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牵引流砂质载荷沿陡坡滑动形成砂质碎屑流沉积模拟研究刘忠保,张春生,龚文平(长江大学地球科学学院,湖北荆州434023)王新海,罗顺社,江山[摘要]斜坡沉积体系中的砂质碎屑流沉积是斜坡带的主要储集体类型,也是现阶段储层研究的热点之一。随着大陆勘探程度的不断提高,由陆向海过渡的斜坡带是今后勘探领导的新战场。基于此,本研究具有前瞻价值和实际指导意义。作者利用沉积模拟实验技术,考虑不同的斜坡长度、坡度和湖水深度,详细分析了点物源碎屑流形成深切谷和发育碎屑流的临界坡度、高差,深入探讨了斜坡带上砂质碎屑流形成及发育的控制因素,细致刻划了点物源碎屑流沿坡折带搬运方式、演化特征及其沉积作用规律。[关键词]碎屑流;搬运;模拟实验;坡度;深切谷;沉积机理[中图分类号]TE121131;TE19[文献标识码]A[文章编号]1000-9752(2008)06-0030-09当河流携带大量砂质碎屑物质进入湖泊后,在河口处湖盆斜坡较陡的情况下,砂质碎屑不能在河口处堆积下来,形成稳定的三角洲沉积体[1],砂质碎屑沿陡坡以碎屑流的形式继续向深湖区搬运,在湖底形成碎屑流沉积体[2,3]。碎屑流在其搬运过程中同时对水下地层产生侵蚀作用,从而使深水沉积体系具有高度复杂的空间叠置关系,地层岩性油气藏在其中占相当重要的地位,因而倍受人们关注[4]。为此,笔者就斜坡带上砂质碎屑流的形成及分布进行了室内模拟实验研究。1实验方案设计及实验过程111方案设计实验方案不仅考虑砂质碎屑流本身的特点,同时更注重考虑坡折带的性质及其特征。主要包括:①在坡度相同的条件下,分别考虑斜坡宽度和高差;②分别考虑水位的影响,分为水位达到坡顶和坡脚两种情况;③分别考虑两个流量级别和加砂级别;④分别设计两种台地宽度,分为宽台地和窄台地两种情况研究碎屑流形成、搬运和分布特征。112实验过程根据上述实验方案,具体开展实验时将上述条件又进行进一步的细化,共开展12轮实验(表1),每轮实验约进行200～240min。针对每轮实验所设计的斜坡带特征,同步对主要实验参数流速、流量、流体密度、流体性质、搬运方式、沉积物分布等进行详细观察、测量和描述,并对整个实验过程进行录像,典型沉积现象进行照相,以便进行斜坡带性质与沉积特征的对比分析。实验开始后,混合泥砂的流体在台地的河道中搬运,台地区河道水流坡降处于稳定状态,达到自平衡响应,沉积物在河道区仅仅是过路而不沉积,个别粗组分保留的机会及可能性更大一些。到达台地边缘混合水流呈喇叭状在斜坡区散开形成砂质碎屑流,在重力作用下碎屑流沉积物沿斜坡带下游湖区方向滑落,并快速携带泥沙沿斜坡区向前推进入湖。从物源区带来的泥砂物质大部分聚集在斜坡中下部及坡[收稿日期]2008-10-20[基金项目]中国石油天然气集团公司科技风险创新研究项目(07206D201204202205)。[作者简介]刘忠保(1965-),男,1986年大学毕业,硕士,副教授,现主要从事沉积学及水动力学的研究及教学工作。第30卷第6期刘忠保等:牵引流砂质载荷沿陡坡滑动形成砂质碎屑流沉积模拟研究·31·脚地带,并没有直接进入湖底平原。斜坡带深切谷未形成前,斜坡区水流发散,进入湖区后水流也发散。伴随实验的不断进行,斜坡带深切谷开始发育,水流集中,斜坡带中下部堆积的沉积物被带往湖区,湖区中的碎屑流砂体规模越来越大,沿深切谷水流延伸方向碎屑流砂体呈朵状向前延伸。在湖水位不变的情况下,碎屑流砂体的发育形状总遵循一个趋势,主水流居中,向两侧轮回摆动,碎屑体最终形成比较图1砂质碎屑流搬运及沉积特征对称的朵状复合体。只有在上游来流来沙条件改变或改变湖水位的情况下,特别是湖水位降低,碎屑流会形成明显的切割水道并在更前方出现叠置扇叶。湖水位不改变或变化不大,叠置扇叶不太发育,导致碎屑流砂体外缘平缓。伴随实验条件的不断改变,碎屑流砂体表面沟槽不断变迁,改道,最终碎屑流砂体不断变宽增长。实验表明碎屑流为非牛顿流体,搬运过程中颗粒基本上是不掺混的,可能会形成部分复合粒序层(图1),其分布特征除与流体本身的特性有关外,还与斜坡带的特性有密切关系。实验过程如图2所示。?1994-2014ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.石油天然气学报(江汉石油学院学报)2008年12月·32·图2砂质碎屑流的实验过程照片2获得的主要认识211台地宽度对砂质碎屑流的形成及沉积体的分布有重要影响实验过程中分别设计L=4m和L=2m两种台地宽度,分为宽台地和窄台地两种情况研究碎屑流形成、搬运和分布特征,两种台地的坡度均设计为011%。实验表明,当基准面位于坡折脊附近或坡折脊之下时,台地上的水道内绝大部分时间处于沉积过路或侵蚀状态,在地质记录上表现为无沉积、地层剥蚀及