利用泥炭重建長(zhǎng)江三角洲南部地區(qū)15kaBP以來的海平面波動(dòng)

戰(zhàn) 慶

（1. 上海市地質(zhì)調(diào)查研究院，上海 200072；2. 上海地面沉降控制工程技術(shù)研究中心，上海 200072）

目前全球有約20億人生活在沿海地區(qū)，約1萬億美元的資產(chǎn)集中在海拔低于1m地區(qū)，沿海地區(qū)是經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展與集中的區(qū)域，但也是容易遭受自然災(zāi)害侵?jǐn)_的地區(qū)。2007年ΙPCC第四次評(píng)估報(bào)告中指出：上世紀(jì)全球平均海平面上升了0.18m，預(yù)計(jì)到21世紀(jì)末海平面最大可上升0.59m[1]。因此未來全球海平面變化將嚴(yán)重影響人類的生存與發(fā)展[2,3]。海平面變化成為全球變化研究的重要前沿科學(xué)領(lǐng)域之一。

回溯地質(zhì)歷史時(shí)期，特別是全新世以來的海平面變化，分析和把握影響因素與內(nèi)在規(guī)律，對(duì)于科學(xué)預(yù)測(cè)海平面變化的未來趨勢(shì)及對(duì)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的影響，至關(guān)重要。

本文通過對(duì)取自長(zhǎng)江三角洲南部地區(qū)58個(gè)泥炭質(zhì)沉積物的埋深和14C年齡等測(cè)定結(jié)果的分析，重建長(zhǎng)江三角洲地區(qū)15kaBP以來的相對(duì)海平面波動(dòng)曲線，并探討其中的控制因素，以助于相關(guān)研究的深化和拓展。

1 全新世時(shí)期海平面變化研究概述

全新世海平面變化是國際學(xué)術(shù)界研究的重點(diǎn)之一。目前關(guān)于全新世海平面的變化發(fā)展，以Morner、Shepard、Fairbridge三位學(xué)者的研究結(jié)果最具代表性，其研究所得的三條波動(dòng)曲線被業(yè)內(nèi)引為經(jīng)典。這三條曲線總體上顯示：末次冰期結(jié)束以后的13kaBP以來海平面逐漸上升，在距今4kaBP左右逐漸達(dá)到現(xiàn)今的海平面高度（圖1中X、Y、Z曲線）[4]。我國學(xué)者楊懷仁和謝志仁利用鉆孔資料和古人類遺跡分析，重建了長(zhǎng)江三角洲北部地區(qū)的全新世海平面變化曲線（圖1中A曲線）[5]。

圖1 全新世海平面波動(dòng)曲線Fig.1 Global Holocene sea-level changes

用于分析全新世海平面變化的指標(biāo)很多，但用這些指標(biāo)所重建的全球海平面變化卻并不一致，特別是全新世是否存在高海平面以及10k～8kaBP期間的海平面波動(dòng)模式仍存在較大爭(zhēng)議和分歧。

Shepard研究認(rèn)為，冰后期海平面的上升是連續(xù)的，否認(rèn)在全新世時(shí)期存在高海平面的可能[6]；大部分三角洲的全新世海平面波動(dòng)曲線顯示，全新世以來的海平面均不高于現(xiàn)今的海平面[7,8]；陳中原等通過對(duì)分布于長(zhǎng)江三角洲泥炭的研究，認(rèn)為全新世不存在高海平面[9]；李從先等通過分析鎮(zhèn)江丹徒孔微體古生物，認(rèn)為長(zhǎng)江三角洲不存在高于現(xiàn)今的海平面[10]；朱誠等分析了寧紹平原新石器時(shí)代遺址的時(shí)空分布，認(rèn)為前人提出的全新世高海平面說難以成立[11]。

也有學(xué)者持不同觀點(diǎn)。Fairbridge認(rèn)為，至大西洋期結(jié)束時(shí)（約4.5kaBP），海平面上升到現(xiàn)今海平面之上約3m，并從那時(shí)起具有6m的振幅[12]；楊懷仁等的研究認(rèn)為，在長(zhǎng)江三角洲，在6.5k～4kaBP之間存在較現(xiàn)今海平面高3～5m的高海平面[5]。

對(duì)于10k～8kaBP期間的海平面波動(dòng)模式，J. Paul Liu通過收集東海、黃海和簨它（Sunda）陸架等地的大量海平面數(shù)據(jù)，建立的海平面變化曲線顯示，全新世以來除9k～9.5kaBP之間有一次快速上升事件，其余時(shí)間海平面均為緩慢上升[13]。但Blanchon等通過對(duì)加勒比灣大量珊瑚礁的研究，認(rèn)為主要的幾次快速上升事件在14.2kaBP、11.5kaBP和7.6kaBP，各在百年時(shí)間內(nèi)快速上升了6.5～13.5m，而10k～8kaBP之間是相對(duì)勻速的上升（約8mm/yr）[14]。Bird等對(duì)新加坡紅樹林沼澤的研究則認(rèn)為7.4k～7kaBP期間海平面快速上升了3～5m[15]。Kaplan等對(duì)北美Laurentide冰蓋的研究顯示，10k～8kaBP之間冰蓋消融的速度總體較快，但在8.5k～9kaBP期間消融速度尤其快，意味著期間可能發(fā)生海平面的快速上升[16]。Hori等對(duì)東亞和東南亞的幾大河口三角洲研究發(fā)現(xiàn)，9k～8.4kaBP期間各河口沉積速率均突然顯著降低，由此認(rèn)為此時(shí)全球海平面發(fā)生了快速上升事件，并提出東亞三角洲的發(fā)育和8kaBP海平面的相對(duì)穩(wěn)定密切相關(guān)。近年來，又有學(xué)者提出7k～7.6kaBP期間也發(fā)生了海平面的快速上升，如Yu Shi-Yong等研究波羅的海的古海岸，認(rèn)為7.6kaBP海平面在極短的時(shí)間內(nèi)上升了4.5m[18]。7.5kaBP前后的海平面快速上升事件在杭州灣南部的跨湖橋新石器遺址也有記錄，并且該事件導(dǎo)致了遺址區(qū)古文明的終止[19]。

2 資料來源及研究方法

前人研究認(rèn)為，濱海平原地帶的沼澤泥炭的形成與附近湖、河水位以及海平面高度（尤其是潮位高度）密切相關(guān)，因此沼澤泥炭是研究海平面波動(dòng)的重要依據(jù)[20]。湖沼相泥炭指示海平面在取樣點(diǎn)以下，而瀉湖相泥炭則往往指示海平面接近或稍低于取樣地點(diǎn)[21]。對(duì)美國東海庫特拉華河口灣地區(qū)全新世海侵海退沉積的研究表明，濱海河口沼澤的沉積頂面與高潮位接近[22]。

本文共收集分布于太湖地區(qū)的56個(gè)泥炭資料（埋深和14C年齡）用于重建全新世海平面曲線，取樣點(diǎn)分布見圖2。具體分以下兩個(gè)步驟進(jìn)行：

（1）通過1：50000地形圖讀出泥炭分布地區(qū)的地面高程，并參考《長(zhǎng)江流域水文資料》獲取長(zhǎng)江三角洲地區(qū)的平均高潮位2.03m[23]（假設(shè)全新世以來地球的天文潮變化不大）（表1）。在不考慮地面沉降以及泥炭壓實(shí)作用的前提下，則歷史時(shí)期相對(duì)海平面的高度為：泥炭分布區(qū)標(biāo)高減去泥炭埋深再減去平均高潮位的差值。

（2）用δ13C對(duì)泥炭的14C年齡進(jìn)行同位素分離糾正，然后將糾正的14C年齡輸入Calib Rev 5.1(beta)軟件進(jìn)行進(jìn)一步校準(zhǔn)，得到2個(gè)校正14C年齡，取置信區(qū)間精確的校正年齡Ι用于本研究（表2）。

圖2 長(zhǎng)江三角洲地貌及泥炭樣品分布Fig.2 Topographic map of southern Yangtze delta and peat sample areas

表1 長(zhǎng)江口及上海沿岸地區(qū)平均高潮位（黃海高程:m）Table 1 Mean tidal level of southern Yangtze delta (m)

3 研究結(jié)果及其分析

以泥炭校正年齡Ι為橫坐標(biāo)，以相對(duì)海平面高度為縱坐標(biāo)，重建15kaBP以來的相對(duì)海平面波動(dòng)曲線（圖3）。

從所建的相對(duì)海平面曲線可以看出：

（1）距今14k～12kaBP、9k～8kaBP為海平面快速上升時(shí)期，海平面上升速率可達(dá)到甚至超過1m/百年。由于海平面上升速率較快，不利于泥炭的形成和保存。

（2）距今約14kaBP前后，在嘉定—奉賢一線發(fā)育一系列濱海相沼澤相泥炭，揭示了海平面在此出現(xiàn)過短暫停頓，海平面位于-40～-45m；而在12kaBP前后，海平面在上海金山附近有過短暫停頓，海平面位于-20m，并發(fā)育濱海沼澤相黑色有機(jī)質(zhì)粘土。

表2 泥炭測(cè)年結(jié)果校正Table 2 AMS 14C ages and calibrations for sediments

（3）距今8k～6kaBP海平面呈現(xiàn)緩慢上升態(tài)勢(shì)，海平面逐步接近甚至達(dá)到現(xiàn)今海平面位置，形成最大海泛面；此段時(shí)間長(zhǎng)江三角洲快速發(fā)育，濱海區(qū)域地勢(shì)緩和，因此發(fā)育了面積廣闊的濱海鹽沼泥炭。

（4）6kaBP以來海平面達(dá)到甚至略高于現(xiàn)今海平面的高度，相對(duì)海平面在小幅度的波動(dòng)中趨于穩(wěn)定。

（5）所建的海平面波動(dòng)曲線反映出，全新世時(shí)期長(zhǎng)江三角洲地區(qū)的海平面，在經(jīng)歷一段時(shí)間的快速上升后，緊接著是短暫平穩(wěn)緩慢上升期，呈現(xiàn)階梯式跳躍上升模式。

圖3 利用泥炭重建的長(zhǎng)江三角洲地區(qū)全新世海平面波動(dòng)曲線Fig.3 Holocene relative sea level in southern Yangtze delta base on peat

4 討論與結(jié)論

隨著末次盛冰期的結(jié)束全球氣候的迅速變暖，海平面也急劇回升。距今14k～12kaBP、9k～8kaBP為海平面快速上升時(shí)期，海平面上升速率達(dá)到甚至超過1m/百年。本文研究結(jié)果與以往研究顯示中國東部15000～6000年間海平面上升速率可達(dá)1.6m/百年[21]相吻合。

本研究所建的海平面波動(dòng)曲線反映出在全新世早期海平面快速上升事件，其他學(xué)者在長(zhǎng)江三角洲和東南亞其他地區(qū)也有相關(guān)研究結(jié)論[24]。Bird等利用50個(gè)生長(zhǎng)于潮間帶的紅樹林泥炭數(shù)據(jù)，結(jié)合淺海相沉積地層，重建了新加坡6500～9500BP的海平面曲線，研究顯示海平面在9500～8000BP期間快速上升了14m；之后他又利用同一研究區(qū)另一個(gè)鉆孔資料（有機(jī)碳同位素、特征有孔蟲的δ13C和δ18O）對(duì)之前建立的曲線進(jìn)行驗(yàn)證和校正，得出8900～8100BP海平面上升速率達(dá)1.8cm/yr[15,25]。Hori等對(duì)長(zhǎng)江三角洲崇明島CM97和HQ98孔的研究發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)鉆孔的巖性和沉積相分別在9400～8000BP及9000BP發(fā)生明顯變化，巖性由砂泥互層突變?yōu)榫|(zhì)泥，沉積環(huán)境則由河口灣轉(zhuǎn)變?yōu)榍叭侵?；而且鉆孔沉積速率也在9000BP前后明顯變慢，例如CM97孔的沉積速率由6.8m/ka銳減到1.1m/ka。類似現(xiàn)象，在紅河三角洲、日本Kiso河等亞洲其他的三角洲地區(qū)均有發(fā)現(xiàn)，并據(jù)此推測(cè)在全新世早期（9000～8500BP）很短的時(shí)間內(nèi)存在一次快速海平面上升事件[15]。Tamura等根據(jù)位于柬埔寨湄公河低地的3個(gè)鉆孔沉積物的沉積速率、沉積環(huán)境及其與海平面的相互關(guān)系、壓實(shí)因素的影響，計(jì)算得出在8500～8400BP的100年時(shí)間內(nèi)，海平面快速上升至少5m[26]。

海平面在經(jīng)歷了一段時(shí)間的快速上升后，緊接著是海平面短暫平穩(wěn)緩慢上升期。Liu J P等提出末次盛冰期以來的全新世海平面并非持續(xù)上升，而是階段性上升，即海平面短暫的快速上升與相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的停頓穩(wěn)定交替出現(xiàn)，并推測(cè)這種海平面階梯式上升模式可能與冰川冰蓋的活動(dòng)以及高緯度湖泊溢水事件有關(guān)[13]。以往相關(guān)研究顯示，8600～8400BP勞倫太德冰蓋融水事件可導(dǎo)致全球海平面上升5m，另外在此期間Agaziz-Ojibway湖溢水事件（8470BP）理論上也可導(dǎo)致全球海平面上升0.4m。以上這兩個(gè)因素可能是導(dǎo)致本區(qū)全新世早期（8kaBP前）海平面快速上升的驅(qū)動(dòng)因素[16,27,28]。而勞倫太德冰蓋在經(jīng)歷了8.0k～7.4kaBP的相對(duì)穩(wěn)定后，在7.4k～6.8kaBP期間又開始快速融化，理論上可導(dǎo)致全球海平面上升約3m[28]。以上冰川、冰蓋的活動(dòng)時(shí)間和影響，也印證了本文的研究結(jié)果，可見本文重建的長(zhǎng)江三角洲相對(duì)海平面的波動(dòng)模式與冰蓋控制下的全球海平面波動(dòng)模式相一致。

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