古爾班通古特沙漠西南緣新月形沙丘內部沉積構造特征研究

劉 瑞， 李志忠,3， 靳建輝,3， 解錫豪， 鄒曉君， 馬運強

（1.福建師范大學地理科學學院，福建 福州 350007；2.福建師范大學濕潤亞熱帶山地生態(tài)國家重點實驗室培育基地，福建 福州 350007；3.福建師范大學地理研究所，福建 福州 350007）

新月形沙丘是一種最簡單的橫向沙丘形態(tài)，具有凸而緩的迎風坡和凹而陡的背風坡，在背風坡兩翼形成近似對稱的2 個獸角向下風方向延伸［1-3］。一般形成在供沙量不足和幾乎為單向輸沙風的無植被區(qū)域，大多零星分布于沙漠邊緣、干鹽湖下風向、海岸等地區(qū)，是地球表面最常見且研究較為深入的風積地貌［1-7］。

沙丘的內部沉積構造和空間變化特征保存了沙丘動力演變過程的重要信息，對于研究風沙地貌的形成機制和發(fā)展過程具有重要意義［2,6,8］。Bagnold的簡化模型認為，新月形沙丘的內部構造在縱剖面上以向背風坡傾斜的高傾角斜層理為主，風沙粒度流形成的滑落面延伸到背風坡底部，迎風坡上部和丘頂為風沙流加積形成的低傾角-近水平的頂積層［1,2］。后續(xù)研究者多在此經典模型基礎上不斷驗證和完善。例如，McKee［9］在新墨西哥州通過開挖沙丘剖面觀察發(fā)現，在順風向的縱剖面上層理整體呈現向背風坡傾斜且層理傾角多與背風坡坡度一致的特征，但層理和界面的傾角早期較小，后期逐漸增大；在垂直風向的橫剖面上，層理和界面的傾角均很小。研究發(fā)現，新月形沙丘（沙丘鏈）的頂積層一般保存不好［3］。

探地雷達（Ground penetrating radar，GPR）技術出現后憑借其簡捷、無損和分辨率高的特點很快在沙丘內部沉積構造研究中得到廣泛應用［10-12］。俞祁浩等［13］對庫姆塔格沙漠北緣新月形沙丘的迎風坡進行GPR 探測，將沙丘內部結構分為3 個區(qū)域并揭示了不同部位的構造特征；Gómez-Ortiz 等［14］運用GPR探測西班牙海岸新月形沙丘內部構造后發(fā)現，沙丘迎風坡層理的傾角可以反映風沙活動的強度；Bristow［15］則結合遙感技術利用GPR 探測和討論了摩洛哥塔爾法亞地區(qū)新月形沙丘沉積構造中不同層面的形成過程；Fu 等［8］在毛烏素沙地的一座新月形沙丘上縱橫布設41條GPR測線，獲取了沙丘內部的三維沉積構造序列并探討了演化過程。但以上新月形沙丘內部構造的研究案例，主要來源于對流動性新月形沙丘沉積構造的觀測和探測分析。

隨著近半個世紀全球氣候總體上變暖變濕以及持續(xù)實施的生態(tài)保護措施，我國西北干旱區(qū)土地沙漠化趨勢正在減緩［16-18］，沙漠邊緣的一些流動性沙丘逐漸穩(wěn)定下來形成固定、半固定沙丘，或廣泛發(fā)育灌叢沙丘，成為區(qū)域沙漠化逆過程的風沙地貌學標志之一［19-21］。在流動性沙丘趨于穩(wěn)定的發(fā)展過程中，其內部沉積構造將會發(fā)生什么樣的變化，這是有待探討的科學問題［22］。古爾班通古特沙漠是我國面積最大的固定、半固定沙漠［19,23］，在沙漠西部、西南部邊緣分布有一定面積的新月形沙丘（鏈）和梁窩狀沙丘等［19,20］。關于這些沙丘的成因、形態(tài)特征和形成條件，前人有過一些定性描述和分析［24-26］，但很少涉及它們的內部構造及其組合變化特征，這在一定程度上制約了我們對這些沙丘形態(tài)-動力學過程的深入了解。針對以上科學問題和研究方法的新進展，本文在實地考察基礎上，選擇古爾班通古特沙漠西南邊緣的固定、半固定新月形沙丘區(qū)，采用GPR 獲取沙丘內部構造圖像信息，結合區(qū)域自然地理、沙丘形態(tài)特征的綜合分析，初步探討固定、半固定新月形沙丘內部構造組合的空間變化、成因及其形態(tài)動力學意義，以期為區(qū)域沙漠化中長期發(fā)展趨勢監(jiān)測提供科學依據。

1 研究區(qū)概況

古爾班通古特沙漠深居亞歐大陸腹地，位于新疆準噶爾盆地中央，是我國面積最大的固定、半固定沙漠［19-21］（圖1a）。沙漠氣候主要受中緯度西風環(huán)流控制，年均氣溫5～7 ℃，年降水量70～150 mm；春、夏季降水略高于秋、冬季，冬、春季穩(wěn)定積雪日數達100～160 d，春季積雪融化后沙體可形成50～60 cm的懸濕沙層［24,27-29］。這些獨特的氣候要素使得沙漠相對較為濕潤，梭梭（Haloxylon ammodendron）、蛇麻黃（Ephedra distachya）等草灌叢植物廣布其中，藻類、菌類和地衣等形成的生物結皮極為發(fā)育，僅在脊線附近存有尚在活躍的流動帶，顯著區(qū)別于我國其他沙漠［29-31］。

對古爾班通古特沙漠風沙地貌起控制性作用的是西風環(huán)流主導的西北風，蒙古高壓風系受季節(jié)性和區(qū)域的局限性，僅在冬、春季對沙漠中部和東北部地區(qū)有較大意義，因此沙丘總的移動方向具有自西北向東南移動的特征［19,24］。古爾班通古特沙漠沙丘類型豐富多樣，最有代表性的沙丘形態(tài)是線形沙丘（縱向沙壟），占固定、半固定沙丘總面積的80%以上，沙漠西南緣分布有梁窩狀沙丘，中南部分布有蜂窩狀沙壟和復合沙壟［3,19,24］（圖1b）。

沙漠西南緣的莫索灣地區(qū)以新月形沙丘、新月形沙丘鏈和梁窩狀沙丘為主，新月形沙丘為研究區(qū)基本風積地貌類型［20,24］，在西北風的作用下沙丘總體呈西北—東南走向［19,24］（圖1c）。莫索灣西北側分布有面積廣大的鹽堿地，下風區(qū)域總體上屬于沙源供應不足的風沙環(huán)境，線形沙丘與新月形沙丘共生的現象很普遍，近30 a來研究區(qū)新月形沙丘（鏈）的脊線位置變化不大，丘間地和沙丘表面灌叢植被覆蓋面積持續(xù)增加［32-34］。

圖1 研究區(qū)位置及風沙地貌概況Fig.1 Location of the study area and overview of the aeolian landform

實地考察發(fā)現，研究區(qū)新月形沙丘迎風坡中下部和丘間地多見生物結皮和草灌叢植被（圖2a），可有效抑制風蝕、減小沙面活動，沙面整體處于穩(wěn)定狀態(tài)；迎風坡中上部廣泛分布疊置的灌叢沙丘（圖2b）和寬淺不一、走向平行于沙丘縱剖面方向的風蝕坑、風蝕凹槽（圖2c），風蝕特征明顯；沙丘脊線凹凸起伏、彎曲變化，丘頂普遍存在5～20 m 寬度不等的流動帶（圖2d），風沙活動較強，風蝕風積頻繁；背風坡坡面遍布草灌叢植物（圖2e），中下部坡度變緩，新月形沙丘（鏈）趨于停止發(fā)育。

圖2 莫索灣北部新月形沙丘（鏈）地貌特征與GPR工作照片Fig.2 Geomorphological features of barchan dune(chain)and GPR working photography in northern Mosuowan District

2 研究方法

采用Sensors and Software Inc.生產的pulse EKKO Pro探地雷達以剖面法進行實地探測，探測時天線彼此平行，共同垂直于地表放置（圖2f）。首先，選擇研究區(qū)內部構造出露清晰的沙丘剖面（圖3a1、b1）進行探測，檢驗不同技術參數對探測結果的可能影響。根據前人研究［11-12,30］和實地情況采用共中心點法確定雷達波速0.15 m·ns-1，以時間窗口360 ns、脈沖電壓400 V為基本參數，在疊加次數為64時可兼顧探測效果與工作效率，垂直理論分辨率約為0.375 m。采用2 種天線頻率對比探測效果：天線頻率為100 MHz時，天線間距為1.0 m，移動步長為0.2 m；天線頻率為200 MHz 時，天線間距為0.5 m，移動步長為0.1 m。其次，在2019 年10 月初（秋季）與2021年5月初（春季）對研究區(qū)同一新月形沙丘進行探測（圖1c，M8），以對比不同季節(jié)沙丘砂層濕度變化對探測結果的可能影響。

圖3 研究區(qū)沙丘剖面構造及實驗探地雷達（GPR）圖像Fig.3 Dune profile structure and experimental detection images of GPR in the study area

正式探測研究選取形態(tài)特征和規(guī)模大小各不相同的5 個新月形沙丘（圖1c），以獲取不同發(fā)育階段新月形沙丘內部構造組合變化的雷達圖像信息。每條GPR測線均沿沙丘縱剖面，自迎風坡坡腳探測至背風坡坡腳，垂直沙丘脊線布設，6條測線累計長度約1000 m。利用Trimble R8GNSS RTK 同步記錄GPR 探測剖面的高程變化。探測完成后使用EKKO_View 2 和EKKO_View Deluxe 等 軟 件 進 行 地形校正、數字濾波、增益調適等以去除系統(tǒng)和環(huán)境噪聲的信號干擾，為了保持數據的完整性和真實性，原始探測數據只進行必要的處理，如Dewow、AGC增益等。通過雷達反射紋理結構圖像、切割交匯關系劃分沙丘內部構造雷達相的基本類型，每個雷達相具有相似的反射模式（比如幾何形態(tài)、連續(xù)性、振幅強度等），而后基于風積沙層結構發(fā)育理論，提取實際的沙丘內部構造空間變化信息。

3 結果與分析

3.1 不同探測參數設置對探測結果的影響

通過對比探測圖像與實際剖面構造層序可以發(fā)現，100 MHz 頻率的雷達天線（圖3a2、b2）滲透性更佳，有效探測深度可達8 m。在深度3～4 m內探測得到的雷達圖像，水平層理和交錯層理剖面均與實際剖面呈現出了較好的一致性。其中，2～3 m 的淺層顯示較多上凸形交錯層理和部分不連貫的高傾角斜層理，高傾角斜層理或板狀交錯層理的傾向相符傾角一致，真實地反映出了沙丘的內部構造信息。

200 MHz頻率的雷達天線（圖3a3、b3）發(fā)射信號的穿透深度較淺，僅在3 m深度內獲取了清晰的、細節(jié)更為豐富的圖像。但對比100 MHz天線探測結果發(fā)現，因沙丘淺層受生物擾動的影響較大，200 MHz頻率的天線可能放大了植物根系、動物洞穴等生物擾動作用，對風積層的沉積構造反射成像造成一定程度的干擾。

實地考察發(fā)現，古爾班通古特沙漠植被覆蓋度相對較高，除沙丘脊線外，沙丘表面廣泛分布草灌叢植被和生物土壤結皮，在沙丘剖面中有較多的植物根系、根孔、灰黑色薄層砂質土壤層和土壤結皮層，同時也發(fā)現了較多的大沙鼠洞穴和蜥蜴洞穴等，這些現象使得沙丘原生層理受生物擾動影響十分明顯。且研究區(qū)大部分沙丘高度在10 m以上，而200 MHz頻率的雷達天線探測深度較淺。綜合以上因素，在本文探測研究中選擇100 MHz 頻率的雷達天線作為發(fā)射和接收反射信號的基本頻率。

3.2 沙丘亞表層濕度季節(jié)變化對探測結果的影響

圖4a～b 為2021 年5 月春季探測獲得的沙丘剖面圖像（增益類型為AGC Gain 4），圖4c～d 為2019年10月秋季探測獲得的沙丘剖面圖像（增益類型為AGC Gain 3）。雖然研究區(qū)沙丘亞表層濕度季節(jié)變化較大，但通過調整增益強度可以降低濕度差異對探測結果的影響，使用軟件進行不同程度的增益處理后，春季和秋季所獲取的沙丘剖面圖像在分辨率上并沒有顯著差異，2 次有效探測深度均在8 m左右。

圖4 不同季節(jié)探測獲得的新月形沙丘淺層構造圖像及其解譯Fig.4 Shallow structure images and interpretation of barchan dunes from different seasons

春季探測圖像（圖4a～b）中迎風坡淺層的層理構造更為清晰與豐富。迎風坡中上部5 m深度內高傾角斜層理和上凸形交錯層理十分明顯，偶見部分楔狀交錯層理；迎風坡下部淺表層2 m 深度內依稀可見部分上凸形交錯層理，3～5 m 深度以下全部呈現為低傾角-近水平層理與塊狀層理。這可能是由于春季沙丘中上部與丘間地和沙丘下部水分含量存在差異有關。已有研究表明，古爾班通古特沙漠春季亞表層沙的水分含量最高，沙丘不同部位水分含量也存在差異：沙丘中上部亞表層水分含量約為2.01%，而在丘間地和沙丘下部水分含量則達到了4.00%左右［29,35］。由于沙丘中下部水分含量較高，亞表層風沙層受到的凍融作用也更加明顯，因此沙丘坡腳地帶顯示更多的水平層理。而秋季古爾班通古特沙漠亞表層沙的水分含量較低且沙丘不同部位水分含量差異不大，均在0.45%～0.65%之間，所以在秋季探測圖像中（圖4c～d）上述差異并不明顯。

總體上看，秋季探測圖像不同部位、不同深度雷達相的組合特點與春季探測圖像類似，在迎風坡上部以上凸形交錯層理和楔狀交錯層理為主，偶見高傾角斜層理；迎風坡中下部上凸形交錯層理與高傾角斜層理、槽狀交錯層理間有分布，高傾角斜層理的傾斜角度和方向均與背風坡一致；背風坡上部則以高傾角斜層理為主，雷達相較為單一；而在3～5 m 以下的沙丘深處為低傾角-近水平層理與塊狀層理。

3.3 沙丘內部構造雷達相類型及其分布特點

依據上述實驗探測及不同季節(jié)新月形沙丘GPR縱剖面綜合分析，可以辨識沙丘內部不同類型的雷達圖像結構，據此劃分出5 種基本的雷達相（表1）。

表1 研究區(qū)新月形沙丘雷達相類型及其特點Tab.1 Radar facies and characteristics of barchan dunes in the study area

高傾角斜層理雷達相反射面清晰，連續(xù)性好，傾角28°～35°向下風方向傾斜，與背風坡傾向一致。它們大多彼此平行或近平行分布于迎風坡中上部，迎風坡下部也有分布但埋藏較深，最大深度約為5 m。這種雷達相應為疊置沙丘落沙坡崩積層形成的前積層理，反映出迎風坡上部和丘頂疊置沙丘較為活躍的移動過程。迎風坡坡腳埋藏的高傾角斜層理應為早期新月形沙丘順風移動殘留的沉積構造。

上凸形交錯層理雷達相反射面清晰、振幅強、連續(xù)性好，呈凸形構造向兩側傾斜，廣泛分布于迎風坡各部位，甚至在背風坡有局部出現，層理最大厚度可達5 m左右。根據對研究區(qū)廣泛分布的灌叢沙丘坡腳風蝕剖面觀察，這種雷達信號的結構形態(tài)與灌叢沙丘內部構造極為相似，Fu等發(fā)現這種上凸形交錯層理往往分布于植物被沙丘埋藏的位置［8］，探測過程中本文也注意到了同樣的現象，因此將該雷達相解釋為疊置灌叢沙丘構造被后期風沙層掩埋形成。

低傾角-近水平層理雷達相主要分布于迎風坡坡腳、中上部局地下凹段和背風坡坡腳，成因上屬于加積層理。一般分布在淺層3～5 m 以內，上部反射面清晰連續(xù)。但隨著深度增加，這種加積層理可能受到植物根系等生物擾動的影響，使得風積層的原生層理消失，反射信號變弱、分辨率較差。

楔狀交錯層理雷達相反射面清晰，傾角較小，呈楔狀彼此相切，分布在迎風坡中上部、丘頂和背風坡坡腳。在迎風坡淺層發(fā)育的楔狀交錯層理，可能是疊置灌叢沙堆之間的局部低洼地、風蝕槽風蝕坑被風沙流充填與上覆低傾角-水平層理交匯形成。丘頂部位發(fā)育的楔狀交錯層理可能源于風向的季節(jié)性變化，而在背風坡坡腳由低傾角的加積層與下伏風蝕界面交匯亦可形成楔狀交錯層理。

塊狀層理雷達相一般分布在4～5 m 以下的深度，未見底。在雷達反射圖像上觀察不到任何不均一現象，反映探測對象的組分和結構無明顯分異現象，不顯示細層構造的層理。其成因可能是沙丘深處的風積層受到長期的生物擾動使風積物原生層理消失殆盡而形成。

4 討論

4.1 各探測剖面內部構造雷達相的分布特點

圖5為在不同形態(tài)和規(guī)模的新月形沙丘上布設的GPR測線位置示意圖，以及所探測獲得雷達圖像剖面圖。根據以上基本雷達相分類，可辨識各個探測沙丘淺層構造雷達相的分布特點。

M6 沙丘高度約3 m，尚未形成落沙坡，沙丘兩坡較為對稱，形態(tài)低緩，形似餅狀沙堆。其探測剖面（圖5a）以低傾角-近水平的加積層理為主，交錯疊置小規(guī)模上凸形交錯層理，丘頂局部有高傾角斜層理，雷達相類型較為單一。

M5 沙丘高度約5 m，已有較明顯的落沙坡，但丘脊線鈍圓，沙丘兩翼形態(tài)也較為圓潤，形似盾狀沙丘。探測剖面（圖5b）顯示迎風坡上部分布有高傾角斜層理、在背風坡坡腳有低傾角-近水平層理。在迎風坡下部有規(guī)模較大的上凸形交錯層理構造，厚度達5 m，應為一個埋藏的規(guī)模較大的灌叢沙丘內部構造影像。

M4 沙丘高度約8 m，迎風坡平緩微凸，坡度15°～20°，落沙坡上部坡度26°～30°，下部較平緩，總體呈下凹形態(tài)，丘脊線明顯，類似雛形新月形沙丘。探測剖面（圖5c）顯示迎風坡上密布上凸形交錯層理，在中上部和丘頂局部有高傾角斜層理和楔狀交錯層理，丘頂疊置的上凸形交錯層理厚度較大。在迎風坡低緩凹進地段分布有低傾角-近水平層理，落沙坡淺層則顯示平行于沙丘坡面的加積層理構造。

圖5 不同規(guī)模形態(tài)新月形沙丘的雷達相及其組合特點Fig.5 Radar facies and their assemblage characteristics of barchan dunes with different morphologies

M7 沙丘高度達17 m，迎風坡中上部普遍發(fā)育有風蝕槽風蝕坑，丘脊線明顯，落沙坡上部坡度較大，可達28°～35°，但中下部坡度變緩，落沙坡分布有低矮草灌叢，沙丘平面形態(tài)呈現典型的新月形。其探測剖面（圖5d）顯示，迎風坡淺層遍布疊覆密布的上凸形交錯層理，楔狀交錯層理交替分布在迎風坡中上部和丘頂，同時在迎風坡上部、丘頂和落沙坡上部均分布有高傾角斜層理，反映疊置在迎風坡上部和丘頂的次級流動沙丘的移動過程，落沙坡上部的風沙流崩積作用也較為頻繁；在丘頂出現的楔狀交錯層理還可能是風向季節(jié)性交替變化形成的。在迎風坡局部低緩凹地和落沙坡坡腳地帶見有低傾角-近水平的加積層理。

綜上，隨著研究區(qū)新月形沙丘發(fā)育不斷成熟、規(guī)模逐漸擴大，沙丘深處開始發(fā)育有塊狀層理，淺層內部構造隨著沙丘形態(tài)特征和動態(tài)變化過程逐漸豐富且規(guī)律起來，如迎風坡上的上凸形交錯層理逐漸增多、丘頂逐漸發(fā)育楔狀交錯層理等。

4.2 流動新月形沙丘與固定、半固定新月形沙丘內部構造對比

在新月形沙丘的運動過程中，由于沙粒不斷地從迎風坡被搬運至落沙坡，沙丘內部往往形成與背風坡傾斜方向一致的板狀交錯層理［2,4］。因此，一般認為流動新月形沙丘的內部構造模式，在順風向縱剖面上，早期階段的層理向背風坡傾斜，傾角與背風坡坡度近似，即接近干沙休止角26°～34°的高傾角斜層理［2-4,36］，而層理組界面以較小角度（2°～6°）向下風方向傾斜。隨著新月形沙丘發(fā)育不斷成熟、沙丘高度和規(guī)模不斷增加，沙丘內部的崩積層理和層組界面均趨向高傾角變化［2-3］。

研究區(qū)新月形沙丘內部構造類型和分布特點與上述模式有很大差異。即，在順風向縱剖面上，高傾角斜層理主要分布于沙丘上部（迎風坡和背風坡）和丘頂，在高大新月形沙丘中延伸分布在淺層4～5 m深度以內，迎風坡中下部淺層也有局部出現；在小規(guī)?；虺跗诎l(fā)育階段的新月形沙丘中，高傾角斜層理出現較少、延伸分布深度更淺。上凸形交錯層理則是研究區(qū)不同形態(tài)規(guī)模、不同發(fā)育階段新月形沙丘淺層構造中的常見層理類型。對于流動沙丘而言，一般僅保存背風坡層理，所以，研究區(qū)沙丘上探測到的迎風坡層理是沙丘流動性小的反映。沙丘不同部位沉積構造的差異，如迎風坡上部和丘頂的楔狀交錯層理、高傾角斜層理暗示研究區(qū)沙丘上部流動性更強，迎風坡中下部密布的上凸形交錯層理表明該部位已趨于固定，這與研究區(qū)沙丘“固身縮頂”的地貌景觀相吻合。在4～5 m深度以下，研究區(qū)固定、半固定新月形沙丘內部構造全部成像為與沙丘橫斷面起伏形態(tài)一致的低傾角-近水平層理雷達相和塊狀層理雷達相，而非與背風坡（落沙坡）傾斜方向一致的板狀交錯層理，探測圖像的分辨率很差。根據對裸露沙丘剖面沉積構造序列及其特征的觀察（圖3a1），我們認為這種現象是埋藏在沙丘深處的風積層受到了植物根系等生物作用的強烈擾動，使得風積層原生層理消失，產生“均質化”形成的塊狀層理，因此使得探測圖像的分辨率變得很差、GPR的探測深度受到很大限制。

4.3 研究區(qū)新月形沙丘（鏈）內部構造的成因

新月形沙丘淺層構造中廣泛發(fā)育上凸形交錯層理，本文認為可能與區(qū)域氣候趨向濕潤變化、大范圍封沙育林以致沙區(qū)植被蓋度增加有密切的關系。研究表明，近60 a來北疆年均降水量增加［37-40］、近地表平均風速降低［41］，沙區(qū)土壤濕度增加、植被生長條件轉好；同時，國家加大了沙漠生態(tài)保護力度和生態(tài)建設，一系列綜合治理措施促進了沙區(qū)植被保育，改善了沙區(qū)植被蓋度狀況［32-35,37,42-43］。這些過程導致古爾班通古特沙漠西緣沙丘面積減少［43］，日趨擴展的草灌叢植被攔截風沙，在沙漠邊緣廣泛發(fā)育灌叢沙丘，在一些較大規(guī)模沙丘的迎風坡上也常疊置發(fā)育一些小尺度的灌叢沙丘，這些疊置灌叢沙丘直接影響母體新月形沙丘表層的風沙蝕積過程（圖2b～c）。隨著沙丘表面植物凋落物增加、分解物質的循環(huán)加強，生物土壤結皮廣泛發(fā)育并在沙丘表層形成弱膠結的風沙土，進一步截留細粒沉積物并保護埋藏沙丘免遭風蝕，有利于保護埋藏灌叢沙丘的沉積構造。Roskin等［44］在以色列內蓋夫沙漠植被線形沙丘內部構造研究中也發(fā)現，在線形沙丘演化的整個過程中都有生物土壤結皮的疊置發(fā)育。

王雪芹等在古爾班通古特沙漠沙丘腹地對現代風沙活動進行了實地監(jiān)測，發(fā)現沙丘（沙壟）的穩(wěn)定程度從基部至頂部呈現明顯的差異，表現為風沙流活動主要集中在沙丘（沙壟）中上部和丘頂，而沙丘（沙壟）中下部和丘間地很穩(wěn)定［29,45-46］。古爾班通古特沙漠良好的水熱配置為荒漠植被的生長提供了有利條件，植被尤其是短命植物是穩(wěn)定沙面的主要貢獻者［29,31］，生物土壤結皮的假根可以緊密地附著在沙面上進一步提升丘間地和沙丘中下部的穩(wěn)定性（圖2a）。此外，在較大尺度新月形沙丘上，隨著迎風坡地勢升高、風速逐漸加大，在丘頂風速達到最大［1,3］，因而沙丘中上部和丘頂的風沙蝕積過程很活躍［47］，伴隨風向的季節(jié)變化，丘頂風沙蝕積過程更為頻繁（圖2d）。所以本項探測中在大型新月形沙丘的中上部和丘頂淺層常見高傾角斜層理和楔狀交錯層理。

在所有探測剖面深度4～5 m以下均為反射信號微弱、圖像分辨率很低的塊狀層理，這些塊狀層理之間互相平行，總體產狀隨沙丘地形起伏而變化。其成因可能與強烈的生物擾動作用導致風積層原生層理構造消失的“均質化”過程有關。研究表明，古爾班通古特沙漠中梭梭和白梭梭的根系深度可達10 m［35］，荒漠植物發(fā)達的根系活動不斷擾動和粘結風沙層，在固定沙丘的同時也為荒漠動物活動提供有利的生態(tài)環(huán)境，尤其是穴居動物的頻繁擾動，使不同層次間的沙粒進一步混合。在世界其他沙漠，一些研究者也發(fā)現類似的生物作用對沙丘內部構造的影響［48-50］。Bristow等［51］在澳大利亞辛普森沙漠發(fā)現植被線形沙丘上微生物和草灌叢大量捕獲細粒組分，黏土含量的增加導致GPR的穿透能力受到限制，大量穴居生物擾動重置了沙丘的原生內部構造。我們在實地考察發(fā)現，在裸露沙丘剖面上（圖2a1），1～2 m深度內有大量穿越風積層理的植物根系，并有較多灰黑色、淡灰黑色的薄層砂質土壤，在3～4 m以下層理逐漸消失，過渡為塊狀構造，說明研究區(qū)較高的植被蓋度、深入沙丘內部的植物根系和頻繁的生物活動對沙丘內部沉積構造產生了明顯的影響。

5 結論

在野外風沙地貌考察基礎上，本文選取古爾班通古特沙漠西南邊緣新月形沙丘（鏈）分布區(qū)，在春、秋兩季對不同形態(tài)新月形沙丘內部構造進行GPR 探測，在6 個探測樣方布設累計長度約1000 m的探測線，獲取了不同規(guī)模的固定、半固定新月形沙丘約8 m 深度內的沉積構造信息，結合區(qū)域自然地理特征綜合分析，獲得研究區(qū)新月形沙丘（鏈）內部構造特征的一些初步認識：

（1）根據雷達反射面紋理組合特點，本項探測共識別出5種內部構造雷達相，即高傾角斜層理、上凸形交錯層理、楔狀交錯層理、低傾角-近水平層理和塊狀層理。其中，前4種層理的反射信號清晰，但分布深度較淺，主要在3～4 m 深度以內。而在深度4～5 m以下分布的塊狀層理雷達相，反射信號微弱、分辨率較差。這些層理類型及其組合分布特點不同于流動新月形沙丘的內部構造。

（2）高傾角斜層理、楔狀交錯層理主要分布在高大新月形沙丘（鏈）的迎風坡坡腳、上部和丘頂地帶。迎風坡坡腳埋藏的高傾角斜層理應為早期新月形沙丘移動的證據，迎風坡上部和丘頂的斜層理由流動的疊置沙丘背風坡風沙流不斷崩積而成，反映了高大新月形沙丘（鏈）這些部位風沙活動頻繁，沙丘“固身縮頂”后埋藏的前積紋層因風蝕而出露。楔狀交錯層理是在迎風坡上風蝕坑和風蝕槽中由風沙充填或在丘頂部位因風向的季節(jié)變化所致。

（3）上凸形交錯層理是風沙流圍繞灌木植物堆積發(fā)育的向上彎曲的灌叢沙丘內部構造，這種層理構造類型廣泛分布在研究區(qū)新月形沙丘的迎風坡淺層，并在背風坡下部淺層也有局部出現，表明疊置灌叢沙丘的生消變化在現代沙丘表層的風沙過程中占有重要地位，日漸擴展的植被蓋度對研究區(qū)新月形沙丘的穩(wěn)定和固化產生明顯的影響。而深部塊狀層理可能是早期的風積層受到強烈生物作用，使得原生層理消失所致。

（4）研究區(qū)沙丘內部構造類型和組合分布，反映了趨于穩(wěn)定或衰退狀態(tài)的新月形沙丘“固身縮頂”的地貌特征與動態(tài)變化特點，如廣泛發(fā)育灌叢沙丘，迎風坡中上部和丘頂常見風蝕槽和風蝕坑，背風坡坡度變緩、崩積層停止發(fā)育，現代風沙活動集中于沙丘上部和丘頂等。這些變化特點與半個多世紀以來北疆沙漠氣候變暖變濕、平均風速減弱、植被蓋度增加的區(qū)域自然地理環(huán)境變化趨勢有一定的吻合性，但有待于利用地質年代數據進一步驗證。

（5）在未來工作中，針對研究區(qū)較大尺度新月形沙丘（鏈）在縱剖面探測基礎上，可以開展橫剖面探測，以獲取沙丘內部構造的三維圖像信息。同時，根據新月形沙丘內部沉積構造序列特點，例如淺層高傾角斜層理、楔狀層理分布區(qū)與深部塊狀層理分布區(qū)的上下疊覆關系，分層采樣進行光釋光測年研究、建立沙丘沉積序列的年代學框架，應當是全面認識新月形沙丘演化過程的重要途徑。