海平面變化與水深變化和沉積速率的關系

海平面變化與水深變化和沉積速率的關系海平面變化與水深變化和沉積速率的關系，不，匕《穢V[Io3oIN..Spe.1992第u卷弟3期1992￡地質科技情報GelgiacecncnlgnomainooclSineadTehooyI￣rto9月一34海平面變化與水深變化和沉積速率的關系―徐桂榮――――――一7≯弓(中國地質大學，攫)武摘要海平面變化的問題，尤其是測深與海平面變化的關景，學術界存在一些混亂的觀念本文在Va等和Cse等工作的基礎上，ilin討論了海平面變化與水藏變化和沉積速率的關系，表明海平面的變化同時與水深和沉積速率有關，不能簡單地以水深的變化代替海平面變化關鍵詞海平面變化水深變化沉積速率陸表海地質歷史上海平面變化的研究是近年來地學界的一個熱門話題，主要因為現(xiàn)代海平面變化是威脅當今人類生存環(huán)境的重要因素之一，質歷史上海平面變化的研究也許可以作為現(xiàn)地代海平面研究的借鑒f并且地質歷史上海平面變化的研究與地學中許多學科有關，如板塊構造學、沉積巖石學、層學、地古生物學和石油地質學等。自從PRVi等(7￣從地震地層..al17)9學角度研究全球海平面變化的文章發(fā)表后，這方面的研究有突破性進展。概念和方法上都有在一系列新成果。震地層學可以較好地確定一級和二級長期的海平面變化，較小尺度的沉積地但序列，如確定三級和四級甚至更短的變化就存在一定的困難。如Va等E所指出的：正il詳細的測井或露頭剖面上的較小尺度的沉積序列“在地震剖面上去識別是太小了”。而且由地震地層學所確定的一、級海平面變化還需要根據(jù)生物地層學作出修改。生物地層學角度研究海平二從面變化的杰出代表是CseJL等]他自17年以來發(fā)表了一系列文章論述生物群落的i..n,98測深和海平面變化的定量研究。地震地層學、生物地層學、海洋學和沉積學等多學科的結合為海平面變化的研究發(fā)展了新的前景。1海侵、海退和海平面變化許多學術論文中常把海侵和海退概念與海平面變化概念混為一談，aa12)”早Grbu(94E較認識到它們的區(qū)別。海侵、海退和海平面變化的概念都是相對的，i把海平面相對變化定VaEl義為海平面相對于陸表的明顯上升和下降，而海侵和海退是海岸線相對于陸表的移動。在海平面相對上升的情況下陸源物質供給的多少或沉積物的堆積速度不同，岸線的移動會顯示不海同的方向。如在主要是陸源物質沉積的地區(qū)，較少的陸源物質供給時表現(xiàn)為海侵，有大量當若陸源物質供給時表現(xiàn)為海退，陸源物質的供給與海平面上升相平衡時表現(xiàn)為海岸線穩(wěn)定，當在碳酸鹽巖地區(qū)沉積物的生成速度的快慢會出現(xiàn)類似的結果。地層學中鑒別一級或二級海平面上升的標志是海岸線附近海相沉積層的上超，上超層位向陸推進為海侵，向海后退為海退。3l海平面變化與水深變化和沉積速率的關系在沒有不整合和上超層位的較連續(xù)海相沉積層中如何確認小規(guī)模的海侵、退和次級海平面海變化，需要作生物地層學和沉積學的深入工這作。2海平面變化與水深變化的關系Cse等從地殼均衡的觀點出發(fā)，出in提了陸表海海平面變化與水深變化和沉積速率的數(shù)學表達式先，們定義海平面變化的量度首他是相對于陸殼厚度而言。平面所處的位置，海如位于陸表的高處其陸殼厚度必大，反陸殼的相厚度必小，這是地殼均衡論的一般推論。設在時間t時，平面L().對應的。海。=0其陸殼厚度為H()經(jīng)時間A―t一t,平面0;t1。海上升到L()A現(xiàn)在海平面對應的陸殼厚1一L,度為H()如圖1所示。考慮在時間t時兩個1,。截面積為lm假設柱，個長度為H()柱一o的圉l陸表海橫切面示意圖w代表水辣，為沉積犧的數(shù)量}△為陸殼厚度，△￡為海平面從時間’的變化增量I()o00為時海平面所處的陸殼厚度I()H1為{時辱平面所處的砧殼厚度海平面的變化以它與砧殼厚度的關系為定義。a)時，海平面處于砧殼厚度為H()o的位置{b=時，平面上升到陸殼厚度為日)位置I-海的上在陸表海中海平面在t時所處的位置，一個。另長度為H()柱在陸上因這兩柱在時間t1的。時處于均衡狀態(tài)，H()度計它們的重量以1長相等：pgH(=￣1述兩種情況都假定無帆積作用發(fā)生-)c在接受沉積的情況下，=時，積了△的沉積物，{#沉且辱平面上升到砧殼厚度為日()位置(Cse18)修改)1的據(jù)ia(94[pg()+PgE()一日()一△LoHOMH10]式中為陸殼密度，是地幔的密度，g為重力加速度。整理()1式得()1陽△L一(PM一0[1一日()oH())。]這代表經(jīng)時間后，平面上升與陸殼厚度的關系式。海()2現(xiàn)在進一步考慮處于陸表海中相當于H()度的任一柱子，t。這個柱子與日1高在―t時()于均衡狀態(tài)，。處因此有：(M―O)():(M―p)()+(M―p)pcH0pW。pc^()3其中()水深，0是h是陸表海下面的陸殼厚度，W為水的密度。當￡p一時，平面上升△L,海其均衡的關系為(M―o)():(M―p()+(M―P)PcH1PW)1Pc^■■■()4其中W()t的水深。假設陸殼厚度變化可忽略不計，()1為=t時以4式減()3式后代入(),2式消去陸殼的重量得：△L一(M―p(()一PW)1()0)()5如時間接近零，5式變?yōu)楹Ｆ矫孀兓逝c水深變化率A=W()()W1一()系式：0關ddL/t一[P(M―pr/d/t’Wd)()6因此海平面變化率與水深變化率為線性關系，個關系式的條件是：)底沒有接受任何沉積這1海物})殼厚度變化可勿略不計；)平面和水探的變化十分緩慢，2陸3海始終處于均衡狀態(tài)。32海平面變化與水深變化和沉積速率的關系斗女耳.,:上¨鼻一3海平面變化與水深變化和沉積速率的關系假設時間f_,著海平面上升△堆積的沉積物數(shù)量為厶其均衡關系為。吖隨￡,,(M一0)()一(M一pcH1p)()+(M―p)1Ps厶S+(M―p)Pc^()7式中p為沉積體的密度。假設陸殼厚度可忽略不計，()減().s以7式3式代入(),:2式得△￡一(一)△W一(一P)s△S:0()8若時間接近零，8式變?yōu)楹Ｆ矫孀兓逝c水深變化率和沉積速率變化的基本關系式：()d/t[P工a一(M―P)P]/f[陽一P)P]sdW/Mdd+(s/Md/()9這個關系式在下列條件下是有效的：)1海平面變化與沉積作用足夠緩慢使之能保持均衡狀態(tài)2陸殼厚度變化可以忽略不計-))3沉積物的固結作用很快且壓實作用可以忽略不計。4海平面變化與水深和沉積速率關系的討論從方程()知海平面變化是水深變化和沉積速率變化的總和。沉積速率為零，S/=9可若d0則方程(),9變?yōu)?)若沉積速率不變，Sd;A,為常數(shù))則海平面變化與水深的變化6ld/f,仍然是線性關系：ddL/t―A+[P(M一)P]W/t/Mdd若水深變化率為零，W/0則海平面變化與沉積速率成比例變化：dd,d/t[PLd=(M一#)￣JS/tw/da(11)(O1)若d/tW/t則()S￣dd,9式接近(1式；(O式中如Ad/t,出現(xiàn)d/ta1)在1)Ld時可Wd負增長的情況。若水探變化率為常量B,則海平面變化與沉積速率的變化也是線性關系：ddL/t―B+[一P)P]s出(W/Md/(21)進一步考慮如果海平面穩(wěn)定，L￣r0.深變化與沉積速率成反比，dS/tlad一水即d一d/t隨沉積厚度增大，深變淺。若海平面變化率為負值，a,水即海平面下降，在沉積速率為正值的條件下水探變淺，除非沉積速率為負，即發(fā)生海底剝蝕，且剝蝕速率大于海平面下降，在一這條件下水探才能加深或穩(wěn)定。從上述討論中我們可得出以下結論：1在海底沒有接受沉積或沉積速率不變()限于Add)L/t的條件下，深的測定可以反映水海平面的變化，即海水變探，明海平面相對上升，說海水變淺說明海平面相對下降；但海平面變化的幅度，不能以深度代替，必須考慮它們之間的關系系數(shù).(0式}還如1)2水深變淺既可發(fā)生在海平面下降時，)也可發(fā)生在海平面保持穩(wěn)定時.甚至可能發(fā)生在海平面上升時{3在沉積物堆積迅速，)其速率大于水探變化時，水探變化有不同的結果，平面雖上升但海水深不變，(1式}(2式的條件，可以是正值或負值，B是負值時，如1)在1)B在海平面上升的同時出現(xiàn)水深變淺的情況。近年來有一些研究海平面變化的論文，以淵深代替海平面的變化，以深度代替海平面變化的幅度，沒有證明沉積速率不變且Add的前提下，種方法是不科學的。在地質歷史在L/r這上，大多數(shù)沉積盆地中沉積速率是經(jīng)常變化的。以有必要討論測定地層記錄中海平面變化在所的較科學的方法，個問題將另撰文作進一步的討論這33海平面變化與水深變化和沉積速率的關系參a文獻j[]ViPR..thmJ.n.hmpoSicSrtrpyadGoaCagsfeee.a1a..RMMiuradsTosnIjemitiahnllhneav1PrlesagboSLt2lGlalCyls0ltvhageeLee-I#Pao-CE.(d.)eiitaiahyaplain0obcefReaieCnsofSavlnytne,Smcsrtgrp―pitostchdoabneplain,APMeiyrcroxortoAGmor-1797,Vo.216-ppO6.5~1[]VLPR.RM.uhmJ.adSTosnIleiiSrtrpyadGlaCagslaee,a2a.,.Miurn.hmpoISsctiahnolhnevlPr[:magboSLet3{GlblCycefReaieChgefSaLee-hyon,C.E.(d,SscsrtgrphyplaonooalsoltyansovlejFate.)eimitaia―apitiatchdzaroxpoaiy￣cbnelrton,APMeiAGmor.17-Vo.6,P,697I2P3~8L[]VLPR。.MihmJ,adSThmpoemctagahnlblhnefaee,a3a..RM.turnosnIjSiiSrtrpydGoaCagsvPr[esiaoSLlet4IGlalCysoobdefReaieChnefSev1Illtvags0aLee.nPaao:n―C.E.(d,Simie.)eschyoaboxlrtordcrnepoain,APMe/AGmor-17-Vo.6,PP8399712.~7n]Cse】LnaeR.jonerlligaitaay￣ofsacmnintapetaLn._aRb1Ceooraordnnld3etnesfoaomuisadiplalsitesionsrtgayLcha-17tairphtai98-Vo111,P.133.P34~6[]CseJL-Ffnrn..ae5i..R..Gdead1DRb#Eelsdmnaidaaee-yteieottrpyL4mi3piceiettnavlsnhtesaiah,一ronlcrg/a.14.Vo.7,pt7￣88981168[]Cie..n..fnraueno6hLadFGdeMesrmetfnJRljlec￣gefaTeiddvinge―elhenpie8hdlOrointsrvieilmecsrassgnhrhMientnniniteNotd0iet-Se―vlChns―AnItgaeApocaLeeagenertdprah.SEPM,SpeilPuiaicabltn一18eo98,No42,P21~22.P一75[]GauAW.1rclsfSrtrpy,eokDG-94Srs1P157mb.PiieotiahNwYr,..12,i..8npageeRELATINSHloFOPSSEA―LEVELCHANGEWITHWA―TER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