ISO 19901-82023 包括低碳能源在内的石油和天然气工业海上结构第8部分海洋土壤调查标准立项发展报告

石油和天然气工业包括低碳能源海上结构第8部分：海洋土壤调查标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Oilandgasindustriesincludinglowercarbonenergy—Offshorestructures—Part8:Marinesoilinvestigations摘要海洋土壤调查是海上油气开发及低碳能源工程建设的基础性工作，其技术规范直接影响海洋结构物设计的安全性与经济性。随着全球能源结构向低碳转型加速推进，海上风电、海洋能等新型能源设施对海洋岩土工程勘察提出了更高要求，亟需一套适应新形势的国际标准作为技术引领。本报告以ISO19901-8:2023《包括低碳能源在内的石油和天然气工业海上结构第8部分：海洋土壤调查》为研究对象，系统梳理了该标准的立项背景、修订历程与技术内容，重点分析了其在调查方法、设备要求、室内试验及成果报告等方面的核心规定。报告指出，该标准作为国际标准化组织（ISO）发布的最新版本，实现了从传统油气领域向低碳能源领域的标准覆盖扩展，完善了灾害地质评估、场地具体评估等多层次技术框架，强化了数字化勘察与质量控制要求，对提升我国海上工程勘察技术水平和推动中国标准与国际标准对接具有重要参考价值。本报告亦就标准实施中的关键技术问题与未来发展方向提出了建议。关键词：海洋土壤调查；海上结构；低碳能源；ISO19901-8；岩土工程勘察；国际标准Keywords:Marinesoilinvestigation;Offshorestructures;Lowercarbonenergy;ISO19901-8;Geotechnicalinvestigation;Internationalstandards1引言1.1研究背景海洋资源开发正经历从传统油气向多元化低碳能源并重的深刻转型。据国际能源署（IEA）统计，全球海上风电装机容量在过去五年间增长超过200%，漂浮式海上风电、潮汐能、波浪能等新型能源技术正加速从示范走向商业化。与此同时，深海油气开采持续向超深水、极端环境推进，工程结构物所面临的地质条件日趋复杂。无论是传统固定式平台、海底管道，还是新型浮式风机基础、海底电缆，其设计安全性与经济性都在根本上依赖于对海床土层工程特性的精确把握。海洋土壤调查即为获取海床以下一定深度范围内土层的类型、分布、物理力学性质及灾害性地质特征而开展的系统性勘察工作。该项工作贯穿工程选址、方案设计、施工安装及运行维护全生命周期，其技术标准的完善程度直接决定着海洋工程的质量与安全水平。然而，不同国家和地区的勘察实践存在显著差异，缺乏统一的技术规范导致数据可比性差、成果互认困难，制约了海洋工程的跨国合作与标准化发展。1.2标准立项意义ISO19901-8作为国际标准化组织框架下的海洋结构基础设计系列标准的重要组成部分，为全球海洋土壤调查提供了统一的技术准则。2023年9月发布的最新版本首次将低碳能源设施纳入适用范围，标志着该标准从传统油气行业标准向更广泛的海洋能源工程标准迈出了关键一步。本报告的编制旨在全面解析该标准的立项背景、修订要点和技术内容，为我国海洋工程勘察行业的技术升级和国际标准对接提供参考。2标准基本信息2.1标准概况|项目|内容||------|------||标准编号|ISO19901-8:2023||标准名称|包括低碳能源在内的石油和天然气工业海上结构第8部分：海洋土壤调查||英文名称|Oilandgasindustriesincludinglowercarbonenergy—Offshorestructures—Part8:Marinesoilinvestigations||标准状态|现行||发布机构|国际标准化组织（ISO）||分类号|勘探和钻采设备||发布日期|2023年9月18日||发布年份|2023年||国别|国际组织||语言|英语||ICS分类号|75.180.10（勘探和钻采设备）|2.2版本沿革ISO19901-8标准的修订沿革反映了海洋土壤调查技术的持续进步。第一版ISO19901-8:2014于2014年发布，替代了早期的ISO19901-8:2003草案版本，系统整合了全球海洋岩土工程勘察的先进经验。2023版则在前版基础上进行了全面修订，主要变化包括：（1）将适用范围的表述从"石油和天然气工业"扩展为"包括低碳能源在内的石油和天然气工业"；（2）完善了灾害地质评估的技术要求；（3）新增了原位试验方法的技术细节；（4）强化了岩土参数确定与报告编制的规范性。这一系列修订使标准能够更好地适应能源转型背景下海洋工程的新需求。3标准立项背景与修订动因3.1全球海洋能源开发的技术需求全球海洋工程正面临前所未有的发展机遇。根据全球风能协会（GWEC）发布的数据，2022年全球新增海上风电装机容量达8.8GW，累计装机容量突破57GW。欧盟在"REPowerEU"计划中明确提出到2030年海上风电装机达到111GW的目标。美国、日韩、东南亚各国也纷纷出台了海上能源开发的中长期规划。海洋工程规模的迅速扩大带来了勘察需求的急剧增长，不同工程类型对土壤调查的技术要求差异显著——大直径单桩基础需要精确的桩侧阻力参数，锚固基础需要深部土层的抗剪强度数据，海底管道则需要评估管土相互作用特征。面对多样化的工程需求，既有标准体系暴露出覆盖范围有限、技术内容滞后等问题。尤其对于新兴的漂浮式风电、海洋能装置等，其基础形式与传统油气结构差异显著，需要进行大深度、高精度的土壤调查，这为标准的修订提供了直接的技术驱动力。3.2低碳能源转型的标准需求全球能源低碳转型是ISO19901-8:2023修订的最重要的宏观背景。2015年《巴黎协定》确立了将全球平均气温升幅控制在1.5℃以内的目标，推动各国加速能源结构转型。海上风电作为最成熟的可再生能源技术之一，在全球范围内呈现爆炸式增长态势。然而，早期版本ISO19901-8:2014的标准名称和适用范围均局限于"石油和天然气工业"，未涵盖低碳能源设施，这导致海上风电等项目在引用该标准时存在适用性争议。国际标准化组织海洋结构技术委员会（ISO/TC67/SC7）在此次修订中将"包括低碳能源"纳入标准名称，不仅是对既有事实的追认，更是对未来技术发展的前瞻性规划。这一变革反映了国际标准化工作对能源转型趋势的积极响应，使标准具备了面向未来的适用弹性。3.3海洋岩土工程技术进步近十年来，海洋岩土工程勘察技术在多个方面取得了显著进展。在调查装备方面，海底钻机（seafloordrillingrigs）实现了从浅孔到深孔的跨越，部分先进系统已具备在水深3000米条件下钻探百米级孔深的能力；静力触探（CPT）设备从单一的锥尖阻力记录扩展到包含孔隙水压力、侧摩阻力、地震波速等多参数同步采集。在调查方法方面，地质勘探船搭载的多波束测深系统、浅地层剖面仪、侧扫声呐等地球物理手段与地质钻探、原位测试等手段的综合应用日益成熟。3.4国际标准协调需求海洋结构物设计是一个高度国际化的领域，工程设计、建造和安装常涉及多个国家的企业和机构。缺乏统一的土壤调查标准会导致以下问题：（1）不同国家在同一场地开展的调查工作成果难以直接对比；（2）设计单位在采用勘测数据时面临不确定性；（3）跨国项目审批中技术审查效率低。为此，ISO/TC67/SC7致力于构建一套覆盖海洋结构全生命周期的国际标准族，ISO19901-8正是这一体系中的关键组成部分。本次修订进一步提升了与ISO19900系列（通用要求）、ISO19902（固定式钢结构）、ISO19903（混凝土结构）、ISO19904（浮式结构）以及ISO19905（场地评估）的配套协调性。4标准内容框架与技术要点4.1标准总体结构ISO19901-8:2023版在结构编排上更加清晰合理，主体内容包括以下章节：-第1章范围：明确了标准适用于海洋土壤调查的规划、执行和报告，涵盖传统油气结构和低碳能源结构的地基勘察。-第2章规范性引用文件：列出了与本标准配套引用的其他标准文件。-第3章术语和定义：对海洋土壤调查领域的核心术语进行了精确定义。-第4章调查要求基础：规定了调查的分级分类、调查计划的制定原则和基本程序。-第5章调查方法：系统阐述了地球物理调查、地质钻探、原位试验、取样及室内试验等方法的技术要求。-第6章设备与人员要求：明确了调查设备和操作人员应满足的资质条件。-第7章成果报告：规定了调查成果的整理、编制和交付要求。4.2适用范围扩展2023版标准最显著的变化是将"低碳能源"纳入范围。这一扩展并非简单的措辞修改，而是涉及多方面的实质性调整。第一，传统油气结构的土壤调查通常侧重于较大埋深、较高荷载工况，而海上风电基础（如单桩、吸力桶）的荷载特征以水平循环荷载为主，调查深度和参数侧重点有所不同。第二，漂浮式结构（如半潜式风机平台、浮式生产储卸装置）的锚固系统对浅层土体的抗拔特性有特殊要求，需要在调查方案中专门安排相应测试。第三，海底电缆和管道的路由调查对浅层地质灾害的识别提出了更高分辨率要求。标准通过扩展适用范围，使上述各类工程均可在统一的技术框架下开展勘察工作。4.3调查方法的核心技术规定4.3.1地球物理调查标准将地球物理调查作为海洋土壤调查的第一阶段，强调其在宏观地质认识、灾害识别和钻孔布置优化方面的重要作用。具体包括：多波束测深用于海底地形测绘，侧扫声呐用于海底微地貌和障碍物识别，浅地层剖面仪用于沉积层结构探测，以及多道地震用于深层地质结构解析。标准对各类方法的适用条件、分辨率和覆盖范围给出了技术指引。相较于2014版，新版本对浅地层剖面调查的数据质量要求更加严格，明确规定了不同水深处应达到的穿透深度和垂向分辨率指标。4.3.2地质钻探与取样钻探取样是获取原状土样、进行室内试验的基础手段。标准对不同地层条件推荐了相应的钻探方法，包括泥浆循环回转钻进、冲击钻进和振动钻进等。取样部分对薄壁取样器、活塞取样器、压力取样器等设备的技术参数做了规定，并针对不同土类给出了取样质量等级划分（ClassA至ClassC）。特别地，针对松散砂土的液化评价需求，标准推荐采用凝胶取样器或冻结取样法等特殊取样技术，以保证土体原位结构的完整性。4.3.3原位试验原位试验是海洋土壤调查中获取岩土参数的主要途径。标准重点规范了以下原位测试方法：-静力触探试验（CPTU）：包括锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力三大参数的采集技术要求，以及针对深海软黏土的修正方法；-孔压静力触探（Piezo-cone）：规定了孔压消散试验的操作步骤和数据分析方法；-标准贯入试验（SPT）：虽然SPT在海上应用受限，但对于难以进行CPT的地层仍具有补充价值；-十字板剪切试验（FVT）：适用于软黏土原位不排水抗剪强度测定；-波速测试：包括地震CPT、悬挂式P-S测井等，用于小应变剪切模量确定。值得关注的是，新版本对CPTU数据的修正与解译给出了更详细的指导，引入了最新的锥尖阻力修正公式和土体分类图。同时，对深海极端环境下CPT贯入设备的推力能力、贯入速率控制等做了补充规定。4.3.4室内试验标准对室内试验的规范涵盖了物理性质试验（含水率、密度、比重、级配）、力学性质试验（三轴压缩、直剪、固结、渗透）以及特殊试验（动三轴、共振柱、循环单剪等）。新版本特别指出了对于海上风电基础设计所需的循环荷载试验参数测定方法，对小应变剪切模量G0的测定提出了规范化要求。此外，标准还增加了对高岭土、钙质砂等特殊土类的试验方法指引。4.4灾害地质评估海洋地质灾害（geohazards）评估是保障工程安全的关键环节。2023版标准在此方面新增了独立的技术要求，系统涵盖以下灾害类型：浅层气的赋存与风险、海底滑坡遗迹及其活动性评价、活动断层与地震危险性、天然气水合物分解可能导致的次生灾害、海底侵蚀与沉积迁移等。标准要求调查工作应结合地球物理数据与地质钻探验证，综合判定灾害地质体的分布、规模及工程影响，并在调查报告中专章阐述。4.5调查计划的层次划分标准将调查工作按目的和阶段分为两大类：灾害地质评估和场地具体评估。场地具体评估又细分为初步设计阶段调查和详细设计阶段调查。不同级别的调查对应不同的钻孔间距、取样密度和试验项目要求。这种层次划分方式使业主和设计方可以根据项目阶段合理配置勘察资源，兼顾安全性和经济性。标准同时强调，在工期延长、结构形式变动或施工中遇到地质异常时，应及时进行补充调查。5关键技术内容与创新点分析5.1土分类体系与标准化框架标准引入了与ISO14688（土体识别和分类）相互衔接的土分类框架，同时兼顾了海洋工程领域长期以来惯用的ASTM分类体系。这种双轨并行的方式既保证了国际通用性，又方便了不同区域工程实践的应用转化。标准的分类框架以颗粒级配和塑性指数为核心指标，辅以有机质含量和碳酸盐含量等特征，形成了一套适用于海洋沉积物的完整分类方法，为不同地区、不同团队之间的数据比较提供了基础。5.2岩土参数确定方法标准对海洋土壤力学参数的取值方法给予了充分而审慎的规范。在抗剪强度参数方面，标准强调应综合室内试验（三轴UU、CIU、CK₀U等）、原位试验（CPTU、FVT）与经验相关性三种途径，通过交叉验证得出设计推荐值。在刚度参数方面，标准推荐以小应变剪切模量为基准，通过衰减曲线描述大应变条件下的刚度退化行为。对于循环荷载条件下的强度弱化与孔压累积效应，标准给出了相应的试验方法和数据解译指导。5.3数字化与质量管理的引入顺应行业数字化发展趋势，2023版标准加强了信息化和质量管理方面的要求。标准要求调查数据的记录、整理和报告输出应采用电子化格式，数据采集系统应具备自动校验功能。此外，标准对调查过程中质量保证/质量控制（QA/QC）措施提出了系统要求，包括设备的校准周期、操作的标准化流程、数据异常的处理程序等。这些规定有助于提高调查数据的可靠性和可追溯性，也为未来基于大数据和人工智能的岩土工程分析奠定了数据基础。5.4与相关标准的协调与配套ISO19901-8:2023与一系列相关标准形成了紧密配套关系。在调查与设计衔接方面，标准明确了输出参数与ISO19902（固定式钢结构设计）、ISO19903（混凝土结构设计）、ISO19904（浮式结构设计）中岩土参数需求的对应关系。在场地评估方面，该标准提供的勘察数据是ISO19905-1（场地评估-固定式钢结构）和ISO19905-2（场地评估-可移动式结构）中场地适宜性评定的核心输入。在低碳能源方面，该标准与IEC61400-3（海上风电机组设计要求）中关于岩土工程勘察的规定形成了互补——前者提供了调查技术的详细规范，后者则从风机基础设计的角度提出了对勘察成果的需求。两者的配合使用，为海上风电工程的勘察设计提供了完整的技术路径。6主要参与单位介绍6.1ISO/TC67/SC7技术委员会ISO19901-8:2023由国际标准化组织下设的"石油、石化和天然气工