沙漠沙丘沉积物的物质组成和物源一直受到广泛关注。中国沙漠广布，沙漠地表沉积物物源研究主要采用沙丘沉积物粒度分析及重矿物分析方法^［1］，并结合自然地理环境调查进行推断。近年来，开始尝试运用地球化学、环境磁学和单颗粒锆石定年的方法探讨沙漠物源。对毛乌素沙地风积沙、河流相沉积物以及冲洪积物进行的重矿物分析表明，毛乌素沙地内部不同区域的风积沙物质来源不同^［2］；对柴达木盆地沙漠不同地貌类型表层沉积物的分析表明，高山风化剥蚀产物经河流搬运沉积到盆地腹地的冲洪积物是风积沙的主要来源^［3］；对呼伦贝尔、浑善达克沙地和科尔沁沙地与蒙古国中南部和塔里木盆地中部地表沉积物对比分析表明，中国东部地区沙地地表沉积物并非来自于中国西部沙漠，更多可能是由周围基岩风化形成^［4］。库姆塔格沙漠的物源问题最早由夏训诚^［5］提出，认为库姆塔格沙漠的物源包括沙漠北部的雅丹、疏勒河冲积物、北山洪冲积戈壁以及基岩风化物；但后续的研究多显示主要来自南部的阿尔金山，也有部分来自北山的基岩风化和冲洪积相^［6-7］。唐进年^［8］依据粒度、元素和矿物学资料，认为库姆塔格沙漠沉积物属于就地起沙，即沙漠沉积物来自下伏阿尔金山冲洪积物。梁爱民^［9］通过对沙漠地表沉积物粒度和搬运动力的分析，认为河流系统先将沉积物从阿尔金山搬运到沙漠南部，随后盛行的北风将沉积物改造并输送到下风区^［10］，这些认识为库姆塔格沙漠物源研究积累了宝贵经验并奠定了基本框架。然而，物源来自北部的判断多基于风动力系统和地貌特征的推断，南部物源为阿尔金山冲洪积物的判断来源于沙漠野外调查的基本认识^［6，11］，但也缺乏系统性碎屑矿物和岩石学上的源汇对比分析。

沙漠沉积物是重矿物、轻矿物和岩屑的集合体，岩矿种类与含量、矿物组合以及特征矿物指数，记录了沙漠沙物源区的母岩类型及风化过程、沙物质堆积区气候特征等丰富信息。重矿物对物源变化有着相当敏感的指示意义，母岩风化后聚集的重矿物往往有几十种，包含特种或特征矿物以及特征重矿物组合，据此可恢复母岩类型并判别物质来源^［12-13］。轻矿物是陆源碎屑的主体，通常可占碎屑总量的99%^［14］，石英和长石含量高且稳定，能够反映源岩的基本物质组成和风化程度；岩屑是母岩经机械破碎而形成的碎块，保留着原岩的成分和结构，是判别母岩性质直接和可靠的证据^［15］。库姆塔格沙漠紧邻青藏高原最北侧，其物质组分和形成过程对揭示青藏高原隆升引发亚洲大陆内部气候和环境变化具有重要指示意义。由于该区自然环境恶劣、人迹罕至，岩矿调查很少，基于矿物数据对风沙物源的直接论证相当匮乏。此外，库姆塔格沙漠北侧覆盖着深暗色沙面以及特有的羽毛状沙丘上明暗交替的色斑景观，有学者认为深暗色沙粒是重矿物，浅颜色沙粒是轻矿物，明暗交替色斑是重矿物与轻矿物聚集分布差异造成的^［6，16］。鉴于该沙漠独特的地质地理环境，本研究基于沉积物粒度分析、多种颜色颗粒和不同粒度的密度测试、宽粒径多粒级轻重矿物的显微鉴定，对研究区南北两侧中砂至粗粉砂1~5 Φ碎屑沉积物进行碎屑矿物定性和定量系统分析，以此揭示沙漠沙细粒部分的物质组分，探讨其物源问题。

库姆塔格沙漠地跨甘肃省西部、新疆维吾尔自治区东南部，地理区域为39°07′50″—41°00′03″N、89°57′49″—94°54′08″E。位于阿尔金山北麓，西北与罗布泊洼地毗邻，北隔阿奇克谷地与北山相望，面积约2.28×10⁴ km^2［17］。库姆塔格沙漠大地构造位于塔里木板块东南部，处于北阿尔金构造带和北山构造带之间的走滑断陷盆地部位^［18］，是近代地壳强烈活动的构造带，新构造运动造就了区域地形整体呈南高北低的盆山格局^［19］。沙漠南缘剥蚀洪积台地海拔约2 000 m，沙漠北缘阿奇克谷地海拔仅约850 m，区域内地形起伏较大，地貌类型以沙漠景观和洪积、冲积戈壁为主。沙漠北部的北山属准平原化干燥剥蚀低山与残丘区和坡积洪积戈壁荒漠区。库姆塔格沙漠地处极端干旱区，多年平均气温9~15 ℃，多年平均降水量24~38 mm，沙漠中心不足10 mm，且集中在夏季^［6，20］。受局部地形影响，起沙风存在明显的空间差异，但总体以东北风为主^［21］，风况格局与库姆塔格沙漠风沙地貌类型具有良好的对应关系^［22］。在沙漠东北部，年输沙势达到690 VU，属于高风能环境^［23］，多发育雅丹、风棱石、风蚀坑等风蚀地貌。沙漠北部新月形沙丘普遍，沙丘的移动方向与风向一致，线性沙丘（羽毛状沙丘）形成与风向的稳定性和风力强度密切相关，而格状沙丘与风向的多变性（两个近垂直风向）有关，其他复合与复杂沙山和沙垄与风况之间则存在复杂的相互作用^［17］。发源于阿尔金山的水系自南向北流入库姆塔格沙漠，除东部的多坝沟等常年有流水外，其他水系多为季节性，多呈现干谷景观。

样品点的位置设定，以区域地貌为基本出发点，采用样线和样点相结合的方式。沿北东-南西方向在沙漠北部边缘台地上设置一条长样线，约间隔20 km设一个样点，获取表层样10组，标记为SBTD1~SBTD10，在SBTD2（0~10 cm，6个）和SBTD6（0~30 cm，11个）样点进行浅剖面样采取；在SBTD7和SBTD8样点之间偏南位置沙席处设一样点（标为YDⅡ）。短样线样点有阿奇克谷南缘阶地表层样（AGJD1~8，8个）和沙丘20YQ表层样（图1）。样区20YQ位于沙漠中北部，是库姆塔格沙漠中典型的羽毛状沙丘之一，该区样群为短样距（约20 m间隔）样品采集，按照沙丘的迎风坡坡脚、坡中，坡顶，背风坡坡中、坡脚，下一个沙丘迎风坡坡脚的顺序依次采样，共采集样品18个（图2）。在沙漠南部边缘选择两个沙丘样区，分别为SNQ2、SNQ3；样品分别取自迎风坡下部、迎风坡中部、迎风坡上部和迎风坡顶部以及背风坡下部等位置，共计9个样品。在沙漠南缘洪积平原与流动沙丘的边缘地带的丘间地取剖面样KLQJ（0~4 cm，3个）、喀拉喀什塔格南部河床和洪积平地表层样NYHC、KLHS1、KLHS2和阿尔金山二级河流阶地剖面样AJJD（0~4 cm，3个），共计5个点位，9个样品。所有样品来自2020年9月22日至10月7日和2021年9月29日至10月15日中国林业科学研究院荒漠化研究所组织的两次库姆塔格沙漠综合科学考察，本研究样品表层取样深度0~1 cm，取样窗口为20 cm×20 cm。剖面样依层理状况分层逐层连续取样，每层厚约1 cm或1~2 cm。沙粒样品平铲收集，装自封塑料袋，标记样号、经纬度、时间和地貌部位。

沉积物的粒级分选采用筛析法。对野外采集的沙样，在实验室中均匀取样120~200 g（视粗细均匀程度），烘干并称重。将样品倒入孔径间隔为0.5 Φ的标准套筛中，使用手动方式进行筛分，先整体振动后再单筛筛动，每个粒级以筛下几无落出物为止，累积实验误差<0.5%（100%-筛分后各分样之和/筛分前样重×100%，实际平均值为0.39%），之后将各粒级分样进行称重并记录质量，本文涉及的粒度分析样品共75个。

在双目显微镜下按照黑色（含灰黑色、褐黑色）、灰色（深灰-褐灰色）、褐色（灰褐色-黄褐色）、黄色-浅黄色、白色（含淡黄和淡灰色）5种色级进行分类挑选，以YDⅡ样品为对象，选择的粒度级别为-1~-0.5 Φ、-0.5~0.0 Φ、0.0~0.5 Φ和0.5~1.0 Φ，将选好的样品在密封袋上标记样品编号、粒度、质量和颜色，共细分为20个不同颜色+粒度分样。

采用比重液测量颗粒密度。首先，配置不同密度的比重液，采用三溴甲烷（ρ=2.89 g·cm^-3）和无水酒精（ρ=0.89 g·cm^-3）混合配比形成密度为2.50、2.60、2.70、2.80 g·cm^-3的比重液；用三溴甲烷和二碘甲烷（ρ=3.32 g·cm^-3）混合配置成密度为2.90、3.00、3.10、3.20、3.30 g·cm^-3的比重液。然后，将待测的样品依次倒入从大到小不同密度梯度的比重液中，搅拌后静置。如果颗粒下沉表示样品密度大于比重液密度，若颗粒浮在比重液上则表示密度小于比重液密度，分离后用酒精冲洗并烘干，称取重量，测试的样品是上述20个颜色+粒度分样，并对羽毛状沙丘20YQ系列样品的迎2、迎6、背2和背4等4组不细分的原始样品（表层样）进行密度测试。

将样品按照1~2 Φ、2~3 Φ、3~4 Φ、4~5 Φ粒级进行称重，称取质量2~5 g。向分液漏斗中加入2/3倍漏斗体积的三溴甲烷（ρ=2.89 g·cm^-3），将各粒级样品倒入分液漏斗中，然后进行充分搅拌，每10 min一次，共3次；搅拌完成后，利用沉降法静置8 h，完成轻重碎屑分离。挑选阿奇克谷地边缘样品（AGJD）6个、20YQ迎风坡至背风坡样品18个，沙漠北部边缘台地面上SBTD1~SBTD10平沙地样10个表层和次表层样8个，SBTD2与SBTD6剖面样6个与11个，沙漠南缘非沙丘样品9个（KLQJ、NYHC、KLHS1、KLHS2和AJJD），沙丘（SNQ2+SNQ3）样品9个，共选样品73个，细分299个分样，其中阿奇克谷地南缘样品每组分样≥4个（4~7个，粒级含量高的再间隔0.5 Φ筛分）。

将碎屑矿物盛置于双目体视显微镜（OLYMPUS-SZX16）下，排列成线状观察，在了解矿物的颜色、形态、条痕、磁性和表面特征的基础上，用偏光显微镜（OLYMPUS-BX51）油浸法测定透明矿物的光学性质和参数，鉴定矿物类别。对不易鉴定的疑难矿物配合微化试验来定名。粗粒矿物鉴定300~400颗粒，细粒矿物鉴定400~500颗，以此获得不同矿物的体积百分含量。

成分成熟度Q/F和Q/（F+L）指数

Q/F和Q/（F+L）指数能够反映碎屑组分所经历的地质作用的时间和强度^［24］，主要受气候和大地构造条件影响，耐风化的石英与易风化的长石及岩屑相对值高低可以表征沉积物所经历的累积搬运距离、遭受的改造程度。

UM/SM重矿物风化指数

矿物在外生条件下重矿物中的普通角闪石、阳起石，黑云母、水黑云母、普通辉石、透辉石、紫苏辉石等由于化学性质不稳定，易发生物理和化学风化，属于不稳定矿物（UM）；而石榴子石、榍石、磷灰石、电气石、锆石和金红石等抗风化的性能强，属于稳定矿物（SM）。两者的比值表征沉积物中重矿物的风化程度^［25］。

ZTR指数

ZTR指数为极稳定矿物锆石、电气石和金红石在全部重组分中含量之和（本文未采用“在透明重矿物中的含量之和”的算法），在物源区一致的情况下其数值大小显示着重矿物成熟度的高低^［26-27］。

GZi指数

GZi指数代表石榴子石含量的稳定性，指示沉积物物源特征，反映含有石榴子石的母岩（通常是高级变质岩）分布区域和主要副矿物从岩石中分离成单矿物的程度^［28］。

不同碎屑主要受成分影响，其密度会在一定范围内变化，通常以三溴甲烷的密度为分选重液，密度超过2.89±0.02 g·cm^-3（20 ℃）的重矿物，连同非单矿物组分（主要为岩屑）统称为重组分，小于此密度为轻组分，轻组分往往是各种沉积物的主体，占绝对优势含量。轻重组分密度分布区间是各种组分不同比例混合的结果，是反映沉积物分选和搬运信息的指标。而沉积碎屑即使是同一岩石或矿物种类，因有着不同的风化程度、颗粒形态、包裹体或附着物，其密度也相应在一定范围内变化。碎屑沉积物密度测试结果见表1。

密度测试结果显示，从碎屑颜色论，黑色和灰色碎屑密度分布相对分散，从>3.10 g·cm^-3至<2.50 g·cm^-3。其中，黑色碎屑>2.90 g·cm^-3密度区间的比例超过20%，密度加权平均值为2.79 g·cm^-3；灰色集中在2.60~2.70 g·cm^-3（约占64%），密度>2.90 g·cm^-3的不到10%；所有碎屑中，褐色碎屑加权密度最小（2.62 g·cm^-3），>2.90 g·cm^-3的重组分占比不到1%。因此，沙漠北部的深暗色碎屑，仅有约30%是重组分（以岩屑为主，含有少量重矿物）。白色碎屑密度分布集中，密度变幅仅为0.40 g·cm^-3，密度2.60~2.70 g·cm^-3的碎屑占80%~90%，加权密度为2.65 g·cm^-3。从全沙样（未分粒度）沉积物密度组成看，>2.90 g·cm^-3的重碎屑含量较低，一般只有约1%~2%；密度分布主要在2.60~2.70 g·cm^-3和2.50~2.60 g·cm^-3两个区间，羽毛状沙丘全沙样加权平均密度为2.63 g·cm^-3（表1）。因此，从密度分析角度看，库姆塔格沙漠羽毛状沙丘明暗交替色斑与重矿物和轻矿物密度差异引起的色度差异关系较小，主要的原因是粒度差异导致粗粒高色度碎屑和细粒低色度碎屑与风力适配而形成的粒度分布差异^［29］。

库姆塔格沙漠中轻矿物本研究鉴定出10种，含石英、斜长石、钾长石、白云母、风化（黑）云母、方解石、白云石、石膏、绿泥石和明矾石。其中，优势矿物为石英、斜长石以及钾长石，石英含量最高，这3种矿物含量之和在轻矿物总量中超过80%。石膏、绿泥石和明矾石仅在沙漠北部平沙地个别点位出现。石英多数呈粒状，无色透明，一部分被铁染呈深浅不一的红褐色、黄色—浅黄色等，磨圆度从次棱角状至圆状，在沙漠北部以粗砂磨圆最好，为次圆状—圆状，少部分为极圆状。斜长石多为粒状、灰白色，以次棱角状—次圆状为主。钾长石多呈肉红色、浅黄色，以次棱角状—次圆状为主，表面浑浊。矿物特征与沉积物遭受的风化程度有关，轻矿物特征显示研究区物理磨蚀较为强烈。

库姆塔格沙漠中重矿物共有35种，包括普通角闪石、透闪石、阳起石、矽线石、绿帘石、黝帘石、斜黝帘石、褐帘石、黑云母、白云母、水黑云母、石榴子石、榍石、磷灰石、电气石、锆石、金红石、独居石、尖晶石、磷钇矿、符山石、普通辉石、透辉石、紫苏辉石、重晶石、白云石、菱镁矿、文石、萤石、钛铁矿、磁铁矿、褐铁矿、赤铁矿、黄铁矿和白钛石。其中，普通角闪石、阳起石、绿帘石、石榴子石、钛铁矿、磁铁矿、褐铁矿和赤铁矿居多，出现率高（>90%）。

普通角闪石多数呈柱状、粒状、颜色多呈绿色，次棱角状—次圆状，也有部分呈圆状。绿帘石多数呈粒状，颜色呈黄绿色、浅黄色、淡黄色，次棱角状—次圆状。石榴子石以粒状多见，仅个别呈晶形完整的五角十二面体，粉红色、浅褐红色，次棱角—次圆状，自粗粒级至细粒级都稳定出现。钛铁矿、磁铁矿、褐铁矿和赤铁矿统称铁质金属矿物，它们颜色深暗，除特征晶形外，多为粒状。重矿物中其他矿物出现率和含量均较低，其中重晶石、文石为自生矿物，仅在沙漠北部个别样点出现，白云石和菱镁矿既有原生也有自生。锆石、电气石、金红石等稳定矿物，一般晶粒较小，在细颗粒分样中时有出现，但在整个沉积物中含量较低。

在中细砂及粗粉砂的轻重组分中皆出现大量各式种类的岩屑，一般呈粒状，无特征形状，颜色多样。在重组分中，岩屑可分深色和浅色两类，色差明显。深色组以绿色为主，有少部分黑色、灰色和褐色；浅色组以黄绿色为主，含有浅绿色、黄色和浅灰色等。轻组分中，岩屑也可分颜色较深的灰绿色组和颜色更浅的黄白色组。岩屑与碎屑矿物一样，部分磨圆较好（次圆状—圆状），沙漠北部好于沙漠南部，粗粒好于细粒，沙漠南部岩屑磨圆较差，以次棱角状为主。

重组分含量是重组分（重矿物+大比重岩屑ρ>2.89 g·cm^-3）在全沉积物样中的质量百分含量，与轻组分含量之和为100%，二者此消彼长，在此只阐述重组分含量。对73组样品，299个粒度分样所做的重液分离数据（表2）显示，库姆塔格沙漠中砂至粉砂中重组分含量中等，少数样品较高或较低。1~2 Φ的中砂沙漠北部重组分含量较低、变幅为0.58%~4.09%，去掉一个最大值和一个最小值的trimmean平均值为1.65%，沙漠南部含量较高，平均约5.78%；2~3Φ细砂北部平均为2.13%，样品间相对偏差较小，南部平均为4.54%；3~4 Φ极细砂北部平均为5.34%，南部平均为7.67%；4~5 Φ的粗粉砂，重组分含量变化较大，北部4.24% ~28.09%，trimmean值为9.16%，南部4.72%~14.75%，trimmean值为9.87%。总的来看，随粒度变细，重组分含量增加；沙漠北部和南部同粒级比较，南部的中砂、细砂和极细砂重组分含量明显高于北部，而粗粉砂重组分平均含量南北较为接近，南部略高于北部。

从次表层（1~2 cm，8组）和浅剖面SBTD2（0~10 cm，6组）与SBTD6（0~30 cm，11组）样品分析来看，每组重组分在不同粒级中的含量和分布状况与表层样品基本趋势一致，含量数值在较小范围内波动。在沙漠北缘台地长样线上，重组分在SBTD8样品中含量最高，向西南逐渐变低，向东北方向波动性降低，SBTD1的4个粒级重组分含量为最低值或次低值。在羽毛状沙丘的系统样点中（图2），中砂、细砂和极细砂3个粒级重组分含量各自变化较小，平均值约为2.0%、2.5%和6.1%（表2），只有粗粉砂有较大的变幅，重组分含量高值分布在沙丘近顶部至背风坡中部，含量超过12%，最高值接近28%。

库姆塔格沙漠沙中的轻矿物总量并不像其他地区那样占99%左右的绝对优势^［30］，而是随沉积物粒度不同，由粗到细轻矿物含量逐渐增加，从中砂至粗粉砂，沙漠北部为70%~90%，沙漠南部为60%~90%，其中的差值由岩屑分摊。但石英、斜长石和钾长石依然是沙漠沙的主要组成矿物，平均含量分别为石英33%~43%、斜长石21%~24%、钾长石11%~17%，而方解石和白云石为次要矿物，2%~5%，其他矿物含量之和不足1%，包括比较常见的白云母和风化黑云母。随沉积物粒度减小，石英和碳酸盐矿物含量随之增加，而斜长石、钾长石和轻岩屑含量随之减少（图3A~D），成分成熟度Q/F和Q/（F+L）指数也随之增大，至粒度4~5 Φ石英含量高于或接近斜长石+钾长石+轻岩屑含量之和（表3）。

库姆塔格沙漠中重矿物种类较多（35种），各种类体积百分含量相差较大，可划分为主要常见矿物（8种）、次要常见矿物（16种）、不常见矿物（7种）和偶见矿物（4种）。后两类矿物含量一般很低，小于总量1%，而且它们对于沙漠重矿物分布影响甚微，虽有一定物源和环境指示意义，但不能成为定量分析的依据，因此，这里重点分析主要和次要常见重矿物特征。

重矿物主要矿物和部分次要矿物可归类为闪石族（普通角闪石+阳起石+透闪石）、帘石族（绿帘石+黝帘石+斜黝帘石+褐帘石）、稳定矿物类（石榴子石+榍石+磷灰石+锆石+电气石+金红石）和铁质金属矿物类（钛铁矿+磁铁矿+赤铁矿+褐铁矿）4族类矿物，它们各自具有相近的矿物属性、化学性质、风化特征以及成因类型，合并归类有利于对不同类型重矿物分布形成的过程分析。为了进一步探究粒度对重矿物种类和含量的影响，本研究对阿奇克谷地南缘阶地样（共6组）进行了粒度间隔0.5 Φ的详细的矿物鉴定（其余采样点矿物分选粒度间隔皆为1 Φ），表4为代表性样品AGJD6样的重矿物种类和含量数据。

全部重矿物分析数据反映出的矿物含量和分布趋势为：①矿物种类并不丰富，在粒度1.0~2.5 Φ，矿物种类不到10种，2.5~5.0 Φ的细粒级碎屑，矿物种类增多，在粗粉砂粒级矿物种类最多。②在极细砂和粗粉砂中含量>10%的单矿物种，只有普通角闪石、绿帘石和褐铁矿，以及部分样品中的磁铁矿，其他矿物种含量较低，一般小于5%，很多矿物种含量不足1%。③阳起石和石榴子石稳定出现，有些样品阳起石含量5%~10%；石榴子石在中砂粒级中高频出现，在细砂粒级中含量最高，是各个粒级中最常见、含量变化最小的稳定矿物，含量多为2%~5%。④榍石也是出现率较高仅次于石榴子石的稳定矿物，其含量比石榴子石略低；而极稳定矿物锆石、电气石和金红石在重矿物中含量很低，锆石和金红石矿物颗粒细小，只在极细砂以下的细粒级中出现，出现率和含量在粗粉砂粒级中最高。⑤合并归类后的闪石族、帘石族、稳定矿物类和铁质金属矿物类，均有从粗至细含量增多的趋势（图3E~H），其中，闪石族和帘石族矿物含量在3~4 Φ达到高值，在4~5 Φ粒级稍有降低。不同样品区之间矿物含量和在不同粒度中的分布既有相似性又有差异性，其相似性更显著一些。

库姆塔格沙漠沙最为显著的成分标志是高含量岩屑，在砾和粗砂中岩屑占绝对优势^［31］，中细砂直至粉砂，无论是在轻组分还是在重组分中，岩屑皆具有相当高的含量（表3~4）。在轻组分中，随粒度由粗至细，岩屑含量由高变低，相邻粒级相差几个至十几个百分含量。中砂至粗粉砂（1~5 Φ）粒度区段总体岩屑加权平均值由30%减至14%，多数在20%左右，沙漠南部大都>20%（图3D）。密度大的重岩屑在重组分中的占比更高（图3I），由90%±（1~2 Φ）至>10%（4~5 Φ），其中，深色岩屑随粒度由粗变细含量逐渐变低，0.5 Φ的粒度间隔差异十分明显，而浅色大比重岩屑在细砂中2.0~2.5 Φ含量最高，向粗或向细粒级含量变低（表4）。

结构成熟度是指沉积物在风化、搬运、沉积作用过程中接近最稳定的终极结构的程度，磨圆度、分选性及黏土含量最能反映沉积物结构成熟度的状况^［24］。本研究对矿物鉴定过程进行了磨圆度的描述和记录，可总结为：碎屑颗粒在粗砂粒级磨圆度最好，大多数轻矿物、重矿物以及岩屑皆为次圆状至圆状，并且一部分石英、长石和岩屑接近球状，该粒级磨圆度好颗粒含量沙漠北部样品明显高于南部样品；其他粒级碎屑磨圆度为次棱角状至次圆状，沙丘要好于非沙丘，沙漠北部要好于南部。这说明风沙在运移过程中，粗砂是底移最活跃组分，遭受的磨蚀最为强烈，中细砂大都作为跃移组分，遭受的磨蚀程度相对低一些，因而它们的磨圆度不如粗砂；沙丘沙由风沙中流动性强的沉积物构成，其磨圆状况要好于搬运距离较短的非沙丘沙颗粒。沙漠北部受强劲的东北风驱动，风沙移动频率和累积搬运距离要明显大于沙漠南部。

表5表明，库姆塔格沙漠不同区域沉积物分选较好，以粗砂（20YQ）或细砂（南缘沙丘（Q2+Q3））为主要组分，呈偏正态粒度分布；而其他非沙丘样区的分选性相对较差，在粗粒端和细粒端均有两个含量较高的粒度段，处于粒度中段的中砂含量却较低，反映其分选性较低。沙漠北部所有样区和沙漠南部沙丘样区，普遍缺乏黏土组分，仅在沙漠南部非沙丘样点有少量粉砂（>4.0 Φ）和黏土成分。因而从磨圆度上、黏土含量上看，风沙颗粒经历的化学风化较弱，搬运频繁所导致的物理磨蚀作用强烈，风力强劲致使粉砂和黏土难以沉积，沙漠北部沉积物的结构成熟度相对较高。

矿物成熟度是以碎屑岩中最稳定组分的相对含量来标志其成分的成熟度。轻矿物中的Q/F和Q/（F+L）、重矿物中的UM/SM、ZTR和GZi等指标被认为是碎屑矿物成熟度的几个重要标志^［32］。矿物成熟度能够反映该地区沉积物搬运和磨蚀的历史^{［12，33］}。对采集样品的矿物鉴定和成熟度指数计算，Q/F和Q/（F+L）值所有样品为0.26~3.35和0.12~2.24，不同样区3~4 Φ粒级平均值为1.09~1.67和0.83~1.25（表6），低值出现在1~2 Φ粒级，高值出现在4~5 Φ粒级。总体上，轻矿物成熟度很低，但随粒级由粗到细，各区域的轻矿物成熟度逐渐增高，沙漠最北部的阿奇克谷地南缘阶地最高，而沙漠北部台地浅剖面中最低；占沙漠主体的流动沙丘，沙漠南北对比轻矿物成熟度在3~4 Φ粒级十分相近（通常重矿物分析只做3~4 Φ粒级，这个粒级重矿物种类多含量高，且有利于相似研究对比），但加权平均值沙漠北部要高于南部（表3）。

库姆塔格沙漠各样区的重矿物指标差别较大，不稳定矿物与稳定矿物的UM/SM值在3~4 Φ粒级变化显著，比值由沙漠北部到沙漠南部逐渐增大，最大相差7.2倍，说明沙漠北部稳定矿物占比有较大幅度提高。ZTR指数在所有样区都很低，锆石、电气石和金红石仅在3~4 Φ和4~5 Φ粒级中少量出现，三者之和不足1%，甚至一些样品中没有出现，即便ZTR指数较小，但也大体反映出沙漠北部重矿物成熟度高于沙漠南部。相对而言，GZi指数数值在沙漠南北部相差不大，北部略低。这说明沙漠南北区域含石榴子石和锆石作为副矿物的岩石，虽受到相同气候条件的影响，它们的物理风化程度相近，但风化历史北部长于南部，沙漠北部样品锆石从原岩中离解出来多于南部，促使GZi指数分母增大，石榴子石% /（石榴子石%+锆石%）变小。

进入库姆塔格沙漠核心区的沉积物，从地质、地貌环境和气象气候状况分析，推测主要来自沙漠南部毗邻的阿尔金山所形成的风化碎屑，不管是最早期的新近纪还是后期更新世乃至现代^［34］，主要以冲洪积方式源源不断进入沙漠所在的区域，形成冲洪积台地（平原）以及湖相沉积物；次要来源是沙漠底部基岩风化的残坡积物，以及来源于沙漠北部的北山残坡积风化碎屑、沙漠西部的塔克拉玛干沙漠的风尘。受阿奇克谷地和罗布泊低地所限，北山和塔克拉玛干沙漠物质如果要沉积在库姆塔格沙漠中，只能通过空气输运悬浮方式，或有少量跃移方式，冲洪积方式几乎没有可能，而风沙悬浮搬运颗粒的粒径相对较小^［21］。因此推断沙漠北部的砾石和粗砂，主要来自阿尔金山冲洪积物和基岩的残坡积物，前期对该沙漠岩屑的研究部分证实了这种推断^［31］。本研究的沙颗粒沉积物是中细砂至粗粉砂，通过轻重矿物和岩屑分析，判断这些沉积物也主要来自阿尔金山，主要证据讨论如下：

沉积物成熟度在研究区普遍较低，矿物指标显示沙漠北部要略高于沙漠南部，这暗示沙漠物质风化程度低、来源近，相比而言，北部沉积物经历的磨蚀等风化改造要强于南部，意味着搬运距离要大于沙漠南部，而研究区主风向是东北风^［23］，因此沙源不可能主要来自上风向的北部。岩屑作为成熟度的重要变量，其含量变化同样反映沉积碎屑来源于沙漠南部。通过对比，岩屑的岩性与阿尔金山山体母岩有高度的一致性，尤其是中酸性喷出岩与黝帘石和绿帘石化岩，以及高度帘石化产生的黝帘石和绿帘石岩，显示极大的渊源关系。阿尔金山复杂而独特的地质发展史，深刻影响母岩区岩体和地层中的岩石特征，带给沙漠的风化碎屑继承了其他沙漠罕见的矿物和岩石特征。与沙漠主体对应的北阿尔金山区段是红柳沟—拉配泉—安南坝段，近W-E走向，跨越经度90.5°—93.5°E。区域地质调查表明，阿尔金山母岩区出露的主要岩石类型为：太古界的米兰岩群——主要岩性为麻粒岩、变粒岩、片麻岩、斜长角闪岩、条带状混合岩和大理岩等；中-上元古界的索尔库里群——为碎屑岩建造—碳酸盐岩建造；寒武-奥陶系的拉配泉群——原岩为滨海—浅海沉积碎屑岩—火山岩—碳酸盐岩建造的浅变质岩系；各个构造期包括吕梁期、加里东期、海西期和印支-燕山期的中酸性火成岩，主要为各种类型的花岗岩、花岗闪长岩和闪长岩等^［35-36］。

由于母岩风化碎屑处于低成熟期，加之岩屑含量高，作为岩体和岩层中副矿物的重矿物还没有完全从岩屑中摆脱出来成为碎屑矿物，沉积物又没有经过较强的沉积分异作用，所以重矿物种类较少、含量较低。虽然粗粉砂粒级在一定程度上可以反映未来沉积物成熟度提高以后的矿物的存在状况，但与黄土高原的粉砂相比^［37］，其矿物种类和成熟度特征相差较远。而恰恰是这种低成熟度的矿物特征，在与物源区成分对比时具有更好的溯源性。沙漠区主要重矿物产出状态^［38-39］与阿尔金山赋存岩石存在状况比较，可揭示它们之间的亲缘性（表7）。

上述矿物与岩屑特征显示库姆塔格沙漠沉积物极有可能大部分来源于阿尔金山北部山体，沉积物搬运距离不远，沙漠南北最宽不足200 km，狭窄处不到100 km，而阿尔金山山麓与阿奇克谷地约有1 300~1 900 m不等的海拔高差，这种山前倾斜冲洪积台地，落差大、沉积物快速搬运、风化程度较低。基本符合前人提出的就地起沙的论断。岩屑岩石学特征显示沙漠中的砾石和粗砂与阿尔金山母岩极为接近^［25］，即沙漠中粗碎屑（<1 Φ）来源于阿尔金山异议较小，而细粒级部分（>1 Φ）物质本研究显示与阿尔金山母岩也有较大的相似性^［40］。沙漠区沉积物虽然成熟度低，但沉积过程却很复杂，可简单归纳为：研究区早期主要由冲积和洪积作用将阿尔金山母岩风化碎屑由南向北输运，经过数百万年乃至上千万年（新生代中晚期至今）的快速堆积，形成阿尔金山山前冲洪积台地（平原），陆续在沙漠北部阿奇克谷地、罗布泊以及沙漠内部洼地形成湖相沉积^［41］，即大部分沉积物经历自南至北的水力搬运^［42］，以及个别地质时期的冰水搬运甚至冰川搬运。随着青藏高原的不断隆升，伴随气候的日趋干旱和风力的加大，第四纪以来风力侵蚀和搬运成为该地区的主要外动力，原来源于阿尔金山的冲洪积物和干旱导致湖水消失后的湖相沉积物（不完全来源于阿尔金山），在风力侵蚀下，再次进入地表物质循环，由风力驱动自北向南迁移^{［40，43-44］}，流动沙丘以每年数米至数十米的速度不断向南移动，部分先期到达阿尔金山坡麓的风沙沉积物，或者沉积在冲洪积通道上的风沙，经不定期洪水作用可能再次从南向北被搬运回到沙漠中，然后重新经历下一个回次的沙漠沉积与搬运。就库姆塔格沙漠内部多样性地貌而言，即使到了气候极端干旱的现代，洪水对沙漠地貌的塑造依然比较强烈，即早先形成的洪积台地面被后期洪积流水冲刷形成洪积冲沟^{［11，45］}，沙漠北部南北向雅丹垄槽更主要是通过洪水冲刷而成^［46-47］。在水力和风力的共同作用下，表层冲洪积物和地层中古风成砂被重新塑造成现代地表沙丘沙，成为该区沙漠沙来源“就地起沙”认识的基础。库姆塔格沙漠数百米厚的碎屑沉积层，除少量来源于基岩风化，大多数来源于近源异地（如阿尔金山），是埋藏至此的物质后来再次活化，形成数米、数十米乃至一二百米厚的风沙层。这些风成沙虽然源区不远，但总归不是“土著”（原地碎屑），更贴切的定义应为“近地转沙”。囿于库姆塔格沙漠独特的地貌和气候状况，沙漠碎屑除少量粉砂和黏土可通过空气悬浮离开沉积盆地以外，其他物质目前只能停留在沙漠区，或在沙漠内狭窄区域进行上表层内循环。

库姆塔格沙漠沙粒密度大多在2.50~2.70 g·cm^-3，羽毛状沙丘平均密度为2.63 g·cm^-3，暗深色颗粒密度稍大、主要分布于2.60~2.90 g·cm^-3，仅有30%左右密度超过2.90 g·cm^-3成为重组分（包括重矿物），其中黑色颗粒密度最大，平均值为2.79 g·cm^-3。重组分在不同粒度中含量差异较大，颗粒越细重组分含量越高，多数样品其相对含量在1%~10%，相同粒级沙漠南部比北部含量高。

沙漠碎屑中含轻矿物10种，重矿物35种。轻矿物中石英占33%~43%，斜长石占21%~24%，钾长石占11%~17%，方解石和白云石为次要矿物；重矿物中普通角闪石、阳起石、绿帘石、石榴子石、钛铁矿、磁铁矿、褐铁矿和赤铁矿出现率高、含量多，在极细砂和粗粉砂中含量>10%的单矿物种为普通角闪石、绿帘石和褐铁矿，石榴子石是在各个粒级中稳定出现（2%~5%）的特征重矿物，闪石族、帘石族、稳定矿物类、铁质金属矿物类以及岩屑含量，随粒度由粗至细（1~5 Φ），均有增多的趋势。其中岩屑在轻组分中占14%~30%，在重组分中占10%~90%，相同粒级和加权平均值沙漠南部高于北部。

矿物特征和矿物指标皆表明研究区沉积物成熟度很低，沙漠北部略高于南部，显示北部沙漠沙要比南部经历更为强烈的风化磨蚀和沉积分选。库姆塔格沙漠1~5 Φ细粒级碎屑可能主要来源于沙漠南部毗邻的阿尔金山，是古今冲洪积和古湖相沉积物由风力驱动活化而成的近地转沙再沉积，水力和风力对库姆塔格沙漠沙物质的塑造起着几乎同等份量的作用。