基于经济建设的发展需要,我国沿海各大、中型城市海洋海岸工程快速发展,在近海海域已敷设较多的海底管线、光缆等,承担着供电、供水、输油以及通讯等重要作用。随着社会的进步,近岸海洋工程建设不断发展为保护已敷设管线电缆的安全,需确保已敷设管线与拟建工程项目的安全距离。大多数海底管线在海底放置时间较长,加上常年受海洋水动力影响,以及泥沙冲刷和人类活动等各方面因素,大部分管线电缆的位置已经发生较大变化,且无规律可循,海底管线敷设的前期设计路线以及图纸资料等只能用于参考,因此在海洋工程建设中,查明海底管线位置是后期安全施工的基础保障。
由于海底管线敷设方式的不同以及常年受到海洋水动力条件的影响,其现存状态各有差异,主要有埋藏、裸露和悬空三种状态。对于不同状态的海底管线,应当有针对性地采取对应的探测措施。对于裸露或悬空的管线电缆,多波束、磁力探测、侧扫声呐探测等方式均可适用。对于埋藏的管线电缆,常采用浅地层剖面探测或海洋磁力探测的方式,但两种方式均有各自的优势和劣势,若采用联合探测的方式，优势互补,相互比对分析,能够优化数据质量,更加精准地定位管线电缆位置以及埋藏深度等。
（一）海洋磁力探测
海洋磁力探测是地球物理学中磁法勘探的一种应用场景。主要是基于物质磁性理论、地磁场理论以及磁性物体的磁化理论,探测目标区域由于不同磁化强度的物体在地磁场影响下所引起的磁场变化,分析区域内磁场异常值的大小及分布规律,探明目标物的位置及埋深等信息。其中影响最大的因素主要为磁性物体的磁化率,磁化率越强,该物体引起周围磁场的异常越明显。
海底管线的材质主要有金属材质和非金属的绝缘材料。其中金属材质的管线自身具有铁磁性,磁化率最强,在地磁场中自身能够引起周边产生磁场变化;绝缘材料管线自身不具备铁磁性但其包裹的主要为通讯、电力电缆等,这些海底电缆在内部电流作用下也会激发磁场,引起周边磁场变化。
因此,无论是金属材质管线还是绝缘材料包裹的海底电光缆等,在地磁场条件下均会导致磁场异常,可以借助海洋磁力仪等专用仪器通过探测区域内的磁力值变化情况,从而探明区域内海底管线的平面位置及走向,埋深等。
（二）浅地层剖面探测
浅地层剖面探测是在回声测深技术的基础上发展起来的,原本是一种根据声波在水中和水下沉积物内传播和反射的特性来探测海底地层的方法。声波在传播过程中,由于不同土质之间存在声阻抗差异,声波在不同土质的地层界面处发生反射,识别出地层分界面!。由于海底管线的材质与周围土质和水体存在明显差异,会产生不同的声阻抗界面,因此可将此方法应用于海底管线探测,在查明管线状态(埋设、悬空或裸露)的同时,可进一步查明探测管线的埋设深度。
以浅剖进行海底管线探测时,物质材料的声阻抗值差异越大,探测效果越明显,声阻抗差异越小,识别难度越大;探测效果也受管线管径影响,管线管径越大,浅剖探测的影像越明显,更容易被识别,反之,探测效果则不明显。
（一）探测设备
1.海洋磁力仪
海洋磁力仪是通过测量海洋地磁场强度及梯度值来完成水下磁性目标物探测的测量仪器,通常由甲板控制单元,拖缆及水下拖鱼(探头)三个部分组成。通过拖鱼内封装的磁传感器采集磁场的磁通密度达到测量磁场强度及变化规律的目的。根据需求可在水下拖鱼内配置深度计以及高度计等实时反馈拖鱼入水位置。各类磁力仪的性能指标主要包括量程、分辨率、灵敏度以及绝对精度、死区和进向误差、温度漂移等。
2.浅地层剖面仪
常规的浅地层剖面仪组成简单,通常由3个部分组成,主要为:水下发射及接收单元(湿端)、甲板控制单元(干端)以及系统采集软件。主要用于探测水底面以下地质分层及埋藏障碍物等场景,该仪器具备一定的地层分辨率和地层穿透性，在探测过程中,应根据不同的土质及海洋环境和探测目的等实际情况,设置不同的工作参数。
（二）实施方法
海洋磁力仪通常采用船尾拖曳的方式进行走航测量，释放拖缆的长度一般不得小于船长的3倍,以减少船体本身及航行过程中对仪器的影响,且根据测区水深环境,在确保设备安全的前提下,应使磁力仪尽可能下潜,贴近海底面以获得更强的磁场异常信号,避免微弱信号的遗漏。
浅地层剖面仪常采用固定安装的方式旁挂于船舷一侧进行走航测量,确保发射探头入水一定深度,避免受到航行过程中海面产生的水花或气泡等的干扰而影响数据质量。正式探测前需在测区进行测试，结合调查区域水深、土质等情况调试参数,兼顾其穿透深度、分辨率等达到最佳状态。
在走航探测过程中，测线通常按照垂直管线走向的方向布设,这样可以使得数据采集时的信号强度最佳，有利于后期数据处理和解译。
（三）数据解译
采用海洋磁力探测方式时,在走航过程中,当磁力仪水下拖体在经过金属性管线或海底电光缆时,管线周围的磁异常变化会被感知到，通过数据传输,在采集系统的显示界面表现为一条有明显突变的平滑曲线,多为山峰状或山谷状以及类似三角函数的正弦曲线。采用浅地层剖面探测方式时，当浅地层剖面仪从管线上方经过时,接收器收到海底地层及管线不同阻抗界面的反射信号,通常海底管线的浅剖探测声学反射信号在采集软件的界面窗口表现为一个向下开口的抛物线，且反射信号越强,特征越明显。该抛物线弧顶点所对应的坐标即为管线中心轴线所在位置，抛物线弧顶与海底面在垂直方向的距离即代表该点处管线的埋深,若抛物线弧顶高于海底面,表示该位置处管线处于悬空或裸露状态。
（一）项目背景
以内伶付岛附近某段崖天然气管道为例，该段天然气管道位于铜鼓航道东侧,因施工需求,为了在航道疏浚拓宽的过程中不对已有每底管线造成影响,需进一步查明现阶段该段海底天然气管道的详细位置以及埋设深度,为后期施工提供安全保障。
（二）探测方法
本次采用Seaspy2型号海洋磁力仪和Innomar SEs2000 Compact型号浅地层剖面仪联合探测,磁力仪尾拖于船尾不小于3倍船长的距离(50米)，浅地层剖面探测仪采用固定安装的方式,旁挂于船舷一侧的中间位置。考虑到该类型管线敷设方式为管沟掩埋的形式,移位的可能性较小,因此调查范围以管线设计路线向两侧各扩150米,走航探测的计划测线布设方向与管线走向垂直,测线间距为20米。
（三）数据解译
在进行磁力探测数据解译前,首先根据拖缆长度校正GPS和磁力仪拖鱼的相对位置。通过时间/磁力值曲线窗口,观察磁力值曲线的波动情况,对磁力曲线的磁异常波动数据进行分类、打标和分析,其波动曲线的峰值点或谷值点即为管线实际位置,最后输出磁异常打标点的坐标信息即为管线位置,如图1所示。
在浅地层剖面探测数据后期处理过程中,主要通过地层剖面影像中寻找类似抛物线状的"衍射弧"来识别埋藏管线,如图2所示。并量测其埋藏深度。但往往海底地层条件复杂,孤石或其他障碍物等均可能呈现抛物线状"衍射弧"反射特征对埋藏管线的识别提取存在较大干扰。因此在数据处理过程中,还需结合磁力数据进行辅助分析判断对与磁力数据中管线位置相差较大的抛物线特征点进行剔除,最后输出并提取管线位置坐标及埋深等数据信息。
（四）对比分析
将海洋磁力探测和浅地层剖面探测所识别提取的管线位置分别输出,如图3所示。并对两种方式的探测成果进行对比发现:1)两种探测方式得到的管线走向完全一致;2)管线位置基本相同但并未完全重合,存在20一-80厘米位置偏差;3)海洋磁力探测方式提取的管线特征点较离散,导致拟合的管线曲折起伏比较明显;而浅地层剖面探测方式提取的管线特征点相对更加集中,离散性较小，拟合的管线更加平滑,更符合海底管线的埋设状态。
通过两种探测方式的成果比对,管线位置数据存在分米级精度的偏差。结合仪器性能、外业采集及内业数据处理等流程进行全过程分析,导致出现这一偏差的主要原因如下。
一是由于GPS定位系统固定安装于探测船上,海洋磁力仪采用尾拖的方式,且拖缆较长,受船速、航向、水流等各方面因素影响,拖鱼姿态、速度等小范围内呈无规律变化,即使通过人工校正对拖鱼的位置进行归算,也无法完全准确拟合拖鱼实际路线,与探测船的位置信息无法精准同步;浅地层剖面仪为固定安装，位置信息与GPS基本实时同步,该方法探测的管线位置则更加精准，导致两种方式定位存在细微偏差。
二是由于地层中孤石等障碍物的影响,浅地层剖面仪对管线特征点的识别受干扰较大,在剔除部分存疑特征点后,浅地层剖面探测对于特征点的提取密度略低于海洋磁力探测,特征点数量相对更少,再通过以点代线的方式来拟合管线位置走向,会导致拟合的管线更加平滑和
出现一定程度的位置偏差。
