弯曲海底峡谷中浊流的三维流动及沉积的初步研究

海底浊流的运动及其沉积,是目前浊流研究的热点之一。根据经过验证的基于雷诺平均纳维尔—斯托克斯方程及浮力项修正k-ε湍流模型的三维数值计算模型模拟了海底弯曲圆弧形峡谷内的浊流的流动和沉积,结果表明:(1)浊流在运动过程中由于对环境水体的夹带厚度不断增加,浊流厚度一般会超过峡谷深度,溢出峡谷,使浊流产生密度和动量损失;(2)浊流到达弯道部分后,由于离心力的作用会产生剥离,溢出更多的浊流至漫滩区域。浊流剥离的最大处为弯道顶点外岸下游处,其过量密度可达入流的37.5%;(3)对于模拟的横剖面为圆弧型的峡谷内的浊流来说,弯道顶点处的二次流在底部形成一个顺时针的循环圈,靠近峡谷底部从外岸指向内岸;(4)在峡谷中间及弯道顶点内岸下游处形成沉积,在弯道顶点外岸下游处形成侵蚀。这些特征对根据浊流的沉积观察推测其形成环境及油气储层的调查等方面有一定的参考意义。

海底浊流在坡道转换处的流动及沉积的数值模拟

根据一经多项试验数据验证的基于三维不可压缩流体Navier-Stokes方程和湍流k-ε模型的重力流数值计算的数学模型,模拟并分析了单粒径沉积物的海底浊流沿不同斜坡流至近似平坦坡的流动及沉积特征。模拟结果显示了有关海底浊流的一些重要特征:连续入流的浊流在斜坡上的流速随着斜坡的增大而增大,同时浊流厚度由于对环境水体的夹带而渐渐增厚,坡度越大,增厚越快;流至近水平坡时,流速均有明显的降低,但大斜坡入流依然保持相对较高的流速。在沉积方面,初步的模拟结果显示对给定的沉积物来说存在一相对应的临界坡度:当坡度小时,坡上沉积多,坡下少,这样整体的坡度有逐渐增大之势;当坡度大时,坡上沉积少或为侵蚀,而坡下沉积相对较多,坡度有整体减小之势。了解了不同坡度转换的浊流沉积的上述特点,对于我们根据实测的浊流沉积的剖面特征推测其形成的环境,进而推测相关油气储层的分布状况会有一定的参考作用。

突然释放型浊流在不同坡折渠道中的流动与沉积

应用雷诺平均纳维尔—斯托克斯模型模拟探讨了等量突然释放型浊流在流经不同坡折渠道的流动及沉积特性,取得如下主要结论:随着底坡增加,浊流流速增长率因卷吸作用的增强而减缓;浊流深度平均速度和浓度形态相似,头部大且向尾部呈线性下降;在小坡折处产生沉积,沉积最厚处离坡折处不远且上下游平均粒径相差不大,往下游厚度呈线性减小;而在大坡折处产生侵蚀,随着坡度的增大侵蚀增加,沉积最厚处离坡折处较远且上下游平均粒径相差大,形态上呈上拱状。这些认识对于根据浊流沉积特征推测其形成环境具有一定的参考作用。