古尔班通古特沙漠侵蚀型新月形沙丘表层砂粒度与石英砂微结构特征的环境意义

刘瑞,李志忠,2*,靳建辉,2,邹晓君,马运强,谭典佳,陶通炼

(1 福建师范大学地理科学学院/湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地,福建 福州 350117;2 福建师范大学地理研究所,福建 福州 350117)

新月形沙丘是平面形态呈新月形的风积沙丘地貌,一般形成在供沙量不足、输沙风向单一的无植被区域[1-3]。沙丘表层砂粒度特征是反映沙丘物源背景、沙丘砂运移机制、分选规律和蚀积过程的重要信息载体,是风力与沙丘形态、沙质地表共同作用的综合产物,可以反映地形和风动力导致的沙物质迁移规律和区域地貌演化过程[2-5]。研究表明[2-3],不同沙漠的新月形沙丘表层砂粒度变化特征有共性也存在区域差异,区域差异可能反映了沙漠自然地理背景的不同,尤其是沙源条件、植被特征的区别,不同发育阶段新月形沙丘表层砂粒度分布特征也有明显变化。

古尔班通古特沙漠是中国最大的固定、半固定沙漠,线形沙丘(沙垄)是该沙漠最主要的沙丘形态,在沙漠西部也分布有一定面积的新月形沙丘(链)[6-8]。近60年来北疆年均降水量增加[9]、近地表平均风速降低[10],沙区土壤湿度增加、植被生长条件转好;同时,国家加大了沙漠生态保护力度和生态建设,一系列综合治理措施促进了沙区植被保育,改善了沙区植被盖度状况[11]。这些过程导致古尔班通古特沙漠流动沙丘面积减少,日趋扩展的草灌丛植被拦截风沙,沙丘表层的风沙蚀积过程发生重大变化,在沙漠西部形成了众多侵蚀型新月形沙丘。关于侵蚀型新月形沙丘的研究较少,且主要集中在形态特征变化方面,其表层砂粒度特征尚未得到关注[12]。目前关于古尔班通古特沙漠不同形态沙丘粒度特征及其环境意义的研究[13-16]主要集中在表层沉积物的基本特征和空间分异方面,关于侵蚀型的固定新月形沙丘与流动新月形沙丘粒度特征变化对比分析及其环境意义的研究较少。

因此,本文通过采集古尔班通古特沙漠西部侵蚀型新月形沙丘(链)不同地貌部位的表层砂样,利用粒度特征对比分析方法,探讨研究区不同发育阶段、不同规模的固定新月形沙丘表层砂的粒度组成、粒度参数变化特征及其成因,并结合表层砂石英颗粒微结构特征分析,获取研究区沙丘近地表风沙侵蚀搬运过程与砂物质来源信息,为研究区侵蚀型固定、半固定沙丘长期动态变化趋势监测提供基础科学资料,同时为该区土地沙漠化防治和生态环境保护提供技术支撑。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

古尔班通古特沙漠位于新疆准噶尔盆地中央,面积4.88×104km2,是中国最大的固定、半固定沙漠和受西风环流影响最明显的沙漠,平均海拔高度为677 m,西南部海拔高度最低(<400 m)[7-8,13]。区域气候具有典型的大陆性特征,年平均气温4～7 ℃,年蒸发量超过1 590 mm,年降水量不足150 mm且集中在春季和冬季,稳定积雪日数约100～160 d,春季积雪融化后沙体可形成50～60 cm的悬湿沙层,沙漠中的土壤以固定、半固定风沙土占绝对优势[7,17-18]。对沙漠风沙地貌起控制性作用的是西风环流主导的西北风,蒙古高压风系受季节性和区域的局限性,仅在冬、春季对沙漠中部和东北部地区有较大意义[7-8],沙漠西部毗邻准噶尔盆地西部各大山口,风能较高(>400 VU),但在莫索湾地区已被削弱至低风能环境,年输沙势仅为14.03 VU,合成输沙向为104.64°(图1)。

图1 研究区位置和风沙地貌特征(图b据钱亦兵等[13]改绘)

古尔班通古特沙漠沙丘类型丰富多样,线形沙丘(纵向沙垄)占固定、半固定沙丘总面积的80%以上,沙漠中南部分布有蜂窝状沙垄和复合沙垄;西部莫索湾地区以新月形沙丘(链)和梁窝状沙丘为主,自西北向东南的沙丘形态由新月形沙丘与线形沙丘共生转向新月形沙丘链、梁窝状沙丘等,新月形沙丘为研究区基本风积地貌类型,在西北风的作用下总体呈西北-东南走向[7-8]。沙漠西部毗邻准噶尔盆地西部大风区域、莫索湾地区上风向分布有面积广大的盐碱地,下风区域总体上属于沙源不足的风沙环境。在近几十年全球变暖、中亚干旱区湿度增加和大规模封沙育林等生态保护措施的背景下,不仅广泛发育灌丛沙丘,流动、半流动的新月形沙丘也大多被植被固定下来,且多年处于风蚀状态,迎风坡和丘脊广泛发育不同规模的风蚀坑、叠置灌丛沙堆和顺主风向延伸的风蚀槽等,大部分沙丘的背风坡(落沙坡)也普遍发育稀疏草丛和小灌木,仅在沙丘丘顶存在宽度不等的流动带[13,18](图2)。

图2 研究区新月形沙丘(链)地貌特征

1.2 样品采集

选取古尔班通古特沙漠西部不同发育阶段、不同形态规模的13个新月形沙丘样方(图1c,表1)。自每个沙丘迎风坡坡脚至背风坡坡脚,垂直丘脊线(纵向)方向上,以采样面积为25 cm×25 cm的五点取样法采集坡脚、坡下部、坡中、坡上部、丘顶等不同地貌部位0～2 cm深度的表层沙样200～300 g,合计109个样品。通过在采样点GPS实地测量和Google Earth高分影像判读获取各沙丘的形态参数(表1),依据沙丘形态特征和规模大小判断沙丘的发育阶段。

表1 采样沙丘形态参数

1.3 研究方法

本文所有样品的前处理和上机测试均在福建师范大学湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地粒度分析实验室完成。粒度样品预处理过程参考前人方法[15-16]:称重4.5 g样品放入烧杯置于加热板上,依次加入10%的H2O2和10%的HCl以去除有机质和碳酸钙等胶结物质;待样品充分反应后,重复静置、抽取上层清液步骤,直至溶液呈中性;加入0.05 mol·L-1六偏磷酸钠作为分散剂,超声振荡4～5 min充分分散颗粒,即刻上机测试。

粒度测试仪器为Malven Mastersizer 2000型激光衍射粒度仪,测量范围为0.02～2 000 μm,每个样品重复测量3次,重复测量误差小于2%时取其平均值,粒级分辨率0.01 Φ。粒度分级依据Udden-Wentworth方法采用Φ值表示[19];参考Folk-Ward公式[20]得出每个样品的粒度参数:

砂样石英颗粒的扫描电镜观察实验样品前处理过程参考前人方法[14-15]:称取2～3 g砂样放入烧杯置于加热板上,加入30% HCl加热至180 ℃,充分反应后将样品反复换水中和后烘干,用导电双面胶将样品单层均匀地粘在样品柱上真空喷金,即刻上机拍摄。扫描电子显微镜仪器为日本JCM-6000 Plus,可清楚地判读样品表面结构细节。每个沙丘选择丘顶部位的1个砂样,在每个砂样中随机选择约20颗石英颗粒,观察并统计其微结构特征,合计观察了13个砂样约260颗石英颗粒。

2 结果与分析

2.1 粒度组成特征

2.1.1 粒径级配

古尔班通古特沙漠西部新月形沙丘表层砂的粒级分布范围较广,细砂在各沙丘占绝对优势(54.53%),其次为极细砂(21.92%)和中砂(19.83%);粉砂(2.62%)、粗砂(0.61%)和黏土(0.46%)含量较少,仅在3个沙丘(M4、M8、M9)中出现极少量极粗砂(0.04%)。自西北向东南,不同发育阶段、不同形态规模新月形沙丘的粒度组成有较明显区域差异。

从粒度组成的变化趋势看,西北部沙丘的极细砂与细砂含量(78.34%)高于东南部(70.61%),黏土与粉砂含量(2.74%)略低于东南部(4.35%);东部沙丘极细砂与细砂含量仅为65.48%,但中砂、粗砂含量(29.41%)显著高于其他地区(18.75%)。总体上,自西北至东南(沿盛行风向)分布的沙丘表层砂粒级组成略有增粗趋势,但差异不显著(表2)。

表2 研究区沙丘砂样粒度组成与粒度参数

从不同发育阶段沙丘砂粒度组成来看,饼状沙堆和盾形沙堆细砂占比分别为56.02%和56.86%,高于雏形新月形沙丘(54.37%)和成熟新月形沙丘(52.61%);饼状沙堆、盾形沙堆和雏形新月形沙丘的中砂占比分别为17.95%、19.35%和18.02%,显著低于成熟新月形沙丘(22.67%);饼状沙堆、盾形沙堆和雏形新月形沙丘的极细砂占比分别为23.02%、22.06%和23.66%,显著高于成熟新月形沙丘(19.66%)。尺度较小的饼状沙堆和盾形沙堆各粒级组分含量的波动范围显著低于尺度较大的雏形新月形沙丘和成熟新月形沙丘,随着沙丘尺度增加、形态起伏增大并逐渐趋于成熟,细砂、极细砂比例呈下降趋势,而中砂、粉砂含量明显升高,各粒级组分含量波动范围逐渐增大(图3)。

图3 不同发育阶段新月形沙丘的粒度组成差异

2.1.2 粒度频率分布和概率累积曲线

研究区新月形沙丘表层沙的粒度频率分布曲线均呈相似的窄单峰正态分布,在粒径4.50～6.50 Φ之间有一细尾,整体上样品分选性较好,沉积环境稳定,具有风成沙的典型特征(图4,图5)。粒度众数区间大体一致,以1.15～3.82 Φ的颗粒为主,峰值粒径2.49 Φ,对应含量9.73%。不同发育阶段新月形沙丘的粒径分布则有一定差异,雏形和成熟新月形沙丘中0.16～1.65 Φ较粗颗粒含量略高,饼状沙堆和盾形沙堆中1.95～3.15 Φ较细颗粒含量略高。成熟新月形沙丘的峰值分布为2.32 Φ,其他3个阶段的峰值分布为2.55 Φ。

沿沙丘纵剖面自迎风坡坡脚至背风坡坡脚采样,沙丘1为迎风坡坡脚,M14、M6、M3、M5沙丘5为丘顶,其余沙丘6为丘顶。图4 各沙丘不同部位沙样的频率分布曲线

图5 沙丘沙样的频率分布和概率累积曲线

从沙丘的不同地貌部位粒度特征来看,饼状沙堆不同位置的粒度频率分布曲线差异不大,但随着沙丘规模的增大,可以发现同一沙丘不同部位的粒度频率分布曲线之间的差异有所增大,特别是沙丘丘顶的粒度组分逐渐偏粗、粗颗粒占比逐渐增大的趋势非常明显。

风成沉积的粒度概率累积曲线一般存在1～3个截点,不同线段及其斜率大小可以反映不同的动力组分和分选性差异[19]。研究区新月形沙丘表层砂的搬运方式和沉积环境相差不大,概率累积曲线主要由三段式构成,即推移、跃移和悬移组分,推移和跃移的截点多位于1.12 Φ左右,两组分斜率均较大,分选性好,推移组分含量较少,跃移组分占比可达90%以上,符合风成沙的特征;跃移和悬移的截点多位于3.82 Φ左右,悬移组分斜率小,分选性差,含量较少(图5)。在沙丘迎风坡坡脚和丘顶的表层砂粒度概率累积曲线向粗端偏移,多表现为斜率较大的二段式分布,即分选性较好的推移和跃移组分,几乎不存在悬移组分。

2.2 粒度参数特征

平均粒径代表了粒度分布的集中趋势,标准偏差反映了近地表风沙动力过程的复杂性,偏度和峰度是衡量粒度分布对称性与峰凸程度的定量指标[19]。由表2可知,研究区新月形沙丘表层沙的平均粒径介于2.03～2.88 Φ之间,平均值为2.55 Φ;分选性介于好与较差之间(0.45～1.36);偏度多为负数,但仍呈近对称分布(-0.36～0.08),沉积物偏向于较粗的物质;峰度为中等至很窄(0.92～2.33)。西北部(上风区)沙丘平均粒径(2.62 Φ)较东南部(2.52 Φ)更细,东部(下风区)最粗(2.43 Φ);沿着盛行风向,自西北(0.65)至东南(0.76)表层砂的分选性逐渐变差,偏度无明显差异;且西北部沙丘沉积物呈窄峰度分布(1.15),东南部则表现为中等峰度(1.03)。

不同部位表层砂的粒度参数特征具有一定的规律性。总体来看,沙丘丘顶的平均粒径最粗,背风坡坡中最细,自迎风坡坡脚至丘顶、丘顶至背风坡坡脚多呈现先变细后变粗的“M”状变化趋势。多数沙丘的平均粒径与标准偏差的变化趋势类似,但M4雏形新月形沙丘的平均粒径与标准偏差却呈明显的负相关关系,M2、M9和M11等新月形沙丘的平均粒径与标准偏差没有明显的变化规律。多数沙丘各个部位表层沙偏度表现为近对称分布,M6和M8沙丘在坡中出现了较大程度的负偏;所有沙丘的峰度与偏度变化趋势呈明显的反比关系。总体上反映了在不同尺度、不同起伏度和植被盖度沙丘上,贴近地表运行的风沙流运移、沉积过程变化的复杂性。

在不同发育阶段的沙丘中,表层砂平均粒径最小为饼状沙堆(2.59 Φ),其次是盾形沙堆(2.57 Φ)、雏形新月形沙丘(2.56 Φ)和成熟的新月形沙丘(2.50 Φ)。从分选性看,不同发育阶段沙丘表层砂的分选性均较好,但随着沙丘尺度增加、起伏度增大,即由饼状沙堆、盾形沙堆到成熟的新月形沙丘,沙丘表层砂分选性略有变差趋势。从峰度变化看,以饼状沙堆的表层砂样峰度最高,不同部位间的峰度值变异最大,坡中部位峰度值最高;雏形新月形沙丘与成熟新月形沙丘的峰度变化趋势较为一致,在沙丘坡脚部位峰度最高;盾形沙堆峰度最小,不同部位间的变化也最小。砂样的偏度在不同发育阶段沙丘上的变化趋势与峰度恰好相反,但彼此差异不大,均呈近对称分布(图6)。

沿沙丘纵剖面自迎风坡坡脚至背风坡坡脚采样,沙丘1为迎风坡坡脚,M3、M5、M6、M14沙丘5为丘顶,其余沙丘6为丘顶。图6 沙丘不同部位粒度参数

2.3 粒度参数间的相关性

总体上看,随着沙丘表层砂样平均粒径逐渐变细,砂样分选性总体上有变好的趋势,偏度和峰度略有趋于负偏和变窄的趋势。不同发育阶段新月形沙丘粒度参数之间的相关性存在较大差异,只有饼状沙堆的平均粒径与标准偏差(R2=0.40)、偏度(R2=0.64)和峰度(R2=0.66)之间相关性较好,其余阶段沙丘均无相关性;且随着新月形沙丘发育逐渐成熟,砂样各粒度参数之间的相关性依次降低,平均粒径与标准偏差的线性回归直线斜率依次减小;雏形的与成熟的新月形沙丘的偏度与峰度分布与平均粒径无关,分布范围较大(图7)。

图7 不同发育阶段新月形沙丘表层沙粒度参数的相关性

2.4 石英砂表面结构特征

在风成沙丘发育过程中,石英砂颗粒所受的撞击、溶蚀、沉淀等机械与化学作用存在明显的空间异质性,在其表面会产生不同的特征标志,其微形态特征可以反映物源、外营力类别与沉积环境,这为还原砂砾搬运的动力和过程提供了较为可靠的依据[14,21]。从研究区新月形沙丘表层砂样电镜观察统计分析结果看,石英砂磨圆度较差,次棱角状最多(图8a～d),南部沙丘石英砂样的磨圆度略佳,但仍以次棱角状为主。在沙丘不同地貌部位上,丘顶的磨圆度最佳,但各部位石英砂磨圆度差异不明显(表3)。

表3 古尔班通古特沙漠石英砂表面结构特征已有研究对比

图8 石英砂颗粒表面形态特征

前人研究表明,古尔班通古特沙漠沙丘沙物质来源主要是“就地起沙”[7],是风力作用吹扬下伏砂物质再堆积形成了不同形态的沙丘,且下伏砂物质搬运距离很短[8,13]。对研究区风沙石英颗粒微形态结构观察表明,除了碟形坑、麻坑等典型风力作用下的撞击特征外(图8e,图8f),石英砂残留较多原生外营力作用特点,例如次棱角状形态、V形坑、直线形擦痕等(图8i～图8l)。

在长期的风力作用下,石英砂在搬运过程中彼此撞击,磨圆度较好的石英颗粒撞击到较大的颗粒表面上会形成碟形坑,受到大量细颗粒撞击时会形成麻坑,由于落地时撞击的方向、部位以及撞击力的大小不同,颗粒表面会形成不规则撞击坑,多个撞击坑汇合相交后便形成了蛇曲脊,这些都是沙漠风成环境的典型特征。古尔班通古特沙漠昼夜温差大,冬季稳定积雪日数长,因此在石英砂颗粒表面普遍可以观测到较多由于化学风化作用强烈而出现的次生硅质沉淀或硅质球(图8g)。此外,在个别石英颗粒上发现了也明显的溶蚀痕迹(图8h)。这些石英颗粒的微结构特征,反映了在干旱多风沙条件下,砂物质经历搬运和风积后的化学风化特点。

除了风沙环境下形成的石英颗粒微形态结构特征,在研究区沙丘砂的石英颗粒表面微形态中,还保留较多下伏沙源的原生外营力作用特征。例如,在水动力环境下,颗粒棱角产生碰撞会形成V形撞击坑;颗粒同一平面上彼此近似平行、深度较浅的擦痕说明早期可能经历过冰川作用环境。

3 讨论与结论

3.1 讨论

3.1.1 区域新月形沙丘粒度分布的成因分析

在地形因素的影响下,三面环山的准噶尔盆地形成了独特的风系统,西风气流自准噶尔西部山地各大风口汇入,由此形成的风沙搬运通道大风频繁且风向稳定,对沙漠地貌的塑造具有重要影响。一般而言,沙漠山地地形控制的风沙搬运通道风向变率较低,所产生的强风往往具有很强的输沙能力,并在下风向分布有快速移动的沙丘[22]。抵近西部风口的莫索湾地区盛行风向稳定的西北风和偏西风,广泛发育新月形沙丘(链)[7-8],且沿盛行风向沙丘规模逐渐增加、沙丘起伏度增大。从以上粒度分析结果看,上风向(西北部)新月形沙丘表层砂中的黏土、粉砂等细颗粒组分含量显著低于下风向(东南部),且砂样的分选性好,反映了砂物质沿着盛行风向的风蚀搬运和沉积分异特点。

在沙丘尺度上,近沙丘表层气流沿迎风坡向上的过程中不断加速,并在丘顶达到峰值,而后随着边界层的分离和气流的迅速膨胀形成紊流尾迹区,导致沙粒在背风坡上堆积下来,因此不同形态的沙丘和沙丘不同地貌部位的风沙活动特点不同,反映在沙物质粒度特征方面存在差异[1]。随着新月形沙丘发育趋于成熟、规模逐渐扩大,微地形的起伏会加剧风沙流的辐合加速,沙丘形态与地面气流的相互作用导致沙丘不同部位的蚀积状况存在差异[1-2]。其中,饼状沙堆和盾状沙堆背风坡平缓,沙丘背风侧近地表气流的分离作用较弱,但瞬时分离和反向气流不断促进滑落面的演变,2种沙丘表层沉积物的粒级组成较为相似,各粒级组分含量的波动也较小。而雏形和成熟新月状沙丘规模较大,且由于落沙坡的存在,各粒级组分含量的波动较大,其粒度分布与早期沙丘发育阶段的粒度分布明显不同。

研究区新月形沙丘在各发育阶段的粒度特征均为丘顶的砂粒最粗、分选性最好,说明无植被覆盖的丘顶风速最大、风沙流动性更强,这与王雪芹等[18]在沙漠腹地的风沙活动监测结果是吻合的。此外,多数沙丘背风坡坡中的砂粒最细,印证了沙丘背风侧气流的瞬时分离和反向涡流搬运。沙丘迎风坡坡脚砂粒分选性更差应当是植被强烈影响下的结果,坡脚密集分布的植被和生物结皮通过“捕获固定”细颗粒、促进生物作用下的成壤过程,使坡脚出现少量黏土组分,同时植被对近地表气流和风力作用强烈扰动也削弱了风力的分选作用、降低了风沙搬运能力。随着沙丘规模增加,丘顶砂物质的粒度组分有逐渐偏粗、粗颗粒占比逐渐增大的趋势,而在迎风坡上砂物质的粒级组分和粒度参数特征并未体现出较为规律的变化,这也说明植被对气流的削弱和影响显著地降低了沙丘规模所带来的差异,使得沙丘表面受到的风沙动力过程趋于复杂。

总体上看,在迎风坡从坡脚到丘顶,平均粒径和分选性大多呈不规则变化,粒度参数之间也没有明显的相关性,这种粒度分布特征反映了侵蚀型新月形沙丘迎风坡在风蚀作用的影响下产生了以风蚀坑、风蚀凹槽为子单元的近地表风沙蚀积过程,打破了沙丘尺度上粒度分布的规律性,这和流动新月形沙丘是不同的。研究区具有侵蚀特点的固定新月形沙丘粒度分布特征也表现出植被影响下的特殊性,与Purkait[23]和Zhang等[24]研究发现的受植被影响的沙丘粒度分布特点有一定的相似性。也有研究表明,植被对于稳定沙丘表面的作用是显著的,且两者之间建立了有效的正反馈机制[25]。

3.1.2 沙丘表层砂粒度及石英砂微结构特征反映的物源差异

由于古尔班通古特沙漠沙丘物质主要是“就地起沙”产生的,因此研究区沙丘砂粒度参数的空间异质性与下覆沙源的不同物质来源的空间变异有直接联系。Sahu[26]通过大量粒度分析资料的统计,建立了基于粒度参数计算分析沉积环境的判别函数,具体判别分析过程如下:

Yx(风成∶海滩)=-3.568 8MZ+3.701 6σ2-2.076 6SK+3.113 5KG。若Yx<-2.741 1,属风成;若Yx>-2.741 1,属海滩。

Yx(海滩∶浅海)=15.653 4MZ+65.709 1σ2+18.107 1SK+18.504 3KG。若Yx<65.365 0,属海滩;若Yx>65.365 0,属浅海。

Yx(浅海∶冲积)=0.285 2MZ-8.706 4σ2-4.893 2SK+0.048 2KG。若Yx<-7.419 0,属冲积;若Yx>65.365 0,属浅海。

Yx(冲积∶浊流)=0.721 5MZ-0.403 0σ2+6.732 2SK+5.292 7KG。若Yx<9.843 3,属浊流;若Yx>9.843 3,属冲积。

将采集样品粒度参数代入上述公式计算发现,西北部新月形沙丘表层砂物质的来源较为复杂且具有多源性,风成沉积与浅海沉积、河流沉积、浊流沉积特征组分均有出现。其中,风成沉积(80.95%)是研究区最主要的沉积成因类型,但在风成砂样中残留不少具有浅海沉积(11.91%)特征组分,且主要分布在研究区东部和北部,由于Sahu[26]公式不能判别湖泊沉积环境,因此这种反映浅海沉积环境的组分,可能与第四纪盆地西南部的湖泊沉积环境有关[8]。此外,还有极少部分的河流沉积主要分布在南部、东南部。

从研究区沙丘表层砂样的粒度组成特征来看,西北部沙丘表层沙样的平均粒径细于东南部,东部粗砂含量显著高于其他区域。对比前人在研究区河流演变研究结果[8,27-28],应当是南部、东南部的呼图壁河、塔西河和玛纳斯河等河流在第四纪湿润期携带丰富沙物质沉积于此地所致;同时,南下的西北部气流在天山北坡的抑制阻挡下产生涡动作用,共同将这些粗颗粒近距离搬运至沙漠东南部。因此,天山和准噶尔周边山地为古尔班通古特沙漠的重要物源,碎屑物质可以通过河流作用输送到沙漠中,西北风和西南风是引起砂物质再搬运和混合的重要营力。

研究区新月形沙丘的石英砂表面结构特征显示,下伏砂物质被吹扬、向沙丘沙演化过程中风成机械作用的改造是显著的,同时也保留了一些流水作用与冰川作用的原生动力环境特征。这些石英颗粒残留较多原生微形态特征的原因,一方面是源于研究区地处准噶尔盆地西南低地,为玛纳斯河、呼图壁河等多条河流下游尾闾汇聚地,物源更新频繁、砂物质成熟度低,且天山北坡河流流程较短、砂物质在搬运沉积过程中的磨圆度很差。另一方面研究区沙漠水热条件较好、植被盖度较高,因植被影响“就地起沙”致风成沙丘的活动性受限、风力作用吹扬砂物质再搬运沉积距离很短,因而原生动力环境的微结构特征被保留下来。

3.2 结论

(1)研究区新月形沙丘表层砂以细砂为主,平均粒径范围2.03～2.88 Φ,总体分选较好,偏度为近对称,峰度为中等;迎风坡受风蚀作用与植被影响,粒度参数多呈不规则变化,丘顶风沙作用最强、平均粒径最粗;各粒度参数之间无明显相关。随着沙丘形态趋于成熟、规模逐渐增大,表层砂的平均粒径变粗、分选性变差,各粒级组分含量波动范围和不同部位粒度频率分布曲线之间的差异增大。

(2)研究区沙丘表层砂石英颗粒的磨圆度普遍较差,其微形态特征无明显空间分异,物质来源较为复杂多元。这些砂物质虽经后期风力搬运再堆积,但因研究区位于河流下游尾闾汇聚地,物源更新频繁、砂物质成熟度低,且沙漠水热条件较好、植被盖度较高,沙丘流动性不佳、搬运距离受限,沙丘物质主要为“就地起沙”,因此砂粒保存了较多原生沉积环境特点。

(3)从粒度与石英砂微结构特征反映的环境意义来看,研究区沙丘具有侵蚀型沙丘的独特性,迎风坡产生了以风蚀坑、风蚀凹槽为子单元的近地表风沙蚀积过程,打破了沙丘尺度上粒度分布的规律性。植被对沙丘近地表气流风速的削弱和影响也使不同发育阶段沙丘表层砂粒度分布特征的差异减小、粒度参数之间的相关性降低,同时导致石英砂磨圆度普遍较差、保留了一些原生作用痕迹。