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沉积环境分析需遵循水动力学:水下分流河道、水下决口扇可能真的不存在

已有 1416 次阅读 2024-1-16 02:23 |系统分类:论文交流

      三角洲前缘砂体是常规油气勘探的重要目标,因而其微相的划定尤为重要,目前每年发表的文章中提到水下分流河道的文章数量均稳定在500-700篇。但真的有水下分流河道吗?水下也会产生决堤,犯洪灾?符合水动力学,还是一种揣测,或表象性的地质观察?

      沉积过程的分析基础应是水动力学,只有充分了解了水动力特点,才能真正把握搬运与沉积过程。但感觉目前这些重要的沉积相微相划分:水下分流河道、水下分流间湾、水下决口扇却可能是揣测。这个划分显然没有注意到水动力学特征:河道中河底流体向前流动的阻力及河床对水体的摩擦力是很大的,导致河床底部的水流得没那么痛快。由河面到河底,流速由最大慢慢降至最小,且一般<0.5m/s。正象我们站在长江边看江水流动一样,江心速度最快,两岸流速很慢一样,甚至出现反向漩涡。河流之所以能向前流动,是因为水流前方有人腾地儿;而入海、入湖后水体更开阔,表面流动很痛快,就意味着流速急剧减小,所谓的射流基本上仅限于表层;而水底几乎堵着,流速更慢。因为和排队进站一样,排在第一的人没动窝或动作缓慢,你排在后面的急也没用。且流动过程会出现均匀化现象,即携沙流体为均质的,不会出现厚此薄彼。在河道横断面上,相同水深的不同点处,不会出现A处快,B处慢,C处又快这样跳跃式的,流速反复无常的现象,水体中的流场必须是连续的。相反,在水上则有各种可能性,有水和松土两种介质,主流决堤后会生出子分支河道,子分支再生多个孙分支河道,等等,暴露在水面以上的流速场不连续的,是突变的,才能造成象分形树一样的形状。最后形成很漂亮的多个分支的树枝状三角洲平原:

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图1 三角洲平原树枝状河道

网上当的,只能水上才有决口,每一次决口就长出一支

    下图为俄罗斯加拿河三角洲,典型的三角洲平面,水下就光滑了,浑浊了。

俄罗斯加拿河三角洲.jpg

图2 俄罗斯加拿河三角洲

    水下不可能出现分流,或水下决堤,水下中细砂、粉砂成一片浆糊了,和煮汤园混了汤了一样,象这样的:

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图3 三角洲入海后的情况

(就浑浊了,见上图最黄的部分)

    详细论述请点击这个连接:

从水动力学角度看三角洲前缘的沉积特征

    在此感谢《古地理学报》杂志及匿名评审专家,能接纳本文的非主流观点,希望期刊越办越好。

    

    本文的主要观点如下。

    1.河流流速随深度增加单调降低,至水体底部流速趋近于0;

    2.中下游河床顺流向地形起伏增大,发育垂直于流向的水下沙波地貌,而垂直于流向的河道断面地形起伏会越来越平缓。如下图为长江河道下游常州附近河道发育的沙波,流向为由A到B。

常州下的沙波地貌.png

图4 长江河道常州段河床地貌

    3.河流入海过程中,在水下一般以一条主流河道入海,水下不会出现分叉河道; 下图为长江三角洲,现在分为三支(有陆上分隔),北支、北槽、南槽。其中主航道为北槽,只有一个主流入海,而南槽在淤平,越向海洋,越浅。

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图5 长江三角洲高清水底地貌

    黄河三角洲和珠江三角洲结构和上面类似,如下图为黄河三角洲,为建设型三角洲,今出海口(现行河口)只有淤积(红色),没有冲刷,整个给你抹平了(淤积过程),而老清8河口,老清水沟河口受洋流改造,为冲刷(蓝色)。填平补齐,不发育水下的分叉河道。

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图6 黄河三角洲冲淤变化

    4.原先即使有起伏的河床,存在先前的多个子河道,也会逐步填平补齐,抹平之,由尖锐的V形或W型转变为U形,不会出现水下多个分支河道,各自为政的现象。水体均匀化,流场连续,无突变。下图是长江口南槽断面14年连续地貌观测结果,刚开始的确在河道中间有一个水下隆起,将河道分成两股水流,即有两个“水下的分支河道”,但经13年河道演化过程,凡冒尖的正地形,冲刷;太低的,填平。最后地形会越来越平缓。

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图7 长江口南槽断面14年连续地貌观测结果

(即使原先存在多个水下河道,也会填平补齐:削掉冒尖的,填上最深的)

    5.三角洲前缘亚相不发育水下分流河道不存在,因而和它配套的水下分流间湾、水下天然堤等微相也不存在;

    6.现代入湖、入海三角洲中,均找不到水下分支河道。水下的已存在的、看起来象河道的负地形,要么原来就是负地形未填平,要么是水极浅或在三角洲平原发育阶段在暴露于水面后的冲刷,如下图。鄱阳湖在卫星照片下的确能看到水下有河道,但拍照片时,是丰水期,形成河道时,是在枯水期。水下的河道≠水下分流河道。

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图8 鄱阳湖枯水季节湖底暴露后的地貌

(被管流冲刷形成树枝状河道,下切,后在丰水期可能就成水下的河道了)

  7.迄今为止,没有一例水槽实验支持水下分流河道存在;

    8.有一些学者用国外的软件Delft 3D来进行数值模拟,得到了水下也会出现树枝状的河道,但这个软件有个问题,它假设水底,水面一个流速,这样就可以冲出想要的形状,这显然不符合水动力学原理。

    9.三角洲前缘大多呈席状、扇状,而非顺流向带冲刷面的条带状。如撒胡椒面一样。

    10.提出了河道、三角洲沉积的水深—流速共同作用模式。粒度变化不仅与水深有关,还与流速有关。

    目前,主流观点认为存在水下分流河道,甚至将水下分流河道的延伸距离达到几十近100公里。这就需要用潜水艇载着河道里射流出来的水前行100公里,然后倒掉,这真是一个大工程。在全球找不到一条河,入湖,或入海后变开阔了,还能向前流几十公里。沉积学教科书谈到水下分流河道时,就用密西西比三角洲作为例子,但实际上这些树枝状是水上完成的,或部分水道后期沉降部分淹入水中,如下图所示。罗启后(2015)详细地分析了这个三角洲,并用钻孔柱子说明了其特点。

图片1.png

图9  密西西比河三角洲卫星照片及该三角洲纵向剖面

(据罗启后,2015)   

    甭说象蜗牛一样的水底流速了,流得最痛快的表面水流,也蹦达不了多远。有学者做过研究(如下图所示):河口宽度为2m时,河流射流入湖后在离河口50m处表面流速将降低至河口处的一半,500m处降至1/10;河口宽度为20m时,在450m处将降低一半(齐亚林等,2015);50m宽度时,在600m处降低一半,在920m处降低至1/4(Edmonds和Slingerland,2009),即河流入湖后流速呈指数衰减,再加上垂向向水底流速衰减,再加上水体变深,三个因素叠加,水底不淤才怪。我国大江大河出海的三大三角洲,长江三角洲、黄河三角洲、珠江三角洲在出海口处均为淤,不是巧合。因而,数值模拟出的“水下分流河道”能以较高的流速在水底潜行5km以上的现象已惊为天人,此结果虽存在边界条件的错误,但至少可以明确其数量级,而“地质观察”能想像出、推出上几十公里的水下潜行距离,就更无证可考了。我们可以想像,但不要插上翅膀。

微信截图_20240116084350.png

图10 河口射流结构示意图(齐亚林,2015)

中国地质大学(北京)能源学院,毛小平,于北京,13911360200(也是微信号)

2024年1月16日凌晨3点,早上又改了一遍



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