ISO 19901-82023 包括低碳能源在內的石油和天然氣工業海上結構第8部分海洋土壤調查標準立項發展報告

石油和天然氣工業包括低碳能源海上結構第8部分：海洋土壤調查標準立項發展報告StandardizationDevelopmentReport:Oilandgasindustriesincludinglowercarbonenergy—Offshorestructures—Part8:Marinesoilinvestigations摘要海洋土壤調查是海上油氣開發及低碳能源工程建設的基礎性工作，其技術規范直接影響海洋結構物設計的安全性與經濟性。隨著全球能源結構向低碳轉型加速推進，海上風電、海洋能等新型能源設施對海洋巖土工程勘察提出了更高要求，亟需一套適應新形勢的國際標準作為技術引領。本報告以ISO19901-8:2023《包括低碳能源在內的石油和天然氣工業海上結構第8部分：海洋土壤調查》為研究對象，系統梳理了該標準的立項背景、修訂歷程與技術內容，重點分析了其在調查方法、設備要求、室內試驗及成果報告等方面的核心規定。報告指出，該標準作為國際標準化組織（ISO）發布的最新版本，實現了從傳統油氣領域向低碳能源領域的標準覆蓋擴展，完善了災害地質評估、場地具體評估等多層次技術框架，強化了數字化勘察與質量控制要求，對提升我國海上工程勘察技術水平和推動中國標準與國際標準對接具有重要參考價值。本報告亦就標準實施中的關鍵技術問題與未來發展方向提出了建議。關鍵詞：海洋土壤調查；海上結構；低碳能源；ISO19901-8；巖土工程勘察；國際標準Keywords:Marinesoilinvestigation;Offshorestructures;Lowercarbonenergy;ISO19901-8;Geotechnicalinvestigation;Internationalstandards1引言1.1研究背景海洋資源開發正經歷從傳統油氣向多元化低碳能源并重的深刻轉型。據國際能源署（IEA）統計，全球海上風電裝機容量在過去五年間增長超過200%，漂浮式海上風電、潮汐能、波浪能等新型能源技術正加速從示范走向商業化。與此同時，深海油氣開采持續向超深水、極端環境推進，工程結構物所面臨的地質條件日趨復雜。無論是傳統固定式平臺、海底管道，還是新型浮式風機基礎、海底電纜，其設計安全性與經濟性都在根本上依賴于對海床土層工程特性的精確把握。海洋土壤調查即為獲取海床以下一定深度范圍內土層的類型、分布、物理力學性質及災害性地質特征而開展的系統性勘察工作。該項工作貫穿工程選址、方案設計、施工安裝及運行維護全生命周期，其技術標準的完善程度直接決定著海洋工程的質量與安全水平。然而，不同國家和地區的勘察實踐存在顯著差異，缺乏統一的技術規范導致數據可比性差、成果互認困難，制約了海洋工程的跨國合作與標準化發展。1.2標準立項意義ISO19901-8作為國際標準化組織框架下的海洋結構基礎設計系列標準的重要組成部分，為全球海洋土壤調查提供了統一的技術準則。2023年9月發布的最新版本首次將低碳能源設施納入適用范圍，標志著該標準從傳統油氣行業標準向更廣泛的海洋能源工程標準邁出了關鍵一步。本報告的編制旨在全面解析該標準的立項背景、修訂要點和技術內容，為我國海洋工程勘察行業的技術升級和國際標準對接提供參考。2標準基本信息2.1標準概況|項目|內容||------|------||標準編號|ISO19901-8:2023||標準名稱|包括低碳能源在內的石油和天然氣工業海上結構第8部分：海洋土壤調查||英文名稱|Oilandgasindustriesincludinglowercarbonenergy—Offshorestructures—Part8:Marinesoilinvestigations||標準狀態|現行||發布機構|國際標準化組織（ISO）||分類號|勘探和鉆采設備||發布日期|2023年9月18日||發布年份|2023年||國別|國際組織||語言|英語||ICS分類號|75.180.10（勘探和鉆采設備）|2.2版本沿革ISO19901-8標準的修訂沿革反映了海洋土壤調查技術的持續進步。第一版ISO19901-8:2014于2014年發布，替代了早期的ISO19901-8:2003草案版本，系統整合了全球海洋巖土工程勘察的先進經驗。2023版則在前版基礎上進行了全面修訂，主要變化包括：（1）將適用范圍的表述從"石油和天然氣工業"擴展為"包括低碳能源在內的石油和天然氣工業"；（2）完善了災害地質評估的技術要求；（3）新增了原位試驗方法的技術細節；（4）強化了巖土參數確定與報告編制的規范性。這一系列修訂使標準能夠更好地適應能源轉型背景下海洋工程的新需求。3標準立項背景與修訂動因3.1全球海洋能源開發的技術需求全球海洋工程正面臨前所未有的發展機遇。根據全球風能協會（GWEC）發布的數據，2022年全球新增海上風電裝機容量達8.8GW，累計裝機容量突破57GW。歐盟在"REPowerEU"計劃中明確提出到2030年海上風電裝機達到111GW的目標。美國、日韓、東南亞各國也紛紛出臺了海上能源開發的中長期規劃。海洋工程規模的迅速擴大帶來了勘察需求的急劇增長，不同工程類型對土壤調查的技術要求差異顯著——大直徑單樁基礎需要精確的樁側阻力參數，錨固基礎需要深部土層的抗剪強度數據，海底管道則需要評估管土相互作用特征。面對多樣化的工程需求，既有標準體系暴露出覆蓋范圍有限、技術內容滯后等問題。尤其對于新興的漂浮式風電、海洋能裝置等，其基礎形式與傳統油氣結構差異顯著，需要進行大深度、高精度的土壤調查，這為標準的修訂提供了直接的技術驅動力。3.2低碳能源轉型的標準需求全球能源低碳轉型是ISO19901-8:2023修訂的最重要的宏觀背景。2015年《巴黎協定》確立了將全球平均氣溫升幅控制在1.5℃以內的目標，推動各國加速能源結構轉型。海上風電作為最成熟的可再生能源技術之一，在全球范圍內呈現爆炸式增長態勢。然而，早期版本ISO19901-8:2014的標準名稱和適用范圍均局限于"石油和天然氣工業"，未涵蓋低碳能源設施，這導致海上風電等項目在引用該標準時存在適用性爭議。國際標準化組織海洋結構技術委員會（ISO/TC67/SC7）在此次修訂中將"包括低碳能源"納入標準名稱，不僅是對既有事實的追認，更是對未來技術發展的前瞻性規劃。這一變革反映了國際標準化工作對能源轉型趨勢的積極響應，使標準具備了面向未來的適用彈性。3.3海洋巖土工程技術進步近十年來，海洋巖土工程勘察技術在多個方面取得了顯著進展。在調查裝備方面，海底鉆機（seafloordrillingrigs）實現了從淺孔到深孔的跨越，部分先進系統已具備在水深3000米條件下鉆探百米級孔深的能力；靜力觸探（CPT）設備從單一的錐尖阻力記錄擴展到包含孔隙水壓力、側摩阻力、地震波速等多參數同步采集。在調查方法方面，地質勘探船搭載的多波束測深系統、淺地層剖面儀、側掃聲吶等地球物理手段與地質鉆探、原位測試等手段的綜合應用日益成熟。3.4國際標準協調需求海洋結構物設計是一個高度國際化的領域，工程設計、建造和安裝常涉及多個國家的企業和機構。缺乏統一的土壤調查標準會導致以下問題：（1）不同國家在同一場地開展的調查工作成果難以直接對比；（2）設計單位在采用勘測數據時面臨不確定性；（3）跨國項目審批中技術審查效率低。為此，ISO/TC67/SC7致力于構建一套覆蓋海洋結構全生命周期的國際標準族，ISO19901-8正是這一體系中的關鍵組成部分。本次修訂進一步提升了與ISO19900系列（通用要求）、ISO19902（固定式鋼結構）、ISO19903（混凝土結構）、ISO19904（浮式結構）以及ISO19905（場地評估）的配套協調性。4標準內容框架與技術要點4.1標準總體結構ISO19901-8:2023版在結構編排上更加清晰合理，主體內容包括以下章節：-第1章范圍：明確了標準適用于海洋土壤調查的規劃、執行和報告，涵蓋傳統油氣結構和低碳能源結構的地基勘察。-第2章規范性引用文件：列出了與本標準配套引用的其他標準文件。-第3章術語和定義：對海洋土壤調查領域的核心術語進行了精確定義。-第4章調查要求基礎：規定了調查的分級分類、調查計劃的制定原則和基本程序。-第5章調查方法：系統闡述了地球物理調查、地質鉆探、原位試驗、取樣及室內試驗等方法的技術要求。-第6章設備與人員要求：明確了調查設備和操作人員應滿足的資質條件。-第7章成果報告：規定了調查成果的整理、編制和交付要求。4.2適用范圍擴展2023版標準最顯著的變化是將"低碳能源"納入范圍。這一擴展并非簡單的措辭修改，而是涉及多方面的實質性調整。第一，傳統油氣結構的土壤調查通常側重于較大埋深、較高荷載工況，而海上風電基礎（如單樁、吸力桶）的荷載特征以水平循環荷載為主，調查深度和參數側重點有所不同。第二，漂浮式結構（如半潛式風機平臺、浮式生產儲卸裝置）的錨固系統對淺層土體的抗拔特性有特殊要求，需要在調查方案中專門安排相應測試。第三，海底電纜和管道的路由調查對淺層地質災害的識別提出了更高分辨率要求。標準通過擴展適用范圍，使上述各類工程均可在統一的技術框架下開展勘察工作。4.3調查方法的核心技術規定4.3.1地球物理調查標準將地球物理調查作為海洋土壤調查的第一階段，強調其在宏觀地質認識、災害識別和鉆孔布置優化方面的重要作用。具體包括：多波束測深用于海底地形測繪，側掃聲吶用于海底微地貌和障礙物識別，淺地層剖面儀用于沉積層結構探測，以及多道地震用于深層地質結構解析。標準對各類方法的適用條件、分辨率和覆蓋范圍給出了技術指引。相較于2014版，新版本對淺地層剖面調查的數據質量要求更加嚴格，明確規定了不同水深處應達到的穿透深度和垂向分辨率指標。4.3.2地質鉆探與取樣鉆探取樣是獲取原狀土樣、進行室內試驗的基礎手段。標準對不同地層條件推薦了相應的鉆探方法，包括泥漿循環回轉鉆進、沖擊鉆進和振動鉆進等。取樣部分對薄壁取樣器、活塞取樣器、壓力取樣器等設備的技術參數做了規定，并針對不同土類給出了取樣質量等級劃分（ClassA至ClassC）。特別地，針對松散砂土的液化評價需求，標準推薦采用凝膠取樣器或凍結取樣法等特殊取樣技術，以保證土體原位結構的完整性。4.3.3原位試驗原位試驗是海洋土壤調查中獲取巖土參數的主要途徑。標準重點規范了以下原位測試方法：-靜力觸探試驗（CPTU）：包括錐尖阻力、側壁摩阻力、孔隙水壓力三大參數的采集技術要求，以及針對深海軟黏土的修正方法；-孔壓靜力觸探（Piezo-cone）：規定了孔壓消散試驗的操作步驟和數據分析方法；-標準貫入試驗（SPT）：雖然SPT在海上應用受限，但對于難以進行CPT的地層仍具有補充價值；-十字板剪切試驗（FVT）：適用于軟黏土原位不排水抗剪強度測定；-波速測試：包括地震CPT、懸掛式P-S測井等，用于小應變剪切模量確定。值得關注的是，新版本對CPTU數據的修正與解譯給出了更詳細的指導，引入了最新的錐尖阻力修正公式和土體分類圖。同時，對深海極端環境下CPT貫入設備的推力能力、貫入速率控制等做了補充規定。4.3.4室內試驗標準對室內試驗的規范涵蓋了物理性質試驗（含水率、密度、比重、級配）、力學性質試驗（三軸壓縮、直剪、固結、滲透）以及特殊試驗（動三軸、共振柱、循環單剪等）。新版本特別指出了對于海上風電基礎設計所需的循環荷載試驗參數測定方法，對小應變剪切模量G0的測定提出了規范化要求。此外，標準還增加了對高嶺土、鈣質砂等特殊土類的試驗方法指引。4.4災害地質評估海洋地質災害（geohazards）評估是保障工程安全的關鍵環節。2023版標準在此方面新增了獨立的技術要求，系統涵蓋以下災害類型：淺層氣的賦存與風險、海底滑坡遺跡及其活動性評價、活動斷層與地震危險性、天然氣水合物分解可能導致的次生災害、海底侵蝕與沉積遷移等。標準要求調查工作應結合地球物理數據與地質鉆探驗證，綜合判定災害地質體的分布、規模及工程影響，并在調查報告中專章闡述。4.5調查計劃的層次劃分標準將調查工作按目的和階段分為兩大類：災害地質評估和場地具體評估。場地具體評估又細分為初步設計階段調查和詳細設計階段調查。不同級別的調查對應不同的鉆孔間距、取樣密度和試驗項目要求。這種層次劃分方式使業主和設計方可以根據項目階段合理配置勘察資源，兼顧安全性和經濟性。標準同時強調，在工期延長、結構形式變動或施工中遇到地質異常時，應及時進行補充調查。5關鍵技術內容與創新點分析5.1土分類體系與標準化框架標準引入了與ISO14688（土體識別和分類）相互銜接的土分類框架，同時兼顧了海洋工程領域長期以來慣用的ASTM分類體系。這種雙軌并行的方式既保證了國際通用性，又方便了不同區域工程實踐的應用轉化。標準的分類框架以顆粒級配和塑性指數為核心指標，輔以有機質含量和碳酸鹽含量等特征，形成了一套適用于海洋沉積物的完整分類方法，為不同地區、不同團隊之間的數據比較提供了基礎。5.2巖土參數確定方法標準對海洋土壤力學參數的取值方法給予了充分而審慎的規范。在抗剪強度參數方面，標準強調應綜合室內試驗（三軸UU、CIU、CK?U等）、原位試驗（CPTU、FVT）與經驗相關性三種途徑，通過交叉驗證得出設計推薦值。在剛度參數方面，標準推薦以小應變剪切模量為基準，通過衰減曲線描述大應變條件下的剛度退化行為。對于循環荷載條件下的強度弱化與孔壓累積效應，標準給出了相應的試驗方法和數據解譯指導。5.3數字化與質量管理的引入順應行業數字化發展趨勢，2023版標準加強了信息化和質量管理方面的要求。標準要求調查數據的記錄、整理和報告輸出應采用電子化格式，數據采集系統應具備自動校驗功能。此外，標準對調查過程中質量保證/質量控制（QA/QC）措施提出了系統要求，包括設備的校準周期、操作的標準化流程、數據異常的處理程序等。這些規定有助于提高調查數據的可靠性和可追溯性，也為未來基于大數據和人工智能的巖土工程分析奠定了數據基礎。5.4與相關標準的協調與配套ISO19901-8:2023與一系列相關標準形成了緊密配套關系。在調查與設計銜接方面，標準明確了輸出參數與ISO19902（固定式鋼結構設計）、ISO19903（混凝土結構設計）、ISO19904（浮式結構設計）中巖土參數需求的對應關系。在場地評估方面，該標準提供的勘察數據是ISO19905-1（場地評估-固定式鋼結構）和ISO19905-2（場地評估-可移動式結構）中場地適宜性評定的核心輸入。在低碳能源方面，該標準與IEC61400-3（海上風電機組設計要求）中關于巖土工程勘察的規定形成了互補——前者提供了調查技術的詳細規范，后者則從風機基礎設計的角度提出了對勘察成果的需求。兩者的配合使用，為海上風電工程的勘察設計提供了完整的技術路徑。6主要參與單位介紹6.1ISO/TC67/SC7技術委員會ISO19901-8:2023由國際標準化組織下設的"石油、石化和天然氣工