张磊，王超群，麦发海，贾丽云，孙东霞，张耀玲，杨肖肖，韩建恩，韩帅，吕同艳，杜建军，赵希涛，胡道功

1)中国地质科学院地质力学研究所，北京，100081；2)自然资源部活动构造与地质安全重点实验室，北京，100081；3)中国地质调查局新构造与地壳稳定性研究中心，北京，100081；4)海南省地质综合勘察院，海口，570206； 5)中国科学院地质与地球物理研究所，北京，100029

内容提要: 全新世大暖期的最大海侵对沿海地区具有深刻影响，但是海南岛北部全新世的最大海侵范围研究较少。本研究利用高精度DEM数据解译以及野外钻探验证，发现海南岛北部全新世精确的最大海侵古岸线空间展布位置，其总面积约260 km2，其中约115 km2属于现今的江东新区规划建设范围内，占整个江东新区规划面积的38%。海南岛北部全新世最大海侵古海岸线的发现，不仅对理解南海全新世高海平面特征及规律提供琼北地区新证据，并且对海南自贸区(江东新区)应对未来海平面升高问题提供背景参照。

在全球气候变暖背景下，全球平均海平面呈持续上升趋势，海平面变化已成为全球性重大环境问题之一(Levermann et al., 2013; Almar et al., 2021; Yang et al., 2021)。全球约37%的人口分布在距海岸线100 km范围以内(Cochen et al., 1997)，中国有41%的人口和60%以上的财富分布在沿海地区(时小军等, 2007)。IPCC预测未来到公元2100年全球平均海平面将上升0.52～0.98 m(Church et al., 2013)，预计到2030年、2050年我国南海海平面将分别上升30 cm和60 cm左右(时小军等, 2008; Huang Chuanjiang and Qiao Fangli, 2015)。海平面上升会淹没沿海低地、加剧海岸侵蚀、海水入侵、风暴潮、土壤盐渍化等地质环境问题(Nicholls and Cazenave, 2010)，是世界各国政府、科学家和社会公众共同关注的热点问题。

全新世以来，全新世最大海侵淹没了沿海低洼地带的广阔平原，导致海岸线大幅度迁移，使海陆面积比例发生较大变化(Meltzner et al., 2017)，全球海岸线发生的巨大变化，对全球海陆格局、海岸发育造成了深刻影响，对沿海人类生存与发展带来严重挑战(Rosentau et al., 2021)。因此，准确了解与我们现代生活环境密切相关的全新世高海平面在沿海地区形成的最大海侵范围，不仅对理解海平面变化规律、了解沿海地区全新世古气候、古环境变化有重要意义，而且对预测未来发生海侵的范围和影响提供依据和支撑(李长安等, 2022; 周良等, 2022)。

海南岛是南海西北部最大的岛屿，面积为33907 km2(吴传军等, 2014; 高抒等, 2016)，该岛北部濒临琼州海峡，地形平坦，海拔较低(图1)，广泛发育稳定的海相沉积(夏蒙蒙等, 2019; 梁定勇等, 2021)，对海平面变化非常敏感，但是目前对该地区全新世的最大古海岸线研究非常缺乏。因此，对海南岛北部(琼北)全新世最大海侵古岸线进行研究，不仅为理解南海全新世海平面变化规律提供琼北地区新证据，而且为海南自贸区(江东新区)应对未来海平面上升的决策制定提供重要科学依据。

图1 海南岛北部DEM解译最大海侵古岸线与验证钻孔空间展布位置Fig. 1 The location of the maximum transgressive paleocoastline interpreted by DEM and the verification borehole in northern Hainan Island

笔者等及所在项目组近年来在海南岛北部开展活动断裂调查时，利用地理信息系统(Geographic Information System，GIS)大区域分析与地质学实际调查相结合的方法，通过高分辨率数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)数据(分辨率2 m)解译并结合钻探发现了琼北全新世精确的大区域最大海侵古海岸线空间分布位置。为该地区也是国家确定的海南自贸区重点建设园区之一(江东新区)，应对未来海平面上升提供地质历史相似型时期的背景参照。

1 最大海侵古岸线高分辨率DEM解译

前人根据海侵后留下的海岸地貌以及沉积地层中留下的大量遗迹和记录，包括海相沉积层、牡蛎礁、古海蚀崖、贝壳堤等，研究全新世古海岸线(方晶和胡克, 2007; 范昌福等, 2010; Evelpidou et al., 2019; Nirgi et al., 2020; Kahlert et al., 2021; 周良等, 2022)。以上方法主要是先恢复古海岸线的片段，再整理连接成连续的海岸线位置。这些研究对恢复全新世最大海平面古海岸线提供了重要参考。但不同研究得出古海岸线存在一定差异，钻孔所反映的古海岸线也是离散的、局部的，而且得到海岸线范围有限，传统地质学方法进行大区域古海岸线重建则较为困难。

地理信息系统(GIS)能够处理大视野的数据，对于大范围特别是百千米区域的古地形、古海岸线重建有独特优势。前人利用不同GIS的方法重建古海岸线，包括GIS的地统计分析方法(数字高程模型(DEM)和样条差值法)(Hetherington et al., 2004)、经过水文校正的古DEM重建模型(Markwick and Valdes, 2004)、Grid和不规则三角网(TIN)方法(Mäkiaho, 2007)以及综合利用数字高程模型、相对海平面变化曲线和沉积厚度等数据重建古海岸线(姚衍桃等, 2009)。GIS的方法能得到大范围的相对细致的海岸线信息。但前人研究多采用的是30 m分辨率的DEM数据进行的重建，分辨率较低。另外，基于GIS方法得到的古海岸线是否与实际相符合，还必须要实地验证，否则可能得到错误结果。

针对以上全新世最大古海岸线研究中存在的问题，我们采用高分辨率(2 m空间分辨率)的DEM数据对琼北进行GIS地形地貌解译。发现在南渡江以东、江东新区北部以及东寨港东部的铺前镇—锦山镇—罗豆镇—三江镇周边存在着一条明显的地形地貌分界线(图1)。界线以内地形平坦(形成时代较新)，海拔较低，总体上低于3 m；界线以外地形高低不平(形成时代较老)，起伏较大，总体高于3 m。由于其处于濒临琼州海峡的海岸带，形态与海湾、海岬地貌轮廓相似(图1)，并且在该边界线内部获得的钻孔顶部均发育厚度不等的灰黑色黏土质粉砂、粉砂质黏土，且富含有孔虫(梁定勇等, 2021)、宝塔蟹守螺等海相生物化石，表明其为海相沉积，因此该界线可能为最高海平面海退后留下的古海岸线遗迹，而界线内当地称为琼北大草原的平坦地形应为海蚀平原，古海岸线在现海岸线靠陆一侧。

2 最大海侵古岸线钻探验证

基于GIS方法得到的古海岸线是否与实际相符合，还需要实际海平面标志物进行验证。琼北广泛分布海相沉积(梁定勇等, 2021)，海相地层向陆方向延伸并减薄至尖灭，海相沉积尖灭位置即最大古海岸线的位置(周良等, 2022)。因此，DEM解译的界线以内如果存在海相沉积，边界线以外不存在海相沉积，那么该边界线即为海相沉积尖灭处，也就是真实的古海岸线边界。以此为判断准则，在DEM解译的边界线内外选择3处代表性位置进行了钻探验证(图1)。

通过钻探，获得3组钻孔的联孔剖面(图2～4)。从图2中可以看出解译边界外的ZK4-3和ZK4-1钻孔顶部不发育灰黑色海相沉积，而解译边界线内的HZK5顶部发育灰黑色海相沉积。因此古海岸线边界(海相沉积尖灭点)应该在钻孔ZK4-1和HZK5之间，DEM解译边界也在这两个孔之间，因此该处的解译边界为真实的古海岸线边界。同样，从图3中可以看出解译边界外的ZK6-3和ZK6-4钻孔顶部不发育灰黑色海相沉积，而解译边界线内的ZK6-1顶部发育灰黑色海相沉积，因此古海岸线边界应该在钻孔ZK6-1和ZK6-3之间，与DEM解译结果一致。从图4中也可以看出解译边界外的ZK8-5和ZK8-3钻孔顶部不发育灰黑色海相沉积，而解译边界线内的ZK8-1、ZK8-2、ZK5-9和ZK5-6顶部均发育灰黑色海相沉积，因此古海岸线边界应该在钻孔ZK8-1和ZK8-3之间，同样与DEM解译结果一致。综合以上3处联孔剖面，解译边界内钻孔顶部均发育灰黑色海相沉积，界线外均不发育灰黑色海相沉积，3处DEM解译边界均得到钻孔验证，因此，通过以上钻孔验证说明该DEM解译的边界为真实的古海岸线边界。

王超群等(2022)对最大古海岸线边界内的钻孔中的海陆相沉积进行了14C和光释光测年(图4c)，其中ZK5-9钻孔的海拔0.36 m处的光释光年龄为6.1±0.5 ka，海拔0.1 m处的14C年龄为6.6～6.4 ka，而海陆相地层分界线的海拔在0.31 m，因此，表明ZK5-9钻孔处海陆分界线处的年龄应该在6.1～6.4 ka之间。另外ZK5-6海拔-0.5m处的14C年龄为6.8±0.5 ka，而该钻孔的海陆相地层分界线处的海拔为1.71 m，在该年龄位置之上，说明ZK5-6钻孔中海陆相地层的年龄应晚于6.8 ka，这与ZK5-6的结果(6.1～6.4 ka之间)是一致的。该地区海陆相地层的分界线海拔差别不是很大，因此年龄应当也是接近的，基于此推测认为海南岛北部该套海相沉积的顶部年龄属于中全新世，为中全新世琼山组海相地层，因此，该古海岸线应该形成于中全新世。

图4 DEM解译的古海岸线边界及部分实际钻孔(ZK8-1、ZK8-2、ZK8-3、ZK8-5、ZK5-6和ZK5-9)验证, 遥感图引自Google EarthFig. 4 Paleocoastline boundary interpreted by DEM and some verification boreholes (ZK8-1, ZK8-2, ZK8-3, ZK8-5, ZK5-6 and ZK5-9), the remote sensing image from Google Earth

3 最大海侵古岸线的意义

3.1 理论意义

南海是西太平洋最大的边缘海，是中国近海中面积最大、水深最深的海区，是海陆相互作用最为典型的区域(汪品先, 1996; 朱照宇, 2002)。关于南海周边地区全新世海平面的研究，前人做了大量工作(时小军等, 2007； Tam et al., 2018)。周良等(2022)利用钻孔资料重建了珠江三角洲地区的晚更新世和全新世最大海侵界线。姚衍桃等(2009)根据古海岸线重建模型，数字高程模型以及相对海平面变化曲线，并结合钻孔资料，对南海西北部末次盛冰期以来的古海岸线进行了重建。但是目前对于海南岛北部全新世精确的最大古海岸线研究还比较少，本研究发现的琼北全新世最大古海岸线边界为南海全新世最高海平面时期的影响范围提供琼北地区新证据。

3.2 现实意义

2018年国务院印发中国(海南)自由贸易试验区总体方案的通知，海南自贸区建设正式成为国家重大战略，而海南自贸区建设的重点之一是琼北江东新区的开发建设。江东新区位于海口东部，南渡江以东，东寨港以西，濒临琼州海峡，总面积约298 km2(梁定勇等, 2021)。通过以上DEM解译和钻探验证发现的琼北全新世最大海侵范围其面积约为260 km2，超出现今海平面范围约203 km2，其中约115 km2属于现今的江东新区规划建设范围内，占整个江东新区规划面积的38%(图1)。根据海南长期验潮站观测数据结果：近几十年来海南岛沿岸海平面以2.4 mm/a持续上升；自然资源部发布的《2019年中国海平面公报》中预计，未来30 a(到2050年)海南岛沿海海平面将上升0.6～2 m(自然资源部海洋预警监测司，2020)，海南岛沿海海平面多年上升速率居全国之首，且其预测海平面上升结果均高于同期全球平均值(石海莹等, 2018)。从目前趋势来看，海南岛北部海平面还将快速上升，因此海南岛北部的江东新区应考虑海平面上升对未来的可能影响，而本次研究发现的琼北全新世最大海侵范围，覆盖江东新区38%的面积，能为将来海平面升高影响江东新区的准确范围提供参照，并对国土空间规划提供重要参考界线。