深海疏松沉积物变形模拟仪器研究.pdf

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1、第17卷第1期重庆科技学院学报(自然科学版)2015年2月深海疏松沉积物变形模拟仪器研究王浩宇易雪斐李康李君(长江大学地球科学学院油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北荆州434023)摘要：疏松沉积物变形构造是指深水沉积砂体受到外界的触发，并在一定条件下形成超压，致使上覆弱渗透性沉积物发生破裂，砂体以流化和液化的形式向周围沉积物侵入。目前可通过露头和地震资料识别了各种疏松沉积物变形构造，然而，对于这些变形构造的形成机制的认识还很有限。设计了一套模拟疏松沉积物变形的实验装置，该装置可模拟砂岩液化、流化、变形、侵入的完整过

2、程，对于探讨非黏结性的层状地层中疏松沉积物的形成机理提供很好的技术支持。关键词：非黏性；露头；流化；疏松沉积物中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1673—1980(2015)01—0081—04国内外学者通过近20a的研究对疏松沉积变形过程，本实验实现了多层平坦地层中的水驱流化形构造有了进一步的认识。通过野外露头、岩心和作用的疏松沉积物变形的模拟，为了将问题简化，使地震资料发现了大量的变形构造，它们出现在不同用了非黏结性材料，在2个粗粒层中夹一个细粒层，年代不同沉积环境中。这方面的研究也已经成为沉这样的实验设计

3、可以很好的与砂岩侵人体发生的环积学领域的研究热点]。并且这些变形构造多出境相对比，以尽量接近地下真实条件。现在砂岩中，因此与疏松沉积物相关的各种特殊构1实验原理造对于油气勘探的意义重大，这成为岩性油气藏勘探的一个前沿领域。1．1流化作用沉积模拟研究始于19世纪末期，经历了以现象流化作用是指颗粒间孔隙压力增大，并且颗粒观察描述为主的初级阶段、以底形研究为主的迅速间摩擦力减小而使固体转变为流体的过程，同时流发展阶段及以砂体形成过程和演化规律为主的湖盆速足以搬运流体中的颗粒。当Re<20时，单层中粒砂体模拟阶段。模拟实验有浊流模

4、拟实验、风洞模径统一的颗粒的最小流化速率()可用下式表达：拟实验及风暴模拟实验等。沉积模拟研究成果推动了不同学科的交叉与繁荣，促进了实验沉积学的飞Umf=㈩速发展，奠定了现代沉积学的基础。但在沉积模拟式中：P一颗粒的密度，kg／m；P一流体的密度，研究中，针对地质流化过程的研究很少J。Lowe最kg／m；g一重力加速度，m／s；d一粒径，mm；一先开始研究流化作用，并提供了流化作用实验的描颗粒的直径，mm；一流体的黏度，mPa·s。述。更多的研究关注的是单层材料中的流态，双层当水作为流化介质时，流化是均匀的或散式流介质中的

5、流化门限值的变化，薄层沉积物中泄水和化。当(表面流动速率)超过，并且颗粒被携泄气构造的比较以及纯气驱流化作用。而且沉积模带到流体中，向上搬运到颗粒层的自由面时，发生淘拟实验本身存在很多问题，比如实验时忽略了粉砂析。当达到最小流化速率时，岩层的有效应力和剪和砾的沉积作用、忽视了非均质流及非稳定状态的切强度消失，整个系统的压力梯度增大。水力破裂影响、对砂体规模和延伸的定量预测不够、对实际应用考虑不多等等。处(出现流化构造)的水力梯度(无量纲)定义为临为了更好的说明地质条件下的疏松沉积物的变界水力梯度i：收稿日期：2014—05

6、—15基金项目：国家“十二五”重大专项(2011ZX05023—002)作者简介：王浩宇(1990一)，男，长江大学在读硕士研究生，研究方向为沉积学及储层地质建模。·81·王浩宇，等：深海疏松沉积物变形模拟仪器研究G一1．，^、裂缝和水平裂缝，砂岩侵入到这些裂缝中分别形成c一．ⅢJ)／世制岩墙和岩床。式中：G一颗粒的相对密度；e=∞，叼等m于叼_。压力n孑L隙度。压实本次研究的实验利用了人工制作的沉积物(玻流体璃球)，这样粒径分布就比典型的非黏结性沉积物要窄得多。Lowe给出了U随粒径变化的关系图(图1)。可见粉一细砂岩最

7、容易发生液化变形。．确：，图2砂体埋藏时其孑L隙流体压力的变化过程＼＼、2实验装置一松散沉积物实验模型见图3。。_、罄一O．O1I．．O．oolO．O1O．11．010100泥一粉砂一砂一砾岩一——颗粒直径／mm图1最小流化速度和沉积物流化范围随粒径的变化1．2变形过程疏松沉积物变形的一般过程为：形成超压一盖层水力破裂一流化一侵入J。目前，研究者一致认为超压是疏松沉积物变形的一个必备条件。只有存在超压，砂体才可以有足够的能量保持弹性张力，并且克服内摩擦力维持砂流的向上流动。对地层进行应力分析时，一般涉及到地静压力(上覆压力

8、)、流体压力、破裂压力、有效应力等。当地层压力大于静水压力时就会形成超压或高压。差异压实、地震引发的液化、流体的加入、压力传递等都可以形成超压。不同的地质条件会导致不同的应力变化过程(图2)。实际地质环境中，超压的形成通常是多种因素综合作用的结果，单一因素甚至几种增压机制的共同作用都很难形成极高的1一沉