武汉联动设计股份有限公司 湖北省武汉市 430000
摘要：近年来，随着我国经济的快速发展，电力缺口不断增加，传统发电模式中环境污染及碳排放问题亟待解决，我国对清洁能源的需求不断增加，风电场建设从陆地大力向海上发展。本文分析我国海上风电场建设中重要的一个环节--地质勘察中遇到的难点问题。结合国内外大型设计机构先进的海上风电地勘经验及国内外海洋石油工程勘测经验，针对性提出我国海上风电地勘问题的解决方案，对提高我国海上风电场勘察质量具有一定的指导意义。
关键词：海上风电场；地质勘察；解决方案
引言
在全球能源危机日益严峻的背景下，开发和利用清洁能源成为了国家能源结构转型的主要方向。经过多年的陆地风电和光伏发电站的建设，可利用的资源较好的陆域越来越少。我国拥有广阔而丰富的滨海、浅海海域，且海上风电场拥有风能资源好、单机容量高、不占用土地、无噪声环境污染等优势，逐渐开始受到重视并大力建设发展。随着海上风电场的快速发展，海上风电场地质勘察工作的重要性逐渐受到重视。区别于传统风电场的勘察，如何在风、浪、潮共同作用的海面进行海底地质资料收集与采集，准确提供海底地层结构、空间分布、有无海底障碍物等地质信息，将直接影响到海上风电场的风机布置、基础选型、工程建设的周期及技术经济指标。
1海上风电场工程地质条件
我国东南沿海拟建海上风电场区域一般离岸距离在10-30km，海水深一般在15-25m，地层主要为第四系以来浅海相、陆相沉积及海陆交替复合沉积相沉积地层，形成条件复杂多变，具有典型的二元结构。表层主要为新近沉积淤泥或淤泥质土、软塑黏性土、松散粉土等，一般厚度约在20-60m，沉积位置及环境的不同造成土层差异较大，主要为欠固结土，物理力学性质差，成孔过程中易塌孔、难以成孔，需采取跟管钻进等措施。下部为陆相沉积地层，一般上部为正常固结粘性土，下部为各类岩层，可作为风机基础的桩基持力层。
2海上风电场勘察技术要求
海上风电场地质勘察内容应包含如下方面：1）场址区区域地质构造及区域稳定性；2）场址区地震情况及参数，包括场址区史上地震活动及新构造运动以来地震活动性、场址区地震动参数，评估预测场址区海底地层由于地震引起的液化、震陷等的可能性；3）拟建场址区的不良地质作用、地质灾害的分布情况及防治措施；4）拟建海上风电场、升压站、海底电缆路径等范围内的工程地质层序、岩土体物理力学参数及工程地质特征；5）建筑材料的腐蚀性评价；6）海底岩土体的土壤电阻率、热阻系数等参数。
3海上风电地质勘察
3.1海上风电场勘察施工机械、人员的组织管理
海上风电场勘察相对于传统的陆地勘察来说属于一个全新的领域。海上风电场勘察施工条件复杂，离岸距离远，海面风浪复杂多变，船舶通航等均会对海上勘察带来很大影响，海底管线亦是海上勘察的重要羁绊。在此条件下，要求勘察单位必须具备较强的综合实力，具有系统的施工机械、船只、人员统筹协调安排，同时与海事、港航单位充分沟通，合理安排外业施工时间窗口，做到有周密的施工组织计划后，方可进入海上勘探点进行施工。针对海底光缆、电缆、管道等埋藏物，施工前应收集目标区域的海底管线埋藏坐标图纸，正式施工前再一次采取物探等手段确保勘探范围内无管线等埋藏物，施工过程中还应实时反馈，遇到异常及时停工进行检查复核，确保安全施工。
3.2海上风电场勘察方法论述
海上风电场勘察应采取地质资料收集、地球物理勘测、机械钻进及采样、原位测试、室内试验相结合的综合勘察方案。
有别于陆地风电场勘察，在海上勘察中应充分发挥地球物理勘测的手段和方法，以物理探测为主导，目前成熟应用的包括侧扫声呐探测、高分辨率多道数字地震调查、声波探测等综合物探方法，其具有探测用时短、准确性高、范围全面等优势。机械钻探是最直观的勘探方法，钻探过程中进行的原位测试能实测土层在实际受应力环境中的物理力学性质，将其与物探结果综合分析能更快找出地层规律。室内试验通过测试能检测出土层各项物理力学性质指标，为基础设计提供详实的地层参数。
3.3海上风电场勘察存在问题与不足
由于海上风电场勘察是在海上平台上施工，在受到各种风浪船只的影响时，首先勘探点定位精度将会受到较大影响。海上勘察首先要穿过15-25m的海水深，海水和海底涌浪将会造成各种物理探测手段出现一定偏差，将对结果造成较大误差，标贯试验、静力触探等原位测试手段在海水中的杆件受到涌浪影响时数据也会严重失真，采取土试样由于失去海水压力其应力状态会发生较大改变，其室内试验指标也会偏离实际值。以上所有海上勘察过程中所得数据均在受到海水影响时产生较大偏差，导致最终提供地层参数无法实际反映海底土层性质，进而造成设计依据不足。部分勘察单位考虑到原始数据偏差时所提土层参数折减后偏于保守，也造成了设计方案偏于保守，最终造成工程建设工期和造价增加。
3.4海上风电场勘察问题对策
为了提高海上勘察质量，需从以下7方面进行提高，最终实现海上风电场地质勘察过程及勘察数据成果的安全、优质与高效：1）提高海上勘察作业平台的稳定性和适宜性，确保海上施工不出现较大偏差；2）提高物探设备精度，经多种对比后模拟克服海水造成偏差，提供受干扰性较小的真实数据；3）提高取土器的适用性，研制在克服较长杆长的情况下取得不扰动样的技术方法；4）研制如何克服海水影响下的原位测试技术，使数据更趋于真实；5）提升海上勘察作业效率；6）确保勘察作业人员、设备安全。
3.5海上风电勘察发展方向
根据海上风电遇到的问题以及海上风电勘察的要求，针对现阶段海上风电勘察现状，建议从以下几个方面进行提高。1）勘察平台：借鉴欧洲海上风电或海洋石油的勘察经验，引进或打造专属勘探平台，如：近岸水深较浅水域可采用自升式平台，较深水域及深海应提前储备相应的深水勘探平台。2）勘察设备及室内试验设备：引进欧洲或者海洋油气勘探方面先进的地勘设备、包括静力触探CPT设备及室内设备等；结合我国海域特点，研发适用于我国海上风电地勘的物探、静力触探方面的设备。3）培养高水平地勘作业人员：积极吸收国外风电及海上油气勘察的经验，加强交流培训，提高地勘人员技术水平；培养高水平海上地勘外业人员和内业人员。4）完善海上风电勘察规范：完善补充规范中海上风电勘察的内容，尽快出台海上风电勘察规范；引进欧洲和海洋石油系统的勘察经验，推广静力触探原位测试等技术的应用。5）第三方审核、认证把关：借鉴欧洲经验，对海洋地勘从勘察方案设计、到内业处理均由第三方专业公司进行指导；积极引进第三方审核制度，对勘察结果进行独立校核与把关。6）加大海上风电勘察的重视和投入：欧洲海上风电勘察费用占总投资额的1%左右，国内目前约为0.5%～0.7%，建议适当提高勘察费用比例，使得勘察单位加大投入、提高勘察成果的质量。
结语
综上所述，在海上风电场如火如荼发展的今天，海上风电场勘察作为一项基础资料的获取提供的关键环节，日益受到各方的重视。在传统勘察方法无法满足海上风电勘察的技术精度时，需要我们在之前的基础上进行改进发展形成新的勘察技术手段，以适应海上风电场向着更大的风电场规模、更远的离岸距离、更大的单机机型的不断发展。在此需要海上风电勘察向着稳定平台、设备精度、减小海水干扰、还原真实土层应力状态下的试验手段、高水平的勘察技术人员等方向上不断发展。
参考文献：
[1]韩孝辉，薛玉龙，刘刚.海上风电场建设的前期地质调查研究方法[J].工程勘察，2018，46（3）：29-34.
[2]明力，刘敬贤，王先锋.超大型船舶安全纵向间距计算模型[J].中国航海，2014，37（04）：40-43.
[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.海上平台场址工程地质勘察规范：GB/T 17503—2009[S].2009.