地质原型模拟参数

3.1　地质原型模拟参数

3.1.1　地质原型的物理模拟方案及参数

基于陆内克拉通盆地自身独特的充填特征，以鄂尔多斯盆地东北部山西组山2段地层作为模拟的地质原型，设计相应的物理模拟实验参数。

3.1.1.1　物理模拟实验区域

3.1.1.2　实验装置使用及比例确定

实验装置长16m、宽6m、深0.8m，距地平面高2.2m，盆地前部设进（出）水口1个，两侧各设进（出）水口两个，用于模拟复合沉积体系，尾部设出（进）水口一个。整个盆地采用混凝土浇铸，以保证不渗不漏，并能够保证实验过程不受天气变化的影响和有利于采光。盆地四周设环形水道，便于测量分析研究，还建立了平面坐标系。长槽两侧铺设导轨，测桥架在道轨上，顺Y轴可按需要移动，主要用于测量底形边界和砂体表面的纵横起伏变化（图3-3）。

图3-1　重点研究区位置图

图3-2　重点研究区范围及重点井分布

X方向使用6m，比尺为1∶10 000；Y方向使用10m，比尺为1∶10 000；Z方向厚度比尺为1∶250；本实验为一变态模型，变率η＝40。

具体实验时，物源置于实验装置西端，其中Y＝0～3m作为老山区，不计入有效测量范围，Y＝3～13m为每次有效测量范围，Y＝13～16m作为深湖区，不计入使用范围。

3.1.1.3　加砂器的位置及加砂方式

实验装置纵向长16m、横向宽6m，北部物源加砂器置于出水口下游3m处，控制流量一定，加砂量一定。Y方向有效使用范围为3～13m，X方向的有效使用范围为0～6m。

3.1.1.4　原始底形设计

北部物源：Y＝0～3m为固定河道区，Y＝3～4.5m为非固定河道区，Y＝4.5～6m为入湖喇叭口区，Y＝6.0～7.5m为入湖斜坡区，Y＝7.5～14m为湖区，入湖斜坡区坡降为0.52%，约0.3°，湖区地势极其平缓（图3-4）。

图3-3　沉积模拟实验装置平面图

图3-4　沉积物理模拟实验初始底形

A.原始底形；B.沉泥后底形

3.1.1.5　模拟层位

据鄂尔多斯东北部晚古生代山2段各层序所对应的沉积厚度划分，自下而上依次为SQ1、SQ2、SQ3。模拟依层段分为三期，根据实验各阶段所持续的时间来调整其中的湖水位值。

3.1.1.6　加砂组成

分析目的层位物源组成，总体砂泥含量相近，其中砂体主要由中砂、细砂及粉砂组成，含少量粗砂和砾，考虑实验的可操作性，水流的搬运能力，北部物源加砂组成见表3-1。

表3-1　北部物源加砂组成（体积%）

3.1.1.7　流量、水位控制

整个实验在物源方向保持流量稳定在1.0L/s左右（属中水范畴）。实验依据各阶段所持续时间来调节湖水位值，以拟合图2-1中湖平面的变化，期间使用内循环水流辅助调整湖水位的变化。

3.1.1.8　河道造型设计与河岸组成

由于平原上河道相对固定，河道间应保持相对长的稳定时间。因此，平原上河岸用砖固岸。河岸外侧与底形自然过渡。

表3-2　北部物源河道造型与河岸组成

3.1.1.9　对比标准

实验结果用露头调查成果来检验，分不同微相切片测量砂体厚度、宽度、宽/厚比、砂体面积、层序分布等参数，并与原型同类参数相比较。

3.1.1.10　实验条件及水动力参数

实验过程中根据河道迁移变化的特点，以及自然界河流洪水、中水、枯水的流量比例，设计河流洪水、中水、枯水的主要控制的水动力参数，包括流量、历时等。实验分为3轮，不同轮次的实验主要水动力参数变化控制范围如表3-3所示。

表3-3　地质原型实验条件及水动力参数表

3.1.2　地质原型的计算机模拟参数

据地质原型，设定不同的模拟参数，模拟周期为280～270MaBP，模拟层位为山2段SQ1、SQ2、SQ3三个层序，SQ1、SQ2以及SQ3间的地质时间界限分别为277.75MaBP与273.5MaBP。其中，地形参数，克拉通盆地地形平缓，鄂尔多斯盆地东北部山西组古地形坡度小于1^o（梁积伟、李文厚，2006），本次模拟通过研究区重点井位的钻井资料进行厚度校正，设置盆地形态，如图3-5（a）所示，其中盆地坡度为0.1°～0.3°；构造参数，克拉通盆地构造活动为整体升降，盆内构造活动很弱（孟祥化、葛铭，1990；何登发等，1996；薛叔浩等，2002；Yang et al.，2005），可以不考虑构造活动的影响，因此本次研究未设定构造活动参数；湖平面变化参数，根据前人总结研究区的湖平面变化曲线（杨仁超，2002），并结合山2段的岩性组合特征及旋回性变化（Zhu et al.，2008），设置湖平面变化曲线，如图3-5（b）所示，湖平面曲线存在有三期长期水进、短期水退旋回，分别对应于SQ1、SQ2、SQ3三个层序。其中280～278.5MaBP为第一个水进阶段（SQ1层序），277.75～274.75MaBP为第二个水进阶段（SQ2层序），273.5～271.5MaBP为第三个水进阶段（SQ3层序），其间的水退过程所持续的时间呈现为逐步递增趋势。在水进过程中，第二个水进阶段所对应的上升速率最小，第三个阶段所对应的上升速率最大；水退过程中，第二个水退阶段所对应的下降速率最小，第一个阶段所对应的下降速率最大，整体湖平面变化与原型关联较好。结合原型的盆地形态与沉积厚度，在沉积供给速率相对稳定的条件下调整、设置砂泥的供给速率，如图3-5（c）、（d）所示，设定为0.00 018km²/ka，其供给速率极为缓慢，符合克拉通盆地的沉积供应特征。

图3-5　地质原型模拟参数