高频浅地层剖面技术在海底管道探测中的应用

在海底管道的探测中,为获知海管在海底的真实赋存状态,确定其埋藏深度或悬跨高度,多使用高频浅地层剖面仪等传统声学设备。但在海底斜坡、凹坑、凸起等不平整地层处,由于设备自身原理造成的地层探测界面偏移、图像失真及资料多解性问题仍困扰着工程人员。通过正演模拟的方法探究高频浅地层剖面仪在海底特殊地层处海管检测的波场传播特征,探讨资料的解释陷阱,并提出了解决方案。研究结果表明,利用浅地层剖面仪探测管道在海底的赋存状态,应将探测图像与海底地形、地貌、沉积物运移等因素结合起来综合考虑,把探测图像回归到真实海底环境中,以准确评价海底管道的安全状态。     

浅地层剖面仪关键声学参数的检测技术研究

基于在消声水池中对参量阵型浅地层剖面仪进行的声学参数测量试验及数据的处理分析,探索性地提出了一套完整的浅地层剖面仪关键声学参数检测与评价的解决方案.方案主要包括4部分:1)检测平台构建:简述了检测平台的主要组成部分,并对消声水池的建设提出了基本的技术要求;2)声学参数测量:介绍了浅地层剖面仪的声源级、频率和脉冲长度测量...     

浅地层剖面仪垂直测量性能分析

针对海道测量中浅地层剖面仪垂直测量指标模糊问题,根据声纳方程,讨论了浅地层剖面仪探测水底沉积层厚度的预报方法。分析了浅剖仪垂直地层分辨率的影响因素,并给出了垂直地层探测误差的改正方法。其结论对浅地层剖面仪实际测量作业具有指导价值。     

浅地层剖面仪噪声特征分析及采集参数优选

浅地层剖面仪具有配置灵活、作业方便、经济高效、分辨率高等优点,在海洋地质研究和海洋工程调查中得到了广泛应用,但易受到噪声干扰。在分析浅地层剖面仪运行时干扰噪声形成机理的基础上,设计噪声采集方案,采集设备运行时的背景噪声和其他声学设备干扰,分析干扰噪声特征,为现场数据采集以及室内数据处理提供依据。通过分析浅地层剖面仪的噪声特征,提出控制激发频率范围,将激发能量集中在优势频带内,并在采集时设置合理滤波参数,滤除其他声学设备干扰噪声。以"向阳红01"科考船浅地层剖面仪为例,设置激发子波频带:1.0～6.0 kHz,脉冲长度设置为10 ms,信号接收时设置滤波门限为1.0-2.0-6.0-10.0 kHz,去除其他声学设备对剖面的干扰,最终取得非常理想的浅地层剖面。     

一种新型浅地层剖面仪试验平台的设计与应用

为探讨浅地层剖面声学影像形成原理,探索不同类型沉积物声学影像特征,厘清不同沉积物厚度的识别算法,采用模块化设计理念研发一套新型浅地层剖面仪室内试验平台。综合室内定位技术、浅剖试验平台尺寸合理性分析技术、直线轨道与换能器之间的固定连接技术和海底声学参数反演技术,形成一个试验高效的新型平台。通过铺设沉积物和布设障碍物,利用浅地层剖面仪进行走航测试,精确识别了沉积物的厚度和障碍物的位置。该平台可为开展理想环境下沉积物厚度和障碍物识别提供较好的测试环境,为声学海洋设备性能检测提供测试平台,也为高校学生和技术人员提供设备使用培训场所。     

浅地层剖面仪的测量模拟

为获取声传播环境数据,实验中开展了水文调查和浅地层剖面仪的观测.由于声传播实验发射信号频率与接收船上的浅地层剖面仪信号频率接近,因此声传播实验信号在浅地层剖面仪测量图中产生了斜条纹.利用实验中水听器测量的信号模拟浅地层剖面仪的测量,解释了浅地层剖面仪测量图像中斜条纹的形成,并通过控制声传播实验信号的发射周期和时间模拟条...     

基于浅地层剖面仪的连云港航道地质 稳定性研究

随着声学探测技术的不断提高,浅地层剖面仪具有高效、经济、穿透性强等特点,在海洋工程勘察中得到了广泛应用。基于浅地层剖面仪的工作特点,结合连云港海底航道的实际情况,对获得的浅地层剖面数据和图像进行分析和判读,得到海底航道地质结构的特征、边坡及剖面变形情况,由此判断连云港海底航道的稳定性,并分析影响数据精度的因素,为航道疏浚维护提供依据。     

浅地层剖面在富钴结壳调查研究中的应用

文中以Topas PS018系统为例简要介绍浅地层剖面仪的工作原理和系统组成,重点介绍浅地层剖面在大洋富钴结壳资源调查研究中的应用情况。浅地层剖面资料与联合作业的海底视像、岩芯取样等资料进行对比和分析,发现浅地层剖面能够有效识别基岩、板状结壳、砾状结壳、砂、沉积物等不同底质类型,对浅地层剖面资料进行深入挖掘能够提取出富钴结壳矿区界线信息。     

浅地层剖面测量常见干扰因素分析

为了解浅部地层结构,探测地层属性,查明海底障碍物的分布情况、海域灾害地质情况(如浅层气、滑坡等),经济性、高效性、方便性、分辨率高的浅地层剖面测量得到越来越广泛地应用。在浅地层剖面测量野外施工时常会遇到各种各样的干扰,这些干扰严重影响着资料的质量,增加室内处理的难度,影响解释的准确性。以浅地层剖面测量实际资料为基础,介绍了海流、船速、机械、海况等野外施工时常见的干扰因素及声学特征,并对消除或减弱这些干扰的一些方法进行了分析和比较,针对上述几种典型情况提出了测量作业时减少干扰的建议,如:选择较好的天气条件下作业、控制船速在4～5 kn、远离干扰源等。本文的研究结果能够提高对干扰因素的认识和识别,为获得高质量的资料打好基础。     

全海洋浅地层剖面仪及其应用

全海洋浅地层剖面仪(Topographic Parametric Sonar,TOPAS)PS 018系统是目前世界上最先进的浅地层剖面仪之一。该系统是全海洋宽带非线性差频浅地层剖面仪,可对海底地层进行全方位测量,同时还兼有测量水深的功能,最大地层穿透深度为150 m,最小分辨率为0.3 m。系统多种发射信号(Ricker波、Burst波和Chirp波)的选取方便了操作者使用,从理论上实现了全海洋测量功能。从实测剖面分析,该系统是中、深水地层测量的理想测量系统。     

淤泥质海底航道边坡失稳滑塌声纹特征分析

边坡稳定是淤泥质海底航道安全运营的关键问题之一。海底航道边坡失稳滑塌过程的不同阶段浅地层剖面图像声纹特征不同。采用灰度共生矩阵和小波多尺度分解方法分析了航道边坡失稳滑塌过程浅地层剖面图像纹理特征。结果表明,对比度、能量、相关度和逆差距在边坡失稳滑塌过程中具有明显的差异,分别从不同方面刻画了浅地层剖面图像声纹的清晰度、纹理粗细、主要方向和规则性,以定量的形式显示其内在异质性。能量、相关度和逆差距的水平和垂直方向变化大于对角方向,水平方向波动最明显。浅地层剖面声强时间序列和垂向空间变化序列小波多尺度分解突出了声强变化的局部细节及其在各尺度上变化的强弱分布和突变点位置,克服了常规人工识读的困难,这些声纹特征是边坡失稳滑塌预测预警的重要依据,有助于对海底航道边坡稳定性的探测。     

后挖沟深度对深海海底管道屈曲影响数值分析

鉴于海底管道的服役水深越来越深,主要采用犁式挖沟机对预铺设于海床之上的海底管道采取后挖沟的方式将海底管道埋设于海床之下,以保护其免受不必要的损伤。针对后挖沟深度H是海底挖沟机的重要设计参数,也是影响管道悬跨的重要因素的问题,对SMD(UK)犁式挖沟机展开参数优化,确保作业过程中悬跨段管道在外部静水压力作用下,海底管道不会发生屈曲破坏。采用ABAQUS软件,分别建立了作业前和作业中两种工况下的悬跨模型,分析机械手对接触部分管道的损伤,结果显示,作业中的机械手对悬跨管道的损伤更大;同时,建立了作业中不同管径下,后挖沟深度对管道损伤的安全裕量关系曲线。进一步,结合作业中不同挖沟深度下的管跨段屈曲数值模型,对处于外部静水压力作用下的悬跨管的屈曲失效展开分析,结果显示,随着后挖沟深度的加大,不同管径下的悬跨段管道局部出现塑性压溃的临界压力值不断降低;管道外径的增大,降低了同一后挖沟深度下发生屈曲失效的压力值。最后,在后挖沟深度与外部静水压力组成的区域内,建立屈曲失效临界关系曲线,并划分出工作区和压溃区,为深海管道后挖沟埋管的施工提供工程参考。     

Spreading of submarine slopes caused by trenching

Abstract

Submarine trenching for pipeline installation in potentially unstable sediments has recently been of increasing concern. Although typical pipeline depths are less than 3 or 4 m, trenching operations generally cause local stress concentrations within the sediments and induce excess pore pressures. The result of these stress concentrations and pore pressure increases may be spreading of submarine slumps that can endanger pipelines or other nearby installations. A simplified analytical approach is described to estimate the extent of slump spreading caused by trenching. It is shown that the spreading potential is affected by many geotechnical characteristics of the sediments in addition to geomorphic processes and the oceanographic regimes governing the area. The primary geotechnical factors that influence spreading include the porepressure parameter A_f , the degree of consolidation, the coefficient of earth pressure at rest, and the strength characteristics of the soil. Dimensionless parameters are developed to illustrate graphically the functional relationships among these parameters. A Gulf of Mexico soil profile is used to quantify the spreading phenomenon.     

埕岛油田海底天然气管道掩埋状况勘测及其影响因素分析

以胜利埕岛油田海底长输天然气管道为例，较系统介绍了海底管道勘测方法，根据调查资料成果，划分了调查地区地貌特征类型，给出了天然气埋设探测状况，总结了水深变化规律和区域水深差异特点，分析了水深变化、海底冲蚀和地质作用等因素对海底管道可能造成的影响，为管道安全生产、灾害预报评估和今后海上工程调查研究提供参考。     

侧扫声纳和浅地层剖面仪在海管断裂点定位中的应用

结合侧扫声纳和浅地层剖面仪能够探测出海底管道附近异常,路由区浅层地质灾害以及海底管道位置等特点,通过实例探讨了侧扫声纳和浅地层剖面仪在海底管道断裂位置定位中的应用。船锚、浅层气等外力作用,导致海底油气管道断裂,使用侧扫声纳和浅地层剖面仪探测的方法,综合分析海水中的气体屏蔽现象、海底面的地貌异常特征、海底管道的平面位置及埋深变化、地层剖面的反射空白等异常特征,快速准确定位海底油气管道断裂位置。     

黏性土淹没射流破土实验研究

海底水力喷射开沟技术在海底管道、光缆埋设等工程中得到广泛应用,然而黏土尤其是硬质黏性土中的水力开沟施工较为困难,为阐明其中的破土机制,开展了二维垂向淹没射流开沟物理模拟实验。通过观察射流破土的过程,发现:软黏土与硬质黏性土中冲坑发展的特点有所不同,破土机制也存在差异。射流对硬质黏性土的破坏中,压力导致的剪切破坏起到很大作用,在土力学原理上近似于地基土整体剪切破坏,据此建立了硬质黏性土射流破土模型,同时提出冲坑颈口直径在硬质黏性土冲坑形态中的重要性,并以此取代原有的冲坑直径作为一个预测指标。     

海底管道开沟机械的技术经济性能评定与选型

本文在对水下管道开沟机械的需求市场、实际应用和研制开发动向作深入调研的基础上，选择水下管道开沟机械特有的技术先进性、适用性、安全可靠性以及经济性评价指标，构造评价模型，对水下管道施工作业中广为应用的水力冲射开沟机械、海底管道犁、机械开沟机和土壤液化法埋管设备及其机型的技术经济性能作了较为详尽地分析对比及综合评价。在此基础上，笔者提出了水下管道开沟机械的一般选型原则和对我国海底管道开沟机械研究开发工     

地貌形态对海底管线稳定性影响的研究

以东方1-1平台海底管线路由区为例,多次对该路由区多波束测深、旁扫声纳、浅地层剖面、土质、海流及海底过程的原位监测调查数据和收集的波浪、海流等相关资料进行分析,得出,在水动力条件的作用下,海底会产生沉积物的侵蚀、搬运和沉积等过程,这些过程对海底地貌有重要的改造作用,会对管线稳定性具有重大影响。提出管线铺设需预先了解水下环境的动力条件的规律,识别沿拟定管线路由区可能存在的海床运动和波流冲刷的地质灾害,找到地貌形态对海底管线稳定性影响的原因。进而提出根据不同情况的解决对策,有效地减少地貌形态对海底管线稳定性影响。     

海底管道在位状态调查实践

根据调查设备搭载器的不同,将海底管道在位状态调查方法归为船载、自治水下机器人搭载(AUV 搭载)和无人遥控潜水器搭载(ROV搭载)三类;在浅水段采用船载调查,在深水段采用AUV搭载调查,在此基础上进行重点关注区域筛选,开展ROV调查,最后进行整体评价和分析对比,这种^“(船载/AUV)+ROV^”组合模式很好地实现了多种调查方法的优势互补。实际上,采用AUV搭载进行海底管道在位状态调查在国内业界尚属首次。调查所取得的管道位置、埋深、周边障碍物的分布以及管道人工处理情况等成果,为后期开展管道维护工作提供了重要的基础数据。此次成功实践可为以后从浅水到深水的管道在位状态调查提供经验和借鉴。