埋藏过程对深层-超深层碎屑岩成岩作用及优质储层发育的影响——以准噶尔盆地南缘下白垩统清水河组为例

以准噶尔盆地南缘下白垩统清水河组为例,综合利用岩石薄片、扫描电镜、电子探针、稳定同位素组成及流体包裹体等技术手段,开展前陆盆地埋藏过程对深层—超深层碎屑岩成岩作用及优质储层发育影响的研究。研究表明,清水河组依次经历了“缓慢浅埋”、“构造抬升”、“渐进深埋”与“快速深埋”4个埋藏阶段。“缓慢浅埋”与“构造抬升”不仅能够缓解储层颗粒间的机械压实作用,还有利于长期保持开放型的成岩体系;既能够促进大气淡水对储层易溶组分的充分溶解,还能够抑制溶蚀产物的沉淀。晚期“快速深埋”过程促成流体超压的发育,一方面有效地抑制压实、胶结作用对原生孔隙的破坏,另一方面也促进储层微裂缝的大量发育,提高了晚期有机酸充注产生的溶蚀效果。基于孔隙度演化史的定量恢复,证实长期“缓慢浅埋”与“构造抬升”过程对深层—超深层优质碎屑岩储层发育的贡献最大,其次为晚期“快速深埋”过程,“渐进深埋”过程则几乎没有贡献。

新疆清水河供水工程输水管道设计

为减少地下水的开采,促进水资源的分配及提高河水资源利用效率,文章对长距离输水管道的设计进行了分析。通过对管材选择、管道水力计算、管道水锤计算、管道压力等级复核及安全防范措施等方面的探讨,确定了合理的管道设计方案。同时,根据多年的施工经验,综合考量了管道的纵横断面设计和交叉段设计及附属建筑物的设计,以确保工程的安全性和经济性。研究结果可为新疆清水河供水工程的顺利实施提供设计依据,并为同类工程提供参考。

基于原位方解石U-Pb定年与包裹体分析技术恢复储集层成岩-成藏过程——以准噶尔盆地南缘高泉地区白垩系清水河组为例

准噶尔盆地南缘深层成岩-成藏复杂性制约了其下组合油气勘探的进程。以准噶尔盆地南缘四棵树凹陷高泉构造油气藏为例,在白垩系清水河组储集层岩相及成岩作用分析的基础上,通过原位方解石U-Pb定年和流体包裹体分析技术,标定盆地热演化史,刻画高泉构造下组合油气成藏过程。研究表明,储集层中发育两期方解石胶结和3期油气充注,方解石形成年龄分别为(122.1±6.4),(14.2±0.3)~(14.4±1.0)Ma,油气充注事件为距今14.2~30.0 Ma低熟油充注,距今14.2 Ma以来成熟原油充注和距今2 Ma以来高熟天然气充注,油气藏以成熟油和高熟天然气充注贡献为主。距今2 Ma以来受喜马拉雅晚期南北向挤压冲断构造活动的影响,高泉构造圈闭发生了调整,主要成藏期有效圈闭规模明显减小,导致构造中低部位油气显示相对较弱,说明关键成藏期的圈闭有效性控制该区下组合的油气富集与分布。储集层方解石U-Pb定年技术和流体包裹体分析技术耦合,为精细刻画中国中西部复杂构造带的复杂成岩-成藏过程提供了有效方法。

晚期快速埋藏过程中微裂缝对深层不同成岩强度碎屑岩储集层的改造作用——来自准噶尔盆地南缘白垩系清水河组成岩物理模拟的启示

以准噶尔盆地南缘白垩系清水河组埋藏史为约束,利用露头区低成熟砂岩样品开展成岩物理模拟实验,并结合区域地质资料,探讨微裂缝对不同成岩强度储集层的改造作用及其对优质储集层发育的意义。研究结果表明:大尺度微裂缝主要形成于晚期快速埋深阶段,形成时间与有机酸充注基本发生在同一时期。微裂缝的发育为油气在深层、超深层碎屑岩中的运移创造了良好的条件,也为有机酸沿着微裂缝进入储集层促进胶结物与颗粒发生晚期持续性溶蚀提供了可能。快速埋深前储集层的基质孔隙、微裂缝的发育与否决定了快速埋深过程形成的微裂缝对储集层的改善程度。快速埋深前基质孔隙与微裂缝越发育、胶结程度越低,晚期快速埋深中的微裂缝越发育、溶蚀程度越高,储集层质量的改善程度越明显,实验中储集层渗透率最大增加55%。如果快速埋深前储集层胶结作用强烈、基质孔隙缺乏但已局部发育微裂缝,则晚期快速埋深中的微裂缝发育程度也相对较高,可使渗透率增加43%。但如果快速埋深前储集层的胶结作用强烈、基质孔隙缺乏,且不存在微裂缝,那么晚期快速埋深形成的微裂缝有限,渗透率仅增加16%。晚期快速埋深过程中大尺度微裂缝的形成及其对有机酸溶蚀的促进,是深层、超深层优质储集层发育的重要原因。

宁夏清水河盆地晚更新世中晚期孢粉记录及古气候意义

亚洲内陆荒漠化和干旱化与中国西部人类生存环境和社会可持续发展密切相关。中国西部地区的气候自晚更新世以来经历了多次冷暖、干湿变化,研究其晚更新世古气候变化,有助于预测未来气候的变化趋势。文章分析了宁夏南部清水河盆地晚更新世中晚期的孢粉记录,结果显示孢粉序列可从下至上划分为4个组合带,反映了该地区晚更新世中晚期植被和气候变化规律。研究表明研究区晚更新世中期(75~50 ka B.P.)是植被以蒿属为主的干草原,气候温凉偏干;晚更新世晚期(25~15 ka B.P.)由荒漠草原-干草原和疏林草原交替出现逐渐过渡到荒漠草原,该时期冬季风呈现逐渐增强的趋势,致使气候逐渐变冷变干,气候类型由温凉偏湿过渡到冷干。宁夏南部清水河盆地晚更新世中晚期孢粉记录的深入研究对于正确认识黄土高原自然环境历史演变和黄土高原治理决策的制定具有重要指导意义。

南缘白垩系清水河组超深层碎屑岩油气藏出砂预测研究

清水河组资源丰富,但储层易出砂,影响后续生产。为此,对出砂机理进行分析,认为其受胶结物、裂缝、压差等地质-工程因素影响,易发生剪切破坏。以此为基础,建立了临界生产压差模型,为后续勘探开发提供技术支撑。

清水河水库工程影响区生态系统服务价值评价

以云南省文山州清水河水库为例,对其环境影响区域内土地利用变化进行分析,全面预测研究区生态系统服务价值和变化情况。结果表明:清水河水库实施后,研究区内土地利用类型并未发生显著变化,旱地依旧是主要的土地利用类型,生态系统总体格局并未发生改变;研究期间虽然生态系统服务总价值呈上升趋势,但工程建设对多数生态系统功能价值会有一定的负面影响,因此在生产建设和管理中,要加强林地保护,尽量降低生态系统的损失;清水河水库下闸蓄水后,水域生态系统服务价值的变化将会对研究区生态系统服务总价值将产生较大影响;研究区内生态系统服务之间存在显著的协同关系。

云南清水河水库坝区工程地质条件比选

清水河水利枢纽工程位于云南省文山壮族苗族自治州境内北部,拟建水库在清水江上游支流南丘河上,为大(2)型工程。库区岩溶发育,其程度及规律严重制约坝址的选择。通过对两个坝址及库区工程地质条件研究,比选上、下两个坝址,上坝址距下坝址约1.5km。通过多角度分析论证,最终确定上坝址为推荐坝址,对后期工程建设、投资概(预)算工作提供技术支持。

前陆冲断带深层储集层非均质性及油气差异聚集模式——以准噶尔盆地南缘西段白垩系清水河组碎屑岩储集层为例

基于钻井、测井、岩心及实验数据和油气生产资料,对准噶尔盆地南缘前陆冲断带西段深层白垩系清水河组储集层非均质性及其油气差异聚集模式进行研究。结果表明:(1)储集层以叠置连片的砾岩、砂砾岩及砂岩为特征,塑性岩屑含量高,储集空间以粒间孔为主,整体致密,其中砂砾岩物性最优;(2)较短的深埋时限匹配较低的古地温梯度和地层超压使得储集层整体成岩强度较弱,而砂砾岩具有相对更低的早期碳酸盐胶结及压实率和更高的溶蚀增孔;(3)背斜特殊的应力-应变机制使得转折端顶部储集层可较两翼宏观裂缝改造程度更大,且超压使得裂缝处于开启状态;(4)砂砾岩相对含油饱和度最高,而冲断带深层发育典型背斜油气藏,但整体表现为“大圈闭,小油藏”的特点;(5)背斜转折端顶部砂砾岩相较于两翼具有更优越的储集性能、更低的地应力大小及较高的构造位置,使得内部油气最为富集而成为高产油气层,而裂缝指数级递减使得两翼储集层难以富集成藏,但背斜缓翼相对陡翼油气平面延伸范围更大。

晋西清水河流域不同土地利用类型土壤质量评价

【目的】探索和评价黄土高原残塬沟壑区清水河流域不同土地利用方式下的土壤质量,并量化其与环境因子的关系。【方法】以该流域4种典型的立地类型(农地、林地、果园、灌草地)为研究对象,基于土壤容重、土壤机械组成、土壤养分(有机质、全氮、全磷、全钾、速效钾)质量分数等9种土壤理化性质指标,采用主成分分析和相关性建立最小数据集(MDS),并根据加权求和指数法计算不同土地利用类型的土壤质量。【结果】(1)清水河流域内林地各土层的有机质、全氮质量分数在4种立地类型中均为最高;在0~20 cm土层,农地的容重和全磷质量分数显著高于其他立地类型(P<0.05);在0~20 cm土层,林地的速效钾质量分数显著高于其他3种土地利用类型(P<0.05);各土地利用类型间的pH无显著差异;有机质质量分数均随土壤深度的增加逐渐降低,且与全氮表现出显著正相关关系(P<0.05)。(2)土壤质量指数评价的最小数据集包括土壤容重、砂粒体积百分比以及速效钾质量分数。4种土地利用类型间的土壤质量从高到低依次为林地、灌草地、农地、果园,土壤质量指数随海拔的升高而升高。【结论】清水河流域土壤质量整体状况较好,林地和灌草地土壤质量较高,而农地和果园土壤质量相对较低。

近70年首都水源涵养区水热条件及地表径流演变特征研究——以清水河和白河流域为例

永定河流域的清水河和潮白河流域的白河,是张家口建成首都地区水源涵养功能区的关键流域。利用清水河流域(1951-2020年)和白河流域(1970-2020年)的多年水文资料,运用有序聚类分析、小波分析等数理统计方法分别对清水河流域和白河流域的径流量、气候要素(降水和气温)进行趋势分析和突变分析,并基于Pearson相关分析和贡献率分析的方法讨论了降水量、气温和蒸散量对径流量变化的影响。结果表明:①清水河流域和白河流域的降水量呈现不显著上升趋势,1960-2020年间平均上升速率分别为0.964 mm/10a和3.316 mm/10a,分别在1965年和2016年发生突变;②清水河流域和白河流域的气温均呈现显著上升的趋势,清水河流域平均气温上升速率是0.246℃/10a,白河流域平均气温上升速率为0.207℃/10a,气温都在1988年发生突变;③近70年清水河流域和白河流域的径流量呈显著减少趋势,都达到了99%的显著性检验水平,并在1979年和1974年发生突变;④径流量的主导因素是降水量,降水量对径流量年内变化的影响主要发生在降水相对充沛的5-8月份。

准噶尔盆地南缘西段白垩系清水河组储层成岩作用及孔隙演化

准噶尔盆地南缘西段白垩系清水河组具有十分优越的油气勘探前景,系统研究其成岩作用特征及孔隙演化过程,明确有利储层发育区,可以为后期油气精细勘探评价提供指导。基于普通薄片、铸体薄片、全岩X衍射、粒度、扫描电镜、碳酸盐胶结物碳氧同位素与流体包裹体分析,综合研究准南西段清水河组成岩特征及其孔隙演化过程,并进一步探讨了不同成岩相间的储层孔隙演化过程差异。研究表明:(1)研究区清水河组储层以砂砾岩为主,岩屑含量高,平均占比65.97%,并以凝灰岩岩屑为主。胶结物主要为方解石。储层平均孔隙度为6.2%,平均渗透率为7.45×10-3μm2,整体表现为低孔—低渗型的致密储层,但局部仍有优质储层发育;(2)储层埋藏方式以长期浅埋—晚期快速深埋为特征,并可进一步划分出长期浅埋、构造抬升至近地表、正常深埋和快速深埋4个演化阶段。其中在长期浅埋、构造抬升至近地表、正常深埋阶段储层成岩演化处于早成岩A期,而快速深埋阶段储层处于早成岩B期—中成岩A期;(3)清水河组储层可划分出4种典型成岩相,即强压实相、钙质/铁泥质强胶结相、凝灰质充填—弱溶蚀相和弱压实—孔隙发育相,并以成岩相为约束建立准噶尔盆地南缘清水河组碎屑岩储层孔隙演化模式。弱压实—孔隙发育相为优质储层成岩相类型,其次为凝灰质充填—弱溶蚀相。

基于碳储量最大化的流域多目标土地利用分区优化模拟——以广西西江清水河为例

土地利用变化是影响碳固存变化的重要因素,土地利用优化对实现区域碳平衡具有重要作用。以广西西江清水河流域为研究对象,基于2000年、2010年和2020年土地利用数据,通过FLUS-InVEST耦合模型预测2060年清水河流域4种模拟情景(基线情景、耕地保护情景、水域保护情景、高碳储用地保护情景)下土地利用变化与碳储量的时空发展特征;针对高、中、低碳储能力等级区域适宜发展的方向,构建基于碳储量最大化的灰色线性规划模型,优化土地利用数量结构并运用FLUS模型模拟土地利用空间布局;利用Fragstats软件分析流域上、中、下游区域不同土地利用类型的形态格局,探讨其与碳储量的相关性并提出相应的优化策略。结果表明:1)4种模拟情景下,2060年流域碳储量仅在高碳储用地保护情景下稳定提升,其他3种情景都大幅下降;2)基于优化方案,2060年流域内林地、湿地和水域面积增加,建设用地面积稳定增长,草地、耕地面积相对减少且连片耕地保持不变,流域整体碳储量增长达1.32×10^(6)t;3)流域土地利用形态格局影响碳储量,且不同流段存在空间异质性,整体上斑块呈现复杂不规则的形态和较高的聚集度、连接度,有利于提高区域整体碳储量。优化策略能更好地满足流域不同区域的发展需求并统筹流域整体发展,增加流域碳储量的同时推动总体效益最优化。

黄土高原清水河流域降水-径流的响应关系

宁夏清水河流域地处黄土高原干旱、半干旱地区,选取清水河流域出口泉眼山水文站及气象站1989—2019年逐日径流和降水数据,并通过Chapman-Maxwell法对清水河流域径流时间序列进行基流分割,并将基流分割的结果应用于径流事件的分离,来探究径流事件对降水的响应特征。结果表明:(1)宁夏清水河流域降水量、径流量和基流量整体上均呈现上升趋势,经Mann—Kendall检验未发现突变显著的时间点,日降雨量10 mm以下的降水呈现增加趋势,年内降水主要分布在5—9月,占比达81.72%。(2)基于日径流时间序列,在清水河流域近30年间共分离出58次径流事件。在旱季降水总量与降雨强度显著相关,在土壤湿度和流域内水量存储条件的影响下,干旱时期的径流过程对事件前期降水响应较为敏感;在雨季,降水总量和降水强度是径流量的主要影响因素。(3)土壤水分对径流事件特征的影响具有阈值的变化,当前10天降水量未达5 mm时,峰值流量对其响应敏感。

清水河流域不同尺度水沙变化归因分析

【目的】揭示清水河流域水沙变化的驱动因素,为黄河上游流域的水土流失治理提供理论依据。【方法】基于1970—2019年清水河流域上、中、下游水文站的实测水沙数据及气象数据,采用Mann-Kendall检验法和Pettitt检验法对流域内不同尺度的水文气象序列进行趋势性分析和突变检验,基于Budyko弹性系数法、双累积曲线法和累积量斜率变化率比较法对流域不同尺度水沙变化进行归因分析。【结果】1970—2019年,清水河流域年径流深呈显著增加趋势,年输沙模数呈不显著减少趋势,流域上中游区域的年径流深和年输沙模数呈显著减少趋势;与突变前相比,人类活动对上游区、上中游区和全流域的年径流量减少的贡献率分别为99.9%~114.3%、77.5%~104.0%和-117.4%~-74.0%,对年输沙量减少的贡献率分别为104.7%~116.4%、110.2%~132.2%和113.0%~139.0%。【结论】引黄灌溉、水土保持措施等人类活动是影响清水河流域水沙变化的主要因素。

首都水源涵养区水环境因子空间变化特征研究——以清水河和白河流域为例

永定河流域的清水河和潮白河流域的白河,对于张家口打造首都水源涵养功能区和生态环境支撑区具有关键作用。为了全面了解清水河流域和白河流域当前的水质现状,通过对清水河流域和白河流域进行实地采样,以水温、溶解氧、电导率、总氮、总磷为流域水环境因子的主要评价指标,利用综合污染指数法,对清水河流域和白河流域进行了水质评价。结果表明:(1)清水河流域的4个子区域和白河流域的4个子区域的综合污染指数的平均值都在2以上,属于重度污染,各个水质指标的总体平均值已经超出了标准的1倍多,有些甚至超出了几倍,对水体的生态环境造成了严重的破坏;(2)根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002),清水河流域和白河流域溶解氧含量均大于5 mg/L,达到国家Ⅲ类水标准;总氮(TN)在清水河流域和白河流域含量均大于2 mg/L,达到国家Ⅴ类水标准的5倍以上;总磷(TP)在清水河流域和白河流域含量均小于0.1 mg/L,达到国家Ⅱ类水标准。

清水河流域场次洪水输沙特性及关键影响因素

[目的]揭示水沙对关键环境因子的响应规律,以期为促进黄河流域水土保持综合治理提供理论基础。[方法]利用清水河流域场次洪量和输沙量数据,基于径流侵蚀功率理论和随机森林等方法系统分析了清水河流域场次洪水输沙特性及其关键影响因素。[结果]流域产洪输沙量呈现显著的空间分异特性,影响不同子流域洪水输沙过程的主要参量有所区别。随机森林结果表明在小量级洪水频发的区域主要影响因素为径流深、洪水历时与洪峰流量,而在中量级洪水频发的区域则分别为径流深、洪峰流量与平均流量。在侵蚀产沙的解释变量中引入表征径流过程的复合指标更能综合体现天然降水和流域下垫面属性对次洪过程侵蚀产沙的影响,其拟合精度相较于传统的径流-输沙关系更高。[结论]相比于传统的径流深、平均流量或者洪峰流量等单一径流参量指标,径流侵蚀功率更适宜描述次洪尺度水沙关系。

清水河治理河段生态防洪堤及护岸护坡设计计算

舒茶镇和百神庙镇部分河段治理是补齐清水河防洪短板,完善舒城县城镇封闭防洪体系的关键。根据舒城县“国家生态文明建设示范区”巩固提升战略发展要求,结合治理河段防洪现存主要问题,按照20a1遇洪水设防,提出防洪堤加高培厚、护岸护坡加固和修建堤顶防汛道路相结合的治理方案。护岸护坡型式比选和设计计算分析成果表明:优选的满铺草皮均质土堤生态方案,在提高河道防洪标准和行洪能力的基础上,有效修复了河道水生态系统功能。

冀西北清水河流域4种森林的枯落物层及土壤层水文效应

【目的】清水河流域是北京地区的重要水源地之一,研究其不同类型森林的水文效应,有利于改善该流域的水生态环境和提高水源涵养能力,对保障冀西北地区生态服务功能具有重要意义。【方法】在张家口市和平林场选择华北落叶松(Larix gmelinii var.principis-rupprechtii)林、白桦-山杨(Betula platyphylla-Populus davidiana)林、白桦林、榆树(Ulmus pumila)林4种森林,通过浸泡法和环刀法分别测定枯落物层和土壤层的水文效应,并综合评价各类森林的水源涵养功能。【结果】1)枯落物层总蓄积量为华北落叶松林(32.12 t·hm^(-2))>白桦-山杨林(11.56 t·hm^(-2))>白桦林(10.17 t·hm^(-2))>榆树林(5.67 t·hm^(-2)),且均为半分解层大于未分解层。2)4种森林的枯落物层最大持水量变化规律与其蓄积量一致;持水量随浸水时长增加呈对数函数关系增大;吸水速率随浸水时长增加呈幂函数关系减小。3)4种森林的0~60 cm土层总孔隙度为白桦林(59.9%)>华北落叶松林(59.0%)>白桦-山杨林(52.2%)>榆树林(46.6%),但在0~20 cm土层为华北落叶松林最大(64.6%);4种森林的土壤最大持水量变化规律与总孔隙度一致。4)4种森林的综合水源涵养能力为华北落叶松林(P=0.00)>白桦林(P=1.21)>白桦-山杨林(P=1.27)>榆树林(P=2.39),即华北落叶松人工林水源涵养能力最优。【结论】清水河流域华北落叶松人工林的水源涵养能力优于其他3种天然次生林,且主要体现在枯落物半分解层和0~20 cm土层。该研究结果可为清水河流域乃至冀西北地区的森林植被恢复和经营、水源涵养、水土保持功能研究提供理论依据和科学参考,对保障京津冀地区水资源和生态安全有重要意义。

未来气候变化及土地利用情景下清水河流域径流模拟

气候变化及土地利用情景下流域径流模拟和预测对流域水量平衡研究和水资源规划管理具有重要意义。以张家口市清水河流域为例,采用全球气候模式GFDL-ESM2M和CA-Markov模型分析和预测清水河流域气象数据和土地利用,构建流域SWAT水文模型,量化气候变化和土地利用共同影响下流域2025年水量平衡要素变化。结果表明,在三种温室气体排放情景下,2025年清水河流域降雨量大幅增加,RCP2.6情景下的最高温度和平均温度相比2015年下降,RCP4.5和RCP8.5情景下最高温度和平均温度均上升,三种情景下最低温度均有下降;2015~2025年间,耕地、林地、草地、水域、建设用地五种土地利用类型分别变化了-6.24%、-0.86%、6.32%、0.20%、0.59%;相比2014~2015年,流域2025年水量平衡分配发生改变,月径流量峰值出现在7月或9月,三种排放情景下年平均径流量分别为4.40、5.84、9.94 m^(3)/s。