[科普中國]-相對海平面變化

研究背景

當(dāng)代古海洋盆地分析,一個(gè)重要特色就是層序地層的參與和廣泛使用。層序地層的劃分主要依賴于海平面變化特征,因而當(dāng)代古海洋盆地分析也十分注意區(qū)域相對海平面變化,并將區(qū)域海平面變化擴(kuò)展到大區(qū)域甚至全球范圍來認(rèn)識。這是當(dāng)代古海洋盆地分析的特色和主要任務(wù)。

但是海平面變化既有全球性,也有地方性。全球性的稱為絕對海平面變化。絕對海平面變化是指全球海水體積與洋盆大小的變化引起的,表現(xiàn)特征為經(jīng)歷的地質(zhì)時(shí)間長、影響范圍廣泛、留下深刻的物質(zhì)記錄;而相對海平面變化,是指一個(gè)區(qū)域上海平面變化與陸地升降二者運(yùn)動結(jié)合的結(jié)果,往往表現(xiàn)為地質(zhì)時(shí)間短、變化幅度小、僅限于區(qū)域上。那種不加分析,把區(qū)域海平面相對變化放到全球統(tǒng)一的海平面變化曲線中進(jìn)行統(tǒng)一和對比,顯然是不可取的。全球海平面變化與區(qū)域相對海平面變化可以相一致,也可以不一致,甚至相反,特別是造山帶地區(qū)的海平面變化往往與全球海平面變化極不協(xié)調(diào)。1

簡介層序地層學(xué)發(fā)展的早期階段其理論的核心是海平面變化控制著不同級別的層序的發(fā)育。而海平面變化有兩種形式，即全球海平面變化（或稱絕對海平面變化）和相對海平面變化。相對海平面周期性升降直接控制著可容納空間的變化速率。

一個(gè)地區(qū)或盆地相對海平面的變化是全球海平面變化和本地區(qū)（或盆地）構(gòu)造沉降速率的綜合影響。水體的深度是沉積物表面到海平面的距離，它受全球海平面變化、構(gòu)造作用和沉積物供給三種因素的聯(lián)合控制。當(dāng)沉積物堆積速率大于相對海平面的上升速率時(shí)，即使此時(shí)的海平面在上升，但水體的深度仍在減少。

在一個(gè)地區(qū)根據(jù)觀測資料所獲的海平面變化曲線，通常都是反映相對海平面變化。2

影響因素根據(jù)近年來的研究結(jié)果認(rèn)為,盡管影響因素很多,但主要因素為構(gòu)造運(yùn)動、氣候波動等。至于沉積物供給、沉降速率等影響因素則降為次要。在這幾大因素中,首推構(gòu)造運(yùn)動,特別是全球構(gòu)造運(yùn)動。

全球構(gòu)造運(yùn)動,它們影響地球表面的海陸分布和大洋容積,決定地史中較大幅度的海平面變化。根據(jù)板塊構(gòu)造研究結(jié)果認(rèn)為,海底擴(kuò)張和大陸解體可形成全球性海平面上升,反之則下降,也就是說,大陸聯(lián)合期與全球海平面低水位期一致;大陸離散期與全球海平面高水位期一致,因此,顯生宙以來,特別是古生代、中生代,隨著各大陸分離,全球曾出現(xiàn)過二次大規(guī)模的海平面上升。如晚白堊世的土倉期,隨著南方大陸逐步解體,全球海侵達(dá)到了最高潮,比今天海平面上升250m左右,與大陸解體的高潮期相對應(yīng),因此

板塊構(gòu)造和海底擴(kuò)張可以導(dǎo)致海平面3～500m的變化,它是百萬年的時(shí)間尺度內(nèi)海平面變化的主導(dǎo)因素。但是構(gòu)造運(yùn)動有全球和局部之分。全球構(gòu)造運(yùn)動影響洋盆容積和海水進(jìn)退變化;局部的構(gòu)造運(yùn)動包括褶皺、斷裂活動、山地隆起、盆地沉降和火山噴發(fā)等,都是地殼運(yùn)動的表現(xiàn),都可引起區(qū)域相對海平面變化,甚至還可造成全球性的海平面變化。

氣候?qū)Ｆ矫嬗绊?近年來得到很大加強(qiáng),它的影響作用并不亞于全球構(gòu)造運(yùn)動。據(jù)現(xiàn)代冰川研究結(jié)果,現(xiàn)在南極大陸冰體,如果全部融化,將使全球海平面上升40～50m。如第四紀(jì)更新世冰川鼎盛時(shí)期,全球海平面下降100m。關(guān)于古氣候控制海平面變化,地史中詳細(xì)記載的有7次,每次都引起海水大規(guī)模的進(jìn)退,這種由氣候影響海平面的作用是不能低估的。1

相對海平面變化方式前述影響海平面變化主要是構(gòu)造和氣候作用。構(gòu)造和氣候既可以相互作用,也可以單一作用,這要因地而異。

對穩(wěn)定地區(qū)來說,在穩(wěn)定的構(gòu)造背景和無陸源物質(zhì)大量供給條件下,這些地區(qū)的沉積類型始終受氣候因素控制。在這種穩(wěn)定的環(huán)境中也出現(xiàn)災(zāi)變沉積,但這種災(zāi)變沉積并不是由構(gòu)造運(yùn)動引起的,而是由氣候作用導(dǎo)致的。如華北地區(qū)在下古生界時(shí)期,全區(qū)為一陸表海,面積遼闊,水體不深。在正常天氣時(shí),沉積了一套代表炎熱、潮濕氣候的鮞狀灰?guī)r、藻灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r等。在這樣一大套穩(wěn)定沉積層中,出現(xiàn)了空間上廣泛分布的非正常沉積的風(fēng)暴巖。這種非正常沉積的風(fēng)暴巖是災(zāi)變氣候的標(biāo)志。這種災(zāi)變沉積與構(gòu)造運(yùn)動無關(guān),而與熱帶地區(qū)的氣候有關(guān),因?yàn)槿A北地區(qū)下古生界時(shí)期處于低緯度陸表海。低緯度陸表海既是碳酸鹽巖沉積作用的發(fā)育帶,又是風(fēng)暴流的策源地,導(dǎo)致氣候劇變。這種氣候變化主要是低緯度赤道的颶風(fēng)影響,出現(xiàn)了正常天氣淺海的碳酸鹽巖與惡劣天氣作用的風(fēng)暴巖沉積交替的結(jié)果,與區(qū)域盆地沉降無聯(lián)系,而與該地的古緯度、古氣候密切相關(guān),因此,古氣候?qū)Φ貙?、沉積相各方面(包括厚度、沉積速率、沉積構(gòu)造等)均有深刻的影響。在構(gòu)造活動地區(qū),它們往往表現(xiàn)為聯(lián)合作用的特征。構(gòu)造活動對沉積物容納空間的增加和減少影響最大,如與氣候相結(jié)合,可以控制沉積物的數(shù)量和類型。如我國北疆準(zhǔn)噶爾地區(qū)的泥盆系一系列火山碎屑風(fēng)暴巖就是一個(gè)實(shí)例[2]。該區(qū)火山碎屑風(fēng)暴巖發(fā)育于早泥盆世,火山沉積廣泛?；鹕剿樾硷L(fēng)暴巖系指火山碎屑含量≥25%,直接火山作用參與形成的風(fēng)暴巖。火山噴發(fā)代表了活動地槽的特征,而風(fēng)暴巖則是由惡劣的氣候造成的,因此,這種區(qū)域地質(zhì)背景十分有利于風(fēng)暴巖的發(fā)育,它們是構(gòu)造、氣候聯(lián)合作用的產(chǎn)物。

需要指出,區(qū)域相對海平面變化是一個(gè)不可忽視的因素,是受區(qū)域局部構(gòu)造運(yùn)動影響的。但是,不同類型的局部構(gòu)造運(yùn)動引起地區(qū)性的海平面變化的速度和幅度也很不相同,如火山地震、巖體崩塌都是一些突發(fā)性作用,它們所造成的海平面變化一般較小,而造山運(yùn)動是一個(gè)緩慢形成過程,它所造成的海平面變化都比較大,至于河流徑流量和陸源碎屑的大量供應(yīng),在河口、大陸架地區(qū)對海平面相對變化的影響也相當(dāng)重要。1

造山帶區(qū)域海平面變化的特點(diǎn)造山帶不同時(shí)期的海平面變化,不能同穩(wěn)定地區(qū)相提并論,它不僅僅受全球海平面變化的影響,更主要的是受局部構(gòu)造運(yùn)動的控制。

造山帶構(gòu)造作用,常常使造山帶不同時(shí)期的地層翻天覆地,它的控制和改造作用十分顯著,構(gòu)造作用對地層的記錄表現(xiàn)最為清楚,因而構(gòu)造作用與全球海平面常有二種關(guān)系。

當(dāng)區(qū)域構(gòu)造事件小于全球海平面變化作用的強(qiáng)度時(shí),區(qū)域海平面變化特征受全球絕對海平面變化的控制,與全球海進(jìn)、海退同步,其沉積特征與全球相一致,局部的地質(zhì)場可以放到全球地質(zhì)統(tǒng)一場中認(rèn)識問題。

當(dāng)一個(gè)區(qū)域構(gòu)造事件大于全球海平面變化的強(qiáng)度時(shí),其相對海平面變化會與全球絕對海平面變化極不協(xié)調(diào),其海平面變化特征往往與全球海平面變化特征相反或者其變化幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于全球性的海平面變化幅度。因此,造山帶的海平面與全球海平面變化既可以一致,也可以不一致,甚至相反,這在昆侖和秦嶺地區(qū)等尤為顯著。2