柴达木盆地西北部长垄状雅丹沉积物地球化学元素组成及指示意义

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00034

柴达木盆地西北部长垄状雅丹沉积物地球化学元素组成及指示意义

郜学敏^,¹, 屈欣², 王萌², 张思悦², 张姚姚², 李继彦^,²

1.晋中学院旅游管理系，山西晋中 030619

2.太原师范学院地理科学学院，山西晋中 030619

Composition of geochemical elements and its implications for long-ridge yardang in the northwestern Qaidam Basin， China

Gao Xuemin^,¹, Qu Xin², Wang Meng², Zhang Siyue², Zhang Yaoyao², Li Jiyan^,²

1.Department of Tourism Management，Jinzhong University，Jinzhong 030619，Shanxi，China

2.School of Geography Science，Taiyuan Normal University，Jinzhong 030619，Shanxi，China

通讯作者: 李继彦（E-mail： jyli@tynu.edu.cn）

收稿日期: 2021-02-08 修回日期: 2021-03-22 网络出版日期: 2021-05-26

基金资助:

国家自然科学基金项目. 41601005

Received: 2021-02-08 Revised: 2021-03-22 Online: 2021-05-26

作者简介 About authors

郜学敏（1987—），女，山西陵川人，博士，讲师，主要从事风沙地貌、旅游地理研究E-mail：waipoqiaoqt@163.com , E-mail：waipoqiaoqt@163.com

摘要

雅丹沉积物蕴含丰富的区域环境变化和物源演变信息。以柴达木盆地西北部的长垄状雅丹为研究对象，通过对地球化学元素的研究，探讨沉积物的化学风化特征及其对物质输移的指示意义。结果表明：（1）雅丹沉积物的常量元素以SiO₂、CaO、Al₂O₃、MgO和Na₂O为主，微量元素Cl、Sr、Ba和Zr含量较高。相较于上陆壳平均化学元素组成，雅丹沉积物常量元素CaO和MgO富集程度较高，微量元素中Cl和As富集程度较高。（2）雅丹沉积物的CIA值平均为39.03，且在A-CN-K三角图上准平行于A-CN连线，主体在斜长石与钾长石连线的下方，因此雅丹沉积物的化学风化程度较低，处于初期的脱Na、Ca阶段。（3）特征元素比值表明雅丹体内赋存的大量细颗粒物质为廊道流沙的源区。细颗粒物质经过外营力的风化、剥蚀等过程而出露，在雅丹廊道内堆积并向下风向输移，遇阻堆积而形成沙丘。雅丹是否为下风向黄土的物源区，尚需进一步验证。

关键词： 雅丹 ; 化学风化 ; 地球化学元素 ; 柴达木盆地

Abstract

Yardangs are enigmatic landforms， whose formation and evolution processes are still not fully understood. Yardang strata bear abundant information on the change of regional environment and provenance for the development of yardangs. This paper selected the long-ridge yardang in the northwestern Qaidam Basin as research object， and investigated the chemical weathering of yardang strata and their implications for the transportation of sand-sized grains in the Qaidam Basin by analyzing the composition of geochemical elements. The results indicated that the major elements were dominated by SiO₂， CaO， Al₂O₃， MgO and Na₂O， while the contents of Cl， Sr， Ba and Zr were in dominant for the trace elements in yardang sediments. Compared to the average content of chemical elements for the upper continental crust， the enrichment of major elements such as CaO and MgO， and trace elements such as Cl and As was in a high degree. The mean value of CIA was 39.03 for long-ridge yardang sediments， and they quasi were parallel to the A-CN line and behind the connecting line between plagioclase and potassium feldspar in the A-CN-K tertiary diagram， which indicated that the chemical weathering of long-ridge yardang sediments in the Qaidam Basin was in the early stage of losing Na and Ca. Ratios of characteristic elements demonstrated that the abundant fine-grained particles in the yardang bodies were the source of drift sands in the yardang corridors. These drift sands were exposed by the weathering and erosion of exogenic agents and accumulated in the yardang corridors. And they can developed into sand dunes when they blocked by obstacles during their transportation in the downwind direction. However， as to whether the yardangs were the source of downwind loess still need further investigation.

Keywords： yardang ; chemical weathering ; geochemical element ; Qaidam Basin

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本文引用格式

郜学敏, 屈欣, 王萌, 张思悦, 张姚姚, 李继彦. 柴达木盆地西北部长垄状雅丹沉积物地球化学元素组成及指示意义. 中国沙漠[J], 2021, 41(3): 127-136 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00034

Gao Xuemin, Qu Xin, Wang Meng, Zhang Siyue, Zhang Yaoyao, Li Jiyan. Composition of geochemical elements and its implications for long-ridge yardang in the northwestern Qaidam Basin， China. Journal of Desert Research[J], 2021, 41(3): 127-136 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00034

0 引言

雅丹是由半固结的河湖相沉积物经风力的长期吹蚀而形成的垄槽相间的地貌类型，形态多样，尤以长垄状和典型流线鲸背状最为典型^［1］。该术语由Hedin^［2］在中国罗布泊地区考察时使用，并被地学界广泛沿用。雅丹地貌主要分布于世界主要沙漠的边缘，例如中国的塔克拉玛干沙漠^［3］、库姆塔格沙漠^［4］和柴达木盆地沙漠^［5］，伊朗的卢特沙漠^［6］，埃及的西部大沙漠^［7］，西亚的利比亚沙漠和西南非洲的纳米布沙漠^［8］，秘鲁的西海岸沙漠^［9］和美国的莫哈韦沙漠^［10］等。此外，在火星和金星上也发现了雅丹地貌^［11-12］。

中国的雅丹地貌主要分布于柴达木盆地的西北部、罗布泊地区和古尔班通古特沙漠西北部的乌尔禾地区^［13］。其中，柴达木盆地是中国最大的雅丹地貌分布区，且其在外部形态上与火星雅丹具有相似性^［14］，因而近年来吸引了越来越多学者的注意。学者们先后对盆地内雅丹的形态特征^［15-16］、空间分布^［5］、粒度组成^［17］、风况环境^［18］、磨蚀速率^［19］、演化模式^{［14，20］}等方面进行了研究。雅丹地层蕴含着丰富的区域环境变化和物源演化信息^［21-22］。因此，本文以柴达木盆地西北部的长垄状雅丹为研究对象，通过对雅丹地层中沉积物地球化学元素的研究，以期明确该类地貌沉积物的化学风化特征，并对盆地内沙粒级物质的输移路径进行探讨。

1 研究区概况与研究方法

1.1　研究区概况

柴达木盆地是青藏高原东北部最大的山间断陷盆地，四周为高山环绕，西北部为阿尔金山，东北部为祁连山，西部和南部为祁曼塔格山和东昆仑山。盆地与四周的高山均以断裂为界，大致呈NWW-SEE走向的不规则菱形，盆地面积约12万km²，地理位置34°41′—39°20′N、87°48′—99°18′E（图1）。盆地周围高山海拔4 000—5 000 m，而内部海拔平均为2 800 m。柴达木盆地属于典型的高原大陆性荒漠气候，干旱多风，富日照，年蒸发量远远大于年降水量，尤其是盆地的西北部，年降水量少于20 mm，气候极端干旱。盆地内年平均风速3 m·s^-1，西北部风速较大，尤其是每年3—5月^［23］。柴达木盆地地貌的环带状分异现象十分显著，由四周山地到盆地中心依次出现隆起的剥蚀山地、低山丘陵、山前冲洪积平原、湖积平原，彼此之间存在一些过渡地带^［24］。

图1

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图1 柴达木盆地长垄状雅丹地层剖面位置

Fig.1 Location of stratigraphy profile for long-ridge yardang in the Qaidam Basin

1.2　研究方法

在昆特依干盐湖与俄博梁背斜构造之间出露有典型的长垄状雅丹剖面（38°31′49.73″N、92°57′44.48″E，海拔2 762 m），剖面高度为6 m，未见底（图2）。对该剖面的详细描述见文献［25］。按照相应层理的岩性特征对每一地层单元收集沉积物样品，按其相应的地层序列进行编号，同时收集廊道流沙样品，编号为“YDLS”，共收集沉积物样品16件，每件样品重量约500 g。

图2

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图2 柴达木盆地长垄状雅丹剖面周边地形（A）及出露地层（B）

Fig.2 Topography (A) and stratigraphy (B) for long-ridge yardang profile in the Qaidam Basin

沉积物地球化学元素组成实验在中国科学院西北生态环境资源研究院完成。首先将样品过2 mm筛，将筛分样品在80 ℃条件下烘干4 h，用磨样机研磨粉碎。称取4 g粒度小于200目（约75 μm）的样品，在105 ℃下烘干后放入制样模具，用硼酸镶边垫底，在30 t的压力下压成镶边内径为32 mm的样片待测。测试仪器为荷兰帕纳科公司生产的顺序式波长色散型X射线荧光光谱仪（型号：Axios），分析软件为SuperQ Version 5.0。在测试过程中选用国家一级标准物质中的岩石成分分析标准物质（GSR01—GSR15）、土壤成分分析标准物质（GSS01—GSS16）和水系沉积物成分分析标准物质（GSD01—GSD14）作为标准样品进行控制和对照实验。以国标GB/T14506.28—2010《硅酸盐岩石化学分析方法第28部分：16个主次成分量测定》为依据，确定了各元素的最佳测试条件^［26］。

2 结果与分析

2.1　化学元素组成

2.1.1　常量元素

由于地层部位10—20 cm处的样品Cl元素含量过高，超过仪器的检测范围，结果不准确，在此不予讨论。为了与其他沉积物进行对比分析，本文还引用了柴达木盆地雅丹廊道流沙、戈壁及线形沙丘^［27］、九州台全新世黄土^［28］、上陆壳（Upper Continental Crust，简写为UCC）和陆源页岩（post-Archean Australian Shale，简写为PAAS）^［29］等沉积物的常量元素数据。在常量元素组成中，以SiO₂含量最高，平均含量为35.75%，远小于雅丹廊道流沙（55.52%）、戈壁（69.88%）、线形沙丘（73.09%）和九州台黄土（53.71%）等沉积物。CaO和Al₂O₃的含量相差不大，并分居第二、三位，平均值分别为11.62%和10.52%。雅丹沉积物中CaO的含量远高于戈壁（4.51%）和线形沙丘（4.36%），而与廊道流沙（8.18%）和九州台黄土（9.56%）相接近；Al₂O₃的含量稍高于戈壁（6.49%）和线形沙丘（7.78%），而与廊道流沙（9.78%）和九州台黄土（11.26%）相接近。雅丹地层中MgO的平均含量为6.38%，远高于戈壁（0.87%）和线形沙丘（0.96%），稍高于廊道流沙（1.98%）和九州台黄土（2.36%）。Na₂O在雅丹地层沉积物中的平均含量为5.97%，稍高于廊道流沙（3.86%）、戈壁（2.97%）、线形沙丘（3.49%）和九州台黄土（1.57%）。长垄状雅丹沉积物中其他常量元素的含量均低于5%（表1）。

表1 长垄状雅丹及对比沉积物常量元素含量（%）

Table 1 Contents of major elements for long-ridge yardang and the other compared sediments

样品	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	P₂O₅	TiO₂	MnO	CIA
表层	14.01	5.61	1.56	11.20	14.28	5.51	0.56	0.06	0.18	0.04	23.06
0—10 cm	21.04	7.56	1.51	10.49	7.04	12.35	1.28	0.08	0.22	0.04	17.97
20—30 cm	23.95	8.00	1.65	9.95	6.57	14.28	0.99	0.07	0.21	0.03	17.97
30—220 cm	28.25	8.64	1.21	6.48	5.41	16.29	0.84	0.07	0.20	0.04	18.71
220—260 cm	39.87	11.80	3.92	8.56	8.50	3.14	1.88	0.13	0.47	0.08	48.82
260—300 cm	51.05	11.89	4.25	3.71	9.55	2.41	2.42	0.14	0.57	0.08	52.97
300—315 cm	34.28	8.26	3.65	2.71	23.87	2.07	1.60	0.10	0.43	0.07	49.20
315—325 cm	45.63	11.44	2.42	3.07	10.71	6.48	1.79	0.10	0.35	0.07	32.97
325—350 cm	38.91	11.46	3.21	4.27	12.35	4.55	2.06	0.10	0.39	0.07	39.96
350—357 cm	45.69	13.15	3.11	4.35	11.44	3.25	2.30	0.10	0.39	0.09	49.95
357—395 cm	43.11	13.44	4.54	4.26	11.58	2.76	2.87	0.10	0.53	0.08	52.47
395—465 cm	41.30	13.10	1.53	9.05	7.65	4.58	1.98	0.08	0.17	0.06	43.22
465—550 cm	39.67	12.81	4.17	9.00	8.17	2.67	2.03	0.11	0.46	0.07	53.86
550—600 cm	33.79	10.10	1.48	2.20	25.51	3.27	1.35	0.06	0.32	0.04	45.29
廊道流沙	55.52	9.78	2.31	1.98	8.18	3.86	1.93	0.10	0.53	0.06	39.78
戈壁	69.88	6.49	1.82	0.87	4.51	2.97	1.36	0.10	0.35	0.05	36.57
线形沙丘	73.09	7.78	1.74	0.96	4.36	3.49	1.72	0.07	0.35	0.04	36.83
九州台黄土	53.71	11.26	4.39	2.36	9.56	1.57	2.37	0.16	0.62	0.08	59.29
UCC	65.89	15.17	5.00	2.20	4.19	3.89	3.39	0.20	0.50	0.06	47.95
PAAS	62.80	18.90	7.22	2.20	1.30	1.20	3.70	0.16	1.00	0.11	70.38

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2.1.2　微量元素

长垄状雅丹沉积物Cl元素含量最高，平均值为37 661.8 μg·g^-1，该数值远高于廊道流沙（5 043.9 μg·g^-1）。Sr元素的含量居第二位，平均含量为1 059.3 μg·g^-1，远高于廊道流沙（536.3 μg·g^-1）。Ba元素的含量居第三位，平均值为857.7 μg·g^-1，稍高于廊道流沙（643.3 μμg·g^-1）。Zr元素含量居第四位，平均值为153.1 μg·g^-1，稍低于廊道流沙（263.8 μg·g^-1）。长垄状雅丹沉积物中其余微量元素的含量均低于100 μg·g^-1（表2）。

表2 长垄状雅丹及对比沉积物微量元素含量 (μg·g^-1)

Table 2 Contents of trace elements for long-ridge yardang and the other compared sediments

样品	Cl	V	Cr	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	As	Br	Rb	Sr	Y	Zr	Nb	Ba	La	Ce	Nd	Pb
表层	29 328.4	26.2	22.9	3.4	9.7	11.1	18.8	5.6	3.5	1.0	26.7	1 161.0	7.1	87.9	4.3	701.9	22.5	/	11.0	12.5
0—10 cm	101 538.5	24.0	16.1	3.1	9.7	13.6	12.5	6.7	9.1	0.6	41.2	710.0	10.1	153.0	5.7	722.4	21.0	/	12.2	10.5
20—30 cm	102 665.7	27.5	23.8	2.8	15.1	12.7	15.9	8.5	13.5	11.3	49.9	435.6	9.8	113.8	5.8	421.4	20.4	/	7.0	5.7
30—220 cm	124 410.5	20.2	13.3	3.5	8.4	12.0	/	6.4	8.5	4.8	42.1	967.9	8.4	174.3	4.6	497.5	23.7	/	11.4	14.0
220—260 cm	14 816.8	64.2	57.4	6.4	28.2	25.8	42.6	13.6	3.4	8.6	82.4	280.3	19.4	165.6	11.8	499.6	36.0	/	15.5	12.9
260—300 cm	7 959.7	75.8	64.1	9.5	36.7	21.4	44.1	16.0	8.4	10.0	94.3	288.7	22.5	180.8	13.8	592.6	41.1	73.5	25.3	13.9
300—315 cm	4 880.3	57.5	48.2	8.4	30.2	22.9	35.4	10.3	12.9	5.6	52.5	1 476.2	15.5	218.4	10.1	597.4	31.3	25.7	25.5	19.5
315—325 cm	37 064.9	48.4	35.1	5.6	21.5	23.6	19.9	12.2	5.5	3.2	69.8	1 034.4	13.2	168.2	6.6	1 078.3	37.2	16.0	20.6	17.8
325—350 cm	29 038.1	62.5	51.6	6.6	32.0	48.1	40.2	12.9	7.7	7.2	82.5	930.7	14.7	151.3	8.7	689.8	29.3	/	22.9	15.9
350—357 cm	19 929.8	62.3	44.7	7.1	29.5	34.2	33.7	14.0	6.5	9.0	82.9	1 345.0	13.6	128.2	6.6	922.9	26.5	46.0	25.7	16.5
357—395 cm	11 999.0	90.3	78.1	9.9	42.5	31.9	71.9	18.2	9.0	3.4	113.8	753.6	19.7	164.7	12.2	567.7	36.7	59.6	29.0	18.5
395—465 cm	26 549.7	24.7	15.7	4.1	10.8	16.6	3.5	9.7	16.7	9.6	76.8	1 062.9	7.0	86.2	3.1	748.3	39.8	/	14.7	16.4
465—550 cm	9 992.2	67.7	61.7	6.9	29.3	22.6	45.7	14.0	9.8	3.2	85.9	503.5	18.8	214.9	11.2	653.9	45.9	/	24.3	15.4
550—600 cm	7 091.4	36.8	24.2	4.9	12.9	17.3	8.6	8.6	28.2	1.8	26.1	3 881.0	5.9	135.7	/	3 314.5	56.3	/	33.9	37.1
廊道流沙	5 043.9	46.3	26.9	49.7	16.1	10.8	10.8	12.4	5.5	/	82.9	536.3	19.5	263.8	11.9	643.3	27.5	42.7	18.3	14.3
UCC	640	107	85	17	44	25	71	17	1.5	1.6	112	350	22	190	12	550	30	64	26	17

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2.2　地球化学元素UCC标准化

以上陆壳平均化学组成为标准，对长垄状雅丹及对比沉积物的各元素进行归一化处理，得到各元素的标准化值分布图。由常量元素的UCC标准化值分布图可知，各常量元素表现为不同程度的富集或亏损状态（图3）。MgO和CaO均处于富集状态，且在所有常量元素中富集程度最高，标准化值平均分别为2.90和2.77。而MgO在雅丹流沙中表现为轻微亏损状态，标准化值为0.90；在戈壁和线形沙丘沉积物中的亏损程度较高，标准化值分别为0.39和0.44；在九州台黄土中表现为轻微富集，标准化值为1.07。CaO在雅丹廊道流沙和九州台黄土沉积物中的富集程度较高，标准化值分别为1.95和2.28；在戈壁和线形沙丘沉积物中表现为轻微富集，标准化值分别为1.08和1.04。Na₂O的富集或亏损状态随着剖面高度的变化而变化。总体而言，在长垄状雅丹地层剖面的上部（表层至220 cm）Na₂O的富集程度较高，平均值为3.11。而在220 cm以下的地层中出现多期亏损-富集的交替循环。TiO₂和MnO除在个别地层表现为富集状态外，在其余地层中均表现为亏损状态。其余元素在雅丹地层中均表现为不同程度的亏损状态。

图3

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图3 长垄状雅丹及对比沉积物常量元素UCC标准化值分布

Fig.3 UCC-normalized pattern of major elements for long-ridge yardang and the other compared sediments

长垄状雅丹沉积物微量元素的UCC分布模式较为一致（图4）。在所有微量元素中，Cl元素的富集程度最高，平均为58.85，远高于雅丹廊道流沙的标准化值（7.88）。As元素的富集程度次之，标准化值平均为6.79，稍高于雅丹廊道流沙的标准化值（3.66）。Br和Sr富集程度相类似，标准化值分别介于0.39—7.09和0.80—11.09，平均值分别为3.54和3.03。Br元素在雅丹廊道流沙中的含量极低，未检测到数值；而Sr元素在雅丹廊道流沙中的标准化值为1.53，表现为轻微富集。Ba和La元素的富集程度相似，标准化值平均分别为1.56和1.11。除Ba元素在550—600 cm层位表现为富集程度较高之外，Ba和La两种元素在其余层位均表现轻微的富集或淋失状态。其余元素，除Co、Pb、Cu、Zr在个别层位富集外，在其余地层中均表现为不同程度的淋失。

图4

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图4 长垄状雅丹及对比沉积物微量元素UCC标准化值分布

Fig.4 UCC-normalized pattern of trace elements for long-ridge yardang and the other compared sediments

2.3　化学风化特征

2.3.1　化学蚀变指数

化学蚀变指数（Chemical Index of Alteration，简称CIA）是一种用来指示源区物质遭受的化学风化程度的无量纲指标，计算公式为^［30］：

C I A = [A l_{2} O_{3} / (A l_{2} O_{3} + C a O^{*} + N a_{2} O + K_{2} O)] \times 100

（1）

式中：各元素的含量均以摩尔分数表示，CaO^*指硅酸盐中的CaO。因此，需要对碳酸盐和磷酸盐的含量进行校正。本文的CaO^*值据McLennan^［31］提出的方案进行校正。CIA能够指示长石矿物风化成黏土矿物的程度，因而可以很好地表示硅酸盐矿物的化学风化强度^［32］。

长垄状雅丹沉积物CIA值变化范围较大，为17.97—53.86，平均值为39.03（表1）。该值与戈壁（36.57）、线形沙丘（36.83）、雅丹廊道流沙（39.78）的CIA值一致，但是却远小于UCC（47.94）、九州台黄土（59.29）和PAAS（70.38）。因此，从CIA数值来看，长垄状雅丹地层沉积物的化学风化程度整体较低。

2.3.2　A-CN-K三角图

CIA值除了上述的无量纲数值表示方式之外，也可以用A-CN-K三角图来表示（图5）。PAAS为典型的UCC的初级风化产物，因此由UCC指向PAAS的方向代表了典型的最初期的大陆风化趋势^［33］。由该趋势可知，大陆风化过程主要包括3个阶段：①早期的脱Na、Ca阶段，以斜长石的风化为主要标志，风化趋势线（图5长实线箭头）准平行于A-CN连线。同时，由于河流溶质代表了大陆风化过程中的可溶组分，其组成点落在风化趋势线的反向延长线上^［34］（图5虚线箭头）。②中期的去K阶段，以钾长石和伊利石的风化为标志，风化趋势线（图5短实线箭头）准平行于A-K连线。③晚期的去Si阶段，随着K元素的淋失殆尽，风化趋势线向A点趋近。

图5

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图5 长垄状雅丹及对比沉积物A-CN-K三角图

Fig.5 A-CN-K ternary diagram of long-ridge yardang and the other compared sediments

在A-CN-K三角图中，长垄状雅丹沉积物呈条带状近平行于A-CN连线，除6个样品的数据点在斜长石与钾长石连线的上方外，其余数据点均在斜长石与钾长石连线的下方，位于初期风化趋势线的反向延长线上。该分布模式表明，长垄状雅丹沉积物的大陆风化程度较低，总体处于大陆风化的初期阶段，即微弱的脱Na、Ca阶段。虽然雅丹沉积物的总体风化程度较低，但是CIA数据点呈断续的条带状分布模式表明沉积物间的脱Na、Ca程度也有一定的差异，即220—315、350—395、465—550 cm等层位的沉积物化学风化程度明显高于其他层位。

柴达木盆地的雅丹廊道流沙、线形沙丘和戈壁的数据点也位于斜长石与钾长石连线的下方，且在分布模式上同长垄状雅丹相类似。而对比的九州台黄土均位于斜长石与钾长石连线的上方，数据点分布相对密集且处于UCC与PAAS之间，位于初期风化趋势线上，其化学风化程度远高于柴达木盆地内部各沉积物。

3 讨论

3.1　长垄状雅丹沉积物的化学风化特征

通过对CIA指数的分析，可知柴达木盆地长垄状雅丹沉积物的化学风化程度均比较低，整体处于化学风化的初期阶段，即早期的脱Na、Ca阶段。尤其是表层至220 cm层位样品的CIA值在整个剖面中是最低的，为17.97—23.07。这主要是由于这些层位的Na₂O含量为5.51%—16.29%，平均含量为12.11%，远高于其他层位。在整个剖面中，Na₂O通过毛管水作用发生向地层上部的迁移过程，导致在这些层位的富集，并最终导致这些层位的CIA值较低。柴达木盆地内沉积物的化学风化程度总体较低，主要因为盆地内低温、干燥的气候环境条件，地表缺少有效的化学风化过程。但是，雅丹中、下部地层，例如220—315、350—395、465—550层位，CIA指数均稍高于UCC。CIA指数除了能够指示形成雅丹地层的源区物质的化学风化程度外，对于源岩的物质组成、成岩作用及气候环境变化等也具有一定的指示意义^［35］。长垄状雅丹中、下部的地层，尤其是30—220、315—325、350—357、395—465、550—600 cm层位，均以中沙和细沙粒级为主，且频率分布曲线与风成沉积物一致^［25］。而其余层位以粉沙和黏土粒级为主，频率分布曲线与河湖相沉积物一致。此外，对敦煌雅丹国家地质公园雅丹地层地球化学元素的研究也表明，形成雅丹地层的沉积物除了常见的河湖相沉积物之外，还包括风成沉积物^［21］。因此，在长垄状雅丹地层形成过程中，其物源区及气候环境均可能发生过明显的变化。

同时需要注意的是，柴达木盆地内部沉积物的数据点主体均位于初期风化趋势线的反向延长线上，趋近全球河流的平均值。由于雅丹地貌发育的物质基础就是河湖相地层，因此早期的物质被搬运到古湖泊后，经历了长期的湖水环境。而戈壁是在山前冲洪积平原的基础上发育而成的，其物质主要是由发育于山区的河流通过长期的冲洪积作用搬运、堆积而来。雅丹廊道流沙，是由雅丹体内富含的沙层经后期外营力的侵蚀而剥露出来的。而线形沙丘则是由戈壁表层沉积物和雅丹廊道流沙在风力搬运作用下，堆积于干盐滩表面形成的^［36］。因此，这些物质在本质上都与流水作用具有一定的关系。再加上后期风力的搬运路程较短，沙物质多在下风向就地堆积形成沙丘，因而不能消除早期流水作用留下的痕迹。

3.2　对柴达木盆地内物质输移的指示意义

雅丹地貌是在原河湖相地层基础上，经由一系列外营力作用塑造成的由相互平行的垄脊和沟槽共同组成的正负地貌组合。因此，沟槽在被侵蚀之前应具有与垄脊一致的物质组成。而雅丹廊道被侵蚀的大量物质最终被搬运去了哪里？这一直是学界争论的问题。有学者研究认为柴达木盆地西北部的雅丹地貌区是黄土高原的重要物源区^［37-38］。由于柴达木盆地是一个四周被高山环绕的封闭盆地，区内河流全部为内流河，因此河流作用并不能将侵蚀物质搬运出去，而只能将其归因于风力作用。那么，这些物质在柴达木盆地内部具有怎样的输移路径是需要探讨的问题。前期研究表明，位于察尔汗盐湖上风向的戈壁表层沉积物和雅丹廊道流沙均是其下风向沙丘的重要物源区^{［27，36］}。因此，我们可以初步建立戈壁表层沉积物、雅丹廊道流沙与下风向沙丘之间的物质输移关系，但是它们与雅丹地层沉积物之间的关系却不清楚。

特征元素比值MgO/Al₂O₃-K₂O/Al₂O₃和K₂O/Al₂O₃-TiO₂/Al₂O₃对碎屑沉积物物源具有一定的指示意义，而SiO₂/Al₂O₃-TiO₂/Al₂O₃和Na₂O/Al₂O₃-K₂O/Al₂O₃则对沉积物的输移具有一定的指示意义^{［21，39-41］}。由图6A和图6B可看出雅丹沉积物与廊道流沙、线形沙丘、戈壁等3种沉积物分布模式上的差异，但是雅丹的部分地层与这3种沉积物却存在一定的重合。这表明雅丹部分地层沉积物与其他3种沉积物具有共同的物质来源。就盆地内的物质输移路径而言，雅丹部分地层沉积物与廊道流沙重合度较高，且廊道流沙与线形沙丘、戈壁表层沉积物也有一定的重合（图6C和D）。由此，可以判断雅丹廊道流沙应系雅丹体内赋存沙物质被外营力侵蚀出露后，堆积于雅丹廊道内。而堆积于廊道内的沙物质在风力作用下向下风向输移，在遇到雅丹等障碍物阻挡时，则形成回涡沙丘^［13］；而携沙气流在具有粘结性物质的地表上，例如在盐湖周边的干盐滩上则堆积形成线形沙丘^［42］。

图6

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图6 长垄状雅丹及对比沉积物特征元素比值散点图

Fig.6 Bi-plots of selected elemental ratios for long-ridge yardang and other aeolian sediments

因此，我们可以建立雅丹体内赋存沙物质与廊道流沙以及下风向沙丘之间的物质输移关系。此处仅指位于雅丹地貌区下风向，分布于盐湖周边干盐滩上的沙丘。而分布于其他地貌单元，例如山前冲洪积扇的沙丘则可能具有不同的沙源供应。由此，我们可以明确柴达木盆地雅丹体内赋存的沙物质为下风向沙丘的物质来源，但是其中的粉尘颗粒是否为下风向黄土的最终物质来源还需要进一步探究。需要注意的是，化学元素组成与其赋存粒级关系密切，而在本研究中未分粒级探讨相关问题，所以相关结论仍值得深入探究。

4 结论

柴达木盆地西北部的长垄状雅丹沉积物的常量元素SiO₂、CaO、Al₂O₃、MgO和Na₂O含量较高，微量元素Cl、Sr、Ba和Zr含量较高。相较于上陆壳平均化学元素组成，雅丹沉积物中CaO和MgO富集程度较高；Na₂O在剖面上部富集，而在下部则出现亏损；TiO₂和MnO局部轻微富集；其余常量元素均表现为不同程度的亏损。微量元素中Cl和As元素的富集程度较高。

长垄状雅丹沉积物的CIA值平均为39.03，且在A-CN-K三角图上准平行于A-CN连线，主体在斜长石与钾长石连线的下方，位于风化趋势线的反向延长线上，因此雅丹地层沉积物的化学风化程度较低，整体处于风化的初期阶段，即微弱的脱Na、Ca阶段。

特征元素比值表明雅丹体内赋存的大量细颗粒物质为廊道流沙的源区。经过外营力的风化、侵蚀等过程出露，在雅丹廊道内堆积并向下风向输移，或遇雅丹体阻挡形成回涡沙丘，或在干盐滩上形成线形沙丘。雅丹是否为下风向黄土的物源区，尚需进一步验证。

参考文献

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文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

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牛清河，屈建军，李孝泽，等.

雅丹地貌研究评述与展望

［J］.地球科学进展，2011，26（5）：516-527.