作者：艾子

摘要

现在已经知道，整个白垩纪时期存在多次全球性海进，盛时淹没小半个北美大陆，对地理与生态都造成巨大影响。本文旨在简单介绍晚白垩世海洋进退的发现，其具有全球性的证明，晚白垩世海平面的估算，乃至一些研究过程中使用到的方法。

1.对白垩纪海进的发现和早期认识

最早对白垩纪时期的海进现象产生认识的是Suess。早在1875年，他便命名了“森诺曼大海进“（the Cenomanian transgression），并认为这是由于全球性的海平面升高导致的，他给这种现象取名为”eustatic“，即全球性的海洋进退^[1]。

自彼时起，一直有人通过一些地质学的海相沉积或者古生物标志物，如菊石，记录全球各地的晚白垩世的海岸线变动信息^{[2]。60年代以后，Matsumoto等学者认为白垩纪存在全球性的海洋进退，并对此进行了初步的论述[3][4]。在综合考虑了全球的记录后，Matsumoto认为当时仅18%的地表面积为陆地（现代，28%的地表面积为陆地）；Hallam则认为35-38%的北美洲和41-42%的苏联被淹没[5]。Hancock认为，由于白垩系海相沉积的露头要少于海相沉积本身，这个数字可能还可以再扩大些[6]。}

除了海进的规模，海进发生的时间，全球性，以及全球各地海进记录的等时性也至关重要。Suess等先驱并没有很好地对海进记录的年代和等时性展开研究。Matsumoto在1977年的研究中认为白垩纪大海进的规模是如此巨大以至于应为eustatic的，可是各地沉积记录中的海进的年代却又彼此错开。Matsumoto解释之为全球性的海平面升降与地域性的构造运动共同作用的结果。

2.Hancock与Kauffman的贡献

1979年，Hancock与Kauffman的题为”The great transgressionsof the Late Cretaceou“的综合性文章奠定了后世对于晚白垩世海进研究的基础^{[7]。下面分三部分介绍此工作。}

2.1Eustatic的验证

Hancock同意白垩纪的数次海进事件具有全球性海平面上升的原因。他指出，海进海退是一个漫长的过程，如果不考虑其穿时性，仅仅根据记录到的旋回层的沉积年代作为整个海进事件的时代，就会出现年代的不匹配。他提出了证明eustatic的两个要素：（1）在测量误差允许的范围内，不同地区海进峰出现应等时；（2）对某一特定海进，地质构造稳定且地形相同的不同地区海进规模应相同。为了验证eustatic，应选择地质构造相对稳定，且地形平坦，研究记录丰富的地区进行比较。

首先是北美西部内陆和欧洲西北部的比较结果。

欧洲西北部和北美内陆的相对海平面高低

这两个地区的地质记录有四个相同点：

1.阿尔必期开始的那次海进在土伦期早期达到峰值。

2.土伦期三分之二处有强烈的海退。

3.早科尼亚克期海进的反弹非常猛烈。

4.在马斯特里赫特期均有快速的海退。

也有三个不同点：

1.北美早土伦期的峰大于欧洲。

2.北美晚坎帕期的峰小于欧洲。

3.自科尼亚克期到晚坎帕期情形不同，尽管震荡都比较弱。

自科尼亚克期往后，欧洲和北美相对海平面变化走向的不同（欧洲的相对海平面更高）可以被解释为构造运动的结果。Sevier-Laramide 造山运动导致了北美洲的抬升，这使得北美地质记录中的相对海平面偏低。南加拿大海道的隆起也使得彼处出现了淡水沉积。排除构造运动的因素，不难发现欧洲和北美的地层对于海平面变动的记录还是非常一致的。

欧洲和北美的比较支持晚白垩世历次海进为eustatic。可是，还需要其他证据来证明这一点。可以寄希望于得到自海退到下一次海进峰值来临时的地质记录。尼日利亚和印度东南部的地质记录被用于比较。

×为最古老的海进记录所处时代，注意不是海进峰更大时间尺度上的晚阿尔必期海进

总的来说，尼日利亚和印度的记录中晚白垩世的海进从时间上高度一致，只有两处不一致，Hancock与Kauffman均认为可以解释。首先，对于阿尔必期晚期的海进而言，印度比尼日利亚略晚。Hancock指出，这是因为印度的原始资料仅仅使用菊石作为标志物，导致表观反映的时间比海进真实的开始时间延后（只有先海进，形成浅海环境后，菊石才会来此定居）。其次，印度缺乏森诺曼期晚期的海进记录。Kauffman认为，这是因为阿尔必阶上部的海进界面所标志的海平面上升事件同时也是尼日利亚的记录中森诺曼晚期海进界面的成因。

最终，Hancock和Kauffman得出结论，晚白垩世的各次海进均为全球性的海平面上升所导致，即eustatic。

2.2海进次数的识别

Hancock等人于晚白垩世识别出了4次确凿的海进事件，加上阿尔必阶的一次海进事件，共从所整理的资料中识别出五次海进事件，分别发生于晚阿尔必期，早土伦期，科尼亚克期，中桑托期，晚坎帕期到早马斯特里赫特期。并通过同位素测年，编制出晚白垩世海进事件时间表。

晚白垩世海进事件时间表，不包含阿尔必期的海进事件，故只有四次

2.3估算晚白垩世全球海平面绝对值的变化

因为海进的地质遗留本身并不是单单由海平面高度决定的，同时也受地形与构造运动的影响，所以Hancock和Kauffman对晚白垩世的海平面高度进行的估算，以排除构造运动的影响。

本文提出，古海平面高于现代海平面时，古海平面的高度应为三个数值之和。首先，是海相层位距离现代海平面的高度。其次，是彼时的海床上成岩的沉积物上覆的未成岩的沉积物厚度。最后，是彼时的海水深度（彼时海平面高度减去彼时的海床高度）。在如是计算时要选取构造稳定的地区，排除地面升降的影响。

海相层位距离现代海平面的距离可以轻易测得。彼时海床上的沉积物厚度以及彼时的海水深度则都需要参照今天的情形进行估算，比如通过有孔虫，球石藻等生物的化石判断彼时的海水深度，都具有比较大的误差。构造运动的影响也并非可以绝对排除，如，尽管Hancock把北美西部作为构造比较稳定的地区来和欧洲进行对比，也不难发现拉腊米迪亚的造山运动对整个北美地理格局的巨大影响。因此，他们得到的具体数值在今天看来已经和真实情况出入不小。

自阿尔必阶以来的海平面估算，纵坐标为比现代海平面高出的距离

3.对晚白垩世海进的现代认识

晚白垩世的各次海进具有全球性，这一观点已经被现代科学家广泛接受。除了Hancock举的例子以外，安第斯山脉^{[8]，南非[9]，俄罗斯[10]，伊朗[11]，德国[12]等地均发现了白垩纪海进的证据。}

可是，Hancock等对晚白垩世海平面高度的具体计算结果已经被现代科学家所否认。2014年，Haq对白垩纪海平面的研究汇集了前所未有的庞大数据量，勾勒了对整个白垩纪海平面变化的现代认识的轮廓^{[13]。和Hancock仅仅通过三个参数来确定古海平面不同，Haq交叉了多个学科，用了许多参数参与到古海平面的计算中来。}

Haq通过地球物理学的方法确定了大尺度上的海平面变化；利用有孔虫化石的 δ^{18}O 含量判断了古冰川体积；并且利用了丰富的地层学数据重建小尺度上的海平面变化。Haq还更加细致地将Condensed section deposits，Transgressive coals，Evaporites，Carbonate megabreccias，Exposure-related deposits，Forced regressive facies和动物迁徙等古生物学特征纳入考虑，最终重建出了全新的白垩纪古海平面变化情况。

Haq重建的长期与短期海平面变化

现代结论表明，白垩纪时期海平面升降的幅度远不像Hancock计算的那样，动辄变化几百米；也没有上升到比现代海平面高六百多米的地步。整个白垩纪时期，海平面虽然发生了显著的变化，但是比Hancock认为的结果稳定不少。

但是，Hancock当初利用有限的条件和数据识别出的晚阿尔必期海进、早土伦期海进、科尼亚克期海退和晚坎帕期-早马斯特里赫特期海进依然存在。这说明Hancock的结论在定性层面上依然具有重要价值。

随着研究的不断进展，越来越多的指标，地层记录和计算方法被纳入考虑，对白垩纪时期海平面变化的具体定量分析结果也处在变化之中。2020年，Mansour等人通过上白垩统碳酸盐沉积中的孢粉组成、地理化学分析和稳定同位素分析绘制了自己的海平面变化示意图，并且探究了腰鞭毛虫丰度和海平面的相关关系^{[14]。和Haq相比，Mansour的海平面变化幅度更大，在白垩纪伊始时更加接近今天的海平面高度。}

4.结论

晚白垩世，乃至整个白垩纪，曾经发生过若干次大的海进事件，这些海进事件基本可以确定具有全球性，因而沉积中海进界面的形成主要是由全球海平面上升导致的，而非源于个别的局部地区的沉降。从大的时间尺度来说，晚阿尔必期，早土伦期，晚坎帕期具有全球海平面上升的趋势；科尼亚克期全球海平面较快下降。海平面变化的具体尺度仍然在不断的讨论与修订之中，越来越多的指标被发现；传统的指标，比如说某些物种微化石的丰度，也被尝试较为精确地证明其与海平面高度的相关性，从而不断从定性走向定量。

参考

1. ^SUESS,E. 1875. Die Entszehung der Alpen. 168+iv pp. Wien. -1906.TheFaceofthe Earth(EnglishtranslationofDas Antlitz der Erde), 2, 556+vi pp. Clarendon Press, Oxford
2. ^BARBER, W.1957. Lower Turonian ammonites from northeastern Nigeria. Bull. geol. Sum. Nigeria. 26, 67 pp., 34
3. ^MATSUMOTO, T. 1967. On the nature ot the Cretaceous transgression. Comm. Vol. for 60th birthduy ofProfessor Y. Sassa, Sapporo, 3%55 (in Japanese).
4. ^Matsumoto, T. 1977.Ontheso-calledCretaceous transgressions.Spec. Pap. palaeont. Soc. Japan, 21,75-84.
5. ^HALLAM, A. 1977. Secular changes in marine inundation of USSR and North America through the Phanerozoic. Nature, Lond. 269,769-72.
6. ^Hancock, J. M. 1975.Thesequenceoffacies inthe Upper Cretaceousof northern Europe compared with that in the Western Interior. In: CALDWELL, W. G. E. (4.). The Cretaceous system in the Western Interior of North America. Spec. Pap. geol. Ass. Can. 13, 83-118.
7. ^J. M. Hancock, E. G. K. (1979). "The great transgressions of the Late Cretaceous." Journal of the Geological Society 136 (2): 175–186.
8. ^NORBERTO MALUMIÁN, CAROLINA NÁÑEZ, The Late Cretaceous–Cenozoic transgressions in Patagonia and the Fuegian Andes: foraminifera, palaeoecology, and palaeogeography, Biological Journal of the Linnean Society, Volume 103, Issue 2, June 2011, Pages 269–288, https://doi.org/10.1111/j.1095-8312.2011.01649.x
9. ^An, K., Chen, H., Lin, X. et al. Major transgression during Late Cretaceous constrained by basin sediments in northern Africa: implication for global rise in sea level. Front. Earth Sci. 11, 740–750 (2017). https://doi.org/10.1007/s11707-017-0661-0
10. ^D.P. Naidin, I. G. S., Z.N. Pojarkova, M.R. Djalilov, G.N. Papulov, Yu. Senkovsky, V.N. Benjamovsky, L.F. Kopaevich (1980). "Cretaceous transgressions and regressions on the Russian Platform, in Crimea and Central Asia." Cretaceous Research 1(4): 375-387.
11. ^Berra, F., A. Zanchi, M. Mattei and A. Nawab (2007). "Late Cretaceous transgression on a Cimmerian high (Neka Valley, Eastern Alborz, Iran): A geodynamic event recorded by glauconitic sands." Sedimentary Geology 199(3): 189-204.
12. ^Wilmsen M, N. B., Fengler M, Püttmann T, Berensmeier M (2019). "The Late Cretaceous transgression in the Saxonian Cretaceous Basin (Germany): old story, new data and novel findings." Bulletin of Geosciences 94(1): 71-100.
13. ^Haq, B. U. (2014). "Cretaceous eustasy revisited." Global and Planetary Change 113: 44-58.
14. ^Mansour, A., T. Gentzis, M. Wagreich, S. S. Tahoun and A. M. Elewa (2020). "Short-term sea level changes of the upper cretaceous carbonates: Calibration between palynomorphs composition, inorganic geochemistry, and stable isotopes." Minerals 10(12): 1099.