一种基于磁法探测的水下电缆探测误差修正技术探讨

崔志伟 赵阳

摘 要：随着近年来我国海洋石油平台、海上通讯等方面的迅猛发展，水下电缆的铺设遍布各处海域，而水下电缆因其直径较小等特点是目前海上调查的一大难点。文章介绍了目前常用的海底电缆平面探测技术手段：磁法探测的工作原理，并结合在渤南某油田电缆探测中的应用成果，总结了一种基于磁法探测的水下电缆探测误差修正方法，以期为不同工程中电缆磁法探测的数据处理提供参考。

关键词：水下电缆探测 磁法探测 平面误差改正

中图分类号：TE58 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）04（b）-0088-02

随着近年来我国海洋石油开发、海上通讯、风电等发面的迅猛发展，水下电缆已遍布各处海域。鑒于海底地质复杂，地震、海床塌陷、滑坡等，都有可能造成电缆断裂、破损，影响电缆的安全运行[1]，海底电缆探测和识别已成为海底管缆探测中的一项重要内容。

海底电缆不同于海底管线，由于其直径较小（一般为50～80mm），传统的精密测深、侧扫声呐等探测手段不能对其进行完整的探测和识别[2]，例如侧扫声纳仅适用于裸露电缆；传统的浅地层剖面仪由于受技术限制，垂向分辨率一般为100mm，仅对直径较大的电缆有一定的探测能力。本文介绍了目前常用的海底电缆平面探测技术手段：磁法探测的工作原理，并结合在渤南某油田电缆位置探测中的应用成果，总结了一种基于磁法探测的水下电缆探测误差修正方法，以期为不同工程中电缆磁法探测的数据处理提供参考。

1 磁法探测原理

海底电缆一般采用特殊的护套结构，主要包括加强的金属护套、金属加强带和铠装钢丝[5]，而电缆的结构一般分导体、绝缘体、内外屏蔽、金属护套和非金属护套、铠装钢丝和外被层[6]。海底电缆本身含有铁磁性材料，而当通电时，将产生附加磁场[7]，因此海底电缆的磁场模型 包括两部分：（1）铁磁性材料产生的磁场T1；（2）海底电缆通电时的附件电流磁场T2 。

磁场T1由海底电缆铠装钢丝形成，其可看成是由无限长的水平圆柱体，磁异常形态可用无限长圆柱体模型来建立。磁场T2可理想化为一无线长载流导线产生的电磁场，它在其周围空间产生的磁场符合比奥-萨伐尔定律[8-9]。海底电缆的铠装部分体积较小，因而产生的磁力异常值较弱[7]，其通电时电流磁场占主导地位。磁力梯度仪测得是磁场总强度T，通过分析总磁异常ΔT来对海底电缆进行定位[10]。

2 实例设备介绍

以渤南某油田电缆探测为例，项目采用的电缆探测设备磁法探测设备G-882磁力梯度仪。

磁力梯度仪G-882是美国Geometrics公司生产的铯光泵磁力仪。它是以工作物质的原子能级在磁场中产生塞曼效应为基础，再加上光泵技术和核共振技术而制成的。其既可以探测物体的固有磁场，也可以探测电磁异常。配有高度回声测深仪模块，量程为0～100m，分辨率为量程的0.25%，可以准确计算拖鱼后拖时的Layback数值，结合记录的GPS位置轨迹和速度，实现每个点的精确定位。

3 实际应用

3.1 工程概况

项目调查内容为两平台间的电缆路由探测。该段探测路由全长约2.3km，路由段内有两条管线及一条电缆平行分布，电缆走向大致为西北-东南向。

3.2 调查方法

本次调查中计划线分为横测线和纵测线。测量过程中，首先进行侧扫地貌调查，之后进行浅地层剖面调查，最后进行磁法电缆探测。

为消除船体固有磁场及电磁场干扰，磁法探测选用木质船舶、船尾拖曳式进行探测作业，拖缆长度应大于3倍船长。为了保证探测精度，设备距海底必须足够接近，一般保持在约2m，通过对磁力梯度仪G-882进行不同拖缆长度的测试结果比对后，确定拖缆施放75m，船速2节时测量状态较好。

将GPS定位数据信息接入磁力仪软件中，并同步输入GPS至拖曳点长度、后拖电缆长度进行实时改正，在发现电缆磁异常信号时进行坐标摘取。为得到更精确的电缆平面位置坐标，采取往返测量。

4 误差修正方法

直接由软件提取的磁力探测数据存在Layback修正不精准、误差较大等问题。但在探测中，磁力梯度仪不仅可以探测物体的固有磁异常，同时也可以探测电磁异常，也就是说磁力梯度仪G-882不仅探测到了电缆位置，同时也获得了路由区域内的管线位置，因此我们可以在后期数据处理中通过与其他资料的对比进行误差改正，同时也可以通过采用往返不同方向测量的数据进行位置修正。

处理方法主要分为以下两步。

4.1 往返探测坐标修正

在探测结束后，对磁力梯度仪探测数据首先进行Layback改正、磁偏角改正、地磁日变改正等，得出电缆探测位置坐标。之后对往返测量结果计算中值位置坐标，得到电缆、管线初步探测成果。

4.2 多源坐标校核

由于本项目中路由探测段未发现裸露电缆，无法对磁力梯度成果与地貌调查中的裸露电缆进行比对，故采用浅地层剖面仪探测到的埋藏管线位置坐标校核磁力仪探测到的管线及电缆坐标。

通过对比，我们发现磁力梯度仪探测成果呈现为一条折线，分析其原因为后拖曳模型偏移改正仍存在一定偏差。由于浅地层剖面仪为立杆式安装（GPS位于其正上方），而磁力仪为尾拖式测量，浅地层剖面仪的平面测量精度（±1.0m）优于磁力仪（±1.0～±5.0）m，因此可将磁力仪探测结果（管线与电缆）按照浅地层剖面仪所得的管线结果沿磁力探测测线方向进行联合偏移，近似认为偏移之后所得的电缆位置为实际电缆位置。基于此，结合浅地层剖面仪资料，通过偏差分析后进行联合平移，最终得出更加准确的电缆探测位置（见图1）。

由表1可知，本次测量中G-882磁力梯度仪电缆原始坐标（往返探测坐标修正后）与采用浅地层剖面仪数据校核修正后坐标最大差值为6.11m，最小差值为0.22m，平均差值为2.94m。

可得σ为1.77m。其表明磁力探测数据在经过往返测量坐标修正后与校核修正后坐标总体偏差不大，但从电缆走向来看，校核后电缆路由更加圆滑符合电缆实际情况。

由于在本次项目调查区域未进行海底电缆潜水探摸，无法对比实际电缆位置情况，希望以后的项目中能有机会进行实际比对。

5 结语

磁力探测仪G-882的作业方式（尾拖式）是造成其电缆探测位置不精确的主因。虽然由于在本次项目调查区域未进行海底电缆探摸，无法对比电缆实际位置情况，但通过本文的实际应用，我们可以发现通过往返测量修正及多源坐标校核的误差修正技术，可以得到更加精确的电缆位置坐标。

在其他基于磁法探测的水下电缆探测工程中，为了保证调查准确度、避免Layback修正带来的误差，可以采用安装水下定位信标于磁力探测仪上的方式，但同样这种方式也将增加工程成本及调查繁琐度，因此本文介绍的误差修正技术在一般的电缆磁法探测工程中具有较好的应用，望对有关学者及工作人员提供参考。

参考文献

[1] 邱巍，鲍洁秋，于力，等.海底电缆及其技术难点[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2012，8（1）：41-44.

[2] 于波，刘雁春，边刚，等.海洋工程测量中海底电缆的磁探测法[J].武汉大学学报：信息科学版，2006，31（5）：454-457.