海平面什么时候下降(海平面还在上升吗)

冰期海平面为什么下降？

冰期、间冰期都是地质学科中对应时间尺度很大的历史时期。在这些很长的历史时期内，当气候寒冷时，由于降雪过程，海洋中的许多水分变成固体白雪堆积在陆地上，如南极冰盖的厚度达数千米。陆地上堆积的冰雪量越多，海洋中的水分减少的也越多。因此，冰期海平面是下降的，陆地面积是扩大的。相反，如果气候变暖，则在陆地上堆积的冰雪融化，通过河流进入海洋，使海平面上升，陆地面积减小。不要以为海平面的下降或上升是个小数字，如果格陵兰岛上的冰雪全部融化，全球海平面大概上升6~7米。如果南极冰盖全部融化，则全球海平面上升超过60米。查查您脚下居住地方的海拔高度吧，估计一下全球气候变暖对您是否有直接影响？

（一）海平面升降周期和层序级别

1.海平面升降概念

海平面升降指在一定时间范围内海平面变化的幅度、周期及其频率的总和。一个完整的海平面升降变化周期包括两次海平面的相对下降，即从海平面下降最大速率的拐点处至后继的海平面上升，而后则是下一次的海平面下降，至此完成了一次海平面升降周期。

海平面相对变化的定义体现在3个方面：（1）在一定的时间域内，海平面相对于地面的视上升和视下降；（2）海平面相对变化时，海平面和地面可以同时上升也可以同时下降，或者是其中之一上升或下降的非耦合关系；（3）海平面变化从规模、性质和起因而言，它有3个层次，全球性的、区域性的和局部性的。这3个方面的实质是海平面相对变化与构造活动的耦合关系。

海平面升降变化还有另一层次的涵义，即绝对海平面变化和相对海平面变化。

2.海平面升降变化与周期的关系

一个典型的海平面相对升降周期，由一个逐步的相对上升达到高潮后，有个相对静止的阶段，然后迅速的相对下降，这种变化通常为海平面变化的长周期和全球性的。短周期的海平面升降，通常表现为海平面累进式的上升，由众多的小规模的迅速上升和静止期组成，中间没有一个明显的下降，这种小规模的事件引起的海平面变化为准周期（Vail等，1977）[1]，即王鸿祯所称的4级和5级周期。准周期的海平面升降变化完全可以从露头上的沉积记录中识别。

海平面升降周期的时限，不同学者各有标准。Vail等学者划分为5级：1级周期为全球性的旋回，占有时限数百个百万年，组成一个构造旋回，可包括1至3个超周期，组成海平面主体上升和主体下降部分的超层序；2级周期为超周期，占有时限数百万年以上；3级周期，占有时限数百万年，在露头上具有完全的沉积体系域和顶底层序不整合界面，则为3级周期所形成的层序；4级周期，为准周期，形成准层序，占有时限1～4Ma;5级周期，占有时限小于一个百万年。P.R.Vail等人（1977）[1]详细地研究第3级和第4级海平面升降旋回，他认为第3级旋回持续时间为1～5Ma；第4级旋回的持续时间为几十万年。王鸿祯等人（1996）把海平面变化周期划分6级（表5-1），①超级（Super rank）海平面升降，延续时间为500～600Ma，在该海平面变化周期之内形成的层序称为巨层序（Bigsequence），其成因为双宇宙年；②1级海平面升降，持续时间为60～120Ma，可形成大层序（Megasequence），其形成机制为克拉通热旋回；③2级海平面变化周期，持续的时间为30～40Ma，形成中层序（Mesosequence），其形成机制为银河系的旋回；④3级海平面变化周期，持续时间为2～5Ma，形成正层序（Orthosequence），是银河系小行星群的演化旋回；⑤4级海平面变化，持续时间为0.1～0.4Ma，形成亚层序（Subsequence），其成因是长周期米兰柯维奇旋回；⑥5级海平面变化，持续时间为0.02～0.04Ma，形成小层序（Microsequence），其成因为短周期的米兰柯维奇旋回。

表5-1　层序地层周期级别划分方案及成因

（据王鸿祯等，1996）

一次全球性海平面相对变化周期是一个时间段，在这段时间里发生了全球规模的海平面相对上升和相对下降。全球规模和地区性规模的海平面相对升降不同于一般海岸线的进和退，海平面上升与海进可以同步，但也可能为非同步关系。

全球性海平面升降作为一级周期或王鸿祯称为超级周期，笔者在研究华南古大陆的层序时，大约持续时间为400Ma。

引起全球性海平面变化的可能因素：一是海水体积的变化，二是盆地形状的变化。它是大地构造、冰川事件及其它大规模地质作用的结果。海底扩张速率变化和洋中脊体积的高度变化，可造成大洋盆地形状改变，因而引起大陆边缘海平面上升。大洋中脊体积的收缩使大陆边缘缓慢下沉，促进了累进性的海平面下降。Vail等人（1977）以此机理解释了白垩纪以来的海平面稳步下降的原因。此外，冰川和冰消作用以及造山运动、火山作用可以解释3级周期海平面升降的形成机制。

3.海平面升降与层序的可对比性

一个层序是在一次完整的海平面升降变化周期内形成的沉积物，沉积体系域对应于海平面周期中的某个阶段。因此从海相地层的露头上认识海平面变化已成为可能和现实。如果与全球海平面升降周期同步形成的层序，则具有全球可对比性；与相对海平面变化或是地区性的海平面升降形成的层序，具有地区性的可比性。

地质学家是通过露头上的岩石和沉积物判断层序，从而识别海平面升降和层序间的对比。对比的准确性和可操作性，首要的是分析形成该层序所处的海平面升降的背景，把层序和岩石地层分为与全球性、区域性或地区性海平面变化形成的三大体系。

层序和海平面升降的相关关系取决于5个参数：

第一类有两个参数：一次海平面升降周期内，可分为海平面的上升翼部分和下降翼部分，相对应的形成海平面主体上升的层序、或是与海平面主体下降阶段形成的层序；第二类是海平面升降的规模和影响范围，有3个参数：即全球的、区域的和地区的；这5个参数简单的组合只有6种相对应的层序，如果把这5个参数进行排列组合的话则可形成的层序可达数十种组合形式。简单数字计算说明，分析层序地层时要认识形成层序的复杂性和形成层序背景的重要性，除此还有盆地构造背景这一重要参数（包括构造活动的全球性和区域性以及构造沉降在层序中的响应）。前述第三章，对上扬子西缘至斜坡带，以及西缘与巴颜喀拉海槽中、晚三叠世岩石地层和层序地层进行了对比，依盆山转换中这些参数的相关性得出层序的对比认识。

海平面变化趋势与区域地壳运动状态

5.1.1 层序地层与相对海平面变化

研究与全球海平面变化相当的一级和二级升降周期所形成的不同体系域的性质、几何形态和组合关系，辨认和追踪各种沉积界面的特征、不整合的性质以及层序界线，不仅能准确地恢复盆地的沉积演化过程，而且通过层序划分建立海平面变化曲线，也是认识盆地构造活动的重要途径（刘宝珺等，1993）。江山地区古生界划分为3个大层序、5个中层序。寒武纪和奥陶纪由2个大层序组成，Mg1时限为64 Ma（寒武纪和早奥陶世早期），包括2个中层序（Ms1、Ms2）。Mg2已被剥蚀而不完整，现包括下奥陶统上部-上奥陶统，由2个中层序组成（Ms3、Ms4）。

寒武纪初期快速海侵，早荷塘期海平面迅速升高，至大陈岭期海平面下降（图5-1）。荷塘期是早古生代第一次大规模海侵，形成盆地边缘相沉积，产大量黑色炭质页岩、黑色炭质硅质页岩、石煤层、磷结核或磷矿层。荷塘晚期海平面开始明显下降，大陈岭组底部的白云岩出现了大量的鸟眼构造，说明本区已处于潮间-潮上带，大陈岭组最大海泛时形成的凝缩层也相对较薄（5～7cm）。

图5-1 江山地区古生代层序地层与海平面变化关系图

全球一级周期、二级周期海平面相对变化引自Vail et al.（1977）

中寒武世杨柳岗期又有一次海侵高潮，尔后海平面逐渐下降。杨柳岗期海平面上升比较明显，不仅凝缩层比大陈岭组厚（50cm），在高位体系域中也夹有具水平纹层的薄层炭质页岩和钙质页岩，说明它大部分时间处于较深水环境。华严寺期和西阳山期海平面较杨柳岗期有所下降。印渚埠期整体处于较稳定的浅海陆棚环境，到最晚期出现了明显的海平面下降并露出水面，形成了印渚埠组与宁国组间的暴露不整合。

宁国早期仍处于低海平面，形成了一套低位期的下切谷中的楔状颗粒亮晶碳酸盐充填物，然后海平面快速上升，进入盆地沉积环境，形成了一套黑色笔石页岩相沉积，直至胡乐期，仍保持盆地相沉积。这是早古生代第三次高海平面时期，海侵规模比前面两次都要大。砚瓦山期海平面明显下降，变为碳酸盐台地沉积环境。

黄泥岗—长坞期海平面略有上升，江山地区成为浅海陆棚环境，沉积了一套厚300多米的泥岩、页岩夹粉砂岩、砂岩。长坞组中最鲜明的特征是发育3套浊积岩沉积。

石炭纪和二叠纪地层构成1个中层序（Ms5），顶部已被剥蚀而不完整，现包括石炭系和下二叠统。受加里东运动影响，早古生代末盆地基底抬升成陆，长坞组顶部的沉积也遭到剥蚀，缺失志留系、泥盆系，直至早石炭世晚期为陆相冲积河谷环境，晚石炭世早期才开始海侵，形成一套滨海陆源碎屑岩为主夹潮坪碳酸盐岩沉积。晚石炭世晚期（船山期）沉积产物为潮下低能带微晶灰岩，从此海侵持续稳定并继续向东超覆，开始了本区碳酸盐台地稳定发展阶段。Ms5有一个从缓慢海侵到海平面长期稳定的过程，丁家山晚期海平面下降，期间有多次小幅度的海侵和海退变化。

5.1.2 区域地壳运动状态

沉积相和层序地层分析表明，本区古生代时期曾有过3次一级海平面升降周期。Mg1和Mg2海平面上升时处于陆内裂陷阶段，Mg3 海平面缓慢上升形成广泛的台地相碳酸盐沉积。早古生代海平面高度明显大于晚古生代，最高海平面出现在奥陶纪，区域相对海平面变化总体特征与Vail et al.（1977）的全球海平面变化趋势基本一致。但二级海平面变化规律差异性较明显，显然这是区域地壳运动特性的反映，包括沉积底盘和东侧蚀源区华夏古陆的沉降与隆升状况。

Vail et al.（1977）的全球海平面变化曲线在寒武纪—早奥陶世期间处于持续上升阶段（Vail et al.，1977；吴跃东，2001），而本区从早寒武世至早奥陶世的海平面虽出现10个三级起伏旋回，但总体上未有明显升高。地层记录中的相对海平面变化历史，实际上是全球海平面变化与区域构造升降相互作用的总效应（江茂生等，1996）。在碳酸盐沉积补偿能力不大的前提下，可以推断，在寒武纪早期大陆裂解，快速沉降形成深水盆地后，晚寒武世浙皖海盆发生过整体抬升，部分抵消了全球海平面上升的影响，形成该区持续的次深海碳酸盐沉积环境。

奥陶纪中期由于全球气候变冷，海平面大幅度下降，中-晚奥陶世全球海平面大大低于早奥陶世。本区宁国期—胡乐期却出现范围极大的深水盆地环境，中奥陶世实际上出现了古生代时期最高海平面。由此可以推断，浙皖海盆连同其陆源区曾发生整体下沉，盆地补给条件也未明显加强。至中奥陶世晚期才出现海退，形成砚瓦山期碳酸盐台地。

受加里东运动影响，本区早石炭世为陆，晚石炭世开始海侵，这与全球海平面变化曲线的石炭纪海退过程相反。全球海平面变化曲线反映石炭纪末为大规模海退（Vail et al.，1974，1977；丁孝忠等，2000），而本区从晚石炭世晚期—早二叠世早期整个碳酸盐岩发育阶段来看，海侵持续稳定，总体上海水在加深（梁鼎新等，1990）。由此可见，此时浙皖海盆发生过整体沉降，其速率大于全球海平面下降速率，形成该区持续的开阔台地环境。碳同位素记录也反映了这一区域性差异。

从陆源供给条件来看，Ms1、Ms2、Ms3 海侵期浙皖海盆与华夏古陆之间未发生差异性升降，盆内无明显的构造差异。Ms4中的晚奥陶世长坞期，华夏古陆与盆地的差异升降十分明显，深断裂的同沉积活动增强，盆内沉积相系比较复杂，浊流沉积发育。此时累计沉降幅度最大，沉降中心不断西移。海盆与古陆的差异性升降作用在Ms5 中表现得最为突出。晚石炭世华南地区海侵广泛，本区晚石炭世早期却发育了一套具5个三级海陆交互旋回（Csq1-Csq5）的混合沉积，呈向上变粗的反序结构，与黄龙组呈相变关系。这种急流搬运快速堆积的陆源碎屑与灰泥潮坪的特殊组合是古陆隆起明显增强的产物。由此可见，华夏古陆在晚奥陶晚期和晚石炭世早期发生过两次较明显的隆升。

什么情况下海平面下降？

什么情况下海平面下降？我来回答，随着全球性寒冷的来临，气候也变得干燥了。广阔的热带大草原和林地开始取代热带森林。食草动物发生进化，以便利用起不断增长着的可食性植被资源；灵长类出现，它们的家族将演化出人类。风速开始提高，而沿着海岸，海洋深层的冷水不断上涌，给海洋表面带来了丰富的营养物质。因此，光合浮游生物繁生，浮游动物增加，鱼类也繁殖起来，整个食物链都是欣欣向荣的景象。湾流变得更加强大，它将暖水推向北面，海水被冷却后从海底返回南方。南极洲的冰川固定了大量的水，导致了海平面大幅下降。

（一）海平面相对变化的二级周期

依据盆地演化——即构造活动与3级海平面相对升降的耦合和海平面绝对值曲线重建，二叠—三叠纪海平面变化可分为4个2级周期，并与4个中层序相对应，代表海平面升降与盆地演化的相关性。

（1）海平面变化的第1个2级周期，为早二叠世上扬子碳酸盐台地的形成期。最大海泛有两次，栖霞期和茅口期。早期由海侵上超不整合和水下间断不整合，可判断海平面上升速率大于构造沉降速率，形成双向退积型的碳酸盐缓坡。早二叠世不仅是上扬子陆块最大海侵，而且是晚古生代华南第二次构造旋回演化中海平面主体上升阶段，表现为海域覆盖范围最广，大面积处于潮下带的深水环境。

（2）海平面变化的第2个2级周期，为晚二叠世上扬子台地海水进退的变革期。吴家坪期为海退阶段，晚二叠世晚期的海侵以长兴期为代表，长兴组灰岩超覆在龙潭组碎屑岩之上（图5-5，图5-6）。但长兴期结束与早三叠世间的下超点与图3-4所反映的大隆期的海岸上超线一致。

（3）海平面变化第3个2级周期，为早三叠世至中三叠世拉丁期中晚期，约10Ma。其间海平面升降变化频繁，高频旋回发育，出现多次海平面下降造成的陆上暴露。上扬子台地处于浅水潮上环境、萨布哈和陆上盐湖（吴应林等，1994）[16]。

通过二叠系和三叠系中下统的露头分析，除热事件隆升造成的升隆侵蚀不整合层序界面外，因海平面下降形成的暴露不整合在台地上大面积出现的是在早、中三叠世，早二叠世的海平面下降只影响到台地边缘浅滩，台地上均呈水下间断不整合。从理论上讲，如果短周期海平面升降叠置在长周期的下降翼，必然导致海平面下降时的沉积特征明显；反之短周期海平面升降叠加在长周期上升翼，则海平面下降作用减弱，而海平面上升所产生的沉积特征明显。由此可以认为早、中三叠世上扬子西缘3级海平面升降周期处于2级海平面升降的主体下降过程，地质记录加强，因而中、下三叠统中暴露特征极为发育。

（4）海平面变化第4个2级周期，以中三叠世拉丁期末和晚三叠世卡尼期为代表，海平面升降曲线表现为下降的特征。T6上超点和

上超点也是海平面长周期主体下降中的低幅度相对上升，代表前陆挠曲中因构造变形引起的相对海平面上升和碳酸盐缓坡楔形体。晚三叠世晚期，为上扬子西缘结束海域环境的转折阶段和进积型河控三角洲的形成过程。

　海平面升降变化

一、概述

在显生宙以来的地质记录中，可以看到地层沉积具有某种规律性，例如周期性、重复性、韵律性和旋回性；同时某些沉积具有全球性，例如寒武系底部普遍发育含磷泥页岩，奥陶纪的碳酸盐岩在世界各地广泛分布。事实上，在地质历史中海平面变化、气侯变化、构造运动、生态变更、环境的巨大变化等方面具有全球性、某些方面的同一性、同期性或准同期性。

为了解释这种规律性，科学家的视域不再限于某一个地区，而是把地球作为一个域或场、作为一个与其它星球相互作用的质点、作为一个整体进行分析、研究，从而出现了各种不同的论点和假说。例如地球脉动说（A.W.Grabau,1938）、地球体积的胀缩变化（Е.Е.МИЛаНОВСКИЙ，1989）、Milankovitch旋回说（M.Milankovitch,1940;R.K.Goldhammer等，1987）、冰川消融说（R.W.Fairbridge,1961）、板块运动和海底扩张说（T.M.Guidish等，1989）。这些假说反映了一个共同的事实，即在地质历史中全球海平面及气候发生过周期性变化。对于沉积物而言，最敏感的因素是相对海平面升降变化（徐怀大，1990）。构造沉降、冰川消长、海底扩张、地球体积变化、气候变化、全球海平面变化等最终以相对海平面变化及由之引起的可容纳空间的增减而表现出来。

二、海平面变化对地层成因的影响

（一）相对海平面变化与可容纳空间

地层的形成及其分布型式在很大程度上取决于可容纳空间的多少及新增容纳空间（new space added）的变化速度。新增容纳空间是指沉积同时形成的可供利用的空间。可容纳空间是指可供沉积物充填的所有空间，包括早期未被沉积物充填的老空间和新增容纳空间。可容纳空间可以随其上界和下界向上或向下变化，结果产生了可容纳空间包络（accommodation envelope），它限定了可供沉积物利用的空间（图2-11）。

相对海平面变化直接控制了可容纳空间。全球或绝对海平面是指相对于一个固定基准面（如地心）的海面位置，因此与局部因素无关。相对海平面是相对于一个位于或靠近海底的基准面（例如基岩）的海面位置（图2-12），它随局部地区的沉降或上升而变化。海平面的相对上升或下降控制了新增容纳空间的变化，海平面相对上升增加空间，相反减少空间，在全球海平面停滞或缓慢下降时，由于局部沉降作用，相对海平面也可能继续上升并增加新的容纳空间。

（二）全球海平面升降旋回

地层沉积有不同的规模（表2-4），相应的海平面变化也有不同的级次。Vail等（1991）认为主要有两类全球海平面升降旋回，包括第一级的大陆海侵旋回和第二到第五级的层序旋回（时间跨度5Ma-1Oka）（表2-1、2-5）。

表2-5　不同级别层序的时间跨度及与米兰科维奇轨道参数的对比

1.一级海平面升降旋回

第一级海平面升降旋回产生的地层是巨层序。全球显生宙以来有两次大陆海侵的巨旋回（Vail等，1977;Hallam,1977;Fischer 1981,1982），特征是沉积物向克拉通搬运、被淹没的古大陆上沉积物注入受到抑制。第一次从元古代末期开始到早石炭世最晚期结束，第二次自晚石炭世早期开始至今（图2-13）。由层序地层学原理分析，相对应的两个巨层序的边界分别位于700Ma和308Ma处。首次海泛面分别位于寒武系底部（590Ma）和侏罗系底部稍靠上（202Ma）。最大海泛面的时代分别为500Ma（寒武纪与奥陶纪分界处）及90Ma（白垩纪早土伦期）；据估计，前者可能比现代海平面高出100—150m（G.Bond等，1988），后者是地质历史上全球海平面上升的最大期（E.G.Kauffamn,1983;B.U.Haq等，1987;Sahagian,1987），全球海平面上升的幅度可能超过现代海平面200-250m（W.C.Pitman,1978;M.A.Kominz,1984;Sahagian,1987）。由所有影响因素共同作用引起全球海平面变化速率最大可达1.2-1.5cm/ka。

这两次全球性的大陆海侵旋回，是由构造运动—海平面变化引起洋盆容积变化所致。造成洋盆容积变化的原因有多种，例如板块碰撞、海沟消减、海底岩浆活动及沉积物的充填，但是最重要的因素是海底扩张速率的变化（Rona,1973;Pitman,1978）。在快速的海底扩张期，产生宽阔高耸的洋中脊，大洋盆地的平均深度减小，从而引起海水向古大陆进侵并引起海平面上升。在缓慢的海底扩张期，形成的洋中脊狭窄低矮，大洋盆地平均深度增加，从而引起海平面下降，沉积作用仅活跃于大洋盆地和构造沉降较快的地区。

比较显生宙以来板块构造运动与一级全球海平面变化曲线（图2-14），可以看出全球低海平面期与超级泛大陆的存在和板块拼合期的时间相对应；上升期与古大陆解体的时间相一致，最高海平面期对应于古大陆破裂的顶峰期；下降期与板块聚合期相对应。例如三叠纪至侏罗纪早期，板块拼合成泛大陆，海平面最低；随后古大陆解体而海平面上升，至白垩纪土伦期破裂规模最大而海面上升最高；继后板块有解体也有碰撞或聚合，总体是海平面缓慢的下降。据Hoffman（1989）研究，在前寒武纪1.8Ga左右还可能存在一个超级大陆，并在1.2Ga时发生了大陆裂谷作用，说明元古代也可能具有一个一级全球海平面变化旋回。元古代至今的三个巨旋回（megacycle）的时间跨度分别约为60Ma、350Ma、和290Ma。

2.二到五级的海平面升降旋回

二到五级的全球性海平面升降旋回，属于冰川—全球海平面旋回。这类旋回具有周期性，其大部分或全部与气候变化旋回有关（Vail,1987）。它们一般变化幅度较小，但是频率显著高于构造运动引起的一级海平面变化旋回。二级海平面变化旋回的地层标志是超层序，时间跨度平均9-10Ma，由若干个三级旋回组成。二级旋回中海平面最大降落可大于50m。由2～3个超旋回可以组合为一个超旋回组，具有27-30Ma或36-40Ma的周期性。三级海平面变化旋回形成相应的三级层序，它是层序地层的基本单位，旋回的周期为0.5-5.0Ma。四级和五级旋回是周期性的或幕式的，地层标志是体系域或准层序组及准层序，也可以是高频层序。幕式的准层序分布范围小、持续时间很短（小于1万年），例如三角洲叶状体的移动可以形成这种准层序。周期性的准层序与Milancovitch轨道旋回伴生的气候波动变化有关（＜50万年）。Milancovitch轨道旋回的主要周期大约为20ka、41ka和100ka或400ka（Goldhammer等，1987,1990;Koerschner等，1989）。这些轨道旋回是由于地球轨道参数和地轴倾角的周期性变化，引起太阳辐射的周期性变化及全球性气候的周期性变化，诱发了大陆冰盖体积的变化，从而引起全球海平面变化及由此导致较小的相对海平面变化。

图2-11　作为全球性海平面升降和构造沉降作用函数的可容纳空间包络

图2-12　全球性绝对海平面、相对海平面和水深

图2-13　全球一级海平面升降旋回

图2-14　全球显生宙以来的板块构造运动