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科普服務場所及設施——沉積模拟實驗室

時間:2024-04-17   來源:    訪問量:

上個世紀,我國油氣勘探開發形勢對定量沉積學、儲層沉積學提出了一些急待解決的實際問題。對此,1985年以後,許多沉積學家積極呼籲建立我國的沉積模拟實驗室,推動我國沉積學理論的發展。這一實驗室的建立也是理論研究轉化為生産力的重要手段,是與世界範圍内油氣勘探開發中以儲層為主攻目标的動向相一緻。于是隸屬于中石油油氣儲層重點實驗室的湖盆沉積模拟實驗室于1998年在位于荊州的江漢石油學院建成(圖23)。該實驗裝置長16m,寬6m,深0.8m,池壁設有5個出(進)水口,池壁外圍設有環形水道,配有42.5m×2.5m的活動底闆、測橋驅動定位系統、圖像處理系統、流速流量測量系統等,為亞洲最大的沉積模拟實驗室。

經過20多年的運行後,荊州校區的湖盆沉積模拟實驗室已不能适應理論發展和生産實踐的要求,2021年永利6774app手机版官网在武漢校區啟動沉積模拟實驗室重建工作,并命名為沉積模拟及環境生态響應實驗室,該實驗室為中國石油油氣儲層儲層重點實驗室永利6774app手机版官网沉積過程模拟實驗室(圖23),由大型沉積模拟平台和玻璃水槽兩部分構成。

江漢石油學院時期和永利6774app手机版官网時期的沉積模拟實驗室

1)大型沉積模拟平台的特色與功能

實驗池規模為世界沉積模拟實驗室中最大。實驗池長30m,寬12m,深1m,面積360m2(圖24),池壁設有多個出(進)水口,池壁外圍為0.5m寬的環形水道。該平台可以整體做大型實驗,也可以根據實驗需要,分隔成不同的區域同時開展中型和小型實驗,可模拟不同規模的單物源和多物源的盆地沉積、大範圍的細粒沉積,也可模拟長距離的河流沉積。

永利6774app手机版官网(武漢校區)沉積模拟實驗室内景

活動底闆系統獨一無二。活動底闆由20塊正方形不鏽鋼底闆構成,底闆總面積為80m2。各底闆之間用防水膠皮連接,每塊底闆之下由4個絲杆升降機支撐(圖3)。每塊底闆可單獨升降、傾斜,最大行程為上升20cm、下降60cm,單邊傾斜角度可達25°,對角傾斜可達18.9°。各塊底闆在軟件的控制下整體變形,可模拟單斷陷、雙斷陷、陷、隆起、斜坡等地形地貌(圖25)。

活動底闆系統的支撐結構和模拟的陷湖盆

檢測系統國内領先。有沉積體幾何形态檢測子系統、全局影像采集子系統、沉積體高清圖像采集子系統、沉積模拟大數據管理與可視化子系統、數據采集控制與處理子系統等,能實現沉積體表面與剖面多幅圖像自動拼接、沉積體表面圖像立體化和沉積體三維重構(圖26)。

檢測系統

大型沉積模拟平台主要功能是由其技術原理決定的。沉積模拟技術是基于相似原理,在實驗室中通過控制邊界條件,按照一定的比尺再現地下沉積體的形成過程,并解剖其内部結構,分析其成因,以此為基礎建立數值模型,為沉積學理論創新、油氣勘探開發攻關提供了一種從動态、正演、全景、數據化的角度研究問題的技術手段。沉積模拟實驗主要是在實驗室内再現油氣儲層沉積體的形成過程,研究其展布規律,主要從事沖積扇、河流、三角洲、重力流以及細粒沉積方面的沉積過程模拟,并具有一定地質災害模拟、水利工程模拟的功能。

2)玻璃水槽的基本特征與功能

玻璃水槽長15m,寬0.8m,深1m(圖27),能夠變坡,最大坡度,設有加沙裝置、泥漿攪拌罐和尾門,配有流速計、濃度計和影像采集系統。主要功能是開展牽引流、重力流的沉積機理研究。

玻璃水槽全景

(3)實驗室承擔的實驗任務

承擔過大慶油田、勝利油田、大港油田、長慶油田、新疆油田等的橫向科研項目百餘項,承擔國際自然科學基金50餘項,解決了油田勘探開發過程中一系列理論和生産問題,如退覆式淺水扇三角洲沉積模拟、大面積砂岩的形成機理研究、淺水三角洲的形成機理研究、砂質碎屑流的沉積演化過程、陸源有機質的沉積模拟、細粒沉積的沉積機理與分布等(圖28)。

代表性實驗

4)取得的成果榮譽

依托該實驗室,發表高級别論文130餘篇,出版專著10部(圖29),獲得國家級、省部級科技進步獎15項(圖30),培養了院士候選人高振中教授、張昌民教授的碎屑岩儲層研究團隊、何幼斌教授的深水沉積團隊,胡明毅教授的碳酸鹽岩儲層團隊,獲得國内著名院士及美國、日本、挪威專家的一緻好評(圖31)!

代表性專著

國家級和省部級獎勵

國内外專家題詞

5)可開展的科普内容

活動底闆變形可形成雙斷陷、單斷陷、斜坡、陷、隆起等主要的地貌形态,可通過活動底闆變形和動畫演示,向非專業人員科普地形地貌的變化,理解基本的地形地貌成因,結合沉積過程,可科普自然界中盆地的形成與演化過程。

通過造浪造潮裝置的展示,可向非專業人員科普波浪和潮汐的形成,以及波浪、潮汐環境中水體運動的基本特征。

通過玻璃水槽的牽引流實驗,可向非專業人員科普沙礫在流水中的搬運的幾種基本狀态(圖32)。

玻璃水槽中的泥沙運動

通過玻璃水槽的重力流實驗,可向非專業人員和專業人員科普水下看不見的重力流運動特征(圖33),揭示大洋、大型湖泊底部不為人知的秘密。

玻璃水槽中濁流的運動特征

6)可開發建設的科普項目

Table stream(圖34)是一個将沉積模拟平台縮小到台球桌大小的沙盤模型,配有小型的供水系統、沉砂池和砂子、礫石等,可通過動手操作向中小學生科普河流湖泊的演化過程及沉積模拟的相關知識,培養其對沉積學的興趣。

Table Stream的沙盤模型(圖片來自網絡)

3D沙箱模型(圖35)中的地表起伏形态,可通過3D照相機和數字投影儀賦予特殊的地貌含義。可通過親自動手操作,向大中小學生和非專業人士科普地貌形态相關的知識。


3D沙箱模型(圖片來自加利福尼亞大學)

左圖:沙箱上方懸挂的是3D照相機和數字投影儀,右圖: 3D照相機和數字投影儀開啟時顯示的火山、火山湖泊及周邊湖泊




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