Characterization of the grain size and geochemical elements of Ulan Buh Desert sediments and their environmental significance

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00194

Journal of Desert Research ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (2): 358-370.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00194

Characterization of the grain size and geochemical elements of Ulan Buh Desert sediments and their environmental significance

Junguang Wang¹^,²(), Zhibao Dong¹(), Rongliang Liu¹, Jiqiao Shi¹

^1.School of Geography and Tourism，Shaanxi Normal University，Xi'an 710119，China
^2.College of Geography and Environmental Science，Hainan Normal University，Haikou 571158，China

Received:2025-06-02 Revised:2025-07-09 Online:2026-03-20 Published:2026-04-13
Contact: Zhibao Dong

Abstract

Abstract:

The Ulan Buh Desert is a key source of aeolian sand and fluvial sediments delivered to the Yellow River in northern China. However， systematic studies on its sedimentological and geochemical characteristics remain limited compared to other Chinese deserts， particularly regarding grain-size distribution and elemental composition. Here， we present a comprehensive analysis of sediment grain size， elemental geochemistry， and chemical weathering intensity in both surface and subsurface layers of the Ulan Buh Desert. Our results demonstrate that sediments are predominantly composed of fine to medium sand， with surface materials （mean grain size： 2.18 Φ） being coarser and better sorted than subsurface layers. This grain-size pattern is notably coarser than those of other Chinese deserts. The consistent grain-size distributions between surface and subsurface sediments suggest similar depositional mechanisms. Geochemically， the sediments are dominated by SiO₂ and Al₂O₃ among major elements， with Ba， Sr， Zr， Rb， and Co as characteristic trace elements. These compositional features reflect not only inherent source rock properties but also regional climatic controls and the input of fresh erosional materials. Chemical weathering indices （CIA， A-CN-K， and A-CNK-FM ternary diagrams） collectively indicate a cold， arid depositional environment with minimal chemical alteration， consistent with early-stage plagioclase weathering. This study establishes a theoretical framework for further investigations into sediment dynamics and geochemical processes in the Ulan Buh Desert， with implications for regional ecological management strategies.

Key words: grain size characteristics, elemental composition, weathering index, sedimentary environment, Ulan Buh Desert

CLC Number:

P931

Junguang Wang, Zhibao Dong, Rongliang Liu, Jiqiao Shi. Characterization of the grain size and geochemical elements of Ulan Buh Desert sediments and their environmental significance[J]. Journal of Desert Research, 2026, 46(2): 358-370.

Figures/Tables 7

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类型	层位	部位	粒级百分含量/%
类型	层位	部位	粗沙 0~1Φ	中沙 1~2Φ	细沙 2~3Φ	极细沙 3~4Φ	粉沙 4~8Φ
格状沙丘	表层	迎风坡坡脚	6.92	26.66	56.90	9.28	0.22
		迎风坡坡中	0.63	24.51	67.91	6.93	0.02
		坡顶	1.52	35.04	61.06	2.38	0.00
		背风坡坡中	0.13	20.18	71.68	8.00	0.00
		背风坡坡脚	3.04	28.71	58.10	9.77	0.39
	均值		2.45	27.02	63.13	7.27	0.13
	下层	迎风坡坡脚	1.24	26.89	65.24	6.62	0.00
		迎风坡坡中	1.94	23.15	66.50	8.42	0.00
		坡顶	0.19	24.40	70.76	4.65	0.00
		背风坡坡中	1.01	24.03	67.43	7.52	0.00
		背风坡坡脚	1.84	25.35	64.95	7.86	0.00
	均值		1.24	24.76	66.98	7.01	0.00
新月形沙丘	表层	迎风坡坡脚	4.62	31.04	54.13	9.92	0.30
		迎风坡坡中	4.19	30.77	56.24	8.38	0.42
		坡顶	0.95	32.10	62.87	3.60	0.48
		背风坡坡中	0.90	29.35	63.07	6.68	0.01
		背风坡坡脚	4.16	30.63	55.18	9.71	0.31
	均值		2.96	30.78	58.30	7.66	0.30
	下层	迎风坡坡脚	2.52	28.62	57.83	9.98	1.05
		迎风坡坡中	1.26	24.77	63.41	10.51	0.06
		坡顶	0.00	27.25	68.30	4.44	0.00
		背风坡坡中	0.99	23.18	66.53	9.26	0.04
		背风坡坡脚	2.16	22.99	60.20	11.79	2.86
	均值		1.39	25.36	63.25	9.20	0.80
灌丛沙丘	表层	坡顶	0.54	20.27	59.53	18.33	1.33
灌丛沙丘	下层	坡顶	0.32	12.26	60.50	25.55	1.37
丘间地	表层		5.01	20.68	52.99	18.55	2.98
丘间地	下层		1.36	25.61	56.01	14.30	2.73

类型	层位	部位	粒级百分含量/%
类型	层位	部位	粗沙 0~1Φ	中沙 1~2Φ	细沙 2~3Φ	极细沙 3~4Φ	粉沙 4~8Φ
格状沙丘	表层	迎风坡坡脚	6.92	26.66	56.90	9.28	0.22
		迎风坡坡中	0.63	24.51	67.91	6.93	0.02
		坡顶	1.52	35.04	61.06	2.38	0.00
		背风坡坡中	0.13	20.18	71.68	8.00	0.00
		背风坡坡脚	3.04	28.71	58.10	9.77	0.39
	均值		2.45	27.02	63.13	7.27	0.13
	下层	迎风坡坡脚	1.24	26.89	65.24	6.62	0.00
		迎风坡坡中	1.94	23.15	66.50	8.42	0.00
		坡顶	0.19	24.40	70.76	4.65	0.00
		背风坡坡中	1.01	24.03	67.43	7.52	0.00
		背风坡坡脚	1.84	25.35	64.95	7.86	0.00
	均值		1.24	24.76	66.98	7.01	0.00
新月形沙丘	表层	迎风坡坡脚	4.62	31.04	54.13	9.92	0.30
		迎风坡坡中	4.19	30.77	56.24	8.38	0.42
		坡顶	0.95	32.10	62.87	3.60	0.48
		背风坡坡中	0.90	29.35	63.07	6.68	0.01
		背风坡坡脚	4.16	30.63	55.18	9.71	0.31
	均值		2.96	30.78	58.30	7.66	0.30
	下层	迎风坡坡脚	2.52	28.62	57.83	9.98	1.05
		迎风坡坡中	1.26	24.77	63.41	10.51	0.06
		坡顶	0.00	27.25	68.30	4.44	0.00
		背风坡坡中	0.99	23.18	66.53	9.26	0.04
		背风坡坡脚	2.16	22.99	60.20	11.79	2.86
	均值		1.39	25.36	63.25	9.20	0.80
灌丛沙丘	表层	坡顶	0.54	20.27	59.53	18.33	1.33
灌丛沙丘	下层	坡顶	0.32	12.26	60.50	25.55	1.37
丘间地	表层		5.01	20.68	52.99	18.55	2.98
丘间地	下层		1.36	25.61	56.01	14.30	2.73

类型	部位	沉积物常量元素含量/%
类型	部位	Na₂O	MgO	Al₂O₃	SiO₂	K₂O	CaO	Fe₂O₃
格状沙丘	表层	0.98±0.06	1.00±0.26	7.61±0.33	79.67±3.36	1.87±0.79	1.66±0.57	2.37±0.82
格状沙丘	下层	0.99±0.04	1.02±0.32	7.67±0.40	79.48±3.73	1.90±0.06	1.68±0.64	2.40±0.92
新月形沙丘	表层	0.98±0.06	0.99±0.21	7.54±0.43	80.44±3.73	1.91±0.08	1.61±0.58	2.30±0.82
新月形沙丘	下层	0.99±0.07	1.10±0.34	7.70±0.35	79.34±3.02	1.91±0.07	1.63±0.44	2.33±0.63
灌丛沙丘	表层	0.97±0.04	1.31±0.31	7.84±0.38	78.14±2.73	1.93±0.06	1.64±0.73	2.34±1.04
灌丛沙丘	下层	1.01±0.05	1.47±0.21	8.03±0.45	77.79±3.31	1.98±0.08	1.76±0.66	2.51±0.95
丘间地	表层	0.95±0.03	1.16±0.43	7.54±0.58	79.59±4.34	1.87±0.09	1.83±0.90	2.62±1.28
丘间地	下层	0.96±0.08	1.16±0.29	7.64±0.27	78.90±1.68	1.90±0.09	1.84±0.44	2.64±0.62
上部陆壳^[49]		3.9	2.22	15.2	66	3.4	4.2	5
陆源页岩^[49]		1.2	2.2	18.9	62.8	3.7	1.3	7.22
中国黄土^[50-51]		1.68	2.31	11.86	58.65	2.44	8.62	4.56
塔克拉玛干沙漠^[52]		2.58	2.2	10.6	64	2.11	7.88	3.1
库姆塔格沙漠^[1]		2.58	1.98	9.68	71.23	1.98	3.98	2.73

类型	部位	沉积物常量元素含量/%
类型	部位	Na₂O	MgO	Al₂O₃	SiO₂	K₂O	CaO	Fe₂O₃
格状沙丘	表层	0.98±0.06	1.00±0.26	7.61±0.33	79.67±3.36	1.87±0.79	1.66±0.57	2.37±0.82
格状沙丘	下层	0.99±0.04	1.02±0.32	7.67±0.40	79.48±3.73	1.90±0.06	1.68±0.64	2.40±0.92
新月形沙丘	表层	0.98±0.06	0.99±0.21	7.54±0.43	80.44±3.73	1.91±0.08	1.61±0.58	2.30±0.82
新月形沙丘	下层	0.99±0.07	1.10±0.34	7.70±0.35	79.34±3.02	1.91±0.07	1.63±0.44	2.33±0.63
灌丛沙丘	表层	0.97±0.04	1.31±0.31	7.84±0.38	78.14±2.73	1.93±0.06	1.64±0.73	2.34±1.04
灌丛沙丘	下层	1.01±0.05	1.47±0.21	8.03±0.45	77.79±3.31	1.98±0.08	1.76±0.66	2.51±0.95
丘间地	表层	0.95±0.03	1.16±0.43	7.54±0.58	79.59±4.34	1.87±0.09	1.83±0.90	2.62±1.28
丘间地	下层	0.96±0.08	1.16±0.29	7.64±0.27	78.90±1.68	1.90±0.09	1.84±0.44	2.64±0.62
上部陆壳^[49]		3.9	2.22	15.2	66	3.4	4.2	5
陆源页岩^[49]		1.2	2.2	18.9	62.8	3.7	1.3	7.22
中国黄土^[50-51]		1.68	2.31	11.86	58.65	2.44	8.62	4.56
塔克拉玛干沙漠^[52]		2.58	2.2	10.6	64	2.11	7.88	3.1
库姆塔格沙漠^[1]		2.58	1.98	9.68	71.23	1.98	3.98	2.73

元素	部位	类型				上部陆壳^[49]	陆源页岩^[49]	中国黄土^[50-51]	库姆塔格沙漠^[1]
元素	部位	格状沙丘	新月形沙丘	灌丛沙丘	丘间地	上部陆壳^[49]	陆源页岩^[49]	中国黄土^[50-51]	库姆塔格沙漠^[1]
Cr	表层	41.21±11.2	56.95±17.65	55.08±21.56	52.06±27.56	35	110	54.02	48
Cr	下层	62.39±24.38	60.75±20.48	56.30±17.33	61.39±23.10	35	110	54.02	48
Co	表层	63.88±10.89	61.35±15.91	49.73±18.65	61.13±18.99	10	23	14.31	7.78
Co	下层	55.12±18.52	59.33±4.87	55.52±19.59	57.27±15.80	10	23	14.31	7.78
Ni	表层	11.14±2.05	11.53±1.56	11.89±1.45	11.16±2.31	20	55	32.1	18.98
Ni	下层	11.76±1.87	11.94±2.65	12.99±1.63	11.57±1.58	20	55	32.1	18.98
Cu	表层	7.48±0.86	7.08±1.53	7.18±1.26	7.18±1.97	25	50	24.01	12.89
Cu	下层	8.11±1.14	7.88±1.17	7.64±1.10	7.30±1.23	25	50	24.01	12.89
Zn	表层	18.60±2.39	18.36±3.06	20.02±3.27	17.36±3.74	71	85	60.02	39.92
Zn	下层	19.33±2.84	19.88±2.92	21.69±3.51	18.12±2.29	71	85	60.02	39.92
Rb	表层	66.88±3.14	65.58±3.49	67.03±4.34	64.29±4.63	112	160	96.02	68.29
Rb	下层	67.11±3.46	66.83±3.41	68.25±4.97	65.99±3.45	112	160	96.02	68.29
Sr	表层	165.18±12.73	161.50±11.97	163.60±11.80	163.24±20.64	350	200	187.05	249.16
Sr	下层	158.26±12.76	159.98±8.92	164.34±10.40	166.69±18.20	350	200	187.05	249.16
Zr	表层	101.77±15.80	112.45±19.81	108.51±9.81	121.64±31.15	190	210	212.03	161.04
Zr	下层	111.71±10.31	116.68±26.63	124.14±14.89	126.29±31.81	190	210	212.03	161.04
Ba	表层	542.84±62.23	558.45±50.01	566.14±52.92	544.68±54.75	550	650	489.02	556.51
Ba	下层	537.83±51.01	554.20±55.48	561.66±53.55	543.36±72.01	550	650	489.02	556.51
Th	表层	3.94±0.58	3.87±0.75	4.30±0.61	3.86±0.90	10.7	14.6	21.6	6.48
Th	下层	4.39±0.77	3.92±0.69	4.46±0.98	3.97±0.65	10.7	14.6	21.6	6.48

Characterization of the grain size and geochemical elements of Ulan Buh Desert sediments and their environmental significance

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