赵信文，向 薇，肖尚斌，黄长生，陈双喜

（1.中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉 430205；2.三峡大学土木水电学院，湖北 宜昌 443002）

海平面变化是指海平面的升降变化，海平面变化“eustatic”一词是E.Suess在1888年提出的，指全球性的海平面变化。一般将海平面变化划分为全球海平面变化和相对海平面变化两种类型，全球海平面变化与局部因素无关，相对海平面变化与局部因素（沉降或隆升）关系密切[1]。

近年来，全球温室效应加剧，气温上升，引起冰川融化及海洋上层水体受热膨胀，使得海平面在不同地区有不同程度的上升。Nicholls和Mimura[2]的研究表明，在上个世纪，世界平均海平面上升了10～25 cm。海平面变化的成因比较复杂，既与气候相关，也与地壳活动有关。郭旭东[3]认为，许多代表海平面升降运动期间的气候记录同大陆冰川进退、生物演化存在时间上的一致性，因此海面变化由气候成因引起比较合乎实际。杨怀仁等[4]认为，引起海面升降的主要原因为气候波动、地壳运动及大地水准面变形。杨瑞东等[5]总结了海平面变化的原因，包括冰川、板块构造、海水密度变化、气候、潮汐作用、局部构造运动等，同时也指出，冰川作用、海底扩张和地球在银河系中位置的变化是引起海平面升降的最主要原因。有学者推测南极西部冰盖的消融在12万年前曾使得海平面比现在高出至少6 m[6]，因此冰川是海平面变化的重要影响因素。

海平面上升将带来一系列问题，包括淹没湿地、低地、城镇、加剧海岸侵蚀、加剧洪水泛滥、抬升地下水位、增加河流(河口)、海湾及蓄水层的盐度[7]。2009年3月10号在哥本哈根举行的气候变化国际科学大会上关于气候变化的研究报告表明，到2100年海平面可能会上升0.5～1 m或者更高。世界上有大约10%（6亿）的人口处于被淹没的危险地带，三千多座城市位于海拔低于10 m的沿海地区，如果不采取有效措施遏制世界海平面的继续上升，沿海地区将受到毁灭性的灾害。因此，加强对海平面变化的研究，对全球沿海地区意义重大。研究末次冰消期以来的海平面变化，对未来的海平面变化趋势作出预测从而及早作出预防措施具有重要的意义。

1 海平面变化方法学研究进展

1.1 研究海平面变化的标志物

研究历史时期海平面变化，首先是要找到海平面变化的标志物。王绍鸿[8]对海平面变化的标志物作了系统全面的总结，他将海平面标志分为三大类:古生物标志、沉积物标志和地貌标志。古生物标志一般有珊瑚礁、海生软体动物（牡蛎壳、贝壳、贝壳堤）、介形虫、硅藻、孢子花粉、藤壶、大型植物遗体等古生物化石类；沉积物标志一般有海滩岩、盐沼泥炭、障壁沙、碳酸盐类；地貌标志一般有海蚀槽穴、海蚀平台、古文化遗址等地貌形态。

1.1.1 古生物标志

古生物标志在海平面变化研究中已广泛应用，是该领域成熟的研究手段，受国内外学者青睐。到目前为止，学者在珊瑚礁、海生软体动物、介形虫、硅藻等古生物标志方面的研究成果丰硕，如珊瑚礁的发育是记录海平面变化过程的极好标志[9]。Mayer[10]发现，大型块状的滨珊瑚的虫体在经受1 h的暴露或是阳光的暴晒就会死亡，因此其实际生长上限只能达到大潮低潮面[11]。余克服等[9]以珊瑚礁及其生物地貌带作为高海平面的标志，通过测年研究指出全新世以来至少存在过5期相对高海平面。另外，Shen[12]、Yu[13]及 Kershaw[14]也都利用珊瑚礁分别对菲律宾吕宋岛、雷州半岛、希腊科林斯湾南海岸的全新世海平面进行了研究。海生软体动物死亡后遗留的壳可以作为古海面指示物[15]。郭旭东等[3]利用古海面贝堤或贝丘遗迹对辽东半岛全新世古海平面进行了研究，认为黄海北岸大致在中全新世后期以来海平面曾有三次明显的降低。Laborel等[16]利用生物标志物对热带和亚热带地区的岩石海岸进行了全新世海平面和气候变化的研究。

1.1.2 沉积物标志

海滩岩常被用作热带、亚热带海岸区的海平面指示物。杨建明等[15]认为，砂堤型海滩岩相当于贝壳堤堆积，其底板相当于平均高潮位；海滩型海滩岩是真正的狭义海滩岩，其沉积顶板可认为相当于大潮平均高潮位；高位盐沼泥炭的形成部位相当于平均高潮位，低位盐沼泥炭的形成部位则相当于平均低潮位。詹文欢等[17]从海滩岩的角度探讨了粤东沿海海平面变化，恢复了近3500 a以来海平面变化曲线。Hopley[18]认为狭义海滩岩顶板的沉积位置相当于大潮平均高潮位，最高可接近最高天文潮位，真正海滩岩的最上层面才是古潮位的可靠标志。王绍鸿[8]认为海相碳酸盐岩才能作为海平面标志。

1.1.3 地貌标志

王绍鸿[8]认为，运用海蚀槽穴和海蚀平台作为海平面标志物时，要和其他海蚀地貌一起考虑。另外，海蚀形态不能用于直接的测年，要借助附近相关的可测年的海平面标志物。刘晓东等[19]利用扫描电镜方法分析了南极法尔兹半岛上海蚀成因的古海蚀龛沉积物中石英砂表面结构特征组合，发现在所有的石英砂表面上均表现出冰川和水流共同作用的结构特征组合，龛中沉积物是冰水沉积环境下的产物，另外还得出，南极法尔兹半岛上的冰盖解体并退出长城站区的时间应早于4600 a BP。Kershaw等[20]也利用海岸峭壁上海蚀刻槽对希腊Perachora半岛的相对海平面进行了研究。Tjia[21]对马来西亚-泰国半岛海平面变化的研究中提到，海岸边石灰岩崖上的U型海蚀刻槽的最深处与古平均海平面一致。

1.2 研究海平面变化的定年方法

古海平面研究离不开高精度的测年方法，目前高精度的测年是第四纪研究一大瓶颈，国内外学者运用各种方法尝试着突破这一制约，如在全新世海平面变化方面主要运用14C定年法和TIMS铀系定年法进行研究。14C定年法，是利用自然存在的14C同位素的放射性定年法，用以确定原先存活的动物和植物年龄，可测定早至5万年前有机物质的年代。TIMS铀系定年法，测定地质年龄范围在数百年到五十万年之间，其中未经蚀变的第四纪珊瑚和第四纪碳酸盐质沉积物等是最合适的研究对象[22]。

在对中晚全新世海平面变化进行研究时，AMS14C方法应用广泛[23-25]。近年来，TIMS定年法也得到了较好的发展。马志邦等[26]、温孝胜等[27]、Stirling等[28]都应用TIMS定年法对鹿回头、南沙群岛等地的珊瑚礁进行了古海平面变化的研究。在这两种方法中，TIMS铀系定年法更精确、测年范围更宽，可以测试500 ka以来的样品[29]。在提供古海平面变化的测年记录及横跨末次冰期的13万年的现存的大量观察记录上，铀系测年法被广泛地应用。

2 海平面变化曲线

2.1 全球海平面变化

国内外学者对末次冰消期以来全球的海平面变化做了大量的研究。Tanabe等[30]对日本中部的Shinano River末次冰消期的相对海平面变化进行了研究，认为早全新世海平面低于现今海平面；Glenn等[31]对加勒比海和美国南部的大西洋海岸全新世海平面变化进行了研究，发现海平面数据有明显的空间差异；Suric等[32]采用14C方法对采集于亚得里亚东部海岸的水下洞穴堆积物作了测年研究，结果表明研究区域与邻近区域Tyrrhenian海岸和法国地中海海岸的海平面变化趋势一致；Gehrels等[33]重建了丹麦古环境变化及晚全新世相对海平面变化；Pedersen等[34]对丹麦Wadden海的Varde A流域进行了全新世地貌演变及相对海平面的重建，指出在中全新世海平面低于现今海平面；Camoin[35]对印度洋西部的古海平面变化进行了研究，认为在10000～7000 a BP，海平面以 6 mm/a的速率上升，在7500 a BP左右，海平面上升速率下降至1.1 mm/a。

前人对地中海沿岸如法国、意大利、土耳其等地海平面变化的众多研究结果一致，全新世左右的古海平面要低于现今海平面[36-41]。与此结果类似的还有Spurgeon对美国Florida的Siesta Key的海平面的研究，其研究发现在2000 a BP左右，海平面上升至现今海平面高度[42]。这些结果与Clark划分的全球海面预测区吻合。杨子赓[43]在其著作中提到，Clark等的文章中提出了粘弹性地球上洋面变化的数值模型，认为即便全球海面是不变的，由于冰盖区的地壳均衡回跳和大洋的负荷增加，世界各地的海平面变化过程也不会相同，因此Clark等将全球海面划分为6个预测区，而地中海及美国南部便位于其中的第Ⅲ区，此区的海平面变化特点是，从6000 a BP开始海平面便一直处于上升阶段。

全球有很多地区出现了中晚全新世高海平面的证据。Corner等[44]构建了俄罗斯西北部科拉半岛上的Polyamy的全新世海平面变化曲线，10000 a BP时海平面在现今海平面以上80 m；Baker等[45]利用生物指示物方法对澳大利亚东南部晚全新世海平面曲线的重建表明，晚全新世研究区域的海平面呈现波动下降的趋势，6000年前海平面与现今海平面高度接近，澳大利亚东海岸和南半球中高纬度地区如Melanesia、Polynesia和Brazil南部，都呈现出与研究区域类似的环境和海平面变化。Lambeck[46]对构造稳定的澳大利亚边缘中全新世以来的海平面变化进行了研究，认为7000～6000 a BP时海平面为0～3 m；Grossman等[47]对太平洋珊瑚礁的研究表明，在1500～2000 a BP，海平面在现今海平面以上 1～1.5 m；Tjia 等[21]对构造稳定的 Malay-Thai半岛海平面进行了研究，认为海平面在2000 a BP在现今海平面以上0.7～1.2 m；在1500 a BP，海平面下降至现今海平面以上0.2～0.4 m；Yu等[48]对来自于中国南海北部5个中全新世小环状珊瑚岛的样品进行了测年研究，结果表明，在7050～6600 a BP，海平面在现今海平面以上1.71～2.19 m，且至少有四个波动周期；Liew等[49]对台湾地区晚全新世的海平面、河量及气候相互间的关系作了研究，表明在2000～1500 a BP，海平面高出现今海平面1.3～1.5 m；Yim[50]利用14C方法对中国香港的海滩岩的测年研究结果表明，在1660±75 a BP，研究区域海平面高于现今海平面2.03 m；沈明洁等[51]对全新世以来中国东部海面变化的资料数据进行全面搜集，其中包括12条原始曲线和600多个标志物点的多项信息，初步建立起中国东部全新世以来海面随时间变化的波动序列，中国东部全新世以来海面变化从总体上来讲共经历了9个周期的波动变化，其中有4次高于现今海平面；Angulo等[52]对所收集的巴西岩石海岸最南端的贝壳作了测年研究，发现在（5410±80）～（190±65）a BP 之间，古海平面呈现高出现今海平面2.10 m～0.20 m的变化趋势；Ybert等[53]对巴西东南海岸全新世的环境和海平面变化的研究结果表明，4900～3470 a BP，研究区域海平面高于现今海平面；在日本，Omoto[54]利用14C方法对日本西南部Ryukyu岛的海滩岩进行了测年研究，认为在（1640±65）～（1970±95）a BP，研究区域海平面在现今海平面以上0.1～1.7 m；Hongo等[55]利用珊瑚礁对日本Ishigaki岛和Ryukyu岛的全新世海平面进行了研究，指出中全新世最高海平面出现于5000 aBP左右，高出现今海平面3±2.5 m；在南极，Zwartz[56]等对南极洲Vestfold山脉附近以前与海洋相通的湖泊沉积物作了研究，指出在中全新世，存在高海平面；Hall[57]对南极维多利亚地区130多个样品做了放射性碳测年研究，得出了新的相对海平面曲线，也得出中全新世存在高海平面的结果；Froede[58]等利用14C方法对Florida海岸的研究表明，2000～1000 a BP，海平面高出现今海平面0.5 m。

图1综合了近年来全球全新世相对海平面变化研究的部分成果，由图1可以看出全新世以来不同地区的相对海平面变化趋势不同。印度洋西部及丹麦相对海平面变化趋势基本相同，印度洋西部相对海平面高度从早全新世一直上升至现今海平面，丹麦的相对海平面变化曲线存在小的波动现象。与此大不相同的是俄罗斯北部科拉半岛Polyamy的相对海平面变化曲线，它显示该区域全新世相对海平面的变化趋势是一直下降至现今海平面高度，这可以用前文提到的Clark等人的全球海平面变化分区结果来解释[43]:俄罗斯北部科拉半岛位于冰川覆盖区，冰后期地壳均衡抬升，海平面迅速下降。

图1 全球相对海平面变化曲线Fig.1 Global relative sea level change curve

从前人研究成果来看，除俄罗斯北部科拉半岛的相对海平面变化曲线外，其他曲线和海平面数值都表现出以下规律:11500～8000 a BP，海平面迅速上升；8000 a BP至今，海平面总的趋势是上升，但是太平洋沿岸如澳大利亚[45-46]、中国南海[48]、日本[54-55]、菲律宾[59]等地区的海平面高于现今海平面，与此类似区域还有巴西[53]、南极[57]及美国东南沿海[58]；而地中海沿岸如以色列[36]、土耳其[40]等国家及丹麦[33-34]的海平面低于现今海平面。

总的来说，这种海平面不断上升、不断下降和存在中全新世高海平面的现象与全球海平面变化的分区结果吻合[60]。

2.2 我国东南部海平面变化

陈欣树等[61]根据珠江口外陆架海洋地质调查获得的地质-地球物理调查及钻井资料，从沉积相、地貌、微体古生物、14C测年等多方面研究，以充分的证据，阐明了该区末次冰期结束时为距今13700±600 a BP。当时海面低于现今海面131 m。方国祥等[62]对9类古海面标志物的107个样品年代数据进行沉积深度校正、构造升降幅度校正后，绘出了珠江三角洲8000年来海平面变化曲线。徐明广等[63]对珠江三角洲地区进行了野外调查，研究表明，第四纪以来，珠江三角洲地区规模较大的海面升降各有两次，分别形成下部和上部两个陆相层和两个海相层及顶部海陆交互层。李平日等[64]根据对广东东部地区的大量钻孔岩心和地表露头的沉积相综合分析资料及14C测年数据，讨论了晚更新世以来的海平面变化。研究表明，全新世海进在距今12000～10000年已开始。中全新世早期海面迅速上升，晚期转为缓慢上升甚至相对停顿。晚全新世早期海平面上升到最大高度，近2000年来稍有下降并渐趋稳定。未必存在中全新世高海面。李平日等[65]也对珠江三角洲全新世环境演变进行了研究，利用107个已测年的古海面标志物绘制了珠江三角洲全新世海平面变化曲线。方国祥等[66]利用7类古海面标志物的137个样品年龄数据绘出了闽南、粤东全新世以来海平面变化曲线。杨建明等[15]通过35个14C测年数据进行评价，建立了一条福建省沿岸过去6000年海平面变化曲线，该曲线表明海平面在现代位置上下呈振荡性变化。朱永其等[67]通过东海陆架沉积物样品实验室分析和地貌发育的研究，从恢复古地理环境入手，论证了东海陆架晚更新世以来的海面变化过程。聂宝符[11]对南沙群岛、西沙群岛、海南岛、雷州半岛和台湾恒春半岛珊瑚礁进行了考察，进一步证实了南海同它的周边情况一样，确实出现过至少比现今高2～3 m的高海面。赵希涛等[68]根据对我国东部沿海与近海陆架的调查研究，在综合与分析地层层序、标高、年代及与古海面关系确切可靠的丰富资料的基础上，初步建立了我国东部20000年来海平面变化的模式。

珠江三角洲及邻近地区闽南、粤东、台湾的全新世海平面变化曲线图（图2）是对前人研究结果的汇总，该图显示珠江三角洲及邻近地区全新世的海平面变化具有波动性的特征。

由图2可以看出海平面上升的基本趋势，在不同时期海平面变化存在着差异。约9000～6000 a BP，海平面急剧上升，粤东和台湾的海平面变化存在比较大的波动，尤其是粤东，波动比较频繁，但它们都体现出波动中上升的特点；约6000 a BP，海平面达到最高，高出现今海平面约5 m，与毕福志、丁锡祉研究结果类似[70-71]；在6000 a BP后，海平面多呈现出振荡性变化，在现今海平面±5 m范围内波动。郭旭东[3]对南海及东南沿海、陈伟光[72]、张虎男[72-73]对华南沿海海平面变化的研究也表现出中全新世时海平面有一定幅度的振荡。

图2 珠江三角洲及邻近地区全新世海平面变化曲线Fig.2 Holocene sea-level change curve of Pearl River Delta and adjacent areas

2.3 古海平面变化研究存在的问题

古海平面变化的研究离不开两个条件，一是海平面变化标志物，二是高精度的测年方法。

测年方法的精度不同将导致研究结果大不一样，Eisenhauer等[74]曾对14C和铀系测年进行过比较，发现珊瑚礁钻心的14C年龄要比相应的铀系年龄年轻1000 a。因此，对于同一地区海平面的变化，采用不同测年手段将导致研究结果不一样。

此外，相对海平面的变化要考虑到构造活动作用，区域沉降或隆升将导致古海平面标志物的移动，以致其不能精确代表古海平面的高程。有研究表明，海进强并不一定反映海平面绝对高度大，而可能是这个时段构造沉降幅度大所造成的假象[64]，因此，推算研究区域器测时期以前的构造沉降或抬升速率便显得尤为重要。不同研究者对晚第四纪珠江三角洲的构造运动速率的估算结果不同[75]:魏柏林等所估算的构造沉降速率为+2～+3 mm/a，抬升速率为+0.3～+1 mm；陈伟光等估算的速率为-0.5～-1.8 mm/a与+0.4～+0.7 mm/a；张虎男等人估算东南沿海断块构造速率为-2.6～-8 mm/a与+1.2～+2.5 mm/a。构造速率估算结果不同，也将导致海平面高度的不同。由此可以看出，即使是针对相同区域的海平面变化研究，不同研究者得出的结论也有可能不一样，因此，在对海平面变化进行的研究中，如何得到更精确的定年及海平面高度是每个研究者都应该重视的问题，需要在今后的研究中加以改进。

3 结语

对于全球海平面变化而言，不同地区全新世海平面高度相差很大，且同时存在不断上升和不断下降至现今海平面高程的变化曲线，这说明海平面变化具有区域性的特征。

在珠江三角洲及其邻近地区，6000 a BP后，海平面多呈现出振荡性变化，在现今海平面±5m范围内波动。闽南、粤东、台湾和珠江三角洲的全新世海平面变化曲线存在差别，可能是由于地质构造升降的影响，同时，定年技术及海平面标志物的精确度对海平面变化曲线的重建也有一定影响。因此，在进行古海平面变化的研究时，应选择地质构造相对稳定的地区，另外也应选择高精度的定年技术及合适的海平面标志物。

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