深水水道是沉积物“源-渠-汇”系统中的重要单元,其通过浊流将数十亿吨陆源碎屑物质输送到数百公里外的深水环境并形成巨量沉积物,已成为深水沉积体系研究的热点和难点。深水水道中的浊流在流动过程中常常受到地形限制产生的外力(如水道形状和内部结构变化引起的地形对流体的作用力)影响,外力作用会导致流体动量不平衡,进而改变水道内流体结构,形成二次流。普遍存在于弯曲水道中的二次流是由顺流的旋转作用引起的,它强烈地影响水道内沉积物的侵蚀和沉积作用,是水道动力学演化和沉积结构的根本控制因素。然而,目前对复杂外力具体如何影响流体内部结构尚不清楚,特别是不同流体结构如何决定弯道的泥沙搬运、沉积物平面展布和垂向叠置关系以及侵蚀改造作用等问题都有待解答。尤其是沉积砂体的平面展布和垂向连通性又严重制约着深水油气勘探,因此,急需深入研究深水水道内浊流沉积过程和流体机制,以揭示不同流体结构作用下沉积物分布和充填特征,达到预测深水油气储层的目的。本论文在充分借鉴前人研究成果的基础上,综合利用岩心、测井、三维地震、地球化学分析等基础资料,在揭示了南海西北部晚中新世深水水道体系发育背景基础上,对深水水道沉积水动力学特征进行了雷诺平均数值模拟,建立了三维6)-数值模型,求解了纳维-斯托克斯方程组和底面沉积侵蚀的Exner方程;最终依据模拟结果探讨了深水水道体系流体结构、沉积过程、沉积物搬运、沉积侵蚀作用、沉积物展布和叠置样式及其对地形的改造作用,研究结果不但深化了对深水水道沉积水动力学机制的整体性和全面性认识,并且可以有效预测深水沉积储层分布,服务于深水油气勘探。论文取得的主要成果及认识如下:1、明确了南海西北部晚中新世深水水道沉积体系演化特征,认为其上游发育汇聚性水道,下游发育限制性中央峡谷南海西北部晚中新世以来发育了深水水道体系,其上游和下游特征差异明显。上游发育多条汇聚性的小水道(主要为低弯曲W水道和高弯曲E水道),各分支水道间曲率差异较大:西侧小曲率W水道上段受到同时期发育的水道复合体的改造和沉积物充填,受到水道复合体影响的部分表现为侧向迁移的特征,未受影响的弯道头部和尾部区域表现为垂向加积,说明西侧复合水道给汇聚性水道外力作用;东侧高曲率水道具有侧向迁移叠置充填特征。上游是研究复杂外力作用下深水水道沉积过程的理想区域。下游发育大规模的限制性中央峡谷,内部水道多期叠置发育且纵向侵蚀,侧向陆坡频繁滑塌,是研究峡谷内浊积水道沉积过程、砂体展布以及沉积侵蚀作用的天然场所。2、查明了复杂外力作用下,上游弯曲水道内流体结构、沉积过程、沉积物搬运机制及叠置样式通过一系列不同强度外力作用在低弯曲W水道和高弯曲E水道的数值模拟,阐明了复杂外力和水道几何形态是如何改变水道内流体结构的。外力作用的增强可以增强水道系统的超高、溢流和径向物质通量,进而促进二次流从类似河流方向到反向河流方向的翻转。根据离心力和径向压力梯度(由弯道超高、地形和分层产生)的平衡,建立了弱外力作用于低弯曲水道产生正常二次流、强外力作用于低弯曲水道产生反向二次流和外力作用于高弯曲水道产生的强反向二次流导致溢出等三种外力作用于水道内浊流流动结构。二次流结构的改变会导致水道内沉积物侧向搬运和侵蚀位置的变化。在相应的流场结构驱动下,建立了4种沉积物侧向搬运以及对应的沉积物堆积模式:弱外力作用于低弯曲水道上产生的沉积物垂直加积或者沿外岸迁移、强外力作用于低弯曲水道导致的沉积物向内侧横向迁移、弱外力作用于高弯曲水道产生沿内岸的侧向迁移叠置沉积和强外力作用于高弯曲水道导致的过路不沉积。同时,研究还表明,反向二次流还能抑制水道的弯曲。3、揭示了下游限制性深水水道沉积过程及沉积侵蚀作用基于建立的数值模型,对下游发育于琼东南盆地陵水区的中央峡谷模拟了4种不同砂泥颗粒入流情况下,峡谷内流体状态及泥砂分布特征。模拟结果表明,砂泥岩同时入流时,随着入流面积增大,(ⅰ)高速带由峡谷中轴水道内向峡谷两侧扩张;(ⅱ)高浓度砂岩位于水道内,峡谷壁附近局部区域高浓度砂岩面积增大,峡谷两侧逐渐分布中低浓度砂岩;(ⅲ)泥岩在峡谷内展布范围扩大。同等入流面积,仅泥质沉积物入流,且底部充填砂岩的情况下,速度值更大,但是流体被限制在水道内;砂质沉积物分布于两侧峡谷壁附近,泥质沉积物分布于峡谷中轴水道内。通过水道内和两侧最大顺流速度高度和剪切力大小分析,证实了水道两侧为早期水道复合体沉积,水道复合体顶部受到后期泥质水道侵蚀。4、阐明了深水水道体系沉积水动力学模拟对储层和隔夹层分布的影响南海西北部晚中新世深水水道体系上游发育的汇聚性水道主要受到地形和物源供给的影响,模拟结果表明W水道将海南岛沉积物搬运并沉积在水道中段,沉积物粒度变化大、厚度较大并且砂岩呈斑片状分布;E水道溢出严重,以过路不沉积为主,沉积颗粒搬运并沉积在水道汇聚区,汇聚区表现为厚层粗粒沉积物,且分布均匀;越南东部水系的沉积物经水道复合体搬运侵蚀早期W水道上中段沉积物,最终沉积颗粒搬运充填在W水道下段附近;以水道汇聚处发育的中砂岩为有利储集区。下游主要受到峡谷壁的限制作用和晚期泥质水道的侵蚀作用,有利砂体呈条带状分布于两侧峡谷壁附近,并且越靠近峡谷壁砂质沉积物含量越大。南海西北部晚中新世深水水道体系中,上游多条小的汇聚水道内受到二次流作用,其使得弯道外侧遭受侵蚀并将沉积物搬运到内侧。W水道上段和下段由于水道壁的限制作用强,导致侵蚀和侧向搬运作用都较弱,形成垂向加积沉积;E水道弯曲段侵蚀和侧向搬运作用都很强,形成侧向孤立堆积;W水道中段侧向搬运作用很强,形成向外岸迁移的侧向堆积体;总体而言,上游汇聚性水道单一浊流事件以垂向堆积和/或者侧向迁移为主,侵蚀作用发生在水道侧壁,几乎不存在早期沉积物被侵蚀,其泥质沉积物可以形成隔层。下游限制性中央峡谷内发育的泥质水道侵蚀早期沉积的多套水道复合体砂岩,水道限制性作用强时,溢出的泥质沉积物分布范围小且薄,在砂质沉积物中仅作为夹层,砂质储层连通性好;水道限制性作用中等时,溢出的泥质沉积物厚度大,靠近水道一侧在砂岩中作为隔层,在靠近峡谷壁一侧在砂岩作为夹层,砂质沉积物的连通性减弱;水道限制性作用弱时,泥质沉积物展布范围广,短时间的薄层沉积可形成隔层,长时间的厚层泥质沉积则可形成局部盖层。