浅地层剖面仪在海底工程勘察中的应用

SES-2000浅地层剖面仪在管线探测中的应用作者：何庆来源：《居业》2019年第08期[摘要]海底管线探测的方法有很多，包括侧扫声呐，磁力仪，测深仪等。

本文所用的方法是经过工程实践之后认为比较实用、直观、简单且行之有效的方式。

将会对探测的原理和一些发展过程，注意事项做一些说明。

[关键词]浅地层剖面仪;管线探测;测量文章编号：2095—4085（2019）08—0013—031前言在经济发展越来越快的今天，我国对海岛的开发利用也越来越多，中间会用到很多的管线。

而由于管线在保护，埋设等各种原因所致下，会直接或间接污染海洋，而且还会带来经济损失。

这不是我们的初衷。

怎么检查管线在海底的埋设状况，掌握海底管线的状态，及时排除解决隐患，也成为了一个新的课题。

2浅地层剖面仪的发展声波在水和底部物质中传播并通过不同的介质时，由于介质声阻抗的差异，会产生不同强度的回波信号，从而在输出记录上形成不同级别的地层结构图。

浅地层剖面仪是利用声波原理设计的。

起初，使用连续波技术，但是如果你想获得高分辨率，你必须使用相对窄的发射脉冲，这减少了发射的能量和目标探测深度。

但是，如果想要获得更大的检测深度，必须增加发射脉冲的宽度以增加发射能量，这反过来又会降低分辨率。

因此，连续波技术中穿透深度与高分辨率之间存在技术矛盾。

在实践过程中，人们慢慢发现，线性调频技术可以解决利用连续波探测海底浅层结构的问题。

然而，由于现线性调频技术工作机理的限制，为了产生具有足够穿透功率的低频，其换能器必须做得又大又重，这不便于使用和安装。

此外，由于其发射的光束角很大，地层分辨率相对较低。

随着技术的不断发展进步，非线性调频技术（即参量阵差频SES技术）也在不断提高。

换能器发射的主频附近的两组频率采用略有不同的高频声波。

由于声波在高声压下传播的非线性，两组声波相互作用，与甚低频（称为子频率）产生一种新的声波，高频的光束角保持不变。

因此，利用该技术的浅地层剖面仪具有穿透性强，分辨率高，光束角发射量小的特点，能够探测海底浅层的细节。

浅地层剖面和单道地震测量在海砂勘查中的联合应用倪玉根，习 龙，夏 真，何 健，陈 梅，李勇航，李丽青Combined application of sub-bottom and single-channel seismic profiles to marine sand and gravel resource prospecting NI Yugen, XI Long, XIA Zhen, HE Jian, CHEN Mei, LI Yonghang, and LI Liqing在线阅读 View online: https:///10.16562/ki.0256-1492.2020072301您可能感兴趣的其他文章Articles you may be interested in利用单道地震反射数据预测海南岛东部近海砂层分布PREDICTING SAND-LAYER DISTRIBUTION IN OFFSHORE AREA OF EASTERN HAINAN ISLAND WITH SINGLE-CHANNEL SEISMIC REFLECTION DATA海洋地质与第四纪地质. 2017, 37(1): 125浅水多次波衰减技术在多道地震数据处理中的应用Application of attenuation technology to shallow water multiples in multi-channel seismic data processing海洋地质与第四纪地质. 2020, 40(1): 167中国近海新构造活动断裂调查与地震勘探方法Seismic survey and exploration methods for Neotectonic active faults in the area off China continent海洋地质与第四纪地质. 2020, 40(6): 121现代长江水下三角洲浅地层地震相特征Shallow seismic facies characteristics of the modern underwater delta of the Yangtze River海洋地质与第四纪地质. 2019, 39(2): 114松辽盆地新民油田下白垩统泉四段浅水三角洲骨架单砂体空间发育特征Spatial distribution patterns of single framework sand bodies of a shallow-water delta in the Cretaceous Quantou Formation of Xinmin Oilfield, Songliao Basin海洋地质与第四纪地质. 2019, 39(4): 46希尔伯特谱白化方法在海洋地震资料高分辨率处理中的应用The application of Hilbert spectral whitening method to high resolution processing of marine seismic data海洋地质与第四纪地质. 2018, 38(4): 212关注微信公众号，获得更多资讯信息DOI: 10.16562/ki.0256-1492.2020072301浅地层剖面和单道地震测量在海砂勘查中的联合应用倪玉根，习龙，夏真，何健，陈梅，李勇航，李丽青中国地质调查局广州海洋地质调查局，广州 510760摘要：海砂需求激增导致其勘查开发力度不断加大，埋藏海砂作为重要的海砂资源赋存类型，开发其的环境影响相对较小，但找砂难度相对较大。

浅地层剖面仪芬兰Meridata公司MD DSS浅地层剖面仪(多模式系统)主要用于地震数据采集，海底浅层剖面和侧扫声呐探测MD DSS浅地层剖面仪可用于以下调查研究:河流，湖泊，港口以及近岸的地球物理学调查、沉降，淤泥沉积和侵蚀研究、沉积物性质和底部结构调查、地震和测深综合调查无论您的调查是关于基岩分析，还是确定各海底地层容量或确定流域泥沙淤积，MD DSS浅地层剖面仪都是有效的数据采集，处理以及展示工具。

多模式，宽波带工作系统作为一个真正的多模式声呐系统，MD DSS浅地层剖面仪在预定的声源或声学方法上不限于只在单一频率上工作，而是一种使用多种主动声呐的应用：地震反射剖面使用空气GＵＮ，Sparker或10赫兹以上的Boomer；软件可选择频率、带宽和脉冲窗口的连续变频（Chirp，线性调频）海底剖析；从100到1250khz频率的侧扫调查……MD DSS的灵活性可以让你采用适当的湿端组件，生成并利用10赫兹至40千赫频谱之间的几乎所有声学现象。

因此新的声呐技术可以很容易地嵌入到您的MD DSS浅地层剖面仪中。

系统配置用于高分辨率海底剖面以及高渗透型地震反射调查1. 发射器电子器件；2. 带有通用音频信号处理器的PC/工作站；3. 船载连续变频声源（换能器）。

另需一套定位系统（GPS）提供定位数据。

其他诸如运动和姿态基准单元的传感器（IMU）能够很容易集成在系统中从而增强准确性。

4. 拖曳震源海床及海底成像使用低频率震源（空气ＧＵＮ，套筒ＧＵＮ，火花或boomer）进行准确的全波段采集和数字信号处理。

地震反射剖面应用：基岩分析、演练现场调查、水道疏浚评估...频率范围：10赫兹到40千赫。

连续变频海底剖面利用宽带调频波形，通过脉冲压缩和匹配滤波器相关处理，来获得较高的信噪比和锐层分辨率。

连续变频海底剖面应用：管道和缆线调查、水道疏浚前后调查、表层沉积物研究...连续变频海底剖面频率：500赫兹到40千赫。

海洋技术▏浅地层剖面仪和侧扫声纳仪器校准与检测【摘要】浅地层剖面仪和侧扫声纳是海洋领域最常用的声纳仪器，针对此类仪器出台相关校准和检测等计量化的标准和规范已是势在必行。

先针对这两种仪器提出了“两步走”的校准和检测方法：①声学参数校准：提出了浅地层剖面仪和侧扫声纳仪器主要声学性能参数的校准方法；②海上实际效果检测：提出了浅地层剖面仪和侧扫声纳实际探测效果评价指标的检测方法；最后对建设具备高效消声性能的大型试验水池及海上标准地层检测场和海底标准目标物检测场进行了展望。

一、引言单波束测深仪(SBE)、多波束测深系统(MBE)、浅地层剖面仪(SBP)和侧扫声纳(SSS)都是基于声学原理研发的连续探测海底地形地貌和浅部地层结构、构造的地球物理调查仪器。

近年来，随着我国近海油气资源的大规模开发、国土资源大调查的展开、各种海洋工程建设的不断增加以及各种海底灾害地质现象的频繁发生，浅地层剖面仪和侧扫声纳等声学仪器在国内诸多管理部门、科研院所、各大高校、海军、各级勘察测绘院及涉水涉海大中型企业等被大量引进，得到了广泛应用，发挥了巨大的作用。

但是，由于缺乏相关仪器校准与检测的方法体系，这些常用的声纳设备无法进行规范有效的检测和校准，只能采取自校和比测的方法，且无统一规范，甚至有些人拿来就用，缺少最基本的仪器运行质量评价程序，这样所获取的数据资料存在很大的质量隐患，严重影响到探测结果的准确性和可靠性。

因此，当务之急是要研究这些常用声纳仪器的校准与检测的关键技术和方法，建立科学的、权威的校准、检测和检定体系，保证仪器的有效性、稳定性和可靠性，确保探测数据的准确性和可信度，提升我国海底调查资料的质量和使用价值，也有利于推动海洋高新技术产业化发展，打破国外技术垄断和封锁，对保障海洋经济的持续、快速、健康发展具有深远的社会效益和经济效益。

本文依托海洋公益性行业科研专项《常用海底声纳测量仪器计量检测关键技术研究与示范应用》，在项目实践的基础上，提出了浅地层剖面仪和侧扫声纳两种声纳仪器校准与检测的基本方案和具体的方法体系，为以后开展声纳仪器校准与检测以及强制性检定的标准制定和实施提供技术性支撑和指导意义。

浅地层剖面仪在海底管道检测中的应用王继立;黄潘阳;胡涛骏;来向华【摘要】基于大量工程实践积累的经验及数据,对浅地层剖面仪在海底管道检测中的影响因子,包括不同信号源、不同航行速度及不同水深时的探测效果进行比较后认为,实际应用中,采用Chirp技术的浅地层剖面仪有较好的探测效果,保持适中航速是有益的,随着水深增加,探测效果会随之受到影响.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2013(042)003【总页数】3页(P161-163)【关键词】浅地层剖面仪;海底管道;Chirp技术;管道埋设状况【作者】王继立;黄潘阳;胡涛骏;来向华【作者单位】中海石油(中国)有限公司上海分公司,上海200030;国家海洋局第二海洋研究所工程海洋学重点实验室,杭州310012;国家海洋局第二海洋研究所工程海洋学重点实验室,杭州310012;国家海洋局第二海洋研究所工程海洋学重点实验室,杭州310012【正文语种】中文【中图分类】P631.5海底管道的铺设需要经历铺设前对路由区海床的详细综合调查，并且在铺设后也需要定期进行检测以确保管道可以持续安全运营。

这些调查要用到包括单波束、多波束、侧扫声纳、浅地层剖面仪等大量地球物理探测设备［1-3］。

在检测海底管道赋存状况的过程中，裸露或者悬空的管道可以用单波束进行探测，该方法简单高效、成本低廉。

对于掩埋的海底管道，则须使用浅地层剖面仪才能确定其埋藏深度及位置。

浅地层剖面探测是海洋工程野外勘察的重要手段。

它在揭示地质结构和构造、研究第四纪地层层序、圈定工程地质单元、识别海底灾害地质等方面，均有着其它调查方法和手段无法比拟的优越性［4］。

在管道铺设前的路由调查中，采用浅地层剖面仪可以进行走航式地层探测，且探测影像直观、易于判读;在后续的管道定期检测中，浅地层剖面仪可以准确、高效地确定管道位置及掩埋状况，十分便利。

1 浅地层剖面仪的工作原理把海底看作一个层状的模型，海水层作为第一种介质，它的密度为ρ1，声波在其中传播的速度为c1，海底下的沉积物存在多个界面，它们的密度和速度分别是ρ2，c2，…，ρn，cn。

试析浅地层剖面的测量典型问题浅地层剖面测量是一种用于探测水下浅地层构造和结构的地球物理方法，它所基于的原理是水声学，以连续走航式的方法来进行探测。

这种探测方法逐渐被应用到各个领域中，在本文中，对浅地层剖面测量中经常遇到的一些典型问题进行了分析并由此提出了解决的措施，以期这种测量方法能够得到更好地利用。

标签：浅地层剖面测量问题措施浅地层剖面测量在使用过程中具有诸多的优点，其中最为突出的优点是成本低且效率高，这就使得其在我国的一些水上建设项目和近海油气资源的开发调查中起到了重要作用，并发挥出了其独特的优异性。

浅地层剖面测量对测量水域的水深有着较为严格的要求，一般来说，水深要不小于10米，当水深低于5米后，测量的效果会受到严重影响。

1基本原理概述1.1基本理论一般来说，在工程的应用和设计中，从声呐方程方面，通过对浅剖系统的声场特性的了解，可以将浅水域应用浅地层剖面系统的性能了解清楚。

这其中有两个概念是很重要的，一个是信噪比，另一个是信混比，二者的表达式通过推导可得：1.2系统的组成系统的组成以拖曳式数字前剖系统作为例子，主要有如下几个部分组成，分别为：数据处理、声源、发射控制、水听器、发电机和图形输出。

强震板、水枪和电火花等常用于海上勘探的震源，电火花和强震板常用于浅水湾地区的声源。

一般来说，电火花的震源能量较高，穿透能力较强，分辨率稍低。

水听器一般由压电晶体传感器组成，数字处理部分由增益、滤波和量程等单元完成。

2浅地层剖面测量典型问题分析2.1关于校正浅部地层厚度。

激发和接受的装置在船上要置于船后的两侧，这是为了防止机械噪声和船只尾流。

声线在实际的传播过程中，是以斜角的方式进行，这会对判图阶段的深转换精度产生影响。

当水深合适时，对结果影响不大，不需要进行校正，但是当水很浅时，就要进行校正，校正后能够使得偏差缩小很多。

举例说明：当水深是3米时，且此时的换能器间距是6米，在水中按照声速为1500米/秒来计算，判读时间剖面结果显示是4.24米，和实际的水深3米相比较，有1.24米的偏差。

0引言海底路由管线检测旨在确定管道、输电线路的位置、走向以及埋深等情况，在具体检测过程中，可采用综合物探技术，使用多种探测设备，从地形地貌、管线埋设状态、海底地质结构三个方面进行全方位的判断，因此对各类物探技术进行探究。

1不同物探仪器在海底路由管线检测中的应用原理1.1多波束声呐探测技术应用原理1.1.1应用场景分析对于新建项目，海底路由管线检测的目的是为管道、电缆、光缆等选择适宜的施工线路。

对于已经投入使用的管线工程，路由管线检测目的是调查管线是否发生偏距、沉降、抬升等情况，从而预防或者消除隐患。

多波束声呐探测系统可用于建立海底的三维模型，辅助工程技术人员从海底地形地貌层面出发，合理设计管线路由。

1.1.2应用原理多波束声呐探测系统具有四大子系统，分别用于发射和接收声学信号、采集数据、处理数据、完成外围的辅助性任务，核心设备组件为换能器、船体姿态传感器、定位传感器以及声速剖面仪。

其中，换能器用于发射和接收声呐信号[1]。

从测量原理来看，多声呐探测系统通常安装在船体上，声波信号以海水为介质，经过一定时长到达海底，信号经反射之后被接收。

声波在海水中的传播速度较为稳定，根据信号发出与接收的时间差，即可计算出被测点的深度。

在获得大量测点深度数据之后，即可借助软件工具渲染出海底的三维模型。

测点处的海水深度按照式（1）来计算。

（1）式中：D 为被测点处的水深值；c 为声波在海水中的平均传播速度；t 为声波从发射到接收的总耗时；θ为声波在海水中的入射角；ΔD d 为船体吃水的修正量；ΔD t 为潮位的修正量。

在获得大量测点水深数据之后，可利用网格插值法、网格生成算法建立海底地形的三维高程数字化模型。

1.2磁力探测技术应用原理1.2.1应用场景分析海底地形环境较为复杂，同时存在海水运动、地震以及其他类型的地质活动，海底管线具有一定的埋深，以海洋油气管道为例，其埋深通常为7.0m 左右。

受到海水和海洋地质活动的影响，海底路由管线有可能发生水平或垂直位移，偏离相应的竣工设计方案。