湖泊浅水三角洲是地球上最重要的经济环境之一，常蕴藏丰富的油气资源。这类三角洲形成于水深较浅的湖泊或海洋环境，盆地坡度平缓（通常小于2°甚至低至0.05°），且受构造活动、波浪和潮汐影响较弱。由于其低坡度特性，浅水三角洲对上游（如河流流量和沉积物供给）和下游（如湖盆水深和水位变化）边界条件的变化极为敏感，微小扰动即可导致其形态和分流河道的显著改变（图1）。尽管前人通过数值模拟、野外考察和实验对三角洲演化进行了广泛研究，但针对湖泊水位波动如何与河流动力耦合控制浅水三角洲形态的机制仍缺乏系统认知。本文研究通过DELFT3D数值模拟模型，首次全面揭示了边界条件对湖泊浅水三角洲形态的定量影响，为油气储层预测和古环境重建提供了新见解。
图1 卫星图像展示了现代湖泊浅水三角洲的形态变异，范围从(a)具有多条河道和分叉的半圆形，到(b)具有辫状河道的半圆形，(c)仅具有少数河道的狭窄形状，以及(d)具有少量笔直河道的伸长形状。A) 德国基姆湖三角洲，B) 加拿大古斯三角洲；C) 埃塞俄比亚锡莱三角洲；以及D) 哥伦比亚卡塔通博三角洲
基于赣江三角洲原型，构建了一个高精度的湖泊–河流耦合数值模型，通过 DELFT3D 系统性模拟河流流量、沉积物粒度、湖盆水深与水位涨落对浅水三角洲形态的影响。结果显示：（1）流量与砂含量决定河道复杂度，湖盆水深则像“主导开关”控制三角洲是展开成扇形还是生长为狭长指状，而水位周期又驱动分流河道在“萌芽—分化—淹没—重塑”四阶段中不断迁移与更新（图2）。（2）现代（Sile、Chiemsee）与古代（渤海湾盆地明化镇组）三角洲的沉积形态与这一模型高度吻合，说明浅水三角洲是对环境变化极为敏感的沉积系统，其演化受河流动力—沉积物供给—水深—水位波动的协同主控，为湖泊沉积体系与储层预测提供了新的理论基础（图3，图4）。
图2 浅水三角洲（A）与深水三角洲（B）在水位波动作用下分流河道的时序演化过程，颜色变化反映三角洲演化过程中水位的阶段性改变，各阶段历时45天：初始阶段（未着色）水位自0米上升至2米；随后下降期（绿色）水位降至0.5米；继而（蓝色）水位再度上升至4米；最终下降期（黑色）回落至1米
图3 A) 卡普恰盖三角洲（哈萨克斯坦）；(B) 第聂伯河三角洲（乌克兰）；(C) 基姆湖三角洲（德国）；(D) 坎伯兰三角洲（加拿大）；(E) 梅尔维尔湖古斯三角洲（加拿大）
图4 渤海三角洲河流相主导沉积环境下的地震图像：A) 水位下降期；B) 水位上升期（灰色虚线标示预期席状砂岩层RMS振幅分布范围），据Xu等(2019)修改；C) 水位波动作用下三角洲模型的时序演化过程
论文信息：Paulo Joaquim Nota, Xianguo Zhang*, Huafeng Liu, Hussein Mubikirwa, Asia Majid. Effects of upstream and downstream boundary conditions on lacustrine shallow-water delta morphologies: A numerical modeling approach.Marine and Petroleum Geology, 2024, 167: 106966.
