摘 要：研究了北海-臨高海底光纜路由區表層和 1.5ｍ層海底土中的泥溫、ｐＨ值、Ｅｈ值、硫化物和硫酸鹽還原菌等幾種腐 蝕因子。結果發現,泥溫和 ｐＨ值表層與 1.5ｍ層海底土中差別不大,對海纜的安全性不會造成威脅；路由區除北端粗砂區 表層海底土為強氧化環境外,其余無論是表層還是 1.5ｍ層都屬于還原環境和過渡環境區域；硫化物含量的分布特征是 1.5 ｍ層明顯高于表層,且對海纜外護層可能有輕微的腐蝕作用；硫酸鹽還原菌的含量分布規律則是表層高于 1.5ｍ層,在光纜 的埋設深度上微生物腐蝕作用輕微。 

關鍵詞：海纜路由區；海底土；腐蝕因子；Ｅｈ值；硫化物；硫酸鹽還原菌

敷設在海底的海纜,會遇到各種復雜的海洋環境、不同的海底地貌形態、人類開發活動區和海底不穩定區等。 這些因素不同程度的威脅著海纜的安全和壽命。在諸多 因素中,海底土的腐蝕性是其中關鍵性的因素之一。海 纜埋設或放置在海底,與海底土直接接觸,海底土中的腐 蝕性因子會與海纜外護層發生化學反應而造成海纜腐蝕 破壞。對海底土腐蝕性的研究已經證明了海底土中腐蝕 因子的腐蝕作用 [1～4]。當前,海纜埋設深度要求為 1.5ｍ,在局部地區,海纜可能暴露或直接放置于海底表面。 本文對北海-臨高海底光纜路由區表層海底土和 1.5ｍ層 海底土中的幾種腐蝕因子進行研究,了解他們的分布和特征,為海纜的選擇、設計和維護提供可靠的資料。 

1 采樣位置和調查因子的分析方法

本次研究共采集表層土樣 38個,柱狀土樣 19個。柱狀樣取樣深度要求為 1.5ｍ(局部未達到該深度 )。所取 樣品站位位于北海-臨高海纜路由區,見圖 1。

海底土溫度的測量利用水銀溫度計在現場及時側取；ｐＨ值采用 ＣＰ5943-05型 ｐＨ/ｍＶ計現場測定；海底土 中氧化還原電位 (Ｅｈ值 )的測量,采用中國科學院南京土 壤研究所研制的 ＳＹ-5型電導、ｐＨ/ｍＶ、溫度計,用鉑-甘 汞電極對測定。具體測定方法是剛采集的樣品迅速裝入

圖 1 海底土取樣位置圖

100ｍＬ的燒杯中,樣品要求保持原裝,避免空氣進入。將 已固定好的鉑電極和飽和甘汞電極插入樣品,深 3.0ｃｍ, 電極相距 3～5ｃｍ,等電位平衡后讀數。改變電極位置, 重復測定三次,取平均值。 

海底土中硫化物主要以 Ｈ2Ｓ為主。Ｈ2Ｓ在海底土中不穩定,為使分析數據的可靠,將海底土樣品采集上來 后,立即密封在聚乙烯塑料袋內,并放置在-20℃的冰柜中 冷凍儲存,及時送交實驗室進行分析。分析采用 《海洋監 測規范·沉積物分析 》(ＨＹ003.5-91)中的碘量法。硫酸 鹽還原菌 (ＳＲＢ)數量的測定采用 《海洋監測規范·沉積 物分析 》(ＨＹ003.5-91)中的 ＭＰＡ法。

2 結果與討論

通過對現場測定和實驗資料的分析,歸納統計了路由區海底土中腐蝕因子的測試結果表層樣測試結果見 表 1；1.5ｍ層樣測試結果見表 2。

表 1 表層海底土腐蝕因子的測試結果

表 2 1.5ｍ層海底土腐蝕因子的測試結果

2.1 溫度 

路由區表層海底土溫度的變化范圍為 17.0～22.0℃,平均為 (20.12±1.05)℃,總差值為 5℃。路由區 1.5 ｍ層海底土的平均溫度為 (22.00±1.46)℃,該平均溫度 要比表層高 2.36℃。然而,整個埋設層的泥溫變化很小, 相對穩定,對海纜安全性不會造成影響。

2.2 ｐＨ值

表層海底土的 ｐＨ值變化范圍相當窄,最小值為 7.37,最大值僅為 7.93,平均 7.59±0.16,呈弱堿性。1.5ｍ 層海底土的 ｐＨ值范圍為 6.70～8.40,較之表層海底土 ｐＨ值的變化范圍略大,調查區的 16個樣品的 ｐＨ值平均 值為 7.63±0.36,幾乎與表層值一致,在同一站位上,1.5 ｍ層 ｐＨ值有 9個站位較表層大,而另 7個則較小,差值 除個別站位接近 1外,大多數小于 0.5。整個埋設層 ｐＨ 值近于中性,對海纜的安全不構成威脅。

2.3 Ｅｈ值

路由區表層海底土的 Ｅｈ值變化范圍較大,從-11～

447ｍＶ。從分布情況來看,僅在北端的三個站位 Ｅｈ值超 過了 400ｍＶ為強氧化環境區,埋設在該段的海纜,可能 會發生電化學,而威脅海纜的安全。除此之外,其余站位 可分為兩類；一類是 100ｍＶ以下的還原環境區,有 18個 站位；另一類是 100～225ｍＶ的過渡環境區,有 15個站 位。1.5ｍ層海底土的 Ｅｈ值有 6個 <100ｍＶ,8個在 100 ～200ｍＶ之間,只有 2個在 200～300ｍＶ之間,可見 1.5ｍ層海底土都屬于還原環境或過渡環境。

2.4 硫化物

路由區表層海底土中硫化物含量范圍為 (9.76～44.96)×10-6 ,平均含量為 24.00×10-6 。海底土中硫化物含量與海底土所處的化學環境、海底土類型、物質來源、 生物狀況以及污染狀況、地理位置、水動力條件等諸多因 素有關。在氧化環境中,由于硫化物被氧化,使得硫化物 的含量相對較低,反之,在還原環境中硫化物含量相對較 高。由于在路由區北端的粗砂處于強氧化環境中,所以 硫化物的含量在 10×10-6以下。從該路由區表層海底土的硫化物分布來看,一般在粗砂-中砂-粉砂粒級的海底土 中硫化物含量均在 23×10-6

以下,而在粉質粘土和粘土和 粘土粒級的海底土中,硫化物含量都在 23×10-6 以上。總起來說,本路由區表層海底土中硫化物含量都在 45×10-6 以下,硫化物含量不高,對光纜的腐蝕作用微弱。

1.5ｍ層海底土中硫化物含量范圍為 (13.09～272.07)×10-6 ,平均值為 (159.76±61.44)×10-6 ,較之 表面的平均值高出 135.67×10-6 。除 7號站的 0.8ｍ層 為 13.09×10-6 以外,其余均在 100×10-6 以上。因此,路由區 1.5ｍ層的硫化物腐蝕作用應特別注意。

2.5 硫酸鹽還原菌 (ＳＲＢ)數量

海洋中的許多硫酸鹽還原菌,其數量及生存狀況直接與相應的微生物環境和其他環境因子密切相關,是腐 蝕的主導因素之一。由于其數量可估測相應環境的腐蝕條件及對材料產生腐蝕程度,為此,在本路由調查中測定 了海底土中硫酸鹽還原菌的數量。本次調查共測定了 21 個表層和 16個 1.5ｍ層海底土中的 ＳＲＢ數量,其中數量 單位為細胞數/ｇ。

由表 1中數據可知,表層沉積物中 ＳＲＢ的最高值出現在北海側近岸的 3號站上；而在路由中部 5個站位檢測 不到結果,說明路由區的中部不含或含極少 ＳＲＢ。表層 沉積物中 ＳＲＢ的平均含量為 1760/ｇ。21個站位中有 6 個站位 ＳＲＢ數量高于該平均值,除 38號站接近路由的臨 高端以外,其余大多位于路由的北海一側并延伸至中部 區域。

由表層沉積物中硫酸鹽還原菌含量對路由區可能的腐蝕作用程度做粗略的估計,結果表明,測區表層沉積物 中的 ＳＲＢ的生存環境存在明顯的不均勻性,相對而言,路 由區的中段以北海區 ＳＲＢ腐蝕性較強,對出露在表層的海 纜存在一定的威脅。

由表 2可知,在已測定的 16個柱狀樣品中,有 11個樣品未檢測到硫酸鹽還原菌,占樣品總數的 69%。其余 檢測到 ＳＲＢ的 5個樣品中,除 11號站的檢測到 280/ｇ以 外,其余 4個樣品數量均在 100/ｇ以下。可見,在 1.5ｍ 層海底土中 ＳＲＢ呈現出 “補釘式 ”的分布狀況,ＳＲＢ的檢 出率比表層低許多。這表明在 1.5ｍ層海底土中僅含很 少的 ＳＲＢ或沒有 ＳＲＢ,路由區應為微弱的微生物腐蝕區, 對埋設的海纜威脅輕微。

3 結 論

通過對北海-臨高路由區海底土中幾種腐蝕因子的調查研究,得出如下結論：

(1)路由區海底土的泥溫和 ｐＨ值,表層與 1.5ｍ層差別不大,對海纜的安全性不會造成威脅。

(2)路由區海底土的氧化還原電位,在路由北端的粗砂區的表層土中表現為高值區,Ｅｈ值高于 400ｍＶ。說明 該段海底土為強氧化環境。除此之外,其余無論是表層 還是 1.5ｍ層的海底土均屬于還原環境和過渡環境區 域。所以,在路由的北端的粗砂區應采取措施防止海纜 的電化學腐蝕。

(3)路有區海底土中硫化物含量的分布特征是 1.5ｍ層明顯高于表層,1.5ｍ層硫化物平均含量高達 160× 10-6。因此,硫化物對光纜的外護層有一定的腐蝕作用,應特別引起注意。

(4)路由區底質中硫酸鹽還原菌的數量分布規律是表層高于 1.5ｍ層。無論是表層還是 1.5ｍ層硫酸鹽還 原菌的數量均較低,因而,在光纜的埋設深度上微生物腐 蝕作用相對輕微。

參考文獻：

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