带坡道转换的浊流流动及沉积的实验研究

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浊流作为含有颗粒物的特殊重力流广泛存在于自然界中,目前关于带坡道转换的浊流流动及沉积实验研究并不多,而海底大陆坡至深海盆地的浊流沉积中蕴藏有大量的油气资源,探索带坡道转换的浊流的流动及沉积特征具有十分重要的意义。本文采用带3°坡道转换的重力流水槽,以连续入流型浊流为对象,开展了一系列浊流水槽实验,通过声学多普勒流速仪(ADV)测量了浊流在斜坡及坡道转换处的速度;通过改变水槽尾部挡板位置和水槽补水位置来减小回流影响,并使用虹吸管收集流体,抽滤、烘干、称重并测量了其浓度及粒径分布;观察并测量了浊流沉积;最终计算并分析了浊流各剖面的深度平均速度、深度平均浓度、湍流动能及强度、密度弗雷德数、整体理查德森数、断面比能、沉积厚度等,得出以下主要结论:(1)浊流在进入环境流体后,剖面流速在距底床不远处出现最大流速,其下为墙面边界层,其上是混合层;(2)由上游至下游浊流的颗粒物粒径在垂直方向上的差别越来越小;(3)根据实验数据计算出浊流的临界密度弗雷德数为1.13,验证了之前根据断面比能理论分析得出的临界密度弗雷德数可以大于1的结论;(4)低体积比浓度C0=0.006的浊流除入口附近1 m的范围有一些沉积物波外,下游未出现明显沉积物波;体积比浓度C0=0.02的浊流在斜坡上形成顺流迁移沉积物波,波高和波长分别在1-2 cm和8-12 cm范围内,迎流比背流面长约1-2 cm;(5)斜坡上的沉积物波在上部的环境水体排出后发生滑塌,滑塌后沉积物波波高在1 cm以下,迎流面平缓较长,背流面较陡,积物波峰的平均粒径沿流向依次减小,同一沉积物波上波峰的颗粒物粒径高于两边波谷,较长的迎流面的波谷颗粒物平均粒径大于较短背流面波谷颗粒物平均粒径。这些实验研究结果对于根据野外观察的古代或现代浊流的沉积状态推测出其形成过程及环境、进而为相关油气储层的探究提供一定的参考。
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