印度尼西亞/哈馬黑拉的地質
哈馬黑拉島群位於印度尼西亞群島的東北部。它位於北緯30°和南緯30°之間，東經250°和東經30°之間（圖1）。該島南北長180公里，東西寬70公里，周圍環繞著莫羅泰、特爾納特、巴幹、奧比和蓋貝等較小島嶼。西部是摩鹿加海，東部是菲律賓海的南部。
哈馬黑拉島具有獨特的四臂形態，類似於字母K。這種形狀與西部的蘇拉威西島相似，但規模較小；其尺寸約為蘇拉威西島的三分之一，面積約為十分之一。手臂之間的海灣是東北部的考灣、東部的布利灣和南部的韋達灣。
總的來說，哈馬黑拉島丘陵或山區，除了一些地區的洪泛平原外：例如韋達灣的科比河河口以及西南臂東部的大部分海岸。東北至西南走向的山脊與東北臂的谷地交替出現，其起伏從500米到超過1000米不等，最高點為1508米，位於島嶼中部的索拉特山。哈馬黑拉東北部的主脊由構造複雜的超基性岩、基性巖和中生代-古近紀岩石組成，這些岩石構成了基底。在西北臂，最高峰是一座活火山（貢科諾拉山，海拔1700米）。東南臂的地形較為平緩；在該臂的中央部分，有一大片柔軟的鈣質沉積物。
島嶼西部和西南部地勢最高的三處地區對應於火山岩露頭區；這些區域位於中央區域的西部（1170米）、薩凱塔北部（山丘非常陡峭，海拔1250米）以及帕斯帕萊萊北部（830米）。西南臂唯一另一處特別高的地勢是邁迪東部由礫岩形成的山脊，海拔800米。
哈馬黑拉所有大小河流的典型特徵之一是它們通常被深深地切割。它們在靠近海岸的地方可能會變成洪泛平原，但在它們的大部分河段中，它們都具有陡峭的V形谷；在河流的中下游，河流是蜿蜒的。
一般來說，根據地貌和地質特徵，哈馬黑拉可以分為兩個省，西部省和東部省（圖2）。西部省是年輕火山帶的一部分，從莫羅泰延伸至哈馬黑拉北部，特爾納特和提多雷，以及巴幹。該地區主要覆蓋著新近紀到現在的沉積岩和火山岩。基底岩石在巴幹島南部出露，包括大陸結晶岩和變形的基性巖和超基性岩（範貝默倫，1970，亞辛，1980，霍爾等人，1988a）。哈馬黑拉西南臂的基底岩石是與侵入岩相關的火山岩和火山碎屑岩。它們在西南臂的南部和西側出露，從帕斯帕萊萊穿過奧哈，從薩凱塔到洛庫，以及從邁迪到洛拉（圖3k.4）。東部省形成一條弧線，向東延伸至蓋貝和加格島，一直到伊裡安查亞鳥頭灣的北部。該地區的下伏是蛇綠岩雜巖和中生代深水沉積物，與古近紀沉積物混雜在一起，上覆著新近紀海相碎屑岩和碳酸鹽巖（蘇甘託等人，1981；蘇里亞特瑪賈，1981）。哈馬黑拉東南臂的基底岩石由一系列解體基性巖和超基性岩組成，具有可變的低階變質疊加，與中生代和始新世沉積物互層。
從構造上來說，哈馬黑拉位於四個剛性板塊的交匯處，分別是澳大利亞板塊、菲律賓海板塊、歐亞板塊和東棉蘭老闆塊（霍爾等人，1988c）。澳大利亞板塊位於南部，北部邊界是索龍斷裂帶，這是一個複雜的逆衝帶，從巴布亞紐幾內亞向東延伸至伊裡安查亞北部邊緣超過1500公里，向西延伸至蘇拉威西約800公里（圖7）。該系統將北部的向西移動板塊與澳大利亞板塊分開，位移估計高達600公里（漢密爾頓，1979）。菲律賓海板塊目前相對於澳大利亞板塊以每年約12釐米的速度向西移動（摩爾，1982）。菲律賓海板塊（包括哈馬黑拉）的西邊界是菲律賓海溝，與哈馬黑拉海溝相連。
歐亞板塊（霍爾，1987）的東邊界位於菲律賓斷裂帶，向南延伸至西爾弗和摩爾（1978）的西哈馬黑拉逆衝帶。東南亞和菲律賓地區的歐亞板塊是一個複雜的區域，包括許多以半獨立方式移動的小“板塊”。其中之一是東棉蘭老闆塊，其西邊界是菲律賓斷裂帶，東邊界是菲律賓海溝。東棉蘭老闆塊在全球範圍內並不重要；該板塊非常狹窄，目前沒有獨立於歐亞板塊或菲律賓海板塊移動。目前無法準確確定這四個板塊之間的相對運動。霍爾（1987）指出，歐亞-菲律賓海板塊的匯聚分佈在索龍斷裂帶以北的三個板塊之間。由於東棉蘭老闆塊的運動尚未確定，因此菲律賓海板塊、東棉蘭老闆塊和歐亞板塊的運動尚不清楚。然而，已知的歐亞板塊和菲律賓海板塊的相對運動（蘭肯等人，1984）確實提供了一個有用的約束條件，而該地區俯衝板塊長度的觀測（卡德威爾等人，1980；圖8）和菲律賓斷裂帶的運動速度提供了進一步的約束條件。霍爾（1987）提出，菲律賓海板塊（哈馬黑拉）與歐亞板塊（圖9）之間的匯聚是透過以下方式發生的：a）在桑吉赫海溝發生俯衝，在菲律賓斷裂帶發生左旋走滑運動，導致歐亞板塊相對於東棉蘭老闆塊向南移動。b）在菲律賓海溝和哈馬黑拉海溝發生相反方向的俯衝。菲律賓海板塊在菲律賓海溝下方向西俯衝到東棉蘭老闆塊下方，而東棉蘭老闆塊在哈馬黑拉海溝下方向東俯衝到菲律賓海板塊下方。由此可見，U形摩鹿加海板塊是東棉蘭老闆塊俯衝的等效物。
索龍斷裂帶以北三個板塊的相對運動消除了摩鹿加海的東棉蘭老闆塊，在這個區域，歐亞板塊和菲律賓海板塊現在直接接觸。因此，由於摩鹿加海地區的匯聚，哈馬黑拉弧前（菲律賓海板塊）最近被桑吉赫弧前（歐亞板塊的前緣，霍爾，1987）覆蓋。霍爾（1987）將摩鹿加海中觀察到的向西傾斜的逆衝（西爾弗和摩爾，1978年的西哈馬黑拉逆衝）解釋為桑吉赫弧前（圖9）的正面逆衝，被認為是菲律賓斷裂帶的延伸。摩鹿加海西側的向東傾斜的逆衝，即西爾弗和摩爾（1978）的東桑吉赫逆衝，被認為是在逆衝楔形體中形成的反向逆衝。這兩個弧前碰撞的結果是，碰撞必須發生在過去100萬年內，菲律賓海板塊在哈馬黑拉南部地區現在正處於壓縮狀態，其前緣受到桑吉赫弧前逆衝的垂直負荷。因此，哈馬黑拉地區發生彎曲，導致西南臂抬升，韋達灣地區沉降（霍爾等人，1988o）。
該模型（霍爾等人，1988c）的一個結果是，哈馬黑拉地區觀察到的變形性質是將哈馬黑拉海溝與菲律賓海溝連線在一起的板塊邊界鈍楔形狀的結果。當菲律賓海板塊相對於東棉蘭老闆塊向西移動時，鈍楔被推入一個更小的楔形空間。結果導致了一個右旋走滑斷裂系統的發展，哈馬黑拉楔形體的增厚，以及哈馬黑拉海溝向西推進的速度快於菲律賓海溝的俯衝速度。
本研究沒有進行結構調查。以下關於本研究岩石採集區域結構的總結基於 Hall 等人 (1988o) 的研究。
西南臂在結構上很簡單。它現在的地形高度不對稱，西側陡峭，顯然是斷層控制的，而東側地表向韋達灣傾斜。穿過西南臂的三個橫截面（圖 6.A-C）清楚地顯示了這種不對稱性。淺而寬的礁石從西南臂東海岸向外延伸，陸地表面的緩慢向東傾斜一直延伸到韋達灣。奧哈火山岩組的火山岩在西南臂西側形成堅硬的基底和地形高地，並被上覆的晚中新世超級克組沉積岩覆蓋（圖 6.A-C）。新近紀沉積岩始終向東傾斜（圖 6.A-C）。傾斜度從覆蓋層的最古老部分（超級克組中高達 7° 向東）開始迅速減小，在層序底部不到 2 公里的露頭寬度內下降。大多數新近紀覆蓋巖的傾斜度小於 30°，在東海岸附近降至約 10°。西南臂西海岸的形態非常明顯地受陡峭斷層的控制。沒有明顯的沿海平原或階地，並且在西海岸的大部分割槽域根本沒有實質性的海灘。
中心區橫跨哈馬黑拉島的狹窄頸部。頸部包含一系列低山，河流流入考灣和韋達灣。頸部以西，山脈上升到一個高聳的解剖平原，其西側陡峭地下降到摩鹿加海。陡峭的西海岸顯然受高角度斷層的控制。中心區具有奧哈火山岩組的基底，不整合覆蓋著褶皺的新近紀沉積物（圖 6.E）。新近紀岩石被具有總體南北軸向趨勢的緊密褶皺所變形。在西側，這些褶皺岩石似乎被不整合覆蓋著更年輕的熔岩，這些熔岩向西傾斜。在褶皺的新近紀沉積岩之上，是一層從東部運移來的蘇巴伊姆石灰岩組及其更年輕岩石組成的逆衝片。中心褶皺和逆衝帶的橫截面如圖 6.E 所示，對該橫截面的解釋如圖 6.F 所示。褶皺和逆衝的年齡受到中心區中最年輕變形岩石的限制。中晚上新世年齡（N20/N21）表明這種變形事件必須發生在約 300 萬年前。
東南臂具有大致平行的南北海岸線，呈 WNW-ESE 方向延伸。它有一個低窪的中心區域，向西、北和東上升，使東南臂形成一個傾斜向南的寬闊開放半盆地，其南部被海岸截斷。蛇綠岩基底雜巖在東南臂的西端形成高山。在東南臂的中心部分，是薩奧拉特組的軟泥岩和石灰岩。在東南臂的東端，是一個由高翁利河和帕尼蒂河切穿的巨大基底窗。窗內的高翁利組、帕尼蒂組和蛇綠岩基底雜巖不整合覆蓋著向外傾斜的蘇巴伊姆石灰岩組。蘇巴伊姆石灰岩組與薩奧拉特組之間由一個逆衝平面對分，基底窗代表逆衝面中斜坡上方的懸壁背斜。逆衝斜坡從基底內約 3 公里的深度開始向上傾斜，然後沿著蘇巴伊姆石灰岩組的底部延伸幾公里，然後向上切割穿過薩奧拉特組。假設東西向收縮，橫截面（圖 6.D）意味著最小的縮短量約為 20 公里。
地層
[edit | edit source]哈馬黑拉島南部和東部地層單位的描述基於 1987 年、1990 年和 1993 年 GRDC 哈馬黑拉探險隊（圖 5）的野外觀察和後續工作。哈馬黑拉島東部的基底包括蛇綠岩、變質岩和沉積岩。蛇綠岩由強烈剪下和角礫化的基性巖和超基性岩組成，包括蛇紋石化橄欖岩、輝長岩、玄武岩和輝綠岩（Sukamto 等人，1981）。Hall 等人 (1988a) 指出，基底雜巖並不以超基性岩為主，儘管所見岩石型別因區域而異，基底雜巖包括約 30% 的超基性岩。基性深成岩十分豐富，與基性火山岩、綠片岩、角閃巖和稀有的藍片岩有關。深水沉積物包括紅色放射蟲燧石和紅色泥岩。已知最古老的沉積岩是布利群（圖 5）。該群包括年齡從白堊紀到始新世的組，即東南和東北臂的 Gau 石灰岩組、Dodaga 角礫岩組、Paniti 組、Gowonli 組和 Sagea 組（Hall 等人，1988a；1988c）。該群的組具有以下共同特徵：a) 與更古老的基性巖和超基性岩一起，它們構成哈馬黑拉島東臂的基底；b) 它們都被認為是在不同的水深的前弧環境中沉積的；c) 它們或多或少都有變形，特別是在東北臂，它們與蛇綠岩基底雜巖疊置，無法作為獨立的單元進行繪製。布利群中最古老的岩石是東南臂的高翁利組和東北臂的 Gau 石灰岩組。高翁利組被解釋為一個位於活躍弧前弧的盆地的沉積物。層序的下部以粗碎屑火山岩為主，在盆地發育的早期階段，在相對近端的位置沉積。許多物質可能是作為碎屑流沉積的。基底接觸沒有觀察到，但高翁利組可能不整合覆蓋著蛇綠岩基底雜巖。該組的頂部沒有看到，但高翁利組來源的物質作為礫石出現在帕尼蒂組基底礫岩中的事實表明，高翁利組的上部接觸是一個不整合面。Gau 石灰岩組被解釋為一個深水碳酸鹽巖組，沉積在赤道洋盆中，有來自其邊緣活躍弧火山活動的次要碎屑火山岩。該組被解釋為最初不整合覆蓋著蛇綠岩基底。該組的頂部是向 Dodaga 角礫岩組的漸變過渡。
西南臂已知最古老的岩石是可能屬於白堊紀到始新世的奧哈火山岩組，它由玄武岩和玄武安山岩組成（Hakim，1989）。火山岩通常為鈣鹼性，具有粗麵結構，岩石基質中斜長石長石微晶排列，這是熔岩流中典型的結構。基底火山岩普遍遭受蝕變，蝕變礦物包括沸石、綠泥石和綠簾石。這些火山岩的下部接觸沒有觀察到，上部接觸可能是不整合覆蓋著新近紀沉積岩。在始新世中期到漸新世中期之間，發生了一次主要的疊置事件，抬升了基底雜巖。抬升和侵蝕的標誌是蛇綠岩基底雜巖與晚古近紀和新近紀沉積岩之間的不整合接觸：東北臂的 Onat 泥岩組、Jawali 礫岩組和蘇巴伊姆石灰岩組（Hall 等人 1988a）；以及東南臂的 Gemaf 礫岩組（Hall 等人 1988c）和蘇巴伊姆石灰岩組。
Onat 泥岩組與布利群之間的接觸沒有觀察到，該組被解釋為不整合覆蓋著 Jawali 礫岩和蘇巴伊姆石灰岩。（Hall 等人，1988b）。在東北臂，Jawali 礫岩也以不整合方式覆蓋著基底雜巖；它是一個河流成因的礫岩（Hall 等人，1988b），並向上過渡到中新世蘇巴伊姆組的石灰岩。蘇巴伊姆石灰岩組是一種巨大的或層狀良好的石灰岩，由礁或礁來源的物質組成，很少有碎屑間斷。在東南臂，Gemaf 礫岩不整合覆蓋著蛇綠岩基底，並整合覆蓋著蘇巴伊姆石灰岩。Gemaf 礫岩組由深色礫岩組成，其中包含圓形良好的蛇綠岩碎屑，以及來自沿岸的良好分選的深色砂岩。在西南臂和中心區，蘇巴伊姆石灰岩組只出現在少量露頭中，以及作為更年輕沉積物中的礫石。
在晚中新世，東南臂發生了沉降，沉積了薩奧拉特組。薩奧拉特組是化石豐富的鈣質泥岩和微晶石灰岩的厚層序，區域性與含蛇綠岩碎屑的砂岩和礫岩互層。可以看到與下伏的蘇巴伊姆石灰岩組的過渡性地層接觸。該組的頂部在東南臂沒有觀察到，但在東北臂，瓦西勒砂岩組整合覆蓋著薩奧拉特組。瓦西勒組包括濁積砂岩和礫岩，被認為是前移海底扇的一部分，其中較高的層代表上扇道沉積物（Hall 等人，1988b）。
在西南臂中發現了不同的地層序列。Loku 組沉積於晚中新世；它主要由砂岩、泥岩和礫岩組成，這些沉積物是由火山弧巖和礁灰巖地形產生的濁流和碎屑流。Loku 組的底部沒有看到。人們認為 Loku 組不整合覆蓋在 Weda 組的 Superak 組之上。Superak 組不整合地疊置在較老的岩石上。該組的上部被認為與 Dufuk 組和 Akelamo 組整合過渡。Superak 組由礫岩和橫向相當的淺水砂岩組成。它包括河道礫岩，可能沉積在扇三角洲環境中。在晚中新世至早更新世期間，以富含有機碎屑的鈣質泥岩為主的 Akelamo 組沉積下來。它在中央區和西南臂中分佈不連續。Akelamo 組與 Superak 組整合疊置，並具有過渡性接觸，雖然其與 Dufuk 組的上部接觸沒有看到，但據信是整合的。Dufuk 組由鈣質砂岩、粉砂岩、泥岩和礫岩組成。該組含化石，富含有機質，沉積在淺海環境中。該組在西南臂中整合地覆蓋在 Gola 組之上，而在中央區，它被 Tapaya 和 Tafonga 火山組覆蓋。
Gola 組由鈣質泥岩和石灰岩組成，包含完整的海洋動物群，表明在更新世期間存在開放的海洋碳酸鹽巖陸架環境。矽質碎屑的貧乏被解釋為指示沉積遠離任何陸源碎屑來源。中央區的火山活動再次活躍，記錄在 Tapaya 和 Tafonga 火山組中，它們包含礫岩、砂岩、凝灰岩、玄武岩和安山岩，其中噴出火山岩在該序列的上部占主導地位（Hall 等人，1988b）。Weda 組在西南臂中最年輕的岩層是 Kulefu 組的淺海到濱海凝灰質砂岩。該組可能與 Tapaya 和 Tafonga 火山組橫向相當。
在沉積第四紀礁灰巖、沖積層和火山岩之前，經歷了一段變形和隆起，隨後是侵蝕，這些岩石不整合地疊置在較老的岩石上。
將哈馬黑拉島的地質構造與位於其北部的菲律賓群島進行比較是有用的。哈馬黑拉地區的基礎岩石是中生代蛇綠岩和上白堊世至下第三紀弧後和弧前序列。棉蘭老島的基礎岩石為蛇紋岩、橄欖岩、輝長岩、閃長巖、玄武岩、安山岩和變質沉積岩（Ranneft 等人，1960）。這些岩石可能可追溯到菲律賓東部的北部。Karig（1983）將呂宋島東部的基底岩石解釋為面向東部的上白堊世-下第三紀弧體系的一部分；呂宋島以東所有現存的弧都形成於更近的時期。一個島弧系統延伸到西太平洋周圍，其遺蹟可以從菲律賓東部經哈馬黑拉島追溯到新幾內亞（Hall 等人，1988a）。
中生代和始新世沉積物與馬里亞納弧前具有顯著的地層和岩石學相似性，東哈馬黑拉基底複合體被解釋為始新世前的弧前（Hall 等人，1988a）。相比之下，哈馬黑拉群島西南端的巴幹島南部具有高等級大陸變質岩組成的基底，與變形的蛇綠岩複合體相關，與東哈馬黑拉的基底完全不同（Hall 等人，1988a）。巴幹島的下面是大陸基底，正如 Sibela 山脈的露頭和巴幹島第四紀火山岩的化學成分所表明的那樣，這些火山岩表明大陸地殼對熔岩的貢獻（Morris 等人，1983）。另一方面，哈馬黑拉島的下面是岩石，這些岩石直到始新世末都是弧區的一部分，沒有大陸基底。巴幹島的大陸基底必須起源於在新幾內亞露出的澳大利亞大陸邊緣（Hamilton，1979）。巴幹島的大陸碎片與哈馬黑拉島之間被索龍斷裂帶的延伸部分隔開，該斷裂帶穿過巴幹島（Hall 等人，1988a）。這可能是摩鹿加-索龍斷裂帶的延伸，它是透過地震反射工作（Letouzey 等人，1983a）在哈馬黑拉島和塞蘭島之間識別的索龍斷裂帶的幾個分支之一。