Variation of grain sizes for surface sediments of Fozhang dune in Yarlung Zangbo River Valley

PAN Mei-hui, YANG An-na, WU Yong-qiu, MA Jian-jun, XUE Wen-xuan

JOURNAL OF NATURAL RESOURCES ›› 2020, Vol. 35 ›› Issue (12) : 3076-3088.

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JOURNAL OF NATURAL RESOURCES ›› 2020, Vol. 35 ›› Issue (12) : 3076-3088. DOI: 10.31497/zrzyxb.20201221
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Variation of grain sizes for surface sediments of Fozhang dune in Yarlung Zangbo River Valley

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Abstract

Mountain rivers are generally featured by deep-cut river valley and steep side slopes, which is prone to landslide-dammed lake and outburst floods. Taking 2018.10.10 Baige landslide-dammed lake in Jinsha river as an example, wind reworked the outburst flood sediments and developed a plenty of sand dunes at the bank of Jinsha river. This studies about aeolian dunes in the Yarlung Zangbo River, to some extent, could provide some implication for the sedimentary distinction of aeolian sand and original flood deposit, and has some significance for engineering control of aeolian dune in this region. In this paper, a slope climbing dune in the floodplain of the middle and lower reaches of Yarlung Zangbo River, we analyzed the grain size characteristics and and spatial differentiation of surface sediments on four overlapping crescent-shaped dunes of a climbing dune, named Fozhang dune in the lower Yarlung Zangbo. The results of particle size analysis show that frequency distribution curves of the surface sediment of Fozhang dune, dominated by poorly sorted medium sand, is extremely positive biased and narrowly peaked. In the case of four individual superimposed crescent-shaped dune, the coarsest and best sorted particle fraction emerges at the top of the slope. On the whole, the surface sediment of Fozhang dune has become finer and better sorted towards the crest, which results from the combined sorting of wind and gravity. The grain size characteristics of Fozhang dune is comparable to other aeolian dunes of similar genesis. However, Sahu criterion indicates that the Fozhang dune is fluvial-originated. Maybe Sahu criterion cannot identify aeolian sand of very proximal material source from river floodplain. The comparison of grain size characteristics of sand samples with those of floodplain suggests that Fozhang dune is mainly provided with sand source by materials carried by rivers.

Key words

Yarlung Zangbo River / Fozhang dune / surface sediment / grain size characteristics

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PAN Mei-hui, YANG An-na, WU Yong-qiu, MA Jian-jun, XUE Wen-xuan. Variation of grain sizes for surface sediments of Fozhang dune in Yarlung Zangbo River Valley[J]. JOURNAL OF NATURAL RESOURCES, 2020, 35(12): 3076-3088 https://doi.org/10.31497/zrzyxb.20201221
沙丘表面沉积物的粒度分布特征具有一定的规律性,是风沙地貌学重要的研究指标之一,也是区分风沙动力过程、沙丘形成过程和沉积环境的重要因素[1,2]。对沙丘沉积物粒度特征的研究始于20世纪初期,沙丘沉积物的粒度分异原因主要是物质来源[3]和风力状况[4,5,6,7,8]差异。在区域尺度上,沉积物粒度特征的空间分异不仅能够直接反映沉积物的搬运和堆积过程,还对沙丘沙的物源具有一定的指示作用[3];但从单个沙丘来看,沉积物粒度特征在空间上的变化可以体现不同类型沙丘和同一沙丘不同地貌部位风沙动力过程的差异[3,9,10]。目前对于沙丘的研究主要集中在干旱区大型沙漠中的新月形沙丘[8,11]、抛物线形沙丘[12,13]、横向沙丘[14,15]、金字塔形沙丘[16],以及河岸沙丘[17]和海岸沙丘[18,19]等,但对高原半湿润河谷地带爬坡沙丘沉积物粒度特征的研究尚不多见。以雅鲁藏布江为代表的藏东南山区造山河流河谷深切,地形陡峭,滑坡堰塞湖及其溃决洪水频发[20,21,22],大量洪水冲积物提供沙源导致两岸出现大面积沙丘,与风成沙丘在形态、构造和层理等方面较为相似,不易区分。沉积物的粒度特征可以为鉴别古洪水沉积与风力沉积、区分河岸两侧的风成沙丘和古洪水滞流物提供理论依据。另外,雅鲁藏布江流域多风沙灾害,佛掌沙丘不断蔓延至岗派公路造成了公路沙害,严重影响行车安全。众多学者[23,24,25]对沙漠公路的风沙灾害进行研究,积累了大量治沙经验,并提出了许多行之有效的防风治沙措施,但目前亟需推进分区治理与精准修复[26,27,28]。本文以佛掌沙丘及其上叠置的小型新月形沙丘为研究对象,分析其表层沉积物的粒度特征和空间分异,揭示高原半湿润季风气候区河谷地带爬坡沙丘的物源和沉积环境,为雅鲁藏布江流域的防风固沙工程提供理论借鉴。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究区概况

佛掌沙丘位于米林县丹娘乡（29°28'11.94"N,94°43'56.22"E）,雅鲁藏布江中下游河段凸岸的河漫滩上,海拔3086 m,沙丘旁为岗派公路（图1）。该区域为藏东高原温带半湿润性季风气候,冬冷夏温,雨热同期,日照时间短,无霜期长。据米林县气象站1953—2014年气象资料显示,多年平均气温8.7 ℃,1月均温-0.2 ℃,7月均温16.4 ℃。多年平均降雨量664.5 mm,且降水主要集中在5-9月,占全年降水量的81.4%。多年平均年日照时数2064.6 h,平均相对湿度64.2%。根据林芝机场地面风的观测资料统计显示,米林县常年盛行南风,平均风速7.09 m/s,而最大平均风速为8.15 m/s,出现在东南方向。该研究区大风日数多,年均175天,风速大、持续时间长,且大风多集中在午后与冬春两季,上午地面风较小,多为静风[29]。2008年多达2075 h的起沙风超过5 m/s,每月起沙风累计时间均超过120 h,属于高风能环境[30]。
Fig. 1 Overview of the study area and sand sampling sites

图1 研究区概况及采样点分布

注：a为研究区概况图;b、c为采样点分布示意图。

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1.2 样品采集和测试

佛掌沙丘为爬坡沙丘,高差约165 m。爬坡沙丘上部叠置了众多的小型新月形沙丘。沿主导风向（南风）自河漫滩至公路选取了爬坡沙丘上叠置的四个小型新月形沙丘XYSQ1、XYSQ2、XYSQ3、XYSQ4,分别在迎风坡坡脚、迎风坡坡面和坡顶、背风坡坡面和背风坡坡脚共计采集了30个样品。其中XYSQ1的采样点为S1~S7#,XYSQ2的采样点为S8~S14#,XYSQ3的采样点为S15~S23#,XYSQ4的采样点为S24~S30#。每个样品的采样点均采用高精度GPS定位,采样点分布如图1c、图1d所示。为客观反映该沙丘粒度分布的一般规律,分析沙丘物源,另采集河漫滩样品3个（H1、H2、H3）。此外,采集了4个岗派公路的沙样（G1、G2、G3、G4）,便于研究该沙丘对岗派公路路段的风沙危害。采集的粒度样品采用Mastersizer 2000激光粒度仪进行测试,仪器测量范围为0.02~2000 μm,数据结果采用福克—沃德公式计算平均粒径、标准偏差、偏度与峰度等粒度参数。粒度分级依据《风沙地貌学》[31]中的原则进行划分,具体见表1。样品前处理与测试均在兰州大学西部环境研究教育部重点实验室粒度测试中心完成。
Table 1 Size classification principle (mm)

表1 粒度分级原则

粒级 粘土 粉砂 极细砂 细砂 中砂 粗砂
粒径 < 0.004 0.004~0.063 0.063~0.125 0.125~0.25 0.25~0.5 > 0.5

2 结果分析

沉积物的粒度特征作为陆表沉积物的物理性质,揭示了不同粒级颗粒物的配比和分布情况,其特征参数受地形、气候、搬运介质和方式以及沉积环境等因素的影响表现出不同的变化趋势,可以表征颗粒物的运动状况和沉积环境的演化过程[32,33]。

2.1 粒度组成

沙粒级配可以直观地反映沙丘的主要组分和不同粒组的相对含量与变化,它与沙源及风沙的搬运和堆积过程密切相关[34]。粒度级配统计结果表明（表2）,四个叠置的新月形沙丘皆以中砂为优势粒组,含量分别为47.18%、42.36%、48.34%、45.05%,其次为细砂和粗砂,含量分别为25.47%、14.47%、22.24%、41.27%和15.95%、29.90%、16.91%、2.54%,粉砂、极细砂和粘土含量较少,均不超过10%。XYSQ2至XYSQ4细砂含量由14.47%增加至41.27%,而粗砂含量则由29.90%减少至2.54%,整体粒径变细。
Table 2 The surface sediment grain-size parameters (%)

表2 佛掌沙丘、河漫滩和岗派公路表层沉积物的粒级级配

采样点 粒级级配/mm
黏土
（<0.004）		 粉砂
（0.004~0.063）		 极细砂
（0.063~0.125）		 细砂
（0.125~0.25）		 中砂
（0.25~0.5）		 粗砂
（0.5~2）
河漫滩（n=3） 0.64 9.89 9.36 24.66 37.06 18.39
佛掌沙丘
（n=30）		 XYSQ1 0.87 7.87 2.65 25.47 47.18 15.95
XYSQ2 1.10 8.67 3.50 14.47 42.36 29.90
XYSQ3 1.06 8.74 2.72 22.24 48.34 16.91
XYSQ4 1.00 7.15 2.99 41.27 45.05 2.54
平均值 1.01 8.15 2.95 25.62 45.91 16.36
岗派公路（n=4） 1.48 7.62 5.15 44.27 39.99 1.49
注：n为采样个数,下同。
整个佛掌沙丘的级配特征用四个新月形沙丘的平均值进行说明。其表面沉积物以中砂为主,其次为细砂和粗砂,含量分别为45.91%、25.62%和16.36%,三者之和超过87%,占绝对优势;河漫滩样品的主要组分为中砂、细砂和粗砂,含量分别为37.06%、24.66%和18.39%;岗派公路沉积物的细砂含量大幅增加至44.27%,超过中砂含量39.99%成为主要组分,粗砂含量骤减至1.49%。因此自河漫滩至岗派公路表层沉积物中砂含量先增后减,细砂含量增多,粗砂含量减少,表现为整体变细的趋势。
四个叠置新月形沙丘的发育状况存在差异,导致坡长不同,因此在比较沙丘不同部位沉积物的粒度特征时,选取了四个沙丘均采集的部位,分别为迎风坡坡脚、下部、中部、上部、坡顶和背风坡坡脚,根据四个沙丘不同部位的平均值绘制粒级级配图（图2）。如图2所示,六个部位的优势粒组皆为中砂,含量分别为48.39%、43.94%、43.97%、45.62%、49.65%和46.05%,其中坡顶的中砂含量最多,迎风坡下部含量最少;粘土含量六个部位均最少,分别为0.93%、1.09%、1.06%、0.94%、0.85%和0.92%,其中坡顶粘土含量占比最小,迎风坡下部占比最大,与中砂含量相反。坡顶沉积物的粗砂含量21.12%大于细砂含量19.25%,其余部位粗砂含量分别为16.48%、15.18%、17.18%、14.32%和17.74%,均小于其细砂含量24.48%、28.00%、26.11%、26.82%和24.96%。
Fig. 2 Grain grading diagram of sediments in various parts of barchan dune

图2 新月形沙丘各部位沉积物粒级级配

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2.2 粒度参数

研究沉积物的粒度参数有助于沙丘沉积环境的反演和释译[35]。粒度参数统计结果表明（表3）,四个沙丘平均粒径的范围分别为1.48~2.05 Φ、1.08~1.98 Φ、1.54~2.09 Φ、1.95~2.19 Φ,平均值分别为1.79 Φ、1.60 Φ、1.76 Φ、2.08 Φ,前三个沙丘属中砂范围,XYSQ4为细沙;标准偏差的范围分别为0.97~1.35、1.02~1.69、1.12~1.28、0.92~1.09,均值为1.14、1.31、1.20、1.00,分选均较差;偏度的范围为0.31~0.44、0.31~0.48、0.37~0.42、0.31~0.37,均值为0.35、0.40、0.40、0.35,均为极正偏;峰度的范围为1.75~2.02、1.34~2.19、1.92~2.67、1.89~2.49,平均值为1.92、1.85、2.13、2.16,为尖窄峰态。其中XYSQ2表面沉积物粒径最粗,分选最差,正偏较强,峰态较宽平;XYSQ4平均粒径表现为细砂,因此粒径最细,分选最好,正偏较弱,峰态较尖窄。可见除XYSQ4沉积物粒径明显变细之外,其他参数未见明显差异。
Table 3 The surface sediment grain-size distribution

表3 表层沉积物的粒度参数

采样位置 平均粒径Mz/Φ 标准偏差σ 偏度Sk 峰度KG
平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值
河漫滩（n=3） 2.03 2.13 1.89 1.34 1.39 1.28 0.33 0.35 0.31 1.32 1.34 1.28
佛掌
沙丘
（n=30）		 XYSQ1 1.79 2.05 1.48 1.14 1.35 0.97 0.35 0.44 0.31 1.92 2.02 1.75
XYSQ2 1.60 1.98 1.08 1.31 1.69 1.02 0.40 0.48 0.31 1.85 2.19 1.34
XYSQ3 1.76 2.09 1.54 1.20 1.28 1.12 0.40 0.42 0.37 2.13 2.67 1.92
XYSQ4 2.08 2.19 1.95 1.00 1.09 0.92 0.35 0.37 0.31 2.16 2.49 1.89
平均值 1.81 2.08 1.51 1.16 1.35 1.01 0.37 0.43 0.33 2.01 2.34 1.73
岗派公路（n=4） 2.20 2.33 1.95 1.06 1.20 0.87 0.36 0.39 0.31 2.17 2.31 2.02
根据四个新月形沙丘的均值分析佛掌沙丘的参数特征,平均粒径范围为1.51~2.08 Φ,平均值1.81 Φ,属于中砂;标准偏差的范围为1.01~1.35,平均值1.16,分选较差;偏度的范围为0.33~0.43,平均值0.37,为极正偏,频率分布曲线图表现为有一细尾;峰度的范围为1.73~2.34,平均值2.01,为尖窄峰态。河漫滩沉积物的平均粒径范围为1.89~2.12 Φ,均值2.03 Φ,属于细砂;标准偏差范围1.28~1.39,均值1.34,分选较差;偏度范围为0.31~0.35,均值0.33,极正偏;峰度的范围1.28~1.34,均值1.32,属尖窄峰态。岗派公路平均粒径的范围为1.95~2.33 Φ,平均值为2.20 Φ,为细砂;标准偏差的范围为0.87~1.20,平均值为1.06,分选较差;偏度的范围为0.31~0.39,平均值为0.36,极正偏;峰度的范围为2.02~2.31,平均值为2.17,为尖窄峰态。可见从河漫滩到公路表面沉积物粒度特征整体表现为粒径先变粗后变细,分选变好,正偏先加强后减弱,峰态则渐见尖锐。
为了便于分析,计算四个新月形沙丘代表性部位的粒度参数平均值,绘制参数分布图（图3）。从图中可以看出,自沙丘迎风坡坡脚至背风坡坡脚的平均粒径（图3a）分别为1.75 Φ、1.89 Φ、1.81 Φ、1.87 Φ、1.60 Φ和1.76 Φ,均属于中砂范围,坡顶最细,迎风坡下部最粗;标准偏差（图3b）分别为1.13、1.19、1.19、1.18、1.09和1.14,分选性均较差,坡顶分选性稍好于其他部位;偏度（图3c）的各部位均值相差不大,均位于0.36~0.38的范围内,属极正偏,频率曲线表现为有一细尾;峰度值（图3d）分别为2.07、1.86、1.98、1.92、2.31和1.98,为尖锐峰态,坡顶最大,较尖窄,迎风坡下部最小,稍宽平。整体而言,各部位参数分布表现为坡顶粒径最粗、分选最差,迎风坡下部粒径最细、分选最好。
Fig. 3 Grain size parameters of different parts of barchan dunes

图3 新月形沙丘不同部位粒度参数

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2.3 频率分布曲线与概率累计曲线

频率分布曲线可以直观地反映沉积物粒级的分布情况,获得众数粒径值,对偏度和峰态进行定性描述[36]。沙丘沙的概率累计曲线一般由2~3段线段组成,可以揭示沉积物的移动方式[37]。线段的斜率与沉积物的分选性具有相关关系,斜率越大,分选性越好[38],风沙活动频率越高[39]。
从频率曲线图（图4a~图4c）中可以看出该区域表层沉积物均为单峰分布,粗偏,有一细尾。四个新月形沙丘中XYSQ4的频率曲线最为高窄,众数粒径值为1.99 Φ,对应含量为10.52%,XYSQ2的曲线最为宽平,众数粒径值为1.33 Φ,对应含量为8.03%,且XYSQ2的频率曲线整体位于最左侧,XYSQ4的频率曲线位于最右侧,因此XYSQ2表层沉积物粒度最粗,XYSQ4沉积物最细。佛掌沙丘、河漫滩和岗派公路三者中,河漫滩的曲线最为低平,众数粒径值为1.66 Φ,对应含量为6.46%;岗派公路的曲线最高窄,众数粒径为2.16 Φ,对应含量为10.05%;佛掌沙丘的曲线介于两者之间,众数粒径为1.66 Φ,对应含量为8.27%。整体而言,岗派公路的曲线位于最右侧,表明其整体粒径最细。六个地貌部位的频率曲线走向基本一致,众数粒径值均处1.65 Φ左右,说明六个部位的沉积物粒度差异不大。其中坡顶的众数粒径值对应的含量最多,为8.93%,迎风坡上部众数对应的含量最小,为7.38%。可见六个地貌部位中坡顶沉积物的粒径较粗,而迎风坡上部的沉积物粒径较细。
Fig. 4 Frequency distribution curve and probability accumulation curve

图4 频率分布曲线图与概率累计曲线

注：a、d分别为新月形沙丘的频率曲线和概率曲线;b、e分别为佛掌沙丘、河漫滩和岗派公路的频率曲线与概率曲线;c、f分别为新月形沙丘六个部位平均值的频率曲线与概率曲线。

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概率累计曲线（图4d~图4f）表明,沉积物的累计曲线均为2~3条线段,粗细组分截点皆位于3 Φ左右,沉积物蠕移组分含量很少;跃移组分占绝对优势,累计含量90%左右,且线段斜率较大,分选较好;悬移组分累计含量不足10%,斜率小,分选差。在佛掌沙丘、河漫滩和岗派公路的沉积物概率曲线图（图4e）中,岗派公路的曲线位于最右侧,河漫滩的曲线位于最左侧,表现出自河漫滩至岗派公路沉积物粒径整体变细的趋势。

2.4 沉积环境判别

Sa等[40]建立了一种基于粒度参数的经验判别公式,可以用来分析沉积物的沉积环境。具体公式如下：
Y1=-3.5688Mz+3.7016σ2-2.0766SK1+3.1135KG
（1）
Y1小于-2.7411则判定为风成沉积,否则继续Y 2;
Y2=15.6534Mz+65.7091σ2+18.1071SK2+18.5043KG
（2）
Y 2小于65.3650则判定为海滩沉积,否则继续Y 3;
Y3=0.2852Mz-8.7604σ2-4.8932SK3+0.0482KG
（3）
Y 3大于-7.4190则判定为浅海沉积,否则继续Y4;
Y4=0.7215Mz-0.4030σ2+6.7322SK4+5.2927KG
（4）
Y4小于9.8433则判定为浊流沉积,否则为河流沉积。
将样品的粒度参数带入公式,计算结果显示沙丘样品均为河流沉积,沉积环境单一（表4）。但是王勇等[17,41,42]对响水河沿岸不同的河岸沙丘表层沉积物的粒度特征进行研究,结果均表明河谷沿岸的风成沙丘皆以中砂为主,占比43.85%~56.10%不等,平均粒径均值在1.62~1.95 Φ之间,中等分选,偏度近对称,尖窄峰态。本文的粒度结果显示佛掌沙丘的表层沉积物以中砂为主（45.91%）,平均粒径1.81 Φ,尖窄峰态,数据结果对比显示该沙丘为风成沙丘。另外,雅江河谷中下游河段干湿季分明,河流枯水期与丰水期流量悬殊,水位变幅大,丰水期河流中游输沙量大,待冬春枯水期时大面积出露在河漫滩堆积,为沙丘提供丰富的沙源。但沙丘明显高于河漫滩,沙粒在风力作用下向岸输送,形成沙丘。尽管河流为该沙丘提供沙源,但风仍然是形成沙丘的主要外动力。因此萨胡判别式在判定该沙丘的沉积环境时存在偏差,可能是由于受雅江河谷地形的限制,沙丘离物源很近,该公式在此类环境下无法明确区分河流沉积与风力沉积环境。周娜等[35]在对毛里塔尼亚的沙丘进行研究时得出看相似的结论,认为萨胡判别式对河流沉积的判别缺乏准确性,另外Liu等[43]也认为萨胡判别式在判别风成环境时准确性尚有待验证,因此该判别式的适用性还需视具体情况而定。
Table 4 Sedimentary environment

表4 沉积环境结果表

样品名 Y1 Y 2 Y 3 Y4 沉积环境 样品名 Y1 Y 2 Y 3 Y4 沉积环境
S1 2.824674 131.2301 -9.24219 13.37072 河流沉积 S20 3.659976 172.4304 -14.4706 13.64723 河流沉积
S2 2.071131 136.5549 -10.1546 12.27891 河流沉积 S21 6.06424 165.5133 -12.3228 17.53943 河流沉积
S3 3.303797 159.4643 -12.7166 13.58776 河流沉积 S22 4.153659 178.0651 -14.3914 14.86125 河流沉积
S4 4.459592 172.9453 -14.8903 13.22971 河流沉积 S23 3.115749 164.0291 -12.5777 14.55346 河流沉积
S5 4.694816 164.6117 -14.135 13.03626 河流沉积 S24 2.821948 158.5968 -11.5376 15.03225 河流沉积
S6 1.745887 138.5882 -9.48731 13.50912 河流沉积 S25 1.156906 137.4885 -9.00259 13.89613 河流沉积
S7 6.847499 188.6318 -17.6398 13.99275 河流沉积 S26 1.964407 149.4952 -10.3365 14.51887 河流沉积
S8 5.326945 162.0224 -13.6802 13.76779 河流沉积 S27 0.913255 128.236 -8.16754 13.24203 河流沉积
S9 7.246369 245.6958 -24.755 12.78646 河流沉积 S28 3.714843 150.6511 -10.0465 16.67934 河流沉积
S10 6.02602 178.153 -16.1561 13.32911 河流沉积 S29 2.799259 146.1341 -9.54228 15.95078 河流沉积
S11 6.947143 250.8451 -26.7194 10.52672 河流沉积 S30 2.947681 145.9214 -10.2829 14.68935 河流沉积
S12 5.825869 182.7372 -16.6179 14.01623 河流沉积 G1 1.451956 122.7787 -7.42181 13.86768 河流沉积
S13 6.072063 132.6148 -10.4865 14.32165 河流沉积 G2 2.850887 170.7301 -12.3832 15.98475 河流沉积
S14 3.179821 130.97 -10.4616 11.55524 河流沉积 G3 2.091708 156.3564 -10.7191 15.42191 河流沉积
S15 6.023858 177.4651 -15.6189 14.47563 河流沉积 G4 3.185725 176.1426 -13.8333 14.85862 河流沉积
S16 4.665626 153.9757 -12.9173 13.28976 河流沉积 H1 2.603355 165.7395 -15.1476 9.557715 浊流沉积
S17 5.62738 171.8929 -15.2918 13.66525 河流沉积 H2 2.681887 179.1314 -16.4449 10.06139 河流沉积
S18 5.613249 176.6321 -15.9059 13.68584 河流沉积 H3 2.983632 191.8333 -18.0249 10.20717 河流沉积
S19 5.07212 165.5152 -12.8915 15.79156 河流沉积

3 讨论

3.1 叠置新月形沙丘不同部位的沉积物粒度分异规律及原因

有研究者总结出各地沙丘表面沉积物粒度的两种分布模式[3]：一是自两侧坡底至坡顶沉积物粒径变细,分选逐渐变好;二是由两侧坡脚至坡顶沉积物粒径变粗,分选变好。该研究区叠置新月形沙丘表面沉积物不同部位粒度特征的平均值（图3）与第二种模式相似,表现为坡顶沉积物粒径最粗,分选最好,迎风坡下部粒径最细,分选最差。该粒度分异规律是由于坡顶长期遭受风力吹蚀和分选,极细砂、粉砂等细颗粒物被风吹蚀,而细砂、中砂、粗砂等较粗颗粒物在坡顶相对集中;迎风坡下部风速剪切力小,细颗粒损失量较小,粒径较细,而粗细颗粒混合使该部位沉积物分选较差[8]。另外,迎风坡坡脚沉积物粒径粗于迎风坡坡面,可能是受上风向沙丘背风坡坡脚沉积颗粒粒度的影响。随着沙粒增多,沙丘高度增加,大部分沙越过丘顶后在背风坡上部堆积,达到休止角后发生坍塌,粗砂在重力分选的作用下快速滑落至背风坡坡脚,对下风向沙丘的迎风坡坡脚沉积物的粒度进行干扰。沙丘的分选性主要受沙丘的坡形及高度控制,当沙丘规模不断变大,沙丘在主风向上展宽,迎风坡变长,丘顶渐宽阔[17],因此当风沙流沿坡爬升时,随高度的增加风力不断加大,对沉积物不断进行风力分选,到达坡顶时由于风力骤减,粗颗粒大量沉降,细颗粒被风带走而导致坡顶粒径最粗,分选最好。

3.2 自河漫滩至岗派公路的沉积物粒度分布规律及原因分析

根据三个主要组分（中砂、粗砂和细砂）的含量绘制的组分三角图（图5）表明,所有样品的中砂含量差异较小,均在50%左右,而细砂和粗砂的含量差异较大,河漫滩样品细砂与粗砂组分均位于25%左右,XYSQ2的粗砂含量最多,而XYSQ4和岗派公路的粗砂含量最少,细砂含量最多,即XYSQ4与岗派公路的沉积物粒径整体较细。
Fig. 5 Triangulation of major components

图5 主要组分三角图

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根据采样点数据绘制的海拔高度与平均粒径之间的散点图（图6）显示平均粒径与海拔高度之间存在不显著的正相关（Pearson系数为0.33015）关系,随着高度增加,沉积物粒径变细。这与表2显示的结果相契合,即随高度逐渐升高,XYSQ2到XYSQ4的表层沉积物整体粒径逐渐变细。沙丘表面的粒度特征是沙丘形态与风力蚀积共同作用的结果,与各部位相对高度的变化也相关。不同粒径的颗粒物爬升能力与移动方式不同,随高度增加,细砂以上的粗颗粒爬升能力逐渐减弱,在较低处沉降堆积,而较细颗粒则可以随风跃移至较高位置。另外,由于重力分选的作用,较粗的颗粒物在重力作用下向低海拔的沙丘滑落。XYSQ4海拔最高,因此其沉积物粒径最细,分选最好。此外,XYSQ2和XYSQ3相对高大,地形阻挡导致较多的粗颗粒在此处沉降,细砂等较细颗粒物则可以越过高大的沙丘,因此XYSQ4的粗砂含量骤降,而细砂含量大幅增加。
Fig. 6 Scatter plot of altitude and mean particle size

图6 海拔高度与平均粒径散点图

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值得注意的是,岗派公路的沙样粒度特征与XYSQ4极为相似,粗砂含量极少而细砂含量突增,表现出明显的继承性。由此可知佛掌沙丘的沙粒经风力输送已蔓延至公路并造成了一定程度的公路沙害,威胁行车安全。研究表明[17],河谷风沙地貌的发育是由于冬春季节大风不断向下风向输沙,破坏植被,为风力侵蚀提供条件,侵蚀区发育为丘间地,为下风向沙丘提供沙源,进一步破坏植被生长,发育为新的沙丘,导致沙丘不断蔓延,因此该区域应重视沙丘向下风向蔓延,造成严重沙害的现象。

4 结论

（1）研究区内佛掌沙丘表面沉积物粒度的总体特征为中砂、分选较差、极正偏、尖窄峰态。叠置新月形沙丘的粒度分布模式表现为坡顶最粗,分选最好。是由于风速剪切力自迎风坡坡脚至坡顶不断变大,粗颗粒被吹至坡顶,坡度变缓,风速骤降,粗颗粒迅速沉降堆积,较细颗粒大量损失,因此坡顶粒径最粗,风选最好;迎风坡下部由于风速剪切力较小,细颗粒损失量减少而表现为粒径较细,粗细颗粒混合导致分选较差。
（2）利用萨胡判别式判断该沙丘的沉积环境为河流沉积,但将本文的粒度数据与前人的研究结果进行对比后发现佛掌沙丘为典型的河谷风成沙丘。佛掌沙丘的沙源以河漫滩物质为主,汛期河流大量输沙,枯水期出露在河漫滩堆积,被高频大风输送至岸边成为沙丘的主要沙源,但风力仍然为沙丘形成的主要外动力。可能是由于河谷狭窄,沙丘距离物源较近,萨胡判别式在区分沉积环境时出现偏差。自河漫滩至佛掌沙丘顶部沉积物粒径整体变细,分选变好,主要是因为不同粒径的颗粒物随风移动的距离不同,较细的颗粒物可以随风爬升至较高位置,而粗颗粒则不断沉降堆积。
（3）佛掌沙丘顶部的岗派公路位于盛行风下风向,遭受一定程度的公路沙害,影响行车安全。根据前人的经验,在治理沙害时需结合当地条件因地制宜,尽量采用植被与工程相结合的措施,以达到有效防风治沙的效果。

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Abstract
对位于库姆塔格沙漠北部的三垄沙地区,迄今尚未开展详细的风沙地貌研究。对该区域地表沉积物样品进行粒度分析,旨在探讨不同区域、不同沙丘类型以及沙丘不同地貌部位的沉积物特征差异。结果表明:三垄沙地区地表沉积物以中沙和细沙为主,二者平均含量之和为63.20%,平均粒径为0.95~1.89Φ,分选系数为0.55~1.55,粗于库姆塔格沙漠和塔克拉玛干沙漠,与世界其他沙海沙物质相比属于偏粗粒径。三垄沙地区的主要沙丘类型为新月形沙丘或沙丘链,其北部发育有线形沙丘;这两种沙丘表层沉积物平均粒径均属于中沙范围,且从沙丘底部到丘顶平均粒径变大、分选变好,最粗的沙粒出现在沙丘顶部,平均粒径分别为1.64Φ和0.71Φ,不同于其他地区沙丘顶部沉积物最细的分布模式。从概率累积曲线来看,流动沙丘多为二段或三段式,风成沙砾浪和剥蚀残丘多为三段或四段式,表明后者经历的分选过程较短。本区地表沉积物的平均粒径沿主导风向有变小的趋势,其中,新月形沙丘和线形沙丘的这一特征最为明显。
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Abstract
利用BSNE梯度集沙仪采集塔克拉玛干沙漠腹地复合型纵向沙垄区近地层80m高度内秋季不同高度的沙尘物质，探讨沙尘天气下水平输沙通量差异及沙尘的粒度特征。结果表明：由于受到复合型纵向沙垄的影响，沙尘天气过程近地层沙尘水平通量并不遵循幂函数或指数函数分布，在20m以下随高度增加而降低，在32~63m随高度增加而增大，并且在24m和63m两个高度处出现转折点。各层沙尘平均粒径64~80μm，以极细沙为主，分选系数0.96~1.12，分选性中等偏差。粒径频率曲线呈双峰分布，主峰值出现在80~110μm，次峰值在10~12μm，反映了沙尘组成的复杂性，远源沙尘在各高度层的变化幅度较小，以局地和区域源为主。沙尘水平通量与沙尘粒度变化表明沙尘天气主导风速风向、强烈的上升运动及纵向沙垄是影响沙尘水平通量垂直差异的重要因素。
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Cited in this article [1] Abstract
A grain-size study was conducted on the surface sediments found east of Kumtagh Desert and its connected geomorphic units, such as the wadi, wetland, oasis, and alluvial fan. The frequency, cumulative curves, and scatter diagrams of four grain-size parameters, namely, the mean grain size, sorting, skewness, and kurtosis, were plotted to study the grain-size characteristics of each sediment. Multiple discriminant analyses were applied to distinguish the deposition environments. Results indicated large diversities in the sediments from different environments. The aeolian sediments from the sandy desert and the gobi land show uniform characteristics or homogeneous changes. The sand resources from the eastern part of the desert can be considered as the alluvial deposits from the southern Altyn Tagh Mountain carried by several erosion gullies. Meanwhile, the western Mingsha Megadune inherited sediments from the nearby Danghe River. The discriminant functions proposed by Sahu can distinguish the deposition process. However, these functions lose their accuracy when applied to heavily eroded aeolian and gobi sediments. (C) 2014 Elsevier B.V.

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