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user: 3. 结果与分析 3.1. 粒度组成与参数特征 粒度是沉积物特征的重要表征之一，其组成及分布受物质来源、搬运方式、沉积环境的综合影响。为了分析和对比库姆塔格沙漠灌丛沙堆与潜在沙源的粒度组成和参数特征，按照乌登–温特沃斯粒级标准统计现有粒度数据，在表1中给出粒度组成及其参数值。 从表1中可以看出，库姆塔格沙漠灌丛沙堆表层沉积物的粒级以极细沙为主，约占47.52%，表明极细沙是灌丛沙堆沉积物的主要组成部分，细沙和中沙含量次之，约占28.45%和14.34%；其他粒级含量极少，在0.04%~7.02%之间。灌丛丘间地的粒度组成以中沙和极细沙为主，含量分别为22.85%和22.97%。同灌丛沙堆沙粒级配相似的有西部丘间地和东南部丘间地，其粒度组成同样以极细沙为主，含量分别为35.16%和29.73%，且二者的沙粒级配在中粒组分和细粒组分上同灌丛沙堆均有一定的相似性。其余样点地表沉积物粒度含量差异明显。东部丘间地以粗沙含量为主，西部流动沙丘以中沙为主，而雅丹体中埋藏古风成砂以细沙为主。据此，通过各样点粒度组成可以发现，灌丛沙堆中的细粒组分所占比重最高。表明在该地风能条件下，各丘间地沙物质中的细沙和极细沙物质最易吹蚀，并被灌丛沙堆所拦截，小于极细沙粒级颗粒物质则易被远距离输送，大于细沙粒级颗粒物质则不易被吹蚀与搬运。 根据矩法公式对所有样品的粒度特征参数进行计算(表1)。结果表明：平均粒径(Mz)中，灌丛丘间地、西部流动沙丘、西部丘间地、东部丘间地和东南部丘间地的优势粒级为中沙，范围介于1.59~2.07Φ，其中灌丛丘间地的平均粒径最粗；灌丛沙堆和雅丹体中埋藏古风成砂均以细沙为主，但灌丛沙堆的平均粒径细于雅丹体中埋藏古风成砂；各样点的分选系数(σ)根据Collias矩法分类标准 [ 24 ] 可知，除灌丛沙堆为中等分选外(0.70~1.00)，其他样点的分选均较差(1.00~2.00)，说明灌丛沙堆沉积物颗粒组成的均一程度好于其他样点；偏度(SK)除灌丛丘间地、东部丘间地和东南部丘间地为“近对称”分布外，其余样点均为负偏，且其分布趋势与平均粒径(Mz)相关；灌丛沙堆和雅丹体中埋藏古风成砂的峰态(Kg)为中峰态，其余样点沙粒的峰态均为宽峰态，说明灌丛沙堆和雅丹体中埋藏古风成砂粒度分布相对集中。从粒度组成和粒度参数特征可以看出，灌丛沙堆的沉积物平均粒径细于其他样点，且分选性中等，但具有负偏和中峰态的特点。其余样点地表沉积物中，西部丘间地、东南部丘间地表层沉积物的粒度组成上同灌丛沙堆有一定的相似性，但雅丹体中埋藏古风成砂的粒度参数与灌丛沙堆有一定的相似性。 3.2. 粒度频率曲线和概率累积曲线 为进一步探讨库姆塔格沙漠灌丛沙堆的沙源及粒度特征，对各样点沉积物颗粒粒度频率曲线与灌丛沙堆粒度频率曲线进行对比分析(图2)，以反映灌丛沙堆的粒度频率特征。 Table 1 The grain size composition and parameter of surface sediments in different geomorphological location 地貌类型 粒度组成/% 粒度参数/Φ 砾石 <−1Φ 极粗砂 −1~0Φ 粗砂 0~1Φ 中砂 1~2Φ 细砂 2~3Φ 极细砂 3~4Φ 粉砂 >4Φ 平均粒径 Mz 分选系数 σ 偏度 SK 峰度 Kg 泡泡刺沙堆 0.00 0.04 2.68 14.34 28.45 47.52 7.02 2.92 0.85 −0.81 3.15 灌丛丘间地 0.75 13.53 21.37 22.85 14.52 22.97 3.99 1.70 1.47 −0.01 1.77 雅丹体埋藏 古风成砂 0.18 2.78 10.30 21.23 29.19 29.05 7.20 2.42 1.16 −0.61 2.76 西部流动沙丘 0.00 0.00 0.15 42.93 42.40 14.32 0.64 2.07 1.65 −0.73 2.11 西部丘间地 0.00 2.95 17.64 14.34 27.74 35.16 2.36 1.82 1.81 −0.63 1.91 东部丘间地 0.02 10.34 34.37 18.05 10.45 23.89 2.94 1.59 1.45 0.32 1.64 东南部丘间地 1.83 13.07 21.21 13.34 17.15 29.73 3.59 1.83 1.57 −0.24 1.68 表1. 研究区采样点地表沉积物粒度组成与参数特征 图2. 灌丛沙堆及相关样点(各丘间地与各沙丘)粒度频率曲线 粒度频率曲线可以显示粒度分布的峰态和趋势。从图2中可以看出，灌丛沙堆的粒度分布以4个众数、负偏态、1个明显主峰为特征，且与4个丘间地样点的沉积物在粒级>1Φ范围内的粒度分布趋势表现出明显的一致性，这5个样点沉积物粒度的主峰值大多出现在3.7~4Φ之间，属极细沙组分。灌丛沙堆与雅丹体中埋藏古风成砂沉积物在粒级>1Φ范围内的粒度分布趋势较为相似，而与西部流动沙丘差异明显；在粗沙(0~1Φ)至细沙(2~3Φ)范围(1~3Φ)，雅丹体中埋藏古风成砂所对应的粒度频率含量高于灌丛沙堆，但在细沙(2~3Φ)至极细沙(3~4Φ)范围，灌丛沙堆所对应的粒度频率含量高于雅丹体中埋藏古风成砂；灌丛沙堆与雅丹体中埋藏古风成砂样品的主峰值主要出现在3.7~4Φ之间，属极细沙组分。这说明在>1Φ粒级范围内的沙物质为灌丛沙堆和周围样点地表沙物质的主要粒径组分，灌丛沙堆中极细沙含量所占比重高于其他样点。据此，反映出灌丛沙堆的沙物质来源很可能是其丘间地沙物质和雅丹体中埋藏古风成砂。 概率累积曲线可以揭示沉积物与搬运营力间的关系，也可以将碎屑组分中含量较少的粗、细尾部特征放大，便于沉积成因分析 [ 25 ] 。灌丛沙堆的概率累积曲线表现出“滚动–多跳跃–悬浮”式组合的粒度特征(图3)。其中，滚动组分(0~0.67Φ)含量极少所占比重约1.10%，可能与其形成过程中短时或瞬时强风将粗粒物质吹蚀沉降于灌丛沙堆有关；跳跃组分(1~3.33Φ)含量占58.40%，悬浮组分(>3.33Φ)含量占40.40%，二者合计所占比重98.80%。由此可知，灌丛沙堆沉积物主要以跳跃组分和悬浮组分为主。 概率累积曲线的斜率可以反映特定粒度组分样品的分选性。图3中显示，滚动组分的斜率为1.38， 图3. 库姆塔格灌丛沙堆沉积物粒度概率累积曲线 跳跃组分的斜率为0.81，悬浮组分的斜率为2.70。据此说明悬浮组分的分选性最好，即灌丛沙堆中细沙(2~3Φ)和极细沙(3~4Φ)的分选性较其他粒级组分好。粒度概率累积曲线表现出的这种特征，与研究区风力 [ 22 ] [ 29 ] 适中有关，即在中风能环境下以跃移搬运和悬移搬运方式为主。 3.3. 灰色关联度分析 灰色关联度分析是一种定量化的比较分析方法，适用于处理多因素非典型数据 [ 26 ] 。将研究区内各样点的粒度组成与参数特征同灌丛沙堆各粒度组成与参数特征作为相应的因子参数序列进行关联度分析。结合表1可知砾石组分和极粗沙组分在灌丛沙堆中所占比例很低，不宜做为参考因子与比较因子进行比较，因此予以剔除。将其余各样点粒度组成与参数数据作为关联因子，运用无量纲化方法进行规范标准化处理，将其规范为极差化数据并建立矩阵(表2)。 表2中X 0 至X 6 依次为灌丛沙堆、灌丛丘间地、雅丹体中埋藏古风成砂、西部流动沙丘、西部丘间地、东部丘间地和东南部丘间地。其中X 0 为参考数列，X i 为比较数列。根据所得数据将参考数列X 0 与各比较数列X i 进行求差序列，并结合公式(1)求出关联系数(表3)，而后按公式(2)计算求出其关联度。 ξ i j ( K ) = min i min k | X 0 ( k ) − X i ( k ) | + ρ max i max k | X 0 ( k ) − X i ( k ) | Δ | X 0 ( k ) − X i ( k ) | + ρ max i max k | X 0 ( k ) − X i ( k ) | (1) 式中，r为分辨系数，一般取r = 0.5。 δ i = 1 n ∑ k = 1 n ξ i ( k ) (2) 由关联系数经运算可得各样点对灌丛沙堆的关联度，即各样点对于灌丛沙堆的等权关联度。由于各影响因子对于整体贡献各不相同，为客观评价各样点同灌丛沙堆的相关性，需运用加权关联度。为此，将各因子根据不同的重要性赋予权重WK，依据公式(3)运算得到加权关联度。 Table 2 Dimensionless data of correlative factor 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 X 0 0.07 0.03 0.56 1.00 0.97 1.00 0.00 0.00 1.00 X 1 0.62 0.32 0.13 0.26 0.51 0.08 0.65 0.71 0.09 X 2 0.30 0.27 0.59 0.44 1.00 0.62 0.32 0.18 0.74 X 3 0.00 1.00 1.00 0.00 0.00 0.36 0.83 0.07 0.31 X 4 0.51 0.03 0.54 0.63 0.26 0.17 1.00 0.16 0.18 X 5 1.00 0.16 0.00 0.29 0.35 0.00 0.63 1.00 0.00 X 9 0.62 0.00 0.21 0.46 0.45 0.18 0.75 0.50 0.03 表2. 关联因子的无量纲化值 Table 3 Grey correlative coefficients of the different sample point 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ζ 1 0.48 0.63 0.53 0.40 0.52 0.35 0.43 0.41 0.35 ζ 2 0.69 0.68 0.96 0.47 0.94 0.57 0.61 0.74 0.66 ζ 3 0.88 0.34 0.53 0.33 0.34 0.44 0.38 0.88 0.42 ζ 4 0.53 1.00 0.96 0.57 0.41 0.38 0.33 0.76 0.38 ζ 5 0.35 0.79 0.47 0.41 0.45 0.33 0.44 0.33 0.33 ζ 6 0.48 0.94 0.59 0.48 0.49 0.38 0.40 0.50 0.34 权重(WK) 0.12 0.15 0.14 0.09 0.11 0.09 0.09 0.13 0.09 表3. 各样点灰色关联系数 γ i = ∑ k = 1 n W K × ξ i ( k ) (3) 运算结果为：γ 1 = 0.47，γ 2 = 0.73，γ 3 = 0.52，γ 4 = 0.63，γ 5 = 0.45，γ 6 = 0.54，γ 2 > γ 4 > γ 6 > γ 3 > γ 1 > γ 5 ，即各样点与灌丛沙堆的关联度大小依次为雅丹体中埋藏古风成砂>西部丘间地>东南部丘间地>西部流动沙丘>灌丛丘间地>东部丘间地。不难看出，雅丹体中埋藏古风成砂与灌丛沙堆关联度最高，其次为西部丘间地和东南部丘间地，这与粒度分析所体现出来的相似性较为一致。据此，说明雅丹体中埋藏古风成砂、西部丘间地及东南部丘间地沉积物都可能是灌丛沙堆的物质来源。