多坡道的浊流流动及沉积的实验研究

发布时间：2020-11-22 04:32

　　 浊流广泛存在于自然界,是地球上一种重要的沉积物运输方式,而坡度又决定了浊流的驱动力的大小,对其流动与沉积起着重要的控制作用。目前关于坡度对浊流流动及沉积影响的研究并不多,而自然浊流的渠道的坡度范围广,探究坡度对浊流流动及沉积特征的控制作用有着十分重要的理论意义及实际应用价值。本课题利用我们研究室在国家自然科学基金的资助下自行设计制造的可变坡的重力流水槽设备,以连续恒定入流浊流为研究对象,开展了3°、6°、12°三个坡度的浊流实验。3°、6°浊流实验均进行了三次,12°浊流实验进行了两次。3°、6°前两次与12°第一次浊流实验入流体积比浓度C_0=0.006,3°、6°第三次与12°第二次浊流实验入流体积比浓度C_0=0.02。采用声学多普勒流速仪(ADV)测量浊流各断面流速,使用虹吸管等仪器测量浊流剖面的浓度,根据所测浓度、速度计算得到浊流深度平均量、断面比能、密度弗雷德数、整体理查德森数等,利用粒经分析仪(LS-C-ⅡA)测量各剖面沿垂直方向上的粒径分布。各次浊流实验后,观察、测量各坡度浊流沉积底形、厚度并测量每个坡度各剖面沉积物波波峰、波谷的粒径分布。得出以下主要结论:(1)在相同入流量及体积比浓度下,深度平均速度及断面比能随着坡度的增加而增加,深度平均浓度随着坡度的增加而减小,各坡度2 m处最大速度随着坡度的增加而增加;(2)在坡道转换处都发生了水下水跃,其水下水跃强度随着坡度的增加而增强;(3)在相同坡度、入流量和体积比浓度下,坡上平均沉积厚度小于坡下平均沉积厚度,相同入流量及体积比浓度下,坡上沉积物平均厚度随着坡度的增加而减小,体积比浓度为C_0=0.006的浊流实验中3°、6°、12°坡上沉积物平均厚度为1.5 cm、1 cm和0.5 cm,坡下沉积物平均厚度为3 cm、2.5 cm和1.5 cm,体积比浓度为C_0=0.02时坡上沉积物平均厚度为2.5 cm、1.5 cm、1 cm,坡下沉积物平均厚度为4 cm、3 cm和2 cm;(4)随着坡度的增加,坡上沉积物波波高减小,波长增加。低坡度3°浊流实验中,坡上沉积物波波高和波长在1~2 cm和8~9 cm范围内,中坡度6°坡上沉积物波波高和波长在0.3~1 cm和9~10 cm范围内,高坡度12°坡上沉积物波波高和波长在0.2~0.5 cm和11~12 cm范围内;(5)在相同坡度、入流量和体积比浓度下,各剖面沉积物波波峰平均粒径沿程减小,低坡度3°浊流实验中波峰平均粒径从21μm降低到19μm,中坡度6°从28μm降低到24μm,高坡度12°从33μm降低到28μm;(6)坡上沉积物波波峰在同一位置的平均粒径随着坡度的增加而逐渐增大,低坡度3°浊流实验中在2 m、3 m、4 m剖面处波峰平均粒径为21μm、20μm、19μm,中坡度6°为28μm、25μm、24μm,高坡度12°为33μm、30μm、28μm;(7)高坡度12°坡道转换处的各次浊流实验中沉积物下层粒径大于上层粒径;(8)各坡度断面比能只在波折处随浊流厚度增加而减小且变化量随着坡度增加似有增大的趋势;并且本课题首次给出了关于断面比能数值模拟的实验验证。这些实验研究结果对于根据现代观察的地层剖面、地震波勘探剖面以及岩心调查等资料反演沉积地形的成因及推测与之相关的油气资源的储存规模,以及海底灾害防护,地形演变,及污染物的迁移转化等的研究有着一定的参考价值。
【学位单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P736.21
【部分图文】：

2]。浊流的定义首先在 1939 年由 Johnson 提出[3]，之前科学浮颗粒流来定义[4]。其他类型的海底沉积物密度流通常来源于坡度大的陆坡口，陆坡和河口的沉积物在地震等外力的作用下发生水下滑区移动的过程中会与周围环境流体混合，从而形成浊流（如能够输送的泥沙量可达世界所有河流每年泥沙量的十倍以上0 公里宽，传输距离大多数远大于原始滑坡体的运动距离，到上千公里，直达深海盆地。浊流进入深海盆地后，因坡度降低，则浊流本体中泥沙发生沉降，形成泥沙粒度由下向砂质浊积岩。它们在仅 0.3° 的海底梯度上就可以达到 20 m/其他类型的载有颗粒的流动（例如火山碎屑流和雪崩）也，但是要在更陡峭的梯度上才可以[1]。

uma 等（1962）建立的 Bouma 序列及各层序名称和主要多科学家对浊流进行了多次的野外观测，通过记的浊流的流速，证实了较高流速的浊流行为是以脉lker 等（1978）通过对萨斯喀彻温省（Saskatchew的观测，提出了综合沉积扇的沉积模型，此沉积扇[19-21]。80 年代，日本学者 Kazuhisa（1989）在北浊流流速、悬浮颗粒物浓度来研究浊流的流动特性的影响，导致了旧河道的蜿蜒曲折[22]。90 年代以浊流的野外观测有了很大的发展。Zeng 等（1991谷（Bute Inlet）海底形态、沉积物分布进行观测，athko and Southgate rivers）因外界因素干扰而携带深水处迁移，它们在一个通道内向下移动约 30 公

（2015）野外观测的南海沉积物波区三维示意图（图中红色标识为可观察到沿垂直于主流流向的沉积物波走向分布）[32]（2018）在南海南部海域发现了一个巨大的海底滑坡，由海底滑坡引起的软沉积物变形，软变形沉积物波是海底滑
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本文编号：2894126