河口拦门砂的成因和演变规律,应考虑()和涨落潮流路不一致对水流动力的影响。
A、贴堤流
B、绕堤流
C、水流扩散
D、水流流向
【正确答案:C】
在河口区由于河流入海后水流扩散、坡度减小,又受海水作用的影响,使所携泥沙在主泓线两侧和前端形成弧形的堆积体,称“河口沙坝”。沙坝的形成又使河流分流,出现汊道,新形成的汊道又在口门附近产生新的沙坝,汊道再次分流。由于泥沙落淤使沙坝不断增长,使河流三角洲逐渐地向海延伸,所以河口沙坝的演变就是河口三角洲的发育过程。
河口沙坝沉积相模式主要取决于河口区特有的动力和沉积因素。河口区水动力有:①双向水流,由河川径流和潮流结合而成。河川径流是单向水流,有洪、枯季的变化。潮流在河口区为往复流,有涨落潮和大、中、小潮的周期变化。涨潮流与径流的方向相反,对河流下泄径流起顶托作用;落潮流与径流的方向一致,它的流量、流速是两者的叠加。因此,涨潮流速一般小于落潮流速。
②盐淡水混合,河水和海水的含盐度、含沙量、密度均不同,它们在河口区混合后影响河口的动力结构和沉积过程。根据其混合指数η(即一个潮周期内的径流量与涨潮进潮量的比值),分为3种类型:a.弱混合型(盐水楔型)河口,η≥0.7b.缓混合型河口,η=0.2~0.5;c.强混合型河口,η≤0.1。
③波浪作用,在波浪能量较高的河口,波浪作用使河口流出物迅速扩散和沉积,当波射线与岸线斜交时,则促进河口沙嘴的形成和河口的偏转。
在河流径流作用为主的河口,河口水流的扩散主要受惯性力、摩擦力和浮力的影响。在惯性力起支配作用的河口,水流扩散的展开角小,泥沙的横向扩散和沉积被限制在一狭窄的区域内,形成狭窄的后坡较缓、前坡较陡的新月形沙坝。
当河口向海侧较浅时,湍流扩散受抑制,摩擦力起主导作用,从而促进水流的减速和横向扩散,结果在河口形成河口心滩和出现河口分汊,同时在河口两侧形成水下天然堤。当海水从河流淡水层下面潜入河口,河口存在垂直密度分层,则浮力起主导作用,形成狭长的河口沙坝。这种在横向上受限制的拦门沙表现为指状沙坝,沙坝的顶端位于向海方向约4~6倍河道宽度处,河道两侧发育水下天然堤。
②在潮流作用为主的河口,河口的水流和泥沙随涨落潮流往返运动,结果形成沙坝和线状潮成浅滩。
在波浪能量较高的河口,波浪作用促进河口流出物的迅速扩散和减速,在口外附近形成新月形沙坝,同时在河口两侧形成冲激坝;如有斜向入射的波浪或沿岸流,则使河口沙嘴和河口发生偏转。
入海河流河口区既有河流动力作用,又有海洋动力作用,既有物理过程,又有咸淡水混合等化学过程,这些作用又随着时间和空间位置的不同而发生变化,因此,其水动力条件十分复杂。
1.双向水流
径流和潮流结合形成的双向水流是潮汐河口水动力的主要特点。河流向下流动,其水量有洪、枯季变化,潮流则是上下往复流动,有日变化和季节变化。径流和潮流互相接触形成了不同组合。涨潮时,潮流和径流流向相反,二者的作用相互抵消使水流流速降低,导致侵蚀能力减小,加剧堆积。落潮时,潮流和径流流向一致,水流流速增大,特别是在洪水期尤为明显,导致河口冲刷能力增强。因此,河口区的侵蚀和堆积作用过程相当复杂。一般而言,落潮潮流对河口区河床的塑造更为重要,少数强潮河口也可以涨潮潮流的作用为主。
2.咸淡水混合
进潮量与径流量之比是决定河口湾类型的主要因素。当河流流量较大时,淡水层向海流动,并以明显的界线与下层的盐水分开。潮流作用增强,将破坏咸淡水之间的界面,使咸淡水混合,产生混合带。潮流继续增强,咸淡水混合异常强烈,以致表、底层盐度无明显变化,此外河口湾内径流和潮流的互相作用还受河口湾的大小和科氏力的影响。若河口湾狭窄,科氏力的影响可以忽略不计,但在宽广的河口湾内,这种影响则必须考虑。主要的混合和环流类型有以下几种。
(1)咸淡水高度分层
当河流的作用占显著优势时,河口湾内出现盐水楔,即海水沿底部侵入河口,表现为楔形,上部淡水向海流动。若无摩擦力的影响,咸淡水之间将是一水平的内部界面,然而,实际上咸淡水之间存在微小的摩擦力,因而界面上发生紊动和水体混合。在宽广的河口湾内,科氏力的作用常使界面向右偏转(北半球面向海洋的观测者)。
(2)咸淡水部分混合
如果上层淡水的流动速度超过一定数值,咸淡水界面上的内波发生破碎,造成盐水向上层微小流动,致使上层淡水的盐度增高。根据理论推导和模拟实验,盐水向上层流动使上层流量增加,流速加快,而其水层厚度保持不变。下层海水缓慢溯河而上,以补偿向上层流动的损失,因而其盐度保持不变。事实上,不仅下层海水进入上层,而且淡水也进入下层,界面成为一个盐度梯度很大的过渡带,称为盐跃层。混合作用主要发生在盐跃层内。
(3)垂直均匀混合
如果潮流作用增强,从而使垂直盐度梯度消失,上下层混合均匀。实际上,由于科氏力的影响,在平面上河口湾的两侧仍然保持盐度差异:涨潮流入湾内的高盐水体偏向湾的左侧(北半球面向海洋的观测者),向海流动的低盐水偏向湾的右侧。
(4)河段均匀混合
潮流继续增强,河流作用微不足道,这时不仅垂直盐度梯度消失,而且河口湾两侧盐度的差异也消失,然而,自湾顶到湾口盐度仍有一定程度的差异。
3.波浪作用
河口区的外动力作用以波浪的能量最大,波浪对河口地区的沉积和地貌塑造都有很大影响。波浪可以使河口泥砂发生堆积,促进河口砂嘴的生长,也可以侵蚀岸滩、改造河口区的砂岛和三角洲形态。波浪作用在口外海滨区形成的水下砂坝和离岸堤等环境,也有利于泥砂的沉积。
( 一) 砂体宏观展布规律
牛庄洼陷沙二段砂体在形成的控制因素上具有 “古水深控相、古水流控砂”,砂体在展布上具有 “平面弱分带、纵向显分期、早进晚退”的变化规律。
1. 古水深控相
牛庄洼陷沙二段尽管总体古水深较浅,但是水深对相和亚相的控制是非常明显的。
首先,在沉积相上,准层序组Ⅲ -1 沉积时期湖盆处于快速湖进时期,湖水深度相对较大,陆源物质的供应相对其他准层序组来说还是较弱的,因此三角洲的范围相对较小,在三角洲朵叶体之间浅湖 - 支流间湾沉积相对较常见。往上到准层序组Ⅲ -2 沉积时,湖水在达到最大湖泛面后开始快速湖退,水深变浅、三角洲推进的速度加快,导致在研究区平面上几乎全被三角洲沉积所覆盖。而到了准层序组Ⅲ -3 沉积时期,湖水退却,多数位置由湖变陆,沉积相类型也主要为河流 - 三角洲相沉积。
其次,在沉积亚相和微相上,准层序组Ⅲ -1 沉积时的西部水深较大,在沉积亚相上除出现大量的三角洲前缘分流河口砂坝沉积之外,还出现较多的三角洲前缘远砂坝沉积以及前三角洲沉积而在该剖面的中部及东部,远砂坝及前三角沉积则出现很少。准层序组Ⅳ -1 沉积时处于层序Ⅳ的低位时期,古水深较小,砂体沉积类型以三角洲前缘为主,到准层序组Ⅳ -2 沉积时研究区开始进入湖侵域,随古水深的增加三角洲前缘砂体呈现后退的趋势,前三角洲及浅湖沉积相应交替发育。到了准层序组Ⅳ - 3 沉积时,水深相对增大,加上陆源物质供应相对不足,三角洲成因的砂体继续后退,浅湖滩坝沉积的含量则明显增加。
2. 古水流控砂
区域古水流背景控制了区域物源的供应方向和供应方式,而局部水流背景则控制了研究区砂体的展布方向和展布方式。沙二段沉积时期,区域古水流背景都是由东向西以及由南向北,层序Ⅲ沉积时期,局部水流方向和区域水流方向相一致,导致从准层序组Ⅲ -1 ~ Ⅲ - 3 砂体展布方向基本都沿由东向西或由南向北的方向成长扇形或长条状分布而层序Ⅳ沉积时期,受古水流方向的影响,该层序中所包含的几个准层序组中,三角洲成因砂体的展布方向都变为由南向北由于滩坝砂体的形成和三角洲前缘砂体有密切的联系,因此在准层序组Ⅳ -3 中,滩坝砂体呈现受三角洲前缘沉积明显影响的特征,滩坝砂体的展布也相应地具有受三角洲分布范围影响的特征。
3. 平面弱分带
研究区沙二段古沉积环境浅水及物源供应充足的特点,决定了湖盆以三角洲为最主要的沉积体系进行快速充填,在这种情况下三角洲呈现多分叉状或指状快速向西推进,并且各期朵叶体之间在平面上相互叠置。因此砂体在大致相同的沉积时期内,砂体间的分带性并不明显,表现在工区范围内岩性、空间展布上基本上没有明显的差别。在各个准层序组中除Ⅲ -2 能大致分出朵叶体以及Ⅳ -3 能够大致确定南部以三角洲前缘砂体为主,往北则主要为滩坝沉积之外,其余准层序组的砂体 ( 特别是分流河口砂坝砂体) 之间基本都具有相连成片的特征。
4. 纵向显分期
在准层序级及准层序组级的层序地层单元中,每一个单元都包含了一期或若干期湖平面的升降运动,而在每一次升降运动的早期,湖水快速上升,水深加大、物源供应相对不足,晚期水深相对稳定,物源也相对充裕,因此导致在沉积物分配上出现下部泥多砂少、上部泥少砂多的现象,各种不同级次旋回在剖面上的叠置,导致砂体在纵向展布上出现了分期性。这种分期性在研究区的格架剖面上都显示的较清楚。
( 二) 水道型砂体及分流河口砂坝砂体的空间展布
牛庄洼陷沙二段水道型砂体及分流河口砂坝砂体是最主要的砂体成因类型,为了进一步弄清这些成因类型砂体的空间展布特征,选择资料较丰富的王 3 区块中钻井最为密集的王 3—王 14 小区进行解剖性研究。
王 3 区块的水道砂体类型主要是曲流河三角洲平原分流河道、三角洲前缘水下分流河道、分流河口砂坝砂体等,后者在该区块相对发育较差。
1. 曲流河三角洲平原分流河道
水道的深度及宽度控制着其形成砂体的厚度及宽度。水道愈深,形成的砂体愈厚。对于古代的水道,通常都用它所形成的砂体的厚度代表水道的深度。水道的宽度也是控制砂体宽度的重要因素在水道没有明显的侧向迁移的情况下,水道砂体的宽度与形成它的河道宽度相同当水道有侧向迁移时,则砂体宽度大于水道宽度增宽的程度,取决于侧向迁移的距离。王 3 区块沙二段的分流河道,特别是水上分流河道,一般侧向迁移不明显,故砂体的宽度基本上代表了分流河道的宽度。
统计结果 ( 表 6 -1) 表明,王 3 区块王 3—王 14 小区所发育的分流河道深度的变化范围约为 1. 9m ~ 11m,以 3 ~ 7m 最为常见,平均值为 4. 9m。其宽度的变化范围为133. 3m ~ 1500m,以 300 ~ 800m 为主,平均 481m。宽厚比值变化范围 18. 6 ~ 314. 3,以50 ~ 150 为主,平均值 106. 2。
表 6 -1 王 3—王 14 小区曲流河三角洲平原典型分流河道砂体参数统计表
续表
续表
续表
2. 曲流河三角洲前缘水下分流河道
这是研究区另一种最重要的砂体成因类型。在王 3—王 14 小区或整个王 3 区块,水下分流河道砂体在各砂层中均有不同程度的发育。
( 1) 水道深度及宽度。选择典型的水下分流河道测量的宽深参数列于表 6 - 2 中。与三角洲平原分流河道相比,水下分流河道的河深与其接近,平均宽度较前者要大一些,宽深比也有所增加。
表 6 -2 王 3—王 14 小区曲流河三角洲前缘典型水下分流河道砂体参数统计表
续表
续表
续表
由表可见,水下分流河道深度的变化范围为 2m ~13m,以 3 ~8m 最常见,平均值为5. 0m。宽度变化范围 114. 2m ~ 1600m,以 400m ~ 1000m 较常见,平均值 536. 2m。宽深比变化范围 27. 5 ~425,以 70 ~140 为主,平均值 114. 2。同样,剔除那些沿东西方向延伸的水下分流河道以及由于砂体的侧向迁移而连片分布水下分流河道,对测得的砂体作回归分析,得到回归方程:
y = 99. 937x + 37. 841
上述方程反映了该区块曲流河三角洲平原分流河道及三角洲前缘水下分流河道砂体的宽度比关系。
( 2) 水道延伸方向。三角洲前缘水下分流河道是三角洲平原分流河道在水下的延伸,其流向沿袭了平原分流水道的走势,仍为向北占绝对优势,其次为北西向和北东向,但也有一部分为东西向 ( 表 6 -2) 。水下分流河道的弯曲程度与水上分流河道的相差不大,部分小层显示比水上河道弯曲程度有所降低。
( 3) 水道形成的环境。该区块在沙二段沉积期间湖泊水体很浅,湖底也相当平坦,故水下分流河道的流向也会因局部起伏而发生弯曲。另一方面,作为河道基底及 “岸边”的先期沉积的粘土物质因饱含水,其固结程度比水上的河岸泥质沉积物差,故河道侧向迁移比水上容易一些。在某些小层中,水下分流河道因侧向迁移而使砂体宽度增大,以至于相邻水下分流河道砂体侧向相连,不再显示近南北向带状分布的特征。
3. 曲流河三角洲前缘河口砂坝
王 3 区块发育的分流河口砂坝的规模不等。就分布面积来讲,大者 4km ×2km,小者1. 5km × 1. 5km其砂体厚度,通常中心部位可达到 8 ~ 10m,厚者超过 12m,自中心向四周厚度有所减薄。
河口砂坝一般位于水下分流河道末端的外侧,呈席状分布。由于分布规模较小,故未对其进行回归分析。
河口砂坝的分选较好,粒度适中 ( 以细砂为主) ,是良好的储集层。因为它与水下分流河道密切共生,故在勘探实践中,在寻找水道型砂体的同时,要注意寻找水下分流河道末端外侧的河口砂坝储集体。