一種基于磁法探測的水下電纜探測誤差修正技術探討

崔志偉 趙陽

摘 要：隨著近年來我國海洋石油平臺、海上通訊等方面的迅猛發展，水下電纜的鋪設遍布各處海域，而水下電纜因其直徑較小等特點是目前海上調查的一大難點。文章介紹了目前常用的海底電纜平面探測技術手段：磁法探測的工作原理，并結合在渤南某油田電纜探測中的應用成果，總結了一種基于磁法探測的水下電纜探測誤差修正方法，以期為不同工程中電纜磁法探測的數據處理提供參考。

關鍵詞：水下電纜探測 磁法探測 平面誤差改正

中圖分類號：TE58 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（b）-0088-02

隨著近年來我國海洋石油開發、海上通訊、風電等發面的迅猛發展，水下電纜已遍布各處海域。鑒于海底地質復雜，地震、海床塌陷、滑坡等，都有可能造成電纜斷裂、破損，影響電纜的安全運行[1]，海底電纜探測和識別已成為海底管纜探測中的一項重要內容。

海底電纜不同于海底管線，由于其直徑較小（一般為50～80mm），傳統的精密測深、側掃聲吶等探測手段不能對其進行完整的探測和識別[2]，例如側掃聲納僅適用于裸露電纜；傳統的淺地層剖面儀由于受技術限制，垂向分辨率一般為100mm，僅對直徑較大的電纜有一定的探測能力。本文介紹了目前常用的海底電纜平面探測技術手段：磁法探測的工作原理，并結合在渤南某油田電纜位置探測中的應用成果，總結了一種基于磁法探測的水下電纜探測誤差修正方法，以期為不同工程中電纜磁法探測的數據處理提供參考。

1 磁法探測原理

海底電纜一般采用特殊的護套結構，主要包括加強的金屬護套、金屬加強帶和鎧裝鋼絲[5]，而電纜的結構一般分導體、絕緣體、內外屏蔽、金屬護套和非金屬護套、鎧裝鋼絲和外被層[6]。海底電纜本身含有鐵磁性材料，而當通電時，將產生附加磁場[7]，因此海底電纜的磁場模型 包括兩部分：（1）鐵磁性材料產生的磁場T1；（2）海底電纜通電時的附件電流磁場T2 。

磁場T1由海底電纜鎧裝鋼絲形成，其可看成是由無限長的水平圓柱體，磁異常形態可用無限長圓柱體模型來建立。磁場T2可理想化為一無線長載流導線產生的電磁場，它在其周圍空間產生的磁場符合比奧-薩伐爾定律[8-9]。海底電纜的鎧裝部分體積較小，因而產生的磁力異常值較弱[7]，其通電時電流磁場占主導地位。磁力梯度儀測得是磁場總強度T，通過分析總磁異常ΔT來對海底電纜進行定位[10]。

2 實例設備介紹

以渤南某油田電纜探測為例，項目采用的電纜探測設備磁法探測設備G-882磁力梯度儀。

磁力梯度儀G-882是美國Geometrics公司生產的銫光泵磁力儀。它是以工作物質的原子能級在磁場中產生塞曼效應為基礎，再加上光泵技術和核共振技術而制成的。其既可以探測物體的固有磁場，也可以探測電磁異常。配有高度回聲測深儀模塊，量程為0～100m，分辨率為量程的0.25%，可以準確計算拖魚后拖時的Layback數值，結合記錄的GPS位置軌跡和速度，實現每個點的精確定位。

3 實際應用

3.1 工程概況

項目調查內容為兩平臺間的電纜路由探測。該段探測路由全長約2.3km，路由段內有兩條管線及一條電纜平行分布，電纜走向大致為西北-東南向。

3.2 調查方法

本次調查中計劃線分為橫測線和縱測線。測量過程中，首先進行側掃地貌調查，之后進行淺地層剖面調查，最后進行磁法電纜探測。

為消除船體固有磁場及電磁場干擾，磁法探測選用木質船舶、船尾拖曳式進行探測作業，拖纜長度應大于3倍船長。為了保證探測精度，設備距海底必須足夠接近，一般保持在約2m，通過對磁力梯度儀G-882進行不同拖纜長度的測試結果比對后，確定拖纜施放75m，船速2節時測量狀態較好。

將GPS定位數據信息接入磁力儀軟件中，并同步輸入GPS至拖曳點長度、后拖電纜長度進行實時改正，在發現電纜磁異常信號時進行坐標摘取。為得到更精確的電纜平面位置坐標，采取往返測量。

4 誤差修正方法

直接由軟件提取的磁力探測數據存在Layback修正不精準、誤差較大等問題。但在探測中，磁力梯度儀不僅可以探測物體的固有磁異常，同時也可以探測電磁異常，也就是說磁力梯度儀G-882不僅探測到了電纜位置，同時也獲得了路由區域內的管線位置，因此我們可以在后期數據處理中通過與其他資料的對比進行誤差改正，同時也可以通過采用往返不同方向測量的數據進行位置修正。

處理方法主要分為以下兩步。

4.1 往返探測坐標修正

在探測結束后，對磁力梯度儀探測數據首先進行Layback改正、磁偏角改正、地磁日變改正等，得出電纜探測位置坐標。之后對往返測量結果計算中值位置坐標，得到電纜、管線初步探測成果。

4.2 多源坐標校核

由于本項目中路由探測段未發現裸露電纜，無法對磁力梯度成果與地貌調查中的裸露電纜進行比對，故采用淺地層剖面儀探測到的埋藏管線位置坐標校核磁力儀探測到的管線及電纜坐標。

通過對比，我們發現磁力梯度儀探測成果呈現為一條折線，分析其原因為后拖曳模型偏移改正仍存在一定偏差。由于淺地層剖面儀為立桿式安裝（GPS位于其正上方），而磁力儀為尾拖式測量，淺地層剖面儀的平面測量精度（±1.0m）優于磁力儀（±1.0～±5.0）m，因此可將磁力儀探測結果（管線與電纜）按照淺地層剖面儀所得的管線結果沿磁力探測測線方向進行聯合偏移，近似認為偏移之后所得的電纜位置為實際電纜位置。基于此，結合淺地層剖面儀資料，通過偏差分析后進行聯合平移，最終得出更加準確的電纜探測位置（見圖1）。

由表1可知，本次測量中G-882磁力梯度儀電纜原始坐標（往返探測坐標修正后）與采用淺地層剖面儀數據校核修正后坐標最大差值為6.11m，最小差值為0.22m，平均差值為2.94m。

可得σ為1.77m。其表明磁力探測數據在經過往返測量坐標修正后與校核修正后坐標總體偏差不大，但從電纜走向來看，校核后電纜路由更加圓滑符合電纜實際情況。

由于在本次項目調查區域未進行海底電纜潛水探摸，無法對比實際電纜位置情況，希望以后的項目中能有機會進行實際比對。

5 結語

磁力探測儀G-882的作業方式（尾拖式）是造成其電纜探測位置不精確的主因。雖然由于在本次項目調查區域未進行海底電纜探摸，無法對比電纜實際位置情況，但通過本文的實際應用，我們可以發現通過往返測量修正及多源坐標校核的誤差修正技術，可以得到更加精確的電纜位置坐標。

在其他基于磁法探測的水下電纜探測工程中，為了保證調查準確度、避免Layback修正帶來的誤差，可以采用安裝水下定位信標于磁力探測儀上的方式，但同樣這種方式也將增加工程成本及調查繁瑣度，因此本文介紹的誤差修正技術在一般的電纜磁法探測工程中具有較好的應用，望對有關學者及工作人員提供參考。

參考文獻

[1] 邱巍，鮑潔秋，于力，等.海底電纜及其技術難點[J].沈陽工程學院學報：自然科學版，2012，8（1）：41-44.

[2] 于波，劉雁春，邊剛，等.海洋工程測量中海底電纜的磁探測法[J].武漢大學學報：信息科學版，2006，31（5）：454-457.