高海拔地区宽级配泥石流冲击拦砂坝试验研究

在高海拔地区,由于山高谷深,坡表物质受物理风化严重,物源级配宽度范围大,泥石流的发育频率高,冲击力大,导致拦砂坝损毁严重。为研究高海拔地区宽级配泥石流对拦砂坝的冲击规律,以西藏地区发育的泥石流为原型,建立宽级配泥石流冲击拦砂坝的物理试验模型,选取泥石流容重、水槽坡度与泥石流固相最大粒径为变量,进行27组水槽试验,研究冲击力特征。结果表明:(1)宽级配泥石流在冲击拦砂坝过程中经历“冲击爬高、旋滚回流、堆积回淤”3个接触演化阶段,泥石流容重越小,爬高越大,冲淤过程的阶段性表现越明显;(2)拦砂坝的坝前冲击力随宽级配泥石流容重的增大而减小,在相同坡度和级配的条件下,容重越大,水流携带固体物源运动越困难,泥石流流速降低,泥石流的冲击力减小;(3)拦砂坝的坝前冲击力随沟槽坡度增大而增大,沟槽坡度越大,宽级配泥石流的流速和流深越大,泥石流冲击力就越大,并且泥石流固相粒径越大,坡度对冲击力的影响效果越明显;(4)拦砂坝的坝前冲击力随宽级配泥石流固相最大粒径增大而增大,且变化趋势较泥石流容重及沟槽坡度条件改变时更加显著,最大粒径与泥石流流速、流深没有明显规律关系。研究成果将为宽级配泥石流防治和研究提供一定的数据参考。

大角度波浪控制下的浪成砂坝新模式

浪成砂坝为波浪改造后二次沉积产物,传统沉积模式认为其主要呈平行岸线条带状展布,但忽视了波浪入射角与岸线夹角的差异会导致沉积模式的巨大差异。结合珠江口盆地惠州凹陷以及青海湖现代浪成砂坝沉积特征,研究总结了大角度波浪控制下的浪成砂坝差异沉积模式。结果表明:①受限于东沙隆起,惠州凹陷南缘局部区域存在显著的“峡谷效应”,波浪呈大角度入射,且由于沉积期发育位置不同导致的水动力环境不同,2个邻近油田砂体在沉积过程中受波浪改造后,形态和规模存在巨大差异。②引入海岸动力学沿岸输沙机理,结合野外地质考察成果,将浪成砂坝分为全封闭斜交岸线型、平行岸线型和半开放斜交岸线型3类,并提出了一种大角度波浪控制下的浪成砂坝新模式。③实钻结果证实,该模式下迎风翼和背风翼的砂坝形态、规模及叠置样式差异巨大,且砂体之间易形成“连而不畅”的岩性油气藏。新模式对指导浪成砂坝型储层的勘探与开发具有重要的理论与现实意义。

小流域拦砂坝上下游冲淤特征调查分析

极端降水诱发的泥石流具有规模大、沿程侵蚀严重、淤埋范围大等特点,需要在小流域内修建梯级拦砂坝工程进行调控。在汶川地震影响区域内选取33条典型泥石流沟道进行调查,获取了105座拦砂坝特征参数以及梯级拦砂坝作用下的沟道冲淤形态变化,总结了拦砂坝的类型及判别方式,提出了实体坝与透过性坝的4种坝型组合模式、梯级坝的坝间距下2种回淤模式。进一步分析了梯级坝的特征模式(坝型组合模式、回淤模式)对沟道的冲淤形态(回淤坡降折减系数、冲刷深度相对系数)的影响。结果表明实体坝与透过性坝的组合模式(SO、OS模式)对沟道回淤形态影响明显,两种回淤模式中的互馈式运行模式对淤积形态影响显著,回淤相互不影响的独立运行模式下的冲刷作用更强烈。研究结果可为小流域内梯级坝的坝型选择、坝间距优化提供参考。

透过型泥石流拦砂坝工程减灾效果分析

为了更好地理解透过型坝的减灾表现,通过对岷江上游、安宁河流域已建的透过型坝开展无人机航测、泥石流取样、室内分析测试等工作,将坝体开口形式分为横向开口、竖向开口、方形开口和混合开口4种类型,研究结果表明:区内透过型坝结构主要以方形开口为主,拦砂坝满库和半库工况占比分别为33.65%和40.38%;回淤纵坡经验值S dep=(0.31~0.83)S init,整体都表现出较好的回淤缓坡效果;在调控方面,透过型坝表现出一定的拦粗排细特征,但由于坝体开口较小,其对粒径的分选效果并不显著;透过型坝减灾中存在坝(群)开口参数设计不合理、坝体结构整体性较差、过流结构的磨蚀破坏、坝下游冲刷侵蚀和基础淘蚀破坏以及库内人工清淤不当等问题。研究成果完善了透过型坝的结构分类,加深了对其功能性的认识和理解,明确了工程实践中的问题与不足,可为工程优化设计提供技术支撑。

基于原位模型的泥石流冲击下拦砂坝动力响应研究

以某条泥石流沟为原型,建立了泥石流与拦砂坝的三维计算模型,开展了泥石流与拦砂坝三维模型的流固耦合研究,选取最大Mises等效应力及最大位移作为评价指标,得到了泥石流体仅会对拦砂坝迎流面一定深度范围产生较大影响,超出此范围影响较小,并给出最大Mises等效应力及最大位移沿拦砂坝竖向及横向分布规律:坝趾及坝踵节点最大Mises等效应力均与泥石流重度呈正相关;当进口泥深相同时,坝趾及坝踵节点的最大Mises等效应力与泥石流流速呈正相关;当进口单位时间流量相同时,坝趾及坝踵节点的最大Mises等效应力与进口泥深呈正相关。坝趾节点最大Mises等效应力随着时间的推移呈现先增加后基本保持不变;而坝踵节点最大Mises等效应力随着时间的推移呈现先增加出现峰值以后再减小。

基于物理模拟的三角洲前缘横向砂坝发育过程及形成机理

为探究波浪作用对三角洲前缘砂体的控制作用,并研究横向砂坝形成过程,利用物理模拟实验再现波浪作用下三角洲前缘砂体的发育过程。研究发现:波浪作用除了对三角洲河口沉积物影响外,还对已形成的三角洲前缘砂体有着侵蚀、改造的作用;受波浪、波生沿岸流及局部离岸流的影响,三角洲前缘砂体表面发育多期次平行于湖岸线展布的横向砂坝,其后部发育冲沟。沿岸流将波浪和河流带来的沉积物向砂坝两侧搬运沉积,使砂坝横向延伸;同时,波浪的强度、入射角度也决定了横向砂坝的规模及发育位置。经与鄂尔多斯盆地西南部长82三角洲沉积对比,反映出较好的耦合关系,表明该实验认识对波浪作用下三角洲前缘砂体发育样式研究有一定的指导意义。

根据低角度前积地震反射特征划分分流砂坝型浅水三角洲相带

Z6区块钻井分布不均,目标储层砂泥岩构成复杂且砂岩、泥岩波阻抗特征相近,因此对于Z6区块西侧少井地区,分析有利沉积相带展布特征及准确刻画砂体边界存在一定困难。单凭地震反射振幅特征难以区分砂、泥岩,应用常规叠后地震反演等技术无法有效预测储层展布范围。为此,借助三维地震及钻井资料,结合前人的浅水三角洲沉积特征研究成果,建立适合Z6区块的沉积模式和正演模型,通过砂体地震响应特征分析、地震属性优选,预测有利储层展布范围,获得以下认识:①低角度前积或侧积对于下伏地层地震波形的影响是判断砂体边界的关键,适用于划分分流砂坝型浅水三角洲沉积相带,对勘探阶段预测有利储层的延展范围尤为关键;②相较于传统的振幅类属性,瞬时相位和瞬时频率属性更清晰地刻画了Z6区块分流砂坝和分流间湾边界,尤其是瞬时相位属性不受振幅影响,对于岩性尖灭等地质体的相位变化也十分敏感;③靠近物源方向,砂体受分流河道控制较明显,呈条状特征;靠近湖中心位置,砂体受湖浪改造作用更明显,呈坨状、朵叶状。上述研究表明,在少井情况下,在沉积模式的指导下,利用地震属性分析预测的分流砂坝砂体展布范围与钻井资料揭示的砂、泥岩发育情况吻合较好,通过分析有效的地震属性可合理地刻画分流砂坝型浅水三角洲砂体边界。

组合式格栅装置解决泥石流重力式拦砂坝的淤积问题

重力式拦砂坝因坝后淤积、库容不足,泥石流拦蓄作用失效,后续翻坝泥石流坠砸下游坝基,是拦砂坝损毁的主要成因之一。采用工程措施清淤调库,提高拦砂坝淤积满库后的可持续利用,是泥石流防治工程设计中面临的实际问题。本文通过理论分析、模型实验等研究方式分析了重力式拦砂坝的满库状态,设计了鱼脊型格栅装置或组合格栅装置,构建新型拦砂坝体系,研究了泥石流的调控效果。结果表明:(1)重力式拦砂坝库容内的泥沙堆积体形成的缓坡段与组合式格栅装置共同作用可实现对泥石流的调控;在小流量的水石流情况下缓坡段的自然分选作用明显,而在流量较大的稀性泥石流条件下组合格栅的拦粗排细作用效果显著;(2)组合格栅的拦粗排细率与其作用的泥石流固体物质颗粒级配参数fc′呈先增大后减小的抛物线关系;在水石流和泥石流条件下,fc′分别达到41.5%和36.9%时,拦粗排细率达到最大,即组合格栅的拦粗排细效果最优;(3)新型拦砂坝体系对泥石流泥沙总分离率与粗颗粒分离率均与形成泥石流的固体物质颗粒级配参数fc呈正比关系;泥石流初始容重越大,调控后容重减小越明显。本研究为继续发挥满库后的重力式拦砂坝的泥石流调控作用提供了方案,具有重要的工程实践意义。

重力式拦砂坝在泥石流治理中的应用

泥石流是一种特定的(存在区域性)自然灾害,随时可能造成人民群众的生命及财产的安全,现在针对泥石流的治理越来越迫切,预防为主,能尽早治理的要尽早行动,本文将根据茶垭乡二村泥石流成因分析及设计经验,浅谈一下重力式拦砂坝在泥石流治理过程中的应用。

古代阶梯状曲流砂坝河流沉积的识别

河流的沉积特征是多样的。实际上,多数河流沉积序列与经典曲流河沉积模式存在一定差别。在松辽盆地茂兴地区泉三段地层中阶梯状曲流砂坝河流较为发育,其特征为:发育2层曲流砂坝沉积,下曲流砂坝厚度较大,一般厚2—5m,发育较完好的正韵律,与经典曲流砂坝沉积模式特征相似;上曲流砂坝亦为正韵律,但泥质含量偏高,层理发育较差。上、下曲流砂坝间多为突变接触,或被紫色或杂色泥质层隔开。

基于砂体构型精细刻画潮坪砂坝优质砂体——以大牛地气田D17井区太原组2段为例

以大牛地气田未开发区（ D17井区）太原组2段潮坪沉积为研究对象，基于测井、岩性等特征分析，对潮坪砂坝进行了精细刻画，共识别出了砂坝主体、砂坝侧翼及砂坝侧翼叠置3个沉积微相单元，并建立了沉积微相－岩相－测井相－物性－非均质性－试气成果响应模板。对比结果显示，砂坝主体微相岩性主要为（含砾）石英粗砂岩及岩屑石英砂岩，测井曲线具光滑箱形；砂坝侧翼微相岩性主要为中－细粒砂岩岩屑砂岩、岩屑石英砂岩，测井曲线为齿化箱形、齿化钟形以及漏斗形。根据砂体组合类型，区域上划分出了砂坝主体型砂体带与砂坝侧翼型砂体带。前者砂坝宽度为6～8 km，砂体平均厚度为14.5 m，砂地比平均值为0.53，平均渗透率为0.48×10－3μm2。后者砂坝宽度为4～6 km，砂体平均厚度为10.56 m，砂地比平均值为0.36，平均渗透率为0.36×10－3μm2。砂坝主体型砂体带砂体发育规模大，分布范围广，砂体物性好，中等非均质性，试气成果明显，应作为优先开发的地区。

曲流河点砂坝储层水流优势通道及其对剩余油分布的控制

点砂坝储层经过长期注水开发易形成水流优势通道,导致水驱波及系数降低,并影响剩余油的分布。以吉林扶余油田S17-19区块为例,研究了点砂坝内部水流优势通道分布模式及其对剩余油分布的控制。岩心分析资料表明点砂坝内的水流优势通道的含水率大于95%,驱油效率大于35%。渗透率大于80 mD和非均质性越严重或越均质的储层更易形成水流优势通道。在现井网条件下,水流优势通道均发育于点砂坝的中下部,平均厚度为2.2 m,宽度约2～4 m。水流优势通道受注采井间的主流线、相对高渗透条带及点砂坝下部的高渗透段分布控制,形成了在空间上复杂的水流优势通道网络。水流优势通道水淹严重,而非水流优势通道区水淹较弱且剩余油富集。因此,通过重建井网结构、打水平井、调剖堵水、调整开发方式、实施周期注水等措施,打破目前的水流优势通道网络,扩大水驱波及体积,从而提高点砂坝油藏开发效果。

泥石流拦砂坝溢流口过流能力实验研究

拦砂坝溢流口过流能力的大小是工程设计中的关键参数之一,也是影响坝体安全的重要设计参数。结合泥石流过流特点,分析推导了拦砂坝溢流口过流能力的参数计算式;在此基础上,通过水槽实验建立了流量系数的经验公式。水槽实验表明,溢流口过流能力随泥石流密度的增大而减小,随沟道坡度的增大而增大,随相对沟道宽度的增大而增大,溢流口位置与沟道中心相对者大,溢流口位置与沟道中心偏离者小。与现有计算方法相比,所提通过理论推导和水槽实验建立起的拦砂坝溢流口过流能力参数计算式,计算结果更为精确可靠,可用于泥石流拦砂坝溢流口设计时的过流能力验算。

泥石流拦砂坝底扬压力分布及影响因素试验

泥石流拦砂坝底的扬压力会抵消坝体的部分有效荷重,影响其抗倾覆稳定性。为了研究拦砂坝底扬压力的分布规律及其影响因素,设计制作了拦砂坝模型和扬压力采集系统,开展了不同沟床坡度和不同坝前堆积条件下的扬压力模拟试验。试验结果表明,扬压力自坝踵至坝趾不断减小,且与渗流距离呈线性关系,当坝前有堆积物时相关系数绝对值达到0.98以上;沟床坡度明显影响坝底扬压力的分布。随着沟床坡度的增加,扬压力不断减小,且对坝踵处扬压力的影响较坝趾处更大;坝底和坝前堆积物的渗透性对扬压力的影响也很显著,它们的渗透性越差,扬压力就越小;坝前堆积物的渗透性还显著影响扬压力的分布规律,渗透性越差,其分布规律性就越强。研究成果为深入研究泥石流拦砂坝底扬压力的作用过程和作用机制奠定了基础。

徐州地区寒武纪灰质障壁砂坝沉积模式研究

研究了典型的地层剖面 ,揭示了徐州地区寒武系的陆表海沉积地质背景、岩性组成和碳酸盐岩岩性特征 ,探讨了徐州地区寒武系形成的主要沉积环境和成岩环境 ,总结了主要沉积、成岩环境的沉积、成岩特征 ,提出了徐州地区寒武纪经历的四个主要沉积演化阶段和发育的三类沉积成岩序列 ,认为徐州地区寒武系形成于陆表海灰质障壁砂坝沉积模式 .

非透过性泥石流拦砂坝研究现状及展望

由于泥石流动力过程的复杂性和理论研究的不完善,拦砂坝防治工程中关键参数计算与拦砂坝结构设计仍然存在诸多不足。首先,简要介绍了拦砂坝工程防治的发展历程及其重要作用。然后,从溢流口过流能力计算、坝体所受泥石流冲击力、坝后冲刷深度与基础埋深以及坝体结构稳定性4个方面详细评述了非透过性泥石流拦砂坝研究取得的主要成果及存在的问题。最后,从设计参数计算方法、新型拦砂坝结构、新型抗冲耐磨材料的研发与应用以及拦砂坝防治体系建设等方面探讨了非透过性泥石流拦砂坝研究的发展趋势。

浅水三角洲前缘指状砂坝构型特征——以渤海湾盆地渤海BZ25油田新近系明化镇组下段为例

综合应用岩心、测井和地震资料,对渤海BZ25油田新近系明化镇组下段砂体进行了构型解剖,探讨浅水三角洲前缘指状砂坝内部的沉积微相组成,分析指状砂坝的宏观分布及内部构型特征。浅水三角洲前缘指状分支砂体为指状砂坝沉积,由河口坝、坝上分流河道以及天然堤组成,分流河道下切河口坝,薄层天然堤则披覆于分流河道两侧的河口坝之上。指状砂坝平面上多呈弯曲状,向盆地方向弯曲度有所增加,内部分流河道由深切河口坝型到浅切河口坝顶部型转变。研究区指状砂坝宽厚比为25～110,宽度与厚度呈一定双对数线性正相关关系,并受控于基准面旋回变化。针对指状砂坝,在注水开发方式下,应避免同一分流河道内注采的开发方式,并指出指状砂坝内分流河道的中上部及注采井未钻遇的河口坝砂体为剩余油挖潜的重点。

西湖凹陷渐新统花港组大型沿岸砂坝沉积特征及主控因素

西湖凹陷位于东海陆架盆地东部坳陷带,是该盆地最大的富生烃凹陷,其主力储集层渐新统花港组的沉积环境与沉积体系类型一直存在较大争议。以岩心为基础,结合测井响应与地震反射特征,识别出西湖凹陷中东部花港组厚层砂岩主要有块状含砾中砂岩、冲洗层理中细砂岩、沙纹层理粉细砂岩共3种典型岩石类型,并通过统计分析沉积构造参数,明确花港组厚层砂岩主要发育在岸线附近的冲洗带,水动力强,波浪作用明显;该厚层砂岩在伽马测井曲线上整体表现为下部低幅锯齿箱状、顶部逐渐过渡为高幅锯齿状特征,地震上主要为中等振幅与连续性的、底平顶凸的丘状反射,为大型沿岸砂坝沉积。最后结合测井曲线样式、地震属性与含砂率拟合,刻画了沿岸砂坝的叠置样式与空间展布,确定西湖凹陷花港组大型沿岸砂坝主要分布在研究区东部三角洲前缘外侧,是由于基准面下降、水体变浅,早期形成的辫状河三角洲前缘受波浪作用改造而成。

地下侧积砂坝建筑结构研究及储层评价——以孤东油田七区西Ng5^(2+3)砂体为例

分析了在不同沉积环境下侧积砂坝的沉积模式,研究了侧积体的空间组合特征,并利用模式预测的方法建立侧积砂坝的建筑结构模型。研究表明,孤东油田七区西Ng52+3侧积砂坝是小型河流形成的,其侧积体的空间组合模式为水平斜列式,侧积体的宽度为80~240 m,倾角为5°~12°。薄片、扫描电镜分析证实,七区西Ng52+3的成岩作用较弱,原始的粒间孔隙保存完好,储层孔隙度平均为32.3%,渗透率为3500×10-3μm2。侧积砂坝内含有高岭石、蒙脱石、伊利石等粘土矿物,使其储层物性变差。

山洪中漂木在拦砂坝前堵塞堆积实验

山洪和泥石流中夹带的漂木在拦砂坝开口处易造成严重堵塞,使坝体对后续流体的分选效果减弱或失效,甚至进一步威胁坝体安全,因此探讨漂木在拦砂坝前的堵塞堆积规律和影响因素对于工程结构设计具有重要意义。考虑漂木长度L、溢流口开口宽度b、漂木量Vw及流体流量V等因素对漂木形成堵塞的影响,通过实验研究了山洪中漂木在拦砂坝前堵塞堆积规律。实验发现漂木在拦砂坝溢流口的堵塞堆积形态主要有三种:溢流口搭桥型,交错咬合型,坝前停积型。漂木堵塞率在L/b<1时基本保持不变,在1<L/b<3时,随着L/b增大先增大后减小,在L/b=2左右达到最大;漂木拦截率在L/b<2呈线性增大,在2<L/b<3保持基本稳定。漂木大量堵塞在溢流口或滞留在库容区中后部都能形成较高的漂木拦截率。漂木体积含量Vw/V在L/b<1时对漂木堵塞率和拦截率基本无影响,在1<L/b<3时,对漂木堵塞率和拦截率的影响呈增大趋势,随着L/b的增大,增大趋势越明显,在L/b=2时基本呈线性增长。