0 引言
线性沙丘是全球沙漠地区中分布最为广泛的沙丘类型之一，表现为规则间距和平行走向分布特征［1-2］。在各著名沙漠如Simpson沙漠［3］、Namib沙漠［2，4-5］、Kalahari沙漠［6-7］均有分布。诸学者对线性沙丘做了大量研究，如Folk［3］对Simpson沙漠西南部的线性沙丘粒度特征和形成机制进行了报道；Lancaster和Livingston报道了Namib沙漠［2，4-5］和Kalahari沙漠［6-7］线性沙丘的粒度特征，Lancaster［2］还提出了线性沙丘发育模型。线性沙丘在中国主要分布于西部地区的沙漠［1］。塔克拉玛干沙漠为中国第一大沙漠［8-9］，沙漠中纵向沙垄（复合/复杂型线性沙丘）分布最为广泛［10］，高大程度也为之最［11-13］。特别是在塔克拉玛干沙漠的东北部，纵向沙垄广布，十分典型，但鲜有报道［14］。
1 研究区概况
图1
图1
研究区概况（DEM数据下载于地理空间数据云平台
Fig.1
Location of the study area （DEM data is downloaded from the Geospatial Data Cloud （
2 材料和方法
2.1 材料
本研究选取新建的且末-尉犁沙漠公路沿线一处纵向沙垄（40.40°N、85.96°E，图1B）。2020年12月，垂直于沙垄走向采集了23件横断面沉积物样品（图2A）。选取11个上覆沙丘进行沙垄沙样品采样，在其中7个上覆沙丘采集了丘顶样品，对间隔编号为SFD-01、SFD-02、SFD-03、SFD-04的另外4个上覆沙丘（图2A）分别采集了迎风坡底部、迎风坡中部、丘顶和背风坡底部样品（图2B）。另外在沙垄东西两侧丘间地各采集1件样品，编号为S-01、S-25。自背风坡至迎风坡，全部25件样品依次编号为S-01至S-25。套筒法采集了0~10 cm深度的表沙，每件样品约100 g，利用自封袋密封保存。气象数据下载于国家气象数据中心（
图2
图2
采样点分布及沙垄不同部位现场照片
照片E~I位置见A图
Fig.2
Sampling point distribution and field photos of different parts of the longitudinal dunes； A： The sampled dune； B： Distribution of overlying dune sampling sites； C： Leeward slope of the longitudinal dunes； D： Windward slope of the longitudinal dunes； Photo E-I location see A
采样沙垄顶部（S-07）与背风坡丘间地采样点（S-01）间相对高度差约110 m（图2A）。沙垄走向为NNE-SSW，并略微弯曲（图2A），垄体宽度与垄间低地宽度均约1~2 km。沙垄东南坡缓长且上覆沙丘密集分布（图2D），西北坡陡而短且只有下部存在上覆沙丘（图2C）。沙垄上覆沙丘类型多样，主要为新月形沙丘及沙丘链，如沙垄迎风坡底部为形态较小的密集型新月形沙丘及沙丘链（图2F），其余如格状沙丘（图2G~H）、金字塔沙丘等。沙垄迎风坡底部上覆沙丘丘顶部位坡度较陡，断面呈尖顶状。沙垄迎风坡中部上覆沙丘体积较下部变大，但其断面特征一致，略有变缓（图2G）。沙垄上部上覆沙丘丘顶部位坡度较缓，断面呈浑圆状（图2H~I）。沙垄背风坡底部上覆沙丘断面亦呈尖顶状（图2C）。
根据库尔勒气象站数据，可认为该区域为东北风和西南风共同作用的双峰风况。采样期间库尔勒气象站数据所显示的起沙风（>6 m·s-1）［9］时段东北风大于西南风，采样沙垄的风况与之相近。
2.2 方法
3 结果
3.1 沉积物的众数分布特征
沙垄沙样品主要为双峰态和三峰态分布，占比分别为87%和13%（图3A）。丘间地样品（S-01，S-25）均为单峰分布（图3B）。沙垄上覆沙丘丘顶样品（S-04、S-05、S-07、S-10、S-12、S-15、S-17、S-20、S-22）、沙丘SFD-02迎风坡中部（S-18）以及沙丘SFD-03，SFD-04迎风坡的中部（S-08、S-13）、底部（S-09、S-14）和背风坡底部样品（S-06、S-11）为双峰分布，第一众数在3 Φ处，第二众数在3.75 Φ处（图3）。沙垄背风坡下部样品（S-02、S-03）和沙丘SFD-02迎风坡底部（S-19）和背风坡样品（S-16）亦为双峰分布，但第一众数稍细，在3.25 Φ处，第二众数在3.75 Φ处（图3）。沙垄迎风坡底部沙丘SFD-01迎风坡底部（S-24）、迎风坡中部（S-23）和背风坡底部（S-21）样品为三峰分布，第一众数位于3.25 Φ处，第二众数位于3.75 Φ处，第三众数位于2 Φ处（图3）。本文与李志忠等［11］报道的沙漠腹地垄间低地中的纵向沙垄沙多为单峰分布（众数在3.2~3.3 Φ）相比，主峰值相差不大。与李振山等［12］报道的塔中附近的纵向沙垄沙多为单峰分布（众数为3.32 Φ）相比，主峰值相差也不大，但在3.75 Φ处多一次峰。而与Wang等［13］所报道的沙漠腹地纵向沙垄沙出现双峰分布，主峰位于3.32 Φ和3.64 Φ处，次峰值出现在1.5~2.0 Φ的结果相比，本文次峰值出现在细颗粒一端，差异明显。
图3
图3
不同采样位置沉积物众数特征（A）和频率分布曲线（B）
Fig.3
Sediment population characteristics （A） and frequency distribution curves （B） of different sampling locations
随着各样品位置在沙垄上高度的不同，各众数位处百分比含量均有所变化，从两坡底部到垄顶，样品变粗，在百分含量曲线上可见3 Φ处含量逐渐增加，3.25 Φ和3.75 Φ处含量逐渐减少。如沙垄最高处样品（S-07）较沙丘SFD-02迎风坡中部样品（S-17）和沙丘SFD-01迎风坡底部样品（S-21）3.75 Φ处含量变低，3 Φ处含量增高（图3B）。
3.2 粒度参数分布特征
3.2.1 沙垄采样断面
图4
图4
沙垄采样断面上粒度参数分布
Fig.4
Distribution of particle size parameters on the sampling profile of the longitudinal dunes
3.2.2 上覆沙丘采样断面
在上覆次级沙丘断面上，平均粒径整体表现为丘顶部位最粗，除了上覆沙丘SFD-01背风坡底部粗于丘顶外，丘顶至迎风坡中部和背风坡底部变细；4个上覆沙丘迎风坡底部样品均粗于迎风坡中部（图5A）。丘顶部位分选最好，从丘顶至两侧坡底，分选系数变差，除上覆沙丘SFD-02迎风坡底部分选差于迎风坡中部外，其他3个上覆沙丘迎风坡底部分选均好于迎风坡中部（图5B）。自丘顶至背风坡底部和迎风坡中部，偏度值逐渐变小，除上覆沙丘SFD-02迎风坡底部偏度值小于迎风坡中部外，其余3个上覆沙丘迎风坡底部偏度值均大于迎风坡中部，并且大于丘顶（图5C）；上覆沙丘SFD-04背风坡底部偏度值大于丘顶（图5C）。峰度值变化规律不明显，但上覆沙丘SFD-02峰度值整体最低。除上覆沙丘SFD-01外，其余3个上覆沙丘迎风坡底部峰度值均大于迎风坡中部（图5D）。总的来看，随着采样沙丘所在高度的增加，各参数变化趋势更加显著。
图5
图5
上覆沙丘采样断面上粒度参数分布
Fig.5
Distribution of particle size parameters on the sampling profile of the overlying dune
4 讨论
4.1 粒度分布模式
线性沙丘横断面粒度特征根据丘顶和两坡部位粒度参数分布表现为3种分布模式：“脊部较细型”［2，4-5，12-13，16-18，33-34］、“脊部较粗型”［3，6，11，18］和“无差别型”［7，35-36］。Folk［3］最早解释了“脊部较粗型”形成机制，他在Simpson沙漠研究中发现沙源区（丘间地）沉积物整体细于2.5 Φ的情况下，自坡脚至坡顶风速增加，风蚀作用增强，较细的颗粒吹蚀量增加，沉积量减少；而最适宜风力搬动的跃移组分则容易沉积，并自坡底至顶部含量增加［3］。本研究中沙垄和上覆沙丘采样断面上粒径最粗、分选最好的样品均出现在沙垄（沙丘）最高处（图4~5）。此外，沙垄丘间地沉积物主要为极细沙和细沙（图3B），众数位于3.75 Φ处，整体细于沙垄沙众数值（图3B），这些特征均与Simpson沙漠线性沙丘粒度分布特征一致［3］。
Folk［3］在Simpson沙漠中解释“脊部较粗型” 粒度模式在某种程度上是将丘间地作为沙垄物源区的前提下来讨论粒度分布模式的成因，而Lancaster［6］在Kalahari沙漠的工作则发现那里的丘间地不再是沙丘沙的物源区，而是作为了风沙输送的通道，且丘间地沉积物也不一定细于沙垄沙，从而提出“脊部较粗型”粒度分布模式可以用不同粒径范围沉积物的运移方式来解释：跃移组分运动速度最快且多发生在沙丘上，蠕移组分运动较慢且多发生在丘间地和上风向区域，悬移组分被带离沙丘，但部分可能在丘间地发生沉降并被粗颗粒裹挟，从而无法进一步移动，造成丘间地细颗粒含量增加［37-38］。本研究区域丘间地物质整体偏细（图3B），没有粗沙覆盖面（图2E），细颗粒无法通过裹挟被保留，粒度分布模式成因可能与Kalahari沙漠不同。
4.2 沙丘表面形态的影响
对于较为平滑无上覆沙丘的简单线性沙丘，风沙流在沿坡面运行中所受地形起伏的干扰微弱［39］。对于上覆次级沙丘或沙丘链的复合/复杂型线性沙丘而言，风沙流在运行中会受到沙丘表面地形起伏影响，从而进一步影响到粒度的分布特征。李恒鹏等［40］将塔克拉玛干沙漠腹地复合沙垄气流场分为迎风坡气流加速区、背风坡气流转向减速区、垄间平地气流风速风向恢复区和气流风速稳定区。本文沙垄迎风坡中部存在异常变细的现象（图4），可能与沙垄形态的高大和迎风坡较长且坡度逐渐增加［14］的原因有关。Simpson沙漠的线性沙丘高度为10~20 m［41］，Kalahari沙漠的线性沙丘高度为8~15 m［7］，因此风沙流在运动过程中是能够一次性越过沙丘的，但本研究的纵向沙垄高度在100 m以上，风沙流需通过多个输送过程才能从底部翻过沙丘。Wang等［14］结合实地考察和航空像片认为，本区域纵向沙垄迎风坡角度自迎风坡底部至坡顶倾斜度增加。本文采样沙垄（图2F~I），迎风坡底部分布的沙丘体积较小且坡度平缓（图2F），中、上部沙丘体积和坡度明显增加（图2G~I），这与Wang等［14］的结论一致。因上覆沙丘形态的变化会对风沙流运行造成一定阻碍，因此风沙流在如此高大且迎风坡中部坡度陡然增加的沙垄爬升过程中，加速的动力不易抵消高度和坡度带来的阻力。结果风沙流可能在沙垄迎风坡中部发生沉降，此时风沙流速度降低，风蚀过程减弱，在风蚀过程中被大量带走的极细沙组分在此富集，导致粒径变细。沙垄顶部处平均粒径和分选系数的波动（S-10，图4）也可能是因为局部地形的改变，导致风沙流减速，粒径变细。
4.3 风况的影响
此外，在多风向区域，不同方向的风速和风沙流物质不同。因此在多风向区域，可能由于不同源地的风沙物质沉积而产生不同的众数分布［46-47］。沙漠北部偏东区域主要受控于东北风系，同时亦存在地方性风系［25-28］。按照不同季节统计了距离采样沙垄最近的库尔勒气象站风向、风速数据发现，该区域常年不同季节均存在一组方向相反的东北风系和西南风系，且东北风强度较大（图6）。此外，Liu等［48］的研究指出该区域与采样沙垄区域风况条件基本一致，因此库尔勒气象站数据在某种程度上或可指示采样沙垄区域的风况。本文沙垄迎风坡底部上覆沙丘断面呈尖顶状（图2G）、迎风坡上部和顶部上覆沙丘断面为浑圆状（图2H~I）说明沙垄上部和顶部可能受到了相反风向的作用导致。相反风向的风力到达沙垄两侧坡底部时风力变弱，对沙丘形态的影响很弱［49-50］。上覆沙丘形态的变化也证实了采样沙垄区域可能存在双风向风况。本文沙垄沙样品均存在双峰分布特征（图3B），与该区域的双风向风况条件对应性很强。其双峰态分布可能分别指示了两种不同方向的风动力条件及相应的颗粒粗细的状况。塔克拉玛干沙漠风成沙物源的研究中，发育于昆仑山和天山的河流向盆地内部输送了大量物质，在风力的吹蚀下形成沙漠［45，51-52］。塔克拉玛干沙漠东北部输送物质的河流主要为塔里木河和车尔臣河，沙漠中部主要为克里雅河、尼雅河等河流输送的物质（图1），且不同区域的沉积物粒度组成存在差异［8，51］。本文研究区域在东北和西南这一组相反风向的风力吹蚀下可能分别带来了沙漠东部和中部的沙源，因此该区域沉积物形成双峰分布。
图6
图6
库尔勒气象站不同季节风速风向玫瑰图
Fig.6
Rose diagram of wind speed and direction in different seasons at Korla weather station
综上所述，塔克拉玛干沙漠东北部纵向沙垄沉积物多峰分布是风力与物源共同作用的结果。
5 结论
塔克拉玛干沙漠东北部纵向沙垄沉积物为双峰态分布，第一众数多在3 Φ处，但在两坡底部第一众数多位于3.25 Φ处，此外在迎风坡底部存在三峰态分布样品。所有样品次峰值与丘间地物质峰值粒径一致，均为3.75 Φ。
沙垄和其表面上覆次级丘采样断面上垄顶（丘顶）部位粒径最粗，分选最好，属于“脊部较粗型”粒度分布模式。
沙垄采样断面上迎风坡中部细于下部沉积物。背风坡一侧粒度参数表现为连续性变化。沙垄迎风坡一侧受沙垄表面地形起伏（次级沙丘形态）的影响较大，地形的变化导致连续的风蚀过程被打断，风沙流速度降低，细颗粒物质沉降，粒径变细。
沙垄表面上覆次级沙丘断面上迎风坡底部粒径变粗、风选变好。其形成是迎风坡底部风沙流为初始加速阶段，速度较慢，粗颗粒无法被带走，从而富集形成粗沙富集地。细颗粒被带走导致粒径范围缩小，分选变好。
参考文献
Linear dunes
［J］.
Longitudinal dunes of the northwestern edge of the Simpson Desert，Northern Territory，Australia：1.geomorphology and grain size relationships
［J］.
Grain size characteristics of Namib Desert linear dunes
［J］.
Grain-size variation on a 'complex' linear dune in the Namib Desert
［J］.
Grain-size characteristics of linear dunes in the southwestern Kalahari
［J］.
Grain-size variation on dunes in the Southwest Kalahari，Southern Africa
［J］.
Grain size characteristics of dune sands in the central Taklimakan Sand Sea
［J］.
Geomorphology of sand dunes in the northeast Taklimakan Desert
［J］.
Spatial heterogenyyeity for grain size distribution of eolian sand soil on longitudinal dunes in the southern Gurbantunggut Desert
［J］.
Grain-size characteristics of linear dunes on the northern margin of Qarhan Salt Lake，northwestern China
［J］.
腾格里沙漠东南缘格状沙丘粒度特征与成因探讨
［J］.
新疆喀拉库姆沙漠新月形沙丘不同部位粒度特征
［J］.
Brazos River Bar：a study in the significance of grain size parameters
［J］.
Grain-size variations on a longitudinal dune and a barchan dune
［J］.
Grain-size characteristics of linear dunes in central Australia
［J］.
Grain size distributions and depositional processes
［J］.
Observations on dunes and bimodal sands in the Tenere Desert
［J］.
The formation of longitudinal dunes：evidence from the Simpson Desert
［J］.
Provenance of aeolian sediment in the Taklamakan Desert of western China，inferred from REE and major-elemental data
［J］.
Granule ripples in the Kumtagh Desert，China：morphology，grain size and influencing factors
［J］.
Morphological and sedimentary features of oblique zibars in the Kumtagh Desert of Northwestern China
［J］.
Spatial and temporal variation of the near-surface wind regimes in the Taklimakan Desert，northwest China
［J］.
Temporal trends in grain-size measures on a linear sand dune
［J］.
Sedimentological and geochemical composition of aeolian sediments in the Taklamakan Desert：implications for provenance and sediment supply mechanisms
［J］.
甘公网安备 62010202000688号
