0 引言

随着人们对清洁能源的需求日益增长，海上风电成为了可再生能源领域的重要组成部分。相比陆上风电，海上风电具有更为广阔的发展空间和更高的能量利用率。然而，由于海底环境复杂多变，海上风电工程的建设和运营面临着一系列挑战，其中海底障碍物的探测和评估是至关重要的环节。海底障碍物的探测与评估是海上风电工程中的一项基础工作。在进行风力发电设施的安装前，必须对海底障碍物进行详细的勘测和评估，以确保风力发电设施的安全建设和可靠运行。而目前海底障碍物的探测主要依赖于海洋物探技术^[1-4]。本论文的目的是探讨海上风电工程中海底障碍物探测的技术与方法，并分析其在工程实践中的应用情况和效果。通过对现有的海底障碍物探测技术进行综合评述和比较，可以为海上风电工程的海底障碍物探测提供参考和指导。

场址位于广东省东南面海域，场址离岸65～70km，水深43m～46m。风电场地理位置示意图见图1-1。项目规划装机容量为500MW，拟布置47台8.0MW固定式风电机组，10台12.5MW漂浮式风电机组，新建1座500MW海上升压站。对海上风电场址区域进行海底管线及障碍物排查，探测工作开展前，收集场址区域的海底管线铺设情况，包括海底管道、海底电缆、海底光缆及军事用途的海底管线等。由于海域环境的特殊性，从目前的探测现状及未来的技术发展趋势分析，采用侧扫声纳及浅地层剖面探测海底管线及障碍物。为后续钻探、船只抛锚及风机基础设计与施工等提供了基础资料，

1 测线布置方式

海底地貌测线间隔为60m，方向为东西走向，扫测量程设置为单侧60m，扫测条带间重叠60m，重叠度100%。

浅地层剖面主测线沿拟建风机主排列方向，按间距500m平行布设测线，测线至测区边界两侧各延长500m，共布设13条主测线。检查线垂直于主测线呈南北方向，按间距1000m平行布设测线，共布设13条检测线。海洋磁力探测测线与浅地层剖面测线重叠。

2 场地地质及地球物理条件

风电场所在海域宽阔，附近未见岛屿、礁石分布，勘探区海床较为平坦，总体上海床自北往南缓缓降低，海床底质为淤泥底质，属海积地貌单元。

根据区域地质及钻探揭露，场地覆盖层主要有人工填土、冲积黏性土或砂土层、残积土层。下伏基岩为寒武系混合花岗岩。按风化等级划分，场地基岩可划分为全风化、强风化、中等风化和微风化共四个等级风电场地层覆盖层主要三个大层，即全新统海相沉积(Qm4)、全新统海陆过渡相沉积层(Qm+al4)、晚更新统海陆交互相沉积层(Qm+al3   )。

海底管线包括海底管道、海底电缆、海底光缆及军事用途的海底管线等，一般埋设在海底以下5米以内，呈线状分布。海底管线的材质一般为金属、橡胶包裹或水泥管道等，而场区海底以下5米以内主要是淤泥质地层，二者具有明显的磁性差异和波阻抗差异，为海洋磁法勘探和浅地层剖面探测寻找海底管线提供了地球物理条件。因此，该场地具有开展磁法勘探、浅地层剖面探测的地球物理前提。

3海洋物探方法原理

3.1 侧扫声纳海底地貌探测

侧扫声纳采用船侧固定安装，同时完成多波束水深测量和后向散射地貌测量。安装方式如图1所示。

图1 侧扫声纳安装方式

本次勘测过程中，确定地貌采集系统的工作主频为200kHz，航速保持在5节左右。对于浅水区域，加密布设，保证测线间重叠度达到100%。

对侧扫声纳数据进行水体移除、偏移量改正、倾斜改正、TVG调节等必要的处理。处理过程中对海底出现的微地貌、障碍物、渔网、未知线状物、沉船及声纳强反射区均进行标注。

3.2 海洋磁力探测

Seaspy2磁力仪采用船尾拖曳方式，安装方式如图2所示。

图2 Seaspy2磁力仪安装方式

作业过程中，根据水深情况确定采用的拖鱼后拖长度为100m，探测时磁力仪拖鱼尽可能接近海底，通过调节船速或拖鱼配重保持拖鱼距离海底的距离小于6m。为了消除船磁的影响，磁力仪拖鱼采用拖曳式工作，在处理之前首先对测点位置进行归算，得到每个测点的准确坐标。海洋磁力测量中，磁力数据获得的是总磁场，为了突出目标的影响，需要对数据进行正常场校正。在回放过程中，对粗差数据进行删除和滤波。根据所有测点的定位数据和提取的磁异常值，绘制磁异常平面分布图。

3.3浅地层剖面探测

SES2000浅剖仪采用船侧固定安装，同时完成单波束水深测量和浅地层剖面测量。安装方式如图3所示。

图3  SES2000浅剖仪安装方式

在正式测量作业前，量取GPS、S-108、SES2000换能器之间的偏移关系。正确连接好仪器后，分别采用不同的工作频率、脉冲宽度、TVG增益值和航行速度，在工区进行测试选择最佳工作参数，保证数据质量。本次勘测过程中，确定浅地层剖面采集系统的工作主频为6kHz/10kHz，发射速率1pulse。因主要对浅层可能存在的障碍物进行调查，其探测有效深度有限，本次数据采集量程选取50m。浅地层剖面探测的直接测量成果是双程反射时间剖面，其物理本质是地层界面间声波阻抗的反映。根据测区资料进行时－深转换，使用的时深转换声速为1600m/s，用来计算海管或障碍物埋藏深度。

在资料解释前，首先识别剖面记录上的干扰波，去除地质假象，初步分析各层面的空间形态及层间的接触关系。包括对数据进行TVG调整、带通滤波、振幅滤波、DBG调整、压制二次反射、去除信号干扰等操作使资料清晰，各层最大程度可辨，绘出海底及目标层分界面。利用ISE软件的数字提取功能，导出XYZ格式的地层厚度数据及海管、障碍物信息，绘制障碍物分布图。

4 物探成果分析

侧扫声纳海底地貌探测成果表明场址较为平整，未发现成片礁石区。调查区内发现46处点状障碍物(如图4所示)以及22处线状障碍物(如图5所示)，疑似拖痕8处，4处疑似礁石、16处疑似地貌凹凸区，经磁力异常分析并非管线。

                图4 点状障碍物异常        图5 线状障碍物异常

图7为浅地层剖面典型成果，通过图像可见本区域浅地层剖面反射较为清晰，未发现有明显的大型障碍物或管线绕射形成的明显弧形反射特征。同时磁力探测成果表明调查区存在21处磁力异常点，异常点在整个调查区域呈零散分布。未发现较长的连续线状的磁性物体，因而可以判断测区内没有不明的海底管线电缆存在。将磁力异常点与地貌中发现的目标进行对比，未发现存在明显关联性。

图6  浅地层剖面典型成果

5 结论与建议

本文通过从海底地貌、浅地层剖面及磁力探测调查了风电场场址海底管线与障碍物情况，在场区未发现礁石区域，未发现沉船和管线电缆等障碍物。海底表面发现的小型障碍物位置与磁力异常点位置关联性较差。大部分磁力异常点位置附近未发现明显的海底障碍物。结论与建议如下：

（1）建议在后期工作中对整个厂址进行更为全面海底管线和障碍物资料收集，同时加强对场区沙坡地形地貌活动特性的监测。

（2）为排除已发现的小型障碍物对工程的影响，建议潜水探摸进行清除。

（3）产生磁力异常的磁性物较多，根据距离和磁性体本身质地的不同，其产生磁力异常值亦会有所不同。本次调查中，每个异常点均为孤立数据，无法判断目标的大小、拖鱼到目标的距离等。为了排除异常对工程的影响，建议在施工阶段对异常点进行地貌、磁力加密测量。

参考文献

[1] 颜历,义家吉,詹华思.海洋物探技术在近岸海底礁石探测中的应用研究[J].低碳世界,2021,11(12):179-180.

[2] 张惟河.海洋物探技术在近岸海底礁石探测中的应用[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2020(03):186-188+191.

[3].一种应用于海洋物探的数据核心处理系统[J].军民两用技术与产品,2020(01):54.

[4] 刘彦华,杨晓军,袁超等.海洋物探方法在海上风电场勘察中的应用[J].地质学刊,2019,43(04):619-626.