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摘要：淺地層剖面儀由于高效、經濟的特點在海洋測繪中發揮了重要的作用，同時由于其穿透深度深、作業效率高的優勢在表層淤泥厚度探測中占有重要的地位；本文結合深圳某海域的工程實例，介紹了淺地層剖面儀在表層淤泥探測中的外業作業流程及內業處理方法，著重闡述了淺地層剖面儀圖像判讀過程中注意的問題，并就其數據成圖的流程進行了介紹，以為類似近海工程應用提供參考。

關鍵詞：淺地層剖面儀；表層淤泥厚度；圖像判讀

一、引言

淺地層剖面儀自興起以來，已經廣泛應用于海洋地質調查、港口建設、航道疏浚、海底管線布設以及海上石油平臺建設等方面，另外其在淤泥層厚度、基巖埋深及災害地質情況探測等方面也發揮了越來越重要的作用。關于淺地層剖面儀在海底管道檢測中的應用許多學者已經做了介紹，而對于其在淤泥層厚度探測方面的研究涉及較少，僅有在人工湖中的研究個例。本文以深圳某海域探測為例，探討淺地層剖面儀在表層淤泥厚度探測方面的應用，同時就其數據處理過程及相關注意問題進行一定的探討。常用的表層淤泥層厚度探測的方法有：人工探摸及鉆探取樣、泥漿密度儀、雙頻測深儀、Silas淤泥探測、淺地層剖面儀探測。其中人工探摸及鉆探取樣、泥漿密度儀探測屬于點式作業，效率低，受環境影響大，適用于小范圍的淤泥探測；雙頻測深儀受限于其工作頻率，穿透能力有限；Silas淤泥探測為泥漿密度儀與雙頻測深儀的組合產物，難以探測厚度大的淤泥層；而淺地層剖面儀的工作頻率（2-16kHz）能夠在理論上保證其探測到厚度為80m的粘土層，能夠保證穿透表層淤泥層，并進行淤泥層厚度判定。對于該工程而言，為了提高工作效率，并確保其能完全穿透表層淤泥層，決定選取淺地層剖面儀作為淤泥厚度探測的方式。后續工程如有需要可輔助以人工取樣的方式，以更加全面地獲取表層沉積物的狀態，完成表層土質的定類。

二、淺地層剖面儀工作原理

淺地層剖面儀通過換能器將控制信號轉換為不同頻率的聲波脈沖向海底發射，聲波在通過不同介質時，由于介質的波阻抗差異性，產生強弱不同的回波信號，經海底地層散射后被接收端濾波、放大，通過適當的數據處理或識別算法，可以輸出為能夠反映地層聲學特征的記錄剖面，從而反映海底沉積結構和地層特征。淺地層剖面儀含有兩個關鍵的參數：發射功率和發射頻率。發射功率的大小決定了聲波對介質的穿透深度，而發射頻率決定了層組特征的分辨率。發射功率越大，穿透深度越大。低頻穿透深度大，但分辨率低；高頻穿透深度小，而分辨率高。本次作業使用的地層剖面儀為美國EdgeTech公司生產的3200XS淺地層剖面儀系統。EdgeTech3200XS淺地層剖面儀系統采用全頻譜CHIRP技術，是一種高分辨率寬帶調頻（FM）淺地層剖面儀系統，可廣泛用于海底管線探測、地質調查等。Edgetech3200XS通過發射2-16kHz/20ms的FM脈沖，聲波脈沖的能量、幅度和相位特征可被精確控制，而高精確度確保了沉積物分類所要求的高重復性和信號的判定，從而產生高分辨率的海底地層圖像。3200XS針對FM脈沖范圍，自動匹配濾波相關處理，信噪比可改善20-30dB，適應性強，無直達波，沒有空間旁瓣，降低海表面效應，既保證了作用距離和對地層的穿透深度，同時提高了對地層的分辨率。

三、外業作業

本次作業區域位于深圳某海域，海底地形復雜，作業范圍不規則，個別區域水深極淺，船舶極易擱淺，許多的未知因素給作業帶來了很多困難。摸清海底地形地貌及水深狀態就顯得尤為重要，因此本次測量采取了以淺地層剖面儀測量為主，同時輔助以單波束測深儀、側掃聲納對測區地形進行綜合掃測。淺地層剖面測量按照網格法布設測線，測線間距為50m，其中ENE方向測線總長約22km，WSW方向測線總長約25km，共計測線長約47km。在作業之前，通過調試3200XS的主要參數——脈沖類型、脈沖功率百分比、發射頻率(能量、幅度、相位特征等)來確定最佳工作參數，以適應測區的水深及底質情況，確保產生高分辨率的海底地層圖像。為了獲得清晰的地層剖面資料，測量過程使用30~40ms量程，150ms發射速率，1~15KHz帶通濾波。根據圖像情況，分別選用不同的脈沖寬度、能量大小、量程范圍進行測試，調節TVG使圖像資料效果最佳。實時記錄測量工作參數和測量班報，以便后期數據處理。作業時，采用Hypack2008實時對船舶進行導航定位，以保證測量船沿設計測線航行，同時通過定標器同步給單波束測深儀、側掃聲納及淺地層剖面儀輸送打標信號。首先利用單波束測深儀對測區進行比例尺為1：500的水深測量，查明作業范圍內詳細的水深情況，明確測區的海底地形；之后利用側掃聲納對測區進行比例尺為1：2000的地貌測量，了解淤泥層的大致分布情況，明確重點勘測區域，以保證淺地層剖面儀勘測的針對性和準確性；接著根據單波束測深儀和側掃聲吶的掃測結果，采用淺地層剖面儀按照既定測線對測區表層淤泥厚度進行測定，并對側掃聲吶掃測出有明顯地形起伏的區域進行重點勘測；最后選取部分區域進行取樣驗證，以保證數據的真實可靠。

四、內業處理

淺剖資料的數據處理、最終成圖的流程及相關注意問題如下：（一）由于測區的水深普遍較淺，大部分時間淺地層剖面儀距離海底面的高度小于5m，部分區域甚至只有1-2m，測量過程中受多次回波及環境噪聲的影響顯著。因此在進行淺剖資料圖像判讀時，應該注意對多次回波的判斷，保證在摘取表層淤泥厚度的過程中，對于反射界面的摘取原則保持一致，并盡量保證同位相的追蹤連續清晰。某些小范圍內的界面起伏可能由于船體的晃動或者回波信號接收原因引起，可忽略，盡量使淤泥底界面的起伏與海底面的起伏保持一致；另外有些同位相追蹤不連續的地方是由于航道疏浚后的回淤造成，應該注意判斷，保證連續追蹤。（二）在完成海底面和表層淤泥界面的摘取之后，通過CAD將兩組界面的X、Y坐標輸出至Excel中，對應點位X坐標的差值即為該點的層厚數據，并對得出的數據進行差值處理，以增加數據的密度，便于之后的Suffer成圖。（三）在完成層厚數據的預處理之后，得出以下文件格式(X、Y、Thickness)，然后利用Suffer軟件進行數據網格化處理。在生成網格數據的過程中，宜選用克里經差值方法，克里經法可將數學函數與指定數量的點或指定半徑內的所有點進行擬合以確定每個位置的輸出值，對周圍的測量值進行加權以得出未測量位置的預測，便于分析數據的趨勢走向，是比較切合等厚圖的差值方法。（四）利用生成的網格數據建立三維表面圖，成圖后，需比較核實主測線與檢查線交點的層厚數據，保證重合；同時最后的成圖應避免有牛眼現象，并參考測區地形，以保證數據的真實可靠。

五、結語

（一）淺地層剖面儀對表層淤泥探測的測量方式為走航式測量，獲取的數據經過處理后可以獲得連續的層厚數據，能夠對淤泥層進行有效的層位劃分，相較于其他的淤泥探測方法，其發射頻率能夠保證其穿透厚度和密度較大的淤泥層，是目前較為高效、經濟、準確的淤泥探測方法。（二）對于海底地形復雜、探測面積大的測量區域，建議采用單波束測深儀、側掃聲納及淺地層剖面儀相結合的方式進行表層淤泥探測。首先采用單波束測深儀、側掃聲納對整個測區進行小比例尺的地形、地貌測量，以明確測區地形及重點勘測區域，然后采用淺地層剖面儀按照網格法測線布設方法對測區進行針對性的掃測。（三）淺剖資料處理過程中，應注意對多次回波的判斷，反射界面的摘取原則應保持一致，并盡量保證同位相的追蹤連續清晰。數據預處理之后，采用克里經差值方法對數據進行差值處理，完成等厚度的繪制。

參考文獻：

[1]余江,周興華.淺地層剖面儀在淤泥厚度探測中的應用[J].浙江水利科技,2009（6）：52-54.

[2]王華強,青平等.淺地層剖面儀在港池探測中的應用[J].海洋測繪,2010（4）:76-68.

[3].張惟河,梁思明等.側掃聲納和淺地層剖面儀在表層淤泥探測中的應用[J].港工技術,2014（5）:86-91.

作者：李靈波1孟山雅2 單位：1.天津水運工程勘察設計院；2.中海油能源發展裝備技術有限公司