福建沿海全新世相對海平面變化：地質(zhì)記錄與“冰川-水均衡調(diào)整”模擬對比

王龍，王張華*，李翠玉

(1. 華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241；2. 中科可控信息產(chǎn)業(yè)有限公司 華東先進(jìn)計(jì)算中心，江蘇 昆山 215300)

1 引言

海平面上升，能夠引起海岸侵蝕、岸線后退、沿海低地淹沒、鹽水入侵、濱海濕地退化等一系列效應(yīng)，對海岸帶人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅[1]。近30年來，格陵蘭、南極冰蓋的消融速率不斷加快，海面上升速率加快[2]。根據(jù)預(yù)測，2050年全球平均海平面上升幅度可達(dá)到0.16～0.61 m；而21世紀(jì)末，全球海平面上升幅度最大可達(dá)到2.38 m[3]。福建沿海地區(qū)的人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，沿海地市的人口和地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）分別占全省總量的80.07%和82.85%[4]，因此對海平面變化尤其敏感?？茖W(xué)預(yù)測海平面上升幅度及影響，對于福建制定海岸帶中長期應(yīng)對策略及風(fēng)險(xiǎn)減緩措施具有重要意義。

有研究認(rèn)為，未來30 a福建沿海的相對海平面上升幅度僅為0.04～0.15 m[5]，這一結(jié)果明顯低于全球海平面上升預(yù)測區(qū)間的下限[3]。上述研究結(jié)果反映了對于福建未來海平面變化預(yù)測，仍存在較大的不確定性。缺乏長時(shí)間尺度的氣候-陸地冰蓋和海平面變化歷史背景，是影響模型預(yù)測結(jié)果可靠性的重要原因[6]。重建全新世相對海平面變化歷史，可為認(rèn)知區(qū)域相對海平面的長期變化機(jī)制、準(zhǔn)確預(yù)測未來海平面上升，提供長時(shí)間尺度的重要參考[7]。

福建沿海自20世紀(jì)80年代以來，開展了一系列全新世相對海平面變化的相關(guān)研究，發(fā)表了一批具有可靠年代和高程、沉積環(huán)境較為明確的海平面數(shù)據(jù)[8-10]?；谶@些數(shù)據(jù)，相關(guān)學(xué)者先后嘗試重建了數(shù)條區(qū)域性相對海平面變化曲線[11-19]，提供了該區(qū)域全新世相對海平面變化的輪廓。然而，已發(fā)表的全新世相對海平面曲線之間，卻存在著明顯的差異（圖1），不僅存在“連續(xù)上升”和“階段式上升”兩種完全不同的模式，而且各個(gè)時(shí)間段的相對海平面高度也不同。其中，距今12.00～7.00 ka的相對海平面高度差異尤其明顯，僅距今8.00 ka對應(yīng)的相對海平面高度，各曲線之間的差異可達(dá)約27.00 m。而距今6.00 ka以來，不同的相對海平面曲線在“高海平面”出現(xiàn)的時(shí)間、次數(shù)方面存在不同結(jié)果。因此，福建沿海的全新世相對海平面變化歷史，依然存在著較大不確定性[20]。有必要對已有數(shù)據(jù)進(jìn)行重新檢查，并對造成差異的成因做進(jìn)一步探究。

圖1 研究區(qū)概況Fig. 1 Map of the study areaa. 東亞板塊邊界分布；b. 福建海岸帶全新世相對海平面數(shù)據(jù)空間分布及分區(qū)；c. 福建沿海已發(fā)表的全新世相對海平面變化曲線a. Locations of East Asia and the plate boundary；b. distribution of Holocene relative sea-level data along the Fujian coast and sub-zone；c. published Holocene relative sea-level curves from Fujian coast

相對海平面，是局地平均海水表面與固體地球表面之間的距離[21]。因此，相對海平面變化受到海水表面和固體地球表面變化的共同影響和控制。末次冰消期以來，包括歐亞冰蓋、北美勞倫泰德冰蓋在內(nèi)的全球主要陸地冰蓋相繼消融，大量融水注入洋盆，引起大洋海水體積增加及全球平均海平面上升[22-23]。伴隨陸地冰蓋消融，地表陸地-洋盆之間發(fā)生冰-水物質(zhì)遷移及質(zhì)量重新分配，包括地殼、地幔在內(nèi)的固體地球和大洋對這一變化產(chǎn)生持續(xù)調(diào)整及反饋，并趨于達(dá)到新的均衡狀態(tài)的復(fù)雜地球物理過程，即為“冰川-水均衡調(diào)整（Glacio-hydro Isostatic Adjustment，GIA）”作用[24-26]。GIA作用的時(shí)間尺度可達(dá)到104ka，涉及到固體地球黏-彈響應(yīng)引起的地表垂直形變，以及地球重力場、自轉(zhuǎn)變化引起的大洋表面高度發(fā)生變化，進(jìn)一步導(dǎo)致全球相對海平面變化存在著明顯的空間差異[27-29]。末次冰期具有大規(guī)模陸地冰蓋發(fā)育的“近場區(qū)”，冰消期以來因冰蓋快速消融，地殼卸荷回彈，地幔物質(zhì)回流，相對海平面變化整體呈下降趨勢[25,29]。而遠(yuǎn)離主要陸地冰蓋的“遠(yuǎn)場區(qū)”，冰消期以來地殼形變相對較弱，相對海平面變化主要受冰蓋融水的影響，更為接近全球平均海平面變化，全新世大體呈連續(xù)上升趨勢[29-30]。而位于“遠(yuǎn)場區(qū)”構(gòu)造穩(wěn)定的大陸邊緣海岸帶，因陸架、洋盆海水載荷變化引起“水均衡調(diào)整”作用，在中-晚全新世期間普遍記錄有高于現(xiàn)今海平面位置的“高海平面”[25,29,31]。

近年來，GIA理論在我國沿海的相對海平面變化研究中，已經(jīng)得到了初步應(yīng)用。其中，汪漢勝等[32]采用GIA模型模擬了東亞“末次冰盛期”以來的相對海平面變化，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域相對海平面變化存在顯著的空間差異。孫奕映等[33]和Wang等[34]通過對比相對海平面地質(zhì)記錄和GIA模擬結(jié)果，分別揭示了廣東海岸帶和渤海灣西岸存在的長期地殼沉降。Xiong等[35]則結(jié)合杭州灣沿岸系列相對海平面地質(zhì)記錄[36-37]與GIA模擬結(jié)果，揭示全新世期間杭州灣存在相對海平面變化的空間差異。目前，福建沿海相對海平面變化的長期機(jī)制及影響因素尚不明確，相關(guān)研究有待加強(qiáng)。因此，應(yīng)用GIA理論與相對海平面變化的地質(zhì)記錄相結(jié)合，可為認(rèn)知區(qū)域相對海平面變化過程及動(dòng)力機(jī)制，提供地球物理學(xué)及地球動(dòng)力學(xué)依據(jù)。

本研究在前人研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)收集、整理了福建沿海近年來發(fā)表的各類全新世相對海平面數(shù)據(jù)，對海平面數(shù)據(jù)的位置、年代、高程及指示意義，進(jìn)行了重新檢查與校正。根據(jù)國際方法規(guī)范[21,38-39]，建立了福建沿海一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的全新世相對海平面數(shù)據(jù)庫。并在此基礎(chǔ)上，重建了新的區(qū)域全新世相對海平面變化曲線。同時(shí)，應(yīng)用地球動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的GIA模型，開展了海平面變化GIA模擬。最后，通過相對海平面地質(zhì)記錄與GIA模擬對比，嘗試揭示福建沿海全新世相對海平面變化的主要機(jī)制，并對這一區(qū)域中-晚全新世“高海平面”現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)制做出新的理論解釋。

2 研究區(qū)概況

福建省海岸帶位于中國大陸東南部（圖1a），臺(tái)灣海峽西岸，介于浙江省與廣東省之間，地理坐標(biāo)范圍為23°37′～27°10′N，117°11′～120°26′E（圖1b）。福建海岸帶岸線全長為3051 km，曲折率為1.00∶5.70，岸線整體十分曲折[40]。閩江口以北岸段地貌以低山、丘陵為主，以南至閩粵邊界以丘陵、臺(tái)地、濱海平原為主[41]?；鶐r海岸較為發(fā)育，同時(shí)有砂質(zhì)海岸、淤泥質(zhì)海岸，閩江、九龍江等河口地段發(fā)育有三角洲平原海岸。此外，沿海尚分布有小面積紅樹林海岸[40]。

福建海岸帶屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫為17.30～21.30℃，南部地區(qū)高于北部；多年平均降水量為1000～1600 mm，呈現(xiàn)由陸向海減少的趨勢[42]。沿海潮汐由太平洋潮波傳入產(chǎn)生[43]，北部和中部海區(qū)屬規(guī)則半日潮，南部屬不規(guī)則半日潮和不規(guī)則全日潮[44]。海岸帶北部和中部的潮差較大，平均潮差接近5.00 m及以上；南部潮差較小，自北向南由強(qiáng)潮型逐漸演變?yōu)槿醭毙蚚40,42]。

福建海岸帶位于揚(yáng)子板塊東南緣，與板塊邊界距離適中（圖1a），繼承性的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以微弱抬升為主[45]，距今125 ka以來的長期抬升平均速率為（0.17±0.09） m/ka[46]。該區(qū)域大地構(gòu)造主要由北東向和北西向兩組斷裂控制[47]。其中，北東向斷裂帶包括：政和-大埔斷裂帶（F1）、長樂-詔安斷裂帶（F2）、濱海斷裂帶（F3）。北西向斷裂包括：閩江斷裂帶（F4）、興化灣斷裂帶（F5）、晉江斷裂帶（F6）、九龍江斷裂帶（F7）、韓江斷裂帶（F8）（圖1b）。綜合考慮沿海海平面數(shù)據(jù)分布、潛在斷裂以及潮差的空間分布變化特征，本研究將福建沿海劃分為以下4個(gè)亞區(qū)單元：寧德、福州-平潭、莆田-泉州、廈門-漳州（圖1b）。

3 材料和方法

3.1 材料

3.1.1 相對海平面數(shù)據(jù)

本研究收集、整理了過去數(shù)十年福建沿海已公開發(fā)表的各類全新世相對海平面數(shù)據(jù)，包括新近發(fā)表的30個(gè)高質(zhì)量數(shù)據(jù)[48-52]。對這些數(shù)據(jù)的位置、年代、高程、沉積環(huán)境及指示意義等屬性信息，進(jìn)行了重新檢查和校正。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)“海平面數(shù)據(jù)庫”規(guī)范[38-39]，建立了福建沿海一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的全新世“相對海平面數(shù)據(jù)庫”（詳見補(bǔ)充材料）。該數(shù)據(jù)庫共包括全新世相對海平面數(shù)據(jù)183個(gè)。其中，海平面指示點(diǎn)（Sea Level Index Point，SLIP）數(shù)據(jù)81個(gè)、陸地約束（Terrestrial Limiting，TL）數(shù)據(jù)46個(gè)、海洋約束（Marine Limiting，ML）數(shù)據(jù)56個(gè)，分別占數(shù)據(jù)總數(shù)的44.26%、25.14%和30.60%（圖2）。

圖2 福建沿海全新世“相對海平面數(shù)據(jù)庫”數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Fig. 2 Statistics of Holocene relative sea-level database of Fujian coast

3.1.2 潮位數(shù)據(jù)

研究中，使用福建沿海代表性驗(yàn)潮站的特征潮位數(shù)據(jù)，包括：最高天文潮位（Highest Astronomical Tide，HAT）、平 均 大 潮 高 潮 位（Mean Spring High Water，MSHW）、平均小潮高潮位（Mean Neap High Water，MNHW）、平均潮位（Mean Tide Level，MTL）、平均小潮低潮位（Mean Neap Low Water，MNLW）、平均大潮低潮位（Mean Spring Low Water，MSLW）和最低天文潮位（Lowest Astronomical Tide，LAT）。結(jié)合對福建海岸帶的分區(qū)及潮汐特征，采用位于閩東北的幫門站，中部的閩江口（川石島站）、崇武站和閩南的將軍澳站（圖1b），分別作為寧德、福州-平潭、莆田-泉州、廈門-漳州等4個(gè)區(qū)域的代表性驗(yàn)潮站。上述驗(yàn)潮站的潮位數(shù)據(jù)，參考自文獻(xiàn)[53]。根據(jù)各站當(dāng)?shù)仄骄Ｆ矫媾c1985國家高程基準(zhǔn)面之間的數(shù)量關(guān)系[54]，將各站的潮位數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換至1985國家高程基準(zhǔn)。

3.2 方法

3.2.1 海平面標(biāo)志物及其指示意義

海平面標(biāo)志物，是與平均海平面之間存在一定的數(shù)量關(guān)系，并且這種關(guān)系能夠在現(xiàn)代環(huán)境中得到觀測的各類地質(zhì)、地貌、生物遺跡[55]。海平面標(biāo)志物與平均海平面之間的數(shù)量關(guān)系，即為海平面數(shù)據(jù)的指示意義（Indicative Meaning，IM）[21,55]，包括參考水位（Reference Water Level，RWL）和指示范圍（Indicative Range，IR）兩部分。其中，參考水位是海平面標(biāo)志物垂向分布位置的中點(diǎn)與平均海平面之間的距離，指示范圍是海平面標(biāo)志物垂向分布位置的上下區(qū)間。

本研究中，將海平面數(shù)據(jù)劃分為：海平面指示點(diǎn)數(shù)據(jù)、陸地約束數(shù)據(jù)和海洋約束數(shù)據(jù)3類[56-57]。其中，海平面指示點(diǎn)數(shù)據(jù)與平均海平面之間存在確定的數(shù)量關(guān)系，是相對海平面變化定量重建的核心數(shù)據(jù)。海平面指示點(diǎn)數(shù)據(jù)，涉及的海平面標(biāo)志物主要包括：海灘型海灘巖、牡蠣礁、貝殼堤（底部）、埋藏紅樹林、鹽沼泥炭、潮灘淤泥及潮間帶沉積（表1）。海灘型海灘巖，主要形成于最高天文潮位（HAT）和平均低潮位（MLW）之間[16,58]。因此，海灘型海灘巖的參考水位為 HAT與MLW的高程均值，即：（HAT+MLW）/2；指示范圍為 HAT與MLW高程之差，即：HAT-MLW。貝殼堤的底板，通常形成于平均小潮高潮位（MNHW）和平均大潮高潮位（MSHW）之間[59-60]，是較為可靠的海平面標(biāo)志物。牡蠣礁通常發(fā)育在平均海平面以下[61]，但本研究中選擇使用的牡蠣礁，其造礁牡蠣的屬種組合主要為褶牡蠣和近江牡蠣，主要分布于平均潮位與平均大潮低潮位（MSLW）之間[14]，可作為海平面標(biāo)志物?，F(xiàn)代紅樹林形成于熱帶潮間帶，分布位置介于MSHW和MSLW之間[58]。因此，原位埋藏的紅樹林，能夠準(zhǔn)確指示古海平面位置。鹽沼泥炭，形成于HAT和MNHW之間的濱海鹽沼[55,57]，是指示意義較為明確的海平面標(biāo)志物[62]。此外，潮灘淤泥等潮間帶沉積物也對海平面具有較好的指示[18,35-36]。

表1 福建海岸帶全新世相對海平面標(biāo)志物及其指示意義Table 1 Indicative meaning of Holocene sea level indicators on Fujian coast

陸地約束數(shù)據(jù)主要包括：沙堤型海灘巖、貝殼堤、淡水成因泥炭、河湖相沉積和埋藏古樹（表1）。現(xiàn)代環(huán)境中，這些標(biāo)志物主要形成于HAT以上的淡水環(huán)境[57,63]，與平均海平面之間不存在確定的數(shù)量關(guān)系。因此，其分布的位置及高程僅能指示平均海平面位置的上限。

海洋約束數(shù)據(jù)主要包括：原地沉積的海相貝殼和牡蠣殼、河口砂壩、河口灣沉積、潮下帶淤泥、淺海相及海相沉積（表1）?，F(xiàn)代環(huán)境中，這些標(biāo)志物主要發(fā)育在平均海平面以下水深較大的區(qū)域[57-58]，與平均海平面之間不存在確定的數(shù)量關(guān)系，僅能指示平均海平面位置的下限。

3.2.2 年代

福建沿海已發(fā)表的相對海平面數(shù)據(jù)，使用的測年材料包括：泥炭、木塊、植物碎屑及殘?bào)w、貝殼、牡蠣殼、海灘巖等。使用的14C測年技術(shù)包括：常規(guī)14C法和加速器質(zhì)譜（AMS）測年兩種方法。而已發(fā)表數(shù)據(jù)中14C的半衰期，分別使用5568 a、5570 a和5730 a。為獲得統(tǒng)一的高質(zhì)量年代框架，本研究采用以下步驟[58,64]對相對海平面數(shù)據(jù)的年代進(jìn)行轉(zhuǎn)換和校正。

（1）14C半衰期校正。原始測年數(shù)據(jù)的半衰期以測試結(jié)果為準(zhǔn)，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換使用以5568 a為半衰期。（2）同位素“分餾效應(yīng)”校正。對于20世紀(jì)70-90年代發(fā)表的年代數(shù)據(jù)，統(tǒng)一進(jìn)行同位素“分餾效應(yīng)”校正[64]。陸地成因樣品的碳同位素（δ13C）數(shù)值采用-27.00‰±4.00‰，海洋成因樣品的碳同位素（δ13C）數(shù)值采用0‰±4.00‰[58]。（3）全樣樣品的年代誤差。對于20世紀(jì)70-90年代，測試中使用的全樣樣品，進(jìn)一步補(bǔ)充±100 a的誤差[64]。（4）年代校正。對經(jīng)過步驟（1）至（3）轉(zhuǎn)換、校正得到的常規(guī)年齡，使用Calib 8.20軟件（http://calib.org/calib/calib.html）校正為日歷年齡。木塊、植物碎屑等陸地成因樣品采用IntCal 20曲線[65]進(jìn)行校正；海相貝殼、牡蠣殼、海灘巖等海洋成因樣品，采用Marine 20曲線[66]進(jìn)行校正。對于海洋成因樣品，海洋“碳庫效應(yīng)”校正參考臺(tái)灣海峽ΔR值的加權(quán)平均值：-73±40[67-68]。研究中，所有年代的校正結(jié)果，采用中位數(shù)及2σ區(qū)間表示，BP的現(xiàn)代時(shí)間起算點(diǎn)為1950 AD。

3.2.3 相對海平面定量重建

國際地學(xué)研究計(jì)劃（International Geological Correlation Programme，IGCP）支持的海平面變化相關(guān)計(jì)劃實(shí)施以來，全球已經(jīng)建立了適用于不同類型海岸帶的全新世相對海平面變化研究方法體系[21,54]。近年來，全新世相對海平面重建方法得到了進(jìn)一步完善。研究中，全新世相對海平面定量重建采用公式[21,55]為

式中，RSL為相對海平面；A為海平面標(biāo)志物沉積位置的高程；RWL為海平面標(biāo)志物對應(yīng)的參考水位；E為誤差。本研究中，所有高程均統(tǒng)一使用1985國家高程基準(zhǔn)。

相對海平面變化研究中，海平面數(shù)據(jù)的誤差包括：年代誤差和高程誤差兩個(gè)方面[21,58,69]。年代誤差主要由實(shí)驗(yàn)室測試誤差和校正誤差組成[64]。高程誤差除海平面標(biāo)志物的指示范圍外，主要來源于采樣過程、高程測量、自壓實(shí)、沉積壓實(shí)、潮差變化、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)校正等因素。研究對相對海平面重建過程中的各類來源誤差進(jìn)行計(jì)算[56]公式為

式中，E為相對海平面變化總誤差；En為第n項(xiàng)誤差來源貢獻(xiàn)的誤差數(shù)值。

由于目前尚缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的沉積壓實(shí)校正方法[70]，為避免人為誤差輸入，本研究對沉積壓實(shí)作用暫不進(jìn)行定量校正。采用定性分類方案，將海平面數(shù)據(jù)分為基底和層間數(shù)據(jù)兩類[71]。其中，基底數(shù)據(jù)不受壓實(shí)作用影響或影響十分微弱；層間數(shù)據(jù)則可能受到不同程度的壓實(shí)作用影響。此外，根據(jù)福建海岸帶MIS （Marine Isotope Stage）5e以來，長期繼承性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的平均抬升速率為（0.17±0.09） mm/a[46]，對海平面數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)造運(yùn)動(dòng)校正。全新世以來的潮位-潮差變化，本研究未做定量校正，采用各代表站點(diǎn)的現(xiàn)代潮位-潮差數(shù)據(jù)。

3.2.4 變量誤差-綜合高斯統(tǒng)計(jì)模型

研究中采用變量誤差-綜合高斯（EIV-IGP）模型對相對海平面數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，并估算全新世不同階段相對海平面變化的速率和幅度。該模型同時(shí)考慮了海平面數(shù)據(jù)點(diǎn)的年代和高程誤差、海平面數(shù)據(jù)點(diǎn)在時(shí)間域的非均勻分布特征，以及相對海平面變化的非線性過程[72]。這一模型已在全新世相對海平面變化研究中得到了較好應(yīng)用[29]。相對海平面變化模擬結(jié)果，采用平均值以及2σ的誤差區(qū)間表示。

3.2.5 “冰川-水均衡調(diào)整”模擬

GIA模型，主要由冰蓋消融歷史模型、地球模型和海平面方程3個(gè)部分組成[26]。本研究采用應(yīng)用較為廣泛，由多倫多大學(xué)開發(fā)的ICE-XG（VMY）系列模型[73-74]，對全新世理論相對海平面變化進(jìn)行模擬。其中，冰蓋消融歷史模型采用ICE-5G和ICE-6G_C，距今12.00 cal ka的冰融等效海平面（Ice Melt Equivalent Sea-level，IESL）分別為-51.42 m和-47.36 m。地幔黏滯度模型，采用黏滯度參數(shù)徑向隨深度變化、橫向均勻變化的VM2和VM5a模型。地球各圈層的密度、彈性等結(jié)構(gòu)參數(shù)，由初始參考地球模型（Preliminary Reference Earth Model，PREM）[75]提供。研究中使用“改進(jìn)海平面方程”理論，在傳統(tǒng)引力自洽海平面方程[76]的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮了地球自轉(zhuǎn)、岸線遷移等效應(yīng)[77-79]。本研究將全球劃分為75692個(gè)單元，使用的網(wǎng)格單元大小為0.42°×0.42°。海平面方程的解算使用SELEN程序[80]在曙光云超級計(jì)算平臺(tái)完成。

4 結(jié)果

4.1 相對海平面變化的地質(zhì)記錄

（1）寧德。該區(qū)域的全新世相對海平面數(shù)據(jù)僅有17個(gè)，海平面數(shù)據(jù)較為稀少。其中，海平面指示點(diǎn)數(shù)據(jù)7個(gè)，陸地約束數(shù)據(jù)5個(gè)，海洋約束數(shù)據(jù)5個(gè)（圖2）。重建的相對海平面變化曲線顯示（圖3a）：距今7.07 cal ka前后，相對海平面位于（-3.83±3.95） m上下。距今0.42 cal ka前后，相對海平面高于現(xiàn)代海平面位置約（0.83±3.20） m。距今7.07～0.42 cal ka之間，陸地和海洋約束數(shù)據(jù)指示相對海平面呈緩慢上升，海平面上升速率約為0.70 mm/a；這一時(shí)段相對海平面曲線的誤差范圍較大。

圖3 福建沿海各亞區(qū)全新世相對海平面數(shù)據(jù)點(diǎn)及相對海平面變化曲線Fig. 3 Holocene relative sea level data and sea-level curve of each subzone on Fujian coasta. 寧德；b. 福州-平潭；c. 莆田-泉州；d. 廈門-漳州a. Ningde；b. Fuzhou-Pingtan；c. Putian-Quanzhou；d. Xiamen-Zhangzhou

（2）福州-平潭。該區(qū)域包括全新世相對海平面數(shù)據(jù)49個(gè)。其中，海平面指示點(diǎn)數(shù)據(jù)20個(gè)，陸地約束數(shù)據(jù)12個(gè)，海洋約束數(shù)據(jù)17個(gè)（圖2）。重建的相對海平面曲線顯示（圖3b）：距今11.28～9.08 cal ka，相對海平面從（-19.36±6.87） m快速連續(xù)上升至（-9.80±3.40） m，海平面上升速率均值約為4.36 mm/a。距今9.08～6.08 cal ka，海平面上升速率明顯減緩，平均值僅為2.42 mm/a。距今3.28 cal ka前后，相對海平面高于現(xiàn)代位置約（1.04±2.74） m。此后，相對海平面呈緩慢下降。

（3）莆田-泉州。該區(qū)域包括全新世相對海平面數(shù)據(jù)共40個(gè)。其中，海平面指示點(diǎn)數(shù)據(jù)28個(gè)，陸地約束數(shù)據(jù)7個(gè)，海洋約束數(shù)據(jù)5個(gè)（圖2）。重建的相對海平面曲線顯示（圖3c）：距今7.79 cal ka以來，相對海平面變化幅度約為2.15 m。距今7.79～0.76 cal ka之間，存在“高海平面”現(xiàn)象，“高海平面”的平均高度變化介于0.13～1.91 m之間。

（4）廈門-漳州。該區(qū)域包括全新世相對海平面數(shù)據(jù)共77個(gè)。其中，海平面指示點(diǎn)數(shù)據(jù)26個(gè)，陸地約束數(shù)據(jù)22個(gè)，海洋約束數(shù)據(jù)29個(gè)（圖2）。重建的相對海平面曲線顯示（圖3d）：距今10.26～6.53 cal ka，相對海平面由（-24.51±3.85） m快速上升至（-0.37±2.35） m，海平面上升平均速率約為6.47 mm/a。距今6.53～3.53 cal ka，相對海平面從（-0.37±2.35） m緩慢上升至（1.90±1.68） m，相對海平面上升速率僅為0.76 mm/a。距今3.53 cal ka 前后，相對海平面開始逐漸下降并接近現(xiàn)代位置。

（5）福建沿海區(qū)域性相對海平面變化曲線。綜合福建沿海4個(gè)亞區(qū)的海平面指示點(diǎn)數(shù)據(jù)，重建的區(qū)域性相對海平面曲線顯示（圖4）：距今11.28～7.08 cal ka，相對海平面由（-23.55±6.94） m快速連續(xù)上升至（-1.51±1.80） m，上升幅度約為22.04 m，上升平均速率約為5.26 mm/a。距今7.08～4.08 cal ka，海平面上升速率明顯減緩，僅為0.86 mm/a，海平面上升幅度約為2.59 m。距今3.48 cal ka前后，相對海平面高于現(xiàn)代海平面約（1.35±1.23） m。之后，相對海平面總體呈波動(dòng)下降。

圖4 福建沿海全新世區(qū)域性相對海平面變化曲線與鄰近區(qū)域相對海平面曲線[87, 89]及全球冰融等效海平面曲線（IESL）[23, 30]對比Fig. 4 Comparison of Fujian coast Holocene relative sea-level curves with geological records[87, 89] from adjacent area and global ice melt equivalent sea-level (IESL) curves[23, 30]

4.2 “冰川-水均衡調(diào)整”模擬結(jié)果

GIA模擬結(jié)果包括：全新世理論相對海平面變化曲線以及和冰蓋消融歷史模型對應(yīng)的冰融等效海平面（IESL）曲線兩部分。

（1）理論相對海平面變化曲線，即冰川-水均衡調(diào)整作用主導(dǎo)的理論相對海平面變化曲線。GIA模擬結(jié)果顯示：寧德、福州-平潭、莆田-泉州、廈門-漳州，這4個(gè)亞區(qū)采用同一GIA模型模擬得到的理論相對海平面變化曲線十分接近，不存在明顯的差異（圖5）。從整體來看，ICE-5G（VM2）和ICE-6G_C（VM5a）兩種GIA模型的相對海平面模擬結(jié)果變化趨勢也較為一致。距今12.00～8.00 cal ka，理論相對海平面呈快速上升趨勢。距今8.00 cal ka前后，相對海平面上升速率明顯減緩，出現(xiàn)“高海平面”。距今6.50 cal ka以來，相對海平面緩慢下降，逐漸接近現(xiàn)代海平面位置。

（2）冰融等效海平面（IESL），即將陸地冰蓋融水平均分配至全球洋盆表面，得到的全球統(tǒng)一變化的理論平均海平面[22-23]。模擬結(jié)果顯示：IESL（ICE-5G）和（ICE-6G_C）模型的冰融等效海平面變化趨勢較為一致（圖5）。在早全新世均保持快速連續(xù)上升，分別在距今8.00 cal ka和距今7.50 cal ka前后，海平面上升速率減緩（圖5）；此后，海平面呈緩慢上升。距今5.00～4.00 cal ka以來，全球平均海平面上升幅度十分微弱。

圖5 福建沿海全新世相對海平面指示點(diǎn)數(shù)據(jù)與“冰川- 水均衡調(diào)整”模擬結(jié)果（理論RSL曲線、IESL曲線）對比Fig. 5 Comparison of sea level index point (SLIP) with relative sea level (RSL) curve and ice melt equivalent sea-level (IESL) curve at each subzone of Fujian coasta. 寧德；b. 福州- 平潭；c. 莆田- 泉州；d. 廈門- 漳州a. Ningde； b. Fuzhou-Pingtan; c. Putian-Quanzhou；d. Xiamen-Zhangzhou

5 討論

5.1 福建沿海全新世相對海平面變化歷史

（1）相對海平面數(shù)據(jù)質(zhì)量。福建沿海相對海平面變化的早期研究中，在海平面標(biāo)志物選擇、指示意義確定、年代校正等方面存在不確定性，同時(shí)缺乏統(tǒng)一的海平面定量研究方法規(guī)范[20]，上述因素可能是導(dǎo)致不同學(xué)者建立的相對海平面曲線之間（圖1）存在差異和矛盾的主要原因。類似的問題及現(xiàn)象，在中國東部其他區(qū)域的全新世相對海平面變化的早期研究中同樣存在[69,81-83]。本研究結(jié)合巖性、沉積構(gòu)造、生物大化石，以及包括有孔蟲、硅藻、孢粉在內(nèi)的微體古生物等證據(jù)，重新檢查、確定了海平面數(shù)據(jù)的沉積環(huán)境及指示意義；采用最新的年代校正曲線IntCal 20和Marine 20[65-66]對海平面數(shù)據(jù)的年代進(jìn)行了校正。在海平面數(shù)據(jù)庫建立和相對海平面曲線重建過程中，通過采用統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)方法體系[21,55]，避免了因方法差異對重建結(jié)果造成的影響。并且充分考慮了相對海平面數(shù)據(jù)來自“高程”和“年代”兩方面的誤差，提供了具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的相對海平面變化范圍曲線。因此，本研究中重建的新的全新世相對海平面變化曲線具有較高質(zhì)量，反映的相對海平面變化歷史具有較高的可信度。

（2）相對海平面變化歷史。福建沿海遠(yuǎn)離“末次冰期”發(fā)育的大規(guī)模陸地冰蓋，屬于GIA作用的“遠(yuǎn)場區(qū)”[30]。同時(shí)，該區(qū)域與板塊邊界距離適中（圖1），長期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為穩(wěn)定[46]。因此，福建沿海的全新世相對海平面變化歷史，具有為全球冰蓋消融歷史及冰融等效海平面模型提供約束的潛力。

從本研究的重建結(jié)果來看，福建沿海的區(qū)域性全新世相對海平面變化，與冰融等效海平面曲線[23,30]反映的全球冰蓋質(zhì)量及融水變化整體具有同步性（圖4），即距今7.00 cal ka之前呈現(xiàn)為快速上升，距今7.00 cal ka以來顯著變平緩。福建沿海在距今11.28～10.00 cal ka 之間，由于缺乏高質(zhì)量的海平面指示點(diǎn)數(shù)據(jù)約束，這一時(shí)段的海平面變化歷史依然存在較大的不確定性。距今10.00～7.00 cal ka 的海平面上升速率均值達(dá)到6.91 mm/a，這一時(shí)段對應(yīng)了歐亞冰蓋和北美勞倫泰德冰蓋的快速消融[84]。距今7.00～4.00 cal ka相對海平面上升幅度僅為2.59 m，上升速率僅為0.86 mm/a，變化十分緩慢。對應(yīng)于北美勞倫泰德冰蓋在距今6.70 cal ka 前后完成消融[85]，全球陸地冰蓋融水來源大幅度減少。距今4.00 cal ka 以來，福建沿海出現(xiàn)“高海平面”，此后逐漸回落到現(xiàn)代位置。這一時(shí)期，南極和格陵蘭冰蓋貢獻(xiàn)的融水十分有限[22]，大規(guī)模陸地冰蓋融水已不再是區(qū)域相對海平面變化的主要因素[86]。

同樣屬于“遠(yuǎn)場區(qū)”的珠江三角洲[87]，以及位于東南亞巽他陸架的新加坡[88-89]，這些區(qū)域的高質(zhì)量相對海平面變化曲線與本研究曲線，具有較為一致的變化趨勢（圖4），反映了“遠(yuǎn)場區(qū)”相對海平面變化的共同特征。值得注意的是，這些“遠(yuǎn)場區(qū)”的區(qū)域性相對海平面曲線與冰融等效海平面（IESL）曲線之間變化趨勢相似，但并不完全相同，兩者之間存在著明顯偏差（圖4）。這一現(xiàn)象說明：“遠(yuǎn)場區(qū)”的相對海平面地質(zhì)記錄中，冰蓋融水僅是重要影響因素之一。采用全球平均海平面變化曲線[23]，并不能反映和代表“遠(yuǎn)場區(qū)”海岸帶各地區(qū)相對海平面變化的真實(shí)情況[32]。

5.2 相對海平面變化地質(zhì)記錄與GIA模擬對比

（1）全新世相對海平面變化的主要機(jī)制探討。為進(jìn)一步探討福建沿海全新世相對海平面變化的主控機(jī)制及因素。研究中對寧德、福州-平潭、莆田-泉州、廈門-漳州4個(gè)區(qū)域的相對海平面變化GIA模擬結(jié)果與地質(zhì)記錄進(jìn)行了對比。整體上，GIA模擬曲線與地質(zhì)記錄擬合程度較高（圖5），GIA模擬結(jié)果能夠較好地解釋地質(zhì)記錄反映的相對海平面變化的主要過程。這一結(jié)果說明：“冰川-水均衡調(diào)整”作用是該區(qū)域全新世相對海平面變化的主要機(jī)制。其中，距今11.70～8.00 cal ka ，海平面地質(zhì)記錄、GIA曲線和IESL曲線的變化趨勢一致，均反映了海平面呈快速連續(xù)上升。地質(zhì)記錄數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置整體高于IESL曲線，更加接近GIA曲線。說明這一時(shí)期的地質(zhì)記錄中，大規(guī)模陸地冰蓋快速消融及其融水雖然是主要信號，但以水均衡調(diào)整為主的均衡調(diào)整作用存在，并且驅(qū)動(dòng)地質(zhì)記錄偏離IESL曲線。距今8.00 cal ka 以來，相對海平面地質(zhì)記錄反映的海平面變化趨勢與GIA曲線更為一致（圖5）。反映了隨著北半球陸地冰蓋完成主要消融過程，融水減少，水均衡調(diào)整作用逐漸成為驅(qū)動(dòng)福建相對海平面變化的主要因素。Bradley等[30]和汪漢勝等[32]曾分別應(yīng)用一維和三維GIA模型結(jié)合地質(zhì)記錄數(shù)據(jù)[18,81]，分析了中國東部全新世相對海平面變化的影響因素，這些研究也認(rèn)為“冰川-水均衡調(diào)整”是“末次冰消期”以來相對海平面變化中最重要的長時(shí)間尺度作用機(jī)制。

此外，本研究注意到：在福州-平潭和廈門-漳州兩個(gè)區(qū)域，距今7.00～5.00 cal ka 層間海平面指示點(diǎn)數(shù)據(jù)明顯低于GIA模擬結(jié)果（圖5b，圖5d），而基底數(shù)據(jù)則與GIA模擬結(jié)果擬合較好。這一現(xiàn)象反映了閩江河口、九龍江河口存在輕微的下沉，推測可能與河口全新世松散地層的沉積壓實(shí)作用有關(guān)[71]。

（2）中-晚全新世“高海平面”。福建沿海寧德、福州-平潭、莆田-泉州、廈門-漳州4個(gè)區(qū)域的海平面地質(zhì)記錄中，在距今6.75～0.16 cal ka 期間觀測到了較為明顯的“高海平面”現(xiàn)象（圖5）。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，福建沿岸的全新世“高海平面”與區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)[9,18]。但根據(jù)對該區(qū)繼承性長期構(gòu)造抬升的估算，距今7.00 cal ka以來的抬升幅度十分有限[46]。本研究中，在對相對海平面數(shù)據(jù)進(jìn)行了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)校正后，地質(zhì)記錄和統(tǒng)計(jì)學(xué)模型結(jié)果均表明“高海平面”依然存在（圖3，圖5）。因此，福建沿海中-晚全新世“高海平面”的產(chǎn)生，可能存在其他機(jī)制。

對比亞太“遠(yuǎn)場區(qū)”其他同樣具有寬廣陸架發(fā)育地區(qū)的相對海平面地質(zhì)記錄，例如：澳大利亞[90]、新加坡[88-89]、馬來半島[91]、越南紅河三角洲[92]，以及中國大陸鄰近的廣西潿洲島[93]、海南島[94]、廣東雷州半島[95]、香港島大浪灣[96]、臺(tái)灣澎湖列島[97]等，可以發(fā)現(xiàn)在中-晚全新世均存在與福建海岸帶類似的“高海平面”現(xiàn)象及遺跡。因此本研究推測，這一大范圍普遍存在的“高海平面”現(xiàn)象，是“遠(yuǎn)場區(qū)”大陸邊緣海區(qū)域水均衡調(diào)整作用[25,31]的表現(xiàn)。距今7.00 cal ka以來，冰蓋融水引起的全球海平面上升幅度和速率均十分有限，陸架邊緣海區(qū)水均衡調(diào)整作用逐漸占據(jù)主導(dǎo)[86]。大陸架地區(qū)地殼因受海水負(fù)荷，承壓下沉，下伏地幔物質(zhì)向鄰近大陸海岸帶區(qū)域移動(dòng)；臨近的海岸帶陸地地殼，則因地幔物質(zhì)匯聚，逐漸緩慢抬升，產(chǎn)生“陸地掀斜”[25,31]。同時(shí)，“近場區(qū)”冰蓋外緣的“前緣隆起”地帶持續(xù)塌陷，大洋產(chǎn)生新的空間，引起全球大洋海水由“遠(yuǎn)場區(qū)”向“近場區(qū)”遷移，產(chǎn)生“海洋虹吸”作用[98]。上述作用機(jī)制疊加，引起“遠(yuǎn)場區(qū)”大陸邊緣海岸帶中-晚全新世的相對海平面下降，在海岸帶形成高于現(xiàn)今海平面位置的“高海平面”遺跡。本研究中，GIA模擬曲線能夠較好的與“高海平面”地質(zhì)記錄數(shù)據(jù)點(diǎn)吻合（圖5），表明：中-晚全新世冰川-水均衡調(diào)整作用過程，能夠解釋福建“高海平面”地質(zhì)記錄現(xiàn)象。

因此，綜合福建海岸帶的海平面地質(zhì)記錄、GIA模擬結(jié)果以及臨近區(qū)域的記錄報(bào)道，本研究認(rèn)為：“陸地掀斜”和“海洋虹吸”作用，是福建海岸帶除構(gòu)造運(yùn)動(dòng)因素以外，全新世“高海平面”現(xiàn)象及遺跡產(chǎn)生的主要原因。

5.3 相對海平面變化的空間差異及影響因素

中國沿海已經(jīng)重建了海岸帶地區(qū)多條區(qū)域性相對海平面變化曲線，初步表明：全新世相對海平面變化存在一定程度的空間差異[18,81,99-100]。近年來，渤海灣西岸[60,101-102]、長江三角洲[36,103]，以及杭州灣沿岸[34,36]的相關(guān)研究進(jìn)一步表明，即使是在同一個(gè)河口區(qū)濱海平原范圍尺度上，全新世相對海平面變化也能夠存在一定程度的空間差異。本研究考慮到福建海岸帶的潛在斷裂、潮差及岸線長度，對比4個(gè)區(qū)域的全新世相對海平面變化曲線發(fā)現(xiàn)，福建海岸帶不同岸段之間同樣存在空間差異（圖3）。曾從盛[10]和王紹鴻等[104]較早地分區(qū)域重建了福建沿海全新世相對海平面曲線，提出福建北、中、南3個(gè)岸段的相對海平面變化曲線不同，這與本研究的結(jié)果基本一致。

全新世相對海平面變化，是冰蓋融水引起的全球平均海平面變化、均衡調(diào)整作用、沉積壓實(shí)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、潮差變化等因素綜合作用的結(jié)果[21,30,71]。由于模擬結(jié)果初步表明，福建沿海各區(qū)域GIA作用的差異并不明顯（圖5），說明沉積壓實(shí)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等非GIA作用，可能是造成上述差異的主要原因。進(jìn)一步來看，莆田-泉州的相對海平面數(shù)據(jù)以基底數(shù)據(jù)為主，沉積壓實(shí)影響微弱；而其他3個(gè)區(qū)域的海平面數(shù)據(jù)點(diǎn)多數(shù)屬于層間標(biāo)志物，包括來自福州閩江河口、廈門九龍江河口地層中的數(shù)據(jù)，可能不同程度的受到上覆和下伏地層沉積壓實(shí)作用的影響。另一方面，早期研究認(rèn)為福建沿海潛在分布有多條斷裂[47]，構(gòu)造上可將沿海分割為多個(gè)斷塊（圖1）。然而，目前該地區(qū)很少發(fā)現(xiàn)具有準(zhǔn)確意義的活動(dòng)斷層，且對各斷裂的確切活動(dòng)歷史尚不明確[45]，但本研究尚不排除斷塊之間的潛在差異性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，及其對相對海平面變化造成影響的可能性。此外，本研究僅考慮了各岸段現(xiàn)代潮位及潮差的空間變化，假設(shè)潮位在全新世期間未發(fā)生顯著改變。但值得注意的是，長江三角洲的相關(guān)研究表明[105-106]：全新世以來，隨著海平面、沉積地貌和岸線變化，杭州灣及鄰近區(qū)域的潮差、潮位發(fā)生了一定程度的改變。福建海岸帶，整體以基巖海岸為主，但閩江、九龍江等河口沉積地貌演化，同樣可能對潮差、潮位產(chǎn)生影響。上述因素及其對相對海平面變化空間差異的貢獻(xiàn)和影響，有待在未來研究中做進(jìn)一步探討。

6 結(jié)論與展望

本研究建立了福建沿海一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的相對海平面數(shù)據(jù)庫，并為該區(qū)域提供了新的全新世相對海平面變化曲線。應(yīng)用“冰川-水均衡調(diào)整”理論，開展了相對海平面變化GIA模擬。在此基礎(chǔ)上，對福建沿海全新世相對海平面變化歷史、驅(qū)動(dòng)機(jī)制等問題展開了初步討論，得出以下結(jié)論：

（1）重建了福建沿海新的全新世相對海平面曲線。相對海平面在距今11.28～7.08 cal ka，由（-23.55±6.94） m快速連續(xù)上升至（-1.51±1.80） m。距今7.08～4.08 cal ka，相對海平面呈緩慢上升。距今3.48 cal ka前后，相對海平面由（1.35±1.23） m處逐漸波動(dòng)下降。

（2）“冰川-水均衡調(diào)整”是福建沿海全新世相對海平面變化的主要機(jī)制。早全新世，福建沿海相對海平面變化主要受冰蓋融水控制；中-晚全新世以來，相對海平面變化主要受水均衡調(diào)整作用主導(dǎo)。

（3）福建沿海存在中-晚全新世“高海平面”現(xiàn)象?！案吆Ｆ矫妗背霈F(xiàn)時(shí)間介于距今6.75～0.16 cal ka，海平面高度平均值約為1.94 m。不同于傳統(tǒng)區(qū)域構(gòu)造抬升主導(dǎo)觀點(diǎn)，本研究對“高海平面”成因做出了新的理論解釋，認(rèn)為水均衡調(diào)整作用可能是福建沿海全新世“高海平面”產(chǎn)生的主要機(jī)制。

（4）福建沿海全新世相對海平面變化，存在一定程度的空間差異。研究推測包括沉積壓實(shí)、差異性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、潮差變化等區(qū)域、局地因素，可能是造成這一現(xiàn)象的主要原因。

在早全新世，福建沿海高質(zhì)量的相對海平面數(shù)據(jù)稀少，這一時(shí)期的相對海平面歷史依然存在較大的不確定性，地質(zhì)記錄重建工作有待加強(qiáng)。閩東北寧德地區(qū)的相對海平面研究相對薄弱，可作為開展進(jìn)一步工作的重點(diǎn)研究區(qū)域。此外，松散地層的沉積壓實(shí)校正，全新世海岸帶地貌演化引起的潮差變化模擬，以及海岸帶貝殼堤樣品涉及的“駐留時(shí)間效應(yīng)”[107]等均是本研究及未來相關(guān)工作，值得進(jìn)一步深化的重要方向。

致謝：感謝文中提及的從事福建全新世相對海平面變化相關(guān)研究的學(xué)者、專家，為本研究提供了數(shù)據(jù)和研究基礎(chǔ)。Benjamin Horton教授的鼓勵(lì)和幫助，使作者在相對海平面地質(zhì)記錄重建及數(shù)據(jù)庫方面得到了提高。Giorgio Spada教授在GIA模擬給予了指導(dǎo)建議，李堂華博士給予了寶貴討論和幫助。中科曙光計(jì)算云在超級計(jì)算平臺(tái)的使用方面提供了支持。3位匿名審稿專家提出了寶貴意見和建議，使文章質(zhì)量得到進(jìn)一步提高，在此一并致謝。

補(bǔ)充材料

表S1 福建全新世相對海平面數(shù)據(jù)庫（V1.0）

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