Grain size and fractal characteristics of surface sediments of nebkhas in the lower reaches of Hetian River， Xinjiang， China

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00012

Journal of Desert Research ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (4): 24-36.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00012

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Grain size and fractal characteristics of surface sediments of nebkhas in the lower reaches of Hetian River， Xinjiang， China

Jiaqi Xiao¹(), Shengli Wu¹^,²(), Pengpeng Chen¹

^1.School of Geography and Tourism，Xinjiang Normal University，Urumqi 830054，China
^2.Xinjiang Uygur Autonomous Region Higher Education Teacher Training Center，Urumqi 830054，China

Received:2023-12-07 Revised:2024-01-19 Online:2024-07-20 Published:2024-08-29
Contact: Shengli Wu

Abstract

Abstract:

The study of nebkha is of great significance to regional ecological environment protection， desertification control and environmental evolution analysis. The grain size and fractal characteristics of surface sediments of Populus euphratica nabkha and Tamarix nabkha in different geomorphologic parts of Hetian River Basin were analyzed， and the differences were analyzed. The results show that：（1） The surface sediment content of different nebkhas is different. The surface sediment of Populus euphratica nabkha and Tamarix nabkha is mainly composed of extremely fine sand， fine sand and coarse silt， and the total percentage content is 93.67% and 90.17% respectively. （2） Sediment grain size of each geomorphologic part of different types of nebkhas has a certain rule of change. The average grain size of Populus euphratica nabkha and Tamarix nabkha is gradually thinner from the foot of the windward slope to the top of the sand pile， and gradually coarser from the top of the sand pile to the foot of the lee slope. The grain size frequency distribution curves of Populus euphratica nabkha and Tamarix nabkha are bimodal， in which the grain size frequency distribution curve of Populus euphratica nabkha is higher and narrower， and the particle size is more concentrated. （3） In the surface sediment probability cumulative curve， the saltation component slope of Populus euphratica nabkha along the main wind direction is larger， the sorting ability is better， and the saltation component content is 7.25% higher than that of Tamarix nabkha. The suspended component content of Tamarisk nabkha is 5.84% higher than that of Populus euphratica nabkha. （4） There is a significant negative correlation between the fractal dimension of surface sand and the average particle size （P<0.05）. The sorting coefficient， skewness and peak state are significantly positively correlated （P<0.05）. There is a significant positive correlation between the fractal dimension and the content of clay， very fine silt， fine silt， medium fine silt and coarse silt （P<0.01）， and the positive correlation between the fractal dimension and clay content is the highest. There is a significant negative correlation with fine sand （P<0.01）. Regional wind dynamic conditions， plant morphologic characteristic， vegetation coverage and the source of sand material are the main reasons for the difference in grain size and fractal characteristics of surface sediments of different types of sand piles in Hetian River Basin.

Key words: particle size characteristics, fractal dimension, sedimentary environment, lower reaches of Hetian River

CLC Number:

P931.3

Jiaqi Xiao, Shengli Wu, Pengpeng Chen. Grain size and fractal characteristics of surface sediments of nebkhas in the lower reaches of Hetian River， Xinjiang， China[J]. Journal of Desert Research, 2024, 44(4): 24-36.

Figures/Tables 12

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沙堆类型	沙堆部位	粒级百分含量%
沙堆类型	沙堆部位	黏土	极细粉砂	细粉砂	中细粉砂	粗粉砂	极细砂	细砂	中砂	粗砂	极粗砂
胡杨沙堆	迎风坡坡脚	0.61	0.24	0.45	1.12	15.39	51.63	25.62	3.61	1.17	0.16
	迎风坡坡中	0.57	0.24	0.49	1.22	16.74	50.78	25.82	3.82	0.33	0.00
	沙堆顶部	0.70	0.29	0.72	1.70	17.53	55.21	22.19	1.32	0.23	0.00
	背风坡坡中	0.67	0.30	0.70	1.83	16.49	53.41	24.34	2.09	0.17	0.00
	背风坡坡脚	0.01	0.04	0.12	0.57	10.39	53.54	29.10	5.76	0.46	0.00
柽柳沙堆	迎风坡坡脚	0.37	0.15	0.34	1.14	12.05	36.86	29.89	15.25	3.67	0.29
	迎风坡坡中	0.99	0.44	0.88	2.01	19.92	46.29	24.45	3.90	1.08	0.03
	沙堆顶部	1.53	0.74	1.49	2.52	28.90	46.63	17.48	0.57	0.13	0.00
	背风坡坡中	1.36	0.58	1.13	1.94	24.87	47.84	19.78	1.54	0.95	0.00
	背风坡坡脚	0.54	0.23	0.56	1.35	17.72	47.66	26.19	4.86	0.89	0.00

沙堆类型	沙堆部位	粒级百分含量%
沙堆类型	沙堆部位	黏土	极细粉砂	细粉砂	中细粉砂	粗粉砂	极细砂	细砂	中砂	粗砂	极粗砂
胡杨沙堆	迎风坡坡脚	0.61	0.24	0.45	1.12	15.39	51.63	25.62	3.61	1.17	0.16
	迎风坡坡中	0.57	0.24	0.49	1.22	16.74	50.78	25.82	3.82	0.33	0.00
	沙堆顶部	0.70	0.29	0.72	1.70	17.53	55.21	22.19	1.32	0.23	0.00
	背风坡坡中	0.67	0.30	0.70	1.83	16.49	53.41	24.34	2.09	0.17	0.00
	背风坡坡脚	0.01	0.04	0.12	0.57	10.39	53.54	29.10	5.76	0.46	0.00
柽柳沙堆	迎风坡坡脚	0.37	0.15	0.34	1.14	12.05	36.86	29.89	15.25	3.67	0.29
	迎风坡坡中	0.99	0.44	0.88	2.01	19.92	46.29	24.45	3.90	1.08	0.03
	沙堆顶部	1.53	0.74	1.49	2.52	28.90	46.63	17.48	0.57	0.13	0.00
	背风坡坡中	1.36	0.58	1.13	1.94	24.87	47.84	19.78	1.54	0.95	0.00
	背风坡坡脚	0.54	0.23	0.56	1.35	17.72	47.66	26.19	4.86	0.89	0.00

环境鉴别	判别公式	判定标准
风成与海滩	Y₁=-3.568 M_z+3.7016σ²-2.0766 SK+3.1135 K_g	Y<-2.7411，为风成沉积环境
风成与海滩	Y₁=-3.568 M_z+3.7016σ²-2.0766 SK+3.1135 K_g	Y>-2.7411，为海滩沉积环境
海滩与浅海	Y₂=15.6534 M_z+65.7091σ²+18.1071 SK+18.5043 K_g	Y<65.3650，为海滩沉积环境
海滩与浅海	Y₂=15.6534 M_z+65.7091σ²+18.1071 SK+18.5043 K_g	Y>65.3650，为浅海沉积环境
浅海与河流	Y₃=0.2825 M_z-8.7604σ²+4.8932 SK-0.0482 K_g	Y<-7.4190，为河流沉积环境
浅海与河流	Y₃=0.2825 M_z-8.7604σ²+4.8932 SK-0.0482 K_g	Y>-7.4190，为浅海沉积环境
河流与浊流	Y₄=0.7215 M_z-0.40304σ²+6.7322 SK+5.2927 K_g	Y<9.8433，为浊流沉积环境
河流与浊流	Y₄=0.7215 M_z-0.40304σ²+6.7322 SK+5.2927 K_g	Y>9.8433，为河流沉积环境

环境鉴别	判别公式	判定标准
风成与海滩	Y₁=-3.568 M_z+3.7016σ²-2.0766 SK+3.1135 K_g	Y<-2.7411，为风成沉积环境
风成与海滩	Y₁=-3.568 M_z+3.7016σ²-2.0766 SK+3.1135 K_g	Y>-2.7411，为海滩沉积环境
海滩与浅海	Y₂=15.6534 M_z+65.7091σ²+18.1071 SK+18.5043 K_g	Y<65.3650，为海滩沉积环境
海滩与浅海	Y₂=15.6534 M_z+65.7091σ²+18.1071 SK+18.5043 K_g	Y>65.3650，为浅海沉积环境
浅海与河流	Y₃=0.2825 M_z-8.7604σ²+4.8932 SK-0.0482 K_g	Y<-7.4190，为河流沉积环境
浅海与河流	Y₃=0.2825 M_z-8.7604σ²+4.8932 SK-0.0482 K_g	Y>-7.4190，为浅海沉积环境
河流与浊流	Y₄=0.7215 M_z-0.40304σ²+6.7322 SK+5.2927 K_g	Y<9.8433，为浊流沉积环境
河流与浊流	Y₄=0.7215 M_z-0.40304σ²+6.7322 SK+5.2927 K_g	Y>9.8433，为河流沉积环境

沙堆类型	指标	分形维数	黏土	极细粉砂	细粉砂	中细粉砂	粗粉砂	极细砂	细砂	中砂	粗砂	极粗砂
柽柳沙堆	分形维数	1
	黏土	0.833^**	1
	极细粉砂	0.811^**	0.954^**	1
	细粉砂	0.807^**	0.929^**	0.981^**	1
	中细粉砂	0.750^**	0.868^**	0.939^**	0.952^**	1
	粗粉砂	0.860^**	0.939^**	0.922^**	0.954^**	0.856^**	1
	极细砂	0.486^*	0.312	0.136	0.156	0.198	0.319	1
	细砂	-0.871^**	-0.923^**	-0.856^**	-0.894^**	-0.807^**	-0.966^**	-0.740^*	1
	中砂	-0.829^**	-0.741^**	-0.631^**	-0.645^**	-0.643^**	-0.758^**	-0.837^**	0.815^**	1
	粗砂	-0.661^**	-0.635^**	-0.569^**	-0.610^**	-0.618^**	-0.703^**	-0.746^**	0.713^**	0.896^**	1
	极粗砂	0.168	0.044	0.007	-0.059	-0.062	-0.035	0.066	-0.013	-0.079	0.242	1
胡杨沙堆	分形维数	1
	黏土	0.643^**	1
	极细粉砂	0.407^**	0.910^**	1
	细粉砂	0.250^**	0.914^**	0.948^**	1
	中细粉砂	0.110^**	0.772^**	0.789^**	0.910^**	1
	粗粉砂	0.383^**	0.850^**	0.726^**	0.829^**	0.689^**	1
	极细砂	0.259	-0.352	-0.465^**	-0.366^**	-0.467^**	-0.004	1
	细砂	-0.470^**	-0.433^*	-0.262	-0.404^*	-0.226^*	-0.738^**	-0.626^**	1
	中砂	-0.403^*	-0.122	0.009	-0.120	0.018	-0.476^**	-0.840^**	-0.836^**	1
	粗砂	0.030	0.128	0.217	0.128	0.134	-0.054	-0.523^**	0.214^**	0.523^**	1
	极粗砂	0.089	0.093	0.040	0.001	0.003	0.000	-0.206	-0.001	0.195^*	0.891^**	1

Grain size and fractal characteristics of surface sediments of nebkhas in the lower reaches of Hetian River， Xinjiang， China

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沙堆类型	指标	沙堆部位	R²	相关系数	显著性	线性回归方程
胡杨沙堆	平均粒径	迎风坡坡脚	0.51	-0.717	*	y = -0.7620x + 1.7727
		迎风坡坡中	0.17	-0.414	**	y = -0.4408x + 2.4924
		沙堆顶部	0.20	-0.789	**	y = -0.0737x + 3.3238
		背风坡坡中	0.31	-0.557	**	y = -0.4022x + 2.6398
		背风坡坡脚	0.36	-0.603	*	y = -0.6501x + 1.9927
	分选系数	迎风坡坡脚	0.11		**
		迎风坡坡中	0.10	0.478	*	y = 0.1351x + 0.4969
		沙堆顶部	0.15	0.441	**	y = 0.2988x + 0.1470
		背风坡坡中	0.17	0.408	*	y = 0.3481x + 0.0791
		背风坡坡脚	0.60	0.778		y = 0.4522x + 1.4626
	偏度	迎风坡坡脚	0.03		**
		迎风坡坡中	0.24	0.489	**	y = 0.1735x - 0.2693
		沙堆顶部	0.18	0.564	**	y = 0.0867x - 0.0868
		背风坡坡中	0.30	0.547		y = 0.1744x - 0.2462
		背风坡坡脚	0.24	0.490		y = 0.0303x + 0.0552
	峰态	迎风坡坡脚	0.13	0.370	*	y = 0.2700x + 0.5898
		迎风坡坡中	0.17	0.409	**	y = 0.3046x + 0.5192
		沙堆顶部	0.14	0.470	**	y = 0.2322x + 0.6571
		背风坡坡中	0.24	0.485		y = 0.4054x + 0.3800
		背风坡坡脚	0.10	0.696	*	y = 0.2055x + 0.9796
柽柳沙堆	平均粒径	迎风坡坡脚	0.88	-0.672	**	y = -1.6247x+0.1061
		迎风坡坡中	0.78	-0.664	**	y = -1.1905x+1.0565
		沙堆顶部	0.89	-0.846	**	y = -2.2724x-1.0718
		背风坡坡中	0.82	-0.789	**	y = -1.2724x-0.1087
		背风坡坡脚	0.54	-0.738	**	y = -0.7955x+1.8425
	分选系数	迎风坡坡脚	0.53	0.548	**	y = -0.4218x+1.6587
		迎风坡坡中	0.18	0.429	**	y = -0.1129x+0.6821
		沙堆顶部	0.91	0.526	**	y = 1.5763x-2.3577
		背风坡坡中	0.87	0.637	**	y = 4.1017x-7.8004
		背风坡坡脚	0.21	0.467	**	y = 0.2758x+0.2966
	偏度	迎风坡坡脚	0.51	0.713	**	y = 0.1627x-0.3165
		迎风坡坡中	0.76	0.876		y = 0.5792x-1.0504
		沙堆顶部	0.89	0.827	**	y = 0.4719x-0.7774
		背风坡坡中	0.80	0.789	**	y = 2.7188x - 5.6404
		背风坡坡脚	0.63	0.911	**	y = 0.3617x - 0.6767
	峰态	迎风坡坡脚	0.81	0.903	*	y = 0.5057x + 0.0898
		迎风坡坡中	0.68	0.826	*	y = 0.6906x - 0.1019
		沙堆顶部	0.86	0.824	*	y = 0.6576x + 0.0077
		背风坡坡中	0.82	0.711	*	y = 5.6368x - 10.6810
		背风坡坡脚	0.63	0.798	*	y = 0.3340x + 0.4564

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