经过质量筛选的南海北部全新世相对海平面数据库及全新世中期高海面证据

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：A quality-screened Holocene relative sea-level database for the northern South China Sea and evidence for a mid-Holocene highstand

　　

摘要

北部南海（SCS）全新世相对海平面（RSL）的演变仍存在高度争议，尤其是关于中全新世高海面的时相、幅度和持续时间。现有分歧主要源于数据质量不一致以及海平面指标解释缺乏标准化，因为先前的汇编很少采用统一的质量筛选，也很少对海平面指示点（SLIPs）及海洋/陆地限定数据进行完整的不确定性量化。在本研究中，我们系统汇编了374条已发表的SLIP及限定记录，标准化其沉积背景与不确定性参数，并通过多准则质量筛选保留了146条高质量记录。随后，我们采用变量误差集成高斯过程（EIV-IGP）贝叶斯模型重建全新世RSL演变，并将模型输出与ICE-6G系列框架的远场冰后回弹（GIA）预测进行对比。重建结果显示，全新世早期RSL快速上升；7.0至3.4 cal ka BP期间RSL持续高于现代水平，最优约束估计表明峰值为1.4–2.6 m。原位鹿角珊瑚微环礁和地层完好的海滩岩提供了最紧密的高海面信号，而贝壳及有机泥质沉积仅提供低精度、宽泛的限定边界。重建RSL与GIA曲线之间的不匹配代表由GIA模型偏差、区域构造沉降、沉积物压实和残余指标不确定性共同引起的偏移。本研究为北部南海提供了一个具有明确不确定性估计的标准化、可复现的SLIP数据库。结果表明，长期存在的区域分歧很大程度上源于指标可靠性的差异，并支持西太平洋远场海岸广泛存在中全新世高海面。

引言

全新世相对海平面（RSL）变化为重建海岸演化、检验地球冰-海洋模型以及评估仪器观测时代之前的海平面自然变化范围提供了关键的地质边界条件。在远场区域，RSL历史综合了全球冰量变化、引力自洽的海水负荷、冰川和水文均衡调整、垂直陆地运动以及海岸沉积物压实（Bradley等，2016；Clark等，1978；Lambeck等，2014；Mitrovica和Milne，2002）。因此，高质量的全新世海平面数据库在明确区分海平面指示点（SLIPs）与海洋及陆地限定数据、同时量化年龄与高程不确定性，并记录每项指标的指示意义时最为有用（Khan等，2015；Shennan和Horton，2002）。标准化的全新世RSL档案提供了必要的地质基准，用于将自然千年尺度海平面波动与现代人为海平面上升区分开来。作为西太平洋的低纬远场盆地，北部南海独特地补充了校正全球冰量与冰川均衡调整（GIA）模拟所必需而稀缺的热带观测约束。

在这一全球方法学框架下，北部南海（图1a、b）是一个测试标准化SLIP重建工作流程的理想自然实验室，拥有异常多样的海岸沉积档案。它位于西太平洋边缘的低纬远场区域，包含一个地貌多样的海岸带，由河口、三角洲、岩石海岸、珊瑚礁海岸以及庇护性海湾组成（图1c）。这种多样性产生了一系列潜在的海平面指标，包括原位珊瑚礁、鹿角珊瑚微环礁、海滩岩、贝壳堆积、潮间带沉积、红树林相关有机沉积以及潟湖或咸水序列（Yue等，2024；Zong，2004）。同时，区域RSL演变受到东亚季风系统、河流沉积物排放、陆架环流以及局部黑潮相关水交换的调节，这些因素共同改变了海平面指标的表达、保存和地层背景（An，2000；Huang等，2025；Yin等，2021）。

尽管长期关注该地区，但北部南海全新世RSL曲线的形态仍未达成共识。珊瑚礁及其他严格限定的潮间带记录被用于论证中全新世高海面，局部超过现代海平面2 m（Yue等，2024、Yue等，2025；Yu和Chen，2009）。相比之下，以三角洲泥质沉积和再搬运贝壳材料为主的综合研究认为，中全新世RSL接近现代基准面，或否认存在明显的高海面信号（Lin等，2024；Lin等，2025；Xiong等，2018、Xiong等，2020；Zong，2004）。这些矛盾的结论并不反映RSL演变的真实空间差异，而反映了不同研究团队所采用的不一致数据筛选规则。这种双重分歧源于海岸环境的地质差异以及不一致的分析流程：海平面指标在潮汐指示带宽、对沉积物再搬运的易感性、压实引起的偏移以及测年精度方面差异巨大。任何对所有已发表点赋予相等权重的区域曲线都存在将稳健的SLIP、宽松限定数据以及沉积后发生改变的沉积记录混杂在一起的风险。

除了有争议的中全新世幅度外，晚全新世的演化轨迹同样存在争议。一些重建表明中全新世最大值后海平面保持稳定，而另一些则记录了向现代海岸线的逐渐但波动的下降（Yue等，2025；Chen等，2020；Yan等，2022）。这种分歧在珠江三角洲等低梯度海岸平原尤为严重，那里的沉积物压实、变化的容纳空间和本地断层沉降可能严重扭曲原始古海平面高程（Fu等，2020；Xiong等，2018、Xiong等，2020）。

即使能够可靠重建区域RSL趋势，围绕观测到的海平面波动的首要驱动机制仍有一个关键的解释模糊性。过去的工作将北部南海变化归因于冰后期冰盖融化、远场冰后回弹（GIA）、季风调节的水文变化、海表温度（SST）变化以及新构造活动（Bradley等，2016；Contreras-Rosales等，2019；Tang等，2011；Zhou等，2022）。这些驱动因素并非相互排斥的解释，但低纬边缘米级千年尺度的全新世RSL变化主要由全球均衡变化或全球海平面变化以及GIA信号控制。季风和SST变化仅调节沉积物保存和海岸水动力条件，而非主导长期海平面幅度（Tjallingii等，2014；Tjallingii等，2010）。

为解决上述方法学局限并解决未决的科学争论，本研究汇编并标准化了374条北部南海已发表的全新世SLIP及相关限定数据，应用明确的年代学、高程与背景质量筛选，并采用EIV-IGP模型重建RSL历史。本研究评估哪些指标类别具有良好约束的指示意义、可作为稳健的SLIP，哪些仅提供限定证据；评估质量筛选后的数据集是否支持北部南海存在高于现代海平面的中全新世RSL高海面；通过排除易压实的低地沉积来测试所推断高海面相对于指标选择的稳健性；并将重建的RSL轨迹与远场GIA预测进行比较，以检查模型-数据残差的含义。

章节片段

区域背景

地貌上，北部南海拥有多样的海岸环境，从大型三角洲平原（如珠江三角洲）到岩石和环礁海岸（如海南岛和雷州半岛）。这种地貌异质性直接控制了海平面指标的形成、保存以及沉积后改造。珊瑚基指标主要集中在海南岛、雷州半岛和西沙地区部分地区，而潮间带沉积物，

数据汇编与数据库结构

我们将374条北部南海已发表的全新世海平面记录汇编到一个标准化、可追溯的数据库中（表S1）。每条记录均被分配唯一ID及结构化的元数据字段，包括：子区域、站点坐标、指标类别、测年材料、沉积背景、测年方法、原始实验室年龄、校正年龄（2σ不确定性）、测量高程、垂直基准、指示意义、指示范围、总垂直不确定性、数据分类（SLIP / 海洋限定

汇编与筛选数据库的构成

汇编的主数据库包含374条全新世海平面记录，时间跨度从9.7 cal ka BP到现代，涵盖北部南海的多个区域（图2a、b）。指标类别分布如下（图2c）：120条珊瑚礁记录（32.09%）、99条海滩岩记录（26.47%）、87条潮间/泥滩沉积（23.26%）、56条含贝壳海岸沉积（14.97%）、6条贝壳脊（1.60%）、5条牡蛎记录（1.34%）以及1条咸水-淡水沼泽记录（0.27%）。

经过多准则

中全新世高海面的最强证据来自珊瑚与海滩岩记录

北部南海海平面研究中的一个核心争论是，是否存在高于现代海平面的明显中全新世高海面。我们的结果表明，解释在很大程度上取决于指标质量。当将所有已发表记录同等对待时，高海面信号被大量散点所掩盖。相反，当分析仅限于原位珊瑚和地层可靠的海滩岩时，信号变得更加清晰。

最有说服力的证据来自原位珊瑚

结论

本研究基于对374条已发表记录的系统汇编与标准化筛选，为北部南海提供了一个质量筛选过的全新世相对海平面数据库。可以得出四个关键结论：

指标可靠性在该区域差异巨大。仅有146条记录满足严格质量准则，可作为主要重建依据，其中原位珊瑚与海滩岩提供了最稳健的约束。

7.0至一个区域一致的中全新世高海面

CRediT作者贡献声明

Yuanfu Yue：写作–审阅与编辑、写作–原稿、监督、方法学、资金获取、数据整理、概念化。Bo Zhang：写作–审阅与编辑、可视化、方法学。Lichao Tang：写作–审阅与编辑、写作–原稿、验证、方法学。Yiheng Zhao：写作–审阅与编辑、可视化、方法学。Jie Wang：验证、方法学。Ruizhe Yang：验证、方法学。

未引用参考文献

E等，1990

Wang等，2016b

Yang等，2024

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（42366002）和广西科学项目（2025GXNSFAA069160）的资助。我们衷心感谢中山大学熊海贤教授和香港城市大学李唐华博士为本文提供的GIA模型数据与专业指导。

Yuanfu Yue|Bo Zhang|Lichao Tang|Yiheng Zhao|Jie Wang|Ruizhe Yang

广西大学海洋科学学院，中国珊瑚礁研究中心，南中国海珊瑚礁研究广西重点实验室，南宁530004，中国