海洋磁力仪在沉舰探测定位中的运用

余恺 周春水 王泽冰

（1.第七一五研究所，杭州，310023；2.国家文物局水下文化遗产保护中心，北京，100029）

（3.山东省水下考古中心,济南,250014）

山东威海湾海域是近代甲午海战的发生地，“定远号”等战船均沉没于此。据有关史料，日军曾对沉舰进行拆解。时至今日，随着港内泥沙的淤埋，沉舰位置已显模糊、保存情况更无从得知。100多年过去了，这些早已成为珍贵的历史文化遗产。探测并定位沉舰，可为以后的研究与保护提供依据。

海底铁磁性沉舰探测可选的仪器有多波束侧扫声呐和磁力仪等。由于待探测的山东威海湾面积较大，水文情况复杂，且沉舰年代较远，目标很可能被泥沙或淤泥掩埋，在该环境下，声学设备探测使用受限且效率较低。而磁力仪探测的特点是能准确探测铁磁物质所引起的磁异常，且不受空气、水流、泥沙及水文条件等的影响。综合考虑，先用海洋磁力仪对威海湾的沉舰进行大面积搜索探测，再用声学设备对可疑点进行验证。

1 沉船的磁异常模型和异常解析

当水下拖体与探测目标的距离大于拖体长度 2倍时，可把目标磁异常等效为磁偶极子场[1,2]，其磁异常表达式为：

式中：

上式中，i为磁化倾角，δ为x轴正方向与磁化北方向的夹角，I0为地磁场倾角，A′为地磁场偏角。根据磁偶极子的磁异常表达式，可估计目标的磁异常，这在沉船识别时是非常重要的。

2 海洋磁探测系统

2.1 系统构成

GB-6B海洋氦光泵磁力仪如图1所示，它将数字式小型化高精度氦光泵磁力仪全部集成在水下拖体内，控制显示和数据处理由船舱上的综合处理机实现。同时，将GPS导航定位系统、磁力仪、水深测量仪、压力高度计等集成为综合测量系统，借助相配套的导航和数据采集软件，实时完成高精度磁测。

图1 GB-6B型海洋氦光泵磁力仪

2.2 海上作业方式

磁力仪工作示意图见图2，通常采用拖曳方式工作。由拖缆连接固定于船尾。测量船选择木船较为理想，可以避免船体及船上的铁磁性物体对磁力仪工作状态的影响。

图2 GB-6B海洋氦光泵磁力仪海上探测示意图

2.3 目标探测能力分析

GB-6B型海洋氦光泵磁力仪探测能力可按公式（2）估算，示意图如图3所示。

图3 GB-6B型海洋氦光泵磁力仪探测能力示意图

式中：OD为有效探测斜距；T2为目标可靠检测值；T1为欲探测目标在距离R时的实测磁异常值，探头入水深度为h1，目标掩埋深度为h2，磁力仪可探测的宽度为2W。

3 沉舰探测结果

GB-6B型海洋氦光泵磁力仪完成了威海湾海域的全覆盖探测，对有磁异常的地方，再进行了加密探测。分析磁异探测数据，进一步结合磁异常大小、宽度及周围测线的磁异常情况等分析，推断了疑似沉舰位置。疑似沉舰的典型磁异常曲线和等值线图分别如图4、图5所示。最大磁异常幅值为791 nT，显然与7 300 t左右的沉舰磁异常值相差较大。多波束侧扫声呐在疑似区域探测后的结果如图6所示，图中蓝色圆圈位置为疑似沉舰的磁异常点，红色色块为遗存的围堤，通过查阅史料，可知当时曾筑坝抽水拆解，磁力仪所探测得到的磁异常点位于红色色块区域之内，磁异常值仅反映剩余的铁磁物，推断此处为定远舰沉没点。

图4 疑似沉舰的典型磁异常曲线

图5 疑似沉舰的等值线图

图6 多波束验证磁法定位的磁异常点

4 结论

本文通过对沉船磁异常模型的构建及解析，指导了海洋磁力仪在山东威海湾的磁测数据分析和疑似位置推断，并与多波束声呐测量数据相互验证，结果一致。海洋磁力测量设备和多波束声呐装置联合探测可以取得更好的探测效果，这是今后需要进一步研究的水下目标探测手段。