海平面波动

在显生宙以来的地质记录中，我们可以看到地层沉积具有一定的规律性，如周期性、重复性、韵律性和旋回性；同时，有些矿床是全球性的，比如寒武系底部广泛发育含磷页岩，奥陶系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、气候变化、构造运动、生态变化和环境的巨大变化是全球性的，在某些方面是相同的，是同步或准同步的。

为了解释这种规律性，科学家的视野不再局限于某个区域，而是把地球作为一个域或场，作为一个与其他行星相互作用的粒子，作为一个整体来分析和研究，由此产生了各种论点和假说。比如地球脉动理论(A.W.Grabau，1938)、地球体积的膨胀和收缩(еемилановски) R.K.Goldhammer等人，1987)、冰川消融理论(R.W. Fairbridge，1961)、板块运动和海底扩张理论(1996年这些假设反映了一个相同的事实，即全球海平面和气候在地质历史中是周期性变化的。对于沉积物，最敏感的因素是相对海平面的变化(徐怀达，1990)。构造沉降、冰川波动、海底扩张、地球体积变化、气候变化、全球海平面变化，最终表现为相对海平面变化及其引起的可容空间的增减。

二是海平面变化对成因的影响

(一)相对海平面变化和起居空间

地层的形成和分布模式很大程度上取决于可容空间的大小和新增空间的变化速度。新增的容纳空间是指在沉积的同时形成的可用空间。容纳空间是指所有可以被沉积物填充的空间，包括早期没有被沉积物填充的旧空间和新的容纳空间。可容空间可以随其上下限向上或向下变化，形成可容包络线，定义了可供泥沙利用的空间(图2-11)。

相对海平面变化直接控制着居住空间。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位于或接近海底的一个基准面(如基岩)的海平面位置(图2-12)，它随着局部地区的下沉或上升而变化。海平面的相对升降控制着新的居住空间的变化。海平面的相对上升增加了空间，反之则减少了空间。当全球海平面停滞或缓慢下降时，相对海平面可能会继续上升，并因局部下沉而增加新的容纳空间。

(2)全球海平面波动周期

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顺序。Vail等人(1991)认为全球海平面升降旋回主要有两种，一级大陆海侵旋回和二至五级层序旋回(时间跨度为5Ma-1Oka)(表2-1，2-5)。

表2-5不同等级序列的时间跨度及与米兰科维奇轨道参数的比较

1.一阶海平面波动周期

第一次海平面升降旋回产生的地层是巨型层序。显生宙以来有两次巨大的大陆海侵旋回(Vail等，1977；哈拉姆，1977；Fischer 1981，1982)，其特征是沉积物向克拉通的搬运和对淹没古大陆沉积物注入的抑制。第一次始于元古代末至最晚早石炭世末，第二次始于晚石炭世早期(图2-13)。根据层序地层学原理，对应的两个巨型层序的界线分别位于700Ma和308Ma。第一淹没面位于寒武系底部(590Ma)，略高于侏罗系底部(202Ma)。最大洪泛面年龄为500Ma(寒武系与奥陶系界线)和90Ma(早白垩世土伦)。据估计，前者可能比现代海平面高100-150m(g . Bond等人，1988)，而后者是地质史上全球海平面上升最大的时期(如Kauffmann，1983；B.U.Haq等人，1987；Sahagian，1987)，全球海平面上升可能超过现代海平面200-250m(W.C.Pitman，1978；M.A.Kominz，1984；萨哈吉安，1987).所有影响因素* * *引起的最大全球海平面变化率可达1.2-1.5cm/ka。

这两次全球大陆海侵旋回都是由构造运动引起的海洋盆地体积变化——海平面变化引起的。造成海洋盆地体积变化的原因很多，板块碰撞、海沟缩小、海底岩浆作用、沉积物充填等，但最重要的因素是海底扩张速率的变化(Rona，1973；皮特曼，1978).在海底快速扩张时期，产生宽阔高耸的大洋中脊，海洋盆地平均深度减小，导致海水侵入古大陆，引起海平面上升。在海底缓慢扩张期，形成的洋中脊窄而低，洋盆平均深度增加，导致海平面下降，沉积作用只在洋盆和构造沉降迅速的地区活跃。

将显生宙以来的板块构造运动与一阶全球海平面变化曲线(图2-14)对比，可以看出，全球低海平面期对应的是超级泛大陆的存在和板块拼合期的时间；上升期与古大陆解体相吻合，最高海平面期对应古大陆破裂高峰期；下降期对应于板块聚合期。比如三叠纪到早侏罗世，板块拼接成盘古陆，海平面最低；然后古大陆解体海平面上升，白垩纪土伦期破裂规模最大，海平面上升最高。之后板块解体、碰撞或聚合，海平面总体缓慢下降。Hoffman(1989)认为，前寒武纪1.8Ga周围可能还存在一个超大陆，1.2Ga发生大陆裂谷作用，表明元古代可能还存在一个一阶全球海平面变化旋回。从元古宙至今的三个大旋回的时间跨度分别约为60Ma、350Ma和290Ma。

2.2-5级海平面波动周期

2级到5级的全球海平面升降旋回属于冰川-全球海平面旋回。这种循环是周期性的，大部分或全部与气候变化周期有关(Vail，1987)。一般它们的变化幅度较小，但其频率明显高于构造运动引起的一级海平面变化周期。二级海平面变化旋回的地层标志为超层序，平均时间跨度为9-100 Ma，由多个三级旋回组成。第二个周期的最大海平面下降可超过50米。2 ~ 3个超级旋回可组合成一个超级旋回群，周期为27-30Ma或36-40Ma。三级海平面变化旋回形成相应的三级层序，三级层序是层序地层学的基本单位，旋回周期为0.5-5.0Ma，第四、五旋回为周期性或幕式，地层标志为体系域或准层序组和准层序，或高频层序。幕式准层序分布范围小，持续时间短(不到100万年)。例如，三角洲叶状体的运动可以形成这样的准层序。周期性准层序与米兰科维奇轨道周期(< 50万年)相关的气候波动有关。米兰科维奇轨道循环的主要周期约为20ka，41ka和100ka或400ka(Goldhammer等人，1987，1990；Koerschner等人，1989)。这些轨道周期是由于地球轨道参数和地轴倾角的周期性变化，导致太阳辐射和全球气候的周期性变化，诱发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。

图2-11容纳空间包络线作为全球海平面波动和构造沉降的函数

图2-12全球绝对海平面、相对海平面和水深

图2-13全球一级海平面升降周期

图2-14显生宙以来全球板块构造运动