海平面及其波动的标志

2025-03-28 08:28:57

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回答1：

1. 海平面的概念

海平面(sea level)是指平均的海面，既不是高潮时的海面，也不是低潮时的海面，是通过多年的观测数据计算得到的一个海面位置。在测量学上，大地水准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，在其他海域也有海平面，但不一定与黄海海平面的高度一致，如渤海的海平面比黄海要高，东海的海平面也要高些，实际上我国的海平面从北到南是波状起伏的，不是一个平滑的面。

在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、沿岸沙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。

2. 海平面位置确定的标志

第四纪海平面位置确定的标志可分为沉积物标志、地貌标志、生物标志和同位素地球化学标志。

图 8-16 淡水潟湖和咸水潟湖与海平面的关系

(1)沉积物标志

潟湖沉积与泥炭现代潟湖(lagoon)沿海岸线展布，与浅海以沙坝或沙嘴相隔。淡化潟湖(freshening lagoon)常高于海平面，而咸化潟湖(salting lagoon)低于海平面(图8-16)，两者可随着海平面的变化而转化。当海平面上升时，原有的淡化潟湖可转化为咸化潟湖; 而当海平面下降时，咸化潟湖则向淡化潟湖转变。因此，详细研究潟湖沉积物的特征，甄别出淡化潟湖和咸化潟湖沉积物的界线，由此可判断海平面的位置。在海岸带，滨海沼泽主要发育在平均低潮的高潮和大潮极端高潮之间的海岸部分，因此沼泽泥炭(peat)也可作为一种海平面的指示标志。沼泽泥炭分淡水泥炭和咸水泥炭，若是淡水泥炭，其表面与海平面处在同一高度或略高些，而咸水泥炭的表面与海平面处在同一高度或略低些; 若是淡水泥炭与咸水泥炭重叠，它们的接触面为古海平面的位置。另外，泥炭层与淤泥层的界线可作为古海平面的位置，因为淤泥层形成于海面以下或接近海面。但要注意的是，泥炭的压实作用非常显著，压缩量可达原来厚度的4/5 之多。

海滩岩(beachrock)分布在热带、亚热带沿海，是这些海岸带特有的岩石(沉积物)，其形成时间可以非常地短暂，几十年，几年，甚至一年即可。海滩岩厚一般几厘米到 1m 左右，有的可达2. 5m，宽达50 ～70m，主要由砂、砾石、贝壳、碳酸盐物质构成，碳酸钙胶结强烈，岩石坚硬。海滩岩的胶结作用的上限至少是大潮平均高潮位，其下限相当于大潮平均低潮位，因而在微潮或无潮地区，海滩岩胶结层可能很薄，在潮差较大地区其胶结层厚可达数米。因此，可以把海滩岩的顶面高度与最大天文潮位相比较，而海滩岩的下限可作为海平面的位置。

(2)地貌标志

图 8-17 海蚀凹槽与海平面的关系(据 Pirazzoli 等，1983; 修改)

海蚀地貌和海积地貌是反映海平面位置的直接标志，根据它可以较准确地确定海平面变化幅度。这些地貌主要有海蚀凹槽、海蚀穴、海蚀崖、波切台、海成阶地、沿岸沙堤、贝壳堤等。

海蚀凹槽和海蚀穴一般认为海蚀凹槽口部的顶和底约对应于高潮面和低潮面的位置，而楔形的尖端部位的水平面与平均海平面重合(图 8-17)。不同形态的海蚀凹槽指示海平面波动的特点，若凹槽很宽(上、下的距离)，表明当时的潮差大; 若横剖面为梯形，说明海平面的垂直位移小于潮差; 若为深窄的楔形，指示海平面垂直位移小，海平面经历了较长时间的稳定(图 8-17)。海蚀穴指示海平面位置与海蚀凹槽相似。

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。达到平衡状态的波切台横剖面的中点，或沿海岸线波切台中点的连线基本上可以代表平均海平面的位置，而波切台的顶部界线和下部界线(转折部位)是高海面和低海面的位置。

砾滩、沿岸沙堤砾滩形成于高能区，分布于潮间带，而且大多数沿高潮线分布，常形成平行于海岸线的砾石堤，所以是高海平面的良好指示物。沿岸沙堤沿海岸线分布，沙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。

图 8-18 贝壳堤与海平面的关系

贝壳堤贝壳堤形成于海面稳定，河流能提供较丰富的泥沙量，有明显的沿岸流的海岸区，其延伸方向与海岸线平行，位于高潮线位置(图 8-18)。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。徐家声根据大港河口的平均高潮位(3. 18m)和平均海平面(2. 03m)，建立了现在的贝壳堤底板高程(z_底板)与古平均海平面(x_古)的线性关系:

第四纪地质学与地貌学

根据上述公式，计算得到黄骅沿海的全新世中期以来的贝壳堤古平均海平面和古高潮位高程数据(图 8-19)。

第四纪地质学与地貌学

图 8-19 黄骅沿海贝壳堤分布剖面图和古平均海平面和古平均高潮位高程(根据赵希涛(1996)资料编绘)

(3)生物标志

珊瑚礁坪台(coral-reef platform)珊瑚礁坪台主要由滨珊瑚(Porites)、菊花珊瑚(Goni- astrea)、蜂巢珊瑚(Favia)、鹿角珊瑚(Acropora)等造礁珊瑚骨骼堆积形成，这些珊瑚生长的水深不超过-8m，且以-8 ～-5m 范围发育最好，其生长的上限在平均大潮低潮位上下25cm 以内。因此，珊瑚礁坪台表面只能代表平均大潮低潮位，而不是平均潮位面的位置。

牡蛎礁(oyster reef)牡蛎礁是生活在河口滨海段或海湾低潮线附近的牡蛎大量繁殖，死亡后其遗体堆积形成的，主要有近江牡蛎(Ostrea rivukaris)、长牡蛎(O. gigas)和褶牡蛎(O. plicatula)。近江牡蛎一般生长于低潮位以下 1m 左右，长牡蛎一般生长于潮下带，褶牡蛎分布于潮间带。一般认为牡蛎礁的顶面高程与当时的低潮位相当。

藤壶(Balanus)藤壶生长在潮间带的基岩海岸，固着在岩石上，对海平面的变化具有较好的指示意义。欧洲藤壶(Balanus balanus)生长的上线约变化于当地年小潮平均高潮位与年平均高潮位之上 30cm 间，东方小藤壶(Chthamalus challengeri )、中型小藤壶(C. intertextus)、小笠藤壶(Tetraclitella)的生长范围一般限于平均低潮位与平均高潮位之间，最高不超过平均大潮最高潮位。由于藤壶的生长时间较短(数月到数年)，是研究季节性海平面变化的良好标志。

有孔虫(foraminifera)主要利用有孔虫的组合变化指示海平面的变化。在滨海沼泽中，常见的底栖有孔虫有盐砂虫(Ammotium salsum)、砂竖口虫(Arenoparrella meyivana)、棕砂粟虫(Miliammina fusca)、胖砂轮虫(Trochamina inflata)、瘦瘪砂轮虫(T. macrescens)等。高盐沼泽的有孔虫安特生假穹背虫(Pseudoeponides anderseni)、拟异虫(Discorinopsis aguayoi)、平滑虫(Glabratella)、球旋虫(Glomospira)。高位沼泽的有孔虫组合是胖砂轮虫、瘦瘪砂轮虫和窄瓣砂轮虫，这个组合指示沉积物形成于潮差的上部 1/4 的部位。

介形虫(Ostracoda)介形虫的分布非常广泛，既有淡水的，也有咸水的，种类也很多。在不同的水深中，介形虫种群的变异度(种的数目)和密度(标本的数目)是不一样的。潮间带的介形虫种群变异度和密度都非常低，而潮上带则为低变异度、高密度。在海平面以下介形虫种群的密度和变异度随深度变化具有相同的趋势。所以可以利用介形虫种群的变异度和密度来估算海水的深度。

(4)同位素地球化学标志

深海沉积物(有孔虫壳体)中的氧同位素值(δ¹⁸O)也能反映海平面的变化。当 δ¹⁸O 值下降，表明海侵期，海平面上升; 当 δ¹⁸O 值上升，表明海退期，海平面下降。研究表明，δ¹⁸O值的 0. 1 变化，相当海平面的 10m 变化。但是，氧同位素样品测量误差达 ±0. 1‰ ，因此利用氧同位素值估算海平面高度时，以海平面变化幅度大于 10m 为佳。在末次冰期的盛冰期与间冰期之间，氧同位素变化幅度为 1. 4‰ ～1. 6‰ ，相当 140 ～160m 的海平面波动幅度，这与在大陆架发现古海岸线的证据不谋而合。

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