海底濁流及其沉積的若干重要基礎問題的實驗研究

《海底濁流及其沉積的若干重要基礎問題的實驗研究》是依託安徽工業大學，由黃河清擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：海底濁流及其沉積的若干重要基礎問題的實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃河清
• 依託單位：安徽工業大學

項目摘要

在綜合分析國內外研究水下重力流各種實驗成果及設施的基礎上，建立一在尺度及性能均優的研究海底濁流及其沉積的水槽及其配套設施，通過實驗來一方面檢驗最近我們關於水下重力流的理論及數值模擬分析的一些重要的新的發現：如水下重力流的臨界弗雷德數不為1及水下重力流的水卷吸係數為底坡坡度的線性函式等；另一方面也通過實驗研究不同地形及環境條件下的水下濁流和其沉積之間的關係，為探索濁積岩的沉積機理、由濁流沉積相推斷濁流沉積環境及原始油氣儲層的形成條件、及為驗證相關的數值計算模擬提供寶貴的實驗基準資料庫。

結題摘要

本項目“海底濁流及其沉積的若干重要基礎問題的實驗研究”的提出是在已有的有關重力流或海底濁流的實驗均是針對單一坡度且缺乏獲得有關斷面比能數據的背景下提出的，主要研究內容為探討在大範圍（0～15°）變化的坡度對重力流的流動、環境流體的夾帶（entrainment）、及沉積結構和構造的影響，同時也首次從斷面比能的角度對重力流進行全新的分析。經4年的研究，可以說，研究使我們發現了底坡坡度對濁流的流動性質、夾帶係數及沉積結構和構造起著主要的控制作用。具體的重要研究結果有：（1）有關重力流的本質特性的再認識/對於斜坡上的過量密度比小於10%(波西勒斯克假設適用的/Bossinesq assumption applicable)多數重力流（包括海底濁流）來說，儘管其密度弗雷德數大於1（理察森數小於1），但從斷面比能(specific energy)角度去觀察，和明渠流不同其依然為緩流（subcritical），其僅在波度轉換的一小段距離內呈現急流(supercritical)的特性，其科學意義在於可以幫助我們科學地預測坡道轉換處的海底濁流的沉積可能比我們原來構想的由水下水躍(subaqueous hydraulic jump)所產生的雜亂沉積要規律的多；（2）坡度對海底濁流沉積的結構及構造的強控制作用/坡度小於2°時，沉積呈由上游至下游的厚度漸漸減小、粒度漸漸變細而缺乏垂向變化的特徵；坡度位於2～4°之間時，多次類似濁流事件後的沉積呈典型的在野外實測中觀察到較多的向上游遷移式台階（cyclic steps），台階內部沉積物分選程度差；坡度大於4°時，斜坡上為侵蝕，而在下游坡度轉換處由弱水下水躍形成一向上游遷移的較大隆起，其內部具明顯的各次濁流事件沉積的底部粗上部細及迎流面粒徑較粗，被流面較細的沉積韻律結構，其科學意義在於為我們根據濁流的沉積結構及構造來推測古環境及根據現代的地形預測將來的濁流的沉積變遷提供了較為系統的依據；（3）揭示了向上游遷移式循環台階（cyclic steps）的成因及其形成條件/成因為坡道轉換處的初期擾動漸漸向上游傳播形成粗細顆粒相間沉積的初期被不平整進而形成上游遷移式台階；其形成條件有二個，一是濁流含有多種粒徑的顆粒，二是在濁流對應所含粒徑的一定的坡度範圍內。其科學意義在於揭示了循環台階的形成機理，可為我們對水庫、海港、海岸及洋底的管理及開發提供一定的參考。