浅地层剖面仪在障碍物探测中的应用

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1、浅地层剖面仪在障碍物探测中的应用杨仁辉（中交广州航道局有限公司 广州 510220）内容摘要：目前有多种障碍物的探测手段，包括多波束、侧扫声纳、海洋磁力、浅地层剖面法、拖底扫海和人工探摸等。浅地层剖面法可以对浅地层埋藏障碍物进行探测，选择窄脉冲、高频率并采用匹配滤波技术（Chirp）的浅地层剖面仪，采取一些必要的方法和条件，可以取得比较满意的探测结果。关键词：障碍物；浅地层剖面仪；反射系数；分辨率；天然气管线；扫测；沉船1前言在石油天然气开采、管线铺设、航道开挖、码头、桥梁等海洋工程项目施工区域内，经常存在诸如沉船、礁石、管线、残留物体等影响设计施工的障碍物。这些障碍物需要在设计施工前进行探测

2、，摸清障碍物的类型和分布，采取有效的措施进行规避或清除。目前，有多种障碍物探测的手段，包括多波束、侧扫声纳、海洋磁力、浅地层剖面法、拖底扫海和人工探摸等。每一种探测方法都存在优点和不足，单纯依靠一种方法无法对障碍物进行全面的探测，通常做法是根据区域特点综合多种手段实施作业的。但前述这些手段中大多数都是针对表层障碍物，只有浅地层剖面法可以开展浅地层内的障碍物探测。基于原理和目标的不同，浅地层剖面法对障碍物的探测有着相对特殊的应用方法。2浅地层剖面仪原理浅地层剖面仪（以下简称浅剖仪）又称次海底剖面仪，它是研究海底各层形态构造和其厚度的有效工具，其工作原理与回声测深仪相同1。浅剖仪一般由收发机、换能

3、器、电源等组成，换能器周期性向海底发射低频声波信号，声波遇到海底地层界面时产生反射信号，经收发机接收处理绘制成海底地层剖面图像。浅地层剖面法优点是在同一剖面上能快速不间断地进行扫描探测，对于有一定规模的障碍物的探测，无论其是否有掩护，探测效果都较好，一般常用浅地层剖面法探测障碍物以提供准确的平面位置及埋深2。图2-1 浅剖仪工作示意图2.1反射系数由于声波的海底反射能量大小由反射系数（R）决定，反射系数R为：R=2v2-1v1 2v2+1v1 31 V1，2 V2分别表示一、二层介质的密度和声速, V称为声阻率，简单地说，海底相邻两层存在一定声阻率量差，就能在剖面仪显示器上反映两相邻的界面线，

4、并能分别显示两层沉积物的性质图像特性差异。2.2分辨率浅剖仪的分辨率分为垂直分辨率和水平分辨率，垂直分辨率指在纵向上能分辨岩层的最小厚度，横向分辨率指在横向上确定地质体（如断层点、尖灭点）位置和边界的精确程度4。垂直分辨率与反射脉冲宽度相关：垂直分辨率=1 2C式中： C：声速 ：脉冲宽度在特定区域内地层的声速是固定的，所以要获得高垂直分辨率就要使用窄的脉冲宽度，而脉冲宽度过窄会影响穿透深度。所以目前多数浅剖仪都采用匹配滤波技术（Chirp），既获得较窄的脉冲宽度保证垂直分辨率又能穿透较深的地层。水平分辨率取决于第一菲涅尔带的宽度。第一菲涅尔带对水平分辨率影响因素是这个带的半径大小，其半径R可

5、由下式表示：R=1 2v（t f）1 2式中：t：到达反射体的时间（s） V：声源与反射体之间介质的平均速度（m/s） f: 声波信号的频率（Hz）菲涅尔带是一个圆弧带，中心距这个带的边缘是1/4，R小，剖面声图能反映探测反射界面的小隆起和凹陷形态；R大，剖面声图不能反映出所探测反射界面的小隆起和小凹陷地貌形态。3应用分析使用浅剖仪探测障碍物主要关注问题在于两点，一是对障碍物图像识别；二是对障碍物位置确定。根据浅剖仪的原理，障碍物的成像首先取决于障碍物与周围地层的声阻率，声阻率越大图像界限就越明显；其次取决于仪器分辨率，分辨率越好能识别的障碍物的尺寸越小。障碍物的位置确定主要取决于水平分辨率，

6、由于定位仪器的精度是相对稳定的，所以水平分辨率越高定位半径越小，位置越准确。所以在浅剖仪的选择上应偏重于窄脉冲、高频率并采用匹配滤波技术（Chirp）的仪器。比如TELEDYNE公司的Chirp浅地层剖面仪，采用匹配滤波技术（Chirp），有两种换能器选择，2-7kHz和10-20kHz，表3-1为计算得到的参数。图3-1 Chirp浅地层剖面仪 Chirp浅地层剖面仪计算参数 表3-1另外在使用浅剖仪进行探测时还应该注意以下几点：1 采用旁挂式安装，避免拖曳式安装带来的位置误差；2 采用高平潮时段进行作业，保证天气状况良好，换能器远离发动机，船速保持在4节以下，避免作业船姿态和混响影响；3