海底地质沉积分析软件 -海底沉积物厚度特征

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一、工程概况

某海域要新建一座钻采生产平台，为了保证平台的安全建设和运营，在海上安装施工之前，需要再次对该平台导管架安装区域进行地形地貌调查，测量安装区域海底地形地貌特征，从而获取科学有效的数据资料，制定有效的安装方案。

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海洋地质十号，来自网络

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调查内容主要包括相关区域水深、地形测量，海底地貌和障碍物调查，浅地层剖面调查，具体内容如下：

⑴调查新建平台区域海底地形、地貌及浅地层地质结构等。

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⑵查明各种不良地貌现象如礁石、凹坑、废石、水泥块和其它影响工程施工的障碍物的具体位置、规模、性质、状态，并评价它们对施工的影响程度。

⑶查明施工区域潜在的地质灾害，如冲刷、浅层气等对海上施工的影响。

⑷获得高精度的海底地形地貌数据，为海上安装提供可靠的地质评价资料。

二、技术要求

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⒈作业要求

在以拟建平台导管架几何中心为中心点的一个长、宽各150m的正方形区域进行多波束水深测量、侧扫声呐扫测和浅地层剖面测量（图1），获得高精度的海底地形地貌数据，最终根据获得调查结果并给出综合分析。

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图1 导管架调查区域图

⒉测量控制系统

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平面坐标系统采用大地坐标系WGS84，投影方式为UTM，测量单位为米。水深测量的潮位改正值采用测区附近的精密预报潮位值进行改正，基准面为当地理论最低潮面，理论最低潮面在当地平均海面下0.85m。

⒊主要设备

调查工作以海洋地质十八号为调查船，采用Octans运动传感器进行艏向、姿态补偿，采用SF-3050MDGPS接收机和VeriposLD4SDGPS接收机进行导航定位，其中SF-3050MDGPS接收机作为主工作机，VeriposLD4S为备用。调查船搭载水深测量设备—EM710s多波束、地貌扫测设备—Klein3000侧扫声呐、浅地层及管线探测设备—SES-2000Medium-70浅地层剖面仪，实现水深、地貌、浅地层的精确探测。主要调查设备及参数见表1。

表1 主要调查设备及参数

三、技术方案及数据处理

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⒈测线布设

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以拟建平台几何中心为中心点的一个长、宽各150m的正方形区域进行多波束水深、侧扫声呐以及浅地层剖面测线布设。

多波束水深测线布设主测线为沿工区正方形一边布设平行线（测线走向45°），线间距平均为10m，合计15条。联络测线平行正方形另一边布设平行线（测线走向135°），覆盖4个桩腿处20m×20m的范围，线间距约为10m，合计6条。侧扫声呐测线布设主测线为沿工区正方形一边布设平行线（测线走向45°），线间距约为30m，共布设5条；联络测线平行正方形另一边布设平行线布设（测线走向135°），线间距约为50m，共布设3条。浅地层剖面仪与侧扫声呐同步作业，测线布设同侧扫声呐。

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⒉设备安装

测量作业前对仪器进行安装，其中，导航天线固定在桅杆上，多波束探头固定在船底，侧扫声呐拖鱼放置在船后尾流区外，通过拖放试验选择最佳参数，浅层剖面换能器固定在船底，换能器入水深度为1.5m，通过拖放试验选择最佳参数。

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⒊导航/定位

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为保证调查船作业坐标的准确性，调查作业使用先进的DGPS定位设备。定位仪器有充足的备件，以便进行应急维修，并配备多台定位显示器，以便将定位作业情况反映到船上所有相关部门。导航定位连续工作、实时定位，导航系统储存多要素的资料、实时显示，供资料订正及处理使用，仪器设备符合海洋调查规范，保证达到精度要求。导航记录的数据具有备份。导航定位所涉及的坐标基于WGS84椭球体，使用UTM平面投影坐标系，中央经线根据工区位置合理选择。出航前GPS接收机需通过24h稳定性试验，试验结果内符合误差应小于1m，差分GPS导航定位精度优于±2m。

导航定位系统由SF3050 MDGPS接收机与HYPACK综合导航软件系统组成，综合物探调查时以GPS天线位置作为导航参考点，根据要求布置测线，保证工区全覆盖。测线原始数据要连续记录，每条测线一个文件，记录内容应包括日期、时间、测线名、点号、经度、纬度、水深、偏距、航向、速度等内容。

⒋水深测量

采用多波束进行水深测量，航次前进行码头试验测量多波束系统相对位置和运动传感器、表层声速计、声速剖面仪等外部设备校准，实施海上试验进行作业前的一次多波束系统参数测试，验证通过后可进行测量作业。

作业前、后利用声速剖面仪测量海水声速剖面，精确量取换能器的吃水深度，并进行吃水变化改正。测量作业前必须进行系统参数测试，航次中后期进行精度测试试验，确保水深测量精度满足调查要求。多波束测量时，使用表层声速计进行表层声速校正，潮汐数据校准主要使用固定潮汐站数据，作业过程同时记录veripos（*.20N、*.20G、*.alf）数据，为数据后处理提供潮汐演算资料。数据处理采用荷兰QPS公司的QimeraPro处理多波束资料。

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⒌地貌调查

采用侧扫声呐进行地貌探测，其分辨率高，可以显示海底微地貌形态和分布，同时，可获取连续、全覆盖的海底声学图谱影像。使用Klein3000型侧扫声呐系统进行数据采集，采用专业侧扫声呐处理软件SonarWiz进行内业数据处理，包括声速校正、导航数据处理、潮位改正、海底线跟踪、图像灰度处理、镶嵌等步骤，最终获取高分辨的声呐图像，进行海底地貌特征工程评价。

⒍浅地层剖面

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浅地层剖面测量与侧扫声呐同步测量，实际测线由侧扫声呐决定。出航前，必须对系统与导航系统进行联机试验，确保系统工作正常；正式工作前在测区内选择一条测线进行参数试验，配置最佳的采集参数，如发射频率、量程范围、脉冲数量、发射模式、增益及船速等。在浅地层剖面上，根据反射波特征界定出声学反射界面，从而区分灾害地质类型。量出声学反射界面，圈定出灾害地质的类型、分布范围，同时读取深度和方向数据。

依据计算得出的各地层界面的标高和埋藏深度确定各单元层厚度，判断各单元地层地质类型、横向变化和工程地质特征，分析可能存在的海底及海底以下的各种灾害地质的类型、特征和对工程的影响，绘制海底表层各反射界面的等厚度图和灾害地质类型图。

四、调查结果

⒈水深测量结果

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根据多波束水深测量结果，拟建平台调查区域实测水深为144.0～144.9m，水深变化幅度为0.9m，导管架中心处水深约144.43m。调查区海底地形较平坦，但由于沙波影响，海底微地形呈波浪状的起伏变化。从地形走势上看，西北部浅，东南部深，整体水深趋势从西北往东南变深。调查区沙波非常发育，沙波在整个调查区均可见，在水深剖面图显示为锯齿状地形，如图2所示。

图2 调查区域水深图

⒉海底地貌结果

调查区侧扫声呐图像海底面反射清晰，有沙波发育，沙波波长为1～3m，波高为0.03～0.15m，为小型沙波，沙波走向以南西-北东向为主，海底表层底质主要为粉砂或砂，本次调查在导管架安装区域未扫测到有障碍物或其他明显的声呐反射物存在。

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⒊浅地层剖面调查结果

根据浅地层剖面测量结果，调查区受沙波的影响沉积环境差异不太明显，浅地层结构相对较为简单，海底地质主要以砂底为主，因此浅地层剖面的穿透较差，只能识别海底反射界面。

五、结论与建议

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综上所述，通过对调查已获取的多波束、侧扫、浅剖数据处理分析后得出以下结论与建议：

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⑴结合地貌、水下地形资料，拟建平台海底表层底质多为砂底。

⑵在调查区域内，根据现有浅地层剖面资料，在解释深度范围内未发现埋藏古河道存在，未发现明显断层、基岩、异常反射区等存在。

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⑶未发现已安装结构物、疑似管线等其他对作业有不利影响地貌特征存在。

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⑷拟建平台安装区域存在沙波发育，该区域海底沙波由水动力形成，若水动力条件发生改变，沙波的分布范围、规模及形态特征将会随之变化，导致海底形态处于不稳定状态，给海上工程及设施造成危害，在进行相关海底工程施工时应给予关注。

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【作者简介】文/邱炜 杜越 孟小雨 崔广亮 王超，均来自海洋石油工程股份有限公司。第一作者邱炜，男， 1985年出生，工程师，毕业于中国石油大学（华东）机械设计制造及其自动化专业，现主要从事海洋石油平台等海洋结构设施安装设计及相关技术研究工作。本文为基金项目，中国海洋石油集团公司科研项目“深水导管架建造安装关键技术研究及示范应用”（CNOOC-KJ135）。文章来自《中国石油和化工标准与质量》（2022年第5期），参考文献略，用于学习与交流，版权归期刊及作者所有，转载也请备注由”溪流之海洋人生“微信公众平台编辑与整理。

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