第四章 第四纪海平面波动

第四章第四纪海平面波动2一、海平面及其波动标志二、第四纪海平面波动历史三、海平面波动的原因3一、海平面及其波动标志1、海平面的概念2、海平面位置确定的标志（1）沉积物标志：澙湖沉积与泥炭、海滩岩（2）地貌标志：海蚀凹槽和海蚀穴、海蚀崖和波切台、砾滩、沿岸砂堤、贝壳堤（3）生物标志：有孔虫、介形虫（4）同位素地球化学标志41、海平面的概念海平面是指平均的海面，既不是高潮的海面，也不是低潮的海面，是通过多年的观测数据计算得到的一个海面位置。在测量学中，大地水准面（通过平均海水面的一个水准面，水准面上任意一点铅垂线都垂直于该点的曲面）是一个标准的海平面，可向陆地延伸形成一个封闭的圈。在我国，大地水准面是以黄海的海平面为准。51、海平面的概念第四纪古海平面研究中，有时确定的是平均海面的位置，但有时确定的是高潮面的位置，如依据贝壳堤、海滩岩、沿岸砂堤等确定的是高潮面位置，而依据海蚀凹槽确定的是平均海平面的位置，因此不能一概地把所有的古海平面看作为平均海平面。6一、海平面及其波动标志1、海平面的概念2、海平面位置确定的标志（1）沉积物标志：澙湖沉积与泥炭、海滩岩（2）地貌标志：海蚀凹槽和海蚀穴、海蚀崖和波切台、砾滩、沿岸砂堤、贝壳堤（3）生物标志：有孔虫、介形虫（4）同位素地球化学标志7（1）沉积物标志①澙湖沉积与泥炭潟湖（旧称泻湖），海岸带被沙嘴、沙坝或珊瑚分割而与外海相分离的局部海水水域。海岸带泥沙的横向运动常可形成离岸坝-潟湖地貌组合。当波浪向岸运动，泥沙平行于海岸堆积，形成高出海水面的离岸坝，坝体将海水分割，内侧便形成半封闭或封闭式的潟湖。8淡化澙湖：在潮湿气候区，注入澙湖的淡水大大超过蒸发量，澙湖水面高于海平面，引起澙湖水体经入（出）潮口进入海洋，如此长期外流，澙湖水体又不断有淡水补给，逐渐发生淡化，则形成淡化澙湖。咸化澙湖：在炎热干旱的气候区，澙湖缺乏大量淡水注入，水体蒸发量大大超过注入量，使澙湖水面低于海平面，海水不断向澙湖流动，并不断蒸发和浓缩，含盐度逐渐提高而变成咸化澙湖。9海平面上升时，原有的淡化澙湖转化为咸化澙湖，海平面下降，咸化澙湖转变为淡化澙湖。详细研究澙湖沉积物的特征，甄别出淡化澙湖和咸化澙湖沉积物的界限，可判断海平面的位置。淡水泥炭的表面与海平面处于同一高度或略高些，咸水泥炭的表面与海平面处于同一高度或略低些。若咸淡水泥炭重叠，指示海平面的位置。10②海滩岩分布在热带、亚热带沿海，主要由砾石、砂、贝壳、碳酸盐物质构成，碳酸钙胶结强烈，岩石坚硬。海滩岩的顶面高度与最大天文潮位相比较，下限可作为海平面的位置。11（2）地貌标志①海蚀凹槽和海蚀穴海蚀凹槽：是沿着海平面发育向陆地凹入的线状凹槽，海蚀凹槽最深的部位为平均海平面位置，而上下的转折部分为高潮面和低潮面的位置海蚀穴：形成于海平面附近，深度大于宽度的洞穴，海蚀穴指示海平面位置与海蚀凹槽相似。12②海蚀崖和波切台海蚀崖的底部可作为海平面的位置，有时在海蚀崖的底部发育海蚀凹槽或海蚀穴。波切台：由于海蚀崖及其下部新的海蚀崖的继续形成的这种反复作用,使海蚀崖不断向陆地方向节节后退,海岸带不断拓宽,结果海蚀崖底部至低潮浅之间形成一个向海洋方向微倾斜的平面。13波切台横剖面的中点，或沿海岸线波切台中点的连线基本可代表平均海平面的位置。14③砾滩、沿岸砂堤砾滩分布于潮间带，大多数沿高潮线分布，常形成平行于海岸线的砾石堤。是高海平面的良好指示物。沿岸砂堤沿海岸线分布，砂堤的底界基本与高潮线处在同一高度。水下沙坝形成于小于10m的水深范围内。15④贝壳堤一般认为贝壳堤的底板（贝壳堤与下伏沉积物的界面）作为平均海面的位置比较恰当，而贝壳堤的顶部不宜作为海平面位置的标志。16（3）生物标志珊瑚礁坪台：当海面稳定时,珊瑚礁平铺发展,但厚度不大;当海面上升或海底下沉时,形成的礁层厚度较大,礁体可发育成塔形,柱形.当海面下降或地壳上升时,形成的礁层厚度也不大,指示:平均大潮低潮位。17（3）生物标志牡蛎礁和藤壶：牡蛎和藤壶岩石海岸的生物,生活在潮间带.牡蛎礁的顶面指示低潮位位置；藤壶生长于平均高潮位-平均低潮位之间.最高不超过最高潮位.18（3）生物标志有孔虫是一类古老的原生动物，5亿多年前就产生在海洋中，至今种类繁多。由于有孔虫能够分泌钙质或硅质，形成外壳，而且壳上有一个大孔或多个细孔，以便伸出伪足，因此得名有孔虫。有孔虫：利用有孔虫的组合进行海平面位置的确定.19介形虫：生长在水域中的无脊椎动物。大的像米粒，小的肉眼看不清，有淡水和咸水.不同的水深介形虫的变异度(种的数目)和密度(标本的数目)不同。（潮间带:变异度和密度都非常低.潮上带:低变异度,高密度.海平面以下:变异度和密度变化的趋势相同）20（4）同位素地球化学标志研究发现，生活在海洋表层的微体生物浮游有孔虫，其甲壳中δ18O的含量与它赖以生存的海水保持平衡，因而不同时期海洋沉积物中有孔虫甲壳δ18O的含量变化，则反映了各个时期海水中δ18O的含量，进而反映了海洋表层温度的变化。海洋沉积物(有孔虫壳体)的δ18O值增加,海平面下降;其值降低,海平面上升.21冰期效应引起的氧同位素分馏有孔虫22二、第四纪海平面波动历史1、前第四纪海平面波动2、第四纪海平面波动（1）早、中更新世（2.4－0.13MaBP）（2）晚更新世(130—11kaBP)（3）全新世(11kaBP)231、前第四纪海平面波动前第四纪海平面变化主要通过生物化石、生态地层、层序地层和地震方法等认识的。地壳运动强烈活动阶段地壳隆起、陆地增生，海平面急剧下降（海退）。地壳长期稳定和湿润气候时期，地形逐渐被夷平，海平面缓缓上升（海侵）。由于地壳运动与地形夷平相比时间相对短暂，故地史上海平面曲线呈锯齿状。241、前第四纪海平面波动500Ma以来，中生代白垩纪是地壳活动和大陆增生的重要时期，也是地史上的高温期，当时两极尚未形成冰盖，所以白垩纪高海平面的出现与地壳运动和环境变化关系密切，与冰川活动无关。252、第四纪海平面波动（1）早、中更新世（2.4－0.13MaBP）世界各地海平面变化标志的时代越早保存越差，受到的新构造运动影响越大，有些新构造运动强烈地区，海成阶地已被后期运动抬升几十米或上百米。在地中海岸保存有较好的多级海成阶地，西西里以下多级阶地沉积物中含喜暖的风螺化，相当于多次间冰期高海平面，两级海成阶地之间相当于冰期低海平面。26二、第四纪海平面波动历史2、第四纪海平面波动（2）晚更新世(130—11kaBP)这一阶段包括末次间冰期和末次冰期，后者海平面历史研究详于前者。27130—75kaBP的未次间冰期,相当于深海氧同位素的第五阶段（MIS5），该阶段又可分为三个次一级的温暖期（MIS5a、c、e）和两个寒冷期（MIS5b、d）。其中MIS5e最温暖，在欧洲称为艾姆间冰期。75－11kaBP的末次冰期，相当于深海氧同位素的第4、3、2阶段，这个时期的海平面波动非常剧烈，总体是一直下降。28新几内亚海成阶地珊瑚礁台的铀系法测年资料，与探海钻孔V19－30岩芯浮游和底栖有孔虫壳δ18O气候曲线对照，两者都揭示出有120kaBP、100kaBP和80kaBP3个高海平面时期(黑点处)；可与大西洋巴巴多斯岛的3个高海成面：巴巴多斯Ⅲ(125kaBP)、巴巴多斯Ⅱ(103kaBP)和巴巴多斯I(82kaBP)对比。未次间冰期的海平面变化历史29末次冰期时，巨大的冰体在陆地积累，海水蒸发损失得不到补充，导致海平面大幅度下降，使浅海大陆架成为陆地。白令海、澳大利亚南部、加利福尼亚外海大陆架水深200－240m处，分布着水下阶地。被当作末次冰期时海平面降低后的海岸线位置所在。位于西伯利亚与阿拉斯加之间的白令海及海峡，在末次冰期多出露成为平原，并且发育苔原植被，形成所谓陆桥。在我国东部大陆架浅海底曾多次发现有猛犸象、原始牛、披毛犀等大型哺乳动物的化石。这些地方在末次冰期时都是陆地平原。未次冰期的海平面变化历史30中国130－14kaBP海平面变化史是根据沿海陆架钻孔与平原海陆相交互地层和贝壳堤推断的。130－75kaBP的末次间冰期，中国沿岸普遍发生海侵，沉积了平原下伏的E层海相层(渤海称第一海相层)。海平面时有波动，最高海平面出现在120kaBP左右的北洋淀海侵(与巴巴多斯Ⅲ同期)，海平面比现在海平面高5－7m。沉积物中含有现生活在黄海以南水域的伊沙伯丽蛤等暖水种化石，推断当时黄海水域水温为18－20℃，比现在高3℃。中国末次间冰期和未次冰期的海平面变化历史3170一40kaBP间末次冰期(大理冰期)早冰阶，中国东部沿岸普遍发生海退，海水撤出黄海陆架，海岸线位于－75m处，称黄海海退(或黄海冷期)；当时东海陆架海岸线在－100m左右。在海水退去的陆架上约35ka内为荒凉的干冷草原。渤海西部沉积了D层陆相层。40－25kaBP左右是一个相对温暖的气候期(“中黄海暖期”)，中国东部发生太湖海侵这次海侵历时不长，在渤海西部沉积了C层海相层(渤海西称第二海相层)。中国末次间冰期和未次冰期的海平面变化历史3225－14kaBP末次冰期(大理冰期)晚冰阶，海平面大幅度震荡下降，在18－15kaBP间，中国东部发生130kaBP来的最大规模的东海海退。海水分阶段再次撤出沿海陆架。在东海陆架上当时海岸线最低时在－150m左右(14C16000－14780a)。长江、黄河在露出的陆架上往东推进，长江东进约600km，其尾闾在水深－150—－160m左右。渤海洼地和露出的陆架上沉积了B层陆相层(包括黄土和长江三角洲沉积)，北方哺乳动物(如野牛)游移其间。在朝鲜济洲岛与中国台湾孤形连线以西，这片再度出露且范围更大的陆架上，再次呈现干冷草原环境。中国末次间冰期和未次冰期的海平面变化历史3314－11kaBP世界气候冷暖变化剧烈，海平面随之发生幅度较小的变化，但中国资料尚欠不足，估计这段时期海平面回升到－30～－40m。沿岸岛屿(包括台湾)与大陆最后分离发生在14—12kaBP间。中国末次间冰期和未次冰期的海平面变化历史34二、第四纪海平面波动历史（3）全新世(11kaBP)全新世(冰后期)是一个全球温暖期，除南北极冰盖变化不大外，世界其它冰盖和中纬山地冰川全部或大部分消融，在11－6kaBP(至5kaBP的大西洋期)全球海平面急剧震荡上升(图)，以后上升速度减慢并逐渐过渡到现代海平面，以上推论是建立在大量近岸泥炭（部分地区用贝壳或珊瑚亚化石）14C年龄基础上的。35lO－8kaBP海平面急剧上升阶段。期间中国东部海平面已回升到－15－－20m左右8－6kaBP海平面上升到－5m左右，浙江、辽东、海南、和台湾都有这一深度和年龄的泥炭、淤泥或珊瑚。6－5kaBP高海平面阶段。全新世大西洋高温期全球都发生过全新世最大海侵，此时,中国从北到南沿岸也都发生海侵。华北渤海西岸在5kaBP海水越过现代海岸线进入内陆，称黄骅海浸。东海称为镇江海侵。中国全新世海平面历史大致分为三段：365kaBP以来海平面波动下降阶段。在距今5kaBP左右中国东部南北海平面沿岸，从西往东递减的4道断断续续贝壳堤，北部的渤海地区从西到东为贝壳堤IV(4.7－4kaBP)、贝壳堤Ⅲ(3.8－3kaBP)、贝壳堤Ⅱ(2.5－1.6kaBP)和贝壳堤I(正在形成中)；在江苏南部称西岗(6KaBP)、中岗(4kaBP)、东岗(3.8kaBP)和新岗(正在形成中)。中国全新世海平面历史大致分为三段：37三、海平面波动的原因1、构造－海平面变化当海底板块扩张加速、洋脊增长和地壳上升时，会导致洋盆容积减小，使海平面上升；反之板块运动减速、洋脊萎缩和地壳下降导致洋盆容积增大，使海平面下降。这类称地动型海平面变化。2、大地水准面海平面变化由于地球重力不均匀，海面除其固有的大地水准球体曲率外，还有地区性“隆丘”与“凹陷”。如在新几内亚近代大地水准面有+76m“隆丘”，马尔代夫有－140m“凹陷”。这种海平面变化与地壳局部结构、