摘 要：研究了北海-临高海底光缆路由区表层和 1.5ｍ层海底土中的泥温、ｐＨ值、Ｅｈ值、硫化物和硫酸盐还原菌等几种腐 蚀因子。结果发现,泥温和 ｐＨ值表层与 1.5ｍ层海底土中差别不大,对海缆的安全性不会造成威胁；路由区除北端粗砂区 表层海底土为强氧化环境外,其余无论是表层还是 1.5ｍ层都属于还原环境和过渡环境区域；硫化物含量的分布特征是 1.5 ｍ层明显高于表层,且对海缆外护层可能有轻微的腐蚀作用；硫酸盐还原菌的含量分布规律则是表层高于 1.5ｍ层,在光缆 的埋设深度上微生物腐蚀作用轻微。 

关键词：海缆路由区；海底土；腐蚀因子；Ｅｈ值；硫化物；硫酸盐还原菌

敷设在海底的海缆,会遇到各种复杂的海洋环境、不同的海底地貌形态、人类开发活动区和海底不稳定区等。 这些因素不同程度的威胁着海缆的安全和寿命。在诸多 因素中,海底土的腐蚀性是其中关键性的因素之一。海 缆埋设或放置在海底,与海底土直接接触,海底土中的腐 蚀性因子会与海缆外护层发生化学反应而造成海缆腐蚀 破坏。对海底土腐蚀性的研究已经证明了海底土中腐蚀 因子的腐蚀作用 [1～4]。当前,海缆埋设深度要求为 1.5ｍ,在局部地区,海缆可能暴露或直接放置于海底表面。 本文对北海-临高海底光缆路由区表层海底土和 1.5ｍ层 海底土中的几种腐蚀因子进行研究,了解他们的分布和特征,为海缆的选择、设计和维护提供可靠的资料。 

1 采样位置和调查因子的分析方法

本次研究共采集表层土样 38个,柱状土样 19个。柱状样取样深度要求为 1.5ｍ(局部未达到该深度 )。所取 样品站位位于北海-临高海缆路由区,见图 1。

海底土温度的测量利用水银温度计在现场及时侧取；ｐＨ值采用 ＣＰ5943-05型 ｐＨ/ｍＶ计现场测定；海底土 中氧化还原电位 (Ｅｈ值 )的测量,采用中国科学院南京土 壤研究所研制的 ＳＹ-5型电导、ｐＨ/ｍＶ、温度计,用铂-甘 汞电极对测定。具体测定方法是刚采集的样品迅速装入

图 1 海底土取样位置图

100ｍＬ的烧杯中,样品要求保持原装,避免空气进入。将 已固定好的铂电极和饱和甘汞电极插入样品,深 3.0ｃｍ, 电极相距 3～5ｃｍ,等电位平衡后读数。改变电极位置, 重复测定三次,取平均值。 

海底土中硫化物主要以 Ｈ2Ｓ为主。Ｈ2Ｓ在海底土中不稳定,为使分析数据的可靠,将海底土样品采集上来 后,立即密封在聚乙烯塑料袋内,并放置在-20℃的冰柜中 冷冻储存,及时送交实验室进行分析。分析采用 《海洋监 测规范·沉积物分析 》(ＨＹ003.5-91)中的碘量法。硫酸 盐还原菌 (ＳＲＢ)数量的测定采用 《海洋监测规范·沉积 物分析 》(ＨＹ003.5-91)中的 ＭＰＡ法。

2 结果与讨论

通过对现场测定和实验资料的分析,归纳统计了路由区海底土中腐蚀因子的测试结果表层样测试结果见 表 1；1.5ｍ层样测试结果见表 2。

表 1 表层海底土腐蚀因子的测试结果

表 2 1.5ｍ层海底土腐蚀因子的测试结果

2.1 温度 

路由区表层海底土温度的变化范围为 17.0～22.0℃,平均为 (20.12±1.05)℃,总差值为 5℃。路由区 1.5 ｍ层海底土的平均温度为 (22.00±1.46)℃,该平均温度 要比表层高 2.36℃。然而,整个埋设层的泥温变化很小, 相对稳定,对海缆安全性不会造成影响。

2.2 ｐＨ值

表层海底土的 ｐＨ值变化范围相当窄,最小值为 7.37,最大值仅为 7.93,平均 7.59±0.16,呈弱碱性。1.5ｍ 层海底土的 ｐＨ值范围为 6.70～8.40,较之表层海底土 ｐＨ值的变化范围略大,调查区的 16个样品的 ｐＨ值平均 值为 7.63±0.36,几乎与表层值一致,在同一站位上,1.5 ｍ层 ｐＨ值有 9个站位较表层大,而另 7个则较小,差值 除个别站位接近 1外,大多数小于 0.5。整个埋设层 ｐＨ 值近于中性,对海缆的安全不构成威胁。

2.3 Ｅｈ值

路由区表层海底土的 Ｅｈ值变化范围较大,从-11～

447ｍＶ。从分布情况来看,仅在北端的三个站位 Ｅｈ值超 过了 400ｍＶ为强氧化环境区,埋设在该段的海缆,可能 会发生电化学,而威胁海缆的安全。除此之外,其余站位 可分为两类；一类是 100ｍＶ以下的还原环境区,有 18个 站位；另一类是 100～225ｍＶ的过渡环境区,有 15个站 位。1.5ｍ层海底土的 Ｅｈ值有 6个 <100ｍＶ,8个在 100 ～200ｍＶ之间,只有 2个在 200～300ｍＶ之间,可见 1.5ｍ层海底土都属于还原环境或过渡环境。

2.4 硫化物

路由区表层海底土中硫化物含量范围为 (9.76～44.96)×10-6 ,平均含量为 24.00×10-6 。海底土中硫化物含量与海底土所处的化学环境、海底土类型、物质来源、 生物状况以及污染状况、地理位置、水动力条件等诸多因 素有关。在氧化环境中,由于硫化物被氧化,使得硫化物 的含量相对较低,反之,在还原环境中硫化物含量相对较 高。由于在路由区北端的粗砂处于强氧化环境中,所以 硫化物的含量在 10×10-6以下。从该路由区表层海底土的硫化物分布来看,一般在粗砂-中砂-粉砂粒级的海底土 中硫化物含量均在 23×10-6

以下,而在粉质粘土和粘土和 粘土粒级的海底土中,硫化物含量都在 23×10-6 以上。总起来说,本路由区表层海底土中硫化物含量都在 45×10-6 以下,硫化物含量不高,对光缆的腐蚀作用微弱。

1.5ｍ层海底土中硫化物含量范围为 (13.09～272.07)×10-6 ,平均值为 (159.76±61.44)×10-6 ,较之 表面的平均值高出 135.67×10-6 。除 7号站的 0.8ｍ层 为 13.09×10-6 以外,其余均在 100×10-6 以上。因此,路由区 1.5ｍ层的硫化物腐蚀作用应特别注意。

2.5 硫酸盐还原菌 (ＳＲＢ)数量

海洋中的许多硫酸盐还原菌,其数量及生存状况直接与相应的微生物环境和其他环境因子密切相关,是腐 蚀的主导因素之一。由于其数量可估测相应环境的腐蚀条件及对材料产生腐蚀程度,为此,在本路由调查中测定 了海底土中硫酸盐还原菌的数量。本次调查共测定了 21 个表层和 16个 1.5ｍ层海底土中的 ＳＲＢ数量,其中数量 单位为细胞数/ｇ。

由表 1中数据可知,表层沉积物中 ＳＲＢ的最高值出现在北海侧近岸的 3号站上；而在路由中部 5个站位检测 不到结果,说明路由区的中部不含或含极少 ＳＲＢ。表层 沉积物中 ＳＲＢ的平均含量为 1760/ｇ。21个站位中有 6 个站位 ＳＲＢ数量高于该平均值,除 38号站接近路由的临 高端以外,其余大多位于路由的北海一侧并延伸至中部 区域。

由表层沉积物中硫酸盐还原菌含量对路由区可能的腐蚀作用程度做粗略的估计,结果表明,测区表层沉积物 中的 ＳＲＢ的生存环境存在明显的不均匀性,相对而言,路 由区的中段以北海区 ＳＲＢ腐蚀性较强,对出露在表层的海 缆存在一定的威胁。

由表 2可知,在已测定的 16个柱状样品中,有 11个样品未检测到硫酸盐还原菌,占样品总数的 69%。其余 检测到 ＳＲＢ的 5个样品中,除 11号站的检测到 280/ｇ以 外,其余 4个样品数量均在 100/ｇ以下。可见,在 1.5ｍ 层海底土中 ＳＲＢ呈现出 “补钉式 ”的分布状况,ＳＲＢ的检 出率比表层低许多。这表明在 1.5ｍ层海底土中仅含很 少的 ＳＲＢ或没有 ＳＲＢ,路由区应为微弱的微生物腐蚀区, 对埋设的海缆威胁轻微。

3 结 论

通过对北海-临高路由区海底土中几种腐蚀因子的调查研究,得出如下结论：

(1)路由区海底土的泥温和 ｐＨ值,表层与 1.5ｍ层差别不大,对海缆的安全性不会造成威胁。

(2)路由区海底土的氧化还原电位,在路由北端的粗砂区的表层土中表现为高值区,Ｅｈ值高于 400ｍＶ。说明 该段海底土为强氧化环境。除此之外,其余无论是表层 还是 1.5ｍ层的海底土均属于还原环境和过渡环境区 域。所以,在路由的北端的粗砂区应采取措施防止海缆 的电化学腐蚀。

(3)路有区海底土中硫化物含量的分布特征是 1.5ｍ层明显高于表层,1.5ｍ层硫化物平均含量高达 160× 10-6。因此,硫化物对光缆的外护层有一定的腐蚀作用,应特别引起注意。

(4)路由区底质中硫酸盐还原菌的数量分布规律是表层高于 1.5ｍ层。无论是表层还是 1.5ｍ层硫酸盐还 原菌的数量均较低,因而,在光缆的埋设深度上微生物腐 蚀作用相对轻微。

参考文献：

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[2] 马士得,朱素兰,孙嘉瑞.海底泥的温度对 Ａ3钢腐蚀研究 [Ｊ].海洋科学,1995,5：10-12.

[3] 李祥云,陈虹勋,古森昌,等.南海珠江口东部海底沉积物腐 蚀性研究 [Ｊ].热带海洋,1997,16(3)：90-97.

[4] 季明棠,邓天影,顾全英,等.几种腐蚀性因子对海底土腐蚀 性影响的初步研究 [Ｊ].海洋学报,1998,20(6)：44-49.