张建伟，胡　克，刘宝林，王　建，路忠诚

(1.青岛大学环境科学系，山东 青岛 266071；2.中国地质大学(北京)海洋学院, 北京 100083；3.青岛地质工程勘察院，山东 青岛 266100)



长江口海岸带地动型海平面变化及定量计算

张建伟1,2,3，胡克2，刘宝林2，王建2，路忠诚3

(1.青岛大学环境科学系，山东 青岛 266071；2.中国地质大学(北京)海洋学院, 北京 100083；3.青岛地质工程勘察院，山东 青岛 266100)

[摘要]面对影响全球的海平面变化问题，专门研究地动型海平面变化特征，其主要表现为垂直水平方向的大地水准面变化，即三个主导因素为地面沉降、构造作用、沉积作用，地动型海平面的变化是该三因素共同作用的叠加结果。分析典型研究区长江口海岸带的地质环境条件，利用三因素的关系模型和数据等值线，定量计算了1980～1995年、1996～2001年、2002～2006年的地动型海平面变化量，结果表明：城市建设区的地动型海平面变化量总体比非城区偏大，近海岸线区域地动型海平面变化量比城市建设区偏低；1996～2001年是地动型海平面变化量最大的时期。

[关键词]地动型海平面变化；定量计算；长江口；主导因素

据2013年IPCC第5次评估报告的结论[1]，本世纪末，全球地表平均温度将比工业化前高3.7℃～4.8℃；全球变暖引发的海平面变化，对沿海地区社会经济、自然环境及生态系统等有着不良影响或灾难性后果。在我国长江口海岸带，该问题也非常显著[2]。

区域海平面变化，从其变化的内因、机理等进行描述及开展的相关研究来看，包含水动型海平面变化与地动型海平面变化两个方面[3]。早在1906年，奥地利地质学家E.修斯首先提出了全球性海面变动的概念；1930年代，R.A.戴利发展了“冰川控制”概念；1960年代，板块构造说认为，板块扩张速率变动可导致洋盆容积的变化，进而控制海平面的升降；1974年，“国际地质对比计划”(IGCP)设立了海平面研究组织，加强全球海面变化的对比研究[4]。至今，海平面变化研究逐步取得重大进展，不仅体现在全球对比海平面变化曲线、海平面升降幅度的定量测定及模拟[5]、高频海平面变化机制[6]等水动型海平面变化出成果上，还在层序地层学与海平面变化、构造及沉积作用的影响、活动构造背景下的海平面变化样式等地动型海平面变化研究方面获得突破[7-9]。

1地动型海平面变化

地动型海平面变化是指由于自然及人类活动等因素作用于固体地壳，而产生的海岸带地壳相对高程的变化所引发的海平面上升(海进)或下降(海退)现象。地动型海平面变化与水动型海平面变化相互影响、共同作用，构成了区域性海平面变化。

地动型海平面变化主要表现为垂直水平方向的大地水准面变化，与地面沉降、区域构造运动、地层沉积、海岸侵淤等因素有关[10，11]，即三个主导因素为地面沉降、构造作用、沉积作用。

1.1地面沉降

地面沉降是地动型海平面变化的一个关键因素，是沿海地区相对海平面上升的重要量值，其数值甚至可能超过全球海平面上升值的数十倍[12-14]。地面沉降按成因可分为自然沉降和人类活动诱发沉降。

自然沉降一般发生于天然、巨厚的第四纪松散沉积物地层，这些沉积物含水量高、粘粒含量高、固结程度差，在达到完全固结之前，地层将持续自然沉降。人类活动诱发的地面沉降多指长期过量开采地下流体，如地下淡水、石油、天然气等，所导致的地面沉降；另外，高层建筑施工等因素也造成局部地段的地面沉降。

1.2构造作用

我国海岸带位于欧亚板块边缘，构造活动比较强烈，活动断层发育，区域稳定性差。从地壳位移来看，大陆地壳从西向东水平位移的运动速率逐渐减小[15]；垂向升降变化也非常明显，华北平原、苏北平原和长江三角洲地区属地壳持续下降区，构造沉降增大了地面沉降值[16]。

1.3沉积作用

海岸带的持续沉降使众多河流于此入海，河口海岸带地区受泥沙淤积与海岸侵蚀的双重影响，沉积主导作用明显，控制了海岸的发育、第四纪地层的结构及厚度、海岸平原和脆弱地区的不均匀分布等，反映了水动力条件变化所引发的海岸带侵蚀、淤积对地壳升降的补偿-消去作用。

2长江口海岸带

2.1区域概述

长江是亚洲第一大河，长江口为中国最大河口，是一个丰水、多沙、中等潮汐强度的分汊河口。在径流与潮流两股强动力作用下，长江口段河床冲淤多变，主槽摆动频繁；苏北海岸主要为沙质海岸，海岸带变迁主要受制约于新构造运动、三角洲侵淤发展及人类活动[17]。

2.2地面沉降概况

长江口海岸带地区人类活动相对集中，第四纪沉积层厚约300 m，土质松软、含水丰富，当地下水超采或城市建设施工时，土层中有效压力加大，松散土层压缩变形，导致地面高程逐渐下降，产生地面沉降现象[18]。

长江口城市建设区地面沉降F4分层标1964～2010年监测数据显示：1964～1965年为快速沉降阶段，控制因素按主次为地下水超采、土层自然压缩；1966～1989年为缓慢沉降阶段，控制因素按主次为土层自然压缩；1990～2004年为加速沉降阶段，控制因素按主次为地下水超采、城市建设、土层自然压缩；2005～2010年为减缓沉降阶段，控制因素按主次为地下水超采、土层自然压缩、城市建设。

尽管各阶段的控制因素都主要为地下水超采，但是所占百分比不同。如1992～1998年间，研究区城市建设导致的沉降量约占总沉降量的12%，城市建设所占比重较大，且工程施工引起的局部地面沉降累计可达100 mm之多；建筑物建成后，其荷重对下部压缩性地层具有长期的加载作用，局部沉降将延续很长时间[19]。

2.3构造作用概况

长江口地区大地构造上位于扬子准地台的东部边缘，西北沿郯庐断裂和胶南断裂与华北地台相接；东南以江山-绍兴深断裂为界与华南褶皱系相邻。

长江口地面沉降是在新近纪以来长期构造运动的基础上持续发展的一种现象，具有继承性运动特征，表现为空间不均匀沉降；而人类活动造成的地面沉降叠加在构造运动之上[20]。由基岩标测定的地面沉降是地面相对基岩处的沉降量，但从整体基底构造上，由构造运动引起的沉降是持续且不可逆转的，就影响程度而言，构造作用的影响范围更大、时间更久。

观测结果表明，现今华南地区地壳整体处于沉降运动状态[21]。上海天文台利用1988～1996年基线干涉(VLBI)站与国际VLBI站基线长度变化的测定结果，计算了上海VLBI站的形变速率，得到地壳垂直形变速率为-1.95 mm/a[22]。

2.4沉积作用概况

长江口海岸带地貌形态主要为平原地貌，而海岸线变迁主要受制约于长江三角洲的发展。距今6000年以来，随着长江挟带的大量泥沙沉积，长江三角洲形成并扩展，海岸线不断东移；形成了一系列代表当时岸线位置的贝壳沙堤，呈北西向大致平行排列，向南东方向年代依次变新。

海岸带沉积物研究表明为典型的河流沉积物特征；在崇明东滩、南汇及金山采集的四个沉积柱样品的沉积速率分别为1.57 cm/a、1.70 cm/a、1.67 cm/a、1.82 cm/a；金山和崇明东滩的沉积通量最大，而且基本接近，南汇的沉积通量相对较小。这说明，长江口沉积物的物质来源主要为长江下游沉积物，沉积作用与海岸侵淤共同影响地面高程和相对海平面的变化。

3定量计算

3.1定量关系

地动型海平面变化的三个主导因素为地面沉降、构造作用和沉积作用，与引发的地面高程变化量之间存在如下关系：

H=HA+HN+HS

其中，H为地动型相对海平面变化量；HA为地面沉降量(指第四纪沉积盖层沉降量)；HN为构造升降作用引发的地壳高程变化(基岩沉降量)；HS为沉积作用量。

地动型海平面的变化是上述三个因素所产生的地壳高程变化量的叠加结果；在实际应用中，可将地面沉降等值线、海岸带构造升降等值线与沉积速率等值线叠加，得出区域地动型相对海平面变化量H。

3.2计算过程

首先，对计算区的HA、HN和HS分别进行量化赋值，利用已有数据，生成单因子等值线图，使图中所有的点成为带属性的数据点，则可确定计算区任意点处每个因子的数值。地面沉降量HA分三时段，即1980～1995年(16年)、1996～2001年(6年)、2002～2006年(5年)，将等值线的线文件增加沉降量属性，字段类型为浮点型，离散数据网格化计算生成年平均沉降量等值线文件；构造作用量HN值为-1.95 mm/a；沉积作用量HS为海岸线侵淤变化范围内的沉积数据等值线。

然后，利用软件进行各因子叠加计算，得出H值，数据采用Surfer软件进行处理，划分H值等值线区域。

最后，将数据导入MapGIS软件中成图，图中所有的点均为带属性的数据点，可获知任意点处H的数值，也可获知全计算区或区内任意范围的H均值。

3.3计算结果

应用上述公式，结合参考上海市地质调查院实际测量的相关沉降数据，计算了长江口海岸带地动型海平面变化量(图1～图3)。

可以看出，无论是在陆地还是海岸区域，由于地面沉降的影响，城市建设区的地动型海平面变化量总体比非城区偏大；近海岸线区域由于沉积作用对地面的补偿，使地动型海平面变化量比城市建设区偏低。长江口海岸带地区1980～1995年地动型海平面变化量平均为-2.93 mm/a(负值表示地面下降)；1996～2001年地动型海平面变化量平均为-12.1 mm/a；2002～2006年地动型海平面变化量平均为-9.37 mm/a； 1996～2001年期间是地动型海平面变化量最大的时期。

图1　长江口海岸带1980～1995年地动型

图2　长江口海岸带1996～2001年地动型

图3　长江口海岸带2002～2006年地动型

4结语

(1)识别了长江口海岸带地区地动型海平面变化的三个主导因素，即地面沉降(地下水超采、城市建设、土层自然压缩等)、构造作用(构造升降、地壳垂直形变等)和沉积作用(海岸侵淤等)；地动型海平面的变化是三个因素共同作用的叠加结果。

(2)定量计算了1980～1995年、1996～2001年、2002～2006年的地动型海平面变化量，结果表明：城市建设区的地动型海平面变化量总体比非城区偏大，近海岸线区域地动型海平面变化量比城市建设区偏低；1996～2001年是地动型海平面变化量最大的时期。

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Coastal Diastrophico-eustasy and Its Quantitative Calculation in the Yangtze River Estuary

ZHANG Jian-wei1,2,3，HUKe2，LIU Bao-lin2，WANGJian2，LU Zhong-cheng3

(1.Department of Environmental Sciences, Qingdao University, Qingdao 266071, Shandong；2. School of Ocean Sciences, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China；3. Geo-Engineering Investigation Institute of Qingdao, Qingdao 266100, Shandong)

Abstract:Facing the problem of global sea level changes, the main performance of the diastrophico-eustasy is the geoid changes at the vertical and horizontal direction, namely the three dominant factors for land subsidence, tectonics and sedimentation. The diastrophico-eustasy is the result of three factors acted. Based on the Yangtze River Estuary coastal zone geological conditions, using the data of the three factors, that calculated quantitatively the diastrophico- eustasy variation in 1980～1995, 1996～2001, and 2002～2006. The results show that: the diastrophico-eustasy variation of city area in general larger than other area. 1996～2001 is the maximum amount time of the diastrophico-eustasy.

Key words:Diastrophico-eustasy；quantitative calculation；Yangtze River estuary and main factor

[收稿日期]2015-10-28

[基金项目]国土资源部公益性行业科研专项(201011019-05)；国家自然科学基金(41202175)

[作者简介]张建伟(1980-)，男，山东高密人，高级工程师，主要从事海岸带地质、环境地质等工作。[通讯作者]胡克(1957-)，男，教授，研究方向：海岸带地质、第四纪地质等。

[中图分类号]P714

[文献标识码]A

[文章编号]1004-1184(2016)01-0111-03