Journal of Engineering Geology工程地质学报1004－9665/2012/20（5）-0827-05
荆少东①金永德②
（①胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司东营257026）
（②国家海洋局第一海洋研究所青岛266061）
摘要针对瓯江口区域潮汐强烈及浅水作用明显的特点，海底管道的敷设及安全运营危险性大、且无法用常规方法进行检测的问题，采用了侧扫声纳系统的海底声学技术对海底管道穿越段地貌特征进行了有效探测。本次探测工作对发现的平坦海底、大型沙波、潮沟、小型洼坑、蚀余凸起等自然微地貌和抛锚等形成的锚沟及其后期自然发育而成的次生微地貌进行了特征分析，分析结果对不同类型海底地貌提出解决对策以及有效地减轻不良地貌形态对海底管道稳定性影响具有重要意义［1］。关键词海底地貌侧扫声纳微地貌海底管道 中图分类号：P641文献标识码：A
APPLICATION OF SIDE SCAN SONAR TO EXPLORATION OF SUBMARINE PIPELINE LANDFORM CHARACTERISTICS
JING Shaodong①JIN Yongde②
（①Shengli Engineering＆Consulting Co Ltd．，Shengli Oilfield，Dongying257026）
（②The First Institute of Oceanography，SOA，Qingdao266061）
Abstract In the Oujiang river estuary area，there is a big risk in the laying and being operated safely of submarine pipeline．The conventional method to test can't be used because of the strong tide and obvious shoal water．This pa-per uses sub-sea acoustic technology of side scan sonar to explore seafloor landform of the area where submarine pipelines go through effectively．Natural microrelief includes flat seafloor，large sand ridge，tidal creek，small pit，and alteration bulge．Anchor ditches are formed by dropping anchor and secondary microrelief developed naturaly later．They all are found and analysed．The result has an important significance to propose the corresponding solu-tion countermeasures to different kinds of seafloor landforms and to reduce the topographic form influence on the sta-bility of submarine pipeline．
Key words Seafloor landform，Side scan sonar，Microrelief，Submarine pipeline
卷积码*收稿日期：2012－05－20；收到修改稿日期：2012－06－27．
第一作者简介：荆少东，从事岩土工程勘察、施工、监测工作．Email：sjyjsd@163．com
1引言
随着国民经济的迅速发展，海底油气输送管道越来越多，海底管道的安全问题始终为人们所关注［1］。由于受技术手段的限制，过去的海底管道敷设时，工程技术人员无法准确了解管道路由附近的海底地貌特征，这对管道的建设和安全运营造成了重大的安全隐患，如造成海底管道的悬空甚至损毁，造成重大的经济损失［2，3］。这就要求海底管道建设前，地质工程技术人员进行探测海底地貌以及障碍物，为分析和评价地貌形态对海底管道稳定性可能的影响及原因提供准确的依据，使设计人员针对不同情况提出相应的解决对策。
2侧扫声纳系统工作原理醚基汽油
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［4 5］。侧扫声纳测量是现阶段扫海测量、应急测量、扫测障碍物的重要手段。侧扫声纳是水下搜索、水下考察等一项重要的有力的工具，它能不受水体可见度的影响而快速覆盖大面积水域“看”到水下情况。每边旁扫通过向水底发射声纳，反射后被拖鱼接收形成声纳影象来发现水下物体。接收到的信号通过拖缆传到甲板上的显示单元。它具有分辨率高反映海底地形彻底等单波束、多波束设备所不具备的优点，是目前寻水下障碍物最有效的方法之一。声呐图像的物理特性主要取决于回波的强弱，回波信号愈强，影像调愈浅，回波信号
愈弱，影像调愈深。
tod此次侧扫声纳探测采用EdgeTech Discover采集（图1）和Triton后处理系统软件相结合进行数据处理，采用人机交互的方式进行屏幕数字化，并结合水深地形测量结果分析，圈定各种地貌物的位置及范围，依托成图软件将以上分析结果生成成果图件。
3探测区地貌概况
探测区为甬台温输气管道工程（龙湾电厂支线）瓯江穿越段，位于温州市龙湾区扶贫开发区北侧瓯江出海海域。地处瓯江口南水道南岸龙湾区与灵昆岛之间。瓯江河口系在弱谷型海湾的基础上填充而成，在地貌上属于滨海地貌类型之潮间浅滩（图2），坡度小，地形平坦，
第四纪沉积物地层沉积
图1EdgeTech Discover软件回放界面
Fig．1The playback interface of EdgeTech Discover
software
图2路由区地貌特点
Fig．2Landform characteristics of routing area
物发育，组成物质为淤泥、淤泥夹粉砂等。所在海区属于强潮流海区，潮汐属于正规半日潮类型，潮流类型属于非正规半日浅海潮流，潮流运动形式属于典型的往复流，涨潮流西南向，落潮流东北向。该水域径流和潮流作用均较强，涨、落潮流速均较大。本海区受周围岛礁及水下地形影响，浅水效应较为明显。 4探测系统及测线布置
探测仪器选用EdgeTech4200FS全数字双频声纳系统，该仪器具有斜距校正、目标图像缩放和目标测定等功能。EdgeTech4200FS侧扫声纳系统由美国EdgeTech公司生产制造，为120KHz/401KHz双频侧扫声纳系统，提高了对某些特殊地貌地物的分辨能力，为资料分析解译提供了更可靠保证。侧扫声纳系统由声纳处理器、拖鱼和剖面记录仪组成，可外接导航定位系统，以进行位置确认。
侧扫声纳探测测线数比浅地层测线减半，取奇
数据采集板828Journal of Engineering Geology工程地质学报2012
数线，即1、3、5、7、……、25和27号线，共13条测
线，测线间隔40m ，单侧侧扫宽度保持在25m 以上（图3）
蓝衣魔鬼。
图3
管线路由地貌调查设计测线Fig．3
The designed survey line depend on geomorphic
survey along the pipeline
5海底地貌特征分析
根据本次地貌调查资料，路由区水深变化较小，
地形相对平缓。微地貌类型主要包括自然微地貌类型、人工地物类型以及人为形成的次生微地貌类型3大类。5.1自然微地貌5．1．1
平坦海底
该海区内沉积物主要为淤泥及淤泥质物质，在强潮流作用下，致使该海区地形相对平坦，起伏较小，在声纳记录图像上未表现出明显的声波反射阴影。海底地貌类型主要表现为平坦海底（图4）
。
图4平坦海底浅地层探测剖面记录图像Fig．4
The record image of exploring section
of shallow strata under flat seafloor
5．1．2
沙波
沙波，又称“波痕”，广泛分布于河滩、海滩等地
表的波状微地貌。该海区由于沉积物颗粒较细，潮
流强度较大，
水深较浅，泥沙颗粒在流水、波浪等作用下沿地表移动形成。在海底呈现垂直于水流的条带状分布，波高在十几厘米至数十厘米不等（图5）
。
图5
沙波区浅地层探测剖面记录图像Fig．5
The record image of exploring section
of shallow strata in sand ridge area
5．1．3潮沟
潮沟系海底细粒物质（如粉细砂、淤泥质）在涨落潮流的作用下在潮滩和浅海海底冲刷而成的沟槽。该类微地貌类型，在路由区海底分布较为广泛，宽度自几米至几十米均有发育（图6、图7）
。
图6
典型潮沟声纳记录图像
Fig．6
The typical sonar record image of tidal
creek
图7典型潮沟浅地层探测剖面记录图像Fig．7
The typical record image of exploring section
of shallow strata of tidal creek
5．1．4侵蚀洼坑
海底沉积物由于不均匀侵蚀，在强海流的作用
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2820（5）荆少东等：侧扫声纳系统在管道穿越段海底地貌特征探测中的应用
下发生冲刷，或由于波浪和人工扰动等作用下，海底松软沉积物发生液化，在潮流作用下形成负地形，其形状多为圆形或不规则型。侵蚀洼坑广泛发育的区域，会形成大面积的侵蚀区（图8）
。
图8典型侵蚀区侧扫声纳典型记录图像Fig．8
The typical side scan sonar record image of erosion
area
图9
桥桩周围侵蚀洼坑侧扫声纳典型记录图像Fig．9
The typical side scan sonar record image of erosion pit around bridge pier
除此之外，在桥体桩柱周围发育小型的不规则
的、自然形成的洼坑，它的范围主要是依据侧扫声纳资料的测量结果来圈定的。桥桩的存在改变了其
周围的水动力环境，在潮流和波浪的共同作用下，平台基座周围往往冲刷成为凹坑，凹坑内海底沉积物粒度较粗，海底较为粗糙（图9）。5．1．5
蚀余凸起
由于海底动力作用形成的水深较浅的蚀余凸起，物质成分一般较粗，侧扫声纳记录为强反射斑状结构的海底，它也是海底遭受不均匀冲刷造成的（图10）。
该调查区蚀余凸起分布较少，仅零星分布在调查区内，且多呈长条形（长度自30余米至50余米不等，宽度较窄，仅几米），多顺岸线方向延伸，这与瓯江南水道潮流方向相符合
。
图10蚀余凸起侧扫声纳典型记录图像Fig．10
The typical side scan sonar record image
of alteration bulge
5.2次生地貌
次生地貌系指由于受到人为影响致使原始自然
地貌发生改变，
在人为影响因素暂时消失后，自然环境又重新发生演变而成地貌单元。其形成初期受人
类活动和自然因素双重作用，而后期自然因素又起主要作用。在本次地貌探测中，该类地貌类型主要指锚沟。由于该区域海底沉积物主要为淤泥或淤泥质，因此大部分锚沟在后期潮流作用下又重新回淤，甚至被填平而消失，也存在部分锚沟演变为小型的冲刷沟（图11）
。
保安服务管理条例图11锚沟侧扫声纳典型图像
Fig．11
The typical side scan sonar record image of anchor ditches
6结论
根据本次地貌调查资料，甬台温输气管道工程龙湾电厂支线路由区微地貌类型主要包括：
（1）自然微地貌类型主要包括平坦海底、大型沙波、
潮沟、小型洼坑和蚀余凸起等微地貌类型；（2）次生微地貌类型主要为抛锚等形成的锚沟及其后期自然发育而成的地貌。
038Journal of Engineering Geology 工程地质学报2012
通过对穿越段海底地貌的探测分析，可以为管道的合理布设提供可靠的设计依据，解决了常规勘察无法获得连续的海底地貌特征的问题。比如入海点及登陆点附近的穿越段有大量锚痕发育的次生微地貌，则需考虑管道埋深问题等等。
参考文献
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20（5）荆少东等：侧扫声纳系统在管道穿越段海底地貌特征探测中的应用
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