印度尼西亚构造地质(中文版)

印度尼西亚地质

罗伯特·霍尔

伦敦皇家霍洛威大学

印度尼西亚位于欧亚大陆的东南边缘，地质情况复杂。其邻接构造活跃地区，特点是由于俯冲作用造成的地震和火山作用频繁。西印尼主要是由大陆地壳支撑，而在东印尼地区，更多的是弧形地壳和蛇绿岩层，和一些年轻海洋盆地。3亿年前，冈瓦纳大陆超大陆块与欧亚俯冲边缘相撞，裂开的地层片段重组形成了印尼群岛。现代印尼地质明显是新生代时在此边缘俯冲与碰撞的结果。

现代地质构造背景

印尼是由超过18000个岛屿组成的巨大群岛，从北纬6度到南纬11度穿过赤道，从东经95度到141度，延伸超过5000公里（图1和2）。其位于三大主要板块的交界处：欧亚大陆，印度-澳大利亚，和太平洋-菲律宾海（图1）。在印尼西部，位于欧亚和印度板块边界上的是巽他海沟（Sunda Trench）。位于苏门答腊岛与此海沟平行的是右行走滑的苏门答腊断层，在海沟和与海沟平行处的进一步向北运动，将斜板收敛分割成普通收敛，形成了此断层。苏门答腊岛的大部分主动变形位于巽他海沟和苏门答腊断层之间。与此相反，爪哇岛东部，主动变形发生于宽可达2000公里的一复杂缝合带中，包括一些小板块和多重俯冲地带；板块边界（图1）为一些海沟和另一个主要走滑带，左行索龙(Sorong)断层，从新几内亚延伸到苏拉威西岛。全球定位系统测量显示印尼板块间有很高的相对移动速度，一般超过了每年几厘米。

火山和地震活动

通过地震带和火山带（图1）大体上可很好地界定俯冲地带，地震带深可达600km（图3）。自从公元1500年，印尼至少有95座火山爆发过，大部分位于下降的岩石圈板块之上100公里到120公里之间。火山爆发指数（VEI）超过4的巨大爆发次数记录有32次；其中19次是过去200年间爆发的，包括1815年的

Tambora火山爆发（VEI=7）和1883年的Krakatau火山爆发（VEI=6）。位于松巴哇岛(Sumbawa)的Tambora火山，因其对全球气候的影响而广为人知，其1815年的爆发造成了北半球的“无夏之年”，致使庄稼歉收，导致饥荒和人口流动。74000年前苏门答腊岛的Toba火山爆发甚至更大（估计VEI为8），是地球过去2百万年内最大的一次火山爆发。

图1 印度尼西亚地理和周围地带，显示现代构造边界和火山活动。印尼以绿色标出，临近国家为灰白色。等水深线为200米，1000米，3000米，5000米和6000米。印尼三大著名火山爆发地点以红字标出。红色箭头指的是板块会聚载体，有印度板块和菲律宾海板块相对于欧陆板块，和澳大利亚板块相对于太平洋板块。在帝汶岛没有什么推力。斯兰岛槽和弗洛勒斯岛-韦塔岛峰是活跃推力地带。

图2 显示印尼地区地势和海洋水深的数值地形图。与图1比较构造和地理特征

巽他大陆

印尼内部（图2），尤其是爪哇海，巽他陆架，和周围突出的，但低地形的，苏门答腊岛和加里曼丹（印尼婆罗洲）区域，大都没有地震和火山活动（图1

和图3）。此构造安定地区组成了此地区的大陆中心，即巽他大陆。

巽他大陆向北延伸至泰国-马来半岛和印尼，在更新世形成了露出的大陆。大多数巽他陆架比较浅，水深显著小于200米（图2），缺少地形起伏使人误认为这是块稳定区域。巽他大陆通常被描述为一个地理屏障或是稳定地层，但是地质观察，热流和地震断层摄影术显示并不是这样。新生代时期，沉积盆地的深处地层和局部但广泛分布的造山提升作用，发生过显著变形。不像广为人知的地理屏障或稳定地层（如波罗的海和加拿大），巽他大陆下没有形成于前寒武纪的冰冷的厚厚一层岩石层支撑。其内部有高表面热流值，一般高于80mW每平方米。在印尼边缘，高热流值反映的是与俯冲作用相关的岩浆作用，但巽他大陆高热的内部可能是造成的。高上地壳热流是由放射性花岗岩及其侵蚀作用的产物，以及沉积物的绝缘作用还有高地幔热流形成的。P和S波形地震断层摄影法显示，巽他大陆此地区的岩石圈和下伏软流圈移动速度较低，与此对照，印度和澳大利亚大陆西北部和东南部的岩石圈更冷更厚。如此低的地幔速度通常解释为高温的原因，这与地区高热流一致，但也部分反映了不同的组成物质或更高的挥发物含量。

图3 1964年到2000年的印尼的地震活动。等水深线为200米到6000米

图4 印尼地区的演变。滇缅泰马和东马来亚-印度支那陆块在三叠纪时碰撞。额外地壳覆盖到了巽他大陆中心，主要是由于后来大陆块的碰撞。现代活跃变形地带以黄色标出。此复杂板块边界地区内以灰色标出的地区，下面是新生代的海洋地壳。

长时间俯冲作用的影响

上地幔移动速度和热流观察显示，此地区下是由薄而不稳固的岩石层支撑。作为对比，在印尼之下的下地幔，移动速度异常快，显示俯冲岩层的积累。

这些特点是印尼边缘长时间俯冲作用的结果。活动地缘是岩浆作用，加热和弱化的结果，但是疲软岩层从火山区延伸数百公里。此岩层的特点，连同导致大陆演变的发生于俯冲作用边缘的反复碰撞一起，对印尼形成有重大影响。

印度尼西亚的前新生代历史

印尼西部，尤其是苏门答腊岛和婆罗洲，内有大部分印尼最古老的岩石。

苏门答腊：基底

苏门答腊代表着马来半岛的地质学延续，大范围分布着古生代和中生代的露出岩。地表最古老岩石是石炭纪的沉积岩，但在马六甲海峡的石油钻孔中，报告发现可能为泥盆纪的岩石，苏门答腊中心地区钻孔中的花岗岩石为志留纪的。岩脉中的捕虏岩，沉积物中的花岗岩碎屑，和苏门答腊不同地区的高品质变质岩，显示为前石炭纪的结晶基底，与马来半岛之下深层的原生代的基底类似。

苏门答腊：华夏系和冈瓦那陆块

在苏门答腊西部，古生代沉积年代范围为石炭纪到三叠纪，二叠纪的火山岩与华夏系有联系。这些被认为组成了印度支那—东马来半岛陆块的一部分（图4），是冈瓦那大陆在泥盆纪时分离出来的，在石炭纪时，位于温暖的低纬度热带地区，形成了独特的植物群落。

与之相比，在苏门答腊东部，包括卵石泥岩的石炭纪沉积，认为是形成于冰川时期的混积岩。这些表明与温度较低的冈瓦那大陆有关。石炭纪的岩石和相关的二叠纪和三叠纪的沉积物属于滇缅泰马陆块（图5）。滇缅泰马陆块在石炭纪处于高南纬度，在二叠纪与冈瓦那大陆分离，并与印度支那—东马来半岛陆块碰撞，在三叠纪时已与华北华南陆块合并。

苏门答腊：三叠纪碰撞

滇缅泰马陆块和印度支那—东马来半岛陆块的碰撞，是印尼地质演进的第一步。泰国—马来西亚锡带内广泛分布的花岗岩石一直延伸到印尼西部，是俯冲作用和碰撞后有关的岩浆作用的产物。

苏门答腊：中生代

中生代沉积记录有限，但仍显示巽他大陆大部，包括印尼大部分地区是突出地层。在中生代，苏门答腊地块重组，很可能是由于活跃地带的走滑断层。同位素测年显示，发生过数次花岗岩的岩浆作用，推测于侏罗纪和白垩纪，发生在类安第斯山脉的地区。海洋沉积岩沉积在洋内弧，洋内弧与苏门答腊地区于中白垩世发生过碰撞。这次碰撞增加了弧岩和蛇绿岩到苏门答腊南端。

婆罗洲：中生代碰撞

西南部的婆罗洲（图4）可能是三叠纪巽他大陆的东部，或者它可能是于白垩纪早期加入的大陆块，处于纳土纳群岛向南延伸的缝隙上。古生代的主要代表是石炭纪到二叠纪的变质岩，尽管在加里曼丹东部发现了河里的鹅卵石是泥盆纪的石灰岩。白垩纪的类花岗岩石深成岩体，与火山岩有关，侵入了婆罗洲西南部

的Schwaner山脉的变质岩层。在北边，加里曼丹的西北部，或称古晋地区，含有富含化石的石炭纪石灰岩，二叠纪到三叠纪的花岗岩，三叠纪的海相页岩，含菊石的侏罗纪沉积岩和白垩纪混成岩。在沙捞越，三叠纪的植物群落显示华夏系联系和与印度支那相关。古晋地区可能标志着俯冲地带从东亚一直往南，在此蛇绿岩，岛弧，和微大陆地壳片段在中生代时互相碰撞和变形。

苏门答腊，爪哇，加里曼丹，苏拉威西岛：白垩纪活跃地缘

这个白垩纪时的活跃地缘，从苏门答腊延伸到爪哇岛西部，然后继续向东北穿过婆罗洲东南部进入苏拉威西岛西部，证据是在爪哇岛中部，加里曼丹东南部的Meratus山脉和苏拉威西岛西部分布着的白垩纪时高压低温俯冲作用形成的变质岩。苏拉威西岛西部和爪哇岛东部（图4）下面，一部分是太古代地壳，地化和锆石定年显示，此地壳来自于澳大利亚西缘。此陆块与巽他大陆碰撞后，在白垩纪晚期，俯冲作用停止了。

巽他大陆：白垩纪的花岗岩石

白垩纪的花岗岩石广泛分布于Schwaner山脉，沙捞越西部，巽他陆架和泰国—马来西亚半岛。一般认为是活跃地缘类安第斯山岩浆作用的产物，但分布于很大的区域，而不太可能是俯冲地带。这些花岗岩很可能是白垩纪时在婆罗洲，爪哇东部和苏拉威西岛侵入的大陆片段，经碰撞后的岩浆作用形成。

印度尼西亚的新生代历史

印尼大部覆盖着新生代的岩石。这些岩石位于巽他大陆及其周围的沉积盆地中。这里有俯冲地缘处火山活动的产物，有蛇绿岩，弧岩，和碰撞时侵入的澳大利亚地壳层。

对白垩纪晚期和古新世所知甚少，这是因为缺乏此年代的岩石。从苏门答腊到苏拉威西岛，巽他大陆南部可能是白垩纪晚期和新生代早起最为突出的地层，侵蚀作用广泛分布；最古老的新生代岩层一般不整合地位于白垩纪或更老的岩层之上。俯冲作用的迹象很少，尽管在苏门答腊和苏拉威西岛有很少一点的火山活动。在新生代开始时期，大部分印尼周围都是不活动地缘。

始新世俯冲作用开始

在白垩纪时期，印度向北移动，并在新生代早起与亚洲碰撞，但又转到苏门答腊西部。大约4500万年前始新世时，澳大利亚开始迅速向北移动。此时，印尼之下地层北方向的俯冲作用重新开始，在活跃地缘产生了广泛分布的火山岩。巽他陆弧从苏门答腊延伸，穿过爪哇岛和苏拉威西岛北海湾，一直到太平洋西部。从始新世到中新世早期，太平洋西部，澳大利亚北部远端的哈马黑拉岛弧位于北倾俯冲作用区上，是活跃地带。

同样在始新世时，在巽他大陆的北端，原中国南海的南向俯冲作用开始。从婆罗洲西南部向北带来的沉积物储存在此活跃地缘的深海地层中。新生代早期加里曼丹的火山活动时期和特点尚不明确，但可能与此俯冲作用有关。

始新世断裂作用

在巽他大陆内部，广泛的断裂作用始于与俯冲作用相近的时期，并导致了很多沉积盆地的形成。这些盆地，有些深度超过了10公里，充满了新生代沉积物，并富含碳氢化合物。其中一些最大的盆地位于苏门答腊，爪哇岛的近海地区，和加里曼丹东部。在巽他大陆东南部，始新世断裂作用导致婆罗洲和苏拉威西岛西部的分离，从而形成了孟加锡海峡（图2），到渐新世时，加里曼丹东部大部和海峡成为了广大的深水地区。在苏拉威西岛西部，浅海沉积继续，在南部海湾有大量的台地相石灰岩。海峡的南部相对狭窄（大约1公里），底下是大陆地壳。海峡北部与西里伯斯海相连，但尚不清楚其下层是海洋地壳还是延伸的大陆地壳，因为在2.5公里深的海床之下有深达14公里的沉积层。现今孟加锡海峡是太平洋至印度洋水流和热流的主要通道，在生物地理学上有重要影响。标志着亚洲和大洋洲动物群的重要边界的华莱士线，就是随着孟加锡海峡向南，并穿过巴厘岛和龙目岛之间的。

中新世：大陆碰撞

在中新世早期，由于碰撞蛇绿岩被置于苏拉威西岛的澳大利亚和巽他大陆板块之间，还有更远的太平洋东部的澳大利亚大陆板块和哈马黑拉岛弧之间。苏拉

威西岛的蛇绿岩层是巽他大陆和澳大利亚板块之间前弧段和大洋地壳的残留物，而摩鹿加群岛北部的蛇绿岩是菲律宾板块弧的片段。中新世早期更迟些时候，北婆罗洲和南中国广大的被动大陆边缘相碰撞，在苏拉威西岛东部和婆罗洲形成了山脉。最早的澳大利亚大陆地壳在印尼东部侵入（图5），但随着澳大利亚向北移动，在印尼东部发生延伸变化，微型大陆断块沿着平移断层移动带来的小型碰撞使得地质更加复杂。在巽他弧，爪哇岛的火山活动减弱了几百万年时间，在随后中新世后期，苏门答腊到班达弧的火山活动又增强了。

新第三纪：爪哇岛—苏门答腊岛

在中新世的早中期，在巽他弧的爪哇岛—苏拉威西岛区域，火山活动大大降低了，尽管北向俯冲作用继续。岩浆作用的减弱是由于印尼东部与澳大利亚大陆的碰撞，引起婆罗洲和爪哇岛的旋转。俯冲带向北运动，阻止了上地幔源的补充，直到中新世中期后端旋转停止为止。1000万年前，从爪哇岛沿着巽他弧向东，火山活动又开始大量活跃。中新世后期以来，在苏门答腊和爪哇岛，发生了逆冲和收缩变形，此变形与海沟上浮特征，或者上冲板块和下沉板块之间的增强耦合作用有关。过去的几百万年间，两个群岛都被提升至海平面以上。

新第三纪：婆罗洲

婆罗洲山脉的升起，增加了环婆罗洲地区沉积盆地的沉积物产量。在加里曼丹东部，从中新世到最近的厚沉积层，充满了始新世断裂作用形成的可容空间。大部分源自婆罗洲高原地带的侵蚀，和西部和北部盆地边缘较老部分的倒置。这些变化开始于中新世早期。在马哈坎三角洲和孟加锡海峡近海深水区，直到今天沉积作用仍在继续。

在加里曼丹中心的部分地区，有中新世的岩浆作用和相关的金矿体，但碰撞后加里曼丹的大部分火山活动停止了。在婆罗洲较小的上新世更新世玄武岩岩浆作用可能反映了深层次原因，如中新世碰撞岩石层增厚之后的分层作用。

新第三纪：苏拉威西岛

苏拉威西岛有一个仍待解开的复杂历史，还没有被充分了解。在苏拉威西东

部，碰撞最初导致蛇绿岩层和澳大利亚陆地岩层的逆冲。然而，收缩变形之后是中新世中期的新的延伸。苏拉威西岛北部发生了中新世核心复杂变质，苏拉威西岛南部发生了拉伸岩浆作用，在苏拉威西岛的海湾之间形成了哥伦打洛海湾和Bone海湾深处的盆地。

上新世时压缩变形开始了，部分原因是苏拉威西岛东部的Banggai-Sula微大陆块的碰撞，导致了收缩和提升。地质勘查，古地磁的调查和GPS观测显示，新第三纪时期苏拉威西岛发生了包括延伸作用，陆块旋转和平移断层在内的复杂地层变形。在突出的Palu-Koro平移断层附近（图1），有被迅速掘出的上地幔和下部地壳岩层和年轻的花岗岩石。上新世时期，山脉升起的同时，苏拉威西岛大部进行着粗碎屑沉积。苏拉威西岛西部的褶皱冲断层带向西进入孟加锡海峡。现今，在苏拉威西岛北部海湾之下有苏拉威西海的南向俯冲作用，印尼马鲁古海北部海湾东边有西向的俯冲作用（图1）。

新第三纪：班达

班达弧是马蹄形弧，从弗洛勒斯岛延伸至布鲁岛，包含了帝汶岛和斯兰岛，岛屿形成了外部无火山带弧形，和内部火山带弧形。此年轻的延伸地区不常见，在澳大利亚—巽他大陆碰撞地带内部演变，在向北移动的澳大利亚板块内由海湾的俯冲作用形成。

在中新世中期，班达湾的侏罗纪海洋岩石圈开始向爪哇海沟俯冲。俯冲轴很快向南向东方向回滚，使得地壳上层延伸。苏拉威西岛的延伸作用开始于中新世中期。俯冲轴回滚到班达海湾，形成了新第三纪班达火山弧形地带，并开始形成北班达海，佛洛瑞斯海，和后来的南班达海。三四百万年前，在帝汶岛火山弧地带和澳大利亚地缘碰撞，产生逆冲作用。在帝汶岛推覆体的最上层和其它班达岛屿发现了亚洲边缘和早第三纪的巽他弧的残部。

碰撞之后，帝汶岛地区的收敛作用和火山活动停止了，尽管其西边和东边火山活动仍在继续。在弧的北部介于弗洛勒斯岛和韦塔岛（图1）之间，在俯冲极性倒转作用影响下，形成了新的板块边界。班达地区现在正在收缩。在过去的三百万年中，班达地区明显缩短，并可能对斯兰岛海沟南部多贝拉伊微大陆的南缘进行内大陆俯冲作用。

新第三纪：北摩鹿加群岛

在印尼东部，哈马黑拉岛和桑义赫弧是现在地球上唯一碰撞的弧。这两个现在活跃的火山弧线带形成于新第三纪期间。桑义赫弧位于始新世海洋地壳之上，最初形成于新生代早期巽他大陆缘。现今哈马黑拉岛弧基于更早的弧上，其中最古老的是太平洋内形成的中生代内海洋弧。中新世早期弧与澳大利亚陆块的碰撞，终止了北向俯冲作用，北澳大利亚板块边界在新几内亚内变成了主要为左行走滑的地带。火山活动停止了，到处分布着浅洋性石灰岩的矿床。在索龙断层地带内，弧形岩层被向西移动。在断层系统的西端，桑义赫弧之下有俯冲作用，从新几内亚切下的大陆碎片苏拉威西岛内有碰撞作用。

哈马黑拉岛的东向俯冲作用的起因可能是其在苏拉威西岛的西端的索龙左

旋断层带缺乏层线的缘故。现今的印尼马鲁古海双俯冲系统开始于中新世中期，哈马黑拉岛弧的火山活动开始于约1100万年前。自那时起印尼马鲁古海的东边和西边被俯冲作用消减掉了。这两个弧形地带首次接触于大概300万年前，此后就是哈马黑拉岛的前弧和后弧对着活跃火山弧形地带的反复逆冲。碰撞形成了印尼马鲁古海中部的岩楔，包括从桑义赫弧基岩切下的蛇绿岩。这些是索龙断层斜面间的大陆地壳小碎片。

新第三纪：新几内亚

在新几内亚，三叠纪晚期的断裂作用形成了中生代时澳大利亚大陆北部的不活跃地缘，新生代时期那里广泛分布着碳酸盐沉积物。在此不活跃地缘北部有若干海洋盆地和弧形地带，形成于俯冲地带之上；此地区可能和现今的太平洋西部一样复杂。在中新世初期，弧形地带和澳大利亚大陆的碰撞将弧形和蛇绿岩层侵位，然后在复杂走向滑距地带向西移动。哈马黑拉岛弧是其中之一。现今，新几内亚北部的下面就是这些弧形和蛇绿岩层，由于断层作用变成了碎片。在上新世，俯冲作用可能开始于新几内亚海沟（图1），因为现在有一个不确定的南向俯冲作用，深达150公里。那有孤立的，但重要的岩浆作用。此岩浆作用与包括格铜金矿和艾斯伯格复合矿在内的世界级铜矿和金矿的形成有关。新几内亚的主山脉加速升起，山脉达到了其现今的海拔高度，山峰超过了5000米高度（图2）并

被冰川覆盖。