颗粒波纹粒度特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00074

摘要/Abstract

摘要：

粒度特征是颗粒波纹系统研究的基础，也是深入认识其几何形态和发育过程的前提。通过大样本调查取样及室内实验，分析了敦煌雅丹、三垄沙和托克逊颗粒波纹沉积物的粒度特征。结果表明：（1）颗粒波纹主要分布在4种小尺度地形：戈壁起伏地形、雅丹廊道、台地（雅丹台地和山麓剥蚀台地）和沙丘迎风坡；（2）波峰表面粒度特征参数具有规律性：平均粒径越大，分选程度越好，粒度频率分布曲线越接近对称，峰值越宽平；（3）不同于波峰最粗、波谷最细的以往认识，我们发现表面粒度在迎风坡接近波峰位置处达到最粗，在背风坡接近波谷位置处达到最细；（4）剖面混合层中相似层理的粒度特征相近，且表现出随着层理加深粒径变细的规律。

关键词: 颗粒波纹, 粒度, 双峰分布, 剖面层理

Abstract:

The grain size characteristics are the basis for the study of granule ripple systems and the prerequisite for a deeper understanding of their morphological and developmental processes. In this paper， the grain size characteristics of granule ripple sediments in Dunhuang Yardang， Sanlongsha and Xinjiang Tokexun areas were analysed through large-sample survey and indoor experiments. The results indicate that granule ripples are primarily distributed in four small-scale terrain types： the gobi undulating terrain， yardang corridors， terraces （yardang terrace and foothill denudation terrace）， and dune windward slopes. The regularity of crest surface grain size characteristic parameters can be observed. The larger the mean grain size， the greater the degree of separation， the more symmetrical the grain size frequency distribution curve， and the broader and flatter the peaks. In contrast to the previous understanding that the ripple crests were the coarsest and the ripple troughs the finest， the present study indicates that this is not the case. Our findings indicate that the surface grain size reaches its coarsest at the windward slope in close proximity to the crest position， and its finest at the leeward slope in close proximity to the trough position. Furthermore， the grain size characteristics of similar laminae in the mixed layer of the profile is found to be similar， and exhibit a trend whereby the grain size becomes finer with the deepening of the laminae.

Key words: granule ripples, grain size, bimodal distribution, profile stratification

中图分类号:

P931.3

周坤, 韩庆杰, 屈建军, 俎瑞平, 刘冰. 颗粒波纹粒度特征[J]. 中国沙漠, 2025, 45(1): 44-54.

Kun Zhou, Qingjie Han, Jianjun Qu, Ruiping Zu, Bing Liu. Study on the grain size characteristics of granule ripples： Taking Dunhuang Yardang， Sanlongsha and Tokexun areas as examples[J]. Journal of Desert Research, 2025, 45(1): 44-54.

图/表 11

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样地名称	样品数量	样地概况	地表类型
雅丹1	47	位于雅丹廊道内，主导风为东风，脊线走向为南北向，顺风向地势变低	松散的沙砾质混合地表，表层由雅丹体被风蚀后产生的粗颗粒覆盖，粒径较粗、颜色较深；下层为河湖相沉积物的黏土和粉沙成分，粒径较细、颜色较浅
雅丹2	14	位于东西向雅丹廊道内，主导风为东风，脊线走向为南北向，样地长约59 m。地形有微小起伏，顺风向地势先高再低	松散的沙砾质混合地表
雅丹3	63	位于雅丹台地南坡，由两个颗粒波纹群组成，包括坡中部分和坡中下部分，主导风向为东风，脊线走向为南北向。坡中部分位于坡面上，长约295 m；坡中下部分位于坡与戈壁的交界处，长约120 m	坡中部分为倾斜坡、质地较硬，表面颗粒粒径较粗；坡中下部分位于戈壁与坡面的交界处，质地较软，粒径较细
雅丹4	32	位于戈壁起伏地形，主导风向为东风，脊线走向为南北方向，样地长约640 m	雅丹河湖相硬质黏土层，沙砾质地表较薄，波谷宽度异常，沙砾质未能将表面完全覆盖，仅分布在波峰脊线两侧1~2 m的宽度范围内
雅丹5	17	位于南北向的雅丹廊道中的起伏地形，主导风向为北风，脊线走向为东西方向，样地长约108 m，顺风向地势先高再低	松散的沙砾质混合地表
雅丹6	30	位于南北向的雅丹廊道中，主导风向为北风，脊线走向为东西方向，样地长约810 m，顺风向地势变低	松散沙砾质混合地表，粗颗粒覆盖充分，颜色为黑褐色
三垄沙1	18	位于沙丘迎风坡，主导风向为东北风，脊线走向为西北-东南方向。样地长约293 m，顺风向地势变高	松散的流沙地表，质地非常软，表层粗颗粒颜色稍深
托克逊1	49	位于雅丹台地顶部和坡上，主导风向为西北风，脊线走向为东北-西南方向，样地长约363 m	胶结的沙砾质混合地表，表面粗颗粒含量丰富，粒径很粗，沙粒含量很少，质地较硬
托克逊2	21	位于山麓剥蚀台地上，主导风向为西北风，脊线走向为东北-西南方向，样地长约669 m	胶结的沙砾质混合地表，粒径极粗

样地名称	样品数量	样地概况	地表类型
雅丹1	47	位于雅丹廊道内，主导风为东风，脊线走向为南北向，顺风向地势变低	松散的沙砾质混合地表，表层由雅丹体被风蚀后产生的粗颗粒覆盖，粒径较粗、颜色较深；下层为河湖相沉积物的黏土和粉沙成分，粒径较细、颜色较浅
雅丹2	14	位于东西向雅丹廊道内，主导风为东风，脊线走向为南北向，样地长约59 m。地形有微小起伏，顺风向地势先高再低	松散的沙砾质混合地表
雅丹3	63	位于雅丹台地南坡，由两个颗粒波纹群组成，包括坡中部分和坡中下部分，主导风向为东风，脊线走向为南北向。坡中部分位于坡面上，长约295 m；坡中下部分位于坡与戈壁的交界处，长约120 m	坡中部分为倾斜坡、质地较硬，表面颗粒粒径较粗；坡中下部分位于戈壁与坡面的交界处，质地较软，粒径较细
雅丹4	32	位于戈壁起伏地形，主导风向为东风，脊线走向为南北方向，样地长约640 m	雅丹河湖相硬质黏土层，沙砾质地表较薄，波谷宽度异常，沙砾质未能将表面完全覆盖，仅分布在波峰脊线两侧1~2 m的宽度范围内
雅丹5	17	位于南北向的雅丹廊道中的起伏地形，主导风向为北风，脊线走向为东西方向，样地长约108 m，顺风向地势先高再低	松散的沙砾质混合地表
雅丹6	30	位于南北向的雅丹廊道中，主导风向为北风，脊线走向为东西方向，样地长约810 m，顺风向地势变低	松散沙砾质混合地表，粗颗粒覆盖充分，颜色为黑褐色
三垄沙1	18	位于沙丘迎风坡，主导风向为东北风，脊线走向为西北-东南方向。样地长约293 m，顺风向地势变高	松散的流沙地表，质地非常软，表层粗颗粒颜色稍深
托克逊1	49	位于雅丹台地顶部和坡上，主导风向为西北风，脊线走向为东北-西南方向，样地长约363 m	胶结的沙砾质混合地表，表面粗颗粒含量丰富，粒径很粗，沙粒含量很少，质地较硬
托克逊2	21	位于山麓剥蚀台地上，主导风向为西北风，脊线走向为东北-西南方向，样地长约669 m	胶结的沙砾质混合地表，粒径极粗

样地	极粗砾	粗砾	中砾	细砾	极细砾	极粗沙	粗沙	中沙	细沙	极细沙	粉沙和黏土
三垄沙1	0	0	0	2.08	18.02	58.43	5.86	2.26	10.09	3.23	0.03
托克逊1	0	24.83	67.99	4.64	0.23	0.23	0.31	0.12	0.17	0.07	0
托克逊2	4.33	68.33	24.78	0.93	0.28	0.50	0.56	0.13	0.13	0.03	0
雅丹2	0	0.00	4.28	63.50	13.01	4.95	3.67	1.68	5.19	3.67	0.05
雅丹3	0	0.27	32.77	42.87	7.76	3.75	3.30	2.52	4.61	2.11	0.05
雅丹4	0	0.10	34.26	53.31	3.33	1.27	1.76	1.07	2.94	1.92	0.04
雅丹5	0	0	20.42	64.64	9.48	1.18	1.14	0.76	1.48	0.88	0.02
雅丹6	0	0	0.75	73.48	19.12	0.21	1.25	0.98	2.43	1.75	0.03
托克逊平均	2.53	41.40	51.53	3.23	0.25	0.33	0.40	0.12	0.15	0.05	0
雅丹平均	0	0.13	23.01	55.12	9.69	2.39	2.39	1.66	3.56	2.01	0.04

样地	极粗砾	粗砾	中砾	细砾	极细砾	极粗沙	粗沙	中沙	细沙	极细沙	粉沙和黏土
三垄沙1	0	0	0	2.08	18.02	58.43	5.86	2.26	10.09	3.23	0.03
托克逊1	0	24.83	67.99	4.64	0.23	0.23	0.31	0.12	0.17	0.07	0
托克逊2	4.33	68.33	24.78	0.93	0.28	0.50	0.56	0.13	0.13	0.03	0
雅丹2	0	0.00	4.28	63.50	13.01	4.95	3.67	1.68	5.19	3.67	0.05
雅丹3	0	0.27	32.77	42.87	7.76	3.75	3.30	2.52	4.61	2.11	0.05
雅丹4	0	0.10	34.26	53.31	3.33	1.27	1.76	1.07	2.94	1.92	0.04
雅丹5	0	0	20.42	64.64	9.48	1.18	1.14	0.76	1.48	0.88	0.02
雅丹6	0	0	0.75	73.48	19.12	0.21	1.25	0.98	2.43	1.75	0.03
托克逊平均	2.53	41.40	51.53	3.23	0.25	0.33	0.40	0.12	0.15	0.05	0
雅丹平均	0	0.13	23.01	55.12	9.69	2.39	2.39	1.66	3.56	2.01	0.04

样地	部位	取样位置/m	极粗砾	粗砾	中砾	细砾	极细砾	极粗沙	粗沙	中沙	细沙	极细沙	粉沙和黏土	Φ₅₀/mm
托克逊1	波谷	0	0	0	0.142	0.348	0.105	0.121	0.134	0.042	0.075	0.031	0.002	3.786
	迎风坡	1	0	0.155	0.326	0.350	0.069	0.042	0.035	0.008	0.010	0.005	0	7.728
		2	0	0.265	0.293	0.340	0.061	0.022	0.012	0.003	0.004	0.001	0	8.857
		3	0	0.503	0.260	0.198	0.023	0.007	0.005	0.001	0.001	0.001	0	16.021
		4	0	0.474	0.319	0.187	0.015	0.003	0.001	0	0	0	0	15.236
		5	0	0.196	0.688	0.104	0.005	0.002	0.002	0.001	0.001	0	0	13.036
	波峰	6	0	0.183	0.788	0.028	0	0	0.000	0	0	0	0	13.092
	背风坡	7	0	0.038	0.587	0.323	0.032	0.013	0.006	0.001	0.001	0.001	0	9.123
		8	0	0.035	0.499	0.356	0.052	0.031	0.020	0.003	0.003	0.002	0	8.393
		9	0	0.108	0.498	0.303	0.043	0.022	0.016	0.003	0.004	0.003	0	9.281
	波谷	10	0	0.273	0.405	0.249	0.036	0.020	0.011	0.002	0.002	0.001	0	10.653
托克逊2	波谷	0	0.290	0.424	0.259	0.016	0.002	0.002	0.003	0.001	0.001	0.001	0	23.060
	迎风坡	1	0.197	0.435	0.332	0.025	0.004	0.002	0.003	0.001	0.002	0.001	0	22.822
	迎风坡	2	0.241	0.537	0.206	0.013	0.001	0.001	0.001	0	0	0	0	24.259
	波峰	3	0	0.471	0.488	0.026	0.004	0.004	0.004	0.001	0.001	0	0	15.479
	背风坡	4	0	0.391	0.581	0.018	0.002	0.003	0.003	0.001	0.001	0	0	14.573
	背风坡	5	0	0.198	0.428	0.047	0.019	0.055	0.124	0.045	0.068	0.015	0.001	10.631
	波谷	6	0.056	0.530	0.345	0.039	0.009	0.007	0.007	0.001	0.003	0.002	0.001	17.456
雅丹1	波谷	0	0	0.035	0.290	0.202	0.040	0.116	0.093	0.050	0.136	0.037	0.001	4.815
	迎风坡	1	0	0.044	0.394	0.217	0.041	0.099	0.061	0.022	0.083	0.038	0.001	6.521
		2	0	0.023	0.413	0.212	0.048	0.092	0.065	0.031	0.079	0.036	0.001	6.105
		3	0	0.042	0.269	0.238	0.055	0.102	0.079	0.036	0.143	0.036	0.001	5.007
		4	0	0.064	0.272	0.314	0.068	0.087	0.055	0.020	0.069	0.049	0.002	5.555
		5	0	0.048	0.306	0.354	0.079	0.072	0.045	0.016	0.048	0.032	0.001	5.854
		6	0	0.039	0.336	0.321	0.093	0.070	0.046	0.016	0.048	0.031	0.001	5.759
		7	0	0	0.281	0.403	0.107	0.062	0.045	0.016	0.051	0.034	0.001	5.493
		8	0	0	0.257	0.600	0.058	0.020	0.020	0.011	0.024	0.008	0	6.702
		9	0	0	0.464	0.510	0.005	0.004	0.007	0.003	0.004	0.002	0	7.809
	波峰	10	0	0	0.443	0.545	0.003	0.002	0.004	0.001	0.001	0	0	7.725
	背风坡	11	0	0	0.266	0.467	0.007	0.034	0.065	0.026	0.089	0.045	0.001	6.645
		12	0	0	0.171	0.454	0.018	0.062	0.097	0.042	0.115	0.041	0.001	6.024
		13	0	0	0.141	0.445	0.023	0.074	0.112	0.056	0.103	0.045	0.001	5.516
		14	0	0	0.112	0.409	0.026	0.073	0.108	0.050	0.125	0.094	0.002	5.029
		15	0	0.065	0.136	0.397	0.023	0.063	0.096	0.047	0.132	0.042	0	5.546
		16	0	0.099	0.123	0.383	0.030	0.070	0.091	0.037	0.100	0.065	0.001	5.490
		17	0	0.094	0.194	0.253	0.031	0.082	0.102	0.043	0.138	0.062	0.001	5.142
		18	0	0.045	0.200	0.299	0.040	0.094	0.094	0.036	0.155	0.039	0	5.121
		19	0	0.017	0.215	0.306	0.048	0.106	0.088	0.030	0.126	0.062	0.001	5.049
	波谷	20	0	0	0.240	0.298	0.046	0.100	0.084	0.032	0.123	0.076	0.001	5.076