海底电缆外部探测方法与应用浅析
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海底电缆的外部探测主要包括平面位置探测和埋深状态探测。进行海缆外部探测，有助于及时掌握海 底电缆的外部信息，可以为日常维护检修提供宝贵的基础资料，也可以用于查找事故海缆的断裂位置，服务 于应急抢险修复工作。
目前常见的海底电缆外部探测方法主要有侧扫声纳探测、海洋磁力仪探测、海缆探测仪探测、浅地层剖 面仪探测等多种方法［４－６］，每种方法都有其特有的优缺点，本文将从原理阐述和应用实例介绍方面对其进行 简要介绍。
摘 要：介绍了海底电缆外部探测作业中常用的方法、原理及其应用情况。海洋磁力仪、海缆探测仪、侧
扫声纳和浅地层剖面仪都可用于探测海缆，分别基于磁力信号、电磁信号和声学反射信号的测量原理。
Leabharlann Baidu
每种方法都有优缺点和应用限制，在实际应用中应该灵活选择与搭配不同的调查方法。
关键词：海底电缆；侧扫声纳；海洋磁力仪；海缆探测仪；浅地层剖面仪
体的磁异常值和位置。
海底电缆产生的磁场主要来源于保护层中的铁磁性材料以及自
身的加载电流。在实际探测时，将海底电缆看作无限延伸的水平圆柱
体，然后根据磁力仪距水平圆柱体铁磁性物体的距离不同所产生的磁 异常值的大小，来判别海底电缆的磁异常信号。根据经验，一般的海 底电缆在距磁力仪 ５～１０ｍ高度时产生的磁异常值约在 ８～３０ｎＴ左 右，大致相当于直径为 ０．１ｍ的铁磁性水平圆柱体的磁异常值，当海
中图分类号：Ｐ７５６．２ 文献标识码：Ａ
文章编号：１００５－８４４３（２０１８）０３－０３６５－０５
海底电缆在跨洋通讯、海上油田供电、海上风电、岛陆间供电与通讯、水下安防通讯等应用方面发挥着 重大的作用，其安全运营也是海洋工程领域的重要议题［１－２］。海底电缆敷设安装后一般浅埋或裸露于海底 面，在潮流、波浪、潮汐等海洋动力条件下，容易产生冲刷、移位等不利影响；在风暴潮、海底塌陷、海底滑坡 等外部营力或渔业作业、船舶抛锚等人类活动影响下，还可能发生损伤、断裂等事故［３］。
图 １是在渤海某油田应用侧扫声纳探测海底电缆的声学效果图。其中，图 １－ａ是海缆正常裸露状态下 的声纳图像，可以看出，在底质软弱均匀的平滑海底面上，海底电缆呈现出灰度较大的强反射特征，裸露段 的反射特征为连续的线形，埋藏时无反射特征；当海缆出现盘绕现象时，声纳图像上的反映清晰而具体；海
收稿日期：２０１７ －０４－１２；修回日期：２０１７－０８－１０ 基金项目：国家重点研发计划项目：基于多源数据的南海岛礁工程环境与选址研究（ＴＫＳ１６０２２０） 作者简介：李晶（１９８５－），女，山东青岛人，硕士，工程师，主要从事海洋工程勘测数据处理方法研究。 Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＬＩＪｉｎｇ（１９８５－），ｆｅｍａｌｅ，ｅｎｇｉｎｅｅｒ．
１ 侧扫声纳探测方法与应用
侧扫声纳探测是一种非常成熟的海底探测技术，它具有分辨率高、扫测范围大、安装使用方便、资料处 理简单、图像识别直观等优点。侧扫声纳技术运用海底地物对入射声波反向散射的原理来探测海底形态， 通过声纳线阵向左右两侧发射扇型波束，海底反向散射信号依时间的先后和强度的不同被声纳线阵接收， 然后根据不同位置灰度值的不同而构成声学成像，可以直观地反映出海底微地貌形态和海底底质或目标物 的声学特征。根据以上原理，如果海底电缆裸露于海底面，且与海底底质存在明显的声阻抗差异，将会清晰 地反映到声纳图像中。
油田进行海洋磁力探测后，根据磁异常成果绘制的平面剖面图，连接每条航迹线上探测到的磁异常点，即可
总体来说，侧扫声纳用于海底电缆外部探测时，易于探测到海缆 在裸露状态下的平面位置，且能反映出海缆细节信息；同时能够探测 到海缆周围可能存在的不利影响因素，如不良地貌、海底障碍物、人工 作业痕迹等，便于评估海缆的安全运营状态；还能用于对海缆断裂、移 位等事故原因的调查。其缺点是难以探测到海缆在埋藏状态下的信 息，平面定位数 据 在 恶 劣 海 况、大 水 深 条 件、较 强 温 跃 层 等 情 况 干 扰 下，容易产生较大误差。
第 ３９卷第 ３期
２０１８年 ６月
水 道 港 口
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷａｔｅｒｗａｙａｎｄＨａｒｂｏｒ
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０１８
海底电缆外部探测方法与应用浅析
李 晶１，２
（１．交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 ３００４５６；２．天津水运工程勘察设计院 天津市水运工程 测绘技术重点实验室，天津 ３００４５６）
２ 海洋磁力探测方法与应用
海洋磁力探测是发现海底管线或电缆位置的常用手段。如果某
一区域的磁力场受到外界铁质物体的入侵，将会受到铁质物体产生的
相对于自身磁力场的作用，从而被干扰，而且其干扰基本存在于入侵
铁质物体的周围。当磁场受到外来入侵，导致磁场强度出现了变化，
那么位于附近的磁力仪会相应地改变磁力数值，从而探测出铁磁性物
３６６
水 道 港 口
第 ３９卷第 ３期
底电缆的数目、入泥点与出泥点的位置等信息，都能在声图上得到辨识。图 １－ｂ是海缆遭受船舶抛锚活动 破坏，被拖曳后的声纳图像，可以看出，被拖曳后的海底电缆呈灰度较大的线形强反射，抛锚痕迹呈灰度较 小的弱反射，拖曳痕迹呈束装并发散的中等反射，原海缆位置在拖曳痕迹的边缘，整个声纳图像信息丰富， 主次分明，可以从中还原事故发生的具体经过。
图 １ 海底电缆侧扫声纳探测图像 Ｆｉｇ．１Ｓｉｄｅｓｃａｎｓｏｎａｒｉｍａｇｅｉｎ ｓｕｂｍａｒｉｎｅｃａｂｌｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
底电缆不通电或动力加载电流较大时，其磁异常值也可能超出上述范围［７］。
在使用海洋磁力仪时，通常将其拖曳于船尾一定距离，如果是木质船体，拖缆长度宜大于 １倍船长，如果
是铁质船体，拖缆长度宜大于 ３倍船长，以降低船磁的干扰影响。当水深较大时，可在磁力仪拖体或拖缆上
加装铅块等配重使之下沉，然后通过调节船舶的航速，将拖体的距底高度控制在 ５～１０ｍ范围，以便取得较
好的探测效果。
海洋磁力仪的探测成果可以利用磁异常平面剖面图的形式来表示，具体方法为，首先绘制磁力探测的
实际航迹线，然后按照适当的比例将每个测点的磁异常值垂直投影到航迹线上，即可直观地判断整条航迹
线上的磁异常值变化情况，如果没有其他磁性体干扰，海底电缆上方的磁异常会非常明显。图 ２是在渤海某
目前常见的海底电缆外部探测方法主要有侧扫声纳探测、海洋磁力仪探测、海缆探测仪探测、浅地层剖 面仪探测等多种方法［４－６］，每种方法都有其特有的优缺点，本文将从原理阐述和应用实例介绍方面对其进行 简要介绍。
摘 要：介绍了海底电缆外部探测作业中常用的方法、原理及其应用情况。海洋磁力仪、海缆探测仪、侧
扫声纳和浅地层剖面仪都可用于探测海缆，分别基于磁力信号、电磁信号和声学反射信号的测量原理。
Leabharlann Baidu
每种方法都有优缺点和应用限制，在实际应用中应该灵活选择与搭配不同的调查方法。
关键词：海底电缆；侧扫声纳；海洋磁力仪；海缆探测仪；浅地层剖面仪
体的磁异常值和位置。
海底电缆产生的磁场主要来源于保护层中的铁磁性材料以及自
身的加载电流。在实际探测时，将海底电缆看作无限延伸的水平圆柱
体，然后根据磁力仪距水平圆柱体铁磁性物体的距离不同所产生的磁 异常值的大小，来判别海底电缆的磁异常信号。根据经验，一般的海 底电缆在距磁力仪 ５～１０ｍ高度时产生的磁异常值约在 ８～３０ｎＴ左 右，大致相当于直径为 ０．１ｍ的铁磁性水平圆柱体的磁异常值，当海
中图分类号：Ｐ７５６．２ 文献标识码：Ａ
文章编号：１００５－８４４３（２０１８）０３－０３６５－０５
海底电缆在跨洋通讯、海上油田供电、海上风电、岛陆间供电与通讯、水下安防通讯等应用方面发挥着 重大的作用，其安全运营也是海洋工程领域的重要议题［１－２］。海底电缆敷设安装后一般浅埋或裸露于海底 面，在潮流、波浪、潮汐等海洋动力条件下，容易产生冲刷、移位等不利影响；在风暴潮、海底塌陷、海底滑坡 等外部营力或渔业作业、船舶抛锚等人类活动影响下，还可能发生损伤、断裂等事故［３］。
图 １是在渤海某油田应用侧扫声纳探测海底电缆的声学效果图。其中，图 １－ａ是海缆正常裸露状态下 的声纳图像，可以看出，在底质软弱均匀的平滑海底面上，海底电缆呈现出灰度较大的强反射特征，裸露段 的反射特征为连续的线形，埋藏时无反射特征；当海缆出现盘绕现象时，声纳图像上的反映清晰而具体；海
收稿日期：２０１７ －０４－１２；修回日期：２０１７－０８－１０ 基金项目：国家重点研发计划项目：基于多源数据的南海岛礁工程环境与选址研究（ＴＫＳ１６０２２０） 作者简介：李晶（１９８５－），女，山东青岛人，硕士，工程师，主要从事海洋工程勘测数据处理方法研究。 Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＬＩＪｉｎｇ（１９８５－），ｆｅｍａｌｅ，ｅｎｇｉｎｅｅｒ．
１ 侧扫声纳探测方法与应用
侧扫声纳探测是一种非常成熟的海底探测技术，它具有分辨率高、扫测范围大、安装使用方便、资料处 理简单、图像识别直观等优点。侧扫声纳技术运用海底地物对入射声波反向散射的原理来探测海底形态， 通过声纳线阵向左右两侧发射扇型波束，海底反向散射信号依时间的先后和强度的不同被声纳线阵接收， 然后根据不同位置灰度值的不同而构成声学成像，可以直观地反映出海底微地貌形态和海底底质或目标物 的声学特征。根据以上原理，如果海底电缆裸露于海底面，且与海底底质存在明显的声阻抗差异，将会清晰 地反映到声纳图像中。
油田进行海洋磁力探测后，根据磁异常成果绘制的平面剖面图，连接每条航迹线上探测到的磁异常点，即可
总体来说，侧扫声纳用于海底电缆外部探测时，易于探测到海缆 在裸露状态下的平面位置，且能反映出海缆细节信息；同时能够探测 到海缆周围可能存在的不利影响因素，如不良地貌、海底障碍物、人工 作业痕迹等，便于评估海缆的安全运营状态；还能用于对海缆断裂、移 位等事故原因的调查。其缺点是难以探测到海缆在埋藏状态下的信 息，平面定位数 据 在 恶 劣 海 况、大 水 深 条 件、较 强 温 跃 层 等 情 况 干 扰 下，容易产生较大误差。
第 ３９卷第 ３期
２０１８年 ６月
水 道 港 口
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷａｔｅｒｗａｙａｎｄＨａｒｂｏｒ
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０１８
海底电缆外部探测方法与应用浅析
李 晶１，２
（１．交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 ３００４５６；２．天津水运工程勘察设计院 天津市水运工程 测绘技术重点实验室，天津 ３００４５６）
２ 海洋磁力探测方法与应用
海洋磁力探测是发现海底管线或电缆位置的常用手段。如果某
一区域的磁力场受到外界铁质物体的入侵，将会受到铁质物体产生的
相对于自身磁力场的作用，从而被干扰，而且其干扰基本存在于入侵
铁质物体的周围。当磁场受到外来入侵，导致磁场强度出现了变化，
那么位于附近的磁力仪会相应地改变磁力数值，从而探测出铁磁性物
３６６
水 道 港 口
第 ３９卷第 ３期
底电缆的数目、入泥点与出泥点的位置等信息，都能在声图上得到辨识。图 １－ｂ是海缆遭受船舶抛锚活动 破坏，被拖曳后的声纳图像，可以看出，被拖曳后的海底电缆呈灰度较大的线形强反射，抛锚痕迹呈灰度较 小的弱反射，拖曳痕迹呈束装并发散的中等反射，原海缆位置在拖曳痕迹的边缘，整个声纳图像信息丰富， 主次分明，可以从中还原事故发生的具体经过。
图 １ 海底电缆侧扫声纳探测图像 Ｆｉｇ．１Ｓｉｄｅｓｃａｎｓｏｎａｒｉｍａｇｅｉｎ ｓｕｂｍａｒｉｎｅｃａｂｌｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
底电缆不通电或动力加载电流较大时，其磁异常值也可能超出上述范围［７］。
在使用海洋磁力仪时，通常将其拖曳于船尾一定距离，如果是木质船体，拖缆长度宜大于 １倍船长，如果
是铁质船体，拖缆长度宜大于 ３倍船长，以降低船磁的干扰影响。当水深较大时，可在磁力仪拖体或拖缆上
加装铅块等配重使之下沉，然后通过调节船舶的航速，将拖体的距底高度控制在 ５～１０ｍ范围，以便取得较
好的探测效果。
海洋磁力仪的探测成果可以利用磁异常平面剖面图的形式来表示，具体方法为，首先绘制磁力探测的
实际航迹线，然后按照适当的比例将每个测点的磁异常值垂直投影到航迹线上，即可直观地判断整条航迹
线上的磁异常值变化情况，如果没有其他磁性体干扰，海底电缆上方的磁异常会非常明显。图 ２是在渤海某