印度尼西亚/哈马黑拉的地质
哈马黑拉岛群位于印度尼西亚群岛的东北部。它位于北纬30°和南纬30°之间，东经250°和东经30°之间（图1）。该岛南北长180公里，东西宽70公里，周围环绕着莫罗泰、特尔纳特、巴干、奥比和盖贝等较小岛屿。西部是摩鹿加海，东部是菲律宾海的南部。
哈马黑拉岛具有独特的四臂形态，类似于字母K。这种形状与西部的苏拉威西岛相似，但规模较小；其尺寸约为苏拉威西岛的三分之一，面积约为十分之一。手臂之间的海湾是东北部的考湾、东部的布利湾和南部的韦达湾。
总的来说，哈马黑拉岛丘陵或山区，除了一些地区的洪泛平原外：例如韦达湾的科比河河口以及西南臂东部的大部分海岸。东北至西南走向的山脊与东北臂的谷地交替出现，其起伏从500米到超过1000米不等，最高点为1508米，位于岛屿中部的索拉特山。哈马黑拉东北部的主脊由构造复杂的超基性岩、基性岩和中生代-古近纪岩石组成，这些岩石构成了基底。在西北臂，最高峰是一座活火山（贡科诺拉山，海拔1700米）。东南臂的地形较为平缓；在该臂的中央部分，有一大片柔软的钙质沉积物。
岛屿西部和西南部地势最高的三处地区对应于火山岩露头区；这些区域位于中央区域的西部（1170米）、萨凯塔北部（山丘非常陡峭，海拔1250米）以及帕斯帕莱莱北部（830米）。西南臂唯一另一处特别高的地势是迈迪东部由砾岩形成的山脊，海拔800米。
哈马黑拉所有大小河流的典型特征之一是它们通常被深深地切割。它们在靠近海岸的地方可能会变成洪泛平原，但在它们的大部分河段中，它们都具有陡峭的V形谷；在河流的中下游，河流是蜿蜒的。
一般来说，根据地貌和地质特征，哈马黑拉可以分为两个省，西部省和东部省（图2）。西部省是年轻火山带的一部分，从莫罗泰延伸至哈马黑拉北部，特尔纳特和提多雷，以及巴干。该地区主要覆盖着新近纪到现在的沉积岩和火山岩。基底岩石在巴干岛南部出露，包括大陆结晶岩和变形的基性岩和超基性岩（范贝默伦，1970，亚辛，1980，霍尔等人，1988a）。哈马黑拉西南臂的基底岩石是与侵入岩相关的火山岩和火山碎屑岩。它们在西南臂的南部和西侧出露，从帕斯帕莱莱穿过奥哈，从萨凯塔到洛库，以及从迈迪到洛拉（图3k.4）。东部省形成一条弧线，向东延伸至盖贝和加格岛，一直到伊里安查亚鸟头湾的北部。该地区的下伏是蛇绿岩杂岩和中生代深水沉积物，与古近纪沉积物混杂在一起，上覆着新近纪海相碎屑岩和碳酸盐岩（苏甘托等人，1981；苏里亚特玛贾，1981）。哈马黑拉东南臂的基底岩石由一系列解体基性岩和超基性岩组成，具有可变的低级变质叠加，与中生代和始新世沉积物互层。
从构造上来说，哈马黑拉位于四个刚性板块的交汇处，分别是澳大利亚板块、菲律宾海板块、欧亚板块和东棉兰老板块（霍尔等人，1988c）。澳大利亚板块位于南部，北部边界是索龙断裂带，这是一个复杂的逆冲带，从巴布亚新几内亚向东延伸至伊里安查亚北部边缘超过1500公里，向西延伸至苏拉威西约800公里（图7）。该系统将北部的向西移动板块与澳大利亚板块分开，位移估计高达600公里（汉密尔顿，1979）。菲律宾海板块目前相对于澳大利亚板块以每年约12厘米的速度向西移动（摩尔，1982）。菲律宾海板块（包括哈马黑拉）的西边界是菲律宾海沟，与哈马黑拉海沟相连。
欧亚板块（霍尔，1987）的东边界位于菲律宾断裂带，向南延伸至西尔弗和摩尔（1978）的西哈马黑拉逆冲带。东南亚和菲律宾地区的欧亚板块是一个复杂的区域，包括许多以半独立方式移动的小“板块”。其中之一是东棉兰老板块，其西边界是菲律宾断裂带，东边界是菲律宾海沟。东棉兰老板块在全球范围内并不重要；该板块非常狭窄，目前没有独立于欧亚板块或菲律宾海板块移动。目前无法准确确定这四个板块之间的相对运动。霍尔（1987）指出，欧亚-菲律宾海板块的汇聚分布在索龙断裂带以北的三个板块之间。由于东棉兰老板块的运动尚未确定，因此菲律宾海板块、东棉兰老板块和欧亚板块的运动尚不清楚。然而，已知的欧亚板块和菲律宾海板块的相对运动（兰肯等人，1984）确实提供了一个有用的约束条件，而该地区俯冲板块长度的观测（卡德威尔等人，1980；图8）和菲律宾断裂带的运动速度提供了进一步的约束条件。霍尔（1987）提出，菲律宾海板块（哈马黑拉）与欧亚板块（图9）之间的汇聚是通过以下方式发生的：a）在桑吉赫海沟发生俯冲，在菲律宾断裂带发生左旋走滑运动，导致欧亚板块相对于东棉兰老板块向南移动。b）在菲律宾海沟和哈马黑拉海沟发生相反方向的俯冲。菲律宾海板块在菲律宾海沟下方向西俯冲到东棉兰老板块下方，而东棉兰老板块在哈马黑拉海沟下方向东俯冲到菲律宾海板块下方。由此可见，U形摩鹿加海板块是东棉兰老板块俯冲的等效物。
索龙断裂带以北三个板块的相对运动消除了摩鹿加海的东棉兰老板块，在这个区域，欧亚板块和菲律宾海板块现在直接接触。因此，由于摩鹿加海地区的汇聚，哈马黑拉弧前（菲律宾海板块）最近被桑吉赫弧前（欧亚板块的前缘，霍尔，1987）覆盖。霍尔（1987）将摩鹿加海中观察到的向西倾斜的逆冲（西尔弗和摩尔，1978年的西哈马黑拉逆冲）解释为桑吉赫弧前（图9）的正面逆冲，被认为是菲律宾断裂带的延伸。摩鹿加海西侧的向东倾斜的逆冲，即西尔弗和摩尔（1978）的东桑吉赫逆冲，被认为是在逆冲楔形体中形成的反向逆冲。这两个弧前碰撞的结果是，碰撞必须发生在过去100万年内，菲律宾海板块在哈马黑拉南部地区现在正处于压缩状态，其前缘受到桑吉赫弧前逆冲的垂直负荷。因此，哈马黑拉地区发生弯曲，导致西南臂抬升，韦达湾地区沉降（霍尔等人，1988o）。
该模型（霍尔等人，1988c）的一个结果是，哈马黑拉地区观察到的变形性质是将哈马黑拉海沟与菲律宾海沟连接在一起的板块边界钝楔形状的结果。当菲律宾海板块相对于东棉兰老板块向西移动时，钝楔被推入一个更小的楔形空间。结果导致了一个右旋走滑断裂系统的发展，哈马黑拉楔形体的增厚，以及哈马黑拉海沟向西推进的速度快于菲律宾海沟的俯冲速度。
本研究没有进行结构调查。以下关于本研究岩石采集区域结构的总结基于 Hall 等人 (1988o) 的研究。
西南臂在结构上很简单。它现在的地形高度不对称，西侧陡峭，显然是断层控制的，而东侧地表向韦达湾倾斜。穿过西南臂的三个横截面（图 6.A-C）清楚地显示了这种不对称性。浅而宽的礁石从西南臂东海岸向外延伸，陆地表面的缓慢向东倾斜一直延伸到韦达湾。奥哈火山岩组的火山岩在西南臂西侧形成坚硬的基底和地形高地，并被上覆的晚中新世超级克组沉积岩覆盖（图 6.A-C）。新近纪沉积岩始终向东倾斜（图 6.A-C）。倾斜度从覆盖层的最古老部分（超级克组中高达 7° 向东）开始迅速减小，在层序底部不到 2 公里的露头宽度内下降。大多数新近纪覆盖岩的倾斜度小于 30°，在东海岸附近降至约 10°。西南臂西海岸的形态非常明显地受陡峭断层的控制。没有明显的沿海平原或阶地，并且在西海岸的大部分区域根本没有实质性的海滩。
中心区横跨哈马黑拉岛的狭窄颈部。颈部包含一系列低山，河流流入考湾和韦达湾。颈部以西，山脉上升到一个高耸的解剖平原，其西侧陡峭地下降到摩鹿加海。陡峭的西海岸显然受高角度断层的控制。中心区具有奥哈火山岩组的基底，不整合覆盖着褶皱的新近纪沉积物（图 6.E）。新近纪岩石被具有总体南北轴向趋势的紧密褶皱所变形。在西侧，这些褶皱岩石似乎被不整合覆盖着更年轻的熔岩，这些熔岩向西倾斜。在褶皱的新近纪沉积岩之上，是一层从东部运移来的苏巴伊姆石灰岩组及其更年轻岩石组成的逆冲片。中心褶皱和逆冲带的横截面如图 6.E 所示，对该横截面的解释如图 6.F 所示。褶皱和逆冲的年龄受到中心区中最年轻变形岩石的限制。中晚上新世年龄（N20/N21）表明这种变形事件必须发生在约 300 万年前。
东南臂具有大致平行的南北海岸线，呈 WNW-ESE 方向延伸。它有一个低洼的中心区域，向西、北和东上升，使东南臂形成一个倾斜向南的宽阔开放半盆地，其南部被海岸截断。蛇绿岩基底杂岩在东南臂的西端形成高山。在东南臂的中心部分，是萨奥拉特组的软泥岩和石灰岩。在东南臂的东端，是一个由高翁利河和帕尼蒂河切穿的巨大基底窗。窗内的高翁利组、帕尼蒂组和蛇绿岩基底杂岩不整合覆盖着向外倾斜的苏巴伊姆石灰岩组。苏巴伊姆石灰岩组与萨奥拉特组之间由一个逆冲平面对分，基底窗代表逆冲面中斜坡上方的悬壁背斜。逆冲斜坡从基底内约 3 公里的深度开始向上倾斜，然后沿着苏巴伊姆石灰岩组的底部延伸几公里，然后向上切割穿过萨奥拉特组。假设东西向收缩，横截面（图 6.D）意味着最小的缩短量约为 20 公里。
地层
[edit | edit source]哈马黑拉岛南部和东部地层单位的描述基于 1987 年、1990 年和 1993 年 GRDC 哈马黑拉探险队（图 5）的野外观察和后续工作。哈马黑拉岛东部的基底包括蛇绿岩、变质岩和沉积岩。蛇绿岩由强烈剪切和角砾化的基性岩和超基性岩组成，包括蛇纹石化橄榄岩、辉长岩、玄武岩和辉绿岩（Sukamto 等人，1981）。Hall 等人 (1988a) 指出，基底杂岩并不以超基性岩为主，尽管所见岩石类型因区域而异，基底杂岩包括约 30% 的超基性岩。基性深成岩十分丰富，与基性火山岩、绿片岩、角闪岩和稀有的蓝片岩有关。深水沉积物包括红色放射虫燧石和红色泥岩。已知最古老的沉积岩是布利群（图 5）。该群包括年龄从白垩纪到始新世的组，即东南和东北臂的 Gau 石灰岩组、Dodaga 角砾岩组、Paniti 组、Gowonli 组和 Sagea 组（Hall 等人，1988a；1988c）。该群的组具有以下共同特征：a) 与更古老的基性岩和超基性岩一起，它们构成哈马黑拉岛东臂的基底；b) 它们都被认为是在不同的水深的前弧环境中沉积的；c) 它们或多或少都有变形，特别是在东北臂，它们与蛇绿岩基底杂岩叠置，无法作为独立的单元进行绘制。布利群中最古老的岩石是东南臂的高翁利组和东北臂的 Gau 石灰岩组。高翁利组被解释为一个位于活跃弧前弧的盆地的沉积物。层序的下部以粗碎屑火山岩为主，在盆地发育的早期阶段，在相对近端的位置沉积。许多物质可能是作为碎屑流沉积的。基底接触没有观察到，但高翁利组可能不整合覆盖着蛇绿岩基底杂岩。该组的顶部没有看到，但高翁利组来源的物质作为砾石出现在帕尼蒂组基底砾岩中的事实表明，高翁利组的上部接触是一个不整合面。Gau 石灰岩组被解释为一个深水碳酸盐岩组，沉积在赤道洋盆中，有来自其边缘活跃弧火山活动的次要碎屑火山岩。该组被解释为最初不整合覆盖着蛇绿岩基底。该组的顶部是向 Dodaga 角砾岩组的渐变过渡。
西南臂已知最古老的岩石是可能属于白垩纪到始新世的奥哈火山岩组，它由玄武岩和玄武安山岩组成（Hakim，1989）。火山岩通常为钙碱性，具有粗面结构，岩石基质中斜长石长石微晶排列，这是熔岩流中典型的结构。基底火山岩普遍遭受蚀变，蚀变矿物包括沸石、绿泥石和绿帘石。这些火山岩的下部接触没有观察到，上部接触可能是不整合覆盖着新近纪沉积岩。在始新世中期到渐新世中期之间，发生了一次主要的叠置事件，抬升了基底杂岩。抬升和侵蚀的标志是蛇绿岩基底杂岩与晚古近纪和新近纪沉积岩之间的不整合接触：东北臂的 Onat 泥岩组、Jawali 砾岩组和苏巴伊姆石灰岩组（Hall 等人 1988a）；以及东南臂的 Gemaf 砾岩组（Hall 等人 1988c）和苏巴伊姆石灰岩组。
Onat 泥岩组与布利群之间的接触没有观察到，该组被解释为不整合覆盖着 Jawali 砾岩和苏巴伊姆石灰岩。（Hall 等人，1988b）。在东北臂，Jawali 砾岩也以不整合方式覆盖着基底杂岩；它是一个河流成因的砾岩（Hall 等人，1988b），并向上过渡到中新世苏巴伊姆组的石灰岩。苏巴伊姆石灰岩组是一种巨大的或层状良好的石灰岩，由礁或礁来源的物质组成，很少有碎屑间断。在东南臂，Gemaf 砾岩不整合覆盖着蛇绿岩基底，并整合覆盖着苏巴伊姆石灰岩。Gemaf 砾岩组由深色砾岩组成，其中包含圆形良好的蛇绿岩碎屑，以及来自沿岸的良好分选的深色砂岩。在西南臂和中心区，苏巴伊姆石灰岩组只出现在少量露头中，以及作为更年轻沉积物中的砾石。
在晚中新世，东南臂发生了沉降，沉积了萨奥拉特组。萨奥拉特组是化石丰富的钙质泥岩和微晶石灰岩的厚层序，局部与含蛇绿岩碎屑的砂岩和砾岩互层。可以看到与下伏的苏巴伊姆石灰岩组的过渡性地层接触。该组的顶部在东南臂没有观察到，但在东北臂，瓦西勒砂岩组整合覆盖着萨奥拉特组。瓦西勒组包括浊积砂岩和砾岩，被认为是前移海底扇的一部分，其中较高的层代表上扇道沉积物（Hall 等人，1988b）。
在西南臂中发现了不同的地层序列。Loku 组沉积于晚中新世；它主要由砂岩、泥岩和砾岩组成，这些沉积物是由火山弧岩和礁灰岩地形产生的浊流和碎屑流。Loku 组的底部没有看到。人们认为 Loku 组不整合覆盖在 Weda 组的 Superak 组之上。Superak 组不整合地叠置在较老的岩石上。该组的上部被认为与 Dufuk 组和 Akelamo 组整合过渡。Superak 组由砾岩和横向相当的浅水砂岩组成。它包括河道砾岩，可能沉积在扇三角洲环境中。在晚中新世至早更新世期间，以富含有机碎屑的钙质泥岩为主的 Akelamo 组沉积下来。它在中央区和西南臂中分布不连续。Akelamo 组与 Superak 组整合叠置，并具有过渡性接触，虽然其与 Dufuk 组的上部接触没有看到，但据信是整合的。Dufuk 组由钙质砂岩、粉砂岩、泥岩和砾岩组成。该组含化石，富含有机质，沉积在浅海环境中。该组在西南臂中整合地覆盖在 Gola 组之上，而在中央区，它被 Tapaya 和 Tafonga 火山组覆盖。
Gola 组由钙质泥岩和石灰岩组成，包含完整的海洋动物群，表明在更新世期间存在开放的海洋碳酸盐岩陆架环境。硅质碎屑的贫乏被解释为指示沉积远离任何陆源碎屑来源。中央区的火山活动再次活跃，记录在 Tapaya 和 Tafonga 火山组中，它们包含砾岩、砂岩、凝灰岩、玄武岩和安山岩，其中喷出火山岩在该序列的上部占主导地位（Hall 等人，1988b）。Weda 组在西南臂中最年轻的岩层是 Kulefu 组的浅海到滨海凝灰质砂岩。该组可能与 Tapaya 和 Tafonga 火山组横向相当。
在沉积第四纪礁灰岩、冲积层和火山岩之前，经历了一段变形和隆起，随后是侵蚀，这些岩石不整合地叠置在较老的岩石上。
将哈马黑拉岛的地质构造与位于其北部的菲律宾群岛进行比较是有用的。哈马黑拉地区的基础岩石是中生代蛇绿岩和上白垩世至下第三纪弧后和弧前序列。棉兰老岛的基础岩石为蛇纹岩、橄榄岩、辉长岩、闪长岩、玄武岩、安山岩和变质沉积岩（Ranneft 等人，1960）。这些岩石可能可追溯到菲律宾东部的北部。Karig（1983）将吕宋岛东部的基底岩石解释为面向东部的上白垩世-下第三纪弧体系的一部分；吕宋岛以东所有现存的弧都形成于更近的时期。一个岛弧系统延伸到西太平洋周围，其遗迹可以从菲律宾东部经哈马黑拉岛追溯到新几内亚（Hall 等人，1988a）。
中生代和始新世沉积物与马里亚纳弧前具有显着的地层和岩石学相似性，东哈马黑拉基底复合体被解释为始新世前的弧前（Hall 等人，1988a）。相比之下，哈马黑拉群岛西南端的巴干岛南部具有高等级大陆变质岩组成的基底，与变形的蛇绿岩复合体相关，与东哈马黑拉的基底完全不同（Hall 等人，1988a）。巴干岛的下面是大陆基底，正如 Sibela 山脉的露头和巴干岛第四纪火山岩的化学成分所表明的那样，这些火山岩表明大陆地壳对熔岩的贡献（Morris 等人，1983）。另一方面，哈马黑拉岛的下面是岩石，这些岩石直到始新世末都是弧区的一部分，没有大陆基底。巴干岛的大陆基底必须起源于在新几内亚露出的澳大利亚大陆边缘（Hamilton，1979）。巴干岛的大陆碎片与哈马黑拉岛之间被索龙断裂带的延伸部分隔开，该断裂带穿过巴干岛（Hall 等人，1988a）。这可能是摩鹿加-索龙断裂带的延伸，它是通过地震反射工作（Letouzey 等人，1983a）在哈马黑拉岛和塞兰岛之间识别的索龙断裂带的几个分支之一。