目前,探测水下管线的主要方法为磁法勘探、浅层剖面勘探、侧扫声纳等物探方法。侧扫声纳主要探测裸露于水底面上的管线及采用开挖沟槽施工且沟槽痕迹清晰可见的水下管线;浅层剖面则用于探测具有一定规模的水下管线,如水下的雨污水管、燃气管、给水管等;磁法勘探主要用于探测具有磁性异常的管线,如光(电)缆、铁质的给水、燃气等管线。
1、物探探测原理
1.1磁测原理
地球的基本磁场是一个位于地球中心并与地球自转轴斜交的磁偶极子的磁场,在整个地球表面,都有磁场分布,而且磁场强度、磁倾角、磁偏角随地区的不同而变化,但对于某一工程,研究的是局部小范围的磁场,我们可以把地磁场在该区域看作均匀分布的,一般在无铁磁性物质的土层中,其磁场强度就是地磁场,即背景场。
自然界各种物体都受地磁场的磁化作用,在其周围产生新的磁场,对铁磁性物质而言,由于其自身的磁化率非常高,它相对于其他物质而言所表现出的磁性要强得多,这种磁场相对于天然磁场分布而言,称之为磁异常。由于各种物体的磁性不同,那么它产生的磁场强度也不同;物体空间分布的不同使其在空间磁场的分布特征也不同。由于探测范围内磁场的分布特征由该区内的物体分布情况及空间位置来决定,通过用专门的仪器来测量、记录测区磁场分布,根据所测得的磁场分布特征就可以推断出地下各种磁性物体的形状、位置和产状。
任何物探方法都有一定的地球物理前提条件,磁测方法也不例外,当其周围有较强的干扰磁场时,测试的磁场不稳定,测试效果差,无法获得正确结论,因此必须根据现场条件、磁性差异和干扰情况,合理地选择磁测方法及仪器设备,选择磁测方法及仪器设备的原则是避开强干扰场,压制较弱干扰场,突出探测物体的磁异常。对于水上磁测,采用加长探头距船体的距离,消除船体干扰磁场的影响,选择海磁测试总场△T。
1.2浅层剖面探测原理
浅层剖面是利用声波在水中和水下地层中的传播和反射特性来探测水底地层构造。发射机给声发射换能器一强功率电脉冲,从而在水中产生一个短促的声脉冲,当此探测脉冲在向下传播途中遇到海底和各地层界面时,由于界面两侧声阻抗的不同,而有一部分能量被反射回来,并被接收换能器所接收,反射声信号在换能器中被转换成电信号,传入主机,经信号处理、成图,反映出地下各种地质体的分布情况。
1.3侧扫声纳探测原理
侧扫声纳是利用专用的探头发射声纳信号。声纳探头发出的信号呈扇形向下传播,扇形在水平角方向为0.6°~1.9°,而在垂直角方向为32°,当声纳信号到达江底时,就会产生反射和散射。接收器接收来自江底的返回声纳,仪器设备根据接收到的声纳信号的时间及角度,经过计算机处理就可以描绘出该扇形区域江底的相对深度变化,从而得到江底的地貌起伏情况和存在江底(海底)的沉船及其它近表面的物体等的具体位置、形态和尺寸。
2、水上工作方法
各种物探方法均采用连续测量的工作方式,测点定位采用动态GPS导航系统,测量时,数据采集系统自动将物探仪器与GPS的定位数据对应起来,实现导航与定位的统一。
2.1 磁法探测水上工作方法
水域探测主要受测试船本身的发动机、船体等金属物质的磁场影响,因此选用吨位较小的木船,拖缆长度通过试验定为50m,削弱了船体的影响。选用海上磁测方法探测海底光、电缆产生的磁异常△T,通过对测试的线状局部磁异常及地质背景磁场的分析,确定光、电缆的形态、走向及具体位置。水域采用水域专用德高精度磁力仪,测量参数为ΔT。为保证工作精度,数据采样率为10次/秒,船的航速控制在10.0km/h内,将保证至少20.0cm左右的采样点。在船上的操作员及时记录测线周围的船只通航及附近岸边的实际情况,以排除由于过往船只或附近磁性物体的影响,同时记录测线号及本测线的开始工作时间和结束时间。当天工作结束或本测线工作结束后,将数据输入计算机,进行处理。
2.2 浅层剖面探测水上工作方法
浅层剖面勘查的声波震源为水下拖曳的电火花声源系统,该系统和接收器以固定的间距(0.5m左右)装在同一容器中,习惯上称之为拖鱼。工作时将拖鱼放入水中,通过信号电缆和装在船上的信号采集器相连接。浅层剖面工作采用船侧悬挂式工作方式,发射和接收探头被固定在船侧水下2.0m深处,工作频率为2~7kHz,扫描长度32ms。工作中连续采样、实时显示。室内对实际的测量资料进行航迹分析、测线定位、带通滤波、纵向滤波等处理。