側(cè)掃聲吶屬于海底成像設(shè)備，與多波束系統(tǒng)不同，側(cè)掃聲吶是實現(xiàn)波束空間的粗略定向，對位置要求不高，獲取的是海底目標(biāo)的相對回波強度信息，著重的是圖像信號的分辨率，見下圖所示，側(cè)掃聲吶對位置的定向功能要弱于多波束測量系統(tǒng)。

側(cè)掃聲吶與多波束測深系統(tǒng)一樣，著重對海底表層裸露目標(biāo)進行探測，能依據(jù)聲圖像的灰度變化，在現(xiàn)場就可清晰地判斷海底地貌的起伏變化狀況，判明裸露和架空電纜的走向及位置，并通過圖像不同紋理來判讀海底底質(zhì)類型的大致狀況，通過目標(biāo)陰影及尺度判讀目標(biāo)的大致出露情況及水下目標(biāo)的大致類型，見下圖。缺點是不能對海底目標(biāo)的底標(biāo)高進行測定，目標(biāo)尺度與位置的坐標(biāo)量取有一定誤差，與拖體的安裝方式有關(guān)，但目標(biāo)形狀呈現(xiàn)清晰。

下圖為三條海底電纜同時出現(xiàn)的場景，按淤埋的情況可分為三類：清晰可見的海纜溝痕、隱約可見的海纜溝痕和基本不可見的海纜溝痕。對于隱約可見的海纜溝痕判斷需借助于原有的布設(shè)位置圖等相關(guān)資料來進行綜合分析，才能得出結(jié)論。

相對于多波束測深系統(tǒng)，側(cè)掃聲吶掃測安裝比較簡單，其覆蓋寬度與水深并無關(guān)聯(lián)，可按系統(tǒng)量程檔設(shè)置掃測范圍，覆蓋面寬，工作效率高，能得到海底地貌聲圖，但缺點是不能得到海底地形的準(zhǔn)確位置信息，見下圖。

淺地層剖面儀是一種走航式探測水下淺部地層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的地球物理方法，其主要特點是探測記錄海底淺地層組織結(jié)構(gòu)，以垂直縱向剖面圖形反映淺地層內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具有較好的分辨率。淺地層剖面儀生成的圖像可用于識淺部地層產(chǎn)狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，各種災(zāi)害地質(zhì)因素（如淺層氣、埋藏河道、斷層等），而且還能夠判斷某些埋藏物與海床的空間位置關(guān)系，如海底管道、坐底構(gòu)筑物等的埋藏深度和位置等等。

上圖中左圖為埋藏管線，右圖為裸露管線，圖像中弧度區(qū)域為管線位置?？傮w而言，淺地層剖面測量對于海底輸油、輸水管線等管徑較粗目標(biāo)效果較好，一般其斷面聲圖像能清晰地顯示各種狀態(tài)信息，包括管道位置、埋深、裸露和懸空情況；但對海底電纜、海底光纜等較細(xì)目標(biāo)探測效果往往不太理想，與海區(qū)的地層結(jié)構(gòu)有關(guān)，也與被淤埋的時間長短有關(guān)。

淺地層剖面測量設(shè)備按技術(shù)分類為電磁式、壓電陶瓷式和聲參量陣式三種，分別為：電磁式通常多為各種不同名稱的Boomer，穿透深度適中，但系統(tǒng)分辨率一般；壓電陶瓷式優(yōu)點是分辨率較電磁式高，穿透力較好，但系統(tǒng)分辨率低于聲參量陣式；聲參量陣式優(yōu)點是發(fā)射指向性較高，其分辨率為三類設(shè)備里最高的，缺點是地層穿透深度較壓電陶瓷式差一點。

從我們的工作實踐來看，用聲參量陣式淺地層剖面測量技術(shù)來探測海底電纜、海底光纜等較細(xì)目標(biāo)效果相對較好。聲參量陣式淺地層剖面測量儀特點是能夠發(fā)射較小的波束角，分辨率比較高，而且沒有旁瓣，波束指向性較好。

如上圖所示，上圖中1表示10KHz線性調(diào)頻聲吶的波束指向性，2表示10KHz參量陣聲吶的波束指向性，3表示100KHz線性調(diào)頻聲吶的波束指向性，明顯參量陣聲吶波束指向性更好，且沒有旁瓣。在低的信噪比情況下這種尖脈沖聲波信號更加容易識別，能夠反映出細(xì)小的沉積物界面聲阻抗的變化。

以上圖為例，可以在圖中清晰地表達海纜溝槽的寬度、深度、底標(biāo)高，及海底電纜的埋深、底標(biāo)高等特征。同時，聲參量陣式淺地層剖面測量儀是固定安裝而非拖曳方式安裝（見下圖），相對而言，其換能器位置的定位準(zhǔn)確，不需要進行偏差改正，同時加上潮汐改正后，可以確定探測目標(biāo)的底標(biāo)高，這是拖曳安裝方式的設(shè)備所不能比擬的優(yōu)勢。

TSS350是以交流載波法為原理的海纜追蹤儀器，在電纜中有交流電時，其周圍必然存在電磁波，被感應(yīng)線圈接受其對應(yīng)的感應(yīng)電動勢，而此電壓與電纜距傳感器的距離成反比關(guān)系，據(jù)此原理，可測算海纜距線圈的距離，配合自帶的高度計，可以精確地探測出海纜的埋設(shè)深度。TSS350能搜尋其周圍10m左右范圍內(nèi)的電纜信號，系統(tǒng)精度為0.1m左右。

TSS440是采用脈沖感應(yīng)法(金屬探測法)的電纜探測設(shè)備，包括三個線圈及高度計。在不接地回線中輸入交變電流產(chǎn)生變化的磁場，海底金屬目標(biāo)感應(yīng)此磁場產(chǎn)生二次磁場，最終由接收線圈接收二次磁場所對應(yīng)的感應(yīng)電壓，從而確定目標(biāo)物的距離，配合高度計可探測出海底電纜的埋深。TSS44無需向被探測物輸入信號，但是被探測物的體積對探測效果影響較大。就鎧裝電纜而言，TSS440的探測深度和精度取決于海纜外徑，下圖所示。

TSS350/TSS440作為專門的海底電纜探測/追蹤設(shè)備，其探測精度高，探測結(jié)果連續(xù)。設(shè)備安裝于ROV上，僅需ROV沿海纜路由飛行即可連續(xù)采集埋深數(shù)據(jù)。同時，采集的數(shù)據(jù)在現(xiàn)場經(jīng)過簡單處理便可提交，據(jù)此判斷埋深不足的區(qū)段，即行補挖。由于電磁感應(yīng)法探測是平行管線方向探測的，因此作業(yè)效率也相對較高。

當(dāng)然，電磁感應(yīng)法探測也有其自身的不足。首先，必須保證電纜內(nèi)攜帶電流且構(gòu)成回路，如此，對于一些廢棄電纜就沒有探測效果；其次，其海纜埋深的測量是依據(jù)推算的方式得到，因此埋深測量精度的誤差就較大；第三，TSS350僅能探測周圍10m左右范圍內(nèi)的電纜信號，對探測時的航跡控制要求較高，需要精確的管線布設(shè)位置圖輔助；第四，與海洋磁力測量一樣，電磁信號在水下衰減較快，與電纜目標(biāo)愈接近探測效果則愈好，因此需要ROV來配合測量，成本投入大；第五，對于漁網(wǎng)較多的沿岸島礁海區(qū)，設(shè)備的自身安全是必須考量的。

磁法探測的特點是它能連續(xù)、快速地測量地磁場及其微小變化，可在較大磁梯度環(huán)境下正常工作，不受空氣、水、泥等介質(zhì)的影響，能準(zhǔn)確檢測出鐵磁物質(zhì)所引起的磁異常。如果在正常的地磁場內(nèi)，有一鐵磁性物體存在，局部改變了地磁場的正常分布，就稱磁異常。海底電纜的鐵磁性材料和電纜中的電流會產(chǎn)生磁場，疊加在海底地磁背景場上，產(chǎn)生磁場異常，海底電纜產(chǎn)生的磁異常一般在0.5nT～150nT之間。目前廣泛使用的銫光泵海洋磁力儀，采樣率為1Hz時磁測靈敏度達到了0.005nT，因此能夠反映海底微小的磁異常變化。

海洋磁力儀采用船只拖曳式安裝，為了盡可能減小船磁影響，一般拖體距船只30米以上，拖魚定位是依據(jù)推算方法獲取，見下圖。

海洋磁力測量與淺地層剖面儀測線布設(shè)方法相同，必須與路由方向垂直布設(shè)測線，通過檢測目標(biāo)海纜路由垂向的磁異常變化，來確定目標(biāo)海纜的走向。一般海纜的磁異常數(shù)值變化范圍基本在5nT～30nT之間，檢測到的磁異常值大小和拖魚探頭與管線目標(biāo)之間的距離有關(guān)，距離越近，信號強度則越大。見下圖所示，為各線段的磁異常剖面圖。

理論上把多條垂向測線上檢測到的磁異常連接在一起，就可以得到整條路由線路的平面位置圖，也可以通過資料后處理的方法得到整條海纜路由線路的平面剖面圖，見下圖所示。

當(dāng)然，海洋磁力測量檢測與電磁感應(yīng)法探測一樣，有其局限性。首先，海洋磁力測量檢測能力與探頭距海底電纜的距離有關(guān)，距離越遠檢測可靠性越差，而依據(jù)我們的實踐分析，若超過10m就很難檢測出海底電纜等磁異常信號，而拖體的下沉能力有限，一般加了配重最大在10m左右，這就意味著對水深大于20m的海區(qū)，海洋磁力測量方法探測效果不能保證，除非配合ROV進行探測；第二，海洋磁力儀采用拖曳方式安裝，一般距船只需要30m以上，其拖體位置是靠推算得到，而水下流向不定，因此其推算定位精度上相對不高；第三，海洋磁力測量是通過檢測磁異常來確定目標(biāo)位置的，如果場區(qū)的背景場較干凈，則效果較好，如果場區(qū)建設(shè)工程較多，背景場復(fù)雜，就很難鑒別磁異常是因電纜信號所引發(fā)或是其他信號所引發(fā)；第四，所有磁力資料處理需要專業(yè)技術(shù)人員進行資料后處理，在現(xiàn)場很難判斷準(zhǔn)確，而且用斷面探測方式，其記錄資料時離散的，沒有連續(xù)跟蹤海底掩埋電纜的能力，資料連續(xù)性較差；第五，用海洋磁力測量探測電纜管線，測線需要按路由方向的斷面線布設(shè)，作業(yè)效率較低；第六，對于漁網(wǎng)較多的沿岸島礁海區(qū)，設(shè)備的自身安全是必須考量的；第七，其海纜埋深的測量是依據(jù)磁異常強度推算的方式得到，因此埋深測量精度的誤差就較大。

相對而言，海洋磁力測量探測海底輸油、輸水管線的效果較好，以下圖為例，在觀測平面內(nèi)海底管道上方約20m的范圍內(nèi)磁場會出現(xiàn)較大的正異常，實驗區(qū)管線目標(biāo)的磁異常強度可到達329.8nT的量級，判斷目標(biāo)位置就會相對容易一些。

如果布設(shè)為間距10m的網(wǎng)格狀測線，分別在路由的垂線和平行方向布設(shè)測線，就能從磁異常等值線圖中得到相對準(zhǔn)確的管線位置，如下圖所示。在磁異常等值線圖上海底管道表現(xiàn)為沿管道走向分布規(guī)律的“條帶狀”異常區(qū)域，區(qū)域的中心線即可確定為海底管道的位置；在垂直管道走向的剖面圖上則表現(xiàn)為平滑的磁場強度剖面出現(xiàn)明顯的“脈沖”狀異常，極值點即可確定為海底管道的位置。

對于海底電纜或光纜而言，無論是海洋磁力測量儀還是淺地層剖面儀，其工作特點是必須與路由方向垂直進行。一方面，電纜線路的數(shù)據(jù)記錄是離散的，路由線路的表述是由多個垂線上的特征點所連接而成，除非布設(shè)完全覆蓋的網(wǎng)格狀測線；另一方面，對于未能做垂線的線路點就不能探測到，數(shù)據(jù)連續(xù)性較差；再一方面，由于不斷地做折線，不僅工作效率較低，而且不一定能探測到海底電纜目標(biāo)。如下圖所示，為沿路由垂向布設(shè)的探測航跡線。

合成孔徑聲吶是一種新型高分辨率的水下成像聲吶，基本原理是采用小孔徑基陣移動形成虛擬大孔徑，然后通過信號處理方法得到高分辨率的水下圖像，合成孔徑聲吶成像原理示意見下圖所示。

理論與實踐表明，合成孔徑聲吶對于泥下3以內(nèi)淺埋藏水下目標(biāo)具有一定的探測能力，其優(yōu)點是橫向分辨率與工作頻率和距離無關(guān)，且比側(cè)掃聲吶橫向分辨率高1～2個數(shù)量級。但也會受海水介質(zhì)不均勻分布和海面、海底的影響和制約，會產(chǎn)生折射、散射、反射和干涉，從而產(chǎn)生聲線彎曲、信號起伏和畸變，影響探測效果。

相對與單頻合成孔徑成像聲吶，雙頻合成孔徑成像聲吶是在高頻和低頻合成孔徑聲成像技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計集成的一套雙頻合成孔徑聲吶系統(tǒng)，能夠提供大測繪帶、高分辨率的海底地形地貌圖像；同時對海底及海底底質(zhì)具有穿透性，能夠?qū)σ欢ㄉ疃葍?nèi)的海底掩埋管線、電纜、光纜等進行探測，可廣泛應(yīng)用于油氣管道探查、海底地形地貌成像和其他海底目標(biāo)的探測，其掃測精度和掃測效率均優(yōu)于其他類型的聲吶設(shè)備。其設(shè)備安裝圖如下圖所示。

下圖是某油田一條海底光纜，電纜規(guī)格為8.7/15KV（3×120mm，+8芯光纜），長度為3289m，設(shè)計埋深約為1.8m，建于2006年。右側(cè)較粗部分為輸油管線，左側(cè)較細(xì)部分（d點所指）為光纜管線。

在上圖中，a點對應(yīng)的為海底溝痕，b點是在高頻成像和低頻成像上都顯示為高亮柱狀形態(tài)，且在高亮柱目標(biāo)周邊未發(fā)現(xiàn)與之匹配的目標(biāo)陰影，同時根據(jù)a點特征可初步判斷，該點裸露為受到外界因素導(dǎo)致，如錨或拖網(wǎng)拖行；c點在高頻成像和低頻成像上均顯示為高亮的柱狀形態(tài)，且其周圍沒有明顯的溝痕、拖痕等地貌特征，既可以判斷該段為由于自然沖刷造成的裸露管道；d點在高頻成像上顯示為一條掩埋溝痕形態(tài)，且該溝痕由于海底的自然沉積基本已被填平，在低頻成像上顯示為細(xì)小線狀形態(tài)，即可以判斷該段為掩埋電纜。

上圖某光纜探測得到的結(jié)果，該海底光纜的基本結(jié)構(gòu)為聚乙烯層、聚酯樹酯或瀝青層、鋼絞線層、鋁制防水層、聚碳酸酯層、銅管或鋁管、石蠟，烷烴層、光纖束等，其直徑為69mm。在左圖的高頻信號中，沒有檢測到光纜目標(biāo)，而右側(cè)的低頻信號則準(zhǔn)確檢測到海底光纜的目標(biāo)連續(xù)記錄信號，說明該電纜為埋設(shè)2m左右電纜，與事先了解的信息相一致。

利用雙頻合成孔徑聲吶技術(shù)進行海底電纜有一定的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在：首先，測線平行與路由走向布設(shè)，作業(yè)效率高；第二，作業(yè)船平行計劃路由走向，信號記錄具有連續(xù)性，能連續(xù)清晰地在現(xiàn)場看清海底電纜的現(xiàn)狀位置，及海纜是否埋設(shè)或裸露；第三，雙頻合成孔徑聲吶對于水深較深區(qū)域效果明顯，只要控制好入水深度，克服尾流影響，反而就能更清晰地發(fā)現(xiàn)海纜位置；第四，合成孔徑聲吶定位精度較好，在深水區(qū)如果配上水下基線定位，則定位精度可以達到亞米級；第五，雙頻合成孔徑聲吶采用高低頻配置，高頻信號效果比側(cè)掃聲吶果分辨率更高，因此就不需要再采用側(cè)掃聲吶掃側(cè)作為補充。

當(dāng)然，任何探測方法都有其局限性。首先，雙頻合成孔徑聲吶對船只的安裝要求較高，一般需要特種工程船配合進行拖體的安裝，探測成本相對較高；第二，在淺水區(qū)域，一般會考慮船只安全及船只吃水等因素，不適合采用；第三，不同海區(qū)的地層塑造不同，雙頻合成孔徑聲吶的低頻信號對某些海區(qū)的反射效果尚有待進一步檢驗。

我們始終認(rèn)為，對海洋地球物理探測來說，價格高也并不代表就一定好，這里需要說明的是，沒有最好的設(shè)備，只有最合適的設(shè)備。對海底水下管線探測來說也一樣，要依據(jù)水下管線的現(xiàn)狀條件及想達成的探測目的來選擇最合適于本工程的設(shè)備。

比如要探測剛剛鋪設(shè)的水下管線狀態(tài)，建議采用多波束水深測量和聲參量陣淺地層剖面測量手段相結(jié)合；又如要探測淤埋目標(biāo)的水下管線，建議采用電磁感應(yīng)法探測、海洋磁力測量和合成孔徑聲吶探測方法；再如，想看看水下管線的裸露或架空情況，建議采用側(cè)掃聲吶掃側(cè)、多波束水深測量和合成孔徑聲吶探測方法。往往，海洋地球物理探測手段得到的結(jié)果有其多解性，為資料分析能更加準(zhǔn)確，有時需要采用多種方式組合探測，并結(jié)合已知相關(guān)資料，才能得到最優(yōu)的答案。

當(dāng)然，各種探測手段的作業(yè)效率與價格也是必須考量的因素，同時需要結(jié)合場區(qū)的特點來選擇合適的作業(yè)手段與方法，比如要考慮水深條件、地貌成因、海洋漁業(yè)活動現(xiàn)狀、海區(qū)背景場的復(fù)雜程度等等，最后還是那句話：只有最合適的設(shè)備，沒有最好的設(shè)備。

參考資料：

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4.李太春,劉維撰寫的相關(guān)材料.