Question

海平面升降

Answer 1

为了弄清控制层序发育的因素，首先需定义什么是全球海平面升降、相对海平面和水深(图7－1)。

1.全球海平面升降

海平面是海洋表面与固定基准点(通常是地心)之间的距离，海平面随着海洋盆地的容积或海洋中海水体积的变化而变化。海平面可升高或降低，因此，在全球范围内有不同的侵蚀基准面。在这里将基准面定义为在该面之上沉积物只能暂时存在并且遭受剥蚀的面。

图7－1 作为海平面、水底和基准面位置函数的全球性绝对海平面、相对海平面和水深

2.相对海平面

相对海平面是海平面距区域内某一基准点间的距离，如距基底或沉积物堆积面的距离。构造运动能使基准点上升或下降，沉积物的压实可使基准点下降，垂向的剥蚀作用也会使洋面发生变化，这些因素都会导致相对海平面的变化。相对海平面的“升高”可经过构造沉降、沉积物的压实和绝对海平面上升等过程而产生。相对海平面不应和水深的概念相混淆，水深是在同一地点、某一时刻测得的洋面与洋底间的距离。平衡点通常是指在一段时间内沉积剖面上相对海平面变化为零的点。一系列的平衡点能分隔出许多时间段，在盆地边缘带，相对海平面会在这个区带内下降或上升。

3.可容空间和有效可容空间

海平面和构造沉降速率共同控制着沉积物沉积的有效空间，这是一个普通的地层过程空间。可容空间定义为沉积物能随时随地堆积的空间，有效可容空间系指能被沉积物充填的那部分空间。可容空间受基准面控制，基准面的高度受地理环境控制。在冲积环境中，基准面是受河流递降剖面，即侵蚀基准面所控制，这种递降剖面的末端是海平面或湖平面;在三角洲相或滨岸相，基准面相当于海平面;在浅海环境中，基准面最终也是海平面。沉积物不断供应和充填着有效可容空间，并影响和控制着环境的水深与地层堆积样式:当相对海平面上升时，有效可容空间向陆方向迁移，形成上超和退积地层堆积样式;当相对海平面下降时，有效可容空间向盆地方向迁移，形成下超和进积地层堆积样式;当相对海平面保持不变时，在原地的有效可容空间中形成加积地层堆积样式。

4.全球海平面升降旋回与层序的级别

沉积层序反映了以剥蚀不整合面为沉积界线的上、下部分的完整沉积旋回。层序的最大持续时间是与之相关的整合到不整合之间的时间。因此，层序的持续时间取决于控制可容空间形成和破坏的事件发生的时间，即构造运动和海平面的升降。由地层升降引起的构造旋回和由海平面升降引起的海洋性旋回可以区分不同的时期，它对在持续时间内的层序分类是有用的，通常可分为5种级别的层序(表7－2)。

表7－2 不同级别的沉积旋回及其控制因素

(1)Ⅰ级层序

也称大陆泛旋回。地层标志是巨层序(megasequence)，是受大陆板块构造拼合和解体活动控制，由超大陆上的沉积进覆和退覆在很长时间(持续时间>50Ma)内形成，因此是全球性的。从Haq(1987)的海平面曲线上看，在显生代中只有两个这种旋回，也就是说受全球性板块演化过程的洋盆体积变化的控制Ⅰ级层序的因素(Pitman，1978)。

(2)Ⅱ级层序

对应的层序单元称为超层序(supersequence)，也是全球性的，其边界常以特大的海平面下降(>50m)为特征，与区域性的构造阶段相对应，沉积层序形成于全球性构造沉降速率的变化或物源区的隆升，持续时间3～50Ma。

(3)Ⅲ级层序

许多人也认为是全球性的沉积层序。由于它所形成的地层记录能从地震数据上较好标定，而且往往代表一次区域性的海侵－海退旋回，因而成为层序地层研究的基本层序单元。Vail(1977)认为这些旋回是由持续时间0.5～3Ma的冰期海平面所控制的、全球的、区域的或局部的构造机制(Mailetal.，1991)也是可能的层序发育因素。

(4)Ⅳ级层序

属于区域性的高频旋回层序，在Ⅲ级层序中相当于体系域或准层序组，在沉积序列上相当于次级的海侵－海退旋回，通常具有反映水深突然变深面为边界的向上变浅的相旋回性质，其持续时间0.1～0.5Ma，这些变化被认为与米兰科维奇较长周期的偏心率旋回(周期为100～413ka)有关。

(5)Ⅴ和Ⅵ级层序

属于局域性的高频旋回层序，在Ⅳ级层序中相当于准层序。该级别的层序可以是周期性的，也可以是幕式的，在实际工作中区别它们很有意义。周期性的准层序具有较大范围和区域连续性，具有在一个地层段内旋回之间发生厚度系统周期性变化的特征，其成因也被认为与米兰科维奇级别的地球轨道旋回相伴生的气候波动有关，包括斜率旋回(周期41ka，Ⅴ级层序)和岁差旋回(19～43ka，Ⅵ级层序)，它们的周期变化，影响到地球表面所能吸收的太阳能的能量，并导致气候变化，气候变化又诱发了大陆冰盖体积的变化，从而引起全球海平面变化和较小的相对海平面变化，然后在沉积层中留下记录。幕式的准层序旋回通常是由沉积体系内的自旋回过程引起，例如三角洲叶状体的迁移、潮坪旋回等，它们在空间分布上常常是有限的，属于持续时期常小于10ka的Ⅵ级层序。

海平面变化控制沉积过程和地层堆积样式的理论与地层的概念是一致的，它吸引了许多代的地质学家去研究。如果全球海平面的标记真的印记在所有连续的地层上，那么就有可能从层序模型和沉积体系域中认识出地层部分，并通过这个全球性标准预测没有样品的区域。Vail(1997)首先研制了全球海平面变化图，后来Haq用全球盆地的测量结果对其进行了更新，从而支持了在大多数原始海平面第三旋回级别中相对海平面变化的理论。