鮑 鋒，董治寶

（1.陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安710062；2.西安文理學(xué)院 文化與旅游學(xué)院，陜西 西安710065；3.中國科學(xué)院 寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所 沙漠與沙漠化重點實驗室，甘肅 蘭州730000）

沙丘沉積物粒度特征作為研究風(fēng)沙地貌形態(tài)及形成演化的重要參數(shù)，已得到許多學(xué)者的認可［1－7］。近年來，不斷有關(guān)于沙丘沉積物粒度特征方面的成果發(fā)表，主要是通過沉積物粒度特征分析沙丘形態(tài)和物質(zhì)組成并重建其形成發(fā)育的沉積環(huán)境。察爾汗鹽湖沙漠中有理想的類似火星的沙丘形態(tài)，研究其風(fēng)沙地貌有助于對火星表面地貌形成環(huán)境的判斷，因而受到國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注［8］。目前有關(guān)柴達木盆地沙漠形成和演化等問題的認識和分析還不系統(tǒng)［9－12］，尤其是作為不同沉積環(huán)境下的線形沙丘和新月形沙丘在同一區(qū)域出現(xiàn)并沿著盛行風(fēng)向分布，尚缺乏系統(tǒng)的論證。因此，本研究在對柴達木盆地沙漠兩次野外考察的基礎(chǔ)上，選取察爾汗鹽湖沙漠中的線形沙丘、新月形沙丘，對其沉積物粒度進行對比分析，以期為柴達木盆地沙漠物質(zhì)來源、沙丘的形成發(fā)育以及沉積環(huán)境的恢復(fù)和重建提供參考。

1 材料與方法

柴達木盆地是我國海拔最高的內(nèi)陸盆地，也是世界上風(fēng)沙地貌的典型分布地區(qū)之一。該區(qū)年平均降水量不足30mm，集中在夏季；主風(fēng)向為西北風(fēng)，歷年大風(fēng)日數(shù)都在30d以上，強勁的風(fēng)力為風(fēng)沙地貌的發(fā)育提供了動力條件。采樣點位于柴達木盆地中部達布遜湖的北岸，沙丘沿湖岸大致呈現(xiàn)出自西北向東南分布的趨勢。區(qū)內(nèi)主要分布有雅丹、新月形沙丘、線形沙丘等風(fēng)成地貌。沙丘下伏地層為湖積層，含鹽量較高并夾有巖鹽沉積。

2009年7月和2010年8月在對察爾汗鹽湖附近沙漠進行科學(xué)考察中，采集地表不同沙丘的沙樣300多個。采樣方法與Lancaster［13］在納米布沙漠的采樣標準類似，選取0.2m×0.2m面積的沙面，均勻采集表面0—1cm深度的沙粒，樣品重量500g。為了便于對比分析，采用統(tǒng)一的采樣規(guī)范：新月形沙丘的表面沙樣均采自迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡中部以及沙丘頂部，線形沙丘表面沙樣采自兩側(cè)坡面和頂部。樣點的地理位置用衛(wèi)星定位儀（GPS）精確定位。選取線形沙丘和新月形沙丘共4組沙樣，并沿盛行風(fēng)向自上而下依次命名為：線形沙丘（A組），新月形沙丘（B組），線形沙丘（C組），新月形沙丘（D組）。利用英國Malvern公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000激光粒度儀對樣品粒度組成進行測定，獲得各粒級的百分含量，各粒級含量以體積百分比表示。沉積物粒徑大小表示方法一般有兩種：一種是直接以毫米或微米為單位直接表示顆粒直徑；另一種是在Udden—Wentworth粒度分級標準的基礎(chǔ)上，根據(jù)Krumbein公式進行對數(shù)轉(zhuǎn)化，將粒徑表示為Φ值：

式中：d——直徑（mm）。MZ（平均粒徑），σ1（標準離差），SKI（偏度），KG（峰態(tài)）等粒度特征參數(shù)值的計算均采用 Folk和 Ward公式［14－15］。

2 結(jié)果與分析

2.1 粒度組成特征

為了研究不同沙丘類型的粒度組成變化，依據(jù)樣品粒度分析數(shù)據(jù)，計算了沉積物各粒級級配（圖1）。由圖1可知，從各粒級的百分含量來看，線形沙丘（A組）中黏土含量變化范圍為0～2.56%，平均值為0.93%；粉沙含量變化范圍為0.12%～3.35%，平均值為1.23%；極細沙含量變化范圍為3.46%～15.02%，平均值為7.57%；細沙含量變化范圍為9.05%～51.07%，平均值為23.95%；中沙含量變化范圍為26.38%～39.82%，平均值為33.09%；粗砂含量變化范圍為1.62%～50.65%，平均值為33.24%。新月形沙丘（B組）中黏土和粉沙含量為0；極細沙含量變化范圍為3.08%～10.28%，平均值為6.23%；細沙含量變化范圍為26.82%～55.45%，平均值為39.41%；中沙含量變化范圍為33.76%～51.95%，平均值為44.04%；粗砂含量變化范圍為0.51%～21.44%，平均值為10.32%。線形沙丘（C組）中黏土含量變化范圍為1.32%～2.32%，平均值為1.89%；粉沙含量變化范圍為2.12%～2.88%，平均值為2.43%；極細沙含量變化范圍為7.30%～14.27%，平均值為9.83%；細沙含量變化范圍為71.74%～76.45%，平均值為74.75%；中沙含量變化范圍為10.30%～12.02%，平均值為10.91%；在沙丘頂部和北坡中部還有少量粗沙，變化范圍為0～0.31%，平均值為0.19%。新月形沙丘（D組）中黏土含量變化范圍為0.22%～0.82%，平均值為0.53%；粉沙含量變化范圍為1.94%～2.06%，平均值為2.01%；極細沙含量變化范圍為0.37%～5.66%，平均值為3.14%；細沙含量變化范圍為32.46%～58.72%，平均值為48.76%；中沙含量變化范圍為32.98%～58.66%，平均值為43.38%；粗沙含量變化范圍為0.04%～6.34%，平均值為2.17%?？梢?，線形沙丘（A組）的優(yōu)勢粒徑為粗砂和中沙，新月形沙丘（B組）的沙粒粒徑主要集中在中沙、細沙，線形沙丘（C組）的優(yōu)勢粒徑為細沙，新月形沙丘（D組）的粒徑則集中在細沙、中沙。

圖1 新月形沙丘與線形沙丘沉積物顆粒級配

2.2 粒度參數(shù)特征

由圖2可以看出，線形沙丘（A組）的平均粒徑變化范圍為1.09～2.43Φ；其中沙丘南坡（A1）的平均粒徑值為1.10Φ，北坡（A3）的平均粒徑值為1.09 Φ，沙丘頂部（A2）的平均粒徑值為2.43Φ。新月形沙丘（B組）的平均粒徑變化范圍為1.65～2.25Φ；其中沙丘迎風(fēng)坡（B1）的平均粒徑值為1.65Φ，背風(fēng)坡（B3）的平均粒徑值為2.25Φ，沙丘頂部（B2）的平均粒徑值為1.83Φ。線形沙丘（C組）的平均粒徑變化范圍為2.48～2.57Φ；其中沙丘南坡（C1）的平均粒徑值為2.51Φ，沙丘北坡（C3）的平均粒徑值為2.48 Φ，沙丘頂部（C2）的平均粒徑值為2.57Φ。新月形沙丘（D組）的平均粒徑變化范圍為1.79～2.24Φ；其中迎風(fēng)坡（D1）的平均粒徑值為1.79Φ，背風(fēng)坡的平均粒徑值為2.24Φ，沙丘頂部（D2）的平均粒徑值為2.16Φ?？梢钥闯?，線形沙丘中C組沙樣平均粒徑值要大于A組，線性沙丘南北坡的平均粒徑值要小于沙丘頂部。新月形沙丘中D組沙樣平均粒徑值大于B組，同一沙丘中平均粒徑值存在沿迎風(fēng)坡、沙丘頂部至背風(fēng)坡變小的規(guī)律。

圖2 察爾汗鹽湖沙漠不同沙丘粒度參數(shù)變化

按Folk和Ward的分選程度評價標準，線形沙丘（A組）的分選系數(shù)為0.78～1.02，均值為0.90，表明分選中等至較差，且沙丘兩翼略好于沙丘頂部；新月形沙丘（B組）的分選系數(shù)為0.59～0.78，均值為0.67，表明分選中等至較好，且沿迎風(fēng)坡、沙丘頂部至背風(fēng)坡分選變好；線形沙丘（C組）沙樣的分選系數(shù)為0.44～0.72，均值為0.54，表明分選較好至很好，且沙丘南坡、沙丘頂部至沙丘北坡分選變好；新月形沙丘（D組）的分選系數(shù)為0.52～0.54，平均值為0.53，表明分選較好且沿迎風(fēng)坡、沙丘頂部至背風(fēng)坡分選變好。從平均結(jié)果來看，位于下風(fēng)向的沙丘分選性好于上風(fēng)向沙丘。偏度體現(xiàn)了粒度分布的對稱性。線形沙丘（A組）沉積物的偏度值介于0.18～0.27，平均值0.22為正偏；新月形沙丘（B組）沉積物的偏度值介于0～0.11，平均值0.05，為近對稱分布；線形沙丘（C組）沉積物的偏度值介于0.06～0.33之間，平均值0.16為正偏；新月形沙丘（D組）沉積物的偏度介于0.04～0.06之間，平均值0.05，為近對稱分布。研究區(qū)沙丘沉積物的峰度平均值介于0.93～1.52之間，其中線形沙丘的峰度平均值為1.37和1.52，新月形沙丘的峰度平均值為0.93和1.00。由此可見，線形沙丘峰度呈現(xiàn)為很窄型和窄型，新月形沙丘呈現(xiàn)為中等峰度。

累計概率曲線能夠反映沙丘粒度分布并揭示各種搬運方式（滾動、跳躍和懸移），藉此可以推斷沙丘的沉積環(huán)境；風(fēng)沙活動愈頻繁、愈強烈，曲線特征就越陡；對于風(fēng)成沉積而言，概率累積曲線一般存在1～3個截點，可將粒徑分布劃分為2～4段相互獨立的線段［3，6，16］。察爾汗鹽湖沙漠不同沙丘形態(tài)沉積物樣品典型累積概率曲線圖式為一段式、二段式和三段式（圖3）。其中位于上風(fēng)向的線形沙丘（A組）表現(xiàn)最為復(fù)雜，沙丘南坡為一段式，沙丘頂部為典型的三段式，沙丘北坡為二段式。其特點為滾動體小于0.2%或不發(fā)育；以躍移體為主，總體含量一般為93.7%～99.9%，且分選較好；懸移體含量為0.3%～6.2%，分選較差或很差；懸移體和躍移體之間的交切點為3.8～4.2Φ，滾動體和躍移體之間的交切點為0.2 Φ。新月形沙丘（B組）表現(xiàn)為一段式，其特點為躍移體為主，含量為99%，滾動體和懸移體不發(fā)育，線段斜率高，分選好。線形沙丘（C組）概率累計曲線圖式為二段式和三段式，沙丘北坡為三段式，南坡和頂部為二段式。其特點為滾動體小于0.3%或不發(fā)育；躍移體含量為92.4%～95.3%，分選較好；懸移體含量為4.3%～7.6%，分選較差；懸移體和躍移體之間的交切點為3.5～4.2Φ，滾動體和躍移體之間的交切點為1.2Φ。新月形沙丘（D組）表現(xiàn)為二段式，其特點為的躍移體含量為97.3%～97.8%，且分選較好；懸移體含量為2.1%～2.6%，分選較差；懸移體和躍移體之間的交切點為3.2～3.5Φ。

3 結(jié)果討論

3.1 察爾汗鹽湖沙漠沙丘沉積物粒度組成變化特點

察爾汗鹽湖沙漠沿區(qū)域盛行風(fēng)方向上的不同沙丘沉積物粒度組成存在明顯差異。從同一沙丘形態(tài)看，線形沙丘（A組）沉積物以粗沙和中沙為主，但粒級分布較為分散，各粒級均有出現(xiàn)；位于下風(fēng)向的線形沙丘（C組）沉積物中細沙占絕對優(yōu)勢。新月形沙丘（B組）沉積物以中沙和細沙的組分為主，其它粒級比重很??；位于下風(fēng)向的新月形沙丘（D組）沉積物以細沙和中沙的組分占優(yōu)?？傊?，研究區(qū)沉積物粒度分布整體存在自西北向東南沿盛行風(fēng)向粒徑變細的規(guī)律，說明形成沙丘的物質(zhì)來源是相對單一的沉積物。研究中發(fā)現(xiàn)察爾汗鹽湖沙漠沉積物中含有一定量的粉沙與黏土。就這一粒徑組分來看，除在新月形沙丘（B組）中未出現(xiàn)外，在其他3組沉積物樣品中均有分布，最大含量為5.91%；線形沙丘中粉沙與黏土的總含量明顯高于新月形沙丘，線形沙丘（C組）和新月形沙丘（D組）沉積物中粉沙、黏土含量高于線形沙丘（A組）和新月形沙丘（B組），基本呈現(xiàn)出處于下風(fēng)向的沙丘粉砂黏土含量偏高的特征。

圖3 新月形沙丘和線性沙丘沉積物累計概率曲線

3.2 察爾汗鹽湖沙漠沙丘沉積物粒度參數(shù)變化特點

察爾汗鹽湖沙漠沉積物的平均粒徑值（MZ）為1.09～2.57Φ，均值約為2.04Φ，這與我國庫姆塔格沙漠（MZ＝2.43）、巴丹吉林沙漠（MZ＝2.25）、騰格里沙漠（MZ＝2.59）、塔克拉瑪干沙漠（MZ＝3.08）相比粒徑偏粗；其中線形沙丘（A組）沉積物平均粒徑最大、其次為新月形沙丘（B組）和新月形沙丘（D組），處于下風(fēng)向的線形沙丘（C組）沉積物平均粒徑最小。另外，從察爾汗鹽湖沙漠沙丘表面不同地貌部位的粒度參數(shù)變化規(guī)律可以看出，新月形沙丘表現(xiàn)為由迎風(fēng)坡至背風(fēng)坡平均粒徑變細、線形沙丘兩側(cè)坡面沙粒粒徑基本相當?shù)钟谇痦?。沉積物的分選系數(shù)為0.44～1.02，從沉積物分選狀況來看，D組分選最好，其次是C組、B組，A組分選最差；和國內(nèi)其他沙漠相比，整體表現(xiàn)為沉積物分選較差。從察爾汗鹽湖沙漠沙丘沉積物偏度平均結(jié)果來看，偏度值介于0.05～0.16之間，總體上呈近對稱和正偏分布。其中，線形沙丘沉積物呈正偏分布，新月形沙丘呈近對稱分布。線形沙丘為尖峰態(tài)，說明風(fēng)力作用過程較久，風(fēng)成沙成熟度較高［17］。新月形沙丘峰度值差異不大，均為中等峰度。

3.3 察爾汗鹽湖沙漠沙丘沉積物累計概率曲線變化特點

已有的研究［16］表明，粗沙和極粗沙一般以蠕移的形式在地表滾動或滑動，較細的沙粒如細沙和中沙會在風(fēng)力作用下以躍移的形式向前搬運，而對于粒徑更細的沙粒則會以懸移的形式隨風(fēng)運動。研究區(qū)沙丘沙累積概率曲線圖式為一段式、二段式和三段式，說明近地表風(fēng)沙運動中以躍移為主，這種運動方式不僅造成地表沉積物的搬運堆積形成各種風(fēng)沙堆積形態(tài)，在搬運過程中也造成了物質(zhì)分選，使地表沉積物的粒度特征發(fā)生變化。同時發(fā)現(xiàn)處于下風(fēng)向的線形沙丘和新月形沙丘還存在較為明顯的懸移搬運，可能與柴達木盆地分布普遍的泥質(zhì)和粉沙質(zhì)湖相沉積物在干燥多風(fēng)的氣候下就地起沙有關(guān)［9］。根據(jù)維謝爾給出的不同沉積作用下典型的概率累積曲線圖，對比察爾汗鹽湖沙漠沙丘沉積物的概率累計曲線特征，發(fā)現(xiàn)其與古河流或三角洲上的沉積物累計概率曲線特征比較接近。

4 結(jié)論

（1）通過對察爾汗鹽湖沙漠不同沙丘沉積物從粒度組成特征、粒度參數(shù)特征和累計概率曲線特征3個方面的分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)沙丘沉積物粒度組成以細沙和中沙含量較高，粉沙和黏土含量較我國其他沙漠高；沉積物平均粒徑偏粗，分選較差；沙丘沉積物粒度呈正偏分布或呈近對稱分布；沙丘沉積物峰度呈現(xiàn)為很窄型和窄型或中等峰度。累計概率曲線特征結(jié)果為沙丘沙以躍移搬運為主，但存在懸移搬運。

（2）選取沿區(qū)域盛行風(fēng)向分布的兩組線形沙丘和新月形沙丘進行了沉積物粒度特征對比分析，結(jié)果表明沉積物粒度參數(shù)特征沿風(fēng)向分布存在一定的規(guī)律，如平均粒徑值自A組沙丘至D組沙丘逐漸變小，沉積物分選逐漸變好等。同時還發(fā)現(xiàn)不同類型的沙丘，其沉積物粒度參數(shù)也存在差異，如線形沙丘沉積物粒度呈正偏分布，新月形沙丘沉積物粒度呈近對稱分布；峰度值顯示線形沙丘成熟度比新月形沙丘高；累計概率曲線特征顯示沙丘沉積物以躍移搬運為主，但處于區(qū)域盛行風(fēng)向下風(fēng)向的線形沙丘和新月形沙丘的沉積物還存在懸移搬運。

（3）由于線形沙丘和新月形沙丘是不同沉積環(huán)境下的兩種沙丘類型，以往的研究多側(cè)重于單個沙丘類型研究或不同區(qū)域沙丘類型的對比研究，目前還缺少對于同一區(qū)域線形沙丘和新月形沙丘的對比分析。本研究針對柴達木盆地獨特的風(fēng)沙地貌，選取察爾汗鹽湖沙漠中沿盛行風(fēng)向分布的線形沙丘和新月形沙丘，就沙丘沉積物粒度特征進行對比分析，揭示了柴達木盆地沙漠沙丘沉積物的基本特征及其沉積環(huán)境。但是沙丘沉積環(huán)境是一個多因素控制的復(fù)雜系統(tǒng)，還需要從風(fēng)況、沙源、沙丘沉積構(gòu)造等方面系統(tǒng)研究柴達木盆地沙丘沉積的基本機理［18］。

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