福建沿海全新世相对海平面变化：地质记录与“冰川-水均衡调整”模拟对比

王龙，王张华*，李翠玉

(1. 华东师范大学 河口海岸学国家重点实验室，上海 200241；2. 中科可控信息产业有限公司 华东先进计算中心，江苏 昆山 215300)

1 引言

海平面上升，能够引起海岸侵蚀、岸线后退、沿海低地淹没、盐水入侵、滨海湿地退化等一系列效应，对海岸带人类社会的可持续发展构成威胁[1]。近30年来，格陵兰、南极冰盖的消融速率不断加快，海面上升速率加快[2]。根据预测，2050年全球平均海平面上升幅度可达到0.16～0.61 m；而21世纪末，全球海平面上升幅度最大可达到2.38 m[3]。福建沿海地区的人口密集、经济发达，沿海地市的人口和地区生产总值（GDP）分别占全省总量的80.07%和82.85%[4]，因此对海平面变化尤其敏感。科学预测海平面上升幅度及影响，对于福建制定海岸带中长期应对策略及风险减缓措施具有重要意义。

有研究认为，未来30 a福建沿海的相对海平面上升幅度仅为0.04～0.15 m[5]，这一结果明显低于全球海平面上升预测区间的下限[3]。上述研究结果反映了对于福建未来海平面变化预测，仍存在较大的不确定性。缺乏长时间尺度的气候-陆地冰盖和海平面变化历史背景，是影响模型预测结果可靠性的重要原因[6]。重建全新世相对海平面变化历史，可为认知区域相对海平面的长期变化机制、准确预测未来海平面上升，提供长时间尺度的重要参考[7]。

福建沿海自20世纪80年代以来，开展了一系列全新世相对海平面变化的相关研究，发表了一批具有可靠年代和高程、沉积环境较为明确的海平面数据[8-10]。基于这些数据，相关学者先后尝试重建了数条区域性相对海平面变化曲线[11-19]，提供了该区域全新世相对海平面变化的轮廓。然而，已发表的全新世相对海平面曲线之间，却存在着明显的差异（图1），不仅存在“连续上升”和“阶段式上升”两种完全不同的模式，而且各个时间段的相对海平面高度也不同。其中，距今12.00～7.00 ka的相对海平面高度差异尤其明显，仅距今8.00 ka对应的相对海平面高度，各曲线之间的差异可达约27.00 m。而距今6.00 ka以来，不同的相对海平面曲线在“高海平面”出现的时间、次数方面存在不同结果。因此，福建沿海的全新世相对海平面变化历史，依然存在着较大不确定性[20]。有必要对已有数据进行重新检查，并对造成差异的成因做进一步探究。

图1 研究区概况Fig. 1 Map of the study areaa. 东亚板块边界分布；b. 福建海岸带全新世相对海平面数据空间分布及分区；c. 福建沿海已发表的全新世相对海平面变化曲线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

相对海平面，是局地平均海水表面与固体地球表面之间的距离[21]。因此，相对海平面变化受到海水表面和固体地球表面变化的共同影响和控制。末次冰消期以来，包括欧亚冰盖、北美劳伦泰德冰盖在内的全球主要陆地冰盖相继消融，大量融水注入洋盆，引起大洋海水体积增加及全球平均海平面上升[22-23]。伴随陆地冰盖消融，地表陆地-洋盆之间发生冰-水物质迁移及质量重新分配，包括地壳、地幔在内的固体地球和大洋对这一变化产生持续调整及反馈，并趋于达到新的均衡状态的复杂地球物理过程，即为“冰川-水均衡调整（Glacio-hydro Isostatic Adjustment，GIA）”作用[24-26]。GIA作用的时间尺度可达到104ka，涉及到固体地球黏-弹响应引起的地表垂直形变，以及地球重力场、自转变化引起的大洋表面高度发生变化，进一步导致全球相对海平面变化存在着明显的空间差异[27-29]。末次冰期具有大规模陆地冰盖发育的“近场区”，冰消期以来因冰盖快速消融，地壳卸荷回弹，地幔物质回流，相对海平面变化整体呈下降趋势[25,29]。而远离主要陆地冰盖的“远场区”，冰消期以来地壳形变相对较弱，相对海平面变化主要受冰盖融水的影响，更为接近全球平均海平面变化，全新世大体呈连续上升趋势[29-30]。而位于“远场区”构造稳定的大陆边缘海岸带，因陆架、洋盆海水载荷变化引起“水均衡调整”作用，在中-晚全新世期间普遍记录有高于现今海平面位置的“高海平面”[25,29,31]。

近年来，GIA理论在我国沿海的相对海平面变化研究中，已经得到了初步应用。其中，汪汉胜等[32]采用GIA模型模拟了东亚“末次冰盛期”以来的相对海平面变化，发现该区域相对海平面变化存在显著的空间差异。孙奕映等[33]和Wang等[34]通过对比相对海平面地质记录和GIA模拟结果，分别揭示了广东海岸带和渤海湾西岸存在的长期地壳沉降。Xiong等[35]则结合杭州湾沿岸系列相对海平面地质记录[36-37]与GIA模拟结果，揭示全新世期间杭州湾存在相对海平面变化的空间差异。目前，福建沿海相对海平面变化的长期机制及影响因素尚不明确，相关研究有待加强。因此，应用GIA理论与相对海平面变化的地质记录相结合，可为认知区域相对海平面变化过程及动力机制，提供地球物理学及地球动力学依据。

本研究在前人研究的基础上，系统收集、整理了福建沿海近年来发表的各类全新世相对海平面数据，对海平面数据的位置、年代、高程及指示意义，进行了重新检查与校正。根据国际方法规范[21,38-39]，建立了福建沿海一个标准化的全新世相对海平面数据库。并在此基础上，重建了新的区域全新世相对海平面变化曲线。同时，应用地球动力学领域的GIA模型，开展了海平面变化GIA模拟。最后，通过相对海平面地质记录与GIA模拟对比，尝试揭示福建沿海全新世相对海平面变化的主要机制，并对这一区域中-晚全新世“高海平面”现象的产生机制做出新的理论解释。

2 研究区概况

福建省海岸带位于中国大陆东南部（图1a），台湾海峡西岸，介于浙江省与广东省之间，地理坐标范围为23°37′～27°10′N，117°11′～120°26′E（图1b）。福建海岸带岸线全长为3051 km，曲折率为1.00∶5.70，岸线整体十分曲折[40]。闽江口以北岸段地貌以低山、丘陵为主，以南至闽粤边界以丘陵、台地、滨海平原为主[41]。基岩海岸较为发育，同时有砂质海岸、淤泥质海岸，闽江、九龙江等河口地段发育有三角洲平原海岸。此外，沿海尚分布有小面积红树林海岸[40]。

福建海岸带属于亚热带季风气候区，多年平均气温为17.30～21.30℃，南部地区高于北部；多年平均降水量为1000～1600 mm，呈现由陆向海减少的趋势[42]。沿海潮汐由太平洋潮波传入产生[43]，北部和中部海区属规则半日潮，南部属不规则半日潮和不规则全日潮[44]。海岸带北部和中部的潮差较大，平均潮差接近5.00 m及以上；南部潮差较小，自北向南由强潮型逐渐演变为弱潮型[40,42]。

福建海岸带位于扬子板块东南缘，与板块边界距离适中（图1a），继承性的构造运动以微弱抬升为主[45]，距今125 ka以来的长期抬升平均速率为（0.17±0.09） m/ka[46]。该区域大地构造主要由北东向和北西向两组断裂控制[47]。其中，北东向断裂带包括：政和-大埔断裂带（F1）、长乐-诏安断裂带（F2）、滨海断裂带（F3）。北西向断裂包括：闽江断裂带（F4）、兴化湾断裂带（F5）、晋江断裂带（F6）、九龙江断裂带（F7）、韩江断裂带（F8）（图1b）。综合考虑沿海海平面数据分布、潜在断裂以及潮差的空间分布变化特征，本研究将福建沿海划分为以下4个亚区单元：宁德、福州-平潭、莆田-泉州、厦门-漳州（图1b）。

3 材料和方法

3.1 材料

3.1.1 相对海平面数据

本研究收集、整理了过去数十年福建沿海已公开发表的各类全新世相对海平面数据，包括新近发表的30个高质量数据[48-52]。对这些数据的位置、年代、高程、沉积环境及指示意义等属性信息，进行了重新检查和校正。在此基础上，根据“海平面数据库”规范[38-39]，建立了福建沿海一个标准化的全新世“相对海平面数据库”（详见补充材料）。该数据库共包括全新世相对海平面数据183个。其中，海平面指示点（Sea Level Index Point，SLIP）数据81个、陆地约束（Terrestrial Limiting，TL）数据46个、海洋约束（Marine Limiting，ML）数据56个，分别占数据总数的44.26%、25.14%和30.60%（图2）。

图2 福建沿海全新世“相对海平面数据库”数据统计Fig. 2 Statistics of Holocene relative sea-level database of Fujian coast

3.1.2 潮位数据

研究中，使用福建沿海代表性验潮站的特征潮位数据，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）。结合对福建海岸带的分区及潮汐特征，采用位于闽东北的帮门站，中部的闽江口（川石岛站）、崇武站和闽南的将军澳站（图1b），分别作为宁德、福州-平潭、莆田-泉州、厦门-漳州等4个区域的代表性验潮站。上述验潮站的潮位数据，参考自文献[53]。根据各站当地平均海平面与1985国家高程基准面之间的数量关系[54]，将各站的潮位数据统一转换至1985国家高程基准。

3.2 方法

3.2.1 海平面标志物及其指示意义

海平面标志物，是与平均海平面之间存在一定的数量关系，并且这种关系能够在现代环境中得到观测的各类地质、地貌、生物遗迹[55]。海平面标志物与平均海平面之间的数量关系，即为海平面数据的指示意义（Indicative Meaning，IM）[21,55]，包括参考水位（Reference Water Level，RWL）和指示范围（Indicative Range，IR）两部分。其中，参考水位是海平面标志物垂向分布位置的中点与平均海平面之间的距离，指示范围是海平面标志物垂向分布位置的上下区间。

本研究中，将海平面数据划分为：海平面指示点数据、陆地约束数据和海洋约束数据3类[56-57]。其中，海平面指示点数据与平均海平面之间存在确定的数量关系，是相对海平面变化定量重建的核心数据。海平面指示点数据，涉及的海平面标志物主要包括：海滩型海滩岩、牡蛎礁、贝壳堤（底部）、埋藏红树林、盐沼泥炭、潮滩淤泥及潮间带沉积（表1）。海滩型海滩岩，主要形成于最高天文潮位（HAT）和平均低潮位（MLW）之间[16,58]。因此，海滩型海滩岩的参考水位为 HAT与MLW的高程均值，即：（HAT+MLW）/2；指示范围为 HAT与MLW高程之差，即：HAT-MLW。贝壳堤的底板，通常形成于平均小潮高潮位（MNHW）和平均大潮高潮位（MSHW）之间[59-60]，是较为可靠的海平面标志物。牡蛎礁通常发育在平均海平面以下[61]，但本研究中选择使用的牡蛎礁，其造礁牡蛎的属种组合主要为褶牡蛎和近江牡蛎，主要分布于平均潮位与平均大潮低潮位（MSLW）之间[14]，可作为海平面标志物。现代红树林形成于热带潮间带，分布位置介于MSHW和MSLW之间[58]。因此，原位埋藏的红树林，能够准确指示古海平面位置。盐沼泥炭，形成于HAT和MNHW之间的滨海盐沼[55,57]，是指示意义较为明确的海平面标志物[62]。此外，潮滩淤泥等潮间带沉积物也对海平面具有较好的指示[18,35-36]。

表1 福建海岸带全新世相对海平面标志物及其指示意义Table 1 Indicative meaning of Holocene sea level indicators on Fujian coast

陆地约束数据主要包括：沙堤型海滩岩、贝壳堤、淡水成因泥炭、河湖相沉积和埋藏古树（表1）。现代环境中，这些标志物主要形成于HAT以上的淡水环境[57,63]，与平均海平面之间不存在确定的数量关系。因此，其分布的位置及高程仅能指示平均海平面位置的上限。

海洋约束数据主要包括：原地沉积的海相贝壳和牡蛎壳、河口砂坝、河口湾沉积、潮下带淤泥、浅海相及海相沉积（表1）。现代环境中，这些标志物主要发育在平均海平面以下水深较大的区域[57-58]，与平均海平面之间不存在确定的数量关系，仅能指示平均海平面位置的下限。

3.2.2 年代

福建沿海已发表的相对海平面数据，使用的测年材料包括：泥炭、木块、植物碎屑及残体、贝壳、牡蛎壳、海滩岩等。使用的14C测年技术包括：常规14C法和加速器质谱（AMS）测年两种方法。而已发表数据中14C的半衰期，分别使用5568 a、5570 a和5730 a。为获得统一的高质量年代框架，本研究采用以下步骤[58,64]对相对海平面数据的年代进行转换和校正。

（1）14C半衰期校正。原始测年数据的半衰期以测试结果为准，统一转换使用以5568 a为半衰期。（2）同位素“分馏效应”校正。对于20世纪70-90年代发表的年代数据，统一进行同位素“分馏效应”校正[64]。陆地成因样品的碳同位素（δ13C）数值采用-27.00‰±4.00‰，海洋成因样品的碳同位素（δ13C）数值采用0‰±4.00‰[58]。（3）全样样品的年代误差。对于20世纪70-90年代，测试中使用的全样样品，进一步补充±100 a的误差[64]。（4）年代校正。对经过步骤（1）至（3）转换、校正得到的常规年龄，使用Calib 8.20软件（http://calib.org/calib/calib.html）校正为日历年龄。木块、植物碎屑等陆地成因样品采用IntCal 20曲线[65]进行校正；海相贝壳、牡蛎壳、海滩岩等海洋成因样品，采用Marine 20曲线[66]进行校正。对于海洋成因样品，海洋“碳库效应”校正参考台湾海峡ΔR值的加权平均值：-73±40[67-68]。研究中，所有年代的校正结果，采用中位数及2σ区间表示，BP的现代时间起算点为1950 AD。

3.2.3 相对海平面定量重建

国际地学研究计划（International Geological Correlation Programme，IGCP）支持的海平面变化相关计划实施以来，全球已经建立了适用于不同类型海岸带的全新世相对海平面变化研究方法体系[21,54]。近年来，全新世相对海平面重建方法得到了进一步完善。研究中，全新世相对海平面定量重建采用公式[21,55]为

式中，RSL为相对海平面；A为海平面标志物沉积位置的高程；RWL为海平面标志物对应的参考水位；E为误差。本研究中，所有高程均统一使用1985国家高程基准。

相对海平面变化研究中，海平面数据的误差包括：年代误差和高程误差两个方面[21,58,69]。年代误差主要由实验室测试误差和校正误差组成[64]。高程误差除海平面标志物的指示范围外，主要来源于采样过程、高程测量、自压实、沉积压实、潮差变化、构造运动校正等因素。研究对相对海平面重建过程中的各类来源误差进行计算[56]公式为

式中，E为相对海平面变化总误差；En为第n项误差来源贡献的误差数值。

由于目前尚缺乏统一标准化的沉积压实校正方法[70]，为避免人为误差输入，本研究对沉积压实作用暂不进行定量校正。采用定性分类方案，将海平面数据分为基底和层间数据两类[71]。其中，基底数据不受压实作用影响或影响十分微弱；层间数据则可能受到不同程度的压实作用影响。此外，根据福建海岸带MIS （Marine Isotope Stage）5e以来，长期继承性构造运动的平均抬升速率为（0.17±0.09） mm/a[46]，对海平面数据进行构造运动校正。全新世以来的潮位-潮差变化，本研究未做定量校正，采用各代表站点的现代潮位-潮差数据。

3.2.4 变量误差-综合高斯统计模型

研究中采用变量误差-综合高斯（EIV-IGP）模型对相对海平面数据进行拟合，并估算全新世不同阶段相对海平面变化的速率和幅度。该模型同时考虑了海平面数据点的年代和高程误差、海平面数据点在时间域的非均匀分布特征，以及相对海平面变化的非线性过程[72]。这一模型已在全新世相对海平面变化研究中得到了较好应用[29]。相对海平面变化模拟结果，采用平均值以及2σ的误差区间表示。

3.2.5 “冰川-水均衡调整”模拟

GIA模型，主要由冰盖消融历史模型、地球模型和海平面方程3个部分组成[26]。本研究采用应用较为广泛，由多伦多大学开发的ICE-XG（VMY）系列模型[73-74]，对全新世理论相对海平面变化进行模拟。其中，冰盖消融历史模型采用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）分别为-51.42 m和-47.36 m。地幔黏滞度模型，采用黏滞度参数径向随深度变化、横向均匀变化的VM2和VM5a模型。地球各圈层的密度、弹性等结构参数，由初始参考地球模型（Preliminary Reference Earth Model，PREM）[75]提供。研究中使用“改进海平面方程”理论，在传统引力自洽海平面方程[76]的基础上，进一步考虑了地球自转、岸线迁移等效应[77-79]。本研究将全球划分为75692个单元，使用的网格单元大小为0.42°×0.42°。海平面方程的解算使用SELEN程序[80]在曙光云超级计算平台完成。

4 结果

4.1 相对海平面变化的地质记录

（1）宁德。该区域的全新世相对海平面数据仅有17个，海平面数据较为稀少。其中，海平面指示点数据7个，陆地约束数据5个，海洋约束数据5个（图2）。重建的相对海平面变化曲线显示（图3a）：距今7.07 cal ka前后，相对海平面位于（-3.83±3.95） m上下。距今0.42 cal ka前后，相对海平面高于现代海平面位置约（0.83±3.20） m。距今7.07～0.42 cal ka之间，陆地和海洋约束数据指示相对海平面呈缓慢上升，海平面上升速率约为0.70 mm/a；这一时段相对海平面曲线的误差范围较大。

图3 福建沿海各亚区全新世相对海平面数据点及相对海平面变化曲线Fig. 3 Holocene relative sea level data and sea-level curve of each subzone on Fujian coasta. 宁德；b. 福州-平潭；c. 莆田-泉州；d. 厦门-漳州a. Ningde；b. Fuzhou-Pingtan；c. Putian-Quanzhou；d. Xiamen-Zhangzhou

（2）福州-平潭。该区域包括全新世相对海平面数据49个。其中，海平面指示点数据20个，陆地约束数据12个，海洋约束数据17个（图2）。重建的相对海平面曲线显示（图3b）：距今11.28～9.08 cal ka，相对海平面从（-19.36±6.87） m快速连续上升至（-9.80±3.40） m，海平面上升速率均值约为4.36 mm/a。距今9.08～6.08 cal ka，海平面上升速率明显减缓，平均值仅为2.42 mm/a。距今3.28 cal ka前后，相对海平面高于现代位置约（1.04±2.74） m。此后，相对海平面呈缓慢下降。

（3）莆田-泉州。该区域包括全新世相对海平面数据共40个。其中，海平面指示点数据28个，陆地约束数据7个，海洋约束数据5个（图2）。重建的相对海平面曲线显示（图3c）：距今7.79 cal ka以来，相对海平面变化幅度约为2.15 m。距今7.79～0.76 cal ka之间，存在“高海平面”现象，“高海平面”的平均高度变化介于0.13～1.91 m之间。

（4）厦门-漳州。该区域包括全新世相对海平面数据共77个。其中，海平面指示点数据26个，陆地约束数据22个，海洋约束数据29个（图2）。重建的相对海平面曲线显示（图3d）：距今10.26～6.53 cal ka，相对海平面由（-24.51±3.85） m快速上升至（-0.37±2.35） m，海平面上升平均速率约为6.47 mm/a。距今6.53～3.53 cal ka，相对海平面从（-0.37±2.35） m缓慢上升至（1.90±1.68） m，相对海平面上升速率仅为0.76 mm/a。距今3.53 cal ka 前后，相对海平面开始逐渐下降并接近现代位置。

（5）福建沿海区域性相对海平面变化曲线。综合福建沿海4个亚区的海平面指示点数据，重建的区域性相对海平面曲线显示（图4）：距今11.28～7.08 cal ka，相对海平面由（-23.55±6.94） m快速连续上升至（-1.51±1.80） m，上升幅度约为22.04 m，上升平均速率约为5.26 mm/a。距今7.08～4.08 cal ka，海平面上升速率明显减缓，仅为0.86 mm/a，海平面上升幅度约为2.59 m。距今3.48 cal ka前后，相对海平面高于现代海平面约（1.35±1.23） m。之后，相对海平面总体呈波动下降。

图4 福建沿海全新世区域性相对海平面变化曲线与邻近区域相对海平面曲线[87, 89]及全球冰融等效海平面曲线（IESL）[23, 30]对比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-水均衡调整”模拟结果

GIA模拟结果包括：全新世理论相对海平面变化曲线以及和冰盖消融历史模型对应的冰融等效海平面（IESL）曲线两部分。

（1）理论相对海平面变化曲线，即冰川-水均衡调整作用主导的理论相对海平面变化曲线。GIA模拟结果显示：宁德、福州-平潭、莆田-泉州、厦门-漳州，这4个亚区采用同一GIA模型模拟得到的理论相对海平面变化曲线十分接近，不存在明显的差异（图5）。从整体来看，ICE-5G（VM2）和ICE-6G_C（VM5a）两种GIA模型的相对海平面模拟结果变化趋势也较为一致。距今12.00～8.00 cal ka，理论相对海平面呈快速上升趋势。距今8.00 cal ka前后，相对海平面上升速率明显减缓，出现“高海平面”。距今6.50 cal ka以来，相对海平面缓慢下降，逐渐接近现代海平面位置。

（2）冰融等效海平面（IESL），即将陆地冰盖融水平均分配至全球洋盆表面，得到的全球统一变化的理论平均海平面[22-23]。模拟结果显示：IESL（ICE-5G）和（ICE-6G_C）模型的冰融等效海平面变化趋势较为一致（图5）。在早全新世均保持快速连续上升，分别在距今8.00 cal ka和距今7.50 cal ka前后，海平面上升速率减缓（图5）；此后，海平面呈缓慢上升。距今5.00～4.00 cal ka以来，全球平均海平面上升幅度十分微弱。

图5 福建沿海全新世相对海平面指示点数据与“冰川- 水均衡调整”模拟结果（理论RSL曲线、IESL曲线）对比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. 宁德；b. 福州- 平潭；c. 莆田- 泉州；d. 厦门- 漳州a. Ningde； b. Fuzhou-Pingtan; c. Putian-Quanzhou；d. Xiamen-Zhangzhou

5 讨论

5.1 福建沿海全新世相对海平面变化历史

（1）相对海平面数据质量。福建沿海相对海平面变化的早期研究中，在海平面标志物选择、指示意义确定、年代校正等方面存在不确定性，同时缺乏统一的海平面定量研究方法规范[20]，上述因素可能是导致不同学者建立的相对海平面曲线之间（图1）存在差异和矛盾的主要原因。类似的问题及现象，在中国东部其他区域的全新世相对海平面变化的早期研究中同样存在[69,81-83]。本研究结合岩性、沉积构造、生物大化石，以及包括有孔虫、硅藻、孢粉在内的微体古生物等证据，重新检查、确定了海平面数据的沉积环境及指示意义；采用最新的年代校正曲线IntCal 20和Marine 20[65-66]对海平面数据的年代进行了校正。在海平面数据库建立和相对海平面曲线重建过程中，通过采用统一的国际标准方法体系[21,55]，避免了因方法差异对重建结果造成的影响。并且充分考虑了相对海平面数据来自“高程”和“年代”两方面的误差，提供了具有统计学意义的相对海平面变化范围曲线。因此，本研究中重建的新的全新世相对海平面变化曲线具有较高质量，反映的相对海平面变化历史具有较高的可信度。

（2）相对海平面变化历史。福建沿海远离“末次冰期”发育的大规模陆地冰盖，属于GIA作用的“远场区”[30]。同时，该区域与板块边界距离适中（图1），长期构造运动较为稳定[46]。因此，福建沿海的全新世相对海平面变化历史，具有为全球冰盖消融历史及冰融等效海平面模型提供约束的潜力。

从本研究的重建结果来看，福建沿海的区域性全新世相对海平面变化，与冰融等效海平面曲线[23,30]反映的全球冰盖质量及融水变化整体具有同步性（图4），即距今7.00 cal ka之前呈现为快速上升，距今7.00 cal ka以来显著变平缓。福建沿海在距今11.28～10.00 cal ka 之间，由于缺乏高质量的海平面指示点数据约束，这一时段的海平面变化历史依然存在较大的不确定性。距今10.00～7.00 cal ka 的海平面上升速率均值达到6.91 mm/a，这一时段对应了欧亚冰盖和北美劳伦泰德冰盖的快速消融[84]。距今7.00～4.00 cal ka相对海平面上升幅度仅为2.59 m，上升速率仅为0.86 mm/a，变化十分缓慢。对应于北美劳伦泰德冰盖在距今6.70 cal ka 前后完成消融[85]，全球陆地冰盖融水来源大幅度减少。距今4.00 cal ka 以来，福建沿海出现“高海平面”，此后逐渐回落到现代位置。这一时期，南极和格陵兰冰盖贡献的融水十分有限[22]，大规模陆地冰盖融水已不再是区域相对海平面变化的主要因素[86]。

同样属于“远场区”的珠江三角洲[87]，以及位于东南亚巽他陆架的新加坡[88-89]，这些区域的高质量相对海平面变化曲线与本研究曲线，具有较为一致的变化趋势（图4），反映了“远场区”相对海平面变化的共同特征。值得注意的是，这些“远场区”的区域性相对海平面曲线与冰融等效海平面（IESL）曲线之间变化趋势相似，但并不完全相同，两者之间存在着明显偏差（图4）。这一现象说明：“远场区”的相对海平面地质记录中，冰盖融水仅是重要影响因素之一。采用全球平均海平面变化曲线[23]，并不能反映和代表“远场区”海岸带各地区相对海平面变化的真实情况[32]。

5.2 相对海平面变化地质记录与GIA模拟对比

（1）全新世相对海平面变化的主要机制探讨。为进一步探讨福建沿海全新世相对海平面变化的主控机制及因素。研究中对宁德、福州-平潭、莆田-泉州、厦门-漳州4个区域的相对海平面变化GIA模拟结果与地质记录进行了对比。整体上，GIA模拟曲线与地质记录拟合程度较高（图5），GIA模拟结果能够较好地解释地质记录反映的相对海平面变化的主要过程。这一结果说明：“冰川-水均衡调整”作用是该区域全新世相对海平面变化的主要机制。其中，距今11.70～8.00 cal ka ，海平面地质记录、GIA曲线和IESL曲线的变化趋势一致，均反映了海平面呈快速连续上升。地质记录数据点的位置整体高于IESL曲线，更加接近GIA曲线。说明这一时期的地质记录中，大规模陆地冰盖快速消融及其融水虽然是主要信号，但以水均衡调整为主的均衡调整作用存在，并且驱动地质记录偏离IESL曲线。距今8.00 cal ka 以来，相对海平面地质记录反映的海平面变化趋势与GIA曲线更为一致（图5）。反映了随着北半球陆地冰盖完成主要消融过程，融水减少，水均衡调整作用逐渐成为驱动福建相对海平面变化的主要因素。Bradley等[30]和汪汉胜等[32]曾分别应用一维和三维GIA模型结合地质记录数据[18,81]，分析了中国东部全新世相对海平面变化的影响因素，这些研究也认为“冰川-水均衡调整”是“末次冰消期”以来相对海平面变化中最重要的长时间尺度作用机制。

此外，本研究注意到：在福州-平潭和厦门-漳州两个区域，距今7.00～5.00 cal ka 层间海平面指示点数据明显低于GIA模拟结果（图5b，图5d），而基底数据则与GIA模拟结果拟合较好。这一现象反映了闽江河口、九龙江河口存在轻微的下沉，推测可能与河口全新世松散地层的沉积压实作用有关[71]。

（2）中-晚全新世“高海平面”。福建沿海宁德、福州-平潭、莆田-泉州、厦门-漳州4个区域的海平面地质记录中，在距今6.75～0.16 cal ka 期间观测到了较为明显的“高海平面”现象（图5）。传统观点认为，福建沿岸的全新世“高海平面”与区域构造运动有关[9,18]。但根据对该区继承性长期构造抬升的估算，距今7.00 cal ka以来的抬升幅度十分有限[46]。本研究中，在对相对海平面数据进行了构造运动校正后，地质记录和统计学模型结果均表明“高海平面”依然存在（图3，图5）。因此，福建沿海中-晚全新世“高海平面”的产生，可能存在其他机制。

对比亚太“远场区”其他同样具有宽广陆架发育地区的相对海平面地质记录，例如：澳大利亚[90]、新加坡[88-89]、马来半岛[91]、越南红河三角洲[92]，以及中国大陆邻近的广西涠洲岛[93]、海南岛[94]、广东雷州半岛[95]、香港岛大浪湾[96]、台湾澎湖列岛[97]等，可以发现在中-晚全新世均存在与福建海岸带类似的“高海平面”现象及遗迹。因此本研究推测，这一大范围普遍存在的“高海平面”现象，是“远场区”大陆边缘海区域水均衡调整作用[25,31]的表现。距今7.00 cal ka以来，冰盖融水引起的全球海平面上升幅度和速率均十分有限，陆架边缘海区水均衡调整作用逐渐占据主导[86]。大陆架地区地壳因受海水负荷，承压下沉，下伏地幔物质向邻近大陆海岸带区域移动；临近的海岸带陆地地壳，则因地幔物质汇聚，逐渐缓慢抬升，产生“陆地掀斜”[25,31]。同时，“近场区”冰盖外缘的“前缘隆起”地带持续塌陷，大洋产生新的空间，引起全球大洋海水由“远场区”向“近场区”迁移，产生“海洋虹吸”作用[98]。上述作用机制叠加，引起“远场区”大陆边缘海岸带中-晚全新世的相对海平面下降，在海岸带形成高于现今海平面位置的“高海平面”遗迹。本研究中，GIA模拟曲线能够较好的与“高海平面”地质记录数据点吻合（图5），表明：中-晚全新世冰川-水均衡调整作用过程，能够解释福建“高海平面”地质记录现象。

因此，综合福建海岸带的海平面地质记录、GIA模拟结果以及临近区域的记录报道，本研究认为：“陆地掀斜”和“海洋虹吸”作用，是福建海岸带除构造运动因素以外，全新世“高海平面”现象及遗迹产生的主要原因。

5.3 相对海平面变化的空间差异及影响因素

中国沿海已经重建了海岸带地区多条区域性相对海平面变化曲线，初步表明：全新世相对海平面变化存在一定程度的空间差异[18,81,99-100]。近年来，渤海湾西岸[60,101-102]、长江三角洲[36,103]，以及杭州湾沿岸[34,36]的相关研究进一步表明，即使是在同一个河口区滨海平原范围尺度上，全新世相对海平面变化也能够存在一定程度的空间差异。本研究考虑到福建海岸带的潜在断裂、潮差及岸线长度，对比4个区域的全新世相对海平面变化曲线发现，福建海岸带不同岸段之间同样存在空间差异（图3）。曾从盛[10]和王绍鸿等[104]较早地分区域重建了福建沿海全新世相对海平面曲线，提出福建北、中、南3个岸段的相对海平面变化曲线不同，这与本研究的结果基本一致。

全新世相对海平面变化，是冰盖融水引起的全球平均海平面变化、均衡调整作用、沉积压实、构造运动、潮差变化等因素综合作用的结果[21,30,71]。由于模拟结果初步表明，福建沿海各区域GIA作用的差异并不明显（图5），说明沉积压实、构造运动等非GIA作用，可能是造成上述差异的主要原因。进一步来看，莆田-泉州的相对海平面数据以基底数据为主，沉积压实影响微弱；而其他3个区域的海平面数据点多数属于层间标志物，包括来自福州闽江河口、厦门九龙江河口地层中的数据，可能不同程度的受到上覆和下伏地层沉积压实作用的影响。另一方面，早期研究认为福建沿海潜在分布有多条断裂[47]，构造上可将沿海分割为多个断块（图1）。然而，目前该地区很少发现具有准确意义的活动断层，且对各断裂的确切活动历史尚不明确[45]，但本研究尚不排除断块之间的潜在差异性构造运动，及其对相对海平面变化造成影响的可能性。此外，本研究仅考虑了各岸段现代潮位及潮差的空间变化，假设潮位在全新世期间未发生显著改变。但值得注意的是，长江三角洲的相关研究表明[105-106]：全新世以来，随着海平面、沉积地貌和岸线变化，杭州湾及邻近区域的潮差、潮位发生了一定程度的改变。福建海岸带，整体以基岩海岸为主，但闽江、九龙江等河口沉积地貌演化，同样可能对潮差、潮位产生影响。上述因素及其对相对海平面变化空间差异的贡献和影响，有待在未来研究中做进一步探讨。

6 结论与展望

本研究建立了福建沿海一个标准化的相对海平面数据库，并为该区域提供了新的全新世相对海平面变化曲线。应用“冰川-水均衡调整”理论，开展了相对海平面变化GIA模拟。在此基础上，对福建沿海全新世相对海平面变化历史、驱动机制等问题展开了初步讨论，得出以下结论：

（1）重建了福建沿海新的全新世相对海平面曲线。相对海平面在距今11.28～7.08 cal ka，由（-23.55±6.94） m快速连续上升至（-1.51±1.80） m。距今7.08～4.08 cal ka，相对海平面呈缓慢上升。距今3.48 cal ka前后，相对海平面由（1.35±1.23） m处逐渐波动下降。

（2）“冰川-水均衡调整”是福建沿海全新世相对海平面变化的主要机制。早全新世，福建沿海相对海平面变化主要受冰盖融水控制；中-晚全新世以来，相对海平面变化主要受水均衡调整作用主导。

（3）福建沿海存在中-晚全新世“高海平面”现象。“高海平面”出现时间介于距今6.75～0.16 cal ka，海平面高度平均值约为1.94 m。不同于传统区域构造抬升主导观点，本研究对“高海平面”成因做出了新的理论解释，认为水均衡调整作用可能是福建沿海全新世“高海平面”产生的主要机制。

（4）福建沿海全新世相对海平面变化，存在一定程度的空间差异。研究推测包括沉积压实、差异性构造运动、潮差变化等区域、局地因素，可能是造成这一现象的主要原因。

在早全新世，福建沿海高质量的相对海平面数据稀少，这一时期的相对海平面历史依然存在较大的不确定性，地质记录重建工作有待加强。闽东北宁德地区的相对海平面研究相对薄弱，可作为开展进一步工作的重点研究区域。此外，松散地层的沉积压实校正，全新世海岸带地貌演化引起的潮差变化模拟，以及海岸带贝壳堤样品涉及的“驻留时间效应”[107]等均是本研究及未来相关工作，值得进一步深化的重要方向。

致谢：感谢文中提及的从事福建全新世相对海平面变化相关研究的学者、专家，为本研究提供了数据和研究基础。Benjamin Horton教授的鼓励和帮助，使作者在相对海平面地质记录重建及数据库方面得到了提高。Giorgio Spada教授在GIA模拟给予了指导建议，李堂华博士给予了宝贵讨论和帮助。中科曙光计算云在超级计算平台的使用方面提供了支持。3位匿名审稿专家提出了宝贵意见和建议，使文章质量得到进一步提高，在此一并致谢。

补充材料

表S1 福建全新世相对海平面数据库（V1.0）

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