应用磁力仪探测海底电缆方法的探讨

文/前德门

应用磁力仪探测海底电缆方法的探讨

文/前德门

海洋石油工程股份有限公司

近年来，如何应用磁力仪探测海底电缆得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，详细分析了探测方法的原理等内容，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就其数值处理方法展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。

磁力仪；海底电缆；探测；应用

1 前言

作为一项实际要求较高的实践性工作，应用磁力仪探测海底电缆的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对磁力仪应用方法的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化海底电缆探测相关工作的最终整体效果。

2 概述

随着海洋资源调查和海洋开发进程的加快，海底电缆探测和识别已成为现代海洋工程测量中水下管线探测的一项重要内容，并且，一直是海洋工程测量中的一个技术难点。由于海底电缆的直径比较小（一般为50～80mm），传统的精密测深、侧扫声纳等探测手段不能对其进行探测和识别，然而海底电缆的电磁特性为应用磁力仪对其进行探测和识别提供了物理基础和技术手段。自海洋磁力仪问世以来，只要获取高精度的区域海底磁场数据，利用海底电缆产生的磁场异常特性（即海底电缆磁场模型），就可对实际地磁场异常特征进行分析判断，对海底电缆进行识别和定位。本文对磁探测海底电缆模式及方法作了尝试性的研究。

海底电缆埋设于海底以下3m以内，而且通有50Hz交流电流，在电缆周围就会产生一个交变电磁场，并向周围传播，利用特制的探头（使之谐振于发射频率）就可在电缆附近感应出相同频率的电压信号。由于在应用时，考虑的都是近区（即研究点与场源的距离小于1/6电磁波波长的范围），所以海底电缆一般可以认为是无限长导线。

3 探测方法的探讨

3.1探测原理

海底电缆的外层是用钢丝铠装的，钢虽是强磁性物质，但它的体积很小，因而产生的磁力异常值较弱。从一个物体在空中产生磁场的原理可知，物体在空中产生磁场是球状分布的;也就是说，在空中某点的磁场强度正比于靠近该物体的体积和物体的性质，而与距该物体的距离的3次方成反比。由于海底电缆的直径很小，它产生的磁力异常值很弱，故要探测到海底电缆的磁力异常最关键的一条是磁力仪的“鱼”(即磁力仪的探头)要尽量靠近它，即解决磁力仪的“鱼”与海底电缆的距离间题。在离“鱼”10m处加一重物—铅锤(8一12kg)，系铅锤的尼龙绳为6m，要求在探测过程中，船尽量放最慢速度航行，铅锤斜拖于海底。“鱼”由于空腔中有空气不会沉底，设想“鱼”能保持在离海底4-5m处，这样灵敏度较高、噪声较低。在鱼跨过海底电缆时，能较理想地探测出海底电缆产生的磁力异常曲线。

3.2“鱼”离海底高度的确定

磁力仪的“鱼”在探测海底电缆的过程中，必须知道“鱼”离海底的高度值。作者使用的“Seaspy”海洋质子磁力仪本身带有压力传感器，它能显示“鱼”离水面的深度，但是此压力传感器所显示的数值不准确，出入很大。通过对压力传感器的显示数值作校正试验，找到它的校正系数为“1/5”，即压力传感器的显示数值乘以“1/ 5”为“鱼”的真正离水面的深度。这样就可以确定“鱼”离海底的真正高度。

3.3对工作船航行的要求

在探测海底电缆的过程中，为了实现“鱼”离海底高度处在较理想的深度范围内(在“鱼”跨过已敷设的海底电缆的已知位置附近时)，要求工作船的航行速度必须严格地与之配合，工作船的航行速度在2kn左右为宜，而且工作船航行的速度要根据压力传感器的读数换算到“鱼”离海底的高度值随时进行调整，以确保“鱼”在到达海底电缆的已知坐标附近时能在离海底较理想的高度。如果船速过高，“鱼”沉不下去，离海底电缆太远，磁力仪测不到海底电缆的磁力异常值(或磁力异常值很小)，不能确定出海底电缆的真正位置。反之，由于船速太低，“鱼”拖海底，杂乱的海底噪声和海底存在的废弃铁磁物质被测出来，呈现出杂乱的干扰磁力异常，没法分辨出真正的海底电缆的位置。所以探测时要求工作船很好地与之配合，才能做好此探测工作。

3.4仪器的电缆长度

磁力仪电缆放的长度是根据工作船只的长度和探测海域的海水的深度确定的，某次在进行CZC光缆香港段探测时，海深在35一10m间。为了保证“鱼”能沉下海底，磁力仪电缆放的长度为200，250，300m3种。

4 数值处理方法

由于GPS定位仪是以天线为定位基准，磁力仪的电缆放出的长度离船尾20一250m，“鱼”到达的时间总是迟后于定位天线。磁力仪的软件又不能和GIS联机，测量时采用调磁力仪的时钟与GPS时钟同步的方法。通过“鱼”的位置与定位仪〔干S的关系、电缆长度、压力传感器的读数和测深仪的读数可以把航迹图的marker关系计算到“鱼”处，先找出海底电缆交汇点出现磁力异常处的时间，然后再在航迹图上找出“鱼”处相同时间的坐标，此时“鱼”在航迹图上所处的坐标即为磁力异常的坐标，也即是海底电缆所处位置的坐标。测量光缆路由线与海底电缆交汇点共穿测3次，也即有3次磁力异常出现。由3处磁力异常出现的时间找出3组坐标值再点到航迹图上，连接3组坐标的连线就是被测海底电缆的走向。

5 结束语

综上所述，加强对应用磁力仪探测海底电缆问题的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的海底电缆探测工作过程中，应该加强对磁力仪应用关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。

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