摘要：随着海洋资源大力开发，海底电缆、输油管道、供水管道铺设和维护工程逐步增多。管道铺设前需要对其管道路由海域进行详细的水文地质调查，管道铺设后需及时进行验收检测，运行过程中定期对管道安全稳定运营情况进行检测。这些调查和检测需用到包括单波束、多波束、侧扫声纳、浅地层剖面仪等大量地球物理探测设备。单波束和多波束以水深形式反映海底地形地貌特征，单波束操作简单，成本较低；侧扫声纳以影像等形式反映海底地貌特征，其工作效率高，检测裸露于海底面的管道效果好；浅地层剖面仪以断面图像反映管道各种状态信息，管道埋深探测精度较高。本文通过使用进口SeaKing SBP浅地层剖面仪对湛江水域新奥燃气管道的检测实例阐述了浅地层剖面仪在海底管道运行管理及故障修复中的作用发挥。
关键词：管道；浅层剖面仪 检测方法；
近年来，国内外海底工程发展步骤加快，但海底管道的事故也出现了不少问题，统计分析国内公开发表和报道的20多起海底管道泄漏事故，由于抛锚、拖网、冲刷悬空等外力导致的管道断裂的比例高达65%以上，腐蚀等内因导致的管道断裂接近35%。海底管道一旦发生断裂，会造成油气泄漏，不但造成巨大的经济损失，还将对周围的环境造成不可估量的影响和破坏。事故发生后，如何快速对断裂点进行定位，为后续维修工程争取时间，显得尤为重要。
一、浅层剖面仪的工作原理
浅层剖面仪与测深仪工作原理相似，都是由发射单元向海底发射一定频率的声纳脉冲，接收单元接收其反射声纳信号。主要区别是测深仪发射声纳频率高（如高频为200～400 kHz），其声波穿透能力差，主要用于测量海水深度；而浅地层剖面仪发射声纳频率低（如2～20 kHz），产生声波的脉冲能量大，声波穿透能力强，分辨率高，可穿透海底一定深度的淤泥层、砂质层和基岩层。主要用于海底地质调查、海洋工程建设和海底管道铺设及检测等项目。市场常用的浅地层剖面仪有线性和非线性声源两类。线性声源功率大穿透能力强，但体积大，携带不方便。非线性声源体积小而轻，使用方便，但穿透能力差。TriTech SeaKing SBP浅地层剖面仪一种坚固、可靠的设计，容易与SeaKing传感器集成的一套浅地层剖面仪，其分辨率可达4 cm，穿透能力可达50～80 m，甚至更深 。SeaKing SBP浅地层剖面仪记录图像会因海底不同介质层对声波传输过程中的反射强弱呈现，在不同的介质影像，声波的传播速度不同其反射和透射系数也不同，当两种介质的反射和透射系数越大，接收到的反射信号就越强，反之则较弱。因此，接收到的反射信号，携带了海底地层的大量有用地质信息，通过观测记录并分析海底沉积物对于声波的反射影像，可以了解沉积物的地质属性，并可以直观的识别地层的地质构造。
二、海底管道应用浅层剖面仪检测方法
1.浅地层剖面仪图像判读分析。当管道位于管道沟中时，侧扫声纳检测中可获得若管道裸露于管沟面时会形成声纳影像。由于管沟壁对声波传播路径的遮挡，在管沟拖鱼一侧的管沟壁与管道间会形成一定距离的白色声影区，而由于管道的遮挡在其背面也会形成白色声影区，即在声纳记录中会形成在管道影像的两侧都有白色声影出现的情形。。即管道黑色阴影区两侧可能都会出现白色遮挡声影区，但距管道阴影区会有一定距离，与影像图的显示情况有所不同，主要用于区分管道是否悬跨于管沟中。声纳对管沟中的管道检测中，由于沟槽和管道几何尺寸变化的影响，获取完整的管道影像比较困难，而且管道背面约垂直于声线的沟壁对声波反射较强，管道影像难以分辨，这种情况侧扫声纳探测效果欠佳，更适合于浅地层剖面仪探测。浅地层剖面探测是海底管道探测的重要手段之一，管道无论是裸露于海底，还是埋藏于海底面以下，浅地层剖面探测都能简洁、直观的探测出管道在海底的状态信息。
浅地层剖面仪探测海底管道可得到的声纳图像管道裸露于海底的声纳剖面图，海底界面明显，管道图像清晰圆滑，剖面声纳记录中海底管道因较强的反射而形成颜色较深声影，且管道下方信号屏蔽现象明显，而海底底质对声波反射均匀且较弱，形成的剖面声影颜色较浅且均匀。可得管道裸露于海底的高度由测深仪精确测出，可由声纳剖面图上直接量取。在已知管道直径的情况下，则管道悬跨于海底则管道裸露于海底管道埋藏于海底面以下的声纳剖面图，海底底质剖面图像均匀较浅，弧状管道信号清晰，而管道的埋深可由声纳剖面图上准确量出。
2.气管道断裂。根据侧扫声纳和浅地层剖面结果，在管道附近会有一穿越管道上方的拖痕，拖痕位置与管道埋深较浅的区域基本一致，且该位置台风前后管道埋深明显变浅，推测区段管道存在由于外力导致管道断裂的可能，经人工水下探摸及相关验证，管道在海底面下0.2m 左右，管道被外力拉断，后经确认，某大型船舶曾在此区域锚泊，台风过境时，躲避不及，抛锚抗风，由于风力大，船锚走锚，在海底拖拽，致使管道断裂。研究区浅层气广泛发育，海底40m 范围内不见底，研究区北侧和南侧有两处气顶埋深较浅，最浅处仅为2m 左右，这两处浅层气在海底下13m 左右连通到一起，管道路由走向位于北侧浅层气富集区域南侧边缘，管道在浅层气富集区内长度大约在100m 左右。对侧扫声纳显示存在疑似气体逸出的位置，使用浅地层剖面仪进行了多次探测，多个浅剖剖面也可见疑似气体逸出现象，处典型剖面显示水中有疑似气体逸出产生的气柱现象，海底面未见明显海底凹坑，海底下浅层气广泛发育，对剖面产生的屏蔽现象明显，附近另一个典型剖面显示海底发育有海底凹坑，凹坑内气体屏蔽作用明显，基本无法看到连续完整地层剖面。综合侧扫声纳和浅地层剖面成果，在气管附近有疑似气体逸出迹象，由于多个剖面特征不同，推测有多处断裂的可能，后经人工水下探摸，海底下2m 左右，管道出现多处裂缝，由于气体逸出部分区域形成海底凹坑。如果海底沉积物中含有浅层气，随着含气量的增加会引起土体膨胀，孔隙压力增大，有效应力降低，从而破坏了土体的骨架结构，增大了土的压缩性，降低了土的抗剪强度，在伴随浅层气逸出的过程中，造成浅层气富集区海底沉降，形成海底凹陷。以一定间距进行浅层剖面仪检测管道剖面信息,可以直接判断出管道与海床的相对位置关系,确定其埋置深度以及悬跨高度,为管道的安全评估提供直接判断依据。研究区内海底凹陷范围与浅层气气顶埋深较浅范围基本一致，就是由于浅层气逸出后，海底沉积物不均匀下陷形成的海底凹陷。气管出现裂缝的位置位于海底凹陷边缘，可能就是在台风的作用下，海底沉积物不均匀运动，处于凹陷边缘处海底管道受不同的剪切力作用，导致气管出现裂缝，如未及时发现，下一步气管就会出现断裂。作业流程通常是先使用侧扫声纳采用大量程低分辨率对路由区进行“普扫”，发现疑似点再采用小量程高分辨率进行“精扫”，然后利用浅地层剖面仪进行探测，通过对比管道位置变化，判断管道水平方向和垂直方向发生位移的可能，最后结合人工水下探摸，确认海底管道断裂位置。
SeaKing SBP浅地层剖面仪不仅可以获得裸露于海底面以上的管道状态信息，更重要的是可以获得海底面以下一定埋藏深度的管道状态信息，可准确的量取管道埋藏深度，但浅地层剖面仪以断面信息表现探测信息，作业效率较低。综合利用仪器进行探测，可以充分利用设备自特点，提高了设备之间的互补性，扬长避短，可以从多方位、多途径快速获取海底管道的图像和数字信息，提高海底管道检测的精度和效率。为海洋开发建设提供可靠的数据支撑。
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