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G882磁力儀在東海某海底油氣管道探測中的應用

文檔作者：惠冠軍文檔來源：上海元易勘測設計有限公司		更新日期： 2026年05月14日	點擊數：
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?4? I 研究成果 I Research Findings （2019牟第21期〕
G882磁力儀在東海某海底油氣管道探測中的應用
惠冠軍
（上海元易勘測設計有限公司，上海201203）
摘要：以東海某近岸拋石區海底油氣管線為探測對象，進行海底管線正演模擬分析，并結合海域潮位變化設計磁梯度
法探測方案。對磁測數據分析表明探測過程中磁探頭受到海浪等的影響較大，使其磁異常數據存在較大的噪音干擾，不
能利用該磁測數據對管道進行管線路由及埋深定量分析，文章針對探測過程中的影響因素提出相關磁測建議。
關鍵詞：拋石區；磁梯度儀；理論正演；磁異常分析；影響因素
中圖分類號：P716 文獻標志碼：A 文章編號：2096-2789 （2019） 21-0004-03
東海某海底油氣管道自1998年建成投產，至今己
運行21年。因管道長年受海流沖刷等多種因素的影響，
近岸海區的管道易出現長距離的出露和懸空。海底管道
的出露和懸空狀態影響了管道的安全運行，尤其是管道
懸空給管道的正常運營帶來了嚴重的安全隱患"°為及
時掌握管道的空間狀態，查明管道路由海區海底地形地
貌，以制定相應的護管對策，需要定期對管道進行檢測，
以便掌握其運行狀況，為護管工作提供基礎資料。目前
對于海底油氣管道探測常用的方法是淺地層剖面法巴
但是對于近岸管道，特別是海底覆蓋有拋石的區域，雜
亂拋石對淺剖聲吶信號的強烈散射，使得淺剖方法在海
底管道拋石區的探測效果并不理想。為了掌握拋石區海
底管道的路由及其空間狀態，文章以G882磁力梯度儀
為主要探測設備對海底油氣管道進行探測，研究該種方
法在淺海區海底覆蓋拋石的情況下的探測效果，為海底
管道的護管工作提供基礎數據。
1 海域環境及探測方案
該次探測的海底油氣管道位于東海某近岸海域，油
氣管道材質為API 5L Grade X52級標準直縫鋼管，外徑
為355.6mm,壁厚為11.1mm。海底管道大部分采用挖
溝自然回填方式進行埋設。鋼質管材為利用磁法探測提
供了物理基礎。
1.1探測海域環境
該次探測的近岸海域油氣管道，在管道路由區
的海底覆蓋有拋石，拋石寬度約為2.5m,主要起到
保護海底油氣管道的作用。拋石區位于海底輸油管
道KP1.8?KP2.3,海底地形相對較復雜，略有起
伏，勘測海域內實測水深4.4?13.5m,路由沿程水
深5.9?8.7m。作業海域在低潮時其拋石出露海底，
高潮時拋石區海水深度可以達到7m （見圖1）。為
了保護探測作業時儀器設備及船舶的安全，選擇在一
天之中海水高潮期進行探測作業，作業海域為管道的
KP1.7-KP2.5 （見圖 1） o
1.2管道磁異常理論
探測的海底油氣管道路由走向為北偏西10°左右，
設x軸指向地理北，y軸指向地理東（見圖2左圖）。
圖2左圖中綠線為無限長水平圓柱體管線模型，其走向
為北偏西10°。地磁場參數設置為測區的地磁場參數，
偏角為D=-5.8° ,傾角為46.5° ,地磁場方向見圖2左
圖。計算該模型的AT磁異常與AT磁異常在x方向的
作者簡介：惠冠軍（1978—）,男，工程師，研究方向：工
程物探，管線探測。
圖1作業拋石區高潮及低潮時水位示意圖
（左圖為低潮時拋石出露現場照片）
圖2海底管道理論分析模型圖（左）及
水平金屬管道正演模型圖（右）
梯度ATxo
將局部區域內的水平金屬管道簡化為一個無限長水
平圓柱體，在三維空間內，無限長水平圓柱體又相當于
二度體，磁性體沿Y軸方向無限延長，磁位沿Y軸方向
無變化（見圖2右圖）。無限長水平圓柱體在空間內各磁
場分量（垂直分量Z。、水平分量H。*、磁場強度
和梯度分量的表達式如下：
H _ （壬 _.T）（Z, _ z） - _x）2 + （z< _ z）'））
2«*,-*y+a-z）于
Z 丄 ”/（2胚.（*< _*）（Z< -z） + M：（-（毛-jtF + G _z『» （ 1 ）
”一 2（（xt-x）2+（zt-z）2）2~
AT = Hg cos Z 8S 蟲'+ Za sin/
式中：Mx=Mscosis； Mz=Mssinis； i$ 為有效磁化強
度傾角；A'為磁偏角；I為地磁場傾角；M,為有效磁
化強度；a為圓柱體半徑。
磁異常H*和Z。分量的偏導數是等價的。對公式（1）
的前兩項關于變量x和z取偏導數，就可以得到圓柱體
外部磁異常H*分量的梯度的解析表達式：
_ “0，（胚（3（.耳-工）2（» -二）一（》+ -X）' -3（x° — =）2））
（（xe -x）2 +（rf -r）2）1
H _ “o/（M<（3（£-對匕廠二）一匸一二）'）一胚（（斗一對3 -3（斗一7）2）） （ 2 ）
* （（xt-x）2+（=e-=yy
（2019年第21期） Research Findings | 研究成果 | ?5-
以圖2中的管道模型依據上述的公式計算出該管道
的理論異常曲線（見圖3）,從等值線圖可以看出，管
道引起的異常形態沿管線走向是連續的，從剖面圖可以
看出，管道的水平位置位于AT磁異常的峰值的水平位
置附近（見圖3上圖），或ATx的正負峰間的零值點
附近（見圖3下圖）。
圖3理論模型AT磁異常（上）與ATx的等值
線圖（下）及其對應的x=0處的剖面圖
另一方面，ATx分量不適合此次探測的海底管道，
探測的管道走向為近南北向，ATx分量很小，應選擇垂
直管線走向的分量，例中可釆用ATy分量。由正演結
果可以看到，在管線為近南北走向時，ATy的異常幅值
更大（見圖4）。
圖4 ATy的等值線圖與x=0處的剖面圖
1.3 G882磁測作業方案
依據上述理論分析，測線設計為垂直管線走向（見
圖5）,測線間距為200m,測線長度為500m （不包
括動力船轉彎路線），測線探測區域為海底管道的
KP1?KP3區段，但是海水高潮持續時間較短，實際探
測范圍僅為KP1.7?KP2.4長度區域。
該次磁法探測利用G882磁力梯度儀（并聯形式）
進行探測作業，因為采用磁梯度法，不需要設立日變站
進行磁日變校正。同時該區海底覆有拋石，并且高潮持
續時間較短，探測區域海水深度日變化較大，為了最大
限度保護G882磁梯度儀的安全，用浮體材料綁定G882
磁梯度儀，使儀器平面控制在離海面lm左右，使其不
會觸碰到海底拋石，保護探測過程中設備的安全（見圖
6）。另外為了減少動力船鐵磁性對探測儀器的干擾影響，
釆用長纜繩（80m以上）用動力船拖運G882磁梯度儀
進行探測，磁梯度儀的位置坐標由動力船上的GPS定位
數據結合長纜繩進行計算得出（見圖6） o G882磁梯度
儀裝有深度和高度傳感器，裝置位置按圖6中高度計，
在磁測作業過程中該兩個傳感器會同時記錄磁梯度儀測
量平面在水中距離海面的深度hl及磁梯度儀測量平面
距海底的高度h2,這兩個實測數據可以判斷磁梯度儀在
水中的狀態，同時也可用于計算海底管道埋深大小。在
探測過程中動力船速度不能太快，保持在1節左右的速
度即可，在靠近管道路由的地方應要求船速有所降低。
2 磁測成果及分析
依據前述的工裝設計及測線要求，利用海水高潮期
進行磁法探測作業，測得管線磁異常數據及磁梯度儀平
面距離海面的深度和距海底的高度數據，對并聯磁梯度
儀在磁測過程中在水中的狀態進行分析，同時對測得的
磁異常及梯度數據進行計算分析，求取海底管道的路由
及其埋深。
2.1磁梯度儀測量平面在水中的狀態
根據磁梯度儀上的深度、高度傳感器測得的磁梯度
測量平面距離海面的深度數據hl及磁梯度測量平面距
離海底的高度數據h2進行分析。
傳感器位置距海底的高度等值線灰度圖，圖中灰度
深表示海水越深，灰度淺色表示海水淺（見圖7左圖）。
由等值線圖可以看出海深總體變化趨勢為自北向南逐漸
變深，北部整體深約4m,南部整體深約12m,中間存
在劇烈波動，可能為海底地形存在突變或海底雜亂拋石
或儀器未能平穩保持水平姿態導致的。
磁梯度儀入水深度等值線圖中出現了負值，可能為
測量出錯、儀器沖出水面或儀器姿態問題導致（見圖7
右圖）。
通過以上兩點，說明磁梯度儀測量平面在水中受到
海浪及動力船拖拉、風向等的影響，磁梯度儀的姿態在
水中并不是一成不變的，而是忽上忽下、忽前忽后隨機
變化，對磁異常的測量會有一定的影響。
2.2磁測異常數據
對磁測的數據進行化極、去背景場等處理，得到實
測AT磁異常數據?？梢园l現AT磁異常形態不連續（見
圖8）,沿管線走向方向異常呈正負相間分布，可能是
?6?| 研究成果丨 Research Findings （2019年第21期］
圖7磁梯度儀測量平面距海底高度（左圖）和磁
梯度儀測量平面入水深度（右圖）等值線圖
磁探頭的姿態未能保持平穩而導致的。而且缺少日變數
據，據AT磁異常不能確定其水平位置與埋深，只能由
峰值點連線估計管道走向（見圖8左圖中所示海底管道
走向推測線）。
△ Tx形態沿管道方向不連續（見圖9）,且形態與
理論情況相差很大，也出現了沿管線走向方向異常呈正
海底管道走向推測線
圖8實測AT磁異常平面剖面圖（左圖，已
減去背景場）與等值線圖（右圖）
圖9實測ATx的平面剖面圖（左圖）與等值線圖（右圖）
負相間分布的特點，且磁異常的寬度較大，超出管道能
引起的磁異常寬度。依據釆集的ATx不能確定管道水
平位置與埋深。
3 結束語
-（1）從AT磁異常及其x方向的梯度峰值水平位
置的連線可粗略估出管線走向，約為北偏西10° ,但不
能精確確定管線水平位置及埋深。（2）測量時可能由
于磁探頭的姿態問題，磁異常的變化規律與理論情況相
差較大，數據無法用于定量解釋。磁探頭姿態的穩定是
能成功探測管道的核心要素。（3）測量平面離海面太近,
容易受海浪影響而傾斜甚至沖出海面。建議將磁力儀沉
在水下1?3m處。（4）建議用相同的儀器在測區附近
平靜處設日變站，以便利用AT磁異常數據，用來輔助
梯度數據，提高管道探測的準確度。
參考文獻：
［1］ 李佳峻.針對海洋環境因素鈴海底管道風險評估——以平
湖油氣田海底管道為例［D］.上海:上海海洋大學海洋科
學,2017.
［2］ 卞培旺，陳法錦，張葉春.2種海上物探方法對海底管線的
探測效果［J］.廣東海洋大學學報,2018,38（6） :61-68.
Application of G882 Magnetometer in the Detection of a Submarine Oil and Gas
Pipeline in the East China Sea
Hui Guanjun
(Shanghai Yuanyi Survey and Design Co.Ltd.,Shanghai 201203)
Abstract: Taking the submarine oil and gas pipeline in a near-shore riprap area of the East China Sea as the detection object,
the forward modeling simulation of the submarine pipeline is carried out, and the magnetic gradient method is proposed in
combination with the tidal level change of the sea area. The analysis of the magnetic measurement data indicates that the
magnetic probe is greatly affected by the waves and the like during the detection process, so that the magnetic anomaly data
has large noise interference, and the pipeline measurement and the buried depth quantitative analysis cannot be performed by
using the magnetic measurement data. This paper proposes relevant magnetic measurements for the influencing factors in the
detection process.
Key Words: riprap zone,magnetic gradiometer,theoretical forward modeling,magnetic anomaly analysis,influencing factors

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