黄河下游游荡性河段心滩形态特征与水沙过程响应关系

黄河下游游荡性河段素以调整速度快与幅度大著称,河道心滩复杂多变,探究心滩形态特征与水沙过程之间的响应关系对于解析下游游荡性河段的河床演变机制具有重要的意义。围绕黄河下游铁谢至高村游荡性河段的心滩面积与数量等形态特征指标,结合下游水沙及冲淤特性,采用遥感影像和数值模拟相结合的研究方法厘清游荡性河段水沙过程与心滩面积及数量之间的响应关系,揭示水沙变化对心滩形态特征的影响机制。结果表明:自小浪底水库运用以来,下游河道发生剧烈冲刷,游荡性河段累计冲刷量15.37亿m^(3),占下游累计冲刷量的68%;在小浪底水库运用以前,游荡性河段的心滩面积与数量年际变化剧烈,存在着明显的增长与降低变化过程,而小浪底水库运用以后,该河段的心滩面积与数量呈现先减小后增大再减小的变化趋势;随着4 a滑动汛期平均流量和4 a滑动汛期平均来沙系数的增加,游荡性河段的心滩面积及数量分别呈现出减小和增大的变化趋势。数值模拟方法不仅可以较好地再现心滩发育及演变过程,还可以定性地表征特定水动力学因素对心滩形态特征塑造的影响,为阐明游荡性河段的心滩演变理论提供了一种新的研究方法。研究成果不仅有助于阐明河流平面形态的调整过程,还可为今后河道整治工程的布局提供理论支撑。

基于遥感影像的上荆江典型洲滩植被适宜区分布特征研究

江心洲滩是长江中游河漫滩重要组成部分,厘清洲滩上植被生长适宜区域的分布特征,以及这些区域所应满足的淹没频率临界条件,是生态护滩规划设计和三峡建库后洲滩植被变化预测的重要前提。本文选取上荆江关洲和突起洲分别作为卵石夹沙和沙质型洲滩的典型代表,基于Landsat遥感影像提取了1986—2002年的长时序洲滩淹水范围和植被信息,改进并利用水文特性与影像数据相结合的方法计算了滩面上不同位置的淹没频率和植被频率,分析了二者间的响应规律,确定了植被生长适宜区对应的淹没率条件。研究结果表明:两类洲滩上都存在低、高植被频率区像元相对集中,而中等植被频率区像元较为分散的规律,根据植被频率分布特征,可将滩面区域划分为高频次植被覆盖区、中频次植被覆盖区、过渡区和不适宜区,各区之间的植被频率临界值分别为80%、50%、20%;滩面不同位置的淹没频率是影响植被频率的主导因素,从长时期平均来看两类洲滩上的淹没频率-植被频率响应关系符合统一的Logistic曲线,根据该曲线可确定出各区域的临界淹没条件分别为年均18 d、43 d、92 d。在年均淹没天数大于92 d的区域内,随着淹没天数增加,植被频率迅速减少至10%以下。本文的方法和认识可为三峡建库后坝下游洲滩植被演替趋势预测提供参考。

长江中游武汉河段江心洲的差异化冲刷规律

近20 a长江中游分汊河段的江心洲经历了冲刷并发生蚀退,但对微弯河段和顺直河段的江心洲差异化冲刷尚未有清晰认识。选取长江中游武汉河段的白沙洲和天兴洲作为研究对象,采用遥感影像、水文资料及野外调查,分析了白沙洲与天兴洲形态变化及差异化冲刷的原因。结果表明:1989—2020年,白沙洲洲体萎缩将近43.83%,天兴洲洲头浅滩变化较大,整体出露面积相对稳定;白沙洲与天兴洲的归一化植被指数(NDVI)整体较小,洲体植被覆盖空间差异性减小;这2个江心洲枯水期出露面积的变化主要体现在洲头浅滩;位于顺直河段的白沙洲洲头及侧向洲体遭遇冲刷,左侧洲体出现窝崩现象,其主要原因是白沙洲大桥桥墩的壅水与阻流作用;位于微弯河段的天兴洲自三峡工程蓄水后洲头遭受冲刷,2004年洲头守护工程实施和人工抛石有效地抑制了冲刷并实现了促淤作用。因此,江心洲的冲刷差异性主要体现在河段形态、主支汊相对位置和有无守护工程。

砂质辫状河心滩沉积演化规律与沉积构型特征——基于沉积数值模拟的认识

砂质辫状河心滩砂体规模大、连通性强、物性较好,是一类重要的油气储层。受到复杂多变的水动力条件影响,心滩呈现出类型多样、内部构型特征复杂等特征,制约了油气资源高效开发。为探索砂质辫状河心滩沉积演化规律及其控制的沉积构型特征,采用基于水动力场实时求解的沉积数值模拟方法,开展砂质辫状河沉积演化动态模拟和过程解析,结果表明:①砂质辫状河心滩的演化过程包括5个阶段,表现为菱形坝、舌形坝、单元坝、复合坝及改造复合坝的顺次形成和连续转换,各类心滩平面形态、剖面结构样式及定量规模存在显著差异;②水流与心滩的交互作用是主导砂质辫状河沉积演化的主控机理,即水流聚散特征与分布样式的持续变化导致心滩形成、增生、迁移、形变并遭受频繁、复杂的叠切,而心滩的演化又进一步导致水流聚散特征与分布样式的变化;③心滩内部发育前积、侧积及加积3类增生体,从菱形坝形成到改造复合坝发育,心滩内部增生体类型由前积主导转变为前积与侧积共生并最终变为前积、侧积及加积复杂复合,心滩长度、宽度由快速增加转变为缓慢增加并最终维持稳定,沉积记录中终止于不同演化阶段的辫状河心滩储层平面分布样式、内部构型特征及定量规模存在较大差异。

三峡工程运用后长江中游典型江心洲植被动态变化趋势及机制探析

受三峡工程运用的影响,长江中游水沙情势剧变,江心洲生境结构发生变化,洲上植被密度、活力和分布情况也随之改变。因此亟需开展针对江心洲植被的长期观测以厘清其对三峡调控的响应机制,从而制定有效的洲滩植被保护和修复策略。卫星遥感技术是开展长时间、长河段地貌观测的常用手段。目前应用卫星遥感技术监测江心洲植被动态的研究,主要聚焦于三峡工程运用对江心洲植被面积和覆盖度的影响,而较少深入探讨植物长势和分布模式的变化趋势。因此,本文以长江中游4个典型江心洲为研究对象,提出了一系列可用于反演江心洲淹没范围和滩面上植被动态的方法,并量化分析三峡工程运用对植被动态的影响。结果表明:(1)三峡工程运用后,江心洲整体淹没频率降低,部分原有边滩逐步满足耐水植物的生长条件,促使江心洲植被面积呈现增长的趋势;原分布在高滩上的不耐水植物逐步蔓延至低滩,导致江心洲植被茂密程度整体上升;(2)三峡工程运行前,2002年含沙量较大的漫滩洪水有促进植物第二年生长的趋势;而三峡工程运行后,2016年具有同样规模但含沙量减少近80%的漫滩洪水则有抑制植物生长的作用;(3)部分形态稳定的江心洲,其高、低滩植被分布模式之间的异质性受三峡工程运用的影响逐渐减弱,并在约10年后彻底消失。而形态产生明显调整的江心洲,其高低滩植被分布模式随地形产生一定的改变。

三峡建库后长江中游江心洲滩面积调整特点

针对三峡工程运用后长江中游河道内江心洲的冲淤变形特点,基于Landsat影像和水沙与地形资料,分析了枝城至湖口河段内江心洲高滩和低滩出露面积的时空变化特点,总结了典型高低滩结构江心洲的冲淤变形模式。研究结果表明,2003-2019年长江中游江心洲低滩整体呈萎缩趋势,枯期总出露面积由305 km^(2)减小至288 km^(2),荆江、城汉和汉湖河段内面积的变化率分别为-24%、+6%和-4%;相同时段内江心洲高滩面积变化相对较小,2013年前总出露面积的年平均变化量为+0.57 km^(2)/a,2013年后为-0.74 km^(2)/a,荆江和汉湖河段内高滩淤积,城汉河段内冲刷。江心洲低滩为沙土缓坡,变形模式以垂向冲淤为主;高滩为黏土陡坡,滩缘在自身重力和坡脚冲刷作用下失稳崩塌。

三峡水库蓄水后上荆江不同河床组成江心洲的演变过程及其机制

三峡及上游梯级水库群运用后,大坝下游江心洲以冲刷为主,直接影响分汊河段河势条件及航道边界的稳定性。本文采用卫星遥感影像、实测水沙及固定断面床沙级配等资料,分析上荆江枝江、沙市河段中不同河床组成江心洲的演变过程及其机理。结果表明:(1)三峡水库蓄水后(2003-2019年),沙市段沙质江心洲较枝江段卵石夹沙质江心洲萎缩更为显著,出露面积的减幅分别达31%和24%。(2)以关洲和金城洲分别代表卵石夹沙质和沙质江心洲,三峡工程运用后关洲洲头形态较为稳定,受无序采砂的影响其沙质组成的洲尾面积显著减小,而金城洲面积萎缩程度更大。(3)床沙组成对江心洲冲刷程度差异具有重要影响,关洲洲头较金城洲抗冲性更强,与其床沙在年内达到起动条件的数量更少、时长更短有关;建立了江心洲面积与水流冲刷强度及相对水深的定量关系,该关系能综合考虑水沙变化与床沙组成调整的影响,能更好地反演近期江心洲的面积变化特点。

苏里格气田盒8段辫状河储集层构型空间展布

为确定苏里格气田盒8段多期叠置辫状河致密砂岩储集层构型和空间展布,利用测井和岩心资料,参照现代河流,确定了研究区辫状河储集层的构型划分方案,分级次精细解剖了储集层构型单元;利用基于象元法和基于目标法联合模拟,建立了包含多级构型单元的辫状河储集层构型三维模型,精细刻画了不同类型储集层构型的空间展布。研究区盒8段储集层为多期辫状河道砂体垂向和侧向切割叠置形成,单一辫流带内心滩呈透镜状,内部被不连续的落淤层分隔,辫流水道环绕心滩分布。依据三维模型,储集层可分为不同级次构型体,其中有利储集层为盒84小层,主要分布在研究区东部和西部南北向展布的两大辫流带内,优质砂体在辫流带内部呈透镜状分布。研究结果应用于水平井部署和地质导向,钻探结果与模型预测符合率高。

辫状河储层构型分析

以羊三木油田羊三断块馆二上段为例,提出了辫状河砂体储层构型的研究方法,即基于辫状河露头及现代沉积原形模型,应用动、静态资料在井间识别单个心滩坝砂体,进行井间构型预测,建立构型三维展布模型。研究结果表明,辫状河心滩坝厚砂层内部存在次级界面,与界面伴生的夹层在心滩坝中心分布不稳定,剩余油往往富集于砂体顶部,而夹层在心滩坝两翼较为稳定,致使剩余油富集于被夹层分隔的某些相对均质段。

喇嘛甸油田密井网砂质辫状河厚砂层单砂体识别

以大庆喇嘛甸油田葡Ⅰ组2_3小层(PⅠ2_3)厚砂层为研究对象,总结了砂质辫状河单砂体分布模式,并相应探索了一套密井网区单砂体识别方法。辫状河厚砂层由多期辫状河叠加而成,发育心滩坝和辫状水道砂体,以心滩坝砂体为主。依据单井泛滥平原细粒夹层垂向上对厚砂层进行期次划分对比,然后分别对每期辫状河连片砂体采用"单井识别、侧向划界、平面组合"的方法识别出单砂体。

分汊河流江心洲洲头冲淤概化模型

分汊河流的江心洲洲头是分汊河段分水分沙和泥沙冲淤的动态区域,其冲淤过程受来水来沙和地形条件变化呈现冲淤交替。通过几何概化洲头的浅滩逆坡和侧向顺坡,考虑逆坡促淤和顺坡分沙作用,建立洲头浅滩的推移质冲淤的概化模型,推导洲头由淤积转向冲刷的临界流量表达式。上游来流量增加,洲头淤积速率先增加到最大值后逐渐减少,直至达到临界流量,再转向冲刷。洲头淤积速率与上游水面纵比降和床沙粒径成正比,与浅滩逆坡、侧向水面比降与顺坡成反比。若其他条件相同,洲头浅滩形状越不对称和上游来沙量越小,越有利于冲刷。模型预测武汉河段天兴洲的临界流量范围与水文观测值较为接近,对其出现超过某个大临界流量仍出现淤积的特殊性,给出的新解释是天兴洲洲头的整治工程使得在大流量条件下洲头抵抗冲刷和阻挡作用促进泥沙淤积。

卵石沙洲发育与冲刷试验

沙洲是塑造分汊型河道最重要的形态因子,其发育与蚀退由于上游来水来沙变化呈现冲淤交替,从而影响分汊河道输水输沙平衡。通过单个卵石沙洲的淤积和冲刷试验,揭示不同加沙速率、粒径和来流量条件下,沙洲淤积和冲刷规律,并建立简化理论模型分析沙洲淤积速率。结果表明,4组加沙试验中,分流点后出现明显淤积下延至洲头,左汊和右汊成为输沙通道,洲尾中心线两侧的左右汊道有泥沙淤积,洲尾未出现淤积。7组清水冲刷试验中,洲头最先承受冲刷和蚀退,并沿洲体冲刷延伸,洲头冲刷的泥沙沿左右汊水流带到下游,洲尾未出现明显冲刷。卵石沙洲以洲头淤积为主导发育模式,泥沙粒径、洲头坡角和分流角是决定淤积速率的关键因子。

近30年湘江中下游典型江心洲演变规律

湘江中下游为典型的分汊河道,现有15个江心洲,江心洲发育与稳定性对河道演变与航道运行具有重要意义。选取衡阳水文站1953-2014年和湘潭水文站1952-2014年实测逐日水沙数据,1987、1995、2002和2015年6个典型江心洲的遥感影像,以及香炉洲和冯家洲分别于1983、1988和2008年的水上水下地形数据,分析了近30年湘江中下游的年际与年内水沙变化,江心洲的面积变化,以及洲头和洲尾的泥沙淤积。湘江下游年径流量变化幅度较小,但1970年代以来输沙量不断减小。湘江来沙集中于汛期,且汛、枯期输沙量有较大差异。1983-1995年江心洲处于发育阶段,洲体的面积与体积持续增加。1995年之后由于上游水库群修建,江心洲出现大幅度的面积萎缩。近20年湘江中下游的江心洲处于不断地冲刷萎缩中,需要采取人工护岸以保护江心洲湿地和维持航道稳定。

大港油田官80断块辫状河储层构型表征

为研究辫状河复合河道砂体心滩坝(对应Miall的四级界面,相当于单一沉积微相级别),以大港油田官80断块为研究区,以枣Ⅲ油组的单层为研究层位,应用密井网信息(岩心、测井、动态资料)、现代沉积和露头测量资料,采用分级描述、模型构建、交叉验证方法,分析河道砂体多级次界面及构成单元的定量几何特征,建立河道砂体构型定量模式,进行砂体构型分析及三维建模,以及研究区储层构型表征与建模,分析深化辫状河储层内部非均质性和剩余油分布,为油田开发动态分析、剩余油挖潜提供更准确的地质依据.

东辛油田营13断块辫状河储层构型模式

为明确辫状河沉积体系不同级别的建筑结构特征,更好地指导开发调整和剩余油挖潜,在河流相沉积界面分级体系的指导下,将东辛油田营13断块辫状河沉积分为6级储层构型界面,并确定3—6级储层构型界面的成因及分布特征。根据储层构型界面的级别不同,通过层序地层学分析、河道砂体叠置模式分析、储层构型要素分类及心滩坝内部解剖等多种方法,将研究区辫状河储层构型模式由大到小划分为辫状河复合砂体、河道砂体、河道砂体内部及心滩坝内部4种不同级别。营13断块东二段发育4期辫状河复合砂体,可以划分为深切大面积叠置型、浅切小面积叠置型、非下切交错叠置型、非下切层状叠置型以及孤立型共5类辫状河河道砂体储层构型模式。在辫状河河道砂体内部发育河道充填、顺流增生、砂质底形、砂席和溢岸细粒沉积共5种储层构型要素,而心滩坝由辫状河河道砂体内部最重要的顺流增生构型要素构成,其内部储层构型呈现明显的顺流加积特征。

长江枝江段凤凰滩现代沉积特征

长江枝江段凤凰滩为一典型的加积型心滩，沉积物自滩头至滩尾为砾、沙、粉沙和泥．滩头发育大中型沙浪、新月形沙垅和舌状沙地；滩中发育大型泥裂；滩尾仅发育小波痕。层理类型以大型槽状和板状交错层为主，层理规模自滩头向滩尾逐渐减小．根据沉积物特征及沉积构造可划分出１６种岩石相类型，它们构成了１０种岩石相组合类型．滩体建筑结构要素分析表明．凤凰滩由纵向砾石坝、纵向前积沙坝、侧向粉沙坝、垂向河漫滩和弧形沙坝５种建筑结构要素组成，其中纵向前积沙坝是心滩的主体．

湘江长沙综合枢纽下游河段典型江心洲演变规律

长沙综合枢纽建成后,对湘江下游分汊河段江心洲演变产生较大影响。选取该河段3个具有代表性的江心洲(甄皮洲、萝卜洲和沙坪洲),通过Landsat遥感影像和1983、2008和2015年江心洲河段的实测地形数据,以及湘潭站多年实测水沙数据,分析近30余年河段内江心洲演变过程及主要影响因素。结果表明:径流量年际变化较小且年内分配趋于稳定,年输沙量呈现周期性波动下降的趋势,1990年代枯水期输沙量相比1980年代同期有所增加。1984-1994年期间,江心洲处于自然发育状态,面积和体积都有所增加,1994-2005年,3个江心洲也均有不同程度的增大。至2009年,江心洲面积继续扩大。2012年后由于长沙综合枢纽的建成运行,下游河段江心洲进一步萎缩。

辫状河储层内部构型精细描述及剩余油分布

以大庆萨北开发区PⅠ3沉积单元为研究对象,纵向上识别出2个超短期旋回层序,平面上划分出心滩坝和辫状河道,并精细描绘出内部夹层分布特征为水平产状、分布稳定性差,仅在小范围内零星分布,多呈孤立的土豆状或窄条带状。辫状河储层平面及层内非均质性中等。在后续水驱开发阶段,剩余油平面上主要存在于微构造高部位、注采不完善部位、辫状河道边部,纵向上主要存在于油层顶部、夹层遮挡部位。研究成果对一类油层聚驱后挖潜具有指导意义。

曲流串沟型江心洲形成机制与演化探讨——以现代松花江为例

曲流串沟型江心洲是现代河流水利学研究关注的重要河流要素,不同于曲流河点坝和辫状河心滩,但在油气储层沉积学研究中鲜有关注。选取现代松花江典型河段,开展基于水动力学的沉积数值模拟,恢复曲流串沟型江心洲的演化过程,建立了曲流串沟型江心洲演化模式。研究结果表明:1)洪水期曲流河发生漫滩冲刷,串沟发育扩张,截弯取直,形成分汊河道及江心洲地貌;2)分汊偏移角、相对梯度优势可用于预测短期汊道存在的稳定性;3)串沟型江心洲形成于曲流点坝残余沉积之上,发育洲头侵蚀、洲尾加积、翼部双侧积,但垂向加积主要发育在顶部,不构成沉积主体结构。通过上述研究建立了曲流江心洲沉积模式,揭示了曲流河江心洲内部结构及分汊河道水动力特征,对现代河流治理和地下河流沉积储层刻画有指导意义。

心滩砂体内部构型及其剩余油分布特征研究

喇嘛甸油田PⅠ23沉积单元为辫状河沉积,主要发育辫状河道、心滩、河漫滩三种沉积微相,其中心滩砂体内部构型相对复杂,控制的剩余油较多。以4-4#站高浓度试验区储层为例,运用Mail提出的储层建筑结构界面分析方法,通过小井距井之间的连井剖面和测井曲线对比定义了6级界面。在沉积模式指导下得出了平面相组合模式,即平面以河道充填和心滩沉积为主。在明确心滩砂体沉积环境及形成机理基础上得出了沉积特征及识别方法,并对心滩内部构型进行了解剖,实现了垂积体追踪与预测。利用试验区内新钻井的测井解释结果,一方面完善了心滩砂体内部构型,另一方面新井解释的含油饱和度,水淹特征等信息直接揭示了高浓度聚合物对辫状河心滩的动用规律,位于心滩内部的新井解释结果表明,心滩中部水淹以高、中为主,而心滩两翼岩性夹层多、渗透性差,低、未水淹比例大,剩余油多。