[科普中国]-相对海平面变化

研究背景

当代古海洋盆地分析,一个重要特色就是层序地层的参与和广泛使用。层序地层的划分主要依赖于海平面变化特征,因而当代古海洋盆地分析也十分注意区域相对海平面变化,并将区域海平面变化扩展到大区域甚至全球范围来认识。这是当代古海洋盆地分析的特色和主要任务。

但是海平面变化既有全球性,也有地方性。全球性的称为绝对海平面变化。绝对海平面变化是指全球海水体积与洋盆大小的变化引起的,表现特征为经历的地质时间长、影响范围广泛、留下深刻的物质记录;而相对海平面变化,是指一个区域上海平面变化与陆地升降二者运动结合的结果,往往表现为地质时间短、变化幅度小、仅限于区域上。那种不加分析,把区域海平面相对变化放到全球统一的海平面变化曲线中进行统一和对比,显然是不可取的。全球海平面变化与区域相对海平面变化可以相一致,也可以不一致,甚至相反,特别是造山带地区的海平面变化往往与全球海平面变化极不协调。1

简介层序地层学发展的早期阶段其理论的核心是海平面变化控制着不同级别的层序的发育。而海平面变化有两种形式，即全球海平面变化（或称绝对海平面变化）和相对海平面变化。相对海平面周期性升降直接控制着可容纳空间的变化速率。

一个地区或盆地相对海平面的变化是全球海平面变化和本地区（或盆地）构造沉降速率的综合影响。水体的深度是沉积物表面到海平面的距离，它受全球海平面变化、构造作用和沉积物供给三种因素的联合控制。当沉积物堆积速率大于相对海平面的上升速率时，即使此时的海平面在上升，但水体的深度仍在减少。

在一个地区根据观测资料所获的海平面变化曲线，通常都是反映相对海平面变化。2

影响因素根据近年来的研究结果认为,尽管影响因素很多,但主要因素为构造运动、气候波动等。至于沉积物供给、沉降速率等影响因素则降为次要。在这几大因素中,首推构造运动,特别是全球构造运动。

全球构造运动,它们影响地球表面的海陆分布和大洋容积,决定地史中较大幅度的海平面变化。根据板块构造研究结果认为,海底扩张和大陆解体可形成全球性海平面上升,反之则下降,也就是说,大陆联合期与全球海平面低水位期一致;大陆离散期与全球海平面高水位期一致,因此,显生宙以来,特别是古生代、中生代,随着各大陆分离,全球曾出现过二次大规模的海平面上升。如晚白垩世的土仓期,随着南方大陆逐步解体,全球海侵达到了最高潮,比今天海平面上升250m左右,与大陆解体的高潮期相对应,因此

板块构造和海底扩张可以导致海平面3～500m的变化,它是百万年的时间尺度内海平面变化的主导因素。但是构造运动有全球和局部之分。全球构造运动影响洋盆容积和海水进退变化;局部的构造运动包括褶皱、断裂活动、山地隆起、盆地沉降和火山喷发等,都是地壳运动的表现,都可引起区域相对海平面变化,甚至还可造成全球性的海平面变化。

气候对海平面影响,近年来得到很大加强,它的影响作用并不亚于全球构造运动。据现代冰川研究结果,现在南极大陆冰体,如果全部融化,将使全球海平面上升40～50m。如第四纪更新世冰川鼎盛时期,全球海平面下降100m。关于古气候控制海平面变化,地史中详细记载的有7次,每次都引起海水大规模的进退,这种由气候影响海平面的作用是不能低估的。1

相对海平面变化方式前述影响海平面变化主要是构造和气候作用。构造和气候既可以相互作用,也可以单一作用,这要因地而异。

对稳定地区来说,在稳定的构造背景和无陆源物质大量供给条件下,这些地区的沉积类型始终受气候因素控制。在这种稳定的环境中也出现灾变沉积,但这种灾变沉积并不是由构造运动引起的,而是由气候作用导致的。如华北地区在下古生界时期,全区为一陆表海,面积辽阔,水体不深。在正常天气时,沉积了一套代表炎热、潮湿气候的鲕状灰岩、藻灰岩、生物碎屑灰岩等。在这样一大套稳定沉积层中,出现了空间上广泛分布的非正常沉积的风暴岩。这种非正常沉积的风暴岩是灾变气候的标志。这种灾变沉积与构造运动无关,而与热带地区的气候有关,因为华北地区下古生界时期处于低纬度陆表海。低纬度陆表海既是碳酸盐岩沉积作用的发育带,又是风暴流的策源地,导致气候剧变。这种气候变化主要是低纬度赤道的飓风影响,出现了正常天气浅海的碳酸盐岩与恶劣天气作用的风暴岩沉积交替的结果,与区域盆地沉降无联系,而与该地的古纬度、古气候密切相关,因此,古气候对地层、沉积相各方面(包括厚度、沉积速率、沉积构造等)均有深刻的影响。在构造活动地区,它们往往表现为联合作用的特征。构造活动对沉积物容纳空间的增加和减少影响最大,如与气候相结合,可以控制沉积物的数量和类型。如我国北疆准噶尔地区的泥盆系一系列火山碎屑风暴岩就是一个实例[2]。该区火山碎屑风暴岩发育于早泥盆世,火山沉积广泛。火山碎屑风暴岩系指火山碎屑含量≥25%,直接火山作用参与形成的风暴岩。火山喷发代表了活动地槽的特征,而风暴岩则是由恶劣的气候造成的,因此,这种区域地质背景十分有利于风暴岩的发育,它们是构造、气候联合作用的产物。

需要指出,区域相对海平面变化是一个不可忽视的因素,是受区域局部构造运动影响的。但是,不同类型的局部构造运动引起地区性的海平面变化的速度和幅度也很不相同,如火山地震、岩体崩塌都是一些突发性作用,它们所造成的海平面变化一般较小,而造山运动是一个缓慢形成过程,它所造成的海平面变化都比较大,至于河流径流量和陆源碎屑的大量供应,在河口、大陆架地区对海平面相对变化的影响也相当重要。1

造山带区域海平面变化的特点造山带不同时期的海平面变化,不能同稳定地区相提并论,它不仅仅受全球海平面变化的影响,更主要的是受局部构造运动的控制。

造山带构造作用,常常使造山带不同时期的地层翻天覆地,它的控制和改造作用十分显著,构造作用对地层的记录表现最为清楚,因而构造作用与全球海平面常有二种关系。

当区域构造事件小于全球海平面变化作用的强度时,区域海平面变化特征受全球绝对海平面变化的控制,与全球海进、海退同步,其沉积特征与全球相一致,局部的地质场可以放到全球地质统一场中认识问题。

当一个区域构造事件大于全球海平面变化的强度时,其相对海平面变化会与全球绝对海平面变化极不协调,其海平面变化特征往往与全球海平面变化特征相反或者其变化幅度远远大于全球性的海平面变化幅度。因此,造山带的海平面与全球海平面变化既可以一致,也可以不一致,甚至相反,这在昆仑和秦岭地区等尤为显著。2