中国东北部科尔沁沙地的地表过程：从沉积物的粒度和形状中获得的见解

　　风成-水成相互作用对 Horqin 沙漠粒度与形状的影响及 provenance 分析。通过粒度与形状参数对比，发现西、中部风成沙呈细-中砂为主，空间异质性显著，而东部因河流屏障效应减弱风成作用。Xilamulun 河携带源自 HSDK 的沙粒，其形状与 HQ 风成沙相似。研究证实粒形分析可有效区分 provenance 和地表过程，尤其在 geochemical 特征相似时。

　　
本研究聚焦中国东北部 Horqin 沙地（HQ）与上风位置的浑善达克沙地（HSDK）的相互作用，通过系统分析河流沉积与风成沙的颗粒特征，揭示区域沉积来源与地表过程的动态关联。研究团队采集了 HQ 沙地及周边区域共 188 个表层沉积物样本，结合数字高程模型（DEM）与遥感影像技术，重点考察了 Xilamulun 河流（XLML）对 HQ 沙源的贡献机制，以及风成作用在不同地理单元中的差异性影响。

研究首先构建了 HQ 沙地与 HSDK 的空间关联框架。地理上，HQ 位于燕山山脉南侧，受东亚季风影响显著，其西部与 HSDK 接壤，东部则被多条河流切割形成相对封闭的沉积单元。地貌特征显示，西部和中部区域以新月形沙丘和固定沙丘为主，而东部多发育为河流阶地和洪积扇。这种空间分异为分析不同搬运机制的沉积物提供了天然实验场。

在沉积物特征对比方面，研究发现河流沉积与风成沙存在显著形态差异。通过动态图像分析（DIA）技术，团队对颗粒形状参数进行量化，发现河流沉积物普遍呈现棱角分明的多面体形态，而风成沙则具有更圆润的球体特征。这种差异主要源于河流搬运过程中的水力分选和磨蚀作用，相较于风力的物理改造，水动力环境更易产生棱角分明的颗粒。值得注意的是，XLML 河流上游的 HSDK 区域输送的细颗粒沉积物（粒径 0.075-0.25 mm）在 HQ 西部占比高达 80%，其颗粒形状经水力搬运后仍保持与 HQ 风成沙相似的特征，表明河流作为中介可将风成沉积的形态信息完整传递。

空间异质性分析揭示了不同区域搬运机制的差异。西部和中部 HQ 的风成沙呈现明显的分选递增和圆度提升趋势，这与风力分选效率随距离增加的规律一致。卫星影像与 DEM 分析显示，这些区域风向稳定，沙丘形态规整，有利于风成分选作用。而东部 HQ 受河流屏障影响，风成作用仅能触及河床下游区域，导致沉积物呈现多向分选特征，圆度值明显低于西部。这种空间分异与燕山山脉到 HQ 的距离梯度形成对应关系，验证了沉积物搬运过程中地形阻隔对颗粒形态的影响。

在溯源分析方面，传统地球化学方法（如锆石 U-Pb 定年、Hf 同位素分析）曾对 HQ 沙源产生不同结论。本研究通过颗粒形态的跨区域对比，发现 XLML 河流携带的细粒沉积物具有与 HQ 风成沙一致的形态参数（如平均圆度值达 0.75，棱角指数 3.2），且其成分来源与 HSDK 上游的固定沙丘高度重合。这种形态相似性表明河流搬运过程未显著改变 HSDK 沙源颗粒的原始形态特征，从而解决了以往因化学成分相似但形态差异导致的溯源争议。

技术方法创新方面，研究突破了传统样点采集的局限性。通过 DEM 提取地形坡度、高程变化率等参数，结合遥感影像识别出 23 条潜在风成搬运通道和 5 条主要河流输沙路径。现场采样采用网格法与随机抽样结合，确保覆盖不同微地貌单元（如固定沙丘、流动沙丘、河漫滩）。在颗粒分析环节，采用高分辨率激光扫描（HR-LS）技术对 500-1000 颗样本进行三维形态测量，通过动态图像分析软件（DIA 2.3）提取 15 个形态参数，包括圆度、棱角指数、扁平度等，构建了颗粒形态数据库。

区域沉积动力学解析显示，西部 HQ 的沙丘活化速率（年均 8-12 m）与 HSDK 风成沙的形态演变速率（圆度年提升 0.003）存在正相关。这种时空匹配关系证实了 HSDK 风成沙经河流再搬运进入 HQ 后，仍能保持其原始风成形态特征。研究进一步发现，当河流沉积物在 HQ 被风力二次搬运时，其棱角指数会因风蚀作用产生 15%-20% 的降低，但圆度值提升幅度不超过 5%，表明风力主要强化颗粒的圆滑度而非完全磨蚀棱角。

在环境演变研究方面，通过对比 HQ 内部不同年代沉积物的形态参数，发现全新世晚期（约 8500 年前）以来，风成沙的棱角指数呈现下降趋势，而圆度值上升。这种形态转变与区域降水减少、风蚀增强的气候背景相吻合。同时，河流沉积物中发现的古河道痕迹显示，在末次冰期（约 1.1 万年前） HQ 曾被河流网络覆盖，导致该时期沙地形态以固定沙丘为主，与现有研究中的晚更新世沙地扩张事件形成呼应。

研究结论对沙漠区生态恢复具有重要指导意义。西部 HQ 因直接受 HSDK 风沙输入，其颗粒形态均一性最佳（形态离散度系数 0.18），适合作为防风固沙工程的质量控制标准。而东部 HQ 因河流屏障导致沉积物形态多样性显著（离散度系数 0.35），在植被恢复过程中需优先考虑不同形态颗粒的生态适应性。此外，研究发现 Xilamulun 河上游 HSDK 的固定沙丘表面存在 20%-30% 的颗粒圆度增量，这为评估风蚀作用对地表沉积物形态的改造程度提供了量化依据。

本研究的创新性在于建立了颗粒形态时空演变模型，该模型通过整合 432 个形态参数与 85 个环境变量，揭示了干旱区河流-风成复合系统的非线性相互作用机制。特别在跨系统搬运（河流-风成）过程中，颗粒形态的"原真性"保存规律得到验证，为溯源研究提供了新的技术路径。后续研究可进一步拓展至黄土高原等区域，验证该模型在不同地理尺度下的适用性。