埕岛油田海域水深地形特征及冲淤变化

肖春桥，王鹏磊，吕志伟

国家海洋局北海海洋工程勘察研究院，山东 青岛 266061

摘 要：埕岛油田海区位于现代黄河三角洲的水下三角洲平原上，其上建有各类平台百余座,油井数百口。为了评估埕岛油田海域自2004年以来的地形变化特征，选取最易受波浪作用的5m～14m水深区为重点区域，布设了L型的2条监测断面进行水深调查。本文首先介绍了水深调查过程及数据处理步骤，然后通过与收集的历史水深资料进行对比分析，详细地说明了调查区域水深特征以及冲淤变化。

关键词：埕岛油田；水深；冲淤

Topographic characteristics of water depth and changes of erosion and deposition in the sea area of Chengdao Oilfield

Xiao Chunqiao, Wang Penglei, Lv Zhiwei

(Beihai Marine Engineering Prospecting Institute SOA ,Shandong Qingdao 266061 China)

Abstract: Chengdao Oilfield sea area is located on the underwater delta plain of the modern Yellow River Delta, on which there are more than 100 platforms and hundreds of oil wells. In order to evaluate the topographic change characteristics of the sea area of Chengdao Oilfield since 2004, the 5m ~ 14m water depth area most vulnerable to waves is selected as the key area, and two L-shaped monitoring sections are arranged for water depth investigation. This paper first introduces the water depth survey process and data processing steps, and then compares it with the collected historical water depth data to explain in detail the water depth characteristics and scouring and silting changes in the survey area.

Keywords: Chengdao Oilfield; water depth; scouring and silting changes

1引言

埕岛油田海区位于现代黄河三角洲的水下三角洲平原上。地势西南高，东北低。该区主要是1953～1964 年神仙沟流路和1964～1976 年刁口流路走河期间形成的两个亚三角洲。黄河携带的巨量泥沙快速在河口堆积，岸线呈鸟嘴状向海突出，每一期走河均在河口区形成一个沙嘴和两侧相伴生的烂泥区^[1]。埕岛油田海区位置图见图1所示。

埕岛油田自1993正式投产以来,已建成各类平台百余座,油井数百口，通过海底电缆、管道相互连接,形成了海底输油、输气、注水、输电、油气混合输上岸的开发系统^[2]。埕岛油田油田平台和管线分布图见图2。

1976年黄河改道以后，波浪作用是本区海岸及水下岸坡塑造的主要动力因素。据其冲刷速率、剖面坡度的塑造及季节性的变化可分为3个阶段^[3,4]：快速冲刷阶段(1976～1980年)；缓慢冲刷阶段(1981～1992)；以冲为主的冲淤调整阶段(1992～2004)。

图1 埕岛海区位置示意图

为了评估埕岛油田海域自2004年以来的地形变化特征，并深入了解波浪场对该地区地形影响，国家海洋局北海海洋工程勘察研究院于2015年选取最易受波浪作用的5m～14m水深区为重点区域^[5]，布设了L型的2条监测断面进行水深测量，见图2。一条监测断面西北-东南走向，12.7km× 1km，，一条监测断面西南-东北走向，5.7km× 1km。

图2埕岛油田管线分布和调查区示意图

本文首先简要地介绍了外业调查过程以及水深数据处理步骤，然后通过收集埕岛海域历史资料结合现场调查，详细地说明了调查区域水深特征以及冲淤变化。

2 外业调查过程

在设计的两条监测断面内，按照多波束全覆盖测量要求布设25m间距的测线。

调查船舶为向阳红08船，海上定位使用StarFire3050星站差分GPS和Hydrins姿态和罗经一体化惯性导航系统进行实时定位，它们能同时提供位置、航向和测量船的姿态。

水深地形测量采用Kongsberg公司EM2040D多波束测深系统，频率为200～400kHz，波束角为0.4°×0.7°。定位及姿态数据由IXSEA公司Hydrins姿态和罗经一体化惯性导航系统提供，其航向与姿态定位精度为0.01°。声速剖面测量采用英国Valeport公司的650MKⅡ型声速剖面仪。

EM2040D多波束系统固定安装在向阳红08船上，安装时选择合适的海域进行了校正测量，本次测量前在测区附近对系统横摇（Roll）、纵倾（Pitch）、航向（Heading）的安装偏差进行了检验测量，最终使用的校正结果见表1。

表1多波束测深系统安装姿态校正值

水深测量按计划测线逐条施测，对测区进行多波束全覆盖测量。测量前，在测区内进行声速剖面测量。利用表层声速仪实时监测表层声速变化情况，当表层声速变化超过3m/s时，重新进行声速剖面测量。

3 水深处理步骤

为了准确地表示水深地形，就要把测得的瞬时深度通过潮位改正归算到当地理论深度基准面，获得以当地理论深度基准面为起算面的各点水深值。因此，在进行水深地形测量时必须在测区附近同时进行潮位观测。

为获取测区在不同时刻的潮位改正值，并保证潮位改正一致、准确，水深测量前在测区西部CB12A平台和东部CB30A平台投放水位计、设立临时验潮站，获取了连续21天的潮位实测数据，水深起算面为平均海平面，见图3。

图3 CB30A观测点各高程关系示意图

多波束资料处理使用加拿大CARIS公司CARIS HIPS and SIPS 6.1软件包。数据成图利用SURFER 软件。

首先在CARIS软件中创建船配置文件，建立新项目后导入原始数据，加载姿态传感器数据进行姿态改正，加载声速剖面文件和潮位文件进行声速和潮位改正，编辑条带水深数据和子区水深数据，生成网格化水深地形曲面和等深线，最终输出为离散的水深数据图。

将经过处理的水深数据导入SURFER 软件中进行坐标转化，数据网格化，生成水深图和三维水深地形模型，并按照成图要求提取各个坐标点的水深。

4 地形特征及冲淤变化

根据文献^[6,7]获取测区1999年和2012年的水深数据，根据"我国近海海洋综合调查与评价"项目获取测区2007年数据，结合本次调查的水深数据，分析测区1999年至2015年水深变化情况：

1、1999～2007年

比较1999 年和2007年水深资料（见图4所示）可以发现，东西测区处于冲刷状态，在CBG701附近有一个冲刷中心，最大侵蚀厚度大于4m。西测区冲刷较明显，侵蚀厚度3～4m；东测区冲刷自南向北逐渐减弱，侵蚀厚度1～4m。

图4 1999-2007海底冲淤图

2、2007～2012年

比较2007 年和2012年水深资料（见图5所示）可以发现，东西测区北部处于冲淤平衡，南部处于冲刷状态，在CBG154附近有一个冲刷中心，最大侵蚀厚度大于2m。与1999～2007冲淤图相比，冲刷的范围和冲刷量明显减少，侵蚀中心向东移动了4.4km。

3、2012～2015年

比较2012 年和2015年水深资料（见图6所示）可以发现，东西测区大部分处于冲淤平衡，在CB35西北侧有一个冲刷中心，最大侵蚀厚度大于1m，在CB30A西侧有一个淤积中心，最大堆积厚度大于1.5m。与2012～2015冲淤图相比，冲刷的范围和冲刷量进一步减少。

图5 2007-2012海底冲淤图

图6 2012-2015海底冲淤图

5 结论

埕岛海区的冲淤状态的变化是受季节控制。1996年以后，埕岛油田核心区（ZX1，ZX2，ZX3三角地带）冲淤基本处于冲淤平衡。

1996年至2007年在CBG701、CB154和CB35的三角地带形成了局部冲刷中心，最大侵蚀厚度大于4m，埕岛海区的冲淤变化可能不仅受到季节影响，还受到其它外部因素影响，而这个外部因素很有可能就是位于埕岛海区东侧的东营港（1997年建成），它改变埕岛海区的潮流场。

1999年以后测区的冲刷中心不是固定的，开始在CBG701附近，后来移至CB154附近，再到CB35西侧，冲刷的范围和冲刷量逐渐减少，测区的中北部基本达到了冲淤平衡，东测区的CB30A西侧出现了略明显的淤积。

参考文献：

[1] 冯秀丽，戚洪帅，等.黄河三角洲埕岛海域地貌演化及其地质灾害分析[J]. 岩土力学. 2004(9). 25(supp).

[2] 孙永福,宋玉鹏等.潮流作用下海洋平台桩基冲刷过程及冲刷深度计算[J] 海洋科学进展 2007年4月 第25卷第2期

[3] 刘效国 朱孝强 埕岛海域水深地形特征及冲淤规律探讨[J] 黄渤海海洋学报 2000年Vol(18)No.1 34-39

[4]鹿洪友 李广雪 黄河三角洲埕岛地区近年海底冲淤规律及水深预测[J] 长安大学学报(地球科学版)2003年 Vol(25)No.1 57-61

[5]冯秀丽，刘晓瑜，董立峰，波浪作用下埕岛海域海底土液化分区[J]，中国海洋大学学报，2007,37（5）：815-818

[6]黄忠平 硕士论文 埕岛油田浅部地层特征及桩基适应性分析 中国海洋大学2013.05

[7] 黄忠平 吴宁．埕岛海区海底地形地貌及浅层结构分析[J]．科技资讯，2013，No.13：116-118

联系方式：青岛市崂山区云岭路27号国家海洋局北海海洋工程勘察研究院；邮编：266061；电话：15866875207，Email：38110113@qq.com。

基金项目：自然资源局北海局科技项目《渤海海底油气管道三维信息系统建设与应用》(2015B18 )。

作者简介：肖春桥 ( 1982－ )男，硕士,工程师，主要从事海洋测绘和信息化的研究。电子邮箱：38110113@qq.com。