和坐標位置。因為這個位置靠近岸邊，且最低潮的時候是可以看見上面的鋪設痕跡的，然后用RTK進行測量位置，經過內業處理后，坐標數據與SES-2000測量所得基本吻合。

經過多個工程項目的實踐證明，SES-2000的測量數據是真實可靠的。

6結論

經過多波速測量和SES-2000淺地層剖面儀的聯合測量資料和現場勘查，可以判斷出SES-2000淺地層剖面儀的定位數據還是比較準確的，經過多次的測量作業實踐，也證明了淺地層剖面儀在海底路由探測中的效果。如檢測到海纜裸露于淺海的海底或者處于懸空狀態，就需采取措施以防止海纜被刮斷，造成嚴重的經濟損失。同時也可以作為海底管線鋪設的工程驗收依據。

雖然用SES-2000淺地層剖面儀可以檢測到管線的位置和埋設深度，但是在工作中我們還是發現他有一定的局限性，比如轉彎位置的確定就很困難，但是如果我們在另外一側裝上多波速或者側掃聲吶系統則可以完美解決這個問題。

所以這就需要我們在工作中不斷地探索，不斷嘗試用多種儀器一起組合的方式來進行管線探測研究和探索，來更好的探測管線的位置和狀態。為后期的管線維護為以后的管線管理和維護提供科學依據。避免造成經濟的損失和海洋污染。