风成沙丘的完整保存需要快速的、非破坏性的埋藏过程，但这种情况很少发生。地球上存在着由熔岩流掩埋而保留下来的古沙丘^［1-4］，熔岩流和风成沉积物相互作用产生的沉积学特征以及其对风成沙丘形态的保存等成为早期学者们的研究热点^{［2-3，5-8］}。此外，地球上还存在着很多由洪水或湖泊淹没的沙丘，这些案例保留了古地形，对指示洪水事件、揭示环境变化以及恢复古地层记录具有重要意义^［9-10］。除了这些被熔岩或洪水完全掩埋的沙丘外，还存在着很多被部分掩埋而保留下来的古沙丘。已有学者在地球和火星上发现了被熔岩流部分掩埋后又经风蚀而保存下来的负地形沙丘底部轮廓，被称作“ghost dune”^［11-12］。Day等^［11］通过CTX影像、HIRISE影像及DEM数据获取火星熔岩流型遗迹沙丘的长度、宽度、方向及深度，对其形态特征及规模大小进行初步辨识，并与火星现代新月形沙丘进行对比，发现二者在形态、大小上相似，同时利用现代沙丘模拟了沙丘被掩埋和侵蚀后的凹坑形态，推测遗迹沙丘形成模式，并进一步证实了遗迹沙丘起源于新月形沙丘。此外，该研究还探讨了该地貌存在的环境意义。Gaylord等^［12］在美国爱达华州ESRP地区发现了熔岩流型遗迹沙丘，其形态为地形倒置的新月形凹坑，通过OSL测年和⁴⁰Ar/³⁹Ar方法测得研究区遗迹沙丘形成时间在61 ka之前，同时用DZ数据解释了更新世遗迹沙丘和全新世沙丘的沉积来源。

除了熔岩流型遗迹沙丘，其他流体物质掩埋也可形成遗迹沙丘，故董治宝等^［13］给出定义：当丘间地有熔岩、盐水和其他液态物质存在时，渗入沙丘底部并使其硬化，沙丘中上部的松散沉积物被风蚀形成凹坑、残留硬化的外壳，即沙丘底部轮廓，被称作遗迹沙丘或幽灵沙丘。相比于熔岩流这种偶发事件而言，沙漠周围山脉发育的众多暂时性和季节性河流会更容易携带泥沙物质注入沙漠并可能和沙丘作用^［14-16］，因此流水型遗迹沙丘应该在山前和沙漠边缘广泛发育，但是目前还未有报道。

通过观察多期卫星影像，发现在河西走廊嘉峪关黑山北部分布着大量流水型遗迹沙丘。本文基于对该地区流水型遗迹沙丘的实地考察，详细分析了其形态特征和沉积特征，探讨了其形成模式及其存在的环境意义。同时将其与熔岩流型遗迹沙丘进行对比，以期了解其差异性，丰富遗迹沙丘的多样性。

研究区位于河西走廊的西北部，此处为嘉峪关市西北部的戈壁地区，地理坐标为40°00′00″—40°08′00″N、98°03′30″—98°17′30″E。河西走廊位于中国西部，地处黄河以西、祁连山和巴丹吉林沙漠中间的甘肃省西北部，是一个呈北西—南东走向的狭长地带。在地质构造上，河西走廊由3个地质构造单元组成，分别是南部祁连山和阿尔金山断块、中部河西走廊拗陷、北部北山断带^［17］。研究区北部为北山，南部为黑山，地势东南高、西北低。黑山发育了数条暂时性河流，如双泉子河、二道河、清沙河和断山口河等，在出山口后形成西北—东南走向的干河床（图1）。该地区沙丘类型主要为新月形沙丘、新月形沙丘链和不对称型新月形沙丘^［18-20］。地区主要的风向为西北风，平均风速2.8~4.6 m·s^{-1［21-23］}，沙丘走向大致呈NW-SE方向，与河床走向呈一定角度。研究区降水量年平均为76.9 mm，且集中在6—8月。年平均气温为6.2 ℃，最高气温出现在7月（23.1 ℃），最低气温出现在1月（-9.7 ℃），且昼夜温差较大^［24］。

在ESRI World Image中获取卫星影像，具体操作方法为：在ArcGIS中添加基于World Imagery Wayback功能，随后可在ArcMap中加载ESRI World Image提供的SPOT影像，影像分辨率较高，地物清晰可见。同时，World Imagery Wayback提供历史影像对比功能，可对沙丘进行动态监测。选取2014、2016—2023年共9 a多期卫星影像，对划定范围内的流水型遗迹沙丘和新月形沙丘进行识别分析与动态监测。

2023年2月对河西走廊流水型遗迹沙丘考察过程中，选取4处流水型遗迹沙丘开挖剖面（图2A），对剖面进行沉积层划分，记录各层特征、厚度等相关信息并拍照记录（图2B）。对剖面4进行样品采集，所有样品采取2 cm等间距取样的方法，共采集样品29个。所采集的样品均使用Mastersize3000激光粒度仪（测量范围0.01~3 500 μm）进行测量。数据归一化后，平均粒径（M_z）、分选系数（σ）、偏度（SK）、峰度（K_g）等粒度参数的计算在GRADISTAT软件中完成，按Folk-Ward方法^［25］计算，依据Udden-Wentworth标准^［26-27］进行粒级划分。

河西走廊流水型遗迹沙丘在影像中颜色偏亮（图2A），与周围地物区分显著。其形态为长短不一的弧线，呈平行排列的分布特征，并且与新月形沙丘形态相似。一些流水型遗迹沙丘因被沙丘或风沙掩埋而未完全出露地表，图2A中现代沙丘1的移动应该掩埋了部分流水型遗迹沙丘（图2A虚线所示）。从实地照片看，此类沙丘为负地形地貌，沙丘边缘呈阶梯状，深度较浅，大致3~30 cm不等（图2B）。流水型遗迹沙丘边界突出地表，边缘上翘，但并非所有的流水型遗迹沙丘边缘都上翘。流水型遗迹沙丘外部覆盖着泥裂成多边形块体的淤泥层，该特征与河湖相沉积特征类似，推测应是在水环境下形成的^［28］，且淤泥层边缘已经较为圆滑，说明已经历了一定时间的风蚀作用。淤泥层的缝隙逐渐被风沙沉积物填充（图2虚线）。流水型遗迹沙丘内部分布着大量风成沉积物和砾石，这些砾石表明沙丘是在干河床上移动。落沙坡外部边缘的淤泥层因遭受风蚀逐渐破碎、坍塌。

在卫星影像中本研究区内共计遗迹沙丘146处（图1），其中有119处遗迹沙丘主要分布在靠近研究区下风向的二道河、清沙河等暂时性河流出山口附近。该地区分布着较多的新月形沙丘（链）以及不对称型新月形沙丘，丘间地相对较为开阔。剩余27处较为零散地分布在研究区上风向地区，该地区离河流较远，且现代沙丘分布较少。

结合沉积层的物理性质及粒度组成，可将流水型遗迹沙丘沉积构造划分为3层（图3A）。Layer 1为黏土层，主要由粉沙黏土构成，厚度约为16.2 cm，其粒度组成特征与河湖相沉积层相似^［28］，故猜测该层可能是在水的作用下沉积形成的。该研究区位于山前冲洪积扇上，暂时性河流众多，这一沉积层的特征与周围环境相吻合。不同流水型遗迹沙丘黏土层的厚度和边缘上翘程度不同，如图3所示，剖面1~4的黏土层厚度分别为13.2、2.5、4.3、16.4 cm。剖面1和剖面4边缘明显上翘，而剖面2和剖面3边缘近乎平坦。Layer 2为Layer 1和Layer 3的过渡层，该层主要由细沙和极细沙混合而成，厚度约为4.1 cm，该层还混有较多的粉沙黏土，故该层极可能为风水混合作用下形成的沉积层。Layer 3主要粒级为细沙，这与潘凯佳等^［24］研究的河西走廊戈壁新月形沙丘风成沉积物以细沙为主的结论相一致。该层沉积厚度约为32.0 cm，风成沉积层理明显，该层上部东西走向层理倾角约为13°，下部倾角约为11°（图3A），由底部往上逐渐增大，属于低倾角近水平层理。新月形沙丘落沙坡休止角一般在28°~34°^［29］，但不同高度落沙坡倾角和层理存在差异，沙丘层理和界面的倾角早期较小，后期逐渐增大^［30］，且背风坡底部为低倾角近水平层理，上部以高倾角斜层理为主^［31］。因此Layer 3为新月形沙丘的底部，表明泥沙沉积物只淹没了新月形沙丘落沙坡的底部。在该剖面的底部平面上还可以观察到泥裂的多边形块体（图3虚线），表明在Layer 3之下还有一层被水淹堆积的黏土层，属于上一期流水型遗迹沙丘。

粒度是沉积物的重要结构特征，其组成和分布特征受到沉积物来源、搬运条件、沉积环境及沉积后风化作用的影响^［32-33］。沉积物的自然频率曲线可以直观地反映沙丘沉积物不同粒径的相对含量^［33-34］。由图4A可以看出，Layer 1的优势粒级为粉沙黏土和极细沙，占比分别为87.62%和10.05%，极粗沙和粗沙含量极低。从分选性来看，Layer 1分选系数1.47~1.70，平均值1.57，分选较差。这与水力作用下的沉积层粒度分布很不均匀且分选性较差相吻合^［35］。Layer 1的平均粒径为5.74、分选系数为1.57、偏度为0.113、峰度为0.973，使用Sahu^［36］提出的沉积环境判别公式Y=0.2825M_z-8.7604σ² +4.8932SK-0.04282K_g（Y<-7.4190为河流环境；Y>-7.4190为浅海环境）对沉积环境进行判断，得到Y=-19.467，故该结果也支持Layer 1为河流环境中形成。Layer 3的优势粒级为细沙和极细沙，但含量较Layer 2有所增加，分别为53.94%和23.58%。同时粉沙黏土含量进一步减少，仅占1.54%。分选系数0.59~0.94，平均值0.73，分选较好至分选中等。同样使用Sahu的环境判别公式Y=-3.5688M_z+3.7016σ² -2.0766SK+3.1135K_g（Y<-2.7411为风成环境；Y>-2.7411为海滩环境）对沉积环境进行判断，得Y=-3.844，故Layer 3在风成环境中形成。Layer 2的优势粒级为细沙和极细沙，分别占比43.54%和21.94%，中沙含量增加，明显高于Layer 1。粉沙黏土含量为9.47%，较Layer 1大幅减少，分选中等至分选较差。该层混合着风水复合沉积物，是流水和风力共同作用而成。从图4B可以看出，Layer 1和Layer 3粒度分布呈单峰型，Layer 2呈双峰型，主峰尖锐，次峰较为平缓。

流水型遗迹沙丘多分布在丘间地中（图2A），在现代沙丘迎风坡一侧（图5A~B）和背风坡一侧（图5C~D）也有分布。形态上，流水型遗迹沙丘依附现代沙丘形成。图5A中流水型遗迹沙丘是依附较典型的新月形沙丘而形成，其轮廓与新月形沙丘落沙坡和迎风坡形态都很相似，但从特征点平均开合角度（图5A中蓝色所示）来看，流水型遗迹沙丘为134.2°，现代沙丘落沙坡为136.6°，现代沙丘迎风坡为149.4°，表明流水型遗迹沙丘形态与现代沙丘落沙坡更为相似。图5B中流水型遗迹沙丘依附新月形沙丘链而形成，从形态上看，该流水型遗迹沙丘落沙坡和现代沙丘落沙坡两个凸点均左高右低，而现代沙丘迎风坡两个凸点左低右高，所以整体上流水型遗迹沙丘也与现代沙丘落沙坡更为相似。在图5A中选取落沙坡最凸点为特征点，图5B中选取最凸点作为特征点a，凹点为特征点b。从特征点连线走向（图5A~B白色所示）看，图5A中特征点的平均移动角度为：流水型遗迹沙丘北偏东118.3°、现代沙丘迎风坡北偏东113.3°、现代沙丘落沙坡北偏东116.4°。图5B中特征点a平均移动角度为：流水型遗迹沙丘北偏东118.2°、现代沙丘迎风坡北偏东120.4°、现代沙丘落沙坡为北偏东118.5°；特征点b的平均移动角度为：流水型遗迹沙丘北偏东116.3°，现代沙丘迎风坡北偏东108.6°、现代沙丘落沙坡北偏东111.4°。由此可见，与现代沙丘迎风坡相比，流水型遗迹沙丘特征点的平均移动角度与现代沙丘落沙坡更为接近。故无论从形态还是沙丘移动角度来看，流水型遗迹沙丘的轮廓都与现代沙丘的落沙坡更相似。

流水型遗迹沙丘形成初期位于沙丘的背风坡底部，如图5C、D中红框所示，在丰水期，黑山上的降水汇集并从二道河、清沙河等流出，流水及所携带的泥沙物质被山前沙丘背风坡所拦截，形成积水。待沉积物胶结干燥后，在沙丘落沙坡处形成流水型遗迹沙丘初期景观。沙丘与河道的位置会影响流水型遗迹沙丘形成的次数及规模。如图5A、B所示，图5A中有6期流水型遗迹沙丘，图5B中有12期流水型遗迹沙丘，这是因为流水型遗迹沙丘B比流水型遗迹沙丘A 更靠近河道，背风坡更容易拦截来水，且拦截面积大，故前者形成流水型遗迹沙丘的次数更多，弧线更长且排列密度更大。

流水型遗迹沙丘的形态、剖面特征及影像都表明河西走廊流水型遗迹沙丘是由流水挟带泥沙淹没沙丘背风坡而成，其形成过程模式如图6所示。在枯水期，河岸上风向的沙丘在风力作用下向干河道移动，阻挡部分河道（阶段1），如图2A中现代沙丘所示。在丰水期，山上降水汇集，当水体蒸发消散后，落沙坡基部沉积物逐渐干燥压紧，边界上翘，随时间推移表面形成泥裂的多边形块体（阶段3），如图2B中箭头所示。随后在风力作用下，新月形沙丘遭受风蚀并前移，其形态和规模也会发生改变。流水型遗迹沙丘逐渐被埋藏在沙丘内部，后逐渐出露地表（阶段4），如图2A中实线和虚线所示。在此过程中，初期流水型遗迹沙丘边缘基部的风成层因受淤泥层的保护不易被风蚀而保留下来，但后期其边缘终会在风力作用下逐渐崩塌、瓦解而变薄变平坦，如图3中剖面2和剖面3淤泥层厚度小，边缘平坦。当丰水期再次来临时，流水及泥沙物质再次在沙丘落沙坡处堆积，并覆盖上次降水形成的淤泥层，随后再次经历沉积物干燥、沙丘移动等过程，形成新一期流水型遗迹沙丘（阶段5、6），因此会形成如图5A~B所示多期流水型遗迹沙丘排列的分布特征。

在流水型遗迹沙丘的形成过程中，降水的强度和水量影响着淹没新月形沙丘背风坡的范围和黏土层厚度，也影响边缘形态。降水强度与流水型遗迹沙丘轮廓弧线长度、黏土层厚度及边缘上翘程度均呈正相关。流水型遗迹沙丘背风坡边界长短不一，测量得图2A中4处剖面的弧线长度分别为208.1、157.2、179.3、285.2 m，即剖面4>剖面1>剖面3>剖面2；黏土层厚度和边缘上翘程度也为剖面4>剖面1>剖面3>剖面2。此外，由于流水型遗迹沙丘极易遭受风蚀改造，其边缘在后期风蚀作用下逐渐趋于平坦。同时，流水型遗迹沙丘的规模及黏土层的厚度可以反映水量的大小。4处剖面中黏土层厚度和弧线长度均为剖面4>剖面1>剖面3>剖面2，说明流经此处的水量为剖面4>剖面1>剖面3>剖面2。

地形、沙丘走向和暂时性河流走向的合理关系是形成流水型遗迹沙丘的关键因素。首先，地形可以控制水源的走向，影响淹没沙丘的范围。本研究区地势东南高，西北低，决定河流走向为自东南向西北流。同时，该地地处戈壁地区，多新月形沙丘，走向与爬坡沙丘^［37］类似，沙丘背风坡面向流水方向，来水时，沙丘背风坡成为天然的集水区域，形成部分被淹没的流水型遗迹沙丘。若此处新月形沙丘为下坡沙丘，即迎风坡面向流水方向，因其不易拦截住流水，故很难形成流水型遗迹沙丘。当地形为四周高中间低的情况时，水源可从四面八方汇集，完全淹没位于低地的沙丘基部，形成形态完整的流水型遗迹沙丘，比如Day等^［11］在火星上发现的遗迹沙丘及Gaylord等^［12］在美国ESRP发现的遗迹沙丘均属于完整型遗迹沙丘。我们猜测地球上应该还存在很多被流水完全淹没的或过渡型的流水型遗迹沙丘，只不过尚未被发现。其次，从形成过程模式来看，任何存在丘间地且能被流体介质淹没的沙丘都可能会形成流水型遗迹沙丘，但不同类型沙丘形成的流水型遗迹沙丘形态会有所差异。如依附横向沙丘或线性沙丘而成的流水型遗迹沙丘形态呈直线。但相比之下，新月形沙丘更易形成流水型遗迹沙丘。原因有二：从分布上，沙漠边缘、戈壁为风水交互作用的多发区^［38］，流水难以深入沙漠内部。而这些地方因沙源丰富度低，多新月形沙丘（链），有广阔的丘间地，故此类沙丘与流水接触的机会更多。同时沙丘分布较为分散，形成的流水型遗迹沙丘被掩埋的速度慢，可以更好地被识别，而其他类型的沙丘如线性沙丘或横向沙丘多分布在沙漠内部且分布密集，不仅与流水接触少，即便形成流水型遗迹沙丘也很容易被沙丘移动掩埋且难以识别；从形态上，新月形沙丘背风坡为天然凹槽，易拦截流水。形成流水型遗迹沙丘的流水来源有很多，在干旱半干旱地区分布较多季节性河流或暂时性河流，除降雨外，高山冰雪融水可能也是河流重要补给水源^［39］，故这些地区应该存在很多流水型遗迹沙丘，因此，此类沙丘对研究气候变化也有一定的指示意义。

流水型遗迹沙丘与熔岩流型遗迹沙丘具有明显差异，地形差异和掩埋沙丘物质的不同是其存在差异的首要因素。熔岩流型遗迹沙丘所在地地势低洼，四周高，熔岩流温度高、密度大、流速慢，可实现对丘间地和沙丘基部的完全覆盖，从而形成的遗迹沙丘可以保留完整且边缘平坦的新月形沙丘轮廓，熔岩流与沙丘交界处还会产生变质。同时由于熔岩流的爆发频率较低，所以形成遗迹沙丘的频率也较低。这类遗迹沙丘规模大，深度5~10 m，能够保存更多的沉积记录^［11-12］。而本研究中的遗迹沙丘是由暂时性流水沉积物掩埋沙丘而成，沙丘背风坡面向流水方向，从而使遗迹沙丘只保留了新月形沙丘落沙坡的基部形态，轮廓边缘上翘，深度5~10 cm，深度小且后期边缘因风蚀会逐渐平坦，故与前者相比，流水型遗迹沙丘保留的风成层厚度小且不稳定性更大。流水与沙丘交界处不会产生变质，同时因流水多发，形成流水型遗迹沙丘的频率高。与熔岩流相比，流水沉积物干燥后硬度小，后期更易遭受风蚀改造。

遗迹沙丘的存在具有一定的环境意义。无论是熔岩流型遗迹沙丘还是流水型遗迹沙丘，均可以作为风沙地貌存在过的证据。两者相较而言，熔岩流型遗迹沙丘存在的时间更长，记录了当时环境的风况，可以反映气候的变化或当地主导风向的变化。其次，其边缘可能保存着古沙丘地层，可以反演区域地质演化，被认为是早期生命的避难所^［11-12］。而本文研究的流水型遗迹沙丘，其指示意义主要有二：一是指示了形成该类遗迹沙丘的水的来源。祁连山的高山冰雪融水和黑山降水是最可能的水源来源地。但结合距离和影像，黑山较祁连山相距新月形沙丘分布区更近，影像中也可观察到水来源于黑山。同时，一般海拔3 000 m以上会有高山冰雪融水，而黑山海拔最高2 799 m左右^［40］，故该水源不可能是高山冰雪融水，只能为降水。因此结合前两点可确定水的来源为黑山降水。二是在无现代沙丘分布的地区，流水型遗迹沙丘是该地存在过古沙丘的地貌学证据。本研究区上风向靠近农场，农田设施较多，沙源丰富度降低，导致该区域的现代沙丘逐渐减小至消失，只残留少量的流水型遗迹沙丘。因此，流水型遗迹沙丘的存在可以反映出该地曾存在过新月形沙丘。

此外，正常情况下，可以根据多年新月形沙丘移动配对及移动平均速度反算流水型遗迹沙丘的形成时间，但受该地流水型遗迹沙丘的形态不完整，边缘易遭受风蚀后退，以及影像资料不完整的影响，导致反算难度较大。不过根据现有数据，我们可以估算该研究区形成较大降雨的频率。计算得图5B中流水型遗迹沙丘特征点a的平均移动速度为10.5 m·a^-1，特征点b的平均移动速度为18.9 m·a^-1，推算得流水型遗迹沙丘每次形成平均时间为2.0 a；图5A中流水型遗迹沙丘特征点平均移动速度为12.1 m·a^-1，故推算得流水型遗迹沙丘每次形成平均时间为2.2 a。故推测该研究区大概2 a就会发生一次较大的降雨。根据中国四维日新图影像，研究区从2018年1月至2023年1月的5 a期间于2019-09-13、2022-08-16观察到明显的积水现象，所以该地大概发生一次较大降雨的频率为2.5 a。流水型遗迹沙丘推测结果与之略有出入，其可能为影像分辨率低导致沙丘距离测量误差和不同期流水型遗迹沙丘边缘轮廓风蚀差异所致。此外，应该还存在无法找到与流水型遗迹沙丘相匹配的现代沙丘的地区以及只剩流水型遗迹沙丘而无现代沙丘分布的地区，此时要想确定流水型遗迹沙丘的形成时间，就需要结合相应的测年技术确定其准确年代进而揭示当时的环境。

流水型遗迹沙丘主要分布在河道出山口附近，形态与新月形沙丘背风坡基部轮廓相似。剖面构造可划分为3层：以粉沙黏土构成的黏土层（有泥裂）、以细沙和极细沙为主的过渡层以及以细沙为主的风成层。其形态、剖面构造以及影像中沙丘背风坡的积水现象都表明该遗迹沙丘是由流水携带泥沙物质掩埋沙丘背风坡而成。地形、沙丘和河流走向三者的合理关系是形成流水型遗迹沙丘的关键因素，当新月形沙丘背风坡面向流水方向时更易形成。

掩埋沙丘介质的不同导致流水型遗迹沙丘和熔岩流型遗迹沙丘存在差异。前者因密度小、流量小且流动性强，沙丘不易拦截，更易形成形态不完整的弧线型遗迹沙丘。黏土层厚度和边缘上翘程度与流量正相关，在后期易被风蚀改造；后者反之，保留了形态完整、边缘平坦的新月形沙丘轮廓，且不易遭受风蚀。同时，流水比熔岩流更多发，会形成多期遗迹沙丘。此外，流水型遗迹沙丘不仅可以指示流水的来源及类型，还可作为古沙丘存在过的地貌学证据。