全 文 ：①　中国科学院南沙综合科学考察队调查报告
②　余克服 ,朱袁智 ,赵焕庭 .南沙群岛信义礁等 4座环礁的现代碎屑沉积 .南海海洋科学集刊 ,第 12集 (待刊 )
收稿日期: 1997-09-24　　收修改稿日期: 1997-12-04
南沙群岛珊瑚礁区仙掌藻的现代沉积特征①
余克服　赵焕庭　朱袁智
(中国科学院南海海洋研究所　广州　 510301)
提　要　仙掌藻为温暖水体中钙化的绿藻 ,是南沙群岛珊瑚礁区重要的钙质沉积物源。 对南沙群岛 8座环礁现
代沉积物样品的分析表明 ,仙掌藻碎屑在环礁各地貌沉积带沉积物中的含量 ,以泻湖盆底最高 ,平均为
32. 66% ,最高可达 75% ,泻湖坡次之 ,平均 9. 22% ,礁坪含量低 ,平均 6. 06%。南沙群岛仙掌藻以砂质基底上生
长的直立类型为主 ,能生长于各个地貌沉积带 ,最适生态环境为封闭性好、泻湖面积大、水深较大 ( 10～ 25 m )、水
动力弱的砂质泻湖盆底。 仙掌藻的现代沉积特征反映了其生态特征 ,可作为中新世以来珊瑚礁沉积相划分的依
据。
关键词　南沙群岛　珊瑚礁　仙掌藻　沉积相
第一作者简介　余克服　男　 28岁　助理研究员　在职博士生　珊瑚礁地质与环境
1　概述
仙掌藻 ( Halimeda )为绿藻门 ( Chlor ophyta )松藻科 ( Co-
diaceae)的一个属。 它由许多板状心型的或亚圆柱形的节片
组成 ,呈仙人掌状 ,节片钙化 ,节片间的关节未钙化 ,构成活
动关节 ,将仙掌藻节片连接成链状枝 ,以适应海浪冲击 ,植株
一旦死亡节片即相互分离。仙掌藻的节片由中间的髓部和表
层的皮层构成 ,髓部丝体粗、数目少、呈纵向排列 ,皮层丝体
较细 ,一般为三级分枝。 已报道的仙掌藻有 33种 ,多个固着
器系统使其既能适应坚硬的岩石基底 ,也能在松散的砂质上
很好地生长。 一般匍匐的种类生长在坚硬的底质上 ,松散沉
积物上则以直立类型的为主。仙掌藻分布水深深度广 , 150 m
以浅都有分布 ;分布时代从晚白垩世至现代。
在许多热带珊瑚礁区都有仙掌藻大量生长 ,它一直是钙
质沉积物的重要生产者。 晚更新世和全新世时 ,在许多礁区
还形成了近 20 m或更厚的仙掌藻生物礁 ( bioherm)〔1〕。在描
述礁区仙掌藻的发育程度时 ,派生了仙掌藻原 ( meadow )、藻
幔 ( drape ry )、藻丘 ( mound)、藻垄 ( bank)和生物礁 ( biohe rm)
等专门术语〔2〕。 仙掌藻在现代礁区沉积物中所占的比例 ,据
调查 ,在巴哈马礁区占 32% ～ 63% 〔3〕 ,在加勒比海珊瑚礁区
占 20% ～ 30% ,在太平洋的环礁泻湖中则可高达 70%以
上〔4〕 ,在澳大利亚的大堡礁占 26% 〔5〕等。 1985年第六届国际
珊瑚礁会议之后 ,这种重要的礁区植物才首次引起了海洋科
学界的重视 ,并先后开展了仙掌藻的系统分类、生长率、钙化
率、沉积速率、生态等的研究。
仙掌藻生长快 ,砂质基底上生长的种类一般每枝 (一般
每株仙掌藻植物由多个枝构成 )每天可长出一个新的节片 ,
高者可达 3. 3节以上〔6〕 ,甚至可在 24小时之内长成一株完
整的仙掌藻植物〔4〕。礁区仙掌藻生物量大 ,在巴哈马每 1 m2
一般超过 100株 ,更密的可超过 500株〔7〕。 仙掌藻生长具有
季节性变化的特征〔6〕 ,其生长的最适水温为 27～ 29℃〔8〕。 仙
掌藻矿物成分为文石 ,但易发生成岩变化而转变为方解石 ,
其方解石化的方式为胞间和髓部间隙被稍粗的方解石充填
胶结 ,故方解石化后其原始组织结构仍可辨认〔9〕。 化学成分
以富 Sr贫 Mg为特征 ,南沙群岛仙掌藻 Sr和 Mg的平均含
量分别为 0. 846%和 0. 220% 〔10〕。对大堡礁痕量和微量元素
的研究发现 , Sr /Ca平均值为 ( 10. 9± 0. 1) m mo l /mol, Mg /
Ca平均值为 ( 1. 35± 0. 26) m mo l /mol,全新世仙掌藻的 Sr /
Ca和 Mg /Ca值与现代的相似 , Mn /Ca值比现代的高〔11〕。
我国在南海诸岛礁体上先后打了 5口较深的全取芯地
质钻井 ,研究了珊瑚礁的地层、礁体演化和环境变迁 ,其中也
开展了珊瑚礁沉积相的研究 ,但对仙掌藻这种重要的礁区生
物的沉积特征和指相意义的研究则很少。我们对西沙群岛灰
沙岛和南沙群岛环礁现代沉积物的研究中已意识到 ,仙掌藻
是南海礁区现代沉积的重要物源 ,并且其沉积分布具有一定
的规律性〔12〕②。 本文专门探讨这个问题 ,选择南沙群岛 8座
环礁 ,研究仙掌藻在南沙群岛珊瑚礁区的沉积特征和指相意
义。
2　样品采集和研究方法
环礁为南沙群岛珊瑚礁的主要类型。本文选择了位于南
沙群岛不同地理方位的永暑礁之西南礁镯、渚碧礁、郑和群
第 16卷　第 3期
1998年 9月 　　　　　　　　　　
沉 积 学 报
ACT A SEDIM EN TOLOGIC A SIN ICA
　　　　　　　　　　　 Vo l. 16 No . 3
Sept. 1998
DOI : 10. 14027 /j . cnki . cjxb. 1998. 03. 004
礁的东礁镯安达礁、三角礁、美济礁、仙娥礁、信义礁和皇路
礁等 8座环礁为研究对象 (图 1) ,这 8座环礁按泻湖被封闭
程度可划分为封闭型、准封闭型和开放型 ,其地貌特征见表
1。设计野外工作剖面方向穿过环礁的礁前斜坡、礁坪、泻湖
坡和泻湖盆底等 4个地貌沉积带 (图 2) ,共采集了 52个样
品。这批样品基本上能够代表礁坪 ( 18个 )、泻湖坡 ( 15个 )和
泻湖盆底 ( 17个 ) 3个带的沉积特征。 由于礁前坡度陡、砂质
沉积物少 ,采样较难 ,只采到 2个 ,其代表性则较差。 室内将
采集的样品低温烘干 ,以 1 /4φ为单位进行粒度分析 ,在显
微镜下对粒径大于 0. 25 mm的每一个 1 /4φ单位的样品进
行了鉴定、称量和统计仙掌藻碎屑在各个粒级中的百分含
量 ,以研究仙掌藻碎屑的沉积特征与粒径大小之间的关系 ;
然后将仙掌藻碎屑在各个粒级的百分含量转换为占所分析
样品的百分含量 ,进行环型各地貌沉积带、各礁体之间的比
较分析 ,对仙掌藻样品未进行种一级的鉴定。
图 1　南沙群岛永暑礁等 8座环礁的位置
Fig. 1　 Loca tions o f the 8 studied
reefs in Nansha Islands
图 2　南沙群岛环礁的地貌沉积带模式
Fig. 2　 Th e models of g eomo rphic-sedimenta ry zones o f the a tolls in Nansha Islands
表 1　南沙群岛 8座礁体的面积、水深和类型
Table 1　 The areas, depths and
types of 8 atolls in Nansha Islands
礁　名 礁体面积
/km2
礁坪面积
/km2
泻湖面积
/km2
泻湖水深
/m
类型
永暑礁之
西南礁镯
约 5. 6 约 3. 6 约 2 5 开放型
渚碧礁 14. 6 5 9. 6 10～ 20 封闭型
郑和群礁
东礁镯安
约 14. 4 约 12 约 2. 4 5 开放型
达　礁
三角礁 10. 8 4. 4 6. 5 5～ 12 封闭型
美济礁 46. 4 8. 5 37. 9 20～ 25 准封闭型
仙娥礁 18. 8 4. 3 14. 5 5～ 13 封闭型
信义礁 6. 8 3. 9 2. 9 2～ 5 封闭型
皇路礁 2. 8 1. 4 1. 4 6～ 8 封闭型
3　样品分析结果
8座环礁 52个样品仙掌藻碎屑的含量如图 3。从图中可
以看出不同礁体现代沉积物中仙掌藻含量具有一个共同特
征 ,即:礁坪低 ,泻湖盆底高 ,从礁坪向泻湖盆底呈增加的趋
势。统计表明 ,仙掌藻碎屑在各地貌沉积带中的百分含量 ,礁
坪沉积物中 6%左右 ,一般不超过 10% ,平均含量为 6. 06% ;
泻湖坡沉积物中含量一般 9% ～ 10% ,最高达 16% ,平均为
9. 22% ;泻湖盆底沉积物中平均含量为 32. 66%。
不同环礁类型礁体现代沉积物中仙掌藻的含量存在差
异 ,泻湖盆底沉积物中最为突出。准封闭型的美济礁 ,其潮汐
通道水深 ( 3～ 7 m )比泻湖 (水深 20～ 25 m)浅 ,泻湖盆底封
闭性好 ,面积和水深都大 ,仙掌藻碎屑含量高达 57. 07% ～
74. 73% ;封闭型中的渚碧礁 ,面积和水深都较大 ,仙掌藻碎
屑为 30. 58% ～ 45. 85% ,其次为三角礁 ,含量为 16. 51% ～
52. 65% ;其他封闭型环礁和开放型环礁泻湖面积和水深都
较小 ,泻湖盆底沉积物中仙掌藻碎屑含量一般为 16. 51% ～
30%之间。仙掌藻碎屑在礁坪和泻湖坡这两个地貌沉积带沉
积物中含量低 ,且在不同礁体之间的差异不是十分明显。
南沙群岛珊瑚礁礁前斜坡深度变化大 ,达 1 000 m,坡度
陡 ,上部礁缘属波浪破碎带 ,浪潮流急 ,砂质沉积物少。 永暑
礁礁前 10 m水深台阶处的 93-5样品 ,仙掌藻碎屑含量达
21第 3期　　　　　　　　　　　　　　余克服等:南沙群岛珊瑚礁区仙掌藻的现代沉积特征　　　　　　　　　　　　　
图 3　 8座环礁的地貌、采样点和
仙掌藻碎屑的百分含量
(整圆代表 100% ,半圆代表 50% ,02圆代表 25% ,
阴影部分代表相应的仙掌藻的含量 )
Fig. 3　 The landforms , s am pling locations and
clas tic Hal imeda con tents of the 8 reef s
21. 16% ,渚碧礁礁前 80 m水深处 93-13样品 ,仙掌藻碎屑
含量小于 0. 5%。
对不同粒级仙掌藻碎屑含量的分析表明 ,在泻湖盆底沉
积物中粒径较大的粗砂、细砾样品中仙掌藻碎屑含量极高 ,
甚至有的全部为仙掌藻碎屑。镜下见仙掌藻碎屑在这些粒级
中多以完整的叶片保存。 由于钙化的仙掌藻叶片极易破碎 ,
因此这种完整的叶片反映了一种未经搬运的原地沉积的特
征。随着粒径变小 ,仙掌藻碎屑含量降低 ,其它生物组分如有
孔虫等的含量增高。泻湖坡沉积物中也见到了原地沉积的仙
掌藻片 ,但与泻湖盆底沉积物相比要少得多 ,礁坪沉积物中
更少。
4　讨论
从本文分析结果来看 ,仙掌藻是南沙群岛珊瑚礁区现代
沉积物重要的碳酸钙沉积物源。我们曾在南沙群岛永暑礁礁
坪上钻取了深 152. 07 m和 413. 69 m的珊瑚礁岩心 ,揭示仙
掌藻是岩心的重要生物组分之一 ,在有些层段仙掌藻含量极
高 ,如南永 1井 21. 60～ 21. 70 m间有 10 cm厚的全部由仙
掌藻组成的属于晚更新世的胶结岩〔13〕。 由于相邻的南永 2
井的上段 ( 0～ 150 m )的生物组分因经费与时间不足尚未开
展详细研究 ,故该礁是否如爪哇海和大堡礁等地一样在晚更
新世时发育了仙掌藻生物礁还有待深入研究。在邻近的西沙
群岛珊瑚礁区 ,有人指出仙掌藻为西琛 1井的主要造礁生
物〔14〕 ,但尚未见其关于仙掌藻在该井剖面中的分布和在礁
岩组分中的定量分析 ,也未见关于仙掌藻生物礁的报道。
Wiman等对佛罗里达珊瑚礁区仙掌藻的研究指出 ,仙掌藻
除了作为钙质沉积物的直接生产者以外 ,还以其它方式间接
地加速礁区沉积物的堆积 ,如为其它生物提供栖息场所、减
少水体流速加速悬浮物的沉淀等〔15〕。
显微镜下见到泻湖盆底大粒径的沉积物中仙掌藻多以
叶片状完整保存 ,反映为未经搬运磨损的原地沉积的特征。
从本文分析的结果来看 ,泻湖盆底现代沉积物中仙掌藻碎屑
含量最高 ,说明泻湖盆底为南沙群岛珊瑚礁区仙掌藻的理想
生长场所 ,这与我们实地所见一致。迄今为止 ,我国尚未开展
南海珊瑚礁区仙掌藻系统分类和生态学的详细调查。从我们
多次对珊瑚礁生物地貌和沉积物的实地考察中 ,我们发现仙
掌藻的生长具有明显的分带性 ,一般环礁泻湖盆底中仙掌藻
生长好、密度大 ,为直立类型的砂质基底生长种类 (见文献
〔 16〕图版Ⅳ -1)。 这种情形普遍存在于其它许多热带珊瑚礁
区 ,如百慕大群岛〔17〕、巴哈马群岛〔7〕、加勒比海诸岛〔18〕、太平
洋〔1〕和大堡礁〔1〕等。 礁坪中也有一些仙掌藻生长 ,多附生在
礁岩上或珊瑚的基部 ,非常稀疏 ,个体小。从南沙群岛珊瑚礁
各地貌沉积带的水动力状况来看 ,从礁缘的波浪破碎带向泻
湖中心水动力减弱 ,泻湖盆底为水动力最弱的生态环境。 因
此南沙群岛珊瑚礁区仙掌藻最适生长环境为水动力弱的砂
质泻湖盆底 ,泻湖越封闭、水深愈大、水动力愈弱 ,仙掌藻生
长愈好 ,仙掌藻碎屑沉积也愈多。在泻湖水深较大、准封闭的
美济礁和封闭的渚碧礁泻湖盆底中 ,仙掌藻碎屑含量高 ,而
开放型的永暑礁和虽封闭但水深较浅的信义礁泻湖盆底中 ,
仙掌藻含量相对较低。 礁坪水浅、水动力强 ,仙掌藻分布少 ,
在现代沉积物中含量低。这种沉积分布特征在元素地球化学
的分析结论中也得到证实 ,沉积物中元素的丰度是由生物组
分所控制的 ,而仙掌藻以富 Sr贫 Mg为特征 ,分析表明 ,从
礁坪向泻湖盆底 ,现代沉积物中 Sr含量增加 , Mg含量降低 ,
Sr在泻湖盆底中含量最高〔19〕。 可见南沙群岛珊瑚礁区仙掌
藻碎屑的沉积特征与活仙掌藻的生态特征是一致的。Wiman
等对佛罗里达珊瑚礁的研究也发现仙掌藻的沉积分布与活
仙掌藻植被的分布很有关系〔15〕。
据研究 ,自中生代以来珊瑚礁区仙掌藻的生长环境与现
代的具有可比性〔20〕。 南沙群岛的 2口钻井资料也揭示自中
新世以来珊瑚礁的发育规律和发育环境与现代相似 ,即过去
就已经形成了礁前斜坡、礁坪、泻湖坡和泻湖盆底等 ,与现代
的地貌沉积带一致 ,仙掌藻化石的沉积特征与现代生态相
似 ,因此可以用仙掌藻在珊瑚礁区的现代沉积特征作为南沙
群岛中新世以来珊瑚礁沉积相带划分的依据 ,该结论在我们
对南沙群岛新生代中新世以来珊瑚礁沉积相带的详细研究
22　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　沉　积　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 16卷
中得到了证实〔13, 21〕 ,体现了地质学的一个 “将今论古”的原
则。
Goreau等曾报道仙掌藻为牙买加沿岸礁前带沉积物的
主要生产者 ,其生长深度超过 45 m〔22〕 ,之后在 Enew etak环
礁、西印度群岛和巴哈马群岛等地礁前都发现有仙掌藻大量
生长 ,最大水深达 150 m ,甚至还形成了礁前仙掌藻带 ,成为
主要的碳酸盐物源〔5, 7〕。在南沙群岛珊瑚礁 ,除潜水观察礁前
珊瑚生长状况以外 ,对礁前的生态特征尚未作详细的调查研
究。过去曾报道南沙群岛礁区有限几个礁前斜坡沉积物样品
中仙掌藻碎屑含量 ,永暑礁礁前 45 m处的粗砂级样品中小
于 3% 、牛车轮礁礁前 595 m处粗砂级样品中为 0. 38% 、南
通礁礁前 1 194 m处粗砂级样品中为 0. 16% 〔23〕 ,加上本文
分析的 2个礁前斜坡碎屑沉积物仙掌藻组分的资料来看 ,在
南沙群岛珊瑚礁礁前带仙掌藻提供的碳酸钙沉积物少 ,远不
如上述国外礁区高。 特别在水深 45 m以下 ,仙掌藻含量极
低。礁前水深变化大 ,可想象随水深增加生态变化明显。这是
一个重要的地貌沉积带 ,有待进一步了解该带生态与沉积特
征。
5　结论
通过对南沙群岛 8座环礁各地貌沉积带 52个现代沉积
物样品的分析和比较 ,我们认为:
( 1) 在南沙群岛环礁各地貌沉积带中 ,泻湖盆底沉积物
中仙掌藻含量最高 ,一般介于 16% ～ 75%之间 ,平均为
32. 66% ;泻湖坡沉积物中仙掌藻含量次之 ,介于 8% ～ 16%
之间 ,平均含量为 9. 22% ;礁坪沉积物中仙掌藻含量低 ,一
般小于 8% ,平均含量为 6. 06% ;礁前斜坡深度变化大 ,从已
有资料来看 ,仙掌藻含量少 ,但还需作深入细致的调查 ,才可
作出结论。
( 2) 南沙群岛珊瑚礁区仙掌藻以砂质基底上生长的直
立类型为主 ,从实地考察所见和室内分析的仙掌藻沉积特征
来看 ,仙掌藻能生长于各个地貌沉积带 ,其最适生长环境为
封闭性好、泻湖面积大、水深较大、水动力弱的砂质泻湖盆
底。
( 3) 仙掌藻是南沙群岛珊瑚礁区重要的钙质碎屑沉积
物源 ,它在各地貌沉积带的沉积特征反映了其生态特征 ,可
作为中新世以来珊瑚礁沉积相带划分的依据。
( 4) 为了更全面地了解仙掌藻在南沙群岛珊瑚礁区的
分布特征 ,必须开展包括礁前斜坡在内的各地貌沉积带的详
细调查 ,包括不同种的分布特征、生长率、沉积速率等。
参　考　文　献
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京:海洋出版社 , 1991. 206～ 223
Modern Sedimentary Characterist ic of Halimeda on
Coral Reefs of Nansha Islands
Yu Kefu　 Zhao Huanting　 Zhu Yuanzhi
( South China Sea Insti tute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou　 510301)
Abstract
Halimeda , a genus of calci fied g reen alga ( Chlo rophy ta ) of w arm seas, is an impo rtant producer of
carbona te sediment on coral reef areas o f Nansha Islands, South China Sea. This study analy sed the
modern sedimenta ry characteristic o f Halimeda in 52 clastic samples f rom the 4 geomorphic-sedimenta ry
zones of 8 atolls. Among the 4 zones, i. e. , reef f ront slope, reef fla t, lag oon slope and logoon basin
f loo r, Halimeda is the richest in lag oon basin floo r and consti tutes averagely 32. 66% of the sediment ,
and i t ranges f rom 16% to 75% . Observ ation under microscope indicates tha t in the sediment o f lag oon
basin floo r there a re most w ell preserv ed Halimeda segments and they a re deposi ted in si tu. In the sedi-
ment of lag oon slope, Halimeda ranges f rom 8% to 16% , wi th an average of 9. 22% . In reef f lat , Hal-
imeda composition is low , and ranges f rom 1% to 8% , w ith an average of 6. 06% . From the present da-
ta, th e contribution of Halimeda to the reef f ront carbona te production is small. The analysed results
a re consistent wi th the field investigation. Halimeda o f Nansha Islands can g row on any zone o f coral
reefs either in sand or on solid subst rata, the optimum habi tat i s w ell closed, big lag oon area , deep w a-
ter, weak dynamic, sandy lag oon basin flo or, w here i t develops w ell in erect. This paper concludes tha t
the sedimentary characteristic of Halimeda on co ral reefs o f Nansha Islands are in line wi th i t s ecologic
dist ribution. Coral reef dri lling resea rch show s that the paleoenvi ronment setting of the Cenozoic is com-
parable w ith that of recent Halimeda , so the characteristic can be the bases o f analysing sedimentary fa-
cies of ancient and modern coral reef sediment.
Key words　Nansha islands　 co ral reef　hal imeda　 sedimentary facies
24　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　沉　积　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 16卷