汪漢勝，賈路路，2，WU Patrick，江利明，胡 波，2，相龍偉，2

1 中國(guó)科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所動(dòng)力大地測(cè)量學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430077

2 中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京 100049

3 Department of Geoscience，University of Calgary，Calgary T2N1N4，Canada

末次冰期冰蓋消融對(duì)東亞歷史相對(duì)海平面的影響及意義

汪漢勝1，賈路路1，2，WU Patrick3，江利明1，胡 波1，2，相龍偉1，2

1 中國(guó)科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所動(dòng)力大地測(cè)量學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430077

2 中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京 100049

3 Department of Geoscience，University of Calgary，Calgary T2N1N4，Canada

基于新的末次冰期冰川均衡調(diào)整（GIA）模型，利用有限元算法模擬了盛冰期以來(lái)東亞相對(duì)海平面的變化，并與觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析.研究表明，早期相對(duì)海平面上升由盛冰期后全球冰蓋消融控制，后期的變化則由地殼黏性均衡調(diào)整控制；每個(gè)時(shí)期的結(jié)果均具有顯著的區(qū)域性差異，與地殼均衡作用及遠(yuǎn)場(chǎng)均衡效應(yīng)的區(qū)域性差異有關(guān)；模擬的不確定性主要來(lái)自冰蓋消融模型差異的影響，量級(jí)在觀測(cè)誤差范圍內(nèi).此外，利用本文的GIA模擬結(jié)果，對(duì)東亞海岸歷史相對(duì)海平面觀測(cè)進(jìn)行改正，揭示了華南全新世以來(lái)不同階段的地殼垂直運(yùn)動(dòng)，其中3—8kaBP地殼以較穩(wěn)定的速率（1～4mm／a）下沉，之后則以較小速率下降或隆升，推測(cè)可能與東南部菲律賓板塊的俯沖有關(guān)；揭示近千年來(lái)粵東海岸和珠江三角洲地殼垂直運(yùn)動(dòng)有長(zhǎng)期隆升趨勢(shì)，而近三十年的觀測(cè)結(jié)果則顯示下沉，推測(cè)該差異與人類活動(dòng)導(dǎo)致的沉降有關(guān).

末次冰期，冰川均衡調(diào)整，東亞地區(qū)，歷史相對(duì)海平面，地殼垂直運(yùn)動(dòng)

1 引 言

末次冰期始于約110kaBP，在約18kaBP的盛冰期，北美勞倫地區(qū)、北歐芬諾斯坎底亞和極地發(fā)育巨厚的冰蓋，在大約6—8kaBP完成了消融過(guò)程［1］.相對(duì)海平面（RSL）變化是海平面相對(duì)地殼的上升或下降，自盛冰期以來(lái)，RSL被海岸和海洋各類沉積物記錄下來(lái)，成為研究這段歷史RSL變化最重要的數(shù)據(jù)集，為研究海岸、海洋環(huán)境變化和地殼運(yùn)動(dòng)等提供重要證據(jù).研究表明，盛冰期以來(lái)RSL變化的機(jī)制主要有：（1）冰融水流進(jìn)了海洋，由于重力場(chǎng)的區(qū)域差異，其分布也有區(qū)域變化；（2）冰蓋消融和海水增加改變了地表負(fù)荷，固體地球要進(jìn)行均衡調(diào)整，其直接的響應(yīng)是地殼的垂直運(yùn)動(dòng)，在近場(chǎng)（冰蓋及其周圍）較強(qiáng)，在遠(yuǎn)場(chǎng)（例如東亞地區(qū)）較弱；（3）沉積（或剝蝕）作用［2］；（4）沉積壓實(shí)作用［3］；（5）局部和區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)［3］.本文關(guān)注前兩個(gè)因素，即冰蓋消融和地殼均衡調(diào)整，可廣義地稱為冰川均衡調(diào)整（GIA）［1］，我們將從全球GIA模型出發(fā)，模擬和給出東亞歷史相對(duì)海平面變化的結(jié)果，并結(jié)合RSL觀測(cè)進(jìn)行對(duì)比分析研究.

長(zhǎng)期以來(lái)，地球物理學(xué)家在研究GIA對(duì)RSL的貢獻(xiàn)時(shí)，主要精力放在近場(chǎng)，對(duì)處在遠(yuǎn)場(chǎng)的東亞地區(qū)討論較少［4］.地質(zhì)學(xué)家在研究東亞歷史RSL變化時(shí)，需要考慮GIA的影響，采用了冰融等效海平面（IESL），即冰蓋消融成的海水體積除以全球海洋面積［2］或者整個(gè)地區(qū)統(tǒng)一的模型［4］，沒有考慮冰融水分布或者地殼均衡垂直運(yùn)動(dòng)的區(qū)域性差異.事實(shí)上，地球物理學(xué)家不斷完善冰蓋消融模型和地幔黏滯度模型（例如Peltier的模型系列［5－6］），可以根據(jù)嚴(yán)密的負(fù)荷理論和海平面方程［7－8］，模擬出GIA對(duì)東亞歷史RSL變化的影響，但是對(duì)于東亞地區(qū)一直沒有詳細(xì)的結(jié)果和分析研究.

我們最近利用近十年空間大地測(cè)量觀測(cè)數(shù)據(jù)的約束，包括北歐和北美GPS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)的地殼運(yùn)動(dòng)速率［9－10］、在北美陸地用衛(wèi)星測(cè)高［11－12］、在五大湖地區(qū)用驗(yàn)潮站結(jié)合衛(wèi)星測(cè)高［13－14］解算的地殼隆升速率和GRACE衛(wèi)星重力計(jì)劃發(fā)布的時(shí)變重力觀測(cè)結(jié)果，建立了基于橫向非均勻的巖石圈和地幔流變的GIA模型RF3L20（β＝0.4）＋I(xiàn)CE－4G［15－16］.該模型已用于模擬對(duì)東亞現(xiàn)今重力場(chǎng)變化、空間大地測(cè)量監(jiān)測(cè)地表現(xiàn)今（陸地水和海水）質(zhì)量變化的影響［17］.本文將利用該模型，進(jìn)一步模擬東亞盛冰期以來(lái)的RSL變化，評(píng)估模擬的不確定性，將模擬結(jié)果與觀測(cè)［18－19］進(jìn)行比較分析.

2 模型與算法

在我們發(fā)展的GIA模型RF3L20（β＝0.4）＋I(xiàn)CE－4G中，橫向非均勻地球模型RF3L20（β＝0.4）包含厚度有橫向變化的巖石圈（圖1）和黏滯度有橫向變化的四層地幔（圖2）［7－8］，盛冰期以來(lái)冰蓋消融模型采用Peltier的ICE－4G模型［5］.

巖石圈厚度是根據(jù)地震波速轉(zhuǎn)換估計(jì)的［20］.在東亞（圖1）沿海地區(qū)、近海和較深海區(qū)，巖石圈厚度為50km；向東亞大陸西部巖石圈增厚，大部分地區(qū)巖石圈厚度為65km，在青藏高原，巖石圈厚度增加到90km；向日本以東太平洋海域巖石圈厚度為65km.

圖1 東亞海域及鄰近大陸巖石圈厚度50km、65km、90km為相應(yīng)區(qū)域巖石圈厚度；圓點(diǎn)及附帶數(shù)字為圖7中相對(duì)海平面實(shí)測(cè)點(diǎn)及編號(hào).Fig.1 Lithospheric thickness of East Asia Seas and the adjacent continentNumbers with km denote lithospheric thickness of the related regions.Dots with numbers denote the RSL sites.

四層地幔包括上地幔（UM）、過(guò)渡帶（TZ）、下地幔淺部（LM1）、下地幔深部（LM2），參考模型RF3給出黏滯度為0.6×1021Pa·s（UM＋TZ）、3.0×1021Pa·s（LM1）、6.0×1021Pa·s（LM2），在此（對(duì)數(shù)黏滯度）基礎(chǔ)上疊加對(duì)數(shù)黏滯度的橫向擾動(dòng)，就得到三維地幔對(duì)數(shù)黏滯度.對(duì)數(shù)黏滯度的橫向擾動(dòng)是根據(jù)地震剪切波速異常轉(zhuǎn)換的（圖2），所用線性比例因子β＝0.4［15－16］.由圖2可知，在東亞地區(qū)較大的地幔黏滯度橫向非均勻出現(xiàn)在上地幔，最大超過(guò)一個(gè)數(shù)量級(jí)，其次在過(guò)渡帶，最大也接近一個(gè)數(shù)量級(jí)，而橫向非均勻在下地幔的兩個(gè)分層中則不明顯.地球密度和彈性參數(shù)僅隨深度變化，詳見文獻(xiàn)［15－16］.

使用了耦合拉普拉斯方程的有限元算法進(jìn)行GIA模擬［7－8，16］.有限元模型分辨率在淺層為2°×2°，向核幔邊界逐漸減少到8°×8°.在5次迭代計(jì)算過(guò)程中，利用有限元位移結(jié)果，通過(guò)解海平面方程計(jì)算新的RSL，從而不斷修正海水負(fù)荷.

為了評(píng)估RSL模擬結(jié)果的不確定性，對(duì)當(dāng)前參考模型黏滯度和冰蓋消融模型認(rèn)識(shí)差異的影響進(jìn)行計(jì)算，取兩方面結(jié)果的平方根作為RSL估計(jì)的不確定性.

圖2 東亞海域及鄰近大陸四個(gè)地幔分層的對(duì)數(shù)黏滯度橫向擾動(dòng)（a）上地幔（UM）；（b）過(guò)渡帶（TZ）；（c）下地幔上部（LM1）；（d）下地幔下部（LM2）.子標(biāo)題后給出了層深度范圍和數(shù)值范圍；等值線單位為lg（Pa·s）.Fig.2 Lateral perturbations in lg of the mantle viscosity（in Pa·s）for the four mantle layers of East Asia Seas and the adjacent continent（a）Upper mantle（UM）；（b）Transition zone（TZ）；（c）Shallow part of lower mantle（LM1）；（d）Deep part of lower mantle（LM2）.The depth and numerical ranges can be found in the captions of the panels.The units are in lg（Pa·s）.

對(duì)參考模型黏滯度，考慮兩個(gè)代表性模型結(jié)果的差異.一是Peltier（1998）的VM2模型［5］，即本文簡(jiǎn)化的RF3模型，其黏滯度為0.6×1021Pa·s（UM＋TZ）、3.0×1021Pa·s（LM1）、6.0×1021Pa·s（LM2）；另一是Mitrovica和Forte（1997）［21］根據(jù)地幔對(duì)流和GIA聯(lián)合反演的結(jié)果，這里用RF2模型簡(jiǎn)化表示，給出黏滯度為0.7×1021Pa·s（UM＋TZ）、1.0×1022Pa·s（LM1＋LM2），可見下地幔較上地幔黏滯度有大幅度的升高.

對(duì)冰蓋消融模型，考慮有代表性的ICE－4G［5］及其升級(jí)版ICE－5G［6］模型的差異.當(dāng)前這兩個(gè)模型使用最為廣泛，不過(guò)其差異也是明顯的：冰蓋的厚度有顯著差異，特別在北美哈德遜灣以西地區(qū)，ICE－5G模型推測(cè)有巨厚的冰蓋，而ICE－4G則沒有；冰蓋負(fù)荷總質(zhì)量也有明顯差異.由于IESL變化與冰蓋負(fù)荷總質(zhì)量成反比，因此圖3所示兩模型的IESL隨時(shí)間上升，反映了隨時(shí)間冰蓋負(fù)荷總質(zhì)量的減少.ICE－5G在26kaBP的盛冰期冰蓋開始融化，而ICE－4G則推遲至18kaBP.在12kaBP以前ICE－4G的IESL較高，說(shuō)明冰蓋負(fù)荷總質(zhì)量相對(duì)較小.12kaBP以后兩模型的IESL和冰蓋負(fù)荷總質(zhì)量相近.

圖3 ICE－4G和ICE－5G冰蓋消融模型的冰融等效海平面變化Fig.3 The ice－volume equivalent sea levels from the deglacial models ICE－4Gand ICE－5G

3 結(jié)果與分析

本節(jié)給出了東亞RSL模擬結(jié)果，評(píng)估結(jié)果的不確定性，最后結(jié)合圖1測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析.

3.1 東亞RSL的模擬結(jié)果

根據(jù)RF3L20（β＝0.4）＋I(xiàn)CE－4G模型［15－16］，模擬出東亞盛冰期（18kaBP）以來(lái)每隔2ka共8幕的RSL變化圖像，結(jié)果如圖4所示.前6幕RSL均是負(fù)值（圖4a—4f），表明整個(gè)東亞海平面相對(duì)固體地殼降低；后2幕有負(fù)也有正（圖4g—4h），說(shuō)明海平面相對(duì)固體地殼在一些區(qū)域降低、另一些區(qū)域升高.由圖可知，8幕的RSL變化結(jié)果分別是：－141～－105m、－117～－81m、－80～－52m、－56～－33m、－32～－15m、－13～－1m、－5～3m、－1.8～1.9m，可見盛冰期以來(lái)海平面隨著冰蓋消融逐漸上升.這反映冰融海水是RSL上升最重要的控制因素，直接影響了RSL變化的主體，但對(duì)于冰蓋消融結(jié)束后（圖4f—4h），RSL變化主要與地殼黏性均衡調(diào)整引起的垂直運(yùn)動(dòng)有關(guān).由圖還可以看出，8幕RSL具有顯著的區(qū)域性差異，其最大最小幅度差為28、23、17、12、8、3.7m.一般而言在水淺區(qū)域RSL高于IESL，而在較深水區(qū)域RSL則在IESL之下，這反映了不同區(qū)域地殼對(duì)海水負(fù)荷的均衡作用差異，部分反映不同區(qū)域全球冰蓋消融的遠(yuǎn)場(chǎng)均衡效應(yīng)的差異，地殼均衡下沉則RSL就增高，地殼均衡隆升則RSL就下降.

3.2 模擬結(jié)果的不確定性

RSL模擬的不確定性來(lái)自參考模型黏滯度差異和冰模型差異的影響.

在計(jì)算參考模型黏滯度差異對(duì)模擬RSL的影響時(shí)，考慮當(dāng)前對(duì)參考模型黏滯度認(rèn)識(shí)的差異，針對(duì)模型RF3和RF2分別進(jìn)行有限元模擬，冰模型都采用ICE－4G［5］，根據(jù)有限元輸出的位移分別計(jì)算RSL變化，然后計(jì)算二者之間的差值.圖5a—5d給出了18kaBP以來(lái)每隔4ka共4幕RSL變化差異的圖像，可以看出，每幕參考模型黏滯度差異對(duì)RSL的影響都不大，差異基本上在2m以內(nèi)；此外，從RSL差異平面分布看，發(fā)現(xiàn)均具有以沖繩以東太平洋負(fù)值異常和沿東亞大陸近海正異常梯度帶為特征，與圖2所示4層地幔黏滯度橫向非均勻圖像相似，推測(cè)由參考黏滯度不同和黏滯度橫向非均勻影響耦合引起的.

關(guān)于冰蓋消融模型差異對(duì)RSL的影響，在已有RF3L20（β＝0.4）＋I(xiàn)CE－4G模型［15－16］結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用ICE－5G［6］冰蓋消融模型，用有限元法進(jìn)行模擬和RSL變化的計(jì)算，地球模型仍采用RF3L20（β＝0.4）［15－16］，然后計(jì)算ICE－4G與ICE－5G預(yù)測(cè)RSL變化的差值.圖5e—5h給出了18kaBP以來(lái)每隔4ka共4幕的結(jié)果.由圖可知，18kaBP、14kaBP、10kaBP、6kaBP的結(jié)果分別為2～13m、8～17m、－6～－1m、0.1～1.3m，正值或負(fù)值表示ICE－4G給出的RSL較高或較低.ICE－4G在12kaBP前的RSL較高，由圖4可知，與這一時(shí)期冰蓋負(fù)荷總質(zhì)量相對(duì)較小或IESL相對(duì)較高有關(guān)；12kaBP以后，兩模型的冰蓋負(fù)荷總質(zhì)量或IESL幾乎相同，其RSL差異則與12kaBP前冰蓋負(fù)荷作用的差異有關(guān).每幕結(jié)果都呈現(xiàn)區(qū)域性變化，其變化規(guī)律較復(fù)雜，即在18kaBP、14kaBP向西南海域和海岸冰模型差異的影響減少，向東北海域則影響增強(qiáng)，而10kaBP、6kaBP的情形則正好相反，這與冰模型負(fù)荷時(shí)空演化差異以及與巖石圈厚度橫向變化、黏滯度橫向非均勻影響耦合等因素有關(guān).

圖4 RF3L20（β＝0.4）＋I(xiàn)CE－4G模型［15－16］預(yù)測(cè)的東亞歷史相對(duì)海平面變化（a）—（h）是18—4kaBP每隔2ka的結(jié)果，虛線為IESL，所有結(jié)果以現(xiàn)今為基準(zhǔn)，單位均為m.Fig.4 RSL changes in East Asia Seas predicted from GIA model RF3L20（β＝0.4）＋I(xiàn)CE－4G［15－16］（a）—（h）are from 18kaBP to 4kaBP at every 2ka.All the results are given with respect to present－day sea level.Dashed contours are the IESL.Units are in meters.

計(jì)算參考模型黏滯度差異和冰模型差異對(duì)RSL影響的平方根，以此評(píng)估RSL模擬結(jié)果（圖4）的不確定性，圖6給出了18kaBP以來(lái)每隔2ka共8幕的結(jié)果.計(jì)算表明，在18—12kaBP冰模型差異的影響較大（圖5e—5g），因此成為圖6a—6d所示不確定性的控制因素，而在10—4kaBP，參考模型黏滯度差異與冰模型差異的影響量級(jí)逐漸相當(dāng)，因此圖6e—6h所示不確定性為兩因素共同作用的結(jié)果.8幕的RSL變化不確定性范圍分別是：1.0～7.0m、8.5～14.5m、4.0～8.0m、0.4～3.4m、0.6～2.8m、1.0～1.9m、0.1～0.7m、0.0～0.3m，其幅度基本上隨時(shí)間流逝而減少；RSL變化不確定性分布也呈現(xiàn)顯著的區(qū)域性變化，例如在18kaBP、16kaBP、14kaBP最大最小幅度差分別為6.0m、4.0m、3.0m.一般而言，每幕不確定性從東亞沿海向東北向近海、太平洋逐漸增加，但10kaBP和8kaBP則情形正好相反；從圖7可知，RSL變化不確定性一般在觀測(cè)的誤差范圍內(nèi).

圖5 不同地幔黏滯度參考模型和冰模型對(duì)東亞RSL變化預(yù)測(cè)結(jié)果的影響（a）—（d）是地幔黏滯度參考模型RF3和RF2（冰蓋模型用ICE－4G模型［5］）預(yù)測(cè)結(jié)果之差；（e）—（h）是冰模型ICE－4G［5］與ICE－5G［6］［地幔黏滯度采用RF3L20（β＝0.4）模型］預(yù)測(cè)結(jié)果之差.刻度單位均為m.Fig.5 Effects of reference viscosity models and ice models on the predictions of RSL in East Asia Seas（a）—（d）for the differences in the RSL predictions between reference models RF3and RF2with ICE－4G［5］used；（e）—（h）for the differences in RSL predictions between ice models ICE－4G［5］and ICE－5G［6］with mantle viscosity model RF3L20（β＝0.4）used.Units of the scales are in meters.

3.3 與東亞實(shí)測(cè)結(jié)果的比較

本節(jié)將模擬計(jì)算的RSL變化結(jié)果與東亞現(xiàn)有觀測(cè)進(jìn)行對(duì)比和研究.如圖1所示，RSL觀測(cè)在中國(guó)沿海和臺(tái)灣包括測(cè)點(diǎn)（編號(hào)）：揚(yáng)子三角洲（1）、福建—臺(tái)灣海峽（2）、韓江三角洲（3）、廣東東部（4）、珠江三角洲（5）、廣東西部（6）［18］、天津（635）和臺(tái)灣北端（649）［22］；在國(guó)外包括俄羅斯納霍德卡（632）、日本北海道（637）、日本東京灣（639）、日本鹿兒島（644）［22］.中國(guó)測(cè)點(diǎn)主要采用Zong（2004）收集和重新審定的結(jié)果［18］，C14年齡已根據(jù)與樹年輪、珊瑚年齡的關(guān)系進(jìn)行了校正［23］；天津（635）、臺(tái)灣北端（649）和國(guó)外的4個(gè)測(cè)點(diǎn)的RSL數(shù)據(jù)采用Tushingham和Peltier（1991）［22］收集整理的結(jié)果，但我們利用Fairbanks等（2005）［24］給出的C14與原生珊瑚年齡關(guān)系，對(duì)C14年齡進(jìn)行校正.

圖7給出了東亞測(cè)點(diǎn)根據(jù)RF3L20（β＝0.4）＋I(xiàn)CE－4G模型［15－16］的RSL模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果.從圖可以看出，除日本3個(gè)測(cè)點(diǎn)和中國(guó)臺(tái)灣北端（649），東亞海洋統(tǒng)一的IESL曲線顯然不能反映大多數(shù)測(cè)點(diǎn)模擬的RSL區(qū)域變化，因此利用統(tǒng)一的IESL［2］或統(tǒng)一的GIA RSL［4］研究東亞RSL變化機(jī)制是不合適的.還可看出，在揚(yáng)子三角洲（1）、天津（635）、臺(tái)灣北端（649）、納霍德卡（632）、北海道（637）、東京灣（639）、鹿兒島（644），RSL的GIA理論預(yù)測(cè)結(jié)果與觀測(cè)較符合，說(shuō)明這些地區(qū)的RSL變化基本受GIA控制，其他因素影響非常小.圖8給出了RSL實(shí)測(cè)值經(jīng)過(guò)GIA改正的結(jié)果，在華南沿海地區(qū)的測(cè)點(diǎn)，RSL的GIA理論預(yù)測(cè)結(jié)果與觀測(cè)有較大差異，這是由非GIA因素引起的，下面進(jìn)行解釋.

圖6 同圖4，但為圖4所示的相對(duì)海平面變化的不確定性估計(jì)Fig.6 Similar to Fig.4，but for the uncertainties for the RSL changes as shown in Fig.4

圖8中剩余RSL負(fù)值表示古地殼高于現(xiàn)今位置的高度.因此，第一階段在8kaBP以前，地殼經(jīng)歷下沉和隆升（測(cè)點(diǎn)2、4、6），第二階段在8kaBP以后一段時(shí)間，基本以較穩(wěn)定的速率下沉，最后是第三階段則以較小速率下沉或隆升.每個(gè)測(cè)點(diǎn)三個(gè)階段的區(qū)間不同，第二第三階段地殼變化速率不同，表現(xiàn)出顯著區(qū)域性差異.對(duì)測(cè)點(diǎn)2、3、4、5，第二階段區(qū)間和地殼下沉速率分別為6—8kaBP和－4.2mm／a、2.8—7kaBP和－2.1mm／a、3—8kaBP和－1.5mm／a、2.8—8kaBP和－1.0mm／a；對(duì)測(cè)點(diǎn)2、3、5，隨后的第三階段下沉速率分別為－0.1mm／a、－0.3mm／a、－0.3mm／a，而測(cè)點(diǎn)4地殼則隆升，速率為＋0.2mm／a.廣東西部（6）情況較復(fù)雜，近7ka以來(lái)，地殼先隆升后有下沉，速率分別為＋0.5mm／a、－0.6mm／a.因此，在華南測(cè)點(diǎn)RSL觀測(cè)經(jīng)過(guò)GIA模型改正后，揭示了較復(fù)雜的地殼運(yùn)動(dòng)，推測(cè)與東南部的菲律賓板塊俯沖有關(guān)，具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究.在東亞的其他地區(qū)測(cè)點(diǎn)，RSL的GIA理論預(yù)測(cè)與觀測(cè)結(jié)果相當(dāng)，說(shuō)明構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)RSL變化影響較小.

我們將圖8華南地殼垂直運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)期歷史趨勢(shì)與大地測(cè)量觀測(cè)結(jié)果對(duì)比.由圖可以看出，用最近1.4ka的2個(gè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出粵西海岸和粵東海岸地殼垂直運(yùn)動(dòng)速率為＋0.6mm／a，用最近1ka的2個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算出珠江三角洲結(jié)果為＋2.0mm／a.盧汝圻（1997）根據(jù)30多年的精密水準(zhǔn)復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)，揭示粵西海岸段平均以＋0.6mm／a速率上升、粵東海岸段平均以－0.7mm／a速率下降、珠江三角洲以－1.8mm／a速率下沉［19］.由此可見，在粵西海岸，現(xiàn)今地殼垂直運(yùn)動(dòng)與本文揭示的長(zhǎng)期地殼垂直運(yùn)動(dòng)基本吻合，但在粵東海岸和珠江三角洲則二者存在運(yùn)動(dòng)方向相反的根本差異，可能與人類活動(dòng)導(dǎo)致的沉降有關(guān).

圖7 RF3L20（β＝0.4）＋I(xiàn)CE－4GGIA［15－16］模型預(yù)測(cè)東亞測(cè)點(diǎn)RSL結(jié)果與觀測(cè)的比較（a）納霍德卡；（b）天津；（c）揚(yáng)子三角洲；（d）福建—臺(tái)灣海峽；（e）韓江三角洲；（f）廣東東部；（g）珠江三角洲；（h）廣東西部；（i）北海道；（j）東京灣；（k）鹿兒島；（l）臺(tái)灣北端.帶圓圈誤差棒點(diǎn)實(shí)線為預(yù)測(cè)結(jié)果，十字代表帶誤差棒的觀測(cè)結(jié)果，實(shí)線為IESL.子標(biāo)題給出了測(cè)點(diǎn)編號(hào)和名稱，橫軸上括號(hào)內(nèi)是測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度.Fig.7 Comparisons of RSL curves in East Asia between the predictions from RF3L20（β＝0.4）＋I(xiàn)CE－4G［15－16］GIA model and the observationsThe circles with error bars denote the GIA predictions with their uncertainties，crosses with two bars denote the observations with their uncertainties of age and RSL respectively，and solid curves are IESL for comparison.The number and name of the sites are found in the captions of the panels，geographical locations are found above the horizontal axes of the panels.

4 結(jié) 論

利用新的冰川均衡調(diào)整（GIA）模型，模擬了末次盛冰期以來(lái)東亞RSL變化，評(píng)估了其不確定性，將模擬結(jié)果與觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較分析.主要結(jié)論如下：

（1）給出了東亞RSL時(shí)空分布模擬結(jié)果，其不確定性一般小于歷史RSL的觀測(cè)誤差，該模型結(jié)果對(duì)研究東亞歷史RSL具有重要意義.

（2）模擬的RSL在8kaBP前隨時(shí)間的上升與全球冰蓋消融有關(guān)，而后期的變化則主要受地殼黏性均衡調(diào)整控制.每個(gè)時(shí)間的RSL均具有顯著的區(qū)域性差異，與局部地殼對(duì)海水負(fù)荷的均衡作用及遠(yuǎn)場(chǎng)均衡效應(yīng)差異有關(guān).RSL的不確定性主要受當(dāng)前冰蓋消融模型差異的影響，其次是參考黏滯度的影響.

（3）東亞GIA相關(guān)的RSL有顯著的區(qū)域性變化，因此用IESL或代表性觀測(cè)站的GIA結(jié)果研究RSL變化機(jī)制是不合適的.

（4）東亞歷史海平面變化主要受全球GIA控制.在揚(yáng)子三角洲、天津、臺(tái)灣北端、納霍德卡、北海道、東京灣、鹿兒島測(cè)點(diǎn)，RSL的GIA理論預(yù)測(cè)較好地解釋了觀測(cè)結(jié)果.

圖8 華南測(cè)點(diǎn)RSL經(jīng)過(guò)RF3L20（β＝0.4）＋I(xiàn)CE－4G模型［15－16］GIA改正的結(jié)果（a）福建—臺(tái)灣海峽；（b）韓江三角洲；（c）廣東東部；（d）珠江三角洲；（e）廣東西部.虛線為分段線性擬合結(jié)果.（a）—（e）RSL誤差棒同時(shí)考慮了觀測(cè)誤差和GIA預(yù)測(cè)的不確定性.子標(biāo)題給出了測(cè)點(diǎn)編號(hào)和名稱，橫軸上括號(hào)內(nèi)是測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度.Fig.8 Differences in RSL between observations and GIA predictions from RF3L20（β＝0.4）＋I(xiàn)CE－4G［15－16］model as in Fig.4along the coast of South ChinaRSL error bars from（a）to（e）are estimated from observation errors and uncertainties of GIA predictions.Dashed lines are the results of linear fitting.The number and name of the sites are found in the captions of the panels，geographical locations are found above the horizontal axes of the panels.

（5）在華南海岸測(cè)點(diǎn)，RSL在排除GIA影響后，清楚地顯示全新世以來(lái)的地殼垂直運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)早期地殼經(jīng)歷下沉和隆升，中期地殼以較穩(wěn)定的速率（1～4mm／a）下沉，后期地殼以較小速率下沉或隆升，推測(cè)可能與東南部菲律賓板塊的俯沖有關(guān).

（6）在粵東海岸和珠江三角洲，現(xiàn)今地殼垂直運(yùn)動(dòng)是下沉的，與本文揭示的近千年地殼運(yùn)動(dòng)隆升趨勢(shì)不同，推測(cè)與人類活動(dòng)導(dǎo)致的沉降有關(guān).

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Effects of last－deglaciation on the historical relative sea levels of East Asia Seas and the implications

WANG Han－Sheng1，JIA Lu－Lu1，2，WU Patrick3，JIANG Li－Ming1，HU Bo1，2，XIANG Long－Wei1，2
1 Key Laboratory of Dynamical Geodesy，Institute of Geodesy ＆Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan 430077，China
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing100049，China
3 Department of Geoscience，University of Calgary，Calgary T2 N1 N4，Canada

Observed relative sea level（RSL）changes in East Asia Seas are studied with the help of our latest 3Dglacial isostatic adjustment（GIA）model，which employs the finite element method to simulate RSL changes since the Last Glacial Maximum（LGM）.From the temporal and spatial variation of predicted RSL，it is shown that the early rise of sea levels after LGM is mainly influenced by the addition of melt－water into the oceans while the later RSL changes arestrongly affected by mantle flow，ocean loading and crustal adjustment.Thus，the RSL results show obvious regional changes for each epoch.The uncertainty of modeled RSL is mostly attributed to the differences in the ice models used，and its magnitude is found to be comparable to the measurement error.Second，the predicted RSL results are used to correct the historical observations.The residuals along the coast of South China show different stages of crustal vertical motions since the Holocene.Crust subsidence rates（1～4mm／a）are found to be stable from 3kaBP to 8kaBP，while the rates during the last 3ka are small.These may be caused by the subducting of southeastern Philippine plate.In East Guangdong and Pearl River Delta，residual RSL since 1kaBP shows the long term crustal uplift while the rates observed from precise leveling during the last three decades show that the crust is subsiding.The differences can be caused by the crustal subsidence due to human activities.

Last Ice－Age，Glacial isostatic adjustment，East Asia Seas，Historical relative sea level，Crustal vertical motion

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.04.010

P228

2011－02－14，2011－10－31收修定稿

973計(jì)劃（2012CB957703）、國(guó)家杰出青年科學(xué)基金（40825012）、創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金（41021003）、中國(guó)科學(xué)院與國(guó)家外國(guó)專家局創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)國(guó)際合作伙伴計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41174016）、中國(guó)科學(xué)院百人計(jì)劃項(xiàng)目和科技部國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAK12B02）資助.WU Patrick由加拿大NSERC的Discovery Grant資助.

汪漢勝，男，1964年生，博士，研究員，1984年畢業(yè)于武漢地質(zhì)學(xué)院物探系，1999年獲中國(guó)科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所博士學(xué)位，主要從事負(fù)荷變形、冰川均衡調(diào)整、形變監(jiān)測(cè)研究.E－mail：whs＠asch.whigg.ac.cn

汪漢勝，賈路路，WU Patrick等.末次冰期冰蓋消融對(duì)東亞歷史相對(duì)海平面的影響及意義.地球物理學(xué)報(bào)，2012，55（4）：1144－1153，

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.04.010.

Wang H S，Jia L L，WU Patrick，et al.Effects of last－deglaciation on the historical relative sea levels of East Asia Seas and the implications.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（4）：1144－1153，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.04.010.

（本文編輯 何 燕）