摘要: 库姆塔格沙漠北部的三垄沙地区发育有典型的砾波纹，属于微风沙地貌形态。本研究以三垄沙地区典型砾波纹表面的粗颗粒为研究对象，借助数字图像处理技术，通过现场拍摄与室内图像处理相结合的方式，提取了砾波纹表面不同部位粗颗粒砾石的覆盖度、粒径、磨圆度、形状比率等参数，对其形貌特征进行了定量分析。结果表明，该区域砾波纹表面不同部位的粗颗粒砾石覆盖度介于27%~88%，以中等覆盖度为主；平均粒径介于1.40~2.19 mm，属于极粗沙到极细砾的范围，且分选性差异较大，不同部位粗颗粒的粒度频率曲线多呈窄至宽峰态分布。砾波纹表面不同部位粗颗粒的圆度均值介于0.68~0.75，形状比率变化范围为1.06~3.25，均值介于1.30~1.41，表明砾波纹表面的粗颗粒大多呈近椭圆或略呈长条状，以上研究结果可以为追溯戈壁物源区以及反演沉积物的搬运堆积过程提供有力参考。
Abstract: The Sanlongsha area in the northern part of the Kumtagh Desert features typical granule ripples, which are a type of small aeolian bedform. This study focuses on the coarse grains on the surface of the typical gravel ripples in the Sanlongsha area. By combining field photography with indoor image processing using digital image processing techniques, we extracted parameters such as the coverage, grain size, roundness, and shape ratio of coarse gravel on different parts of the granule ripple surface, and conducted a quantitative analysis of their morphological characteristics. The results show that the coverage of coarse gravel on different parts of the granule ripple surface in this area ranges from 27% to 88%, with a predominance of moderate coverage. The average grain size ranges from 1.40 to 2.19 mm, falling within the range of very coarse sand to very fine gravel, and there is a significant difference in sorting. The grain size frequency curves of coarse grains in different parts mostly exhibit a distribution ranging from narrow to wide peaks. The average roundness of coarse grains on different parts of the gravel ripple surface ranges from 0.68 to 0.75, and the shape ratio varies from 1.06 to 3.25, with an average ranging from 1.30 to 1.41, indicating that the coarse grains on the gravel ripple surface are mostly nearly elliptical or slightly elongated. The research results can provide a solid reference for tracing the provenance of the Gobi and reconstructing the transportation and accumulation processes of sediments.
1. 引言
风成波纹是风沙地貌的一种，在风沙地貌中十分常见，而根据波纹的颗粒大小，又可分为沙波纹与砾波纹[1]。砾波纹是一种表面被粗沙细砾覆盖、呈不对称波状起伏、尺度显著大于沙波纹的微地貌形态[2]。砾波纹的分布十分广泛，在我国，砾波纹主要分布在干旱和半干旱地区的沙漠和盆地中，特别是在风力作用强烈、粗颗粒物质补给丰富的区域，比如柴达木盆地、库姆塔格沙漠。
沉积物是风沙地貌形成与发育的物质基础[3]，对于风沙地貌研究的重要性不言而喻，沉积物粒度特征在沙丘形态发育和区域风沙地貌演化过程中起决定性作用。从区域尺度来看，沉积物粒度参数的空间差异直接反映了沉积物所经历的搬运、堆积过程，甚至对沙丘物质来源具有一定指示意义[4]。
前者对沙漠地表沉积物沙子粒度的研究方法，常采用的是传统的沉降法或者筛析法。由于砾波纹表面颗粒粒径和形态差异较大，采用传统的筛分法难以进行精确的粒级分离。以往关于砾石形态参数和砾石覆盖度的确定，通常采用目视方法或网格化测量进行，因而存在经验和统计误差[5]。为了克服以上问题，本研究选取库姆塔格沙漠北部三垄沙地区的砾波纹，采用数字照相技术，并通过数字图像处理，定量获取了砾波纹表面不同部位的砾石形貌参数，以期深入理解砾波纹表面物质组成，对于认识不同类型砾波纹的形成发育过程及其表面风动力过程有重要指示意义。
2. 研究区域与方法
2.1. 研究区概况
库姆塔格沙漠位于塔里木盆地东部，南临阿尔金山北麓，北至阿奇克堑谷，西抵罗布泊洼地，东部可延伸至甘肃西部的敦煌地区，地理范围39˚07′50″~41˚00′03″ N、89˚57′49″~94˚54′08″ E，东西跨度280 km，南北宽约120 km，总面积约2.29 × 104 km2，是中国第六大沙漠[6]-[8]。三垄沙沙丘区(40˚30′~41˚02′ N, 92˚50′~93˚16′ E)位于库姆塔格沙漠北部，穿越阿奇克堑谷东端与沙漠主体相连[4]，该沙丘区是呈东北–西南方向延伸的狭长沙丘带，长约55 km，面积约2728 km2 [9] (图1)，研究区地表覆盖大量棱角状至次棱角状砾石，发育典型风成砾波纹地貌。
图1. 研究区域地理位置
2.2. 研究方法
本研究中的图像数据来源于野外考察过程中，选取库姆塔格沙漠三垄沙地区无人为扰动且砾波纹形态完整的典型区域，沿主导风向对不同地理位置表面采用标准镜头和小光圈的数码相机进行拍照取样。拍摄过程中，选定无干扰的砾波纹表面，放置具有毫米级精度的刻度标尺，标尺轴向与主风向保持平行。距地表0.5~1 m高度垂直拍摄，以保证拍摄的数字图像涵盖足够的区域大小和颗粒。对野外拍摄的砾波纹地表图像，在室内采用Image J软件进行预处理。数字图像首先经过亮度、对比度和锐化处理，以获得良好清晰度和易于识别的砾石颗粒边缘[5]，采用徒手选择工具对颗粒边缘进行跟踪，形成完全闭合的颗粒边缘轮廓，然后使用软件的自动测量功能对砾石颗粒进行测量统计，本研究选取的数字图像测量参数和计算方法见表1。
4. 结论
本文采用数字图像量算方法，分析了库姆塔格沙漠三垄沙地区砾波纹表面粗颗粒的形貌特征。不同部位粗颗粒覆盖度值介于27%~88%，砾石平均粒径为1.40~2.19 mm，属于极粗沙到极细砾；沙粒分选性差异较大，偏度变化范围为−0.04~0.33，峰度平均值介于0.68~1.17，窄至宽峰态分布。砾石粒度组成以极细砾和极粗沙为主，未呈现连续分布。砾石圆度均值介于0.68~0.75，形状比率变化范围为1.06~3.25，多为近椭圆或略呈长条状。砾波纹表面不同部位粗颗粒参数之间相关性差异显著。本文对库姆塔格沙漠三垄沙地区砾波纹表面粗颗粒的形貌特征进行了研究，系统性探讨了砾波纹不同地貌部位粗颗粒形态参数的空间分异规律，初步揭示了形态参数间的相关性，为砾波纹地貌发育过程研究提供理论支撑。
参考文献
