吕志伟，张永明，王鹏磊
国家海洋局北海海洋工程勘察研究院，山东 青岛 邮编266061
摘要：本文介绍了利用高精度的物探技术，探测出海底管道处于海底的位置、状态（埋藏，裸露，悬空）、平面布置（交越，走向）等信息，分析海底管道是否位于确权用海范围之内，是否按照法规完成铺设，为海底管道用海监管提供可靠数据依据，服务于管理部门。
关键词：海底管道；海域使用权；多波束测量系统；侧扫声纳系统；浅地层剖面探测系统。
geophysical prospecting technique application in supervising submarine pipeline
Lv Zhi-wei ,ZHANG Yong-ming,WANG Peng-lei
（State Oceanic Administration Beihai Ocean Engineering Survey Research Institute，Shan Dong Qing dao）
Abstract：The use of geophysical technology with high precision, detect the position and status of submarine pipeline, layout and other information, analysis of submarine pipeline is located within the scope of right by the sea, whether in accordance with the regulations to complete the laying of submarine pipeline with sea supervision to provide reliable data basis. Service management department.
Key WordS：Submarine pipeline；Right of using sea are；Multi beam measurement system；Side Scan Sonar System；Profile detection system。
1.引言
随着我国海洋油气资源开发的快速发展，海底油气管道大量增加。北海区共注册备案海底电缆近270条，总长4000多公里，海底管道近280条，总长1800多公里，油气开发海底电缆管道主要集中在辽东湾、渤海湾和黄河三角洲北部海域。
针对海底电缆管道的审批、管理，我国已制定一系列法律法规，如，《中华人民共和国海域使用管理法》、《中华人民共和国海洋环境保护法》、《铺设海底电缆管道管理规定实施办法》等，从海底管道选址的桌面研究、路由调查、海域使用论证、海洋环境影响评价、到竣工验收等流程进行管理。但由于海洋工程的复杂性、特殊性，以及受到当时技术能力的限制、经费的制约等诸多因素，导致海底管道在施工建设、运营管理过程中仍然存在一些违法违规现象，需要进一步强化监管，降低突发事故发生概率。
本文论述了综合利用海底管道探测的物探技术同步对海底管道位置、状态、安全隐患与防护措施等进行检测，以判断海底管道是否位于批准用海范围之内，改变以往只监管海平面以上石油平台等相关设施的管理模式，做到对海洋油气开发全方位的有效监管。
2.探测技术方法
高精度的物探调查技术是综合利用多波束测深系统、侧扫声纳系统和浅地层剖面系统对海底管道全方位的调查。针对出露或悬空的管道主要利用多波束测深系统和侧扫声纳系统相结合的探测方法，探测到的位置以多波束测量结果为准，对于埋藏的管道需要利用浅地层剖面仪进行有效探测。
2.1 多波束测深系统
多波束测深系统采用发射、接收指向性正交的两组换能器阵，一次能测量几十至上百个与航向垂直的一定宽度的全覆盖水深条带数据（李家彪，1999）。通过接收波束形成技术能够实现空间精确定向，利用回波信号的某些特征参量进行回波时延检测确定回波往返时间，从而确定换能器至海底斜距以获取精确水深数据（董庆亮 等，2009），且具有全覆盖、高精度、高密度、高效率和直观的特点，多用于海底目标物的探测。
海底管道探测中选用丹麦Reson公司生产得SeaBat7125多波束测量系统，可以获取出露管道准确位置、埋藏状态、平面布置走向，是否与其他管道存在交越等现象，以及管道所处海底海床周围地形、地貌条件等。
2.2 侧扫声纳系统
侧扫声纳是一种半定量以图像形态测绘水下地貌特征的仪器，换能器沿着航迹的两侧发射低入射角高频率声脉冲，接收回波信号，根据回波信号的强弱形成海底二维声纳影像图（来向华 等，2011）。侧扫声纳探测是利用声波在不同沉积物的声阻抗差异特性，接收强弱不同的海底回波信号，单个ping接收的是一条反映海底底质特性的很小方块或者像素序列，每个像素序列包含由坐标和反射强度信息，一系列连续的像素序列形成高分辨率的海底图像（张惟河 等，2014）。侧扫声纳具有形象直观、分辨率高和覆盖范围大的优点，被广泛应用于海底状况和目标物探测（张永明 等，2014）。
侧扫声纳只是实现了声波空间的粗略定向，依照回波信号在海底反向散射时间的自然顺序检测并记录回波信号的幅度能量，仅仅显示海底目标的相对波强度信息，获得海底地貌声像图（王琪 等，2003）。
本次侧扫声纳调查采用美国Klein公司生产的Klein3000型数字式双频侧扫声纳，设备的低频为100kHz，高频为500kHz。通过侧扫声纳测量，可以有效的统计出露管道长度、海底管道分布状态、管道平面位置、及海底管道附近海底底质分类情况，对管道进行安全防护提供基础数据支撑。
2.3浅地层剖面探测
浅地层剖面仪是利用声波在水中和水下沉积物内传播和反射的特性来探测水底地层的设备，是在回声测深技术的基础上发展起来的，是探测地层垂向结构，及层结构底质特征。声波在遇到声阻抗界面时发生发射，反射强弱由介质反射系数决定，反射系数为相邻两介质密度分别与声波在对应介质中传播速度乘积的比值决定。反射系数越大，反射强度越强，地层分辨越明显。浅地层剖面仪从声学机理上可分为线性的和非线性两类声源。线性声源功率大，穿透力强，缺点是仪器体积大。非线性声源体积小而轻，穿透力弱（魏志强 等，2009）。
本次海底管道探测使用SES2000高精度浅地层剖面仪，来探测发现埋藏在海底的管道位置、埋藏深度或者悬空高度，以及海底管道周边地层分布情况。
3.探测过程
3.1外业调查
本次调查管道位于埕岛油田群区，坐标范围：38°XX′55.7″N，118°XX′45.4″E~38°XX′15.6″N，118°XX′18.9″E。XX油田为我国第一大浅水油气田群，开发时间较久，海底管道电缆分布密集，为更好的掌握海底管道运行状态，本次调查选择了1条投入运行时间较长的输油管道。
调查范围为以目标管道为中轴线，两侧各100m。多波束海底地形探测、侧扫声纳探测，测线布设以调查管道为中轴线线，平行于中轴线每隔50m布设1条测线，也可根据现场水深、地形条件对测线布设间距进行调整；垂直于调查管道布设浅地层剖面测线，测线间距50-100m，对特殊区域根据实际情况进行适当加密。
3.2 数据处理
（1）多波束数据处理
多波束数据处理使用加拿大CARIS公司CARIS HIPS?and?SIPS 9.1软件包。生成调查区精细三维地形模型，真实展现海底管道与周围海床的接触关系，确定出露及悬空管段。
（2）侧扫声纳数据处理
侧扫声纳数据处理使用SonarWiz.MAP软件，结合多波束数据处理结果，绘制海底管道在海底面分布状况图，标明的海底管道裸露情况。
（3）浅地层剖面数据处理
浅地层剖面资料后处理使用ISE2.94后处理软件，将浅地层剖面数据导入软件后，进行地层划分和追踪。以判定海底管道的埋设状态和埋藏深度或者出露、悬空的高度，及海底管道附近地层结构特征，对管道稳定性进行判断。
4.探测结果及分析
4.1探测结果
综合分析多波束测深、侧扫声纳及浅地层剖面调查结果，精确探测到海底管道位置、走向、海底分布及埋设状态，统计调查结果绘制管道位置及状态分布图，管道坐标统计表（部分）见表1，管道位置分布图（部分管道）见图1。
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根据各种物探技术综合探测的结果，本次探测到管道总长约3920.8m，处于断续埋藏状态。其中共发现八段出露，总长1058.1m，占总长的27.0%，最大连续出露长度361m；其余管段为埋藏状态，埋藏深度（管顶部距海底垂直距离）多在0.4m~0.6m。
根据多波束和侧扫结果，管沟清晰可见，管道位于管沟内，管道铺设后未完成自然回淤，管道处于裸露或悬空状态，部分管道有人工防护现象，且抛沙位置准确。由于海底管道铺设时采用后挖沟自然回淤，不进行人工掩埋，自然回淤泥后未达到管道埋深深度为1.5m（管顶至海床的距离），部分管道甚至出现悬空状态，不利于海底电缆管道的用海安全，且管道埋深不符合海底电缆管道管理要求。事实证明通过多波束和侧扫声呐技术可以有效的探测到海底管道处于海底的状态，为管道的监管提供了技术支撑。
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4.2分析
1.管道用海与法律符合性
根据《中华人民共和国海域使用管理法》第三条规定：海域属于国家所有，国务院代表国家行使海域所有权。任何单位或者个人不得侵占、买卖或者以其他形式非法转让海域。单位和个人使用海域，必须依法取得海域使用权（《中华人民共和国海域使用管理法》，2001）。
拟建海底电缆管道必须建在已确权的范围之内，按照法律规定超出批准用海范围的区域属于违法占用海域，应给于相应的处罚（《中华人民共和国海域使用管理法》，2001）。受技术条件的制约，管理部门只能监管海面以上构筑物用海方式、位置、面积等，对海水面以下设施无能无力，只能依靠企业单方面提供的信息进行监管。本次调查联合多波束测深系统、侧扫声纳系统和浅地层剖面调查结果，绘制海底电缆管道实际走向和用海范围，与确权宗海位置、范围比较，可以确定本次调查海底管道完全位于确权宗海范围之外，最远距离约239m，该管道用海全部属于违反用海，应根据中华人民共和国海域使用管理法相应条款依法进行处理。
2.电缆管道用海与相关规定符合性
经有关研究表明：第三方破坏、腐蚀、波流冲刷造成管道悬空、海床运动、自然灾害是导致海底管道失效的主要原因（余建星 等，2004）。海底管道的失效不仅会影响正常生产，造成巨大的经济损失，更会污染海洋环境造成生态危害。具不完全统计，渤海发生事故次数最多的海域，共计10起，占总事故次数52.6％。在国内管道事故统计中，由于管道悬空造成的海底泄露事故为3起，占事故总数的15.8％；第三方破坏事故 7 起，占 36.8％；腐蚀和自然灾害各 2 起，占10.5％（方娜 等，2014）自然灾害和管道腐蚀造成的事故是人力不可抗拒的，而第三方破坏和管道悬空造成油气泄露是可以预防的。
由于所有者报备电缆管道路线与实际宗海相差较远，出现管道实际用海位置位于确权范围之外，造成监管部门难管理的状态，从而增加了第三方破坏引起海底油气泄露的概率。
其次，管道悬空造成的海底泄露事故为3起，占事故总数的15.8％。通过以上声波物探技术可以查清管道悬空位置、高度和长度，采用水下短桩支撑固定和挠性软管跨接法进行定点维护，降低管道断裂危险，提高管道维护效率。
5结 语
根据本次调查显示，多波束测量系统、侧扫声纳系统及浅地层剖面仪对相同管段调查结果一致，表明了调查结果可信；对本次调查管道位置与业主提交管道线路图进行比较，发现备案位置与本次实际调查位置不完全吻合，说明该系统可以为海底电缆管道的监管提供有效的手段，其次，海底电缆管道管理的法律法规重点关注申请，对施工监管和后期运营缺乏漏洞，而物探技术在海底电缆管道用海上的监管提供技术上的支撑，为漏洞填补提供条件。
因此，综上所述高精度的物探调查技术可以为管理部门依法行使海域监督提供基础的数据支撑，改变以往只监管海平面以上石油平台等相关设施对海底用海状态束手无策的管理模式。
参 考 文 献
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