榕江平原全新世硅藻記錄與古環境重建*

張愷，凌懇，劉春蓮，殷鑒，吳月琴

(1.中山大學地球科學與工程學院/廣東省地球動力作用與地質災害重點實驗室， 廣東 廣州 510275； 2.廣東省地質調查院，廣東 廣州 510080； 3.廣東省地質過程與礦產資源探查重點實驗室，廣東 廣州 510275)

硅藻作為一種單細胞真核藻類，數量龐大，廣泛分布于海洋和陸地水體中，是海洋植物中最主要的成員之一[1-3]。硅藻不僅對于水體理化性質(如溫度、鹽度、水深、pH值和營養條件等)的變化十分敏感，且由于細胞壁由非晶質SiO2組成，其抗溶解能力較鈣質微體化石更強，更易于保存在沉積物中[4]。因此，硅藻常作為追溯環境變化的有效生物標志，被運用于第四紀古環境重建，以探討海平面升降變化和海岸線變遷等問題[5-9]。

潮汕平原位于粵東沿海地區，是韓江和榕江于河流入?？谔幮纬傻娜侵奁皆?，主體部分可分為韓江三角洲和榕江平原。前人通過沉積相、微體古生物學及年代學分析，對潮汕平原第四紀古環境演變進行了探討[10-18]，但研究區均以韓江三角洲為主，榕江平原的第四紀研究相對較少。硅藻在潮汕平原第四紀沉積物中含量豐富，是重建該地區古環境變化較為理想的指標。本文對采自榕江平原揭陽地區2條鉆孔巖心的硅藻記錄進行了系統分析，并結合巖性特征和測年數據，重建榕江平原全新世以來的古環境演變。

1 材料與方法

研究所用鉆孔ZK01位于揭陽市榕城區(116°23′36″E，23°32′51″N)，孔深90.85 m，孔口高程8 m；鉆孔ZK02位于揭陽市炮臺鎮(116°28'30″E，23°31′36″N)，孔深100 m，孔口高程2 m(圖1)。鉆孔ZK01和ZK02僅在全新統中出現硅藻化石，故文中主要關注鉆孔全新世沉積與古環境演變。

圖1 榕江平原鉆孔ZK01和ZK02地理位置Fig.1 Location of boreholes ZK01 and ZK02 in the Rongjiang Plain

分別對2條鉆孔巖心進行巖性觀察、硅藻分析樣品和粒度分析樣品的采集。ZK01孔12.65 m以上全新世沉積中共取硅藻分析樣品41個，粒度分析樣品39個。ZK02孔21.65 m以上全新世沉積中共取硅藻分析樣品71個，粒度分析樣品78個。

硅藻樣品處理方法如下：取5 g樣品，分別加入體積分數為10%的鹽酸與30%的雙氧水充分反應，以去除樣品中鈣質與有機質。然后將樣品過100目網篩進行篩選，并使用ZnBr2重液對篩下物質進行浮選。最后加入甘油制成玻片，在Olympus CX31光學顯微鏡下對硅藻進行觀察、鑒定和統計。顯微鏡放大倍數為400，每個樣品鑒定和統計硅藻殼體至少300粒。硅藻豐度(A0)為每克干沉積物含硅藻殼體粒數，通過以下公式計算：

其中，A為觀察的硅藻殼體粒數；S為樣品總行數，s為觀察行數；V為總體積(mL)，v為蓋玻片滴溶液的體積(ml)；W為樣品干質量(g)。

粒度分析方法根據樣品的不同特征，分別采用激光法與傳統篩分法。粒度分析處理流程如下：每個樣品取5 g左右置于烘箱內，以40 ℃溫度烘干至恒質量。將烘干的樣品放入規格為50 mL的離心管中，分別加入體積分數為15%的雙氧水與20%的鹽酸，充分反應以去除樣品中的有機質和鈣質。隨后對經過上述處理的樣品加入純水清洗。對于粒徑小于2 000 μm的樣品，加入5 mL濃度為0.5 mol/L的六偏磷酸鈉溶液，超聲波震蕩10 min后送入Mastersizer 3000激光粒度分析儀進行粒度測試，每個樣品測試3次，測試結果取平均值。粒徑大于2 000 μm的樣品在清洗步驟后過2 mm網篩，細顆粒部分仍采用激光粒度分析儀進行測試，粗顆粒部分用傳統篩分法分析，兩部分數據合并獲得完整的粒度數據。粒級標準采用尤登-溫德華氏等比制Φ值粒級標準，粒度參數采用?？撕臀值铝６葏倒接嬎?。

此外，在鉆孔巖心中選取樣品分別進行加速器質譜(AMS)14C測年與光釋光(OSL)測年。AMS14C測年在北京大學加速器質譜實驗室完成，測量數據由軟件Calib校正為日歷年齡。光釋光(OSL)測年在中國地質大學(武漢)釋光測年實驗室完成, 采取單片再生與標準生長曲線法進行測試。測年結果見表1和2。

表1 榕江平原鉆孔ZK01光釋光(OSL)測年結果Table 1 OSL dating results of borehole ZK01 in the Rongjiang Plain

表2 榕江平原鉆孔ZK02 AMS14C測年結果Table 2 AMS14C dating results of borehole ZK02 in the Rongjiang Plain

根據沉積速率外推法推算出鉆孔ZK01全新世沉積底界年代約為9.6 cal ka B.P.，鉆孔ZK02全新世沉積底界年代約為10.4 cal ka B.P.，鉆孔其他深度年代根據測年結果由內插/外推法估算。

2 沉積學特征

根據鉆孔ZK01和ZK02的沉積物巖性及粒度特征，結合年代數據，將鉆孔ZK01和ZK02全新世巖心從下而上劃分為5層(圖2，圖3)。

2.1 ZK01孔

ZK01孔沉積物巖性于孔深12.65 m處發生突變，12.65 m以下為灰白色黏土質粉砂，見零星鐵錳質斑點，12.65 m以上為青灰色細砂質粉砂。結合鉆孔ZK01于孔深10.455 m獲得的光釋光年齡(6.4±0.7) ka，判斷該粘土質粉砂層為末次盛冰期產物，與同時期珠江三角洲花斑黏土層及長江三角洲硬黏土層相當。將孔深12.65 m作為鉆孔ZK01全新統與更新統界線，除去頂部0～0.5 m人工擾動層，鉆孔ZK01全新統按照孔深劃分如下：

1) 12.65～10.48 m：青灰色細砂質粉砂，見較多腐木與貝殼碎片，孔深11.9～11.8 m炭化腐木與貝殼碎片富集，呈層狀展布。粒徑范圍為4.95～5.67Φ，平均值為5.31Φ。標準偏差為1.57～1.88Φ，平均值為1.72Φ。

2) 10.48～7.98 m：青灰色粉砂質細砂，見零星腐木，孔深8.15～8.10 m處出現大量貝殼碎片。粒徑范圍為3.36～5.11Φ，平均值為4.31Φ。標準偏差為1.68～2.34Φ，平均值為2.13Φ。

3) 7.98～4.73 m：灰黑色細砂質粉砂，見零星腐木與貝殼碎片。粒徑范圍為4.23～5.96Φ，平均值為5.32Φ。標準偏差為1.59～2.35Φ，平均值為1.95Φ。

4) 4.73～2.73 m：青灰色細砂質粉砂，見大塊腐木。粒徑范圍為5.62～6.53Φ，平均值為6.02Φ。標準偏差為1.33～1.83Φ，平均值為1.64Φ。

5) 2.73～0.5 m：青灰、灰褐色細砂質粉砂，頂部見褐黃色鐵錳質斑點。

圖2 榕江平原鉆孔ZK01巖性特征及測年結果Fig.2 Lithological characteristics and calibrated dates of boreholes ZK01 in the Rongjiang Plain

2.2 ZK02孔

ZK02孔沉積物巖性于孔深21.65 m處發生突變，21.65 m以下為灰白色粗砂，僅含少量粉砂與黏土，21.65 m以上為灰白色細砂質粉砂。結合鉆孔ZK02于孔深18.95 m獲得的14C年齡(9.146±0.1) cal ka B.P.，判斷該粗砂層屬于末次冰盛期河流相沉積。將孔深21.65 m作為鉆孔ZK02全新統與更新統界線，除去頂部0～1.47 m人工擾動層，鉆孔ZK02全新統按照孔深劃分如下：

1) 21.65～20.23 m：灰白色細砂質粉砂。粒徑范圍為4.07～6.67Φ，平均值為4.97Φ。標準偏差為1.32～3.45Φ，平均值為2.88Φ。

2) 20.23～17.75 m：灰黑色黏土質粉砂，孔深19.05～17.75 m見大量弱炭化腐木。粒徑范圍為6.42～6.90Φ，平均值為6.66Φ。標準偏差為1.12～1.59Φ，平均值為1.36Φ。

3) 17.75～13.23 m：青灰色黏土質粉砂。粒徑范圍為6.72～7.10Φ，平均值為6.96Φ。標準偏差為0.90～1.62Φ，平均值為1.07Φ。

4) 13.23～1.97 m：青灰色含黏土粉砂，孔深8.9～9.1 m見大量貝殼碎片及少量腐木。粒徑范圍為5.76～6.97Φ，平均值為6.70Φ。標準偏差為0.99～1.78Φ，平均值為1.21Φ。

5) 1.97～1.47 m：灰黃-青灰色含黏土粉砂，見褐黃色鐵錳質斑點。

圖3 榕江平原鉆孔ZK02巖性特征及測年結果Fig.3 Lithological characteristics and calibrated dates of boreholes ZK02 in the Rongjiang Plain

3 硅藻特征分析

3.1 硅藻生態類型

根據硅藻對于水體鹽度的適應性，硅藻主要有3種生態類型：海水種、半咸水種與淡水種[2, 19-20]。鉆孔ZK01和ZK02共鑒定出2屬8種硅藻，屬于海水種和半咸水種。海水種包括Coscinodiscusoculus-iridis,C.perforatusvar.pavillardi,C.jonesianus,C.argus,C.asteromphalus和C.turgidus，這類硅藻喜生活于正常鹽度的海水環境，其中C.perforatusvar.pavillardi為冷水性種。半咸水種包括C.rothii和Triceatium.favus，它們適應鹽度范圍較廣，常見于潮間帶。兩個鉆孔中均以C.oculus-iridis和C.asteromphalus為主要優勢種。

3.2 硅藻在鉆孔中的分布特征

鉆孔ZK01孔深11.90 m以下未見任何微體古生物?？咨?1.90 m以上則硅藻豐富，共鑒定出8種硅藻，包括C.oculus-iridis,C.asteromphalus,C.turgidus,C.rothii,C.jonesianus,C.perforatusvar.pavillardi,C.argus和T.favus。鉆孔ZK02孔深15.90 m以下未見任何微體古生物?？咨?5.90 m以上則硅藻豐富，共鑒定出6種硅藻，包括C.oculus-iridis,C.asteromphalus,C.turgidus,C.rothii,C.jonesianus和T.favus。根據沉積物中硅藻海水種和半咸水種的相對占比以及硅藻總豐度的垂向變化，ZK01和ZK02孔中可以識別出5個硅藻層位(圖4和5)：

Ⅰ：8.5～5.5 ka B.P.(ZK01孔深11.90～9.85 m，ZK02孔深15.90～12.10 m)

硅藻初始豐度很低，向上略有增加，平均硅藻豐度不超過300 粒/g。ZK01孔以海水種C.oculus-iridis(43%)和C.asteromphalus(37%)為主要優勢種。ZK02孔以海水種C.oculus-iridis(42%)為主要優勢種，但半咸水種占比達32.4%。

Ⅱ：5.5～3.9 ka B.P.(ZK01孔深9.85～7.85 m，ZK02孔深12.10～8.60 m)

硅藻豐度明顯增加，ZK01孔平均硅藻豐度上升至3 764 粒/g，ZK02孔平均硅藻豐度上升至3 252 粒/g。ZK02孔硅藻豐度在孔深11.9～11.85 m處達到全孔最高值(11 802 粒/g)。ZK01和ZK02硅藻豐度分別于孔深8.15～8.10 m與9.15～9.10 m出現大幅度降低，平均硅藻豐度不超過300 粒/g，半咸水型硅藻占比分別上升至8.2%與16.7%。ZK01主要優勢種依然為海水種C.oculus-iridis(40%)和C.asteromphalus(32%)。ZK02主要優勢種為半咸水種C.rothii(38%)和海水種C.oculus-iridis(37%)，半咸水種占比升高至39.5%。

Ⅲ：3.9～3.7 ka B.P.(ZK01孔深7.85～7.10 m，ZK02孔深8.60～7.35 m)

硅藻豐度較前一階段突然大幅度降低，分異度也出現下降。ZK01孔平均硅藻豐度下降至954 粒/g，分異度由6降為5。ZK02孔平均硅藻豐度下降至453 粒/g，分異度由5降為4。兩個鉆孔優勢種均為海水種C.asteromphalus和C.oculus-iridis。

Ⅳ：3.7～2.9 ka B.P.(ZK01孔深7.10～4.15 m，ZK02孔深7.35～4.60 m)

硅藻豐度較上一階段再次上升。ZK01孔平均硅藻豐度上升至2 804 粒/g，硅藻豐度分別在孔深6.15～6.10 m和4.65 m處達到峰值；ZK02孔平均硅藻豐度上升至1 334 粒/g，硅藻豐度分別于7.15 m與5.9 m達到峰值。主要優勢種均為海水種C.oculus-iridis和C.asteromphalus，海水種占比高達96%。

Ⅴ：2.9～2.4 ka B.P.(ZK01孔深4.15～2.60 m，ZK02孔深4.60～2.10 m)

硅藻豐度較上一階段未發生太大變化，平均硅藻豐度為2 100 粒/g，但硅藻分異度達到鉆孔最大值。ZK01孔硅藻豐度在3.15 m達到峰值(3 732 粒/g)，ZK02孔硅藻豐度于3.9 m處達到峰值(5 297 粒/g)。硅藻主要優勢種仍為海水種C.oculus-iridis和C.asteromphalus。但ZK01孔海水種占比下降至87%，并出現少量冷水性種Coscinodiscusperforatusvar.pavillardi(3%)。

4 古環境重建

依據鉆孔ZK01和ZK02 的硅藻分布特征和沉積特征，并結合年代框架，可重建研究區全新世以來的古環境演變。研究區于10.4 ka B.P.左右開始接受冰后期沉積，約8.5 ka B.P.開始出現硅藻記錄，約2.4 ka B.P.硅藻消失，其間硅藻分布和沉積特征發生了多次變化。鉆孔ZK01和ZK02的硅藻垂向變化趨勢一致，均可劃分出5個硅藻層位(圖4和圖5)。位于南部的ZK02孔硅藻豐度總體上高于ZK01孔，但兩個鉆孔的硅藻層位之間呈對應關系，顯示相似的階段性。據此，可將研究區全新世以來的沉積環境演化按時間順序從老到新分劃為6個階段(圖6)。

圖4 榕江平原鉆孔ZK01硅藻屬種垂直分布特征Fig.4 diatom distribution of borehole ZK01 in the Rongjiang Plain

圖5 榕江平原鉆孔ZK02硅藻屬種垂直分布特征Fig.5 diatom distribution of borehole ZK02 in the Rongjiang Plain

圖6 榕江平原鉆孔ZK01和ZK02全新世以來的沉積環境演化Fig.6 Holocene environmental stages of boreholes ZK01 and ZK02 in the Rongjiang Plain

1)約10.4～8.5 ka B.P.

隨著末次冰期的結束，氣候變得溫暖濕潤，南海海平面于約19 ka B.P.開始迅速回升[21]。珠江三角洲約在13.6 ka B.P.出現海侵記錄，該時間與長江三角洲最早海侵時間相當[22-23]。李平日等[24]提出韓江三角洲接受海侵時間相對較晚，約從12 ka B.P.開始。根據所得測年數據推算，鉆孔ZK02所在位置約于10.4 ka B.P.開始接受全新世沉積。其沉積特征表明，鉆孔所在地初期發育河漫灘環境，約9.2 ka B.P.后逐漸轉變為沼澤環境。鉆孔ZK01接受沉積時間略晚，約于9.6 ka B.P.開始發育沼澤環境。該階段鉆孔沉積物中未見微體生物記錄，表明海水尚未入侵鉆孔所在地。研究區沉積環境可與同時期韓江三角洲沉積環境進行比對，鄭卓等[14]對汕頭-澄海地區的孢粉研究表明，韓江三角洲南部地區在10～8.5 ka B.P.發育淡水沼澤環境。沉積記錄中常有腐木層出現，是由于沼澤環境中生長大量沼生與濕生草本植物所致。

2)8.5～5.5 ka B.P.

沉積物中開始出現硅藻記錄(對應硅藻層位Ⅰ)，指示海水開始進入研究區。硅藻起初僅有零星出現，后豐度逐漸上升，表明海水影響逐漸增加。但硅藻半咸水種T.favus與C.rothii在ZK02孔中占比高達32.4%，反映該階段海水對研究區的影響有限。李平日等[24]認為，中全新世早期粵東海平面迅速上升。海水分兩支進入潮汕平原，東支從澄海進入韓江三角洲，西支經過牛田洋涌入榕江三角洲[11]。與研究區鄰近的韓江三角洲在中全新世普遍發育紅樹林沼澤環境[24]，并在8～5 ka B.P.達到最盛，汕頭-澄海一帶也有相應記錄[14]。榕江平原與韓江三角洲沉積特征相似，鉆孔ZK01沉積物中出現大量腐木與貝殼碎片，表明鉆孔所在地在該階段受到海水入侵影響，發育潮間帶沼澤環境；鉆孔ZK02沉積物中出現貝殼，反映潮灘環境。

3)5.5～3.9 ka B.P.

兩個鉆孔沉積物中硅藻含量非常豐富(對應硅藻層位Ⅱ)。鉆孔ZK02海水種硅藻占比大幅度增加，由33%上升至96%，表明海水對鉆孔所在地影響增強，研究區開始發育河口灣環境。鉆孔ZK02在約5.5 ka B.P.(孔深11.9～11.85m)硅藻豐度達到最高值，指示海侵影響達到最大。前人對于韓江三角洲的研究表明，潮汕平原在5.5～4 ka B.P.處于海侵范圍擴大階段，海水最遠可達潮州和揭陽以北[12, 15]，海平面在6～5 ka B.P.期間達到最高[10-11, 13-14, 16-18]。中國東部地區基于孢粉記錄的古氣候重建也顯示，氣溫于6 ka B.P.達到最高[25]。此外，湄公河三角洲最大海侵記錄也發生在5 ka B.P.左右[26-27]，文中榕江平原的海侵擴大階段與最大海侵記錄可與之對應。需特別指出的是，鉆孔ZK01和ZK02分別于孔深8.15～8.10 m與9.15～9.10 m發生巖性突變，沉積物中砂含量增高，硅藻含量驟降，并出現大量貝殼碎片。據此推測，該層位記錄了約在3.8 ka B.P.發生的一次風暴潮事件。

4)3.9～3.7 ka B.P.

5)3.7～2.4 ka B.P.

該階段硅藻豐度再次出現上升，分異度達到最大(對應硅藻層位Ⅳ與層位Ⅴ)，指示研究區開始發育河口灣環境。硅藻豐度在該時間段內出現3個旋回，與小規模的水深變化旋回相應。ZK01孔沉積物中細砂含量升高，沉積物中出現少量植物碎屑，表明受河流影響更強。李平日等[24]對于廣東東部全新世海侵的研究表明，中全新世晚期海平面處于緩慢上升至相對停滯的狀態，粵東一帶在該時間段內廣泛發育的貝殼堤型海灘巖可為佐證。該階段韓江三角洲沉積環境與本區存在差異，鄭卓[12]關于汕頭-澄海-庵埠一帶的鉆孔孢粉記錄顯示，4 ka B.P.后紅樹植物大幅減少，表明海水已經退出韓江三角洲。這一差異可能是由于韓江三角洲與榕江平原向前推進速度不同導致。韓江輸沙量較大，使得韓江三角洲泥砂在該階段進一步向南堆積，而榕江輸沙量小，“源短沙少”且榕江河口灣牛洋田的潮汐作用較強，導致鉆孔所在區域向外淤進的速度比較緩慢[15]。該階段后期鉆孔ZK01中半咸水種C.rothii豐度占比顯著上升，并出現冷水性種C.pavillardi，反映研究區受到河流影響，水體鹽度及水溫均有所降低。珠江三角洲的孢粉分析中也存在2 ka B.P. 左右水松因氣候轉冷而大量死亡的記錄，可與此現象進行比對[28]。

6)2.4 ka B.P.以來

沉積物中硅藻消失，巖性變為灰褐色細砂質粉砂，表明該階段海水退出，研究區發育三角洲相沉積。前人記錄中，海水從韓江三角洲退出時間約為2 ka B.P.[10]，據《潮州府志》記載，潮州北側2 km處的意溪以南在秦漢時期(距今2.2～1.8 ka B.P.)為仍為濱海地帶，后隨著三角洲向海推進，逐漸變為陸地[11]。榕江平原和韓江平原類似，約2.4 ka B.P.以來河流作用增強，海水退出，研究區發育三角洲平原相沉積。

5 結 論

對鉆孔ZK01和ZK02沉積特征與硅藻特征的分析表明，在海平面變化與河流作用的共同影響下，榕江平原全新世環境演化經歷了6個階段：

1)約10.4～8.5 ka B.P.研究區尚未受到海水影響，形成河漫灘-淡水沼澤相沉積；

2)8.5～5.5 ka B.P.海水入侵，沉積物中開始出現硅藻記錄，發育潮間帶沼澤-潮灘環境；

3)5.5～3.9 ka B.P.沉積物中硅藻含量豐富，研究區為河口灣環境。約5.5 ka B.P.海侵達到最大，此時ZK02孔硅藻豐度與分異度達到全孔最高值；

4)3.9～3.7 ka B.P.發生一次短暫海退，海水影響作用減弱，導致硅藻豐度明顯降低，ZK01孔發育咸水沼澤相沉積，ZK02孔仍為河口灣環境；

5)3.7～2.4 ka B.P.海平面再次上升至相對穩定，研究區持續發育河口灣環境，期間出現3次小規模的水深變化旋回，水體鹽度隨之發生變化，從而影響硅藻組成與豐度；

6)2.4 ka B.P以來，海水退出研究區，河流作用增強，研究區發育三角洲平原相沉積。