与现代湖泊中浮游植物的生长发育受水体环境影响一样,化石浮游藻类的种类和数量都受当时湖泊环境因素的控制。换句话说,不同种类的浮游藻类是在其所适应的盐度、光照和温度、营养条件下生存或繁盛的(表8-1)。所以,中国近海各盆地古近纪浮游藻类在空间和时间分布上都存在着差异,是古近纪古湖环境不同的直接证据。根据化石浮游藻类的分析结果,可见研究区古近纪浮游藻类组合有几种主要类型(表8-2):①盘星藻组合;②盘星藻-球藻组合;③百色藻-球藻组合;④球藻组合;⑤渤海藻类-球藻组合;⑥刺孢囊型沟鞭藻-球藻组合;⑦葡萄藻、盘星藻-球藻组合。湖相沉积浮游藻类组合不同是古近纪古湖水环境差异的反映。
表8-1 中国东部陆上和近海盆地古近纪—新近纪浮游藻类的重要类型及其古环境意义
表8-2 中国近海古近纪湖相浮游藻类组合主要类型
(一)渤海古湖
渤海古近纪浮游藻类组合中含量普遍较高的虽然是球藻,但种类繁多且含量不低的陆相沟鞭藻类是渤海古近纪生物地层的最大特色。包括渤海在内的渤海湾盆地是我国陆相沟鞭藻研究的发祥地。渤海最常见的陆相沟鞭藻是以渤海藻、副渤海藻为代表的贴近孢囊型多甲类沟鞭藻(渤海藻类)和以稀管藻、繁棒藻为代表的刺孢囊型旋沟类沟鞭藻。前者在数量上大大超过后者。据现代和化石的海相沟鞭藻研究发现,沟鞭藻类并非全为营光合作用制造食物的自养藻类,据其营养方式可以分为自养型沟鞭藻和异养型沟鞭藻。旋沟类沟鞭藻为自养型沟鞭藻,而多甲类沟鞭藻为异养型沟鞭藻(Harland,1989)。因此,异养型沟鞭藻繁盛于距岸较近,有机物丰富的内陆架,而自养型沟鞭藻在外陆架至大洋的沟鞭藻组合中常占优势。湖水体接纳陆源有机物数量甚至比海陆架区更为丰富。所以,湖相沉积中往往因异养型沟鞭藻繁盛而自养型沟鞭藻数量上近乎受到抑制。渤海藻类是一种能忍受较宽盐度的类型,可生存于各种咸水湖泊中(徐金鲤,1989)。其中渤海藻比副渤海藻更能适应盐度较高的咸水。副渤海藻既可与指示盐度较高水体的旋沟类沟鞭藻共生(茅绍智等,1995),又可与反映水体偏淡的球藻共生,特别是副渤海藻可与指示低矿化度水的沟鞭藻类(如百色藻等)共生。
渤海海区进入始新世—渐新世的沙河街组形成时期,气候条件已非同于古新世的亚热带干旱气候,而可能已经存在干湿交替的气候。这一气候条件在湖水性质上的反映是降雨和蒸发量变化引起的湖水盐度变化。另一个重要因素是集水盆地构造演化导致的古湖沉降阶段湖水深、湖面大;沉降慢或抬升阶段湖水浅,湖面缩小。渤海各凹陷或地区不同钻井剖面的纵向上都可以辨识到浮游藻类组合变化反映的湖水特征变化。总体上看,浮游藻类含量高的是沙三段和沙一段。除球藻外,两者中陆相沟鞭藻的含量较高。但相比之下,沙三段的沟鞭藻含量要高得多,其含有大量的渤海藻和副渤海藻;沙一段的沟鞭藻含量不很高,却是以刺孢囊型旋沟类沟鞭藻为主(图8-17)。整个古近纪剖面旋沟类沟鞭藻普遍不多,沙一段较多含此藻类,十分注目。浮游藻类组合中出现很多沟鞭藻的事实可说明湖水在这两个阶段达到了盐度较高的咸水湖。然而,从沟鞭藻类型看,湖泊的营养状况是影响浮游藻类组合特征的重要因素。
图8-17 LD22-1-1井古近纪浮游藻类图式
多甲类的渤海藻类繁盛是湖水有机类营养物丰富的证据。多甲类沟鞭藻的衰减,刺孢囊型旋沟类沟鞭藻较多出现,可能说明沙一段沉积时期湖水营养类型的改变,即有机质营养物不再丰富,多甲类沟鞭藻生长繁盛受到抑制。渤海湾盆地沙二段是湖泊变浅变淡期的沉积产物,这时期湖盆沉降缓慢,陆源输入增加,湖水淡化(徐金鲤,1993)。渤海海区大部也是如此。沙二段淡水绿藻类普遍发育,甚至出现盘星藻勃发的层段(图8-18)。
渤海东营组沉积时,湖水明显淡化,浮游藻类中的陆相沟鞭藻类含量普遍很低,成为盘星藻-球藻组合或葡萄藻、盘星藻-球藻组合(图8-18,图8-19)。葡萄藻是一类广布于内陆水体的浮游藻,通常生活于淡水湖泊和池塘中(胡鸿钧,1980)。化石葡萄藻与盘星藻一样常见于淡水古湖沉积中。在这两种常见化石绿藻共生的地方,盘星藻较高的生长速率往往造成繁殖优势,从而抑制葡萄藻的繁盛。一般认为葡萄藻更耐盐一些(Tyson,1993)。渤海古近纪地层中葡萄藻较多出现的部位是沙一段到东营组中、下部。绿藻中葡萄藻的发育可能暗示湖水不利于盘星藻大量生长。但绿藻中无论是葡萄藻或是盘星藻的较多出现,都证明沙河街组沉积时期以后,渤海古湖趋于淡化。
图8-18 BZ34-2-2AD井古近纪浮游藻类图式
图8-19 12B-13-1井东营期浮游藻类图式
(二)珠江口古湖
珠江口盆地古近纪地层中普遍发育盘星藻组合,其中盘星藻含量占绝对优势(图8-20)。神狐组和文昌组富含盘星藻,恩平组含少量盘星藻。盘星藻属于绿藻门水网藻科,形态特殊,呈扁平的星状,易于鉴别。盘星藻地理分布很广,为淡水藻类,喜欢富营养的平静水体,大多是水深小于15 m的浅湖。盘星藻适应pH值7.6~8.1的水体,对温度的适应性较大,一般为4~36℃,但多数繁殖于偏暖的水体,最适宜其生长的水温为23℃(朱浩然,1978)。盘星藻是淡水藻类中易于保存的一类(汪品先等,1991)。目前太湖流域阳澄湖和杭州西湖现代沉积所包含的微体植物中,盘星藻含量可达25%(王开发等,1981)。因此,盘星藻组合是淡水湖存在的标志。珠江口盆地在神狐组和文昌组形成时是一淡水湖,湖内浮游植物发育,特别是在文昌组沉积时浮游藻类繁盛。恩平组中浮游藻类化石少见,仅有少量盘星藻,仍指示淡水,但这时的湖泊已经处于萎缩期,水变浅,沉积物变粗,陆源物质输入加剧,水体不利于浮游藻类繁衍。
图8-20 珠江口盆地古近纪浮游藻类类型和含量的地层分布
珠江口盆地文昌组和恩平组的浮游藻类组合中含有环纹藻,但含量低,仅为零星分布。由于环纹藻的地史分布较长,中生代至现代沉积物中都有发现,因此其地质时代意义不大。但环纹藻对于环境的指示意义是明确的。环纹藻是藻体产生的结合孢子,其可能的亲缘关系属于绿藻类。环纹藻化石在我国东部新生界有着广泛分布,是一种具有指相意义的藻体。目前普遍认为大多数环纹藻应是生长于淡水河、湖沼泽或河漫滩积水沼泽的藻类。长江三角洲第四系研究表明,河漫滩积水沼泽沉积中可发育环纹藻富集层(覃军干等,2002)。
(三)北部湾古湖
北部湾盆地古近纪浮游藻类组合的一大特色是非海相沟鞭藻类百色藻的广泛产出,与球藻共生为百色藻-球藻组合。百色藻是陆相沟鞭藻类的一个化石属,最早发现于广西百色盆地的始新统(何承全等,1979),是百色盆地那读组、石岗组和南宁盆地邕宁组的特征分子。百色藻也报道于南海南部的渐新统—中新世湖相地层(Cole,1992)。在临近北部湾盆地的广西百色、上思、南宁等盆地的古近系—新近系中,百色藻与微咸水湖泊沉积中多见的假科梅尔藻(Pseudokomewuia)及副渤海藻共生(何承全,1984;宁宗善等,1994)。上述盆地始新世—渐新世地层中钙质化石丰富,沉积物中钙质含量高,化石群反映的往往是淡水到咸水湖环境。北部湾古近纪浮游藻类组合中含有较丰富的球藻。球藻最多见于渤海湾盆地古近纪地层,淡水至咸水湖相沉积中均可出现,但在湖水淡化期沉积中较多出现(茅绍智,1995)。所以,北部湾盆地古近纪的百色藻-球藻组合应是低矿化度淡水湖的标志。沉积地球化学研究结果支持了这一看法。北部湾古近纪沉积的碳酸盐含量高于珠江口盆地,并含有较多的钙质化石,证明北部湾古湖水矿化度略高于珠江口古湖,是一硬水淡水湖。但倘若与咸化的渤海湾古湖相比,其碳酸盐含量则低得多(图8-21)。另外,渤海湾盆地古近纪地层一向是以其丰富的钙质化石著称的。所以北部湾古湖不过是低矿化度的硬水淡水湖。值得进一步讨论的是,同在北部湾盆地,浮游藻类组合在古近纪地层纵、横两个方向上都呈有规律的变化。简而言之,浮游藻类组合纵向上的变化是百色藻从流沙港组到涠州组有减少的趋势。而盘星藻球藻有增多。这种变化反映了古近纪古湖水变浅,陆源输入加剧,矿化度随时间有弱化的趋势。涠洲组浮游藻类含量普遍低于流沙港组也是古湖趋于萎缩的反映(图8-22)。另外,在横向上的变化也很明显,即靠近较深水区百色藻含量较高,而浅水区,特别是近陆源输入流附近的浅水区,百色藻含量较低,盘星藻含量较高。表明淡水输入对藻类组合的影响。迈陈凹陷东部流二段沉积时处于陆源活动范围内。WS19-1A-1井中所见流二段的浮游藻类含量纵向变化,清楚地反映了陆源输入弱—强—弱的变化历程(图8-23)。
图8-21 各地区古近纪湖相沉积碳酸盐含量对比
图8-22 WZ12-2-1井古近纪浮游藻类图式
(四)东海古湖
西湖凹陷平湖组形成时期间断性地出现过湖泊环境。如在平湖组下部出现的浮游藻类含量较高值层段,主要为疑源类和球藻及少量盘星藻,可能反映有持续时间不长的半咸水湖;而在平湖组中上部多次出现的浮游藻类含量较高值层段,主要为盘星藻和疑源类,可能暗示了间断性地出现的淡水湖。
椒江凹陷WZ4-1-1井剖面是一个完全连续的富藻沉积层,厚度达到近300 m,主要在月桂峰组。微体植物化石组合中均以浮游藻类为主,浮游藻类含量最高可达81.5%,表明该剖面各组段形成时,浮游藻类繁盛,乃至勃发。WZ4-1-1井剖面下部以盘星藻为主,指示淡水湖泊环境;剖面上部以疑源类和球藻为主,并出现海相沟鞭藻,表明椒江凹陷湖水性质有所改变,受海侵影响而湖水矿化度高。由于丽水凹陷月桂峰组含零星的盘星藻及其碎片,因而只能推断其可能属于湖相沉积,但湖水性质不同于月桂峰组时期椒江凹陷的古湖。
图8-23 WS29-1A-1井古近纪浮游藻类图式