在南海环境条件下深水典型TLP的运动响应分析

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张力腿安装及在位状态受力分析与强度评估

张力腿安装及在位状态受力分析与强度评估王世圣;谢彬【摘要】张力腿用于系泊TLP平台,为TLP系统的重要组成部分。

设计要求必须进行安装和在位分析,以保证平台的安全性。

张力腿在安装下主要承受波浪和流载荷作用,而在位状态还要受到平台偏移的影响。

为准确计算张力腿内力,建立了张力腿安装和在位状态下的有限元模型,采用时域分析的方法进行分析。

根据张力腿的实际结构,考虑了多种载荷,包括风、流、波浪、静水力和重力的影响。

对张力腿内力进行了数值计算。

计算结果给出了张力腿在不同状态下的最大内力,并依据规范对张力腿的总体强度进行评估。

【期刊名称】《海洋工程装备与技术》【年(卷),期】2018(005)005【总页数】6页(P327-332)【关键词】平台;张力腿;外载荷;内力分析;强度评估【作者】王世圣;谢彬【作者单位】[1]中海油研究总院有限公司,北京100028;[1]中海油研究总院有限公司,北京100028;【正文语种】中文【中图分类】U656.60 引言TLP是一种典型深水浮式平台，因采用一组张紧钢管系泊，所以又称为张力腿平台。

无论在安装还是在位状态下，张力腿必须始终保持受拉状态，张力腿预张力在安装时依靠浮筒产生浮力张紧，在位状态下由平台浮体的剩余浮力提供。

张力腿在安装和在位状态下，由于风、浪、流环境载荷的作用，将产生大幅度的偏移，作用在张力腿上的张力随平台偏移而增大，同时产生截面弯矩。

在TLP系统中张力腿是平台的重要组成部分，设计要求其必须满足规范要求，以保证平台在安装和在位状态下的安全性。

以南海油气田为目标完成了TLP设计。

为验证TLP张力腿的设计是否满足要求，本文采用有限元法，分析了安装和在位状态下的偏移和所承受的张力和弯矩，对影响张力腿张力的因素进行了讨论，最终依据规范API RP 2T[1]对张力腿的强度进行了评估。

1 张力腿的安装分析TLP系统主要由浮体、张力腿和立管构成。

TLP的安装过程分为两个阶段，首先是张力腿预安装，通过安装船按设计长度将张力腿安装在海底地基上，张力腿底部依靠专用连接接头与基座连接，张力腿自由站立状态靠顶部安装浮力筒提供预张力，为防止张力腿相互干涉，一般用钢缆连在一起。

极端海况下深水单点系泊系统 FPSO运动响应分析

极端海况下深水单点系泊系统 FPSO运动响应分析袁洪涛;曾骥;莫建;康庄;王超;王钰涵【摘要】The motion responses and mooring strength of a 150 000-ton FPSO in 500-year extreme sea conditions have been studied , and technical analysis for the basic design and detailed design of the FPSO isprovided .The effects of 500-year wave dominated condition ,500-year wind dominated condition and 500-year current dominated condition on 150 000-ton single-point mooring FPSO motion response have been calculated by AQWA and OR-CAFLEX.The calculation results show motion responses in ballast condition are bigger than those in fully loaded condition, and motion responses of 500-year wave dominated condition are bigger than that of 500-year wind and current dominatedcondition .When directions of wave , wind and current are at angles , the motion responses are large.%针对500年一遇的极端海况条件，对15万吨深水单点系泊系统FPSO的运动响应和系泊线受力特性进行了研究，为FPSO后续的基本设计和详细设计提供技术分析依据。

深水半潜平台的环境载荷分析

压计算。稳定风速一般取时距１ｈ的平均风
速。
注：／为有效波高；ｐ为谱峰周期；Ｔ３Ｔｚ为过零周期
２目标平台的风载荷计算
风载荷对活动式平台的结构强度、浮稳性漂
和着底稳性影响较大，而且由于活动式平台的定位方向是可变的，因此，台定位时也应考虑风平
ＳｈＣＣ
（）１
式中：— —风压力，Ｎ；ｐｋ
— —
设计风速，／；ｍｓ
的正投影面积，ｍ
ｓ —— 平台在正浮或倾斜状态时，风构件受ｃ、 —受风构件的高度及形状系数；ｃ—
有关。所以，虑通过平均风速与阵风谱来描述考其对平台系泊状态下的平均位移及最大位移的影
响。
８５
第一作者简介：肖丽娜（９０一）女，１８，硕士，工程师。研究方向：船舶与海洋工程结构物设计制造
Ｅ－ａｌＸｉｏｉａｃｉ．ｏｍｉ：ａｌｎ＠ｓｃｃｍ
深水半潜平台的环境载荷分析
肖丽娜。索双武
（中船重工船舶设计研究中心有限公司，北京１０８）００１摘要：通过对南海水域环境下的深水式半潜生产平台的自存和作业两种工况的风载荷、波浪载荷和海
流载荷计算，得到该平台的环境载荷特点，从计算结果看，载荷、风流载荷和波浪载荷对平台的影响相近，因

AQWA和HARP在TLP整体性能分析中的应用对比

AQWA和HARP在TLP整体性能分析中的应用对比高静坤;梁园华;刘浩;韦斯俊;杨清峡【摘要】利用水动力分析软件AQWA和HARP分别对中国南海水深400 m左右的某潜在开发油田拟采用的张力腿平台进行波浪绕射/辐射、静态偏移和自由衰减分析,与模型试验结果进行对比结果表明,AQWA和HARP都能用于张力腿平台的波浪绕射/辐射分析、静态偏移和自由衰减分析,但是在进行时域动态耦合分析时,HARP软件对于二阶波浪载荷的预报比AQWA软件更为准确.%A global performance of tension leg platform (TLP), which is potentially applied in China South sea, was analyzed by using hydrodynamic analysis software AQWA and HARP.The analysis on wave diffraction and radiation, static offset and free decay was performed by using these two software and the results were compared to the model test results.Coupled dynamic analysis in time domain was performed to predict the TLP motion in 1000-years sea state.The results showed that AQWA and HARP can both be used in analysis on wave diffraction and radiation, static offset and free decay of TLP, while HARP is more suitable in coupled dynamic analysis for TLP in time domain than AQWA.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2017(046)004【总页数】5页(P156-160)【关键词】张力腿平台;整体性能分析;AQWA;HARP【作者】高静坤;梁园华;刘浩;韦斯俊;杨清峡【作者单位】中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东深圳 518000;中国船级社海工技术中心,北京 100007;中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东深圳518000;中国船级社海工技术中心,北京 100007;中国船级社海工技术中心,北京100007【正文语种】中文【中图分类】U674.38随着海洋油气开发不断向深水挺进，适用于深海的新型浮式平台逐渐成为深海油气开发的首选。

关于张力腿平台若干术语的定名问题

关于张力腿平台若干术语的定名问题作者：周风啸来源：《中国科技术语》2009年第03期摘要:根据国内外有关文献资料,探讨张力腿平台若干术语的定名问题,给出这些术语的译名和释义。

关键词:张力腿平台,术语,译名,释义张力腿平台(tension leg platform,TLP)是一种主要用于深水作业的海洋平台,1954年由美国人马什(R.Marsh)提出该型平台方案。

TLP的广泛应用是在20世纪90年代以后,特别是在2000年以后。

因此,有关TLP的术语主要也是在近十几年才涌现出来的。

例如,表示TLP高频垂向振动响应现象的“ringing”一词,就是在1993年才开始使用的。

由于这些术语出现的时间太晚,甚至是最新的中外文词典都来不及予以收录,这使其成了阅读和理解TLP技术文件的“拦路虎”。

在此探讨TLP若干术语的定名问题,给出这些术语的译名和释义。

一 TLP概念设计自1984年世界上第一座TLP“赫顿”号问世以来,TLP技术经过了20多年的发展,提出了一系列该型平台的概念设计。

这些设计虽然并未付诸建造,但却为该型平台的研究提供了重要的参考依据,引起了国内外专家学者的重视。

现在,笔者根据这些概念设计的发明者斯里尼万桑(N.Srinivasan)等人-4]的说明,以及中国学者董艳秋等人的介绍,给出它们的译名和释义:悬式张力腿平台(suspended tension leg platform,STLP):一种张力腿平台的概念设计,由贾根纳撒(S.Jagannathan)于1992年提出。

悬式张力腿平台包括上下两个平台,上平台浮力大于自重,下平台浮力小于自重,两者通过张力腿连接。

下平台为悬式平台,具有很大的水下重量,用来平衡上平台的剩余浮力。

张力筏导管架(tension raft jacket,TRJ):一种张力腿平台的概念设计,由阿博特(P.Abbott)等人于1994年提出。

张力筏导管架包括带垂向张力系泊系统的水下浮箱,以及位于该浮箱之上的常规导管架式平台。

南海深水钻完井技术挑战及对策

南海深水钻完井技术挑战及对策刘正礼;胡伟杰【摘要】南海深水区海洋环境恶劣，台风和孤立内波频发，深水钻完井工程设计和作业难度大、风险高。

为提高我国深水油气勘探开发技术水平，实现海上钻完井技术研发、工程设计和作业能力由浅水向深水和超深水的跨越式发展，经过十余年技术攻关和作业实践，形成了具有自主知识产权的深水钻完井关键技术体系，首次建立了深水钻完井作业指南、技术标准和规范体系，克服了南海特殊环境条件下的技术挑战和作业难题，满足了深水油气钻完井安全、高效的作业要求，并钻成了最大作业水深近2500 m的第1批自营深水井，开启了我国油气勘探开发挺进深水的新征程。

%In the deepwater areas in the South China Sea, the marine environment is inclement, typhoon and isolated internal wave frequently occur, and the engineering design and operation of deepwater drilling and completion feature great dififculty and high risk. In order to improve the exploration and development technology of deepwater oil and gas in China, and realize the leapfrog development of technical research and development, engineering design and operation capacity of offshore drilling and completion from shallow water to deepwater and ultra-deepwater, after about 10 years technological breakthroughs and operation practices, the key technical system of deepwater drilling and completion with proprietary intellectual property rights has been formed, the operation guide, technical standard and speciifcation system of deepwater drilling and completion has been established for the ifrst time, the technical challenges and opera-tion dififculties under specialenvironmental conditions in the South China Sea have been overcome, the safe and efifcient operation requirements of deepwater oil and gas drilling and completion have been satisifed, the ifrst batch of deepwater wells with the maximum operation water depth of 2 500 m have been drilled, and the new journey in the deepwater oil and gas exploration and development of China has been started.【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】5页(P8-12)【关键词】南海;深水;钻完井;历程;技术挑战;对策【作者】刘正礼;胡伟杰【作者单位】中海石油中国有限公司深圳分公司，广东深圳 518067;中国海洋石油总公司，北京 100010【正文语种】中文【中图分类】TE52我国南海是世界四大油气聚集地之一，其中70%蕴藏于深水区。

API X65钢深水顶端张紧立管动力响应数值仿真研究

API X65钢深水顶端张紧立管动力响应数值仿真研究周灿丰;帅潇;焦向东;段梦兰【摘要】Top tensioned risers are widely used in deepwater platforms,and are easily to be damaged for complex marine environmental loads,so dynamic responses of which should be researched carefully.A model was established using ABAQUS to describe top tensioned risers of tension leg platforms located in China south sea,and water depth of the model was set as 1 500 m. Marine engineering model AQUA was applied to add wave and current effects on riser,and to output stress time curves at different positions along the riser.Results of calculation demonstrate that becauseof strong wave and current effect,the location with the largest fatigue damage rate of the riser is 4 m below sea level.%顶端张紧立管广泛用于深水海洋平台之中，所处海洋环境非常复杂而容易产生疲劳损伤，因此动力响应研究非常重要。

在ABAQUS中建立了张力腿平台顶端张紧立管模型，水深设为1500 m、海域为南中国海。

某海域极端环境下15万吨级FPSO波浪荷载数值研究

第21卷第4期装备环境工程2024年4月EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING·109·某海域极端环境下15万吨级FPSO波浪荷载数值研究刘中柏1，高宁波2*，唐鑫彤3，徐业峻1（1.中海油能源发展股份有限公司采油深圳分公司，广东深圳 518052；2.武汉船舶职业技术学院，武汉 430050；3.中国船级社海工技术中心，天津 300457）摘要：目的评估在役15万吨级FPSO在某海域百年一遇极端波浪作用下典型横剖面的水动力特性，进而得到FPSO的极值荷载，作为FPSO返坞改造的关键控制参数。

方法基于国产自主三维频域线性势流软件COMPASS-WALCS，建立15万吨级FPSO湿表面网格模型，根据三维绕射-辐射理论，计算湿表面上的水动力荷载，将每个绕射单元上的水动压力直接映射到结构模型上进行计算。

采用谱分析方法对百年一遇海况进行分析，得到短期运动极值响应。

对响应幅值算子（RAO）和波能谱密度进行谱分析，得到极端波浪下的响应谱，进而得到浮体运动和波浪荷载短期预报各种统计值，利用统计方法求得短期响应的最大值。

结果计算了船中部Fr143横剖面的载荷极值，即垂向弯矩、垂向剪力、剖面型心加速度等，发现船舶迎浪时弯矩值最大，随着浪向角增大，弯矩值逐渐减小，剖面垂向剪力则随着浪向角增大逐渐增大。

结论 FPSO 在极端波浪作用下，其大迎浪角条件下荷载更加危险，需要给予格外关注。

关键词：浮式生产储卸油装置；势流理论；极端波浪；响应幅值算子；水平弯矩；加速度中图分类号：TG630 文献标志码：A 文章编号：1672-9242(2024)04-0109-07DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2024.04.013Wave Loads of a 150 000-ton FPSO in Extreme Environment of a Sea AreaLIU Zhongbai1, GAO Ningbo2*, TANG Xintong3, XU Yejun1(1. CNOOC Energy Technology & Service-Oil Production Services Co., Guangdong Shenzhen 518052, China;2. Wuhan Institute of Shipbuilding Technology, Wuhan 430050, China;3. China Classification SocietyOcean Engineering Technology Center, Tianjin 300457, China)ABSTRACT: The work aims to evaluate the hydrodynamic characteristics of a typical cross section of a 150 000-ton FPSO un-der extreme wave conditions, occurring in a once-in-a-century wave climate in the South China Sea to obtain the extreme load imposed on the FPSO and use it as a critical control parameter for the FPSO’s dry-dock retrofit. Based on the domestically de-veloped 3D frequency-domain linear potential flow software COMPASS-WALCS, a wet surface grid model of the 150 000-ton FPSO was constructed. The three-dimensional diffraction-radiation theory was used to calculate the hydrodynamic loads on wet收稿日期：2024-03-05；修订日期：2024-04-01Received：2024-03-05；Revised：2024-04-01基金项目：中国博士后科学基金（2017M612541）Fund：China Postdoctoral Science Foundation (2017M612541)引文格式：刘中柏, 高宁波, 唐鑫彤, 等. 某海域极端环境下15w吨级FPSO波浪荷载数值研究[J]. 装备环境工程, 2024, 21(4): 109-115. LIU Zhongbai, GAO Ningbo, TANG Xintong, et al.Wave Loads of a 150,000-ton FPSO in Extreme Environment of a Sea Area[J]. Equipment Environmental Engineering, 2024, 21(4): 109-115.*通信作者（Corresponding author）·110·装备环境工程 2024年4月surface and the water pressure results on each diffraction unit were directly mapped onto the structural model for computation.Spectral analysis was employed to analyze the once-in-a-century wave climate resulting in short-term extreme motion responses.By analyzing the response amplitude operator (RAO) and wave energy spectral density, the response spectrum under extreme waves was obtained to predict various statistical values for the short-term vessel motion and wave loads. Statistical method was used to determine the maximum short-term response. The extreme load values of Fr143 cross section in the middle of the ship, namely vertical bending moment, vertical shear force and profile center acceleration, were calculated. It was found that the bending moment of the ship was the largest when facing the wave, and the bending moment gradually decreased with the in-crease of the wave angle, while the vertical shear force of the cross section gradually increased with the increase of the wave an-gle. It can be concluded that the FPSO experiences more hazardous loads when facing extreme waves at large wave angles which require special attention and consideration.KEY WORDS: FPSO; potential theory; extreme wave; RAO; horizontal bending moment; acceleration海上油气开采是海洋经济的重要组成部分，其依赖于各种海洋平台完成油气钻探和生产作业。

深吃水多立柱式平台的运动响应分析

理论和试验证明其能够有效降低平台垂荡响应【。垂荡板为水平面积很大的薄板，平台竖向运动时，２Ｊ法线方向能够激起较大附加水质量，同时尖锐的平板边界提供了一定的粘滞阻尼，Ｔｕｓｐｒｒｓａ的垂荡自Ｓ
关键词：船舶、舰船性能；深水平台；概念设计；运动响应；时域；频域；Ｓａｐｒ中图分类号：Ｕ７．Ｐ５６４８７１３文献标识码：Ａ
０引言
近年来深海石油工业快速发展，一些海上浮式钻井生产单元例如张力腿ＴＰ平台、半潜式和ＳａＬｐｒ平台得到了广泛应用。ＴＰ平台依靠张力键连接平台主体与海底基础，由于竖向刚度较大，垂荡自然Ｌ周期在２左右。因此垂荡响应很小，适合干式采油树的使用。但ＴＰ平台造价高并对水深敏感，不适ｓＬ
合在超深水水域使用。半潜式平台经过几十年的发展，设计和建造技术已经比较成熟，常用于深水或
超深海域钻井。由于多柱支撑的平台主体结构形式，ＴＰ和半潜式平台的上体设计弹性和使用面积更Ｌ大。Ｓａｐｒ立柱式平台吃水深，重心低于浮心，稳心较高，具有良好的稳定性，受到了不少石油公司及
的立柱ｓａｓｐｒ、中央井ｓａ、垂荡板、压载舱、系泊系统、立管系统以及平台上体组成。ｐｒ
１ＤＭＳ平台概念介绍Ｄ
ＤＤＭＳ平台，结合了张力腿、ＣａｓｐｒＴｕｓｐｒ的一些特点，如图１示，在结构型式上ｌｉＳａ和ｒｓＳａｓｃ所进行了创新。其概念演变及形成过程如图２所示。首先考虑到平台主体的制造难度，将单个Ｓａ平台ｐｒ分离为４个小直径的ｓａ。ＤＤＭＳ平台所采用的立管是依靠连接在其顶部的浮力罐提供张力，因此能ｐｒ够大大提高平台的有效荷载，目前这种立管已经在Ｓａ平台上得到了应用。为了使浮力罐以及立管免ｐｒ受波浪和海流的冲击，可在平台中部设置封闭式的中央井。这样一来，５个较小直径的ｓａ组成了ｐｒ就

南海深水FPSO单点系泊系统设计关键技术研究

南海深水FPSO单点系泊系统设计关键技术研究李达;白雪平;王文祥;易丛;李刚;贾鲁生;李书兆【摘要】从我国南海环境条件出发,确定了适合深水FPSO的系泊系统方案和锚桩基础形式,基于流花油田群的物流输送、供电、控制需求,提出了符合油田和海域实际的转塔结构技术思路,设计了复杂的管缆系统,并开展了系泊系统和立管系统的干涉影响分析.研究表明,在南海400m左右的水深,聚酯缆系泊系统在经济性上并无明显的优势,且可能带来更复杂的操作维护,选择水中钢缆方案对于400 m左右水深更为经济;吸力锚是可以较好适应南海深水区域的锚基础形式,应逐步积累并完全掌握深水吸力锚设计和海上安装技术能力;深水与常规浅水的立管设计有很大不同,表现在构型复杂、潜在干涉问题较为突出,须予以重点关注;南海深水单点系泊系统的上部结构更为复杂,且对单点系泊系统投资具有决定作用,如何选择适宜的单点系泊系统,需要逐步完善技术储备.本文研究成果对于我国南海深水油气田开发技术研究具有一定的借鉴意义.【期刊名称】《中国海上油气》【年(卷),期】2018(030)004【总页数】7页(P196-202)【关键词】南海;深水区;FPSO;单点系泊;系统设计;关键技术;流花油田群【作者】李达;白雪平;王文祥;易丛;李刚;贾鲁生;李书兆【作者单位】中海油研究总院有限责任公司北京 100028;中海油研究总院有限责任公司北京 100028;中海油研究总院有限责任公司北京 100028;中海油研究总院有限责任公司北京 100028;中海油研究总院有限责任公司北京 100028;中海油研究总院有限责任公司北京 100028;中海油研究总院有限责任公司北京 100028【正文语种】中文【中图分类】P742随着南海深水油气田的勘探和开发，原浅水油气田开发工程模式受到了挑战。

对不便依托的油田开发，FPSO作为油气水处理、储存和外输中心是必要的开发工程设施。

相比浅水海域的FPSO，深水FPSO呈现不同的技术特点。

一种新型深水浮式平台——深水不倒翁平台的自主研发

了一种可采用干式采油树的新型深水浮式平台 — — 深水不倒翁平台（ｅｐｔｒｔｍｂｅｌｆｒ，Ｄｅｗａｅｕｌｒｐａｏｍ简ｔ称Ｄ）该平台已经获得国家发明专利授权（明ＴＰ，发
合式等多种采油方式，望成为深水油气田开发中一种重要的、有优势的深水浮式平台型式。有具
关键词浮式平台南海深水不倒翁平台概念设计总体性能
中国南海具有丰富的石油和天然气资源，油石
（）调节压载，平台到达设计吃水。当永久６使连接完成后，出封闭在中央舱室内以及上部浮箱排的压载水，向下部浮箱中注入海水和高密度的固并体压载，使平台达到作业吃水。（）永久定位、７安装立管。增大系泊缆预张力，达到永久定位要求；安装立管，作业前调试，准备作业。
表４ＤＰ平台系泊缆参数Ｔ
性高和立柱吃水随平台吃水变化曲线，图２所示。如从图２可以看出，整个安装过程初稳性高皆为正值，满足安装稳性要求。
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、
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２４海上安装．

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第２４卷第４期２１０２年８月
中国海上油气
ＣＨＩＮＡＦＦＳＨＯＲＥＩＡＮＤＡＳＯＯＬＧ
Ｖｏ１２４Ｎｏ．．４Ａｕｇ．０１２２

12_1_6MaBP南海南部深海_省略_积物孢粉记录及其对全球变化的响应_罗运利

第52卷第16期 2007年8月论文12~1.6 Ma BP 南海南部深海沉积物孢粉记录及其对全球变化的响应罗运利① 孙湘君①②(①中国科学院植物研究所, 北京 100093; ② 同济大学海洋地质国家重点实验室, 上海 200092. E-mail: lyl@)摘要通过南海南部ODP1143孔512~76 m 层段深海沉积物的孢粉数量统计, 讨论了南海南部周边岛屿及大陆架上12~1.6 Ma BP 时段孢粉组合和植被演替序列. 研究表明, 8.15 Ma 前, 各类型孢粉沉积率很低; 8.15 Ma 后, 孢粉沉积率急剧升高. 一方面, 是由于此时南海南部周边地区发生构造运动, 岛屿急剧上升, 导致了沉积物和孢粉沉积率升高; 另一方面, 在构造运动变化的大背景下, 孢粉沉积率的升高也与此时气候变冷, 季风增强有关. 2.63 Ma BP 是另一个明显的界限, 在这之后, 花粉及蕨类孢子沉积率均明显增加, 主要与此时全球气候变冷有关. 孢粉沉积率变化的频谱分析表明, 12~3.0 Ma BP 时段发现了2, 0.67和0.19~0.17 Ma 的准周期; 3.0~1.6 Ma BP 时段存在0.1 Ma 和46.9 ka 的地球轨道周期.关键词孢粉植被演化南海大洋钻探(ODP) 季风2006-09-04收稿, 2007-05-09接受国家重点基础研究发展计划(编号: G2000078502)和国家自然科学基金(批准号: 40371116)资助项目研究表明, 以西太平洋暖池为中心的热带海区, 在全球气候变迁中起着关键作用[1~8]. 南海是西太平洋最大的边缘海之一, 作为一个半封闭的海盆, 具有连续的较高的沉积速率, 可以放大环境变化的信息, 有利于进行古气候环境研究[9,10]. 海洋孢粉以其高分辨率、精确测年以及长的时间序列等特点, 为研究陆地植被对气候变化的响应提供了良好的材料[11~14]. 南海南部1143深海柱状样系1999年春大洋钻探(ODP)第184航次所采集, 其地点位于“西太平洋暖池”的西部[15]. 1143深海沉积物, 连续性好, 拥有准确的年代标尺等资料, 是我国深海孢粉学研究前所未有的. 本文旨在通过1143站12~1.6 Ma BP 以来孢粉组合序列的变化, 揭示东亚古季风的演变历史, 着重对一些重要事件进行分析: 如中新世晚期(距今约8 Ma), 印度洋夏季风增强; 距今约2.5 Ma, 东亚冬季风的增强等事件进行讨论, 研究这些事件在1143站位孢粉记录中的反映.1 材料和方法ODP1143站(9°22′N, 113°17′E)位于南沙海区的西北部(图1), 深海柱状样采于水深2772 m 的大陆坡, 为连续完整、未受扰动的深海沉积(沉积速率见表1)主要为橄榄色、绿色、浅灰绿色和绿灰色的富含超微化石的黏土.图1 1143站地理位置示意图本次研究分析了1143孔76~512 m 层段深海沉积物孢粉样品共380个. 其中76～190 m 层段的年龄根据底栖有孔虫氧同位素建立[10]; 190 m 以下由于缺乏同位素年龄控制, 因此暂时采用了微体古生物化石的年龄数据做参考(见表1)[15]. 利用这些数据, 进行线性内插, 获得各个层位的年龄数据. 76 m 年龄为~1.58 Ma, 512 m 处年龄为~11.96 Ma. 76~135 m (1.58~3.03 Ma BP)共分析了210个样品(28 cm/样), 时间分辨率约为7 ka/样; 135~512 m(3.03~11.96 Ma BP)论文第52卷第16期 2007年8月表1 微体古生物化石年龄数据[15]a)代码事件深度(cd)/m 年龄/Ma 沉积速率/mm·ka−1 CN FO C. acutus∗210.62 5.34CN LOD. quinqueramus 220.645.54CN LOA. ampilficus 242.55.9PF FOG.margaritae 274.126.4CN FOA.amplificus 294.046.7663.1CN FO A. primus∗342.57 7.39CN FO D.berggrenii∗417.32 8.2PF FOG. plesiotumida 427.738.58PF FOG.exrtemus 427.738.5871.5PF LOG.mayei 475.3210.49a) CN-钙质超微化石, PF-浮游有孔虫; *用于计算沉积速率的事件; 生物地层事件的初现和末现深度采用相邻两个样品之间的中间深度; cd指的是合成深度, 下同共分析170个样品(2.2 m/样), 约52.5 ka/样.孢粉样品处理在同济大学海洋地质国家重点实验室进行, 每个样品用量为6~26 mL沉积物. 先用盐酸溶液去掉沉积物中的钙质, 再用氢氟酸去硅质, 最后用7 µm的尼龙筛在超声波中过滤, 去掉杂质, 可以得到干净富集的孢子花粉. 为了计算孢粉浓度, 样品处理前加入一片石松孢子片剂. 样品统计标准为每个样品陆生植物花粉200粒以上, 花粉含量少的样品外加石松孢子数在1000粒以上, 力求得到更加真实的实验统计结果. 以石松孢子数量为参照, 可以得到每个样品各个花粉类型的沉积率(单位时间、单位面积上沉积的花粉粒数). 每个孢子和花粉类型的百分含量是以陆生种子植物花粉总数为基数求得的. 2样品源区及其现代植被情况1143站位于婆罗洲(旧称加里曼丹岛)以北, 其西南部为著名的巽他陆架. 孙湘君等人[16,17]的研究表明, 南海南部深海表层沉积物花粉主要源于巽他陆架南部岛屿.巽他陆架周围岛屿如婆罗洲、苏门答腊、爪哇等地主要覆盖着热带雨林植被[18~22]. 热带低地雨林是婆罗洲的主要植被类型. 海拔1200 m以下为低地雨林, 以龙脑香科(Dipterocarpaceae)为主, 并包括多种热带成分, 如无患子科(Sapindaceae)、桑科(Moraceae)、楝科(Meliaceae)、茜草科(Rubiaceae)、芸香科(Rutaceae)等; 海拔1200~1500 m之间, 植被主要为热带低山雨林, 以栲属(Castanopsis)、栎属(Quercus)、茶科(Theaceae)、桃金娘科(Myrtaceae)及杜英科(Elaeocarpaceae)等为主; 热带亚高山雨林位于海拔1500~3000或3350 m的地带, 由罗汉松属(Podocarpus)及陆均松属(Dacrydium)构成; 当海拔超过3000或3350 m时, 热带高山森林开始出现, 植被以叶枝杉(Phyllacladus)、鸡毛松属(Dacrycarpus)及杨梅属(Myrica)、杜鹃花属(Rhododendron)的一些成分为主; 红树林主要分布在婆罗洲的东南岸, 其中以木榄属(Bruguiera)、海榄雌属(Avicennia)、红树属(Rhizophora)、海桑属(Sonneratia)等最为常见.3结果与分析共鉴定统计88类孢粉类型, 依据生态类型, 将松属(Pinus)以外的花粉类型划分为几个组:高山雨林, 主要类型为罗汉松属(Podocarpus)、鸡毛松属(Dacrycarpus) 和陆均松属(Dacrydium), 反映了较为凉湿的生境.热带低山雨林, 主要类型为栎(Quecus)、栲(Castanopsis)等.热带低地雨林, 主要类型为野桐/血桐(Mallotus/ Macaranga)等属及大戟科(Euphorbiaceae)、棕榈科(Palmae)、木犀科(Oleaceae)、野牡丹科(Melasto- mataceae)、楝科 (Meliaceae)、桑科(Moraceae)等反映了热湿生境.红树林, 主要类型为红树属(Rhizophora)、海桑属(Sonneratia)等.温带类型, 主要类型为桤木属(Alnus)、桦木属(Betula)、柳属(Salix)等.草本植物花粉, 主要类型为莎草科(Cyperaceae)、禾本科(Gramineae)等.蕨类植物孢子丰富, 含大量的光叶藤蕨属(Sten- ochlaena)、凤尾蕨科(Pteridaceae)、里白科(Gleiche- niaceae)、水龙骨(Polypodium)、石韦属(Pyrrosia)、骨第52卷第16期 2007年8月论文碎补科(Davaliaceae)的孢子.根据各生态类型孢粉沉积率随钻孔深度变化情况(图2), 可把孢粉图谱分为4带(某些层段部分样品所含的花粉数量太少, 但各类型孢粉的百分含量变化仍可大致反映研究地点周边岛屿上的植被状况, 见图3; 需要指出的是, 孢粉带P1, 413~512 m, 8.15~11.96 Ma BP 时段沉积物成岩作用明显, 沉积物中花粉含量很少, 如图3所显示, 统计的花粉大多少于50粒, 这一带的花粉百分含量变动很大, 仅做参考):P1带512～413 m, 11.96～8.15 Ma BP: 本带孢粉沉积率很低. 孢粉总平均沉积率为48粒·cm −2·ka -1 (下同). 在孢粉组合上, 本带松属花粉占优势, 为52.1%, 其次是热带低地雨林占16.5%, 高山雨林占6.7%, 低山雨林为 5.6%, 温带植被为8.1%, 蕨类植物孢子含量较高, 与花粉的比值为107.9%. 本带未见红树林花粉. 其他类型花粉百分含量很低.P2带413～171 m, 8.15～4.29 Ma BP: 与P1带相比, 本带花粉沉积率急剧升高. 花粉总平均沉积率为1648粒·cm −2·ka −1, 相当于P1带花粉的35倍.从各类型花粉的百分含量看, 本带松属花粉仍然占有优势, 占47.1%, 但与P1带相比, 略有下降; 热带低地雨林(仅为 6.5%)大大降低; 山地雨林花粉含量升高, 其中高山雨林为10.2%, 低山雨林为12.0%; 而值得一提的是, 本带温带植被的花粉含量大大升高, 达到18.8%, 而蕨类孢子与花粉的比值则大大降低, 为62.6%. 其他类型花粉百分含量很低. 未见红树林花粉.图2 1143站位孢粉沉积率变化谱图3 1143站位孢粉百分含量变化谱(粒)论文第52卷第16期 2007年8月P3带171～122 m, 4.29～2.63 Ma BP: 本带花粉沉积率明显降低. 花粉总平均沉积率为85粒·cm −2·ka −1.本带松属花粉仍然占优势, 为46%; 与P2带相比, 热带低地植被略有上升, 为8.0%; 山地雨林花粉变化不大, 高山雨林占10.2%, 低山雨林为13.4%; 温带植被花粉含量急剧下降, 仅占 2.1%; 蕨类孢子含量大大升高, 与花粉的比值为329.4%. 其他类型花粉百分含量很低. 出现少量红树林花粉, 占0.8%.P4带122～76 m, 2.63～1.58 Ma BP: 本带花粉沉积率较高. 花粉总平均沉积率为194粒·cm −2·ka −1.本带最明显的特征是花粉沉积率呈现明显的高峰和低谷波动. 据与氧同位素曲线的详细对比, 可以发现花粉沉积率高峰对应氧同位素重值期(冰期), 花粉沉积率低谷对应氧同位素轻值期(间冰期).在花粉的百分含量中, 松属花粉含量下降, 占39.7%; 山地雨林花粉含量升高, 高山雨林占24.7%, 低山雨林为13.4%, 热带低地植被仅为10.1%, 蕨类孢子含量高, 与花粉的比值为336.1%. 其他类型花粉百分含量很低. 少量红树林花粉(1.3%).4 讨论孙湘君等人[16,17]依据南海表层沉积物中的孢粉分布, 分析了该地区孢粉的源区及其传播途径和传播机制, 结果表明, 南海南部海域表层沉积物的孢粉总浓度与北部海域相比要低得多, 仅为北部海域的1/10. 南海南部海域表层沉积物, 几乎所有的孢粉类型都是在南部高, 向北、向深海处递减, 在南海中心的深海盆地内几乎见不到孢粉. 这种孢粉分布格局说明南海南部海域的孢粉可能是以河流为动力传播的. 南部的岛屿, 虽然注入南海的河流比较短小, 但由于岛屿强烈上升, 河流湍急, 可携带大量陆源碎屑及孢粉进入南海南部, 随着水动力的减弱, 孢粉与碎屑物一起沉降, 数量则随着离岸距离的增加而递减. 从孢粉成分看, 南部海域出现大量热带亚热带植物花粉, 说明这里的孢粉主要来自于南海南部周围的岛屿[16,17]. 由于缺乏更多的研究资料, 根据目前的研究, 暂时只能认为1143孔的孢粉主要是来源于巽他陆架及南部的加里曼丹等岛屿, 当然并不能完全排除来自于中南半岛和中国南部大陆的孢粉.根据南海表层沉积物中的孢粉分布格局的研究, 结合本孔孢粉谱变化, 可以发现一些值得关注的问题.从整个钻孔的孢粉百分含量的变化上, 很难看出植被组成的明显变化, 这可能是由于研究地点处于热带低纬度地区, 构造变化和气候变化对植被的影响可能不是很显著, 而无论是构造运动还是气候变化造成的海平面的变化, 对孢粉沉积率的影响很大, 所以文中孢粉带的划分主要是依据孢粉沉积率的变化, 而在讨论问题上也主要是依据孢粉沉积率的变化, 孢粉百分含量仅做参考.(ⅰ) 从图2~4上可以看出, 8.15 Ma BP 是个非常明显的界线. 在此之前的P1带, 各类型花粉沉积率都非常低, 这与现代南海表层沉积物中的花粉分布格局相近, 南海南部海域表层沉积物孢粉浓度很低. 在南海中心的深海盆地几乎见不到孢粉. 而从8.15 Ma BP 开始到4.29 Ma BP(P2带), 各类型孢粉沉积率大大增加, 其中尤以山地雨林和温带植物增加更为明显, 如温带植物花粉增加近60倍, 高山雨林增加近53倍, 低山雨林增加73倍; 而热带低地雨林和蕨类孢子增加较少.孢粉沉积率从8.15 Ma BP 后急剧上升, 其中原因何在? 对比孢粉沉积率与该站位沉积率(图4)发现, 此时非碳酸盐沉积(主要为陆源碎屑物)堆积率很高. 汪品先等人[2,23,24]对比了ODP1143站(南海南部)10 Ma BP 以来碳酸盐和非碳酸盐(主要是陆源碎屑物)的图4 1143站位孢粉沉积率与沉积物堆积速率对比图第52卷第16期 2007年8月论文堆积速率的, 结果表明: 1143站位在5~6 Ma BP 之前非碳酸盐沉积(主要为陆源碎屑物)堆积速率很高, 进入上新世以后显著下降, 到第四纪也无明显回升, 可能与晚中新世婆罗洲北部强烈上升有关. 1143站位8.15~4.29 Ma BP 时段孢粉沉积率大大升高的一个重要原因可能是此时南海南部发生构造运动, 岛屿强烈上升, 河流湍急, 可携带大量陆源碎屑及孢粉进入沉积地点.(ⅱ) 从图4上可以看出, 尽管8.15~4.29 Ma BP 时段孢粉沉积率很高, 但是并不稳定, 而是呈现周期性的峰值和低谷.构造运动可能是1143站位从8.15 Ma BP 之后孢粉沉积率上升的一个重要原因, 但是构造运动显然不能解释8.15~4.29 Ma BP 时段孢粉周期性呈现峰值和低谷. 可以认为, 在构造运动的大背景下, 8.15~ 4.29 Ma BP 时段孢粉沉积率的变化, 还叠加了气候变化的影响.根据表层沉积物孢粉分布格局的研究, 海洋沉积物孢粉数量随着离岸距离的增加而递减. 由此可以推论, 8.15 Ma BP 以后, 1143站位的孢粉沉积率急剧增加, 除了构造运动的影响外, 还可能表明此时沉积地点离孢粉源区的距离缩减, 这可能表明此时南海南部的巽他陆架在此时开始大面积出露, 从而导致到达沉积地点的孢粉数量大大增加. 值得一提的是, 此时各种类型孢粉沉积率大大增加, 特别是山地雨林(高山雨林和低山雨林)和温带植物的花粉沉积率增加最大, 其增加的幅度甚至远远超过热带低地雨林花粉增加的幅度.如果说热带低地雨林花粉沉积率增加是由于出露的大陆架上生长了大量的热带亚热带植被的缘故, 那么高山雨林和低山雨林花粉沉积率的增加很可能与其生长高度范围下降有关. 也就是说, 此时高山雨林和低山雨林生长的高度线下降, 而这意味着此时气温降低, 气候变冷. 从8.15 Ma BP 开始, 喜湿热的热带低地植被花粉和蕨类植物孢子的百分含量都明显下降, 而温带植被的百分含量上升, 这也从另一个侧面提供了气候变冷的证据.综上所述, 可以认为8.15 Ma BP 前后孢粉沉积率的变化表明此时气候变冷, 海平面下降, 南海南部巽他陆架大面积出露, 出露的大陆架上生长了大量的热带低地植被, 而同时高山雨林和低山雨林生长的界限也大大下移.关于8 Ma BP 前后气候变化, 其他相关的研究也提供了大量的证据. 黄土高原的研究推断出7~8 Ma BP 开始有较大规模的风尘堆积, 反映亚洲内陆在晚中新世已经变成干旱荒漠, 并认为与青藏高原在这一时期的隆升以及东亚季风加强有密切关系[25~28]. 南北太平洋粉尘沉积通量在8~7.7 Ma BP 增高, 表明亚洲和南美洲干旱进一步发展, 也被解释为与青藏高原大幅度快速隆升有关[29]. 酒西盆地的沉积与高原隆升响应关系揭示出青藏高原在8.26~4.96 Ma BP 时段为持续逐步较快速隆升时期[30]. 孢粉资料显示, 酒西盆地在8.5~6.0 Ma BP, 临夏盆地在8.6~8.4和6.9~6.6 Ma BP 时段是草本植物大发展的时期, 说明气候干旱, 东亚季风加强[31,32]. 巴基斯坦, 南北美洲和非洲的研究说明, 草原和C 4植物在早-中中新世就已经出现, 反映气候干旱的草原植物占优势发生在8~4 Ma BP 期间[33,34].在南海中Neogloboquadrina dutrrtrei 的百分比的增加能够反映季风的变化[35]. 南海北部1146站位在7.6 Ma BP 前后该种突然增加, 到3.2~2.0 Ma BP 时进一步增多, 反映了季风强化的过程. 1143站位在8 Ma BP 前后多孔虫类(Pyloniid )放射虫增多, 也表明夏季风的强化[35]. 联系到印度洋夏季风在中新世晚期8 Ma BP 时的显著强化[36,37], 和大体上同一时期黄土高原红黏土风尘沉积的开始[38], 1143站位孢粉研究的成果也反映8 Ma BP 前后亚洲季风系统的加强.(ⅲ) 从4.29 Ma BP 开始(P3带), 各类型孢粉沉积率大幅度降低. 这可能表明此时气候变暖, 海平面上升, 导致原来出露的大陆架被淹没, 沉积地点离孢粉源区的距离增加, 因而到达沉积地点的孢粉数量大大减少.这一时段孢粉沉积率过低, 所以很难从孢粉百分含量的变化来揭示植被组成的变化, 这可能是因为研究地点处于热带低纬度地区, 气候变化对植被组成的影响不是很显著所致.从2.63 Ma BP(P4带)开始, 各类型孢粉沉积率大幅度升高. 孢粉沉积率变化曲线可以同一站位底栖有孔虫δ 18O 变化曲线进行详细对比[10].如果说此前8.15~4.29 Ma BP 时段孢粉沉积率升高既有构造运动的原因, 又有气候变化的原因, 那么 2.63 Ma BP(122 m)后, 各类型孢粉沉积率升高的原因又是什么呢?对比1143站(南海南部)和ODP1146站(南海北部)论文第52卷第16期 2007年8月两个站位10 Ma BP 以来碳酸盐和非碳酸盐(主要是陆源碎屑物)的堆积速率的结果表明[2]: 北部在 3.3 Ma BP 以后的陆源碎屑物供应增多, 应该与大陆上的隆升作用和风化作用增强有关; 而1143站位非碳酸盐沉积(主要为陆源碎屑物)进入上新世以后显著下降, 到第四纪也无明显回升; 位于南沙海区的1143站对大陆上高原隆升的反映并不显著. 大陆上高原隆升并不是导致孢粉沉积率在2.6 Ma BP 时开始增高的原因.2.6 Ma BP 以后, 各类型孢粉沉积率变化可以进一步划分为多个亚带, 并可以与深海氧同位素分期相对应: 孢粉沉积率高值对应于氧同位素偶数期(即冰期), 沉积率低值与氧同位素奇数期(即间冰期). 关于1143站2.6 Ma BP 以后孢粉所反应的气候变化在另外的文章[39]中已有讨论, 在此不再重复.值得注意的是, 尽管孢粉沉积率有了显著变化, 但是分析整个孢粉组合中各类型花粉的百分含量, 似乎看不出来2.6 Ma BP 植被组成有明显的变化, 只有温带植被百分含量略有上升(从2.1%上升到3.2%). 这说明, 2.6 Ma BP 前后尽管气候发生了明显的变化, 但却没有影响南海南部周边地区的植被组成. (ⅳ) 考虑到12~3.0 Ma BP 时段和3.0~1.58 MaBP 时段孢粉样品的时间分辨率差别很大, 因此利用频谱分析技术[40]分别计算了这两个时段高山雨林花粉类型、松属花粉类型和低山雨林的沉积率的变化周期. 结果表明, 在 3.0~2.0 Ma BP 存在明显的105 ka(0.1 Ma)周期, 可以和0.1 Ma 的地球轨道偏心率周期相对应, 并且存在较为明显的46.9 ka 周期, 可以和41 ka 的地球倾斜度周期相对应[39]. 此外似乎存在287 ka 周期, 其原因尚不清楚. 而在3.0~12 Ma BP 时段存在2, 0.67和0.19~0.17 Ma 的准周期(图5). 由于5.0~12 Ma BP 时段年龄还只是依靠微体古生物化石的年龄, 可能还存在不确定性, 所以关于这一时段的孢粉沉积率变化所具有的周期还只是一个初步的粗略计算, 有待于今后进一步的工作.孢粉沉积率的变化周期, 应该只是反映了气候变化引起的海平面波动的周期, 而12~1.6 Ma BP 时段, 南海南部周边岛屿上植被组成成分, 并没有明显的变化, 这从孢粉百分含量图谱上也有反映.5 结论综上所述, 可以初步得出以下结论:图5 12~3Ma 时段松属花粉沉积率变化的周期(ⅰ) 南海1143站位512～76 m 层段深海沉积物包括了11.96~1.56 Ma BP 时段, 根据孢粉分析可以划分出4个孢粉组合明显变化的时段: 11.86~8.15, 8.15~4.29, 4.29~2.63和2.63~1.56 Ma BP.(ⅱ) 8.15 Ma BP 是一个明显的孢粉谱变化界限. 此前, 各类型孢粉沉积率很低; 此后, 孢粉沉积率急剧升高. 一方面, 可能与此时南海南部周边地区发生构造运动, 岛屿急剧上升有关; 另一方面, 也与此时气候变冷, 季风增强有关.(ⅲ) 2.63 Ma BP 是另一个明显的孢粉谱变化界限, 花粉类型及蕨类孢子沉积率在2.6~1.6 Ma BP 均明显增加, 主要与此时全球气候变冷有关. 此时北半球冰盖形成, 海平面下降, 季风显著增强.(ⅳ) 孢粉沉积率变化的频谱分析表明, 3.0~1.6 Ma BP 时段存在0.1 Ma 和46.9 ka 的地球轨道周期. 而在3.0~12 Ma BP 时段则发现了2, 0.67和0.19~0.17 Ma 的准周期. 这反映了由于气候变化造成的海平面波动对孢粉沉积率的影响.致谢本项研究所用的样品资料由大洋钻探项目(ODP)提供, 实验分析由同济大学完成, 孢粉统计工作在中国科学院植物研究所完成.参考文献1 Zahn R. 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Oxford: Claerndon Press,1990. 1—22623 Wang P X, Prell W, Blump P, et al. Proceedings of Ocean DrillingProgram, Initial Reports, volume 184. College Station: Ocean Drilling Program, 2000. 7724 Sarnthein M, Pflaumamn U, Wang P X, et al. Perliminiary Reporton SONNE-95 Cruise “Monitor Monson” to the South China Sea. Reports Feol —Palaont Inst Univ Kiel, 1994. 68—22525 郭正堂, 彭淑贞, 郝青振, 等. 晚第三纪中国西北干旱化的发展及其与北极冰盖形成演化和青藏高原隆升的关系. 第四纪研究, 1999, 6: 556—56626 孙有斌, 安芷生. 最近7 Ma 黄土高原风尘通量记录的亚洲内陆干旱化的历史和变率. 中国科学D 辑: 地球科学, 2001, 31(9): 769—77627 An Z S, Kutzbach J E, Prell S C. Evolution of Asian monsoons andphrased uplift of the Himalaya —Tibetan plateau since late Mio-cene times. Nature, 2002, 411: 62—6628 Guo Z T, Ruddiman W F, Hao Q Z, et al. Onset of Asian desertifi-cation by 22 Myr ago inferred from loess deposits in China. Nature, 2002, 416: 159—16329 Rea D K, Snoeckx H, Joseph L H. Late Cenozoic aeolian depositionin the North Pacific: Asian drying, Tibetan uplift, and cooling of the Northern Hemisphere. Paleoceanography, 1998, 13(3): 215—224 30 宋春晖, 方小敏, 李吉均, 等. 青藏高原北缘酒西盆地13 Ma 以来沉积演化与构造隆升. 中国科学D 辑: 地球科学, 2001, 31(增刊): 155—16231 马玉贞, 方小敏, 李吉均, 等. 酒西盆地晚第三纪—第四纪早期植被与气候变化. 中国科学D 辑: 地球科学, 2004, 34(2): 107—116 32 马玉贞, 李吉均, 方小敏. 临夏地区30.6~5.0 Ma 红层孢粉植物群与气候演化记录. 科学通报, 1998, 43(3): 301—30433 Quade J, Carter J M L, Ojha T P, et al. Late Miocene environ-mental change in Nepal and the northern Indian subcontinent: Sta-ble isotopic evidence from paleosols. Geol Soc Ann Bull, 1995, 107: 1381—139734 Quade J, Cerling T E, Browman J R. Development of the Asianmonsoon revealed by marked ecologic shift in the latest Miocene of northern Pakistan. Nature, 1989, 342: 163—16635 Jian Z M, Wang P X, Chen M P, et al. Foraminiferal responses tomajor Pleistocene paleoceanographic changes in the southern South China Sea. Paleoceanography, 2000, 15(2): 229—243 36 Prell W, Kutzbach J. 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水翼辅助推进船舶运动响应分析

水翼辅助推进船舶运动响应分析作者：邝伟浚王冬姣来源：《广东造船》2024年第03期摘要：水翼辅助推进是利用水翼吸收船舶在波浪中摇荡运动的能量从而降低波浪增阻并提供额外推力的技术，其中绕水翼的环量流动对水翼所产生的力与力矩有着重要影响。

为此，利用ANSYS-AQWA结合源面元分布法与平板摇荡翼速度环量力理论解，对安装有固定翼的S175船运动响应进行了数值模拟。

计算结果表明，水翼能显著降低船舶在迎浪中航行时船舶的运动响应。

关键词：水翼辅助推进；运动响应；速度环量力；ANSYS-AQWA中图分类号：U661.1 文献标识码：AAnalysis on Motion Response for Hydrofoil-Assisted Propulsion VesselsKUANG Weijun， WANG Dongjiao（ South China University of Technology， Guangzhou 510641 ）Abstract： Hydrofoil-assisted propulsion refers to the technology of absorbing the energy of the ship's motion in waves through hydrofoils to reduce the wave added resistance of the hull and provide additional thrust， in which the circulatory flow around the hydrofoils has an important effect on the generated forces and moments. For this purpose， numerical simulations of the motion response of the vessel S175 with fixed hydrofoils were carried out through ANSYS-AQWA in combination with the source distribution method and the theoretical solution of the oscillating flat-plate hydrofoilcirculatory flow force. The computational results demonstrated that hydrofoils can significantly reduce the motion response of the vessel when sailing in head waves.Key words： hydrofoil-assisted propulsion; motion response; circulatory flow force; ANSYS-AQWA1 引言随着船舶运输行业的碳排放要求逐渐提高，可应用于船舶的可再生能源推进技术得到了进一步的发展。

张力腿平台运动性能分析研究

１张力腿平台结构特征
张力腿平台一般由平台本体、张力腿系泊系统和锚固基础３部分组成（如图ｌ所示）。平台本体包括平
台上体、立柱、下体（沉箱）３部分，平台上体结构位于水面以上，通过３根或４根立柱与下体相连接，立柱通
ＬｅｇＰｌａｔｆｏｒｍ，ＴＬＰ）凭借在深海作业中具有运动性能好、抗恶劣环境作用能力强、造价相对较低、结构安全性能良好等优点，得到蓬勃发展，为深海石油勘探开发提供了解决方案［１］。在水深１０００ｍ～２０００ｍ范围内，张力腿平台的经济性优势更为明显。我国南海深水油气勘探初步发现的区域，水深恰好在１０００ｍ～２０００ｍ范围。因此研究在南海复杂多变的风、浪、流等环境载荷作用下张力腿平台的运动性能，对发展我国深海平台设计研究能力具有重要意义。
２．ＤｒｉｌｌｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｈｅｎｇｌｉＯｉｌＦｉｅｌｄ，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ２５７０１７，Ｃｈｉｎａ；
摘要：根据我国南海１５００ｉｎ水深典型环境条件，对传统型、延伸式和海星式３种型式张力腿平台的运

考虑二阶波浪荷载效应的海上TLP浮式风机分析

考虑二阶波浪荷载效应的海上TLP浮式风机分析金辉;王腾【摘要】基于多数专业风机数值模拟软件只可进行一阶波浪荷载计算这一缺点,文中将以AQWA为基础,利用其可进行二次开发的技术优势,通过实时调用风机气动荷载,实现海上TLP浮式风机分析。

分析中,浮式风机平台一阶、二阶波浪荷载由AQWA计算,实时调用的气动荷载由动态链接库提供。

该动态链接库主要包含了根据叶素动量定理自行编译的气动荷载计算程序。

经过与FAST比较,得知该方法能满足分析需求。

垂荡、纵摇力的二阶效应尤为明显。

仅计算浮式风机平台波浪荷载时,可以不考虑风荷载的影响,但必须考虑平台运动的影响,波浪荷载主要受纵荡、纵摇运动影响,几乎不受垂荡运动的影响;当研究浮式风机平台运动时,必须考虑风荷载和二阶波浪荷载的影响,二阶波浪荷载使得平台响应在整个频率范围内都明显增大。

张力筋腱张力受二阶波浪荷载的作用更明显。

【期刊名称】《海洋技术学报》【年(卷),期】2019(038)001【总页数】7页(P66-72)【关键词】气动荷载;波浪荷载;浮式风机;叶素动量理论;AQWA【作者】金辉;王腾【作者单位】[1]中国石油大学(华东)船舶与海洋工程系,山东青岛266580;[1]中国石油大学(华东)船舶与海洋工程系,山东青岛266580;【正文语种】中文【中图分类】TM315数值模拟作为评估风机各项性能的最经济方法，一直是人们研究的重点方向。

用数值模拟对风机响应的研究很多。

如马钰等[1]用FAST对风浪环境下浮式风机响应进行了研究，分析中需先用WAMIT计算出与频率有关的一阶水动力，经时域转化并导入到FAST后方可进行整体性能分析，该方法尚不能考虑二阶波浪荷载的作用。

HAWC2[2]分析海上浮式风机时，水动力荷载由莫里森方程计算[3]，若要详细地计算水动力荷载，需开发出可实时调用WAMIT或SIMO/RIFLEX等软件的动态链接库。

上述分析中，虽然保证了风荷载计算的精度，但要借助第三方水动力软件进行波浪荷载的计算，其缺点是频域荷载转化为时域荷载时存在误差且不能计算二阶波浪荷载，或者对于非软件开发人员，难以高效地实现多个进程之间数据的实时传递。

国际浮式生产储油卸油船(FPSO)

国际浮式生产储油卸油船（FPSO）发展态势:FPSO（Floating Production Storage and Offloading）浮式生产储油卸油船，它兼有生产、储油和卸油功能，油气生产装置系统复杂程度和价格远远高出同吨位油船，FPSO装置作为海洋油气开发系统的组成部分，一般与水下采油装置和穿梭油船组成一套完整的生产系统，是目前海洋工程船舶中的高技术产品。

韩国船企对FPSO建造具有较强规模效应。

如现代重工专门建有FPSO海洋项目生产厂，已交付了6艘大型FPSO；三星重工手中持有5艘大型FPSO订单；大宇造船海洋工程公司则是全球造船企业中建造海上油气勘探船最多的企业，2005年承接海洋项目设备订单计划指标是17亿美元。

据海事研究机构（DW）预计，未来5年内FPSO新增需求将会达到84座，投资额约为210亿美元。

FPSO主要技术结构表：FPSO主要技术结构FPSO主要结构功能系泊系统：主要将FPSO系泊于作业油田。

FPSO在海域作业时系泊系统多采用一个或多个锚点、一根或多根立管、一个浮式或固定式浮筒、一座转塔或骨架。

FPSO系泊方式有永久系泊和可解脱式系泊两种；船体部分：既可以按特定要求新建，也可以用油轮或驳船改装；生产设备：主要是采油和储油设备，以及油、气、水分离设备等；卸载系统：包括卷缆绞车、软管卷车等，用于连接和固定穿梭油轮，并将FPSO储存的原油卸入穿梭油轮。

其作业原理是通过海底输油管线把从海底开采出的原油传输到FPSO的船上进行处理，然后将处理后的原油储存在货油舱内，最后通过卸载系统输往穿梭油轮。

配套系统：在FPSO系统配置上，外输系统是其关键的配套系统。

FPSO主要优点随着海洋油气开发、生产向深海不断进入，FPSO与其它海洋钻井平台相比，优势明显，主要表现在以下四个方面：（1）生产系统投产快，投资低，若采用油船改装成FPSO，优势更为显著。

而且目前很容易找到船龄不高，工况适宜的大型油船。

深水平台上层模块海上吊装多浮体响应分析

中
国
造
船
学术论文
吊装作业提供相应的依据和建议，进而确保吊装作业安装稳妥进行。
１计算原理
１１外载荷．利用线性势流理论得到浮式结构物在波浪中的水动力，外载荷＾Ｆ、Ｍｕ／在局部坐标系中指定。、ｙ。
外载荷包括水动力、推进器推力、阻尼力、慢漂力、风力和流力，还有其它一些易导致低频响应的多种
５卷２
第１总第１４期）期（９
中
国
造
船
Ｖ０２Ｎｏ１（ｅｉｌ１４）ｌ５ＳｒａＮｏ９
ＭａＯ１ｒ２１
２１年３月０１
ＳＩＢＵＩＨＰＬＤＩＧ ⅡＮＡＮＯＦＣ｝
文章编号：１０．８２（０１１１７０００４８２１）０－５—８０
深水平台上层模块海上吊装多浮体响应分析
刘培林，赵君龙，孙丽萍，李欣，魏洪斌，刘建辉
（哈尔滨工程大学深海科学与技术创新引智基地，哈尔滨１００；１５０１
２海洋石油工程股份有限公司，天津３０５０４０）
海上吊装作业与传统的陆上作业有所不同，由于吊装过程中，吊装船舶受海上波浪以及风和流的影
响，这种响应通过吊装船舶以及吊索传递到吊块上，引起吊块的运动以及响应。吊块又反过来影响吊装
作业船舶的运动。这种耦合作用使研究变得尤其困难和复杂。在某种程度上使得吊块在起吊中的响应显

漂浮式海上风电场TLP锚固基础应用研究综述

浮式风电场采用的TLP结构型式具有结构重量小、陆上风电机组、无主动压载设备这4个优点。

自2007年国外首个TLP型漂浮试验以来，目前比较成熟的漂浮式风电场TLP结构型式设计方各风电场的形式图如图2所示。

表1国外风电场TLP工程案例构型式具有结构重量小、陆上风电机组组装、2007年国外首个TLP型漂浮风电样机结构型式设计方案如表1工程案例统式TLP b.迷你c.延伸式TLP平台图1 TLP平台3种结构形式a．传统式TLP平台 b.迷你式TLP平台漂浮式海上风电场采用的TLP结构形式具有重量轻、可在陆上进行风电机组组装、稳性佳、无主动压载设备这4个优点。

2007年，国外首个平台漂浮式风电机组样机制造并试运行，目前比较成熟的漂浮式海上风电场TLP项目如表1所示，结构形式如图2所示。

项目为例，其是世界上首座漂浮法国-c. PelaSTARd. Gicon SOFa. Blue Hb. Mitsui Zosene. ECO TLPf. TLPWindg. AFT h. Haliade 150图2 风电机组TLP结构形式图式海上风电项目，也是首座采用TLP结构形式的漂浮式海上风电项目。

该项目于2009年在意大利海岸建成，采用了2叶片风电机组，上部结6个侧立柱和中央的1个风电机组塔承台构基础形式采用660 t的混凝土重力式基础[1]。

表2 深海石油平台名称锚固基础形式TLP结构形式图3 Jolliet TLP 平台整体式基盘并不多见。

重力式基础，如图度粘土。

Hutton 管和4根角柱的结构型式。

持在张拉状态力锚基础型式图5 Hutton TLP 平台结构图Auger TLP 平台则采用独立式基盘，如图所示。

该平台的4个独立桩基础均布在4个角上，各基座均用桩基来定位，这些桩均打入海床底部的地基土中，且各桩和基座在桩顶相连接。

平台和基础通过筋腱和角柱组成的张力腿连接为一个整体，且每个张力腿和基础的各基座连接 [3,13]。

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来作为一个整体进行总体响应分析。
ＴＰ的时域耦合分析采用ＳＳＭ软件的ＤｅｐＬＥＡｅＣ模块完成。应用ＤｅｐｅＣ进行时域耦合分析，是先完成频域分析获得所需要的水动力参数，包括：运动响应幅算子、附加质量、势能阻尼、静回复力
阶和二阶激励力等。再用ＤｅＣｅｐ程序进行时域耦合分析，建立ＴＰＬ系统模型以及环境模型计算，结果表明该ＴＰＬ在南海环境条件下具有良好的运动性能，满足设计要求。
关键词：船舶、舰船工程；ＴＰＬ；南海环境参数；模型；水动力参数；时域耦合分析
中图分类号：Ｔ９１６１３文献标识码：ＡＥ５；Ｕ６．
０引言
ＴＰ是深水浮式平台的一种类型，目前已在国外深水油气田开发中得到成功应用。ＬＬＴＰ可以用于干式采油，采油树安装在平台上，便于修井作业。也可以回接水下井口，实现湿式采油。该类平台有四种结构形式：传统式ＴＰ（ —Ｌ），ＭＯＳＳＴＰｅＳａＬＬＣＴＰＥＬ，ＳａｔＴＰ和ＥＬ。ＴＰ最显著的特点是靠ｒＴＰＬ张力腿来系泊平台，张力腿必须始终保持受拉状态，而且张力必须保证不能低于一定数值，预张力由平台浮体的剩余浮力提供。因此其对上部载荷的变化是敏感的。由ＴＰ平台系泊方式决定了平台本Ｌ体在平面外的横摇、纵摇、垂荡等运动近于刚性，而平面内的横荡、纵荡、首摇等运动显示出柔性，环境载荷可以通过平面内运动的惯性力而不是结构内力来平衡。张力腿长度与水深成线性关系，而张力腿费用较高，水深一般限制在２０ｍ之内，目前ＴＰ应用的最大水深为１２ｍ。００Ｌ４５
８ＳＭＥＡ，对ＴＰ统进行了时域耦合分析。分析所采用的环境参数为南海百年一遇和一年一遇环境参数。为Ｌ系
了获得较为准确的结果，包括ＴＰＬ、张力腿和立管在内的所有组成部分都进行了模拟。先用ＷＤＭＡＡ软件，进
行频域分析，获得所需要的水动力参数，包括：运动响应幅算子、附加质量、势能阻尼、静回复力以及一
计要求，采用时域耦合分析的方法对ＴＰ系统进行了分析计算，计算结果表明该ＴＰ在中国南海百ＬＬ
年一遇的生存和操作环境条件下具有良好的运动性能。
１ＴＰ主尺度Ｌ
该ＴＰ采用传统结构形式，四立柱、四旁通，立柱顶部用桁架连接。通过总体设计，确定了浮Ｌ体、张力腿和立管的总体尺寸。其主尺度参数见表ｌ，立管与张力腿参数见表２。
收稿日期：２１－２２；修改稿收稿日期：２１－４０００．１１０１０．８
５２卷
增刊１
王ｔ＝，等：在南海环境条件下深水典型ＴＰ的运动响应分耦合分析方法Ｌ
５２卷增刊１２１年７月０１
中
国
造
船
Ｖｏ．２Ｓｐｃａ１５ｅｉｌＩ
Ｊｌ０１ｕｙ２１
ＳＰＩＤＩＯＦＣＨＮＨＩＢＵＬＮＧＩＡ
文章编号：１０．８２２１）１０９．８００４８（０ｓ．０４０１
ＴＰ系统在各种环境载荷作用下的总体响应受多种非线性因素影响，Ｌ这些因素是非线性水动力载
荷（线性曳力、自由表面影响和二阶波浪载荷）、非线性系泊和立管恢复力、大幅度的纵／非横荡运
动、大幅度的首摇运动和波浪漂浮阻尼等。因此要获得系统准确的总体响应必须采用时域分析的方法
来考虑各种非线性因素的影响。另外浮体的运动受张力腿和各种立管及脐带管的制约，浮体与它们之
间相互作用，同时张力腿和各种立管及脐带管的惯性力和拖曳力作用，采用时域耦合分析方法可以解决系统在各种环境载荷作用下的总体响应问题。采用时间步长积分法把浮体、系泊系统和立管耦合起
以及一阶和二阶激励力等；再在Ｄｅｐ程序内建立环境模型和细长构件的模型，如张力腿和立管，ｅＣ并定义它们的水动力特性参数，读入浮体模型和水动力参数以及定义了浮体与细长构件的连接关系在后，就可以对ＴＰ系统进行时域耦合分析，计算结果由ＤｅｐＬｅＣ后处理程序展示。
在南海环境条件下深水典型ＴＰ的运动响应分析Ｌ
王世圣，谢彬，李新仲
（中海油研究总院，北京ｌ０２）０７０
摘
要
以南海Ｌ３Ｉ田为目标，完成了ＴＰＷ－气Ｌ的概念设计。为了验证ＴＰＬ的运动性能，应用海洋工程专用软件
中国南海蕴藏者丰富的油气资源，近期发现的Ｌ．气田位于白云凹陷中部偏东南，水深约Ｗ３１１０ｍ。为开发Ｌ — ５０Ｗ３１气田及其周边潜在气藏，须研究ＴＰ在中国南海深水海域的适应性。笔者以Ｌ
Ｌ．Ｗ３１气田为目标，完成了ＴＰ概念设计，并进行了总体性能分析。为了评估运动性能是否满足设Ｌ