沉积物是风沙地貌形成和发育的物质基础，含有矿物质颗粒、溶解物质、有机质、生物遗体、碎屑和火山作用而形成的物质等，其特征记录了沙漠形成和发育过程中的重要信息^［1］。干旱半干旱区风沙运动过程中，侵蚀、搬运和再沉积形成了沉积物的构造特征，沙尘物质的迁入与迁出使沙物质颗粒本身的物理特性、组分分布形式等方面不断发生变化^［2-3］，也使其物质来源和沉积过程更加复杂。

粒度分析是土壤分类以及量化沉积物特征、输移机制及沉积环境的重要理论方法^［4-6］。粒度分布特征受物源沉积环境和外营力影响，其中蕴含着沉积环境的有关信息。石英颗粒平均粒径与重矿物颗粒平均粒径的比值可以作为风成或水成成因的判定依据，用来判别海沙和沙漠沙；粒度C-M图可以反映不同沉积物的运移方式^［7］；借助粒度参数可判别沉积环境特征^［8］；端元分析方法基于高精度粒度结构组分的有效分析工具，可从多组分混合物中分离不同沉积动力作用下沉积物的粒度结构组分，提取相关的敏感粒级从而反映沉积环境和物源信息^［9-10］。近年来粒度分析常用于黄土、湖泊、海洋、荒漠等景观地表中，对揭示沉积物物源及其沉积过程具有重要的借鉴意义^{［9，11-13］}。

库布齐沙漠位于鄂尔多斯高原脊线北侧，西、北、东三面被黄河环绕，其主体呈东西向带状分布在黄河南岸阶地上，西、南部呈片状分布在鄂尔多斯剥蚀高原上。沙丘、沟壑、丘陵、湖群、草原、湿地、绿洲等构建天然沙漠景观。该区干旱少雨、植被稀疏、生境脆弱，多种景观分布其中与周边，是中国西北较具特色的研究区域。前人对库布齐沙漠局部区域沉积物特征及物源方面做了部分研究工作，涉及库布齐沙漠的部分区域，如东缘、北缘等边缘绿洲防护林地带^［14-15］，忽略了库布齐沙漠内部显著的东西差异，且认为库布齐沙漠沙丘沉积物主要由细砂组成^［16］，沙漠区风沙作用较为活跃，沙丘沉积物地质年龄较为年轻^［17］，与现代黄河的河道沉积物的锆石年龄谱具有较高的相似度，因此推测库布齐沙漠区沙丘沉积物多来源于黄河供应的冲积物^［18］；丘间地沉积物也符合黄河古道就地起沙。

沙漠广泛分布于亚热带和中纬度雨影区，由于环境不同，其沉积物来源存在显著差异^［19］。库布齐沙漠周边如贺兰山-狼山输沙走廊、黄河“几字弯”区域等地形地貌复杂，加上植被、气候等因素的影响，在长期的风-沙-尘运动过程中共同制约着地表沙尘释放过程与能力，使库布齐沙漠沉积物空间东、西部差异大，风成分异作用显著。因此，在前人研究工作的基础上，本文系统探究库布齐沙漠全域范围内沉积物的粒度特征及其分区特征，以及这种空间分异是否造成了物源的东西来源差异。本研究旨在为丰富西北干旱区沙漠的形成与演变研究提供理论依据。

库布齐沙漠位于鄂尔多斯高原北缘与河套平原的相接地带，呈西偏北-东偏南带状分布在黄河南岸阶地上，地理坐标为39°34′22″—40°48′29″N、107°03′07″—111°23′06″E^［14］。沙漠西部宽阔（50~60 km），中、东部狭窄（5~20 km），东西绵延约400 km，为中国第七大沙漠，面积为1.30×10⁴ km^2［20］。库布齐沙漠行政区划上属内蒙古自治区鄂尔多斯市，占该市土地总面积19.32%^［21］，涉及准格尔旗、达拉特旗及杭锦旗等5个旗（区）。该区属于典型温带大陆性干旱-半干旱季风气候，年平均气温6.0~7.5 ℃；区域降水差异明显，年降水量由东部400 mm逐渐向西递减至150 mm；风大沙多，沙尘事件频繁，年大风日数为25~35 d，集中于春季，年均风速为3.5 m·s^-1，春季平均风速为4.9 m·s^-1，最大风速22.0 m·s^{-1［22-23］}。

以往研究将库布齐沙漠分为以下几个区域：沙漠西段分布于杭锦旗毛不拉孔兑以西，该段沙漠由北、南二支组成，北支沙丘均系流动沙丘，植被盖度在10%以下，南支水分条件较北支好，以灌丛沙堆为主；东段西起虎斯太沟，东抵黄河，自然条件相对较好。基于此，本文通过对沉积物组分进行插值（图1），印证了分类的合理性，综合考虑将库布齐沙漠分为东部、西部北支和西部南支等3个区域，探究沉积物区域特征，研究区位置与采样点见图2。

于研究区选取组分均匀的地表，将长×宽×深为20 cm×20 cm×2 cm表层物质混合均匀后采集装入自封袋并标记，共采集沉积物样品151个，样点分布见图2。将采集的原始沉积物样品带回实验室待测。样品的粒度测试在内蒙古风沙物理与防沙治沙工程重点实验室完成。首先称取各采样点样品200 g烘干并进行简单研磨后利用摇摆式颗粒物粒度振筛机进行筛分实验， 0.063 mm的样品则利用Mastersizer 3000激光粒度仪进行测试。根据累积曲线以及Folk-Ward公式，图解计算粒度参数（平均粒径M_z、分选系数σ、偏度SK、峰度K_g）^［24］。

全粒径分布参数计算。全粒径分布模型中，C、 μ和Dc是3个重要的参数，适用于所有类型土壤的全粒径分布。拟合公式如下^［25-26］：

式中：d_i 为沉积物粒径，mm；P（d_i ）为d_i 的累积含量，%；P（d_i ）为超累积含量，%。根据式（1）计算出P（d_i ）并带入式（2），利用Matlab或其他拟合方法对数据点（d_i，P（d_i ））进行拟合，进而得到模型拟合参数（C，μ，Dc），拟合误差范围在0~1%，其幂函数和指数函数分别对应于土壤演化过程中颗粒破碎和积累的自相似过程和随机过程。

粒度端元计算。本文利用Matlab软件，利用端元分析工具AnalySize1.1.2，将本研究的地表粒度数据导入，选择 Gen.Weibull方法进行参数化端元分析。端元数量的选择需考虑以下指标：①线性相关度（R²），代表原数据集与端元的相关性，其值越大表明相关性越大；②角度离差，代表端元与原始粒度组分曲线在进行形状拟合时造成的偏差，值越大表明端元曲线在形状拟合时的误差越大；③端元相关度，代表各个端元之间的相关程度，值越大表明拟合程度越好。一般当线性相关度R²0.8、角度偏差5°以及端元相关度小时则表明拟合程度好，并且在同时满足上述指标时，应选取最少的端元数。

库布齐沙漠沉积物组分及粒度参数特征见图3和表1。沙漠沉积物均以细砂组分为主，但区域特征仍较为明显。沙漠东部沉积物平均粒径最小（0.17 mm），组分偏细；西部北支沉积物平均粒径最大（0.30 mm），细砂含量最高（72.06%），粉砂含量最低（1.37%）；西部南支沉积物平均粒径居中，组分偏细。由粒度参数特征可以看出，库布齐沙漠沉积物平均粒径和分选系数分布相对分散，平均粒径0.1~0.4 mm，组分偏细；分选系数集中在0.02~0.3，分选性中等较好偏中等；偏度为趋向极正偏；峰态趋向尖窄。

库布齐沙漠东部和西部北支沉积物以跃移组分（0.063~0.315 mm）为主（图4），平均含量分别为87.88%和88.02%，西部南支沙漠沉积物中跃移组分和蠕移及风蚀残余组分（0.315~32 mm）相近，含量分别为59.45%和36.45%。全粒径分布参数（C、 μ、Dc）和沉积物组分关系密切，C与沉积物组分中跃移组分和蠕移及风蚀残余组分分别呈较显著的正相关和负相关关系，μ和Dc与沉积物组分中跃移组分和蠕移及风蚀残余组分分别呈较显著的负相关和正相关关系，C越大，μ和Dc越小时，表明沉积物中跃移组分含量越多；C越小，μ和Dc越大时，表明沉积物蠕移及风蚀残余组分含量越少，参数与悬移组分关系不明显。

研究区地势表现为南高北低，西高东低，不同区域沉积物组分与全粒径分布参数在区域地势变化的影响下，空间分布差异更明显（图5）。沙漠东部和西部南支沉积物悬移组分（0.063 mm）含量较多，而西部北支则含量较少；跃移组分含量差异不大，但西部北支含量仍然高于其他两个区域；蠕移及风蚀残余组分在沙漠西部南支分布较多，其他两个区域相似。

沙漠东部和中部地区C较大，沙漠西部南支区域C偏小；沙漠西部南支区域μ较大，西部北支居中，沙漠东部μ偏小；Dc空间差异较明显，沙漠西部南支显著高于其他两个区域，西部北支和东部相似，Dc均偏小。可见，全粒径分布参数的空间分布与沉积物组分密切相关，且与组分空间分布规律具有一致性。

粒度端元特征。从表2和图6可以看出，库布齐沙漠全域沉积物粒度分解为4个端元，沉积物粒度端元组分表现为单峰形态，总体接近正态分布。EM1主峰众数粒径为0.15 mm，表明沉积物组分以细砂为主，EM2、EM3、EM4的众数粒径分别为0.2、0.25、0.4 mm，分别由细砂、细砂和中砂组成。库布齐沙漠不同区域端元具有很大的差异性。沙漠东部和西部北支沉积物粒度分解为3个端元，端元组分表现为单峰态，而沙漠西部南支沉积物粒度分解为4个端元，EM1和EM2组分表现为双峰态特征，表明沙漠西部南支沉积物组分较为复杂。沙漠东部和西部北支沉积物粒度端元众数粒径值较为相似，EM1、EM2、EM3分别为0.2、0.3、0.15 mm，均为细砂组分，其中沙漠东部沉积物中细砂组分更高一些。西部南支沉积物4个粒度端元组分的众数粒径值分别为0.18、0.2、0.4、0.5 mm，组分分别为细砂、细砂、中砂、中砂，表明该区沉积物组分偏粗且来源较为复杂。其中EM1和EM2表现为双峰态特征，次峰众数粒径较小，表明端元组分除粗颗粒组分外也由一部分细颗粒组分组成。

粒度C-M特征。粒度C-M图最初由Passege^［7］提出，可以用来指示沉积环境与动力特征。库布齐沙漠沉积物粒度C-M图的投点见图7。平行于C轴如东部沉积物，主要以悬浮搬运为主，组分中含少量的粗颗粒，以滚动的方式搬运；另一部分点如西部北支的沉积物，表现为C与M成比例地增加，该类沉积物为递变悬浮沉积，沉积物自下而上颗粒粒径逐渐变小，密度逐渐降低。研究区主要的投点主要分布在Ⅳ和Ⅴ区，表明该区沉积物均以中等—高扰动递变悬浮沉积为主。

粒度相特征。粒度相特征也常用来反映沉积物的沉积环境与动力条件特征，同时能反映沉积物粒度组分的变化规律。整体上，沙漠沉积物A和L较小且变化不大，而F变化较大。随M增大，F逐渐减小，表明0.031~0.125 mm的组分含量逐渐减小，呈显著的负相关关系，表明平均粒径的增大主要受沉积物的粉砂和极细砂组分控制（图8）。

A、L、F为20%时的M可反映分选性。当F为20%，A和L接近0时，M接近0.15 mm，这类沉积物可能来源于海滨沙，而当M接近0.18 mm时，这类沉积物可能来源于河流沉积物；当F为20%，L大于10%时，M大于0.4 mm，这类物质与浊积岩属同一盆地的浅海沙；当F为20%，L接近1%时，M为0.19 mm，这类物质为活动性不明显的浊积岩^［27］。库布齐沙漠沉积物多数来源于海滨沙、河流沉积物以及浊积岩，少数来源于浅海沉积环境的浅海沙（图8），其中沙漠东部沉积物可能主要来源于海滨沙，西部北支沉积物主要来源于河流沉积物，西部南支沉积物则主要来源于浊积岩。

库布齐沙漠沉积物平均粒径0.27 mm，分选系数0.20，比巴丹吉林沙漠（0.48 mm）、腾格里沙漠（0.25 mm）、 乌兰布和沙漠（0.14 mm）、 毛乌素沙地（0.17 mm）和巴音温都尔沙漠（0.45 mm）^［28］的沉积物总体偏细。由于土壤体系的复杂性，土壤颗粒表面特性等某些土壤性质难于用常规方法进行定量化^［29］，全粒径分布参数（C、μ、Dc）与沉积物组分具有显著的相关关系，因此全粒径分布参数对于定量化描述沉积物组分比例组合关系和组分类型具有现实意义^［30］。由于自然条件（降水）的差异，库布齐沙漠沉积物呈现出典型的东西差异，而关于库布齐沙漠地域分类的研究也主要考虑了自然地理背景因素，将沙漠分为东部、西部北支与西部南支，基于这种分类背景，进一步分析了该区沉积物的粒度特征，发现该区沉积物粒度特征存在显著三区分异性。西部南支和东部年降水量300~400 mm，而沙漠北部年降水量低于300 mm，整体上地势南高北低，西高东低，在降水和地貌格局的影响下，东部和西部北支沉积物颗粒较细，多为跃移组分，全粒径分布参数C较大；西部南支区域地势较高，且由于周边山体的阻挡该区域携沙风的挟沙能力降低，原始沉积物中粗颗粒组分近距离沉积，粉砂、极细砂等细颗粒不断发生碰撞磨蚀，在空中释放或远距离沉降，导致该区沉积物颗粒较粗，多为粗砂和砾石组分，全粒径分布参数μ和Dc较大，而C较小，可见，全粒径分布参数的空间分布与沉积物组分密切相关，且与组分空间分布规律具有一致性。总体上，在主导风作用下库布齐沙漠东、西部沉积物组分在风沙运动过程中被充分混合，因此库布齐沙漠沉积物细颗粒组分相近，但随着携沙风的能量增加，使携沙物质总量增大，加之沙漠西部南支和东部区域地势相对较低，沉积物中跃移组分与部分蠕移组分物质由西部北支逐渐向东部和西部南支区域搬运，表现出显著的组分空间差异。

从沉积动力过程来看，由于东部沉积物地表植被生长情况逐年向好，覆盖度较高^［25］，植物的滞尘作用导致沉积物的扰动较低，为中等扰动的滚动与递变悬浮沉积；西部北支和南支地表裸露，风沙扰动较大，为高扰动的滚动与递变悬浮沉积。从沉积相与源区特征来看，东部和西部北支沉积物组分以细砂为主，主要为强劲地表风以悬移或跃移方式搬运的风成沙。沙漠周边为若干山地狭口地带，大量来自贺兰山、狼山的剥蚀碎屑物在风力作用下经贺兰山-狼山输沙走廊输移搬运为该区补给了大量细粉砂物质，该区物源主要为强劲地表风以悬移或跃移方式搬运的风成沙，为远源沉积；沙漠西部南支沉积物组分组成较为复杂，沉积物偏粗，沙漠周边为若干山地狭口地带，除了风成沙之外，大量来自阴山山脉的剥蚀碎屑物在风力、水力作用下搬运堆积在内蒙古高原，山地和丘陵的风化剥蚀物也为该区提供了丰富的沙源。同时，该区多分布于内流河区，河流对风化碎屑物质的搬运也为该区沙漠沉积物形成提供物质基础，黄河十大孔兑、黑河下游作为该区主要水系，大量风化碎屑物质同样在季节性洪流作用下被搬运至该地，沉积物为近源沉积。

库布齐沙漠沉积物区域差异明显，沙漠东部沉积物平均粒径最小（0.17 mm），沉积物粒径偏细，全粒径分布参数C最大，μ和Dc最小，参数分别为755.66、-0.36和0.10；西部北支沉积物平均粒径最大（0.30 mm），全粒径分布参数居中，参数分别为537.91、-0.32和0.12；西部南支沉积物平均粒径为0.29 mm，但各组分含量差异不大，全粒径分布参数C最小，μ和Dc最大，参数分别为289.94、-0.15、0.25。全粒径分布参数（C、 μ、Dc）与沉积物组分显著相关，因此空间分布与组分的分布规律具有一致性。

基于粒度层面分析物源表明，沙漠东部和西部北支沉积物组分相似，沉积物具有同源性，主要是以颗粒悬移和跃移作用输移形成的风沙沉积物，以中等—高扰动递变悬浮沉积为主，西部南支沉积物较为复杂，除风沙沉积物外，还有部分河流沉积物。